专利名称：多载波系统的自适应削峰方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及数字通信领域，具体而言，本发明涉及多载波系统的自适应削峰方法及装置。
背景技术：
3G(3rd-Generati0n，第三代移动通信技术)是指支持高速数据传输的蜂窝移动通讯技术。3G服务能够同时传送声音及数据信息，其代表特征是提供高速数据业务。目前3G无线通信系统都采用了多载波来进行小区扩容。在多载波小区中，由于需要发射的多载波信号在数字中频部分进行线性叠加合并，共用一套发射机进行发射，因此天线发射端回出现较高的峰均比信号，这样就要求功率放大器具有更大的线性区域，从而导致功率放大器的效率降低，进而造成功率放大器成本的提高，针对存在的这些问题，在移动通信系统中，通常采用削峰技术降低进入功率放大器的信号峰均比。目前降低峰均比的实现方案主要有峰值窗、噪声成型以及峰值抵消方案。其中峰值抵消方案复杂度最低，性能也较好。在专利CN200710002958. 4中考虑了根据各载波基带信号的功率估计值对相应滤波器进行增益调整，然后对合路后的多载波信号进行匹配滤波削峰处理，避免对功率不同的载波使用相同匹配滤波器增益带来的信号失真不平衡现象。但是对于高调制方式的载波，尤其是 64QAM(Quadrature amplitudemodulation,正交幅度调制),对 EVM(Error Vector Magnitude，误差向量幅度)比较敏感，不容易满足EVM要求。但是，PC-CFR(PeakCancellation-Crest Factor Reduction，峰值对消波峰因子降低)削峰算法的现状是目前产品实现时，一般还未不考虑载波的功率及不同调制方式下的EVM要求不同，其能抑制的峰均比有限。主要包括以下两点问题(1)实际环境中，由于功控对R4载波的影响，以及每个载波码道占用量的不同，载波的功率可能不相同，而且载波间的功率差异最大可以达到20db。如果采用不考虑载波功率的PC-CFR算法，使得功率较小的载波EVM恶化较严重。(2)实际组网中，对于下行业务可以分为R4业务，即以语音业务为主，QPSK调制方式，和H(High Speed Downlink Packet Access，高速下行分组接入)业务，即数据业务。 H业务会根据其信道质量选择不同调制方式，随着调制级数的增加，信 号对噪声也越敏感， 3GPP (3rd Generation Partnership Pro ject，第三代合作伙伴计划)中对高调制技术的 EVM的限制也越严格。如果对不同调制方式的载波进行等增益的PC-CFR削峰，那么各载波的恶化程度EVM类似，不利于进一步的降低峰均比。
发明内容
本发明的目的旨在至少解决上述技术缺陷之一，特别综合考虑载波的功率和不同调制方式的抗干扰能力，对多载波合路信号进行数字中频削峰处理，提出了一种多载波系统的自适应削峰方法及装置。
为实现上述目的，本发明的实施例的一个方面提出了一种多载波系统的自适应削峰方法及装置，包括以下步骤接收多载波系统的多载波合路信号；将所述多载波合路信号与峰值检测阈值比较，将超过峰值检测阈值的信号进行峰值调整，得到峰值调整量；确定多载波削峰系数，对峰值调整后的所述多载波合路信号根据所述多载波削峰系数、峰值调整量进行自适应削峰。本发明的实施例的另一方面提出了一种多载波系统的自适应削峰装置，包括接收模块、峰值调整模块以及削峰模块，所述接收模块，用于接收多载波系统的多载波合路信号； 所述峰值调整模块，用于将所述多载波合路信号与峰值检测阈值比较，将超过峰值检测阈值的信号进行峰值调整，得到峰值调整量；所述削峰模块，用于确定多载波削峰系数，对峰值调整后的所述多载波合路信号根据所述多载波削峰系数、峰值调整量进行自适应削峰。根据本发明实施例的方法及装置，综合考虑多载波功率的差异和采用不用调制方式的载波的抗干扰能力不同，解决了多载波混合调制方式且不等功率发射时的EVM恶化问题。同时在满足EVM和ACLR(AdjacentChannel Leakage Ratio，相邻频道泄漏比)要求的条件下，在多载波混合调制模式下能取得更好的削峰效果，使得多载波合路信号具有更低峰均比，极大的降低功放成本。本发明提出的上述方案，对现有系统的改动很小，不会影响系统的兼容性，而且实现简单、高效。本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中图1为根据本发明实施例的多载波系统的自适应削峰方法的流程框图；图2为根据本发明实施的自适应削峰算法示意图；图3为根据本发明实施例的多载波系统的自适应削峰装置的结构框图；图4为考虑载波间功率，未削峰时的原始信号频谱示意图；图5为图4中原始信号削峰后信号峰均比CCDF(CompIementaryCompIementary Cumulative Distribution Function，逆累积分布函数)曲线对比6为考虑载波调制方式，未削峰时的原始信号频谱示意7为图6中原始信号削峰后信号峰均比CXDF曲线对比8为根据本发明实施例的削峰滤波器的频谱示意图。
具体实施例方式下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。为了更好的解释本发明，首先对峰值窗法、噪声成型方案以及峰值抵消方案进行介绍。 具体的说，峰值窗法(Pff-CFR,Peak Window-Crest Factor Reduction)是指将高于门限的硬削峰脉冲经过滤波器平滑，来抑制带外频谱扩展，其性能取决于所采用的窗口以及窗口的长度。滤波器阶数越高，影响采样点越多，EVM指标恶化就越大。另一方面，多载波在一段时间出现连续峰值的概率会较大，峰值窗消峰方法实现时由于较高阶数的滤波器可能会造成对信号重复加权的情况，这样峰值窗方法对多载波信号进行削峰就不可能获得理想的削波效果。噪声成型方案(NS-CFR，NoiseShaping-Crest Factor Reduction)是指通过计算输入信号功率获得动态变化的削峰阈值，然后基于该阈值削减超过某一个门限的所有采样点，并计算和原始信号的误差信号。误差信号随后被噪声成型，以确保由限幅引起的噪声落在信号频带之内。经噪声成形的误差信号随后从原始信号中消去，从而降低PAPR(Peak to Average Power Ratio，峰值平均功率比)。上述处理可能造成峰值再次上升。峰值抵消方案PC-CFR技术是指采用类似于NS-CFR的技术来缩小PAPR。然而，与上述NS-CFR不同的是，在PC-CFR方案中由频谱成形而再生的抵消信号是基于峰值采样点的，即超过门限某区域采样点中的最大值。这一信号在经过合适的延迟处理之后被用于削减超过门限的原始峰值信号。作为只用峰值采样点进行削减的简化方法，它的失真度较小， 而且只需更少的计算负担。综合三种方法，PC-CFR复杂度最低，性能也较好。但是，PC-CFR削峰算法的现状是目前产品实现时，一般还未不考虑载波的功率及不同调制方式下的EVM要求不同，其能抑制的峰均比有限。因此本发明实施例需要提供一种，综合考虑多载波功率的差异和采用不用调制方式的载波的抗干扰能力不同，具有较好削峰效果的自适应削峰方法。为了实现本发明之目的，本发明公开了一种多载波系统的自适应削峰方法，图1 是示出了上述方法的流程框图。该方法包括如下步骤SlOl 接收多载波系统的多载波合路信号。结合图2所示，采用数字上变频对信号进行调制、扩频及滤波处理，得到各路载波信号。将上述各路载波信号进行叠加，得到多载波合路信号。接收上述多载波系统的多载波合路信号。上述多载波合路信号可以表示为
K y (O = YjXk (OeexP O^fk 'iIf s) ζ· = 1,2,…，T
、 k=l _ _ ·其中，xk(i)是经过调制、扩频以及滤波处理得到的第k个载波信号，K为总的载波数，fk为第k载波频点，fs为数字中频采样频率，T为数据数目。S102:将多载波合路信号与峰值检测阈值比较，将超过峰值检测阈值的信号进行峰值调整。结合图2所示，将上述多载波合路信号通过峰值检测模块找出峰值窗口。具体的说，根据多载波合路信号y(i)和峰值检测阈值A1，找出峰值窗口，即Iy⑴I >Ai，i e [I1, i2]，其中，少⑴=Ix (θ-exp、河k'i/fs) = 1,2,…，T ,
A=I ^._ ..xk(i)是经过调制、扩频以及滤波处理得到的第k个载波信号，K为总的载波数，fk 为第k载波频点，fs为数字中频采样频率，T为数据数目。
通过上式|y⑴I ，i e [I1, i2]可知，如果所有的样本都在目标门限以下，传送y (i)，算法结束。否则，在峰值窗口中找到最大峰值位置在imax，峰值点数据为y (ifflJ。将超过峰值检测阈值的信号进行峰值调整，计算最大峰值点y(imax)与削峰阈值A2 的差值，a (imax) = y (imax) _A2exp (j*angle (y (imax)))，保证差值a (ifflJ的幅度和相位与峰值点保持不变。其中，峰值检测阈值A1 —般要稍稍高于削峰阈值A2,即A1 ^ A2。S103:确定多载波削峰系数，对峰值调整后的多载波合路信号根据多载波削峰系数和峰值调整量进行自适应削峰。在对峰值调整后的多载波合路信号进行自适应削峰前，首先要确定多载波削峰系数。在本实施例中，通过多载波功率估计和/或多载波权值计算确定多载波削峰系数。具体地说，确定多载波削峰系数包括如下步骤(1)多载波功率估计通过基带多载波基带信号计算各载波的功率得到载波间的功率值。根据上述功率值，得到各载波的功率比例关系为P1 P2 …PK。(2)多载波权值计算由于不同调制方式的信号的抗干扰能力不同。3GPP TS 25. 105给定的EVM要求如表1所示表 1
调制方式EVM
QPSK(EVM1)17. 5%
~16QAM(EVM2) 12. 5% 64QAM (EVM3) 8%由表1可知，EVM1 EVM2 EVM3 = 2. 1875 1.5625 1。假定每路载波信号采用的调制方式为Mk (k = 1··· K)，其中M为调制阶数。M = 2时，调制方式为QPSK ；M = 4调制方式为16QAM ;M = 6时，调制方式为64QAM。 根据各载波上承载信号的调制方式来确定载波的权值，包括如下两种方式(1)当载波上承载信号只有一种调制方式，则各载波权值计算公式如下
权利要求
1.一种多载波系统的自适应削峰方法，其特征在于，包括以下步骤 接收多载波系统的多载波合路信号；将所述多载波合路信号与峰值检测阈值比较，将超过峰值检测阈值的信号进行峰值调整，得到峰值调整量；确定多载波削峰系数，对所述多载波合路信号根据所述多载波削峰系数以及峰值调整量进行自适应削峰。
2.如权利要求1所述的多载波系统的自适应削峰方法，其特征在于，将超过峰值检测阈值的信号进行峰值调整包括根据多载波合路信号y(i)和峰值检测阈值~，找出峰值窗口，即y(i) >A1 ie [i17i2]，其中，少(0 = 1>“小呵(·/2功"7八)…,T，Xk(i)是经过调制、扩频以及 k=l滤波处理得到的第k个载波信号，κ为总的载波数，fk为第k载波频点，fs为数字中频采样频率，τ为数据数目；进行峰值调整，计算最大峰值点与削峰阈值A2的差值，使得差值的幅度和相位与峰值点保持不变，a(imax) = y(imax)-A2exp(j*angle(y(imax)))，其中 A1 彡 A2。
3.如权利要求2所述的多载波系统的自适应削峰方法，其特征在于，确定多载波削峰系数包括根据多载波功率估计和/或多载波权值计算确定多载波削峰系数。
4.如权利要求3所述的多载波系统的自适应削峰方法，其特征在于，确定多载波削峰系数包括计算多载波每个载波的增益& = Pkqk，其中，各载波的功率比例关系为P1 P2 … PK，各载波的权值比例为Q1 Q2 ... qK ；设计一个原型滤波器b (η)，所述原型滤波器与单个载波的频谱匹配，根据载波频率配置，把原型滤波器频域的搬移到每个载波的中心频点上，根据多载波增益& = Pkqk调整每载波增益，相加得到多载波削峰滤波器h (η)，h{n) = b{n>Ygken^-floo^mmif, 二1,2，…,N ,其中，N 为削峰滤波器长度。 k=l
5.如权利要求4所述的多载波系统的自适应削峰方法，其特征在于，对峰值调整后的所述多载波合路信号根据所述多载波削峰系数、峰值调整量进行自适应削峰包括将a(imax)与h向量相乘得到用于抵消的脉冲向量，然后与多载波合路数据y(i)相减得到更新后的y(i)为削峰后的信号，y(i) = y⑴-a(imax) · h‘ (j)，i e [imax-floor(Ν/2)，imax+floor(Ν/2)]， j = i mod [imax-f Ioor (Ν/2) ], h' (n) = h (n)/max (abs (h))，其中，floor 为对数据进行下取整，abs为求绝对值，max( ·)求向量最大值。
6.如权利要求5所述的多载波系统的自适应削峰方法，其特征在于，对所述多载波合路信号y(i)进行多级迭代自适应削峰，当多次迭代自适应削峰后输出的信号的所有峰值点小于峰值检测阈值A1时停止迭代自适应削峰。
7.一种多载波系统的自适应削峰装置，其特征在于，包括接收模块、峰值调整模块以及削峰模块，所述接收模块，用于接收多载波系统的多载波合路信号；所述峰值调整模块，用于将所述多载波合路信号与峰值检测阈值比较，将超过峰值检测阈值的信号进行峰值调整，得到峰值调整量；所述削峰模块，用于确定多载波削峰系数，对所述多载波合路信号根据所述多载波削峰系数、峰值调整量进行自适应削峰。
8.如权利要求7所述的多载波系统的自适应削峰装置，其特征在于，所述峰值调整模块将超过峰值检测阈值的信号进行峰值调整包括所述峰值调整模块根据多载波合路信号y(i)和峰值检测阈值A1，找出峰值窗口，即
9.如权利要求8所述的多载波系统的自适应削峰装置，其特征在于，所述削峰模块确定多载波削峰系数包括所述削峰模块根据多载波功率估计和/或多载波权值计算确定多载波削峰系数。
10.如权利要求9所述的多载波系统的自适应削峰装置，其特征在于，所述削峰模块确定多载波削峰系数包括计算多载波每个载波的增益& = Pkqk，其中，各载波的功率比例关系为P1 P2 … PK，各载波的权值比例为Q1 Q2 ... qK ；设计一个原型滤波器b (η)，所述原型滤波器与单个载波的频谱匹配，根据载波频率配置，把原型滤波器频域的搬移到每个载波的中心频点上，根据多载波增益& = Pkqk调整每载波增益，相加得到多载波削峰滤波器h (η)，
11.如权利要求10所述的多载波系统的自适应削峰装置，其特征在于，所述削峰模块对峰值调整后的所述多载波合路信号根据所述多载波削峰系数、峰值调整量进行自适应削峰包括所述削峰模块将a(imax)与h向量相乘得到用于抵消的脉冲向量，然后与多载波合路数据y(i)相减得到更新后的y(i)为削峰后的信号，y(i) = y⑴-a(imax) · h‘ (j)，i e [imax-floor(Ν/2)，imax+floor(Ν/2)]，j = i mod[imax-fIoor (N/2) ], h' (n) = h (n)/max (abs (h))，其中，floor为对数据进行下取整，abs为求绝对值，max(.)求向量最大值。
12.如权利要求11所述的多载波系统的自适应削峰装置，其特征在于，所述削峰模块对所述多载波合路信号y(i)进行多级迭代自适应削峰，当多次迭代自适应削峰后输出的信号的所有峰值点小于峰值检测阈值A1时停止迭代自适应削峰。
全文摘要
本发明的实施例提出了一种多载波系统的自适应削峰方法，包括以下步骤接收多载波系统的多载波合路信号；将多载波合路信号与峰值检测阈值比较，得到超过峰值检测阈值的信号的峰值调整量；确定多载波削峰系数，对多载波合路信号根据多载波削峰系数、峰值调整量进行自适应削峰。本发明的实施例还提出了一种多载波系统的自适应削峰装置，包括接收模块、峰值调整模块以及削峰模块。根据本发明实施例提供的方法及装置，解决了多载波混合调制且不等功率发射时的EVM恶化问题，同时在满足EVM和ACLR要求的条件下，在多载波混合调制模式下能取得更好的削峰效果，使得多载波合路信号具有更低峰均比，有效降低功放成本。
文档编号H04L27/26GK102223338SQ201010150248
公开日2011年10月19日 申请日期2010年4月15日 优先权日2010年4月15日
发明者熊芳, 陈东 申请人:电信科学技术研究院