RU2527481C2

RU2527481C2 - Способ снижения мощности сигналов и канал приемопередатчика

Info

Publication number: RU2527481C2
Application number: RU2011129011/07A
Authority: RU
Inventors: Брэдли Джон МОРРИС; Артур Томас Геральд ФУЛЛЕР
Original assignee: Эппл Инк
Priority date: 2008-12-23
Filing date: 2009-12-02
Publication date: 2014-09-10
Also published as: CN102265521A; CA2745069C; BRPI0923696A2; JP5755145B2; KR20110098754A; JP2012515457A; RU2011129011A; WO2010073076A1; US20100158083A1; EP2382716A1; KR101573564B1; CN102265521B; EP2382716A4; CA2745069A1; BRPI0923696B1; US8358680B2

Abstract

Изобретение относится к области связи. Настоящее изобретение обеспечивает способ снижения уровней мощности, связанных с двумя или несколькими входными сигналами, используя уменьшение пика искажением, полученным из объединенного сигнала, который представляет собой комбинацию из входных сигналов. 2 н. и 23 з.п. ф-лы, 6 ил.

Description

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к снижению уровней мощности, связанных с двумя или более сигналами, используя искажение для уменьшения пиков, полученное из объединенного сигнала.

Предпосылки создания изобретения

В системах связи используются усилители мощности, чтобы увеличить мощность сигнала для передачи через желательную коммуникационную среду. В основном, это требуется для поддержания искажений, связанных с усилением, на относительно низком уровне, и общей причиной искажения является срезание импульса. Выходной сигнал усилителя срезается, когда пики входного сигнала превышают порог, из-за чего соответствующий выходной сигнал с требуемым усилением не может быть выдан. Вместо выходного сигнала, правильно повторяющего входной сигнал, выходной сигнал эффективно подавляется или отсекается до уровня максимальных возможностей усилителя в точках, где происходит отсечение. Когда происходит отсечение, выходной сигнал искажается неуправляемым образом, что приводит к потере информации, представленной пиками сигнала, и вызывает нежелательные шумы в спектре передачи.

Усилители мощности и окружающие схемы, в основном, разрабатываются с учетом эффекта среза импульса. В частности, усилители мощности разрабатываются, чтобы избежать среза большинства, если не всех возможных сигналов. Это часто требует разработки усилителей мощности, которые могли бы обрабатывать более высокие пики данного сигнала, даже если такие пики являются редкими. Чем выше пики сигнала, тем больше по размеру должен быть усилитель. Увеличение размера усилителя обычно увеличивает его стоимость и уменьшает эффективность усилителя, что приводит к большему расходу энергии и более короткому времени работы от батареи для стационарных и переносимых систем связи.

Отношение пиковой к средней мощности (PAPR) оказывает влияние на эффективность усилителя и, в частности, является показателем мгновенной пиковой мощности относительно средней мощности, развиваемой усилителем при усилении данного входного сигнала, чтобы обеспечить усиленный выходной сигнал. Более эффективные усилители требуют меньшего количества энергии для усиления данного сигнала до определенного уровня, чем менее эффективные усилители. По мере увеличения эффективности усилителя количество энергии, требуемой для усиления сигналов, уменьшается, снижая таким образом рабочую мощность, требуемую для системы связи, что выгодно как для базовой станции, так для мобильных устройств. В основном, низкое PAPR означает более высокую эффективность усилителя, тогда как высокое PAPR приводит к низкой эффективности усилителя. Соответственно, разработчики постоянно пытаются создать более эффективные системы связи, которые обеспечивают низкие отношения пиковой к средней мощности (PAPR).

PAPR для систем связи обычно является функцией входного сигнала, усиливаемого усилителем. Пиковые и средние амплитуды входного сигнала коррелируются по мгновенным пиковым и средним мощностям, обеспечиваемым усилителем мощности, усиливающим входной сигнал. При этом входной сигнал, который имеет относительно высокие мгновенные пики в амплитуде относительно общей средней амплитуды, является сигналом с высоким PAPR, тогда как входной сигнал, имеющий относительно низкие мгновенные пики в амплитуде к общей средней амплитуде, является сигналом с низким PAPR. Пиковые и средние амплитуды входного сигнала часто зависят от того, как этот входной сигнал модулируется.

Типичные схемы модуляции, используемые в современных системах связи, включают множественный доступ с частотным разделением каналов (FDMA), множественный доступ с ортогональным частотным разделением каналов (OFDMA), множественный доступ с кодовым разделением каналов (CDMA) и множественный доступ с временным разделением каналов (TDMA). Системы OFDMA, такие как стандарт Долгосрочного развития (LTE) в рамках проекта 3GPP и стандарт WiMAX (Общемировой совместимости широкополосного беспроводного доступа), используют множество независимо модулированных поднесущих, которые могут привести к высоким PAPR. Системы CDMA, такие как универсальная система мобильной связи (UMTS), используют спектральную модуляцию, которая также предположительно приводит к высоким PAPR, подобно системам OFDMA. Системы TDMA, такие как Глобальная система мобильной связи (GSM), используют постоянное значение мощности огибающей и, как таковые, имеют очень низкие PAPR. Система EDGE (Развитие стандарта GSM с увеличенной скоростью передачи данных) использует переменную огибающую и, в основном, находится между GSM и CDMA или системами OFDMA в смысле PAPR. Для систем, которые имеют относительно высокие PAPR, использовались методики уменьшения пиковой амплитуды модулированного входного сигнала до стадии усиления, чтобы уменьшить соответствующее PAPR, и в результате удалось увеличить эффективность усилителя мощности.

Примерная методика уменьшения PAPR включает преднамеренное искажение заданного входного сигнала, который модулируется только по единственной схеме модуляции, чтобы эффективно уменьшить те пики, которые превышают заданный порог. До усиления пики входного сигнала, которые превышают заданный порог, удаляются или отсекаются, чтобы сформировать отсеченный сигнал. Отсеченный сигнал вычитается из входного сигнала для формирования сигнала искажения, который затем обрабатывается и применяется к общему входному сигналу, чтобы снизить пиковые значения. Применение ослабленного сигнала искажения к входному сигналу эффективно уменьшает пики, которые превышают заданный порог. Эта и другие методики уменьшения PAPR оказались относительно успешными, когда они применялись к сигналам, которые модулируются по единственной схеме модуляции.

В современных системах связи используются методики разнесения, чтобы использовать ресурсы передачи более эффективно и уменьшить уровни мощности передачи. В методиках разнесения, в основном, используется несколько антенн, через которые одни и те же или разные данные могут передаваться одновременно. Когда одновременно передаются два или более сигнала, эти сигналы могут быть объединены. PAPR, связанное с объединенными сигналами, может значительно увеличиться, что приводит к низкой эффективности усилителя. Интересно отметить, что комбинация сигналов, которые были индивидуально подвергнуты уменьшению пиковой мощности, часто связана с PAPR, которое значительно выше, чем то, что это связано с любым сигналом с индивидуально уменьшенной пиковой мощностью. Кроме того, даже если методики уменьшения PAPR будут применены индивидуально к каждому из сигналов прежде, чем соответственные сигналы будут объединены, объединенный входной сигнал все еще будет иметь нежелательное PAPR.

Соответственно, есть необходимость в эффективной методике уменьшения PAPR, связанного с объединенным сигналом.

Раскрытие изобретения

Настоящее изобретение обеспечивает способ снижения уровня мощности двух или больше входных сигналов, используя искажение для уменьшения пиков, полученное из объединенного сигнала, который представляет одну или более комбинаций входных сигналов. Первоначально входные сигналы объединяются, чтобы сформировать объединенный сигнал, и на основе объединенного сигнала формируется искажение для уменьшения пиков. Искажение для уменьшения пиков сконфигурировано так, что если оно применяется ко всему объединенному сигналу, уменьшаются чрезмерные части по всему объединенному сигналу. Вместо того, чтобы применять искажение для уменьшения пиков непосредственно к объединенному сигналу, искажение для уменьшения пиков применяется к каждому из входных сигналов, чтобы создать предварительно обработанные сигналы. Кроме того, те части в каждом из предварительно обработанных сигналов, которые соответствуют чрезмерным частям в объединенном сигнале, уменьшаются на значение, соответствующее величине, на которую чрезмерные части превышают требуемый порог.

Схемы разделения выполнены с возможностью принимать предварительно обработанные сигналы и формировать множество разделенных сигналов на основе предварительно обработанных сигналов. Каждый разделенный сигнал является функцией каждого из предварительно обработанных сигналов и, как таковой, может иметь компоненты всех из предварительно обработанных сигналов. В частности, применение искажения для уменьшения пиков, полученного из объединенного сигнала, к каждому из входных сигналов приводит к тому, что каждый из разделенных сигналов связан с относительно низким отношением пиковой к средней мощности (PAPR). Каждый разделенный сигнал преобразуется с повышением частоты в радиочастотный сигнал (RF) и усиливается усилителями мощности по соответствующим параллельным трактам усиления, чтобы обеспечить одинаковое число усиленных радиочастотных сигналов. В частности, разделенные сигналы связаны с относительно низкими общими пиковыми мощностями, и, как таковые, соответствующие сигналы, преобразованные с повышением частоты, также имеют относительно низкие пиковые мощности. Учитывая относительно низкую общую пиковую мощность сигналов, преобразованных с повышением частоты, общая мощность усиления, необходимая для системы, также является относительно низкой. Комбинация усилителей в параллельных трактах может быть скомпонована по размеру и сконфигурирована, чтобы обеспечить преимущество, заключающееся в относительно низких требованиях к усилению по пиковой мощности и работать в относительно эффективном режиме.

Усиленные радиочастотные сигналы подаются в схему объединения, чтобы сформировать выходные радиочастотные сигналы, которые напрямую соответствуют каждому из предварительно обработанных входных сигналов и представляют собой преобразованные с повышением частоты и усиленные версии предварительно обработанных входных сигналов. Схема разделения и схема объединения обеспечивают комплементарные функции обработки сигналов так, что разделенные сигналы формируются из предварительно обработанных сигналов, используя функции разделения, которые являются комплементарными по отношению к функциям объединения, которые используются для формирования выходных радиочастотных сигналов, полученных из усиленных радиочастотных сигналов. Выходные радиочастотные сигналы затем направляются в антенны для передачи.

Специалисты в данной области техники оценят объем настоящего изобретения и смогут реализовать дополнительные аспекты изобретения после прочтения следующего подробного описания со ссылками на сопроводительные чертежи.

Краткое описание чертежей

Сопроводительные чертежи являются неотъемлемой частью описания изобретения, иллюстрируют несколько аспектов изобретения и вместе с описанием поясняют принципы изобретения.

Фиг.1 - блок-схема иллюстративной схемы передачи для системы связи согласно одному примеру воплощения настоящего изобретения.

Фиг.2A и 2B вместе иллюстрируют применение искажения для уменьшения пиков согласно одному примеру воплощения настоящего изобретения.

Фиг.3 - блок-схема иллюстративной схемы уменьшения пиковой мощности согласно одному примеру воплощения настоящего изобретения.

Фиг.4 иллюстрирует примерные масштабные коэффициенты для объединенного сигнала, который имеет пик, превышающий пиковый порог.

Фиг.5 иллюстрирует отношения пиковой к средней мощности (PAPR) для различных сигналов.

Подробное описание изобретения

Описываемые ниже примеры воплощения предоставляют необходимую информацию для специалистов в данной области техники с целью практической реализации изобретения и демонстрации лучшего способа осуществления изобретения. После чтения последующего описания со ссылками на сопроводительные чертежи специалисты в данной области техники поймут концепции изобретения и найдут области применения этих концепций, не описанные здесь. Следует понимать, что эти концепции и варианты применения находятся в пределах объема раскрытия изобретения, охваченного прилагаемой формулой изобретения.

На Фиг.1, тракт передачи для устройства 10 связи показан согласно одному примеру воплощения настоящего изобретения. Для этого примера предположим, что предусмотрены соответствующая основополосная схема 12 и функция 14 модуляции, причем основополосная схема 12 обеспечивает данные, которые будут переданы в функцию 14 модуляции. Функция 14 модуляции может модулировать данные согласно требуемой схеме модуляции и формировать два или более модулированных сигналов по схеме разнесения, в которой содержимое различных сигналов в любой момент времени может быть одним и тем же или отличающимся в зависимости от природы разнесения. Например, разные данные могут быть отображены в разные входные сигналы в одно и то же время, либо одни и те же данные могут быть отображены в разные сигналы в одно и то же время. Хотя может использоваться любое число входных сигналов, в последующем описании используются два входных сигнала, обозначенные как I₁ и I₂, чтобы иллюстрировать различные примеры воплощения изобретения. Хотя может быть использован любой тип модуляции, в целях примера предположим, что функция 14 модуляции обеспечивает LTE-сигналы, основывающиеся на мультиплексировании с ортогональным разделением частот (OFDM), и, как таковые, входные сигналы I₁ и I₂ являются сигналами OFDM. Дополнительные входные сигналы I_x тех же самых или других схем модуляции могут быть обеспечены в любой момент времени основополосной схемой 12 и обрабатываться по концепции настоящего изобретения.

В целом, настоящее изобретение обеспечивает способ снижения уровней мощности, связанных с двумя или более входными сигналами I₁ и I₂, используя искажение для уменьшения пиков, полученное из объединенного сигнала I_c, который представляет собой одну или более комбинаций входных сигналов I₁ и I₂. Входные сигналы I₁ и I₂ объединяются по функции объединения ввода f_ic(x), формируя объединенный сигнал I_c посредством схемы 16 уменьшения пиковой мощности (PPR). В иллюстрированном примере воплощения входные сигналы I₁ и I₂ объединяются схемой 16 PPR, просто суммируя входные сигналы I₁ и I₂, однако один или оба входных сигнала I₁ и I₂ могут быть независимо взвешены, сдвинуты по фазе и т.д., так же как и любая их комбинация, при объединении функцией объединения ввода f_ic(x). Например, разные входные сигналы I₁ и I₂ могут быть взвешены по-разному, используя соответствующие весовые коэффициенты, при том что один или оба из входных сигналов I₁ и I₂ сдвигаются по фазе на требуемое значение.

На основе объединенного сигнала I_c формируется искажение для уменьшения пиков. Искажение для уменьшения пиков конфигурируется так, что если оно применяется ко всему объединенному сигналу I_c, чрезмерные части по всему объединенному сигналу I_c будут уменьшены. Вместо применения искажения для уменьшения пиков непосредственно к объединенному сигналу I_c искажение для уменьшения пиков применяется к каждому входному сигналу I₁ и I₂, чтобы обеспечить соответствующие предварительно обработанные сигналы I₁' и I₂'. Те части в каждом из предварительно обработанных сигналов I₁' и I₂', которые соответствуют чрезмерным частям в объединенном сигнале I_c, уменьшаются на значение, напрямую соответствующую величине, на которую чрезмерные части превышают требуемый пиковый порог P_ТН. На Фиг.2A и 2B представлена концепция согласно одному примеру воплощения настоящего изобретения. В частности, величина уменьшения не обязательно должна быть в прямом соответствии, но может масштабироваться требуемым способом.

На Фиг.2A уровни мощности входных сигналов I₁ и I₂ показаны относительно уровня мощности объединенного сигнала I_c, который был сформирован путем суммирования входных сигналов I₁ и I₂. Уровни мощности для каждого из сигналов нормированы так, что пиковый порог P_ТН составляет примерно 5,4. Три части объединенного сигнала I_c, которые превышают пиковый порог P_ТН, выделены жирным шрифтом и считаются чрезмерными частями. Как будет описано ниже более подробно, искажение для уменьшения пиков, которое будет применено к входным сигналам I₁ и I₂, может быть сформировано на основе чрезмерных частей, которые появляются в объединенном сигнале I_c. После формирования искажение для уменьшения пиков применяется к обоим входным сигналам I₁ и I₂, чтобы получить предварительно обработанные сигналы I₁ и I₂.

Как показано на Фиг.2B, те части в каждом из предварительно обработанных сигналов I₁' и I₂', которые соответствуют чрезмерным частям в объединенном сигнале I_c, уменьшены на значение, находящееся в прямом соответствии величине, на которую чрезмерные части в объединенном сигнале I_с превышают пиковый порог P_ТН. Те части предварительно обработанных сигналов I₁ и I₂, которые были уменьшены в свете применения искажения для уменьшения пиков, выделены жирным шрифтом. Характер и величина этого уменьшения, в основном, будут соответствовать величине, на которую чрезмерные части объединенного сигнала I_c превышают пиковый порог P_ТН, однако это уменьшение не должно следовать за чрезмерными частями точно так, как это показано на чертеже. Например, во время процесса формирования искажения для уменьшения пиков может использоваться фильтрация, чтобы уменьшить или удалить высокочастотные компоненты, которые в противном случае появились бы в искажении для уменьшения пиков в результате предшествующей обработки сигналов. Такое уменьшение может привести в результате к сглаживанию жестких переходов в предварительно обработанных сигналах I₁' и I₂', в частности, на границах или около границ тех частей предварительно обработанных сигналов I₁' и I₂', которые были уменьшены.

Части входных сигналов I₁ и I₂, которые были уменьшены применением искажения для уменьшения пиков, не обязательно привязаны к пикам внутри или каким-либо частям, которые превышают определенные пороги во входных сигналах I₁ и I₂. Отметим, что значение уменьшения для тех частей предварительно обработанных сигналов I₁' и I₂', которые были уменьшены, может быть пропорционально или масштабировано относительно величины, на которую соответствующие части объединенного сигнала I_c превышают пиковый порог P_ТН. В основном, применение искажения для уменьшения пиков, полученного из объединенного сигнала I_c, уменьшает общую пиковую мощность, связанную с предварительно обработанными сигналами I₁' и I₂' относительно входных сигналов I₁ и I₂. Это уменьшение общей пиковой мощности снижает полную пиковую мощность, связанную с предварительно обработанными сигналами I₁' и I₂', и, как будет описано ниже, уменьшает требования к усилителю устройства связи 10.

Как показано на Фиг.1, после того как схема 16 PPR сформировала предварительно обработанные сигналы I₁' и I₂', схема 18 разделения формирует ряд разделенных сигналов A, B и C на основе предварительно обработанных сигналов I₁' и I₂'. Хотя на чертеже показаны три разделенных сигнала, может использоваться любое число таких сигналов, которые, в основном, и будут соответствовать числу трактов преобразования с повышением частоты и усиления, которые имеются в тракте передачи. Каждый разделенный сигнал A, B и C является функцией каждого из предварительно обработанных сигналов I₁' и I₂' и, как таковой, может быть иметь компоненты всех предварительно обработанных сигналов I₁' и I₂'. Разделенные сигналы A, B и C могут быть представлены следующим образом:

A=f_s1(I₁',I₂');

B=f_s2(I₁',I₂'); и

C=f_S3(I₁',I₂'), где f_s1(x), f_s2(x), и f_s3(x) - функции разделения, которые могут быть одними и теми же или разными.

В этом примере, функция 18 разделения формирует разделенные сигналы A, B и C на основе того, как сформированы предварительно обработанные сигналы I₁' и I₂'. Путь, которым объединяются входные сигналы I₁ и I₂, воздействует на расположение и величину пиков, включая чрезмерные пики, которые появляются в предварительно обработанных сигналах I₁' и I₂', известным образом. Функции разделения f_sn(x) предпочтительно конфигурируются в зависимости от того, как объединены предварительно обработанные сигналы I₁' и I₂', так что разделенные сигналы A, B и C - это сигналы с уменьшенными пиками, каждый из которых связан с относительно низкой общей пиковой мощностью. Каждый разделенный сигнал A, B и C преобразуется с повышением частоты в радиочастотный сигнал соответствующей схемой повышающего преобразования 20 (A, B и С), чтобы сформировать преобразованные с повышением частоты сигналы A_RF, B_RF И C_RF. Преобразованные с повышением частоты сигналы A_RF, B_RF и C_RF усиливаются соответствующими усилителями мощности 22 (A, B и C) по параллельным трактам усиления, чтобы обеспечить одинаковое число усиленных радиочастотных сигналов g_a·A_RF, g_b·B_RF и g_c·C_RF, где усилители мощности 22 (A, B и C) обеспечивают соответствующие коэффициенты усиления g_a, g_b и g_c. Эти коэффициенты усиления g_a, g_b и g_c предназначены обеспечивать необходимое усиление, требуемое для передачи в схеме 24 объединения, что описано ниже. Учитывая относительно низкую общую пиковую мощность, связанную с разделенными сигналами A, B и C и, таким образом, с соответствующими преобразованными с повышением частоты сигналами A_RF, B_RF и C_RF, общие требования по мощности усиления снижаются, что позволяет объединить усилители мощности 22 (A, B и C), чтобы получить преимущество, заключающееся в сниженных требованиях к усилению по мощности, и работать более эффективно, чем при использовании существующих систем.

Как указано выше, усиленные радиочастотные сигналы (g_a·A_RF, g_b·B_RF и g_c·C_RF) обрабатываются схемой 24 объединения, чтобы сформировать выходные радиочастотные сигналы O₁ и O₂, которые соответствуют каждому из предварительно обработанных сигналов I₁' и I₂' и, в основном, представляют собой преобразованные с повышением частоты и усиленные версии предварительно обработанных сигналов I₁' и I₂'. Выходные радиочастотные сигналы O₁ и O₂ являются функциями усиленных радиочастотных сигналов g_a·A_RF, g_b·B_RF и g_c·C_RF и могут быть представлены следующим образом:

O₁=f_c1(g_a·A_RF,g_b·B_RF,g_c·C_RF); и

O₂=f_c2(g_a·A_RF,g_b·B_RF,g_c·C_RF), где функции объединения f_c1 и f_c2 могут быть одинаковыми или разными, но вместе они являются, по существу, комплементарными по отношению к функциям разделения f_s1, f_s2 и f_s3.

Как показано на чертежах, схема 18 разделения и схема 24 объединения обеспечивают соответствующие функции обработки сигналов, где разделенные сигналы A, B и C формируются из предварительно обработанных сигналов I₁' и I₂', используя функции разделения f_sn(x), которые являются, в основном, комплементарными к функциям объединения f_cn(x), которые используются для формирования выходных радиочастотных сигналов O₁ и O₂ из усиленных радиочастотных сигналов g_a·A_RF, g_b·B_RF и g_c·C_RF. Поскольку функции f_sn(x) разделения могут быть отнесены к функции f_ic(x) объединения ввода, обеспечиваемой схемой 16 PPR, все из функций разделения f_sn(x), объединения f_cn(x) и объединения ввода f_ic(x) могут быть взаимосвязаны.

В частности, коэффициенты усиления g_a, g_b и g_c, обеспечиваемые усилителями мощности 22 (A, B и C), могут учитывать любое уменьшение числа сигналов, которые обеспечиваются схемой 24 объединения. В этом примере три усиленных радиочастотных сигнала g_a·A_RF, g_b·B_RF и g_c·C_RF объединены в два выходных сигнала O₁ и O₂. Коэффициенты усиления g_a, g_b и g_c могут быть одинаковыми или разными в зависимости от функций разделения f_s1(x) и функций объединения f_c1(x), обеспечиваемых схемой 18 разделения и схемой 24 объединения соответственно. Выходные радиочастотные сигналы O₁ и O₂ подаются в соответствующие антенны 26 для передачи. В частности, каждый из выходных радиочастотных сигналов O₁ и O₂ может быть передан в одну или более соответствующих антенн 26 для передачи.

Схема 18 разделения или другая соответствующая схема может использовать методику предыскажений, чтобы предварительно исказить разделенные сигналы A, B и C для учета любых нелинейных характеристик обработки, которые вводятся в трактах усиления и повышающего преобразования. Выходные сигналы O₁ и O₂ могут быть возвращены в схему 18 разделения и использоваться для выявления и учета этих нелинейных характеристик обработки. Дополнительная информация о параллельной схеме усиления и связанной с ней обработке может быть найдена в патентной заявке США того же заявителя, номер 12/058027, озаглавленной "AMPLIFIER PRE-DISTORTION SYSTEMS AND METHODS", которая была подана 28 марта 2008 года и раскрытие которой включено здесь по ссылке.

На Фиг.3 представлена функциональная блок-схема иллюстративной схемы 16 PPR согласно одному примеру воплощения. Этот пример воплощения уменьшает пиковую мощность двух входных сигналов I₁ и I₂, используя искажение для уменьшения пиков, полученное из объединенного сигнала I_c, по определенному процессу. В частности, настоящее изобретение не ограничено этим примером, и специалисты в данной области техники могут использовать другие методики, чтобы создать искажение для уменьшения пиков на основе объединенного сигнала I_c.

Первоначально входные сигналы I₁ и I₂ объединяются согласно функции объединения ввода f_ic(x), чтобы сформировать объединенный сигнал I_c посредством процесса 28 объединения. Хотя функция объединения ввода f_ic(x) может применять весовые коэффициенты или фазовые сдвиги к любым или всем из входных сигналов I₁ и I₂, в данном примере предполагается, что входные сигналы суммируются без взвешивания или применения фазового сдвига. При этом f_ic(x)=I₁+I₂. В частности, объединенный сигнал I_c может представлять собой единственную комбинацию или множество комбинаций входных сигналов I₁ и I₂, такие как f_ic1(x)=I₁+I₂ и f_ic2(x)=I₁-I₂. Выход процесса объединения 28 подается в функцию 30 формирования масштабирования как один или более сигналов, которые представляют объединенный сигнал I_c.

Объединенный сигнал I_c используется функцией 30 формирования масштабирования, чтобы сформировать масштабные коэффициенты SF в отношении значения, на которое пики объединенного сигнала I_c превышают заданный пиковый порог P_ТН. Для частей объединенного сигнала I_c, которые превышают пиковый порог P_ТН, масштабные коэффициенты SF используются фактически, чтобы уменьшить соответствующие части входных сигналов I₁ и I₂ соответственно величине, на которую объединенный сигнал I_c превышает пиковый порог P_ТН. Для тех частей объединенного сигнала I_c, которые не превышают пиковый порог P_ТН, масштабные коэффициенты SF могут быть относительно фиксированными и в этом примере равны единице (SF=1). Примерные масштабные коэффициенты SF графически показаны на Фиг.4 относительно пика сигнала в объединенном сигнале I_c. Этот пик превышает пиковый порог P_ТН (равный 4) между моментами времени t=0,5 и 3,5, и он меньше пикового порога P_ТН в момент времени t=0,5 и после момента времени t=3,5. Предположим, что масштабные коэффициенты SF(t) определены для моментов времени t=0, 1, 2, 3 и 4 и вычислены следующим образом:

если I_c(t)≤P_ТН, то SF(t)=1; и

если I_c(t)>P_ТН, то SF(t)=P_ТН/I_c(t), где I_c(t) является величиной объединенного сигнала I_c во время t.

Для примера по Фиг.4 масштабные коэффициенты SF(t) для t=0, 1, 2, 3 и 4 следующие:

SF(0)=1;

SF(1)=P_ТН/I_c(1)-4/5-0,8;

SF(2)=P_ТН/I_c(2)=4/6=-0,67;

SF(3)=P_ТН/I_c(3)=4/5=0,8; и

SF(4)=1.

Эти масштабные коэффициенты SF могут затем эффективно применяться к каждому из входных сигналов I₁ и I₂ следующим образом согласованно по времени, при этом масштабный коэффициент SF(t) применяется к каждому из входных сигналов I₁(t) и I₂(t) во время t. Хотя функции задержки здесь не показаны, предпочтительно гарантировать, что обработка сигналов, предусмотренная схемой 16 PPR, обеспечивается согласованным по времени образом. Для входного сигнала I₁ масштабный коэффициент SF применяется к входному сигналу I₁ согласованным по времени образом через функцию 32 умножения, чтобы обеспечить масштабированный сигнал S₁, где S₁=I_c·SF. Дополнительно, масштабные коэффициенты SF не обязательно должны быть пропорциональными или равными величине, на которую соответствующие части объединенного сигнала I_c превышают пиковый порог P_ТН.

Те части масштабированного сигнала S₁, которые соответствуют частям в объединенном сигнале I_c, которые превышают пиковый порог P_ТН, будут уменьшены относительно соответствующего масштабного коэффициента SF. В этом примере, на те части масштабированного сигнала S₁, которые соответствуют частям в объединенном сигнале I_c, которые не превышают пиковый порог P_ТН, в основном, не оказывается воздействие. Специалисты в данной области техники понимают, что переходное масштабирование может применяться для эффективного сглаживания перехода между теми частями входного сигнала I₁, которые соответствуют частям объединенного сигнала I_c, которые превышают пиковый порог P_ТН, и к тем, которые его не превышают. Дополнительно, масштабные коэффициенты могут быть сформированы из одной комбинации входных сигналов I₁ и I₂ или из множества комбинаций входных сигналов I₁ и I₂. Например, промежуточные масштабные коэффициенты могут быть сформированы для каждой из множества комбинаций, и промежуточные масштабные коэффициенты могут быть объединены путем умножения и т.д., чтобы сформировать общий масштабный коэффициент SF, который применяется к входному сигналу I₁ согласованным по времени образом через функцию 32 умножения, чтобы обеспечить масштабированный сигнал S₁. Когда объединенный входной сигнал I_c содержит множество сигналов, каждый из множества сигналов может быть связан с одним и тем же или с разными пиковыми порогами.

После формирования масштабированный сигнал S₁ вычитается из входного сигнала I₁ согласованным по времени образом в функции 34 суммирования, чтобы сформировать сигнал P₁ пиков, где P₁=I₁-S₁=I₁-(I₁·SF). Сигнал P₁ пиков представляет собой сигнал, который будет использоваться для искажения входного сигнала I₁ наряду с любыми другими шумами или переходами, обусловленными предыдущей обработкой. Сигнал P₁ пиков фильтруется фильтром 36, чтобы удалить любые нежелательные шумы и переходы и сформировать сигнал искажения D₁, который вычитается из входного сигнала I₁ в функции 38 суммирования, чтобы сформировать предварительно обработанный сигнал I₁'. В этом примере воплощения, сигнал искажения D₁ представляет искажение для уменьшения пиков, которое применяется к входному сигналу I₁, чтобы сформировать предварительно обработанный сигнал I₁'. Фильтр 36 может быть фильтром нижних частот, который используется, чтобы уменьшить или удалить высокочастотные компоненты, которые иначе появились бы в сигнале искажения D₁ и, в конечном счете, в предварительно обработанном сигнале I₁' в результате предшествующей обработки. Такое уменьшение может привести к сглаживанию наиболее жестких переходов в предварительно обработанном сигнале I₁', в частности, на границах или около границ тех частей предварительно обработанных сигналов I₁', которые соответствуют частям во входном сигнале I₁, которые были уменьшены. Степень фильтрации будет соответствовать величине, на которую сглажены эти наиболее жесткие переходы. Как и с входным сигналом I₁, масштабный коэффициент применяется к входному сигналу I₂ согласованным по времени образом через функцию 40 умножения, чтобы обеспечить масштабированный сигнал S₂, где S₂=I₂·SF. Те части масштабированного сигнала S₂, которые соответствуют частям в объединенном сигнале I_c, которые превышают пиковый порог P_ТН, будут уменьшены в соответствии с масштабным коэффициентом SF. Снова отметим, что на те части масштабированного сигнала S₂, которые соответствуют частям в объединенном сигнале I_c, которые не превышают пиковый порог P_ТН, в основном, влияния не оказывается. Переходное масштабирование можно применить для эффективного сглаживания перехода между теми частями входного сигнала I₂, которые соответствуют частям объединенного сигнала I_c, которые превышают пиковый порог P_ТН, и теми частями, которые не превышают этого порога.

Масштабированный сигнал S₂ затем вычитается из входного сигнала I₂ согласованным по времени образом в функции 42 суммирования, чтобы сформировать сигнал пиков P₂, где P₂=I₂-S₂=I₂-(I₂·SF)). Сигнал пиков P₂ фильтруется фильтром 44, чтобы удалить любой нежелательный шум и переходы и сформировать соответствующий сигнал искажения D₂, который вычитается из входного сигнала I₂ в функции 46 суммирования, чтобы сформировать предварительно обработанный сигнал I₂'. Сигнал искажения D₂ представляет искажение для уменьшения пиков, которое применяется к входному сигналу I₂ для формирования предварительно обработанного сигнала I₂'.

Полученные предварительно обработанные сигналы I₁' и I₂' затем передаются в схему 18 разделения для обработки сигнала, как описано выше. Как показано на чертежах, любое число входных сигналов I_x может быть обработано этим способом, в котором искажение для уменьшения пиков создается на основе комбинации этих входных сигналов I_x и применяется к каждому входному сигналу из сигналов I_x индивидуально.

Настоящее изобретение фактически применимо к любой системе связи, в которой входные сигналы передаются одновременно через соответствующие антенны 26. Изобретение применимо в системах связи, которые поддерживают схемы множественного доступа с кодовым разделением каналов (CDMA), OFDM, TDMA или любую их комбинацию. Дополнительно, применение существующих методик PAPR может быть предусмотрено в отношении одного или более входных сигналов I_x до применения одной или более вышеописанных концепций.

На Фиг.5 представлен график, иллюстрирующий вероятность наличия сигнала, имеющего пики выше определенного среднеквадратичного значения (RMS) уровня мощности для сигналов OFDMA/LTE. Пять кривых, которые изображены на графике, представляют вероятность того, что уровни пиковой мощности выше уровня мощности RMS для различных сигналов. Кривая A представляет PAPR, связанное с любым из входных сигналов I₁ или I₂, для которых не было обеспечено уменьшение пиковой мощности. Кривая B представляет PAPR, связанное либо с входным сигналом I₁, либо с сигналом I₂, для которого было индивидуально применено уменьшение пиковой мощности. В частности, PAPR для любого из входных сигналов I₁ или I₂, для которых было обеспечено уменьшение пиковой мощности, значительно ниже отношения PAPR, связанного с любым из входных сигналов I₁ и I₂, для которых не было обеспечено уменьшение пиковой мощности. Кривая С представляет PAPR, связанное с комбинацией входных сигналов I₁ и I₂ с уменьшенной пиковой мощностью, для которых было индивидуально применено уменьшение пиковой мощности. В частности, PAPR для комбинации входных сигналов с индивидуально уменьшенной пиковой мощностью значительно выше, чем PAPR для любого одного из входных сигналов I₁ или I₂ с индивидуально уменьшенной пиковой мощностью. Как показано на чертеже, объединение сигналов, пиковая мощность которых была индивидуально уменьшена, часто снижает преимущества использования уменьшения пиковой мощности.

Кривая D представляет PAPR, связанное с любым из предварительно обработанных сигналов I₁' и I₂', которые были подвергнуты искажению для уменьшения пиковой мощности, полученному из объединенного сигнала I_c по концепции настоящего изобретения. PAPR, связанное с комбинацией предварительно обработанных сигналов I₁' и I₂', представляется посредством PAPR объединенного сигнала I_c, что отображается кривой E. В то время как PAPR для любого из предварительно обработанных сигналов I₁' и I₂' само по себе является относительно высоким, PAPR для объединения предварительно обработанных сигналов является самым низким из всех кривых. Соответственно, настоящее изобретение способно обеспечить объединенные сигналы, которые имеют значительно улучшенные PAPR по сравнению с известным уровнем техники.

Основополосная схема 12, функция 14 модуляции, схема 16 PPR, схема 18 разделения и схема 20 повышающего преобразования могут быть предусмотрены в одном или более процессорах или соответствующих специализированных интегральных схемах. Схема 24 объединения может быть снабжена одним или более блоками объединения, которые сконфигурированы обеспечивать комплементарную функцию по отношению к функции, обеспечиваемой схемой 18 разделения.

Специалисты в данной области техники могут внести улучшения и модификации в примеры воплощения настоящего изобретения. Все такие улучшения и модификации рассматриваются в рамках объема концепций, раскрытых здесь и в прилагаемой формуле изобретения.

Claims

1. Способ снижения уровня мощности сигналов, содержащий этапы, на которых:
принимают множество входных сигналов, каждый из которых представляет собой модулированный связной сигнал;
объединяют каждый из множества входных сигналов, чтобы обеспечить объединенный сигнал;
формируют искажение для уменьшения пиков на основе объединенного сигнала, при этом формирование искажения для уменьшения пиков содержит подэтапы, на которых:
идентифицируют чрезмерные части объединенного сигнала, которые превышают пиковый порог, и
формируют сигнал искажения, соответствующий величине, на которую чрезмерные части объединенного сигнала превышают пиковый порог; и
применяют упомянутое искажение для уменьшения пиков к каждому из множества входных сигналов, чтобы обеспечить множество предварительно обработанных сигналов, при этом при применении искажения для уменьшения пиков применяют сигнал искажения к каждому из множества входных сигналов, так чтобы первые части каждого из множества входных сигналов, которые соответствуют чрезмерным частям объединенного сигнала, были уменьшены соответственно величине, на которую чрезмерные части объединенного сигнала превышают пиковый порог.

2. Способ по п.1, в котором при формировании сигнала искажения формируют первые масштабные коэффициенты для упомянутых чрезмерных частей, соответствующие величине, на которую чрезмерные части превышают пиковый порог, и формируют сигнал искажения для первых частей каждого из множества входных сигналов на основе первых масштабных коэффициентов.

3. Способ по п.2, в котором:
при формировании сигнала искажения дополнительно формируют относительно фиксированный масштабный коэффициент для тех частей объединенного сигнала, которые не превышают пиковый порог, и формируют сигнал искажения для вторых частей каждого из множества входных сигналов, которые соответствуют частям объединенного сигнала, которые не превышают пиковый порог, на основе относительно фиксированного масштабного коэффициента; и
при применении искажения для уменьшения пиков дополнительно применяют сигнал искажения к каждому из множества входных сигналов так, что вторые части каждого из множества входных сигналов масштабируются упомянутым относительно фиксированным масштабным коэффициентом.

4. Способ по п.2, в котором формирование сигнала искажения для первых частей каждого входного сигнала из множества входных сигналов содержит подэтапы, на которых:
формируют первые масштабные коэффициенты для упомянутых чрезмерных частей, соответствующие величине, на которую чрезмерные части превышают пиковый порог;
умножают входной сигнал на первые масштабные коэффициенты, чтобы сформировать масштабированный сигнал; и
вычитают масштабированный сигнал из входного сигнала, чтобы сформировать сигнал пиков, при этом применение сигнала искажения содержит вычитание сигнала пиков из входного сигнала.

5. Способ по п.4, в котором сигнал пиков фильтруется до вычитания из входного сигнала.

6. Способ по п.1, в котором первый сигнал из множества входных сигналов модулируется по общей схеме модуляции.

7. Способ по п.6, в котором общая схема модуляции является одной из схем множественного доступа с частотным разделением каналов (FDMA), множественного доступа с ортогональным частотным разделением каналов (OFDMA), множественного доступа с кодовым разделением каналов (CDMA) и множественного доступа с временным разделением каналов (TDMA).

8. Способ по п.6, в котором входные сигналы модулируются для использования схемы разнесения, с тем чтобы разные данные отображались в разные входные сигналы в одно и то же время, либо общие данные отображались в разные сигналы в одно и то же время.

9. Способ по п.6, в котором общая схема модуляции является схемой множественного доступа с ортогональным частотным разделением каналов (OFDMA).

10. Способ по п.1, дополнительно содержащий этапы, на которых:
формируют множество разделенных сигналов, которые являются первыми функциями каждого из множества предварительно обработанных сигналов;
выполняют преобразование с повышением частоты и усиление каждого из множества разделенных сигналов на индивидуальной основе, чтобы обеспечить множество радиочастотных сигналов; и
формируют множество выходных сигналов, которые являются вторыми функциями каждого множества из радиочастотных сигналов, причем вторые функции являются комплементарными по отношению к первым функциям.

11. Способ по п.10, в котором первые функции идентичны друг другу, и вторые функции идентичны друг другу.

12. Способ по п.10, дополнительно содержащий этап, на котором формируют усиленные радиочастотные сигналы на основе множества предварительно обработанных сигналов и передают каждый из множества радиочастотных сигналов одновременно через соответствующую одну из множества антенн.

13. Способ по п.10, в котором каждый из множества входных сигналов объединяется так, чтобы каждый из множества разделенных сигналов, формируемых с использованием первых функций, представлял собой сигнал с уменьшенными пиками.

14. Приемопередающий тракт в системе связи, содержащий:
схему уменьшения пиковой мощности (PPR), выполненную с возможностью:
принимать множество входных сигналов, каждый из которых представляет собой модулированный связной сигнал;
объединять каждый из входных сигналов, чтобы обеспечить объединенный сигнал;
формировать искажение для уменьшения пиков на основе объединенного сигнала, при формировании искажения для уменьшения пиков схема PPR дополнительно выполнена с возможностью:
идентифицировать чрезмерные части объединенного сигнала, которые превышают пиковый порог, и
формировать сигнал искажения, соответствующий величине, на которую чрезмерные части объединенного сигнала превышают пиковый порог; и
применять упомянутое искажение для уменьшения пиков к каждому из множества входных сигналов, чтобы обеспечить множество предварительно обработанных сигналов, при этом для применения искажения для уменьшения пиков схема PPR дополнительно выполнена с возможностью применять сигнал искажения к каждому из множества входных сигналов, так чтобы первые части каждого из множества входных сигналов, которые соответствуют чрезмерным частям объединенного сигнала, были уменьшены соответственно величине, на которую чрезмерные части объединенного сигнала превышают пиковый порог;
схему разделения, выполненную с возможностью формировать множество разделенных сигналов, которые являются первыми функциями каждого из множества предварительно обработанных сигналов;
множество параллельных трактов, в которых каждый из множества разделенных сигналов преобразуется с повышением частоты схемой повышающего преобразования и усиливается усилителем мощности, чтобы обеспечить соответствующее множество радиочастотных сигналов; и
схему объединения, выполненную с возможностью формировать множество выходных сигналов, которые являются вторыми функциями каждого из множества радиочастотных сигналов, причем вторые функции являются комплементарными по отношению к первым функциям.

15. Приемопередающий тракт по п.14, в котором, чтобы сформировать сигнал искажения, схема PPR дополнительно выполнена с возможностью формировать первые масштабные коэффициенты для упомянутых чрезмерных частей, соответствующие величине, на которую чрезмерные части превышают пиковый порог, и формировать сигнал искажения для первых частей каждого из множества входных сигналов на основе первых масштабных коэффициентов.

16. Приемопередающий тракт по п.15, в котором:
чтобы сформировать сигнал искажения, схема PPR дополнительно выполнена с возможностью формировать относительно фиксированный масштабный коэффициент для тех частей объединенного сигнала, которые не превышают пиковый порог, и формировать сигнал искажения для вторых частей каждого из множества входных сигналов, которые соответствуют частям объединенного сигнала, которые не превышают пиковый порог, на основе относительно фиксированного масштабного коэффициента; и
чтобы применить искажение для уменьшения пиков, схема PPR дополнительно выполнена с возможностью применять сигнал искажения к каждому из множества входных сигналов, так что вторые части каждого из множества входных сигналов масштабируются относительно фиксированным масштабным коэффициентом.

17. Приемопередающий тракт по п.15, в котором для формирования сигнала искажения для первых частей каждого входного сигнала из множества входных сигналов схема PPR дополнительно выполнена с возможностью:
формировать первые масштабные коэффициенты для упомянутых чрезмерных частей, соответствующие величине, на которую чрезмерные части превышают пиковый порог;
умножать входной сигнал на первые масштабные коэффициенты, чтобы сформировать масштабированный сигнал; и
вычитать масштабированный сигнал из входного сигнала, чтобы сформировать сигнал пиков, причем применение сигнала искажения содержит вычитание сигнала пиков из входного сигнала.

18. Приемопередающий тракт по п.17, в котором сигнал пиков фильтруется фильтром до вычитания из входного сигнала.

19. Приемопередающий тракт по п.14, в котором первый сигнал из множества входных сигналов модулируется по общей схеме модуляции.

20. Приемопередающий тракт по п.19, при этом общая схема модуляции является одной из схем множественного доступа с частотным разделением каналов (FDMA), множественного доступа с ортогональным частотным разделением каналов (OFDMA), множественного доступа с кодовым разделением каналов (CDMA) и множественного доступа с временным разделением каналов (TDMA).

21. Приемопередающий тракт по п.19, в котором входные сигналы модулируются для использования схемы разнесения, с тем чтобы разные данные отображались в разные входные сигналы в одно и то же время, либо общие данные отображались в разные сигналы в одно и то же время.

22. Приемопередающий тракт по п.19, при этом общая схема модуляции является схемой ортогонального множественного доступа с частотным разделением каналов (OFDMA).

23. Приемопередающий тракт по п.14, в котором первые функции идентичны друг другу, и вторые функции идентичны друг другу.

24. Приемопередающий тракт по п.14, в котором каждый из множества входных сигналов объединяется так, что каждый из множества разделенных сигналов, формируемых с использованием первых функций, представляет собой сигнал со срезанными пиками.

25. Приемопередающий тракт по п.14, в котором каждый из множества радиочастотных сигналов передается одновременно через соответствующую одну из множества антенн.