專利名稱：一種降低多載波信號(hào)峰均比的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及發(fā)送數(shù)字信號(hào)的系統(tǒng)和方法，更具體地說，是降低通信系統(tǒng)中進(jìn)入功率放大 器的信號(hào)峰均比的方法和裝置，尤其涉及的是一種降低多載波合路信號(hào)峰均比的削峰技術(shù)。
背景技術(shù)：
通信系統(tǒng)中無(wú)線基站的發(fā)信機(jī)利用功率放大器來發(fā)射信號(hào)，以補(bǔ)償因傳播距離而帶來的 信號(hào)衰減。峰均比大的輸入信號(hào)降低了功率放大器的效率，對(duì)多載波合路信號(hào)而言，比如碼 分多址接入系統(tǒng)，這個(gè)問題顯得尤為突出。在移動(dòng)通信系統(tǒng)中，通常用削峰技術(shù)降低進(jìn)入功率放大器的信號(hào)峰均比，以提高功率放 大器的效率，但是也會(huì)帶來一定程度的信號(hào)失真、帶外頻譜擴(kuò)展或鄰道干擾等問題，這樣使 發(fā)射性能下降。在碼分多址接入系統(tǒng)(如WCDMA和cdma2000)中，通常用誤差矢量幅度 來衡量信號(hào)的失真程度，用鄰道功率泄漏比來表征發(fā)射機(jī)的帶外頻譜擴(kuò)展程度?；鶐鞣搴蛿?shù)字中頻削峰是通信系統(tǒng)中兩類主要的削峰技術(shù)，基帶削峰技術(shù)是在脈沖成 型濾波器之前進(jìn)行削峰處理，因此不會(huì)帶來任何帶外頻譜擴(kuò)展或鄰道功率泄漏，其缺點(diǎn)是削 峰信號(hào)經(jīng)過數(shù)字中頻多級(jí)插值濾波器后峰均比將會(huì)增加，使得對(duì)信號(hào)峰均比的抑制不夠好。 此外，基帶削峰會(huì)造成較大的信號(hào)失真，表現(xiàn)為誤差矢量幅度性能下降明顯。在滿足誤差矢 量幅度性能的前提下，基帶削峰很難使數(shù)字中頻處理后信號(hào)峰均比達(dá)到預(yù)期的指標(biāo)要求。數(shù)字中頻削峰是指基帶信號(hào)經(jīng)過數(shù)字中頻的多級(jí)插值濾波器之后再進(jìn)行削峰處理，常用 的中頻削峰有硬削峰和匹配濾波削峰等。中頻硬削峰技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是硬件實(shí)現(xiàn)較為簡(jiǎn)單，缺點(diǎn) 是其直接進(jìn)行數(shù)字中頻硬限幅削峰處理，會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的鄰道功率泄漏現(xiàn)象。但若要保證滿足 鄰道功率泄漏比性能指標(biāo)，中頻硬削峰技術(shù)則很難達(dá)到預(yù)期的峰均比性能。中國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)枮?3804978.3的發(fā)明專利申請(qǐng)使用的削峰技術(shù)就屬于數(shù)字中頻匹配濾波 削峰技術(shù)，該專利申請(qǐng)是針對(duì)多載波信號(hào)削峰情況而設(shè)計(jì)的，先設(shè)計(jì)一個(gè)數(shù)字中頻對(duì)應(yīng)采樣 頻率的基帶濾波器，將基帶濾波器移頻到對(duì)應(yīng)的載波頻率后，再把移頻后的濾波器相加得到 合路濾波器，用合路濾波器對(duì)峰值抵消信號(hào)進(jìn)行匹配濾波。當(dāng)輸入合路數(shù)字中頻信號(hào)的采樣 頻率較大時(shí)，例如12倍或更大，對(duì)濾波器的抽頭數(shù)要求非常高，這增加了硬件實(shí)現(xiàn)(FPGA 或ASIC)的代價(jià)和困難。此外，該技術(shù)方案雖然考慮了各載波匹配濾波器系數(shù)產(chǎn)生時(shí)對(duì)其增益進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整， 以取得比僅使用縮放器進(jìn)行統(tǒng)一增益調(diào)整更好的性能，但是并沒有說明具體如何對(duì)各載波匹 配濾波器系數(shù)進(jìn)行增益調(diào)整，以及如何實(shí)時(shí)地對(duì)各載波匹配濾波器系數(shù)進(jìn)行調(diào)整，尤其是在 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)中該如何調(diào)整各匹配濾波器增益。發(fā)明內(nèi)容為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明提出一種降低多載波信號(hào)峰均比的方法和裝置， 本發(fā)明具體是這樣實(shí)現(xiàn)的一種降低多載波信號(hào)峰均比的裝置，包括硬限幅模塊、兩個(gè)延遲模塊、載波功率估計(jì)模塊、匹配濾波處理模塊和兩個(gè)求和累加模塊；所述硬限幅模塊，根據(jù)閾值對(duì)輸入的多載波合路信號(hào)進(jìn)行處理，產(chǎn)生硬限幅信號(hào)； 所述一求和累加模塊，對(duì)硬限幅信號(hào)和經(jīng)一延遲模塊處理的多載波合路信號(hào)相減產(chǎn)生多 載波峰值抵消信號(hào)；所述載波功率估計(jì)模塊，根據(jù)多載波基帶信號(hào)估計(jì)各載波的功率； 所述匹配濾波處理模塊，對(duì)各載波的峰值抵消信號(hào)進(jìn)行匹配濾波；所述一求和累加模塊，對(duì)濾波后的多載波峰值抵消信號(hào)與經(jīng)另一延遲模塊處理的多載波 合路信號(hào)相加產(chǎn)生多載波削峰信號(hào)。迭代裝置，用于進(jìn)行多載波合路信號(hào)進(jìn)行多級(jí)削峰處理。所述硬限幅模塊，釆用坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)數(shù)字計(jì)算模式產(chǎn)生硬限幅信號(hào)，進(jìn)一步包括 多載波合路信號(hào)的幅度計(jì)算單元、與閾值參數(shù)的比較和判決單元和根據(jù)闊值參數(shù)產(chǎn)生硬 限幅信號(hào)的限幅單元。所述匹配濾波處理模塊，進(jìn)一步包括兩個(gè)混頻單元、至少一個(gè)匹配濾波器組、求和累加單元；所述一混頻單元，用各載波對(duì)應(yīng)頻率的負(fù)頻率對(duì)峰值抵消信號(hào)進(jìn)行下變頻得到對(duì)應(yīng)的基 帶信號(hào)；所述匹配濾波器組，對(duì)各路基帶信號(hào)進(jìn)行濾波與降采樣、增益調(diào)節(jié)、升采樣與濾波處理; 所述一混頻單元，用各載波對(duì)應(yīng)頻率對(duì)各路匹配濾波器組的輸出信號(hào)進(jìn)行上變頻處理；所述求和累加單元，將各路上變頻后的輸出結(jié)果求和累加得到濾波后的多載波峰值抵消信號(hào)。所述匹配濾波器組包括兩個(gè)濾波與2倍降采樣單元、增益可調(diào)濾波器和兩個(gè)2倍升樣與濾波單元； 其中增益可調(diào)濾波器，根據(jù)對(duì)應(yīng)的各載波功率的估計(jì)值對(duì)濾波器進(jìn)行增益調(diào)節(jié)。 所述增益可調(diào)濾波器，可采用近似平方濾波器。 一種降倀多載被信號(hào)峰均比的方法，包括如下歩驟 步驟l、根據(jù)多載波合路信號(hào)和閾值，產(chǎn)生硬限幅信號(hào)； 步驟2、根據(jù)延遲后的多載波合路信號(hào)和硬限幅信號(hào)產(chǎn)生峰值抵消信號(hào)； 步驟3、根據(jù)多載波基帶信號(hào)估計(jì)各載波的功率； 步驟4、對(duì)多載波峰值抵消信號(hào)進(jìn)行匹配濾波處理；步驟5、將濾波后的峰值抵消信號(hào)與多載波合路信號(hào)求和累加得到多載波削峰信號(hào)。所述的降低多載波信號(hào)峰均比的方法，進(jìn)一步還包括-對(duì)多載波合路信號(hào)進(jìn)行多級(jí)削峰迭代處理。所述步驟1進(jìn)一步包括 (1 )對(duì)多載波合路信號(hào)采用坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)計(jì)算模式進(jìn)行計(jì)算，得到每個(gè)輸入采樣信號(hào)的幅度、 相位和旋轉(zhuǎn)增益；(2)將幅度與閾值和旋轉(zhuǎn)增益的乘積進(jìn)行比較 若幅度不大于閾值和旋轉(zhuǎn)增益的乘積，則硬限幅信號(hào)為輸入多載波合路信號(hào)； 否則，則坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)計(jì)算矢量模式采用以閾值和旋轉(zhuǎn)增益的比值和相位為起始用坐參數(shù)獲 得硬限幅信號(hào)。所述步驟1進(jìn)一歩包括(1) 用坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)計(jì)算矢量模式得到每個(gè)輸入采樣信號(hào)的幅度，保存每步計(jì)算得到的旋轉(zhuǎn)參數(shù)；(2) 用坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)計(jì)算矢量模式實(shí)現(xiàn)笛卡兒坐標(biāo)到極坐標(biāo)的變換；(3) 根據(jù)給定的多載波合路信號(hào)，采用坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)計(jì)算模式旋轉(zhuǎn)后得到輸入采樣信號(hào)的幅 度和旋轉(zhuǎn)增益(4) 將步驟(1)中得到的幅度與閾值和步驟(3)中的旋轉(zhuǎn)增益的乘積進(jìn)行比較 若步驟(1)中得到的幅度不大于閾值和步驟(3)中的旋轉(zhuǎn)增益的乘積，則硬限幅信號(hào)為輸入多載波合路信號(hào)；否則，分別以閾值與步驟(3)中的旋轉(zhuǎn)增益的比值和O為起始參數(shù)利用坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)計(jì)算模 式反旋轉(zhuǎn)，并根據(jù)坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)計(jì)算矢量模式計(jì)算時(shí)保存的旋轉(zhuǎn)參數(shù)來計(jì)算硬限幅信號(hào)，其中坐 標(biāo)旋轉(zhuǎn)計(jì)算模式反旋轉(zhuǎn)每級(jí)使用的旋轉(zhuǎn)參數(shù)必須與坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)矢量模式對(duì)齊。所述步驟4進(jìn)一步包括(1) 用各載波對(duì)應(yīng)頻率的負(fù)頻率對(duì)峰值抵消信號(hào)進(jìn)行下變頻得到相應(yīng)的基帶信號(hào)；(2) 對(duì)各路基帶信號(hào)進(jìn)行濾波與降采樣、可調(diào)濾波、升采樣與濾波處理；(3) 根據(jù)載波功率估計(jì)值調(diào)節(jié)可調(diào)濾波器的增益；(4) 用各載波對(duì)應(yīng)的頻率對(duì)各路匹配濾波器組的輸出信號(hào)進(jìn)行上變頻；(5) 各路上變頻后的輸出求和累加得到濾波后的多載波峰值抵消信號(hào)。 本發(fā)明根據(jù)各載波基帶信號(hào)的功率估計(jì)值對(duì)相應(yīng)載波的濾波器組可調(diào)濾波器系數(shù)進(jìn)行增益調(diào)整，對(duì)合路后的多載波信號(hào)進(jìn)行數(shù)字中頻匹配濾波削峰處理，避免了對(duì)功率不同的載波 使用相同匹配濾波器增益帶來的信號(hào)失真不平衡現(xiàn)象。本發(fā)明在滿足相同誤差矢量幅度和鄰 道功率泄漏比的條件下，能夠取得更好的削峰效果，亦即可使削峰后的多載波合路信號(hào)具有 更低的峰均比。本發(fā)明采用的硬限幅方法與傳統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方法不同，將坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)數(shù)字計(jì)算(CORDIC)模式 應(yīng)用到硬限幅處理中，降低了硬件實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜度和資源消耗；匹配濾波器處理模塊通過將峰 值抵消信號(hào)變換到基帶用匹配濾波器組實(shí)現(xiàn)，較大程度地減少了傳統(tǒng)匹配濾波方法需要的乘 法器資源，而且匹配濾波器組中可調(diào)濾波設(shè)計(jì)方法改善了削峰的效果。在數(shù)字中頻處理時(shí)，若要在取得更高采樣速率的同時(shí)，又考慮到硬件資源的節(jié)約，可以 使用兩級(jí)半帶插值濾波器，此外，根據(jù)具體的中頻釆樣速率來設(shè)計(jì)匹配濾波器組，若在滿足 誤差矢量幅度和鄰道功率泄漏比條件下，希望獲取更低的峰均比性能，本發(fā)明適當(dāng)使用的多級(jí)迭代削峰處理，其數(shù)字信號(hào)處理采用順序處理方式，不涉及任何 反饋處理模塊，很方便在實(shí)際硬件系統(tǒng)中采用流水線實(shí)現(xiàn)。


圖1是本發(fā)明中多載波信號(hào)形成以及多載波峰值削峰模塊所處位置的示意圖； 圖2使本發(fā)明的具體實(shí)施例，將圖1所示的具體實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)中補(bǔ)償CIC增益后的RRC濾 波器的幅頻響應(yīng)；圖3是本發(fā)明的用于降低多載波信號(hào)峰均比的多載波削峰實(shí)現(xiàn)的基本結(jié)構(gòu)； 圖4 (a)、 (b)是圖3所示結(jié)構(gòu)中的硬限幅實(shí)現(xiàn)方法； 圖5是圖3所示的基本結(jié)構(gòu)的匹配濾波處理的具體實(shí)現(xiàn)； 圖6是圖5所示匹配濾波處理模塊中對(duì)應(yīng)的匹配濾波器組具體實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)； 圖7是本發(fā)明所述的RRC和平方濾波器的幅頻響應(yīng)對(duì)比性能； 圖8是圖3所示的基本結(jié)構(gòu)的另一種具體實(shí)現(xiàn)； 圖9是多載波合路信號(hào)經(jīng)過本發(fā)明的多載波削峰前后的CCDF曲線。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明結(jié)合附圖對(duì)具體實(shí)施方式
進(jìn)行詳細(xì)描述。在無(wú)線通信系統(tǒng)的基站發(fā)射機(jī)中，使用削峰技術(shù)來減少進(jìn)入功率放大器的多載波合路信 號(hào)的峰均比，以提高功率放大器的效率。圖1是本發(fā)明中多載波信號(hào)形成以及多載波峰值削 峰模塊所處位置的示意圖。對(duì)每路載波而言，其基帶復(fù)信號(hào)通過補(bǔ)償?shù)母嘞也逯禐V波器 (CRRC)進(jìn)行脈沖成型濾波，經(jīng)過半帶插值濾波器(HBF)以提高數(shù)字中頻信號(hào)的采樣速率， 再通過層疊積分梳狀插值濾波器(CIC)以增強(qiáng)對(duì)信號(hào)在頻域內(nèi)的鏡像抑制，并與數(shù)控振蕩 器進(jìn)行混頻形成單載波數(shù)字中頻信號(hào)輸出，最后各載波數(shù)字中頻信號(hào)進(jìn)行合并以產(chǎn)生多載波 合路輸出信號(hào)。為了減少硬件實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)表的代價(jià)，可設(shè)置四載波的NCO頻率為對(duì)稱的，例如分別將,、/2、 /3和/4設(shè)置為/;、 /2、 _/2和-/;，這樣的話，y;和-y;的Nco可以共用査找表(LUT)。更進(jìn)一步地，若需要取得更高的采樣速率和減少硬件實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度，在數(shù)字中頻處理可以采用 兩級(jí)半帶插值濾波器。在數(shù)字中頻信號(hào)插值與濾波器處理中，雖然使用CIC濾波器減少了硬件實(shí)現(xiàn)代價(jià)和提供 良好的鏡像抑制性能，但是同時(shí)也會(huì)引起帶內(nèi)增益的不平坦。為了使得整個(gè)數(shù)字中頻插值與 濾波處理具有較好的帶內(nèi)增益平坦度，通過設(shè)計(jì)補(bǔ)償?shù)腞RC濾波器(CRRC)來補(bǔ)償CIC濾 波器的帶內(nèi)增益不平坦。圖2所示為根據(jù)圖1示例設(shè)計(jì)的CRRC濾波器的幅頻響應(yīng)，圖2中也給出了補(bǔ)償前后RRC 濾波器和整個(gè)數(shù)字中頻濾波器(包括CRRC、 HBF和CIC)巻積結(jié)果的幅頻響應(yīng)特性，可以 看出若RRC未補(bǔ)償CIC的帶內(nèi)增益損失，則整個(gè)數(shù)字中頻濾波器巻積的帶內(nèi)平坦度性能較 差。圖3為本發(fā)明的用于降低多載波信號(hào)峰均比的多載波削峰實(shí)現(xiàn)的基本結(jié)構(gòu)。圖3中的多 載波削峰裝置由一個(gè)硬限幅模塊、兩個(gè)延遲模塊、 一個(gè)載波功率估計(jì)模塊、 一個(gè)匹配濾波處 理模塊和兩個(gè)求和累加模塊組成。硬限幅模塊根據(jù)閾值參數(shù)對(duì)輸入多載波合路信號(hào)進(jìn)行硬限幅處理，以產(chǎn)生硬限幅信號(hào)。所述延遲模塊，對(duì)多載波合路信號(hào)進(jìn)行延遲處理。硬限幅信號(hào)減去經(jīng)過延遲模塊后的多載波合路信號(hào)，以產(chǎn)生峰值抵消信號(hào)。所述一求和累加模塊，對(duì)硬限幅信號(hào)和經(jīng)一延遲模塊處理的多載波合路信號(hào)相減產(chǎn)生多載波峰值抵消信號(hào)；匹配濾波處理模塊，對(duì)峰值抵消信號(hào)進(jìn)行匹配濾波，得到濾波后的多載波峰值抵消信號(hào)。載波功率估計(jì)模塊，用于估計(jì)各個(gè)載波基帶信號(hào)功率進(jìn)行估計(jì)。所述另一求和累加模塊，對(duì)經(jīng)延遲模塊后的多載波合路信號(hào)和濾波后的多載波峰值抵消信號(hào)進(jìn)行求和累加產(chǎn)生多載波削峰信號(hào)。所述硬限幅模塊進(jìn)一步包括，多載波合路IQ信號(hào)的幅度計(jì)算單元、與閾值參數(shù)的比較和 判決單元、以及根據(jù)閾值參數(shù)產(chǎn)生硬限幅信號(hào)的限幅單元。所述匹配濾波處理模塊包括，用各載波對(duì)應(yīng)頻率的負(fù)頻率對(duì)峰值抵消信號(hào)進(jìn)行下變頻得 到對(duì)應(yīng)的基帶信號(hào)的泡頻單元對(duì)客路基帶信號(hào)進(jìn)行濾被與降菜櫸、可調(diào)濾波、升菜樣與濾 波的匹配濾波器組，根據(jù)載波功率估計(jì)值調(diào)整可調(diào)濾波器的增益調(diào)節(jié)單元；用各載波對(duì)應(yīng)頻 率對(duì)各路匹配濾波組的輸出信號(hào)進(jìn)行上變頻的混頻單元；將各路上變頻后輸出相加的求和累 加單元。本發(fā)明所述的降低多載波信號(hào)峰均比的方法包括，根據(jù)多載波合路信號(hào)和閾值參數(shù)產(chǎn)生 硬限幅信號(hào)；根據(jù)延遲后的多載波合路信號(hào)和硬限幅信號(hào)產(chǎn)生峰值抵消信號(hào)；根據(jù)多載波基 帶信號(hào)估計(jì)各載波的功率；對(duì)多載波峰值抵消信號(hào)進(jìn)行匹配濾波處理；濾波后的峰值抵消信 號(hào)與多載波合路信號(hào)求和累加得到多載波削峰信號(hào)。所述硬限幅處理進(jìn)一步包括多載波合路IQ信號(hào)的幅度計(jì)算、與閾值參數(shù)的比較和判決、 以及根據(jù)閾值參數(shù)產(chǎn)生硬限幅信號(hào)。其中圖4為圖3所示結(jié)構(gòu)中的硬限幅方法實(shí)現(xiàn)過程的示意圖，(a)圖示出了使用坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)數(shù)字計(jì)算(CORDIC)模式計(jì)算多載波合路信號(hào)幅度的過程，得到信號(hào)幅度^*V(^m)2+(gr")2和旋轉(zhuǎn)方向參數(shù)《，該幅度結(jié)果為信號(hào)幅度J"""')2 +fer02的《倍(尺來自于CORDIC算法的處理增益)，這里< 取決于乂,的符號(hào)(若 義<0時(shí)《取1，否則《取一1),每級(jí)的旋轉(zhuǎn)角度分別為《"^arctan2—"; (b)圖為根據(jù)777WK 和保存的《參數(shù)進(jìn)行CORDIC反旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生硬限幅輸出信號(hào)(77 "cos^和777"sinA ，A-arctant)的過程，每級(jí)的旋轉(zhuǎn)角度分別為-《* arctan2—"，反旋轉(zhuǎn)時(shí)每級(jí)的《與IH向旋轉(zhuǎn)相同。本發(fā)明的多載波削峰裝置不僅可應(yīng)用于多載波通信系統(tǒng)，本發(fā)明根據(jù)實(shí)際通信系統(tǒng)設(shè)計(jì) 中的硬件資源和性能要求進(jìn)行適當(dāng)?shù)男薷暮筒眉?，也可適用于單載波通信系統(tǒng)。若僅需要支 持單載波，則可以裁剪掉上變頻和下變頻相關(guān)的部分，這樣可大大減少硬件資源消耗。圖5所示是根據(jù)本發(fā)明采用的匹配濾波處理的實(shí)現(xiàn)示例。所述匹配濾波處理進(jìn)一歩包括 分別用各載波對(duì)應(yīng)頻率的負(fù)頻率對(duì)峰值抵消信號(hào)進(jìn)行下變頻得到相應(yīng)基帶信號(hào)；對(duì)各路基帶 信號(hào)分別通過匹配濾波器組，進(jìn)行濾波與降采樣、可調(diào)濾波、升采樣與濾波的處理；根據(jù)載 波功率估計(jì)值調(diào)節(jié)對(duì)應(yīng)通道匹配濾波器組可調(diào)濾波器的增益；用各載波對(duì)應(yīng)頻率對(duì)各通道匹 配濾波器組輸出進(jìn)行上變頻；將各通道的上變頻后的輸出結(jié)果進(jìn)行求和累加，得到濾波后的 多載波峰值抵消信號(hào)。圖6所示是根據(jù)本發(fā)明采用12倍數(shù)字中頻采樣對(duì)應(yīng)多載波削峰模塊的匹配濾波器組的實(shí) 現(xiàn)示例，匹配濾波器組包括兩個(gè)濾波與2倍降采樣單元、 一個(gè)調(diào)整增益可調(diào)濾波器的增益調(diào) 節(jié)單元和兩個(gè)2倍升采樣與濾波單元組成，增益調(diào)節(jié)單元?jiǎng)t根據(jù)對(duì)應(yīng)的載波功率估計(jì)值進(jìn)行 增益調(diào)節(jié)。將匹配濾波器組中的增益可調(diào)濾波器設(shè)計(jì)為近似平方濾波器(而非傳統(tǒng)的RRC濾 波器)，以提高多載波削峰性能。圖7所示是本發(fā)明的RRC和平方濾波器的幅頻響應(yīng)對(duì)比性能。圖7中可以看出，平方濾 波器的占用帶寬要大于RRC濾波器，這有利于改善削峰性能。本發(fā)明中考慮四載波通信系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型。為了方便描述和表示，下面使用不同數(shù)學(xué)符 號(hào)來表示各階段或模塊的信號(hào)，分別用i、 J和/fe代表載波索引、基帶采樣索引和中頻采樣索 引。1) 基帶IQ信號(hào)2) 插值濾波后各載波對(duì)應(yīng)的中頻信號(hào)/,f,g,，3) 多載波合路信號(hào)/r"，2r"4) 閾值參數(shù)7V5) 硬限幅信號(hào)一，2，w一一6) 多載波峰值抵消信號(hào)/f("皿'，gfd'7) 下變頻后各載波對(duì)應(yīng)的峰值抵消信號(hào)g,r"一一8) 匹配濾波后各載波對(duì)應(yīng)的峰值抵消信號(hào)/，。，0;，f—9) 上變頻后各載波對(duì)應(yīng)的峰值抵消信號(hào)/,^—一，2,^- 10) 濾波后的多載波峰值抵消信號(hào),2，。'———"。'■ '11) 多載波削峰信號(hào)/f — , gf p一各載波基帶IQ信號(hào)經(jīng)過多級(jí)插值濾波(CRRC、 HBF和CIC)后產(chǎn)生數(shù)字中頻采樣信號(hào)"/和2:!;f ，與對(duì)應(yīng)載波頻率混頻并相加產(chǎn)生多載波合路信號(hào)/r"和2r'"。四載波削峰模塊之 前的四載波合路信號(hào)可以表示為,rra +j*erm=tfe +/*^>v2# (式i)本發(fā)明圖3中的硬限輻可以采用CORDIC算法來實(shí)現(xiàn)。首先對(duì)每個(gè)輸入采樣信號(hào)/廣和gr"采用CORDIC矢量模式得到輻度4 = W(『)2+fer1)2 )和相位A;將4與 W"A:比較；若4小于或等于吊"《，則硬限幅信號(hào)為輸入多載波合路信號(hào)；若4大于7V*K，則用CORDIC旋轉(zhuǎn)模式以77 WiC和A (由CORDIC矢量模式計(jì)算得到的)為起始 參數(shù)獲得硬限幅信號(hào)。本發(fā)明圖3中的硬限幅也可采用修正的CORDIC算法來實(shí)現(xiàn)，可以節(jié)省1/3的硬件電路 資源，以減少硬件實(shí)現(xiàn)成本。通過圖4并結(jié)合下面的描述，可以很容易理解本發(fā)明的硬限幅 實(shí)現(xiàn)方法。首先用CORDIC矢量模式計(jì)算每個(gè)輸入采樣信號(hào)的幅度^ ,保存每歩計(jì)算的《以 供后面的CORDIC反旋轉(zhuǎn)用，而不需要計(jì)算相位項(xiàng)A。 CORDIC矢量模式實(shí)現(xiàn)笛卡兒坐標(biāo)到 極坐標(biāo)的變換，用公式表示為<formula>formula see original document page 12</formula>式2中《取決于^的符號(hào)<formula>formula see original document page 12</formula>給定x。 = /「和；;。=g廣，經(jīng)過CORDIC旋轉(zhuǎn)后得到<formula>formula see original document page 12</formula>式4中，為CORDIC旋轉(zhuǎn)的級(jí)數(shù)(通常iV取8便可獲得很好的精度)，、+，為輸入采 樣信號(hào)/r"和gr'"經(jīng)CORDIC后計(jì)算的幅度，將4與7 7"〖(K為CORDIC旋轉(zhuǎn)的增益) 比較；若4小于或等于77z"a:,則硬限幅信號(hào)為輸入多載波合路信號(hào)；若4大于777"《， x。和y。分別以r& / K和0為起始參數(shù)進(jìn)行CORDIC反旋轉(zhuǎn)，并根據(jù)CORDIC矢量模式計(jì)算 時(shí)保存的《參數(shù)來計(jì)算硬限幅信號(hào)。CORDIC反旋轉(zhuǎn)每級(jí)使用的《必須與CORDIC矢量模 式對(duì)齊。<formula>formula see original document page 12</formula>式6中，^+1和凡+1為對(duì)應(yīng)載波合路信號(hào)/:、ft翻的硬限幅信號(hào)/廣力和2廣-咖，&為/r"、"柳的相位。硬限幅信號(hào)減去延遲后的多載波合路信號(hào)，則得到多載波峰值抵消信號(hào)<formula>formula see original document page 13</formula>
圖3中的載波功率估計(jì)模塊，每載波對(duì)應(yīng)的基帶信號(hào)的功率用式8計(jì)算得到<formula>formula see original document page 13</formula>
式8中，iV、，^,為用于功率估計(jì)的基帶采樣數(shù)，根據(jù)iT'査表(LUT)得到對(duì)應(yīng)的幅度 增益《"。<formula>formula see original document page 13</formula>
使用載波頻率的負(fù)頻率對(duì)峰值抵消信號(hào)進(jìn)行下變頻得到對(duì)應(yīng)的基帶信號(hào)<formula>formula see original document page 13</formula>
下變頻輸出的基帶信號(hào)分別經(jīng)過圖6所示的匹配濾波器組進(jìn)行匹配濾波處理，匹配濾波 器組處理包括根據(jù)估計(jì)的載波功率調(diào)節(jié)可調(diào)濾波器增益，得到/,，"'—<formula>formula see original document page 13</formula>
用對(duì)應(yīng)載波頻率對(duì)峰值抵消信號(hào)進(jìn)行下變頻得到相應(yīng)的基帶信號(hào) ,"/7)a+y杉=6。"a + ,)*/ = 1234 (式12)上變頻后對(duì)各載波對(duì)應(yīng)的峰值抵消信號(hào)求和累加產(chǎn)生濾波后的多載波峰值抵消信號(hào)<formula>formula see original document page 13</formula>
延遲后多載波合路信號(hào)與濾波后的多載波峰值抵消信號(hào)相加得到多載波削峰信號(hào)-"—— (式14)I ndipped _ /*)' m丄/^/'na( petrit—柳'、e 必 =仏 十仏 — 一圖8所示是本發(fā)明的一具體實(shí)施例，圖3所示基本結(jié)構(gòu)的另一種多載波削峰處理的具體 實(shí)現(xiàn)。圖8的具體實(shí)現(xiàn)與圖3不同之處是，系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)可根據(jù)系統(tǒng)性能要求和硬件資源情況， 對(duì)多載波合路信號(hào)進(jìn)行多級(jí)迭代削峰處理操作，使得在滿足系統(tǒng)誤差矢量幅度和鄰道功率泄 漏比指標(biāo)條件下，取得更優(yōu)的削峰效果，即保證多載波削峰信號(hào)具有更小的峰均比。圖8中，各級(jí)多載波削峰模塊也可以根據(jù)需要使用不同的閾值參數(shù)，以取得更佳的削峰效果。圖9示出了四載波WCDMA數(shù)字中頻合路信號(hào)經(jīng)過本發(fā)明的削峰模塊后信號(hào)CCDF曲線 的對(duì)比情況。從圖9中可以看出，削峰后不僅峰均比有顯著的減少，由削峰前的9.8dB (0.01%@CCDF)降為5.7dB，信號(hào)CCDF曲線也變得更陡峭。理論分析和實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)結(jié)果 表明，削峰后陡峭的CCDF曲線有益于提高功率放大器的效率。與同類削峰技術(shù)相比較，本 發(fā)明采樣的多載波削峰技術(shù)，在保證滿足系統(tǒng)誤差矢量幅度和鄰道功率泄漏比指標(biāo)條件下， 使用更少的硬件資源并獲得更低的峰均比性能，更容易取得較高的功放效率。本發(fā)明可以根據(jù)實(shí)際通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的硬件資源和性能要求進(jìn)行適當(dāng)?shù)男薷暮筒眉?。?僅需要支持單載波，則可以裁剪掉上變頻和下變頻相關(guān)的部分，大大減少了硬件資源消耗。 數(shù)字中頻處理時(shí)，若要在取得更高的采樣速率的同時(shí)，又考慮到硬件資源的節(jié)約，可以使用 兩級(jí)半帶插值濾波器。若在滿足誤差矢量幅度和鄰道功率泄漏比條件下，希望獲取更低的峰 均比性能，可以適當(dāng)使用多級(jí)迭代削峰處理方法來實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明提供的方案，其數(shù)字信號(hào)處 理采用順序處理方式，不涉及任何反饋處理模塊，從而很方便在實(shí)際硬件系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)。這里己經(jīng)通過具體的實(shí)施例子對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)描述，提供上述實(shí)施例的描述為了使 本領(lǐng)域的技術(shù)人員制造或適用本發(fā)明，這些實(shí)施例的各種修改對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說是 容易理解的。本發(fā)明適用于WCDMA、 cdma2000等碼分多址系統(tǒng)。
權(quán)利要求
1. 一種降低多載波信號(hào)峰均比的裝置，其特征在于，包括硬限幅模塊、兩個(gè)延遲模塊、載波功率估計(jì)模塊、匹配濾波處理模塊和兩個(gè)求和累加模塊；所述硬限幅模塊，根據(jù)閾值對(duì)輸入的多載波合路信號(hào)進(jìn)行處理，產(chǎn)生硬限幅信號(hào)；所述一求和累加模塊，對(duì)硬限幅信號(hào)和經(jīng)一延遲模塊處理的多載波合路信號(hào)相減產(chǎn)生多載波峰值抵消信號(hào)；所述載波功率估計(jì)模塊，根據(jù)多載波基帶信號(hào)估計(jì)各載波的功率；所述匹配濾波處理模塊，對(duì)各載波的峰值抵消信號(hào)進(jìn)行匹配濾波；所述一求和累加模塊，對(duì)濾波后的多載波峰值抵消信號(hào)與經(jīng)另一延遲模塊處理的多載波合路信號(hào)相加產(chǎn)生多載波削峰信號(hào)。
2. 如權(quán)利要求l所述的降低多載波信號(hào)峰均比的裝置，其特征在于，還包括， 迭代裝置，用于進(jìn)行多載波合路信號(hào)進(jìn)行多級(jí)削峰處理。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的降低多載波信號(hào)峰均比的裝置，其特征在于，所述硬限幅模 塊，釆用坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)數(shù)字計(jì)算模式產(chǎn)生硬限幅信號(hào)，進(jìn)一步包括-多載波合路信號(hào)的幅度計(jì)算單元、與閾值參數(shù)的比較和判決單元和根據(jù)閾值參數(shù)產(chǎn)生硬 限幅信號(hào)的限幅單元。
4. 如權(quán)利要求1或2所述的降低多載波信號(hào)峰均比的裝置，其特征在于，所述匹配濾波 處理模塊，進(jìn)一步包括兩個(gè)混頻單元、至少一個(gè)匹配濾波器組、求和累加單元；所述一混頻單元，用各載波對(duì)應(yīng)頻率的負(fù)頻率對(duì)峰值抵消信號(hào)進(jìn)行下變頻得到對(duì)應(yīng)的基 帶信號(hào)；所述匹配濾波器組，對(duì)各路基帶信號(hào)進(jìn)行濾波與降采樣、增益調(diào)節(jié)、升采樣與濾波處理; 所述一混頻單元，用各載波對(duì)應(yīng)頻率對(duì)各路匹配濾波器組的輸出信號(hào)進(jìn)行上變頻處理； 所述求和累加單元，將各路上變頻后的輸出結(jié)果求和累加得到濾波后的多載波峰值抵消/士 口
5. 如權(quán)利要求4所述的降低多載波信號(hào)峰均比的裝置，其特征在于，所述匹配濾波器組， 進(jìn)一步包括兩個(gè)濾波與2倍降采樣單元、增益可調(diào)濾波器和兩個(gè)2倍升樣與濾波單元； 其中增益可調(diào)濾波器，根據(jù)對(duì)應(yīng)的各載波功率的估計(jì)值對(duì)濾波器進(jìn)行增益調(diào)節(jié)。
6. 如權(quán)利要求5所述的降低多載波信號(hào)峰均比的裝置，其特征在于， 所述增益可調(diào)濾波器，可采用近似平方濾波器。
7. —種降低多載波信號(hào)峰均比的方法，其特征在于，包括如下步驟 步驟l、根據(jù)多載波合路信號(hào)和閾值，產(chǎn)生硬限幅信號(hào)；步驟2、根據(jù)延遲后的多載波合路信號(hào)和硬限幅信號(hào)產(chǎn)生峰值抵消信號(hào)； 步驟3、根據(jù)多載波基帶信號(hào)估計(jì)各載波的功率； 歩驟4、對(duì)多載波峰值抵消信號(hào)進(jìn)行匹配濾波處理；歩驟5、將濾波后的峰值抵消信號(hào)與多載波合路信號(hào)求和累加得到多載波削峰信號(hào)。
8. 如權(quán)利要求7所述的降低多載波信號(hào)峰均比的方法，其特征在于，進(jìn)一步還包括-對(duì)多載波合路信號(hào)進(jìn)行多級(jí)削峰迭代處理。
9. 如權(quán)利要求7或8所述的降低多載波信號(hào)峰均比的方法，其特征在于，所述歩驟l進(jìn) 一步包括(1 )對(duì)多載波合路信號(hào)采用坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)計(jì)算模式進(jìn)行計(jì)算，得到每個(gè)輸入采樣信號(hào)的幅度、相位和旋轉(zhuǎn)增益；(2)將幅度與閾值和旋轉(zhuǎn)增益的乘積進(jìn)行比較若幅度不大于閾值和旋轉(zhuǎn)增益的乘積，則硬限幅信號(hào)為輸入多載波合路信號(hào)； 否則，則坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)計(jì)算矢量模式采用以閾值和旋轉(zhuǎn)增益的比值和相位為起始用坐參數(shù)獲 得硬限幅信號(hào)。
10. 如權(quán)利要求9所述的降低多載波信號(hào)峰均比的方法，其特征在于，所述歩驟l進(jìn)一 步包括(1) 用坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)計(jì)算矢量模式得到每個(gè)輸入采樣信號(hào)的幅度，保存每步計(jì)算得到的旋轉(zhuǎn)參數(shù)(2) 用坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)計(jì)算矢量模式實(shí)現(xiàn)笛卡兒坐標(biāo)到極坐標(biāo)的變換；(3) 根據(jù)給定的多載波合路信號(hào)，采用坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)計(jì)算模式旋轉(zhuǎn)后得到輸入采樣信號(hào)的幅 度和旋轉(zhuǎn)增益；(4) 將步驟(1)中得到的幅度與閾值和步驟(3)中的旋轉(zhuǎn)增益的乘積進(jìn)行比較 若步驟(1)中得到的幅度不大于閾值和步驟(3)中的旋轉(zhuǎn)增益的乘積，則硬限幅信號(hào)為輸入多載波合路信號(hào)；否則，分別以閾值與步驟(3)中的旋轉(zhuǎn)增益的比值和O為起始參數(shù)利用坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)計(jì)算模 式反旋轉(zhuǎn)，并根據(jù)坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)計(jì)算矢量模式計(jì)算時(shí)保存的旋轉(zhuǎn)參數(shù)來計(jì)算硬限幅信號(hào)，其中坐 標(biāo)旋轉(zhuǎn)計(jì)算模式反旋轉(zhuǎn)每級(jí)使用的旋轉(zhuǎn)參數(shù)必須與坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)矢量模式對(duì)齊。
11.如權(quán)利要求7或8所述的降低多載波信號(hào)峰均比的方法，其特征在于，所述步驟4 進(jìn)一步包括-(1) 用各載波對(duì)應(yīng)頻率的負(fù)頻率對(duì)峰值抵消信號(hào)進(jìn)行下變頻得到相應(yīng)的基帶信號(hào)；(2) 對(duì)各路基帶信號(hào)進(jìn)行濾波與降采樣、可調(diào)濾波、升采樣與濾波處理；(3) 根據(jù)載波功率估計(jì)值調(diào)節(jié)可調(diào)濾波器的增益；(4) 用各載波對(duì)應(yīng)的頻率對(duì)各路匹配濾波器組的輸出信號(hào)進(jìn)行上變頻；(5) 各路上變頻后的輸出求和累加得到濾波后的多載波峰值抵消信號(hào)。
全文摘要
本發(fā)明涉及發(fā)送數(shù)字信號(hào)的系統(tǒng)和方法，更具體地說，是一種降低多載波信號(hào)峰均比的方法和裝置，包括一種降低多載波信號(hào)峰均比的裝置，包括硬限幅模塊、兩個(gè)延遲模塊、載波功率估計(jì)模塊、匹配濾波處理模塊和兩個(gè)求和累加模塊。將坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)數(shù)字計(jì)算(CORDIC)模式應(yīng)用到硬限幅處理中，降低了硬件實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜度和資源消耗。匹配濾波器處理模塊通過將峰值噪聲信號(hào)變換到基帶用匹配濾波器組實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明根據(jù)各載波基帶信號(hào)的功率估計(jì)值對(duì)相應(yīng)載波的濾波器組可調(diào)濾波器系數(shù)進(jìn)行增益調(diào)整，對(duì)合路后的多載波信號(hào)進(jìn)行數(shù)字中頻匹配濾波削峰處理，避免了對(duì)功率不同的載波使用相同匹配濾波器增益帶來的信號(hào)失真不平衡現(xiàn)象。
文檔編號(hào)H04L25/02GK101237435SQ200710002958
公開日2008年8月6日 申請(qǐng)日期2007年1月30日 優(yōu)先權(quán)日2007年1月30日
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