专利名称：降低多载波信号峰值功率对平均功率之比的联合补偿方法及其装置的制作方法
技术领域：
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联合补偿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，多载波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。
本发明的目的在于提供一种能保证信号质量的降低多载波信号峰值功率对平均功率之比的联合补偿方法及其装置。
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联合补偿方法，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的标准信号。
上述的降低多载波信号峰值功率对平均功率之比的联合补偿方法，其中，补偿信号是一种调幅调相信号。
上述的降低多载波信号峰值功率对平均功率之比的联合补偿方法，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，则进行联合补偿，利用搜索算法求解。
上述的降低多载波信号峰值功率对平均功率之比的联合补偿方法，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联合补偿方法，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，则直接用第二路补偿信号补偿；反之，则用第二路补偿信号的反信号进行联合补偿。
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联合补偿装置，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，输出补偿后的标准信号。
上述一种联合补偿方法或装置用来降低信号峰值功率和平均功率之比，对所有的信号点都具有补偿效果，可以解决现有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是本发明方法中的计算和搜索补偿的流程图；图4是矢量表示的补偿示意图。
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联合补偿装置，它包括调制器22，对输入的多载波信号21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25，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25中分别接收和路信号和补偿信号，进行相加，输出补偿后的标准信号。
多载波信号21经过调制器22后，在和路器23相加成一和路信号。对该和路信号输入到补偿生成器25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。
如果要求输出的信号为恒包络的信号，则计算量是很大的，同时很有可能会出现在某些点无法补偿的情况。故可以适当的放宽条件，并不要求输出的信号为一个恒包络的信号，这样可以大大降低计算量和无解点的个数。
在只有一路补偿信号的时候，肯定在某些点会出现无解的情况。而在两路补偿信号中，在一定的条件下，对所有的点都有补偿效果。
补偿信号采用一种调幅信号，其求取是通过解方程的方式来进行的。当补偿信号出现负解的时候，意味着信号在该点有一个180度的相变，信号不再是一个单纯的调幅信号，而是一个调幅调相的信号。本算法中对补偿信号求解只有在联合补偿的情况下可取负值。其它情况只容许取正值。
本发明还可以通过下述方法来实现，即一种降低多载波信号峰值功率对平均功率之比的联合补偿方法，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的标准信号。
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只有在联合补偿的情况下才取负值，其它情况下只容许取正值。
如图3所示，上述过程中，计算和搜索补偿的步骤为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，进行联合补偿，利用搜索算法求解。
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。
判断联合补偿有效性的算法主要是通过矢量分析的方法来实现的。基本思路如下可将多载波信号等效为一个I-Q平面的信号矢量，矢量的模为 ，相位也可由Q(t)，I(t)确定；而补偿信号y(t)则可用沿逆时针方向旋转的矢量表示，其旋转角速度为Δf，模为a(t)。
图4中圆的半径在恒包络补偿情况下代表所要求的恒包络的大小，在非恒包络补偿情况下代表所允许的合成信号包络的最大值。
当采用两个信号联合补偿时，此时的情况较为复杂，很难用数学推导的方法得出结论，用信号矢量的方法进行分析，经过研究与测试，归纳总结了联合补偿时无正解的情况，此结论可归纳为当第二路补偿信号矢量落在第一路补偿信号矢量的反矢量与原信号矢量的反矢量所夹的区域中时，可以进行联合补偿；反之，则无法进行联合补偿。但由于我们可以用补偿信号的反矢量进行补偿。对于这种情况，我们可以认为相当于补偿信号的相位跳变180度，此时补偿信号实际上含有调相的成分。在考虑到反矢量的情况下，采用两路补偿信号就可做到在所有情况下均能补偿，具体分析见图4。图4中，第一路补偿信号矢量(SA1)及其反矢量，多载波信号矢量(OS)及其端点的两条切线将平面划分为6个区域。如果有一个补偿信号在区域1，4中即可完成补偿(如果在区域4中，则用其反矢量进行补偿)；如果第二个补偿信号的矢量在区域2，5中，则与(OA1)完成联合补偿；如果第二个矢量在3，6区域中，则与(OA1)的反矢量完成联合补偿，由此可见，采用两路补偿信号就可做到在所有情况下均能补偿。
综上所述，本发明提出了一种联合补偿方法来降低信号峰值功率与平均功率之比的方法，首先对信号进行补偿，先通过一定的计算和搜索来获取补偿信号。加入补偿信号，产生补偿后的标准信号。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。并且在补偿算法和设计上也有一定的改进。
权利要求
1.一种降低多载波信号峰值功率对平均功率之比的联合补偿方法，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的标准信号。
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联合补偿方法，其特征在于所述的补偿信号是一种调幅调相信号。
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联合补偿方法，其特征在于，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，则进行联合补偿，利用搜索算法求解。
4.根据权利要求3所述的一种降低多载波信号峰值功率对平均功率之比的联合补偿方法，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。
5.根据权利要求3所述的一种降低多载波信号峰值功率对平均功率之比的联合补偿方法，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，则直接用第二路补偿信号补偿；反之，则用第二路补偿信号的反信号进行联合补偿。
6.一种降低多载波信号峰值功率对平均功率之比的联合补偿装置，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，输出补偿后的标准信号。
全文摘要
一种降低多载波信号峰值功率对平均功率之比的联合补偿方法,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的标准信号。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。
文档编号H04L27/32GK1338851SQ0011962
公开日2002年3月6日 申请日期2000年8月17日 优先权日2000年8月17日
发明者楚庆, 蒋化冰 申请人:华为技术有限公司