CN1164063C - 降低多载波信号峰值功率对平均功率之比的方法及其装置 - Google Patents

Abstract

一种降低多载波信号峰值功率对平均功率之比的方法，其特点是：多载波信号分别经过调制后，进行相加形成一和路信号，并根据该和路信号，由至少一路以上的计算和搜索进行单路补偿或联合补偿，获取相应的补偿信号，将该补偿信号和一和路信号相加产生一补偿后信号，而后通过选取适当削波的幅度，将该补偿后信号进行概率削波，最后输出一标准信号。本发明有效地降低了多载波信号峰值功率对平均功率之比。

Description

降低多载波信号峰值功率对平均功率之比的方法及其装置

本发明涉及数字通信系统中一种降低多载波信号峰值功率对平均功率之比的方法及其使用该方法的装置。

在数字通信系统，尤其是移动通信系统中，在给定信道条件下寻找性能优越的高调制方式一直是重要的研究项目。对于数字中频发射机的射频单元而言，调制信号保持在一个相当恒定的电平时，射频单元中的射频放大器工作得最好，而大的峰值要么会导致放大器的低效率使用，要么会引起线性度变差的情况。因此射频放大器希望调制信号的峰值功率对平均功率之比尽可能的接近0db。如图1是一种多载波系统的数字中频发射机，数字信号通过基带单元调制和上变频器后再通过DAC(数模转换器)，就进入到射频单元。如果系统没有对多载波信号的峰值功率与平均功率之比进行必要的限制。则为了保证信号不失真和避免频谱扩散，射频单元中的射频放大器的最大功率会远远大于平均功率。这既造成了射频单元的浪费，同时也给射频单元的设计造成了相当的麻烦。

而目前，多载波调制的方法是用若干个数据流来并行调制若干个载波。在基站形成多用户多载波调制的合成信号，使基站共用数字中频发射机，而不是一个载波采用一台发射机，这样就可降低生产成本，从而获得良好的经济效益。而该多载波调制的方法最大的缺点是合成后的信号呈现很高的峰值功率与平均功率之比，也就是最大功率远大于平均功率。为了避免失真和减小谱扩散，对合成后的信号进行放大需要有很大的线性动态范围。这同时也意味着设计人员被迫去使用一个线性范围很大的放大器，其峰值功率远远大于信号的平均功率，这无疑会大大提高系统的成本。因此在不降低其他性能指标的前提下尽可能多地降低合成信号的峰值功率与平均功率之比，使信号尽可能恒包络或接近恒包络，就成为设计人员的目标。

带外补偿方法是一种较新颖的方法。其基本原理是根据输入信号，生成一定的带外补偿信号，使原信号和补偿信号相加后所得合成信号的包络近似恒定或是信号峰值功率与平均功率之比降低，并要求使补偿信号的功率和系统误码率尽可能小，合成信号也可以满足协议的要求。由于补偿信号加在带外，故对原信号影响较小。该方法的主要缺点是：当要求补偿较多时，计算复杂繁琐，往往不一定可以实现实时运算。同时在信号的很多点上无法求解，此时补偿方法不一定可以改善信号的峰值功率与平均功率之比。当补偿较小则对峰值功率与平均功率之比的改善有限。这使得该方法很难达到实用程度。

概率削波是另一种基本的方法，其原理是：当信号幅度超过某一门限时，则将其幅度设定为此门限，而对幅度未超过此门限的信号不作任何处理。

要减小信号的峰值功率，使其峰值功率与平均功率之比满足要求，就要将超出门限的信号全部或大多数限制在门限以内。但进行削波之后，信号强度变弱，带内噪声影响明显，对于信号的传输会带来一定的影响，要提高削波的幅度门限，就要求提高较大的功率，这样就会增加成本、能源和其他方面的需求。这个原因也制约着削波技术的应用。

本发明的目的在于提供一种降低多载波信号峰值功率对平均功率之比的方法，该方法不仅能保证信号质量，而且降低信号噪音。

为了实现上述目的，本发明，即一种降低多载波信号峰值功率对平均功率之比的方法，其特点为：多载波信号分别经过调制后，进行相加形成一和路信号，并根据该和路信号，由至少一路以上的计算和搜索进行单路补偿或联合补偿，获取相应的补偿信号，将该补偿信号和所述的和路信号相加产生一补偿后信号，而后通过选取适当削波的幅度，将该补偿后信号进行概率削波，最后输出一标准信号。其中，计算和搜索获取的补偿信号的步骤为：1)对于和路信号的每个样点值均先进行是否在允许范围内的判断：对于恒包络补偿，则允许范围是恒包络值的±5％范围内；对于其它补偿，则只要样点值的绝对值小于最大值即可，对于处于允许范围内的和路信号的样点，相应的补偿信号的样点值赋为0，否则，进行以下步骤运算；2)计算第一个补偿信号是否有解，如果有解，则用此信号进行补偿；3)如果第一个补偿信号无解，计算第二个补偿信号是否有解，如果有解，则用此信号进行补偿；4)如果第二个补偿信号仍然无解，则先判断是否可以联合补偿，如果可以，则利用搜索算法求解；5)如果不能进行联合补偿或未搜索到有效解，则使两信号幅度为0，即不进行补偿。

上述的降低多载波信号峰值功率对平均功率之比的方法，其中，联合补偿的搜索步骤为：令一路补偿信号的幅度在某一指定范围内按一定步长进行变化，同时计算此时另一补偿信号是否有解，若有解且符合指定的要求，则取此时的数值并跳出搜索循环；反之，则继续搜索直至超出范围。

上述的降低多载波信号峰值功率对平均功率之比的方法，其中，联合补偿的计算步骤为：计算某抽样时刻的和路信号矢量与第一路补偿信号矢量的相位；计算两个反矢量的相位；如果第二路补偿信号矢量的相位介于两个反矢量相位之间，则可以联合补偿；反之，不能联合补偿。

为了实现上述目的，本发明还可以通过实现上述方法的装置来实现，即：一种降低多载波信号峰值功率对平均功率之比的装置，其特点为，它包括：调制器，对输入的多载波信号分别进行调制，并输出调制后的各信号；和路器，接收调制器输出的各信号，进行相加，形成一和路信号并输出；补偿生成器，从和路器中接收和路信号进行至少一路以上的计算和搜索，形成补偿信号，并输出该补偿信号；加法器，从和路器和补偿生成器中分别接收和路信号和补偿信号，进行相加，输出补偿后信号；概率削波器，从加法器中接收补偿后信号，通过选取适当削波的幅度，将该补偿后信号进行概率削波，最后输出一标准信号。

上述一种结合概率削波和带外补偿来降低信号峰值功率和平均功率之比的实用方法，可以解决补偿信号无解引起的无法改善信号峰值功率与平均功率之比问题。同时对信号在带内的影响也不会如同单纯削波那么大。在保证信号质量的前提下较大程度的降低信号的峰值功率和平均功率之比，同时提高了射频放大器的使用效率，并降低了系统的成本。

下面结合实施例及附图对本发明作进一步的说明。

图1是现有的数字中频发射机的结构功能框图；

图2是本发明降低多载波信号峰值功率对平均功率之比的装置的实施例的结构功能框图；

图3是本发明方法中计算和搜索获取补偿信号的流程图。

如图2所示，本发明降低多载波信号峰值功率对平均功率之比的装置，它包括：调制器22，对输入的多载波信号分别进行调制，并输出调制后的各信号；和路器23，接收调制器22输出的各信号，进行相加，形成一和路信号并输出；补偿生成器26，从和路器23中接收和路信号进行至少一路以上的计算和搜索，形成补偿信号，并输出该补偿信号；加法器24，从和路器23和补偿生成器26中分别接收和路信号和补偿信号，进行相加，输出补偿后信号；概率削波器25，从加法器24中接收补偿后信号，通过选取适当削波的幅度，将该补偿后信号进行概率削波，最后输出一标准信号。

多载波信号21经过调制器22后，在和路器23相加变成一和路信号。对该和路信号输入到补偿生成器26中进行计算和搜索，可以计算出相应的补偿信号。然后用补偿信号和原和路信号在加法器24中相加，这时除少数无解点以外，大部分的信号点都已经达到我们的所要求的峰值功率与平均功率之比。这时我们将信号通过削波单元，剩余的无解点也会被削掉。由于无解点的个数较小，故削波对信号的影响也比单纯的削波要小的多。原有的补偿算法要求补偿自信号近似为恒包络，这一要求使对补偿信号的求解在比较多的点会遭到失败，并使算法复杂。为此可以稍稍放宽一下对补偿的要求，不要要求补偿后的信号为恒包络的信号，而为近似恒包络的信号，虽然峰值功率与平均功率之比比恒包络稍高，但运算量会有很大程度的下降，同时补偿信号的幅度会大大减小。这样也减小了对于原信号的干扰。为了进一步减小无解点的个数，还可以采用两路补偿信号联合补偿的算法。

本发明还可以通过下述方法来实现，即降低多载波信号峰值功率对平均功率之比的方法，其过程为：多载波信号分别经过调制后，进行相加形成一和路信号，并根据该和路信号，由至少一路以上的计算和搜索进行单路补偿或联合补偿，获取相应的补偿信号，将各补偿信号和一和路信号相加产生一补偿后信号，而后通过选取适当削波的幅度，将该补偿后信号进行概率削波，最后输出一标准信号。补偿信号可以采用的是一种调幅信号，补偿信号的求取是通过解方程的方法来求取的。当补偿信号出现负解的时候，意味着信号不是一个单纯的调幅信号，而是一个调幅调相信号。在本算法中对补偿信号求解时我们全取正解。

如图3所示，上述过程中，进行计算和搜索获取补偿信号的步骤为：

1)对于和路信号的每个样点值均先进行是否在允许范围内的判断：对于恒包络补偿，则允许范围是恒包络值的±5％范围内；对于其它补偿，则只要样点值的绝对值小于最大值即可，对于处于允许范围内的和路信号的样点，相应的补偿信号的样点值赋为0，否则，进行以下步骤运算；

2)计算第一个补偿信号是否有解，如果有解，则用此信号进行补偿；

3)如果第一个补偿信号无解，计算第二个补偿信号是否有解，如果有解，则用此信号进行补偿；

4)如果第二个补偿信号仍然无解，则先判断是否可以联合补偿，如果可以，则利用搜索算法求解；

5)如果不能进行联合补偿或未搜索到有效解，则使两信号幅度为0，即不进行补偿。

上述的过程中，联合补偿的搜索步骤为：令一路补偿信号的幅度在某一指定范围内按一定步长进行变化，同时计算此时另一补偿信号是否有解，若有解且符合指定的要求，则取此时的数值并跳出搜索循环；反之，则继续搜索直至超出范围。

上述过程中，联合补偿的计算步骤为：计算某抽样时刻的和路信号矢量与第一路补偿信号矢量的相位；计算两个反矢量的相位；如果第二路补偿信号矢量的相位介于两个反矢量相位之间，则可以联合补偿；反之，不能联合补偿。

综上所述，本发明提出了一种结合概率削波和带外补偿的降低信号峰值功率与平均功率之比的方法，首先用补偿信号对信号进行补偿，先通过一定的计算和搜索来获取补偿信号。加入补偿信号后，再通过适当的选取削波的幅度，对信号进行削波就可以起到很好的作用。本发明可以解决补偿信号无解引起的无法改善信号峰值功率与平均功率之比问题。同时对信号在带内的影响也不会如同单纯削波那么大，并且在补偿算法和设计上也有一定的改进。

Claims (4)

1.一种降低多载波信号峰值功率对平均功率之比的方法，其特征在于：

多载波信号分别经过调制后，进行相加形成一和路信号，并根据该和路信号，由至少一路以上的计算和搜索进行单路补偿或联合补偿，获取相应的补偿信号，将该补偿信号和所述的和路信号相加产生一补偿后信号，而后通过选取适当削波的幅度，将该补偿后信号进行概率削波，最后输出一标准信号；其中：

所述的计算和搜索获取的补偿信号的步骤为：

1)对于和路信号的每个样点值均先进行是否在允许范围内的判断：对于恒包络补偿，则允许范围是恒包络值的±5％范围内；对于其它补偿，则只要样点值的绝对值小于最大值即可，对于处于允许范围内的和路信号的样点，相应的补偿信号的样点值赋为0，否则，进行以下步骤运算；

2)计算第一个补偿信号是否有解，如果有解，则用此信号进行补偿；

3)如果第一个补偿信号无解，计算第二个补偿信号是否有解，如果有解，则用此信号进行补偿；

4)如果第二个补偿信号仍然无解，则先判断是否可以联合补偿，如果可以，则利用搜索算法求解；

5)如果不能进行联合补偿或未搜索到有效解，则使两信号幅度为0，即不进行补偿。

2.根据权利要求1所述的一种降低多载波信号峰值功率对平均功率之比的方法，其特征在于，所述步骤4)中的联合补偿搜索步骤为：令一路补偿信号的幅度在某一指定范围内按一定步长进行变化，同时计算此时另一补偿信号是否有解，若有解且符合指定的要求，则取此时的数值并跳出搜索循环；反之，则继续搜索直至超出范围。

3.根据权利要求1所述的一种降低多载波信号峰值功率对平均功率之比的方法，其特征在于，所述步骤4)中的联合补偿计算步骤为：

计算某抽样时刻的和路信号矢量与第一路补偿信号矢量的相位；

计算两个反矢量的相位；

如果第二路补偿信号矢量的相位介于两个反矢量相位之间，则可以联合补偿；反之，不能联合补偿。

4.一种降低多载波信号峰值功率对平均功率之比的装置，其特征在于，它包括：

调制器，对输入的多载波信号分别进行调制，并输出调制后的各信号；

和路器，接收调制器输出的各信号，进行相加，形成一和路信号并输出；

补偿生成器，从和路器中接收和路信号进行至少一路以上的计算和搜索，形成补偿信号，并输出该补偿信号；

加法器，从和路器和补偿生成器中分别接收和路信号和补偿信号，进行相加，输出补偿后信号；

概率削波器，从加法器中接收补偿后信号，通过选取适当削波的幅度，将该补偿后信号进行概率削波，最后输出一标准信号。

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