专利名称：一种降低多载波td－scdma下行链路发射信号峰均比的方法
技术领域：
本发明涉及第三代移动通信领域多载波TD-SCDMA基站发射信号处理，具体地讲涉及一种改善下行链路发射信号峰均比的方法。
背景技术：
为满足移动通信日益增长的市场需求，人们提出了第三代移动通信标准，其中WCDMA和CDMA2000已经得到商用。TD-SCDMA也是第三代移动通信国际标准之一，很快将进入预商用阶段。TD-SCDMA标准一旦得到商用后，将会面临如何继续增大系统容量的问题，在同一小区/扇区内进行多载波覆盖将是解决这一问题的重要手段。尽管在目前的TD-SCDMA规范中尚未正式定义多载波发射，但已有多家厂商进行了这方面的建议，多载波覆盖方案可望很快纳入TD-SCDMA规范中。
对于采用多载波方案的大容量基站收发信机(BTS)而言，为支持更多的无线载波和更多的基带信号处理单元，功耗必然要增加，而功率放大器占据了大部分功耗，因此减少功率放大器的功耗是实现多载波大容量基站的关键。
首先对多载波TD-SCDMA下行链路信号进行说明。
单载波TD-SCDMA下行链路信号扩频模型如图1所示。
扩频操作分为扩频和加扰两步，其中扩频系数在1～16之间。扩频码是一种OVSF码，以保证统一时隙上不同扩频因子的扩频码正交，这个操作可以看作是用来区分同一时隙中不同用户。为降低多码传输时的峰均值比，对于每一个信道化码d1(k，i)，d2(k，i)， 都有一个相关的相位系数wQk。将信道化码数据加权乘wQk之后，将加权后的数据经过长度为Qk的信道化码C(k)扩频，得到数据wQ(k)d1(k，i)(c1(k，i)，c2(k，i)，...cQk(k，i))wQ(k)d2(k，i)(c1(k，i)，c2(k，i)，...cQk(k，i))，···wQ(k)dQMAXQk(k,i)(c1(k,i),c2(k,i),...cQk(k,i)),]]>然后由小区特定的扰码序列V＝(V1，V2，…，V16)进行位乘加扰，得到数据V1，V2，，…VQk，VQk+1，…V2Qk，…VQMAX-Qk+1，…VQMAX，即扩频和加扰后的数据。这个操作可以看作是用来区分不同小区。
单载波TD-SCDMA下行链路信号合并模型如图2所示。
扩频后，每一复值信道(用户1，2，…K)分别乘以加权因子Gj(j＝1，2，…K)，若时隙中包含同步信道SCH，其加权因子则为GSCH。这样，我们得到了基带TD-SCDMA信号。经过通常的脉冲成形，可以得到带限波形。
若在一个BTS上实现多载波发射，每个载波需要独立进行调制，然后再射频合并，但功率合并会增加底噪，射频多载波信号峰均比(PAR)也将会进一步恶化，从而降低功率放大器的效率。对多载波信号进行基带数字处理，是降低底噪和控制多载波信号PAR的有效手段。PAR高的信号对放大器的线性范围要求更高，否则信号将会遭到硬剪切，从而导致互调失真，降低功效。
其次，对3GPP规范中对基站发射机规定的测试进行说明。
误差向量值(Error Vector Magnitude，EVM)是理想发射波形与实际发射波形之间的差值，因此该值实际上等价于平均误码率(BER)，按规定要小于12.5％；峰值码域误差(Peak Code Domain Error，PCDE)是TD-SCDMA不同信道间串扰的度量，换言之，度量的是不同码道间的正交性，按规定扩频因子为16时要小于-28dB；邻道泄漏比(Adjacent Channel Leakage Ratio，ACLR)是发射功率与其在邻道的测量值之比，按规定要好于40dB。
3GPP TDD一致性测试规范中针对这些指标规定了测试(计算)流程，为更好地描述这些流程，先对输出信号和参考信号做出解释。
待测Tx输出信号待测Tx输出信号输入测量仪器中，经RRC滤波，存储起来以待进一步处理。整个测量区间内的物理信号可用向量Z表示，该向量包含N＝ns×sf+ma个复样本，其中，ns为测量区间内的符号数，sf为每个符号内的码片数，ma为midamble码片数。
参考信号根据相关Tx规范可由测量仪器建构参考信号，用同样的匹配滤波器滤波后，在没有符号间干扰时存储起来。整个测量区间内的参考信号可用向量R表示，该向量包含N＝ns×sf+ma个复样本。
信道内Tx测量结果可以分为两类偏差类和残差类。
偏差类在没有误差的情况下参数的值非零。这些参数代表信号，比如RF频率，功率(单码情况下)，码域功率(多码情况下)，时序(仅对UE)等。
残差类在没有误差的情况下参数的值为零。这些参数代表信号的差值，比如误差向量值(EVM)和峰值码域误差(pCDE)。
改变残差类参数中的参考信号和待测信号，当改变后的待测信号与参考信号间的均方根(RMS)差值最小时，就达到最优近似。改变后的待测信号以Z’表示，改变后的参考信号以R’表示，则误差向量可以表示为E＝Z’-R’。
针对待评估的参数，E可以采取以下两种不同形式EVM形式(代表整个测量区间内的物理误差信号)一个向量E，包含N＝ns×sf+ma个复样本；其中，ns，sf，ma的定义同前。
PCDE形式(通过在符号区间内取样由EVM形式导出)ns个时间序列的向量e，每个符号区间由sf个复样本构成。
EVM的计算步骤如下1)按上述定义的误差向量E计算其均方根值RMS(E)。
2)按上述定义的参考信号R计算其均方根值RMS(R)。
3)按下式计算EVMEVM=RMS(E)RMS(R)×100%]]>PCDE的计算步骤如下1)取上述定义的误差向量e。
2)取扩频码集C中的正交向量，按向量范数做归一化处理，得到Cnorm＝C/sqrt(sf)。
3)对e解扰，得到e’。
4)计算e’与Cnorm的内积，对测量区间内的所有符号和码空间中的所有码重复此过程，由此得到一个k×ns的阵列，阵列中每个元素代表一个特定符号和特定码的误差向量。其中K是码空间中码的总数，ns是测量区间中的符号数。
5)计算K个RMS值，每个RMS值是由一个码中的ns个符号得到的(这些值可称为“绝对码EVM”(单位伏特))。
6)从K个“绝对码EVM”中找出峰值(此值可称为“绝对峰值码EVM”)。
7)按下式计算PCDE 再次，对现有抑制信号峰值的方法进行描述。
为抑制信号峰值，人们常采用的方法是硬剪切(Hard clipping，HC)。三载波信号硬剪切典型方案如图3所示，其步骤主要为1)，对每一个载波，统计(或估计)最大峰值，按一定百分比剪切。
2)，剪切后的每个载波分别经RRC(Root Raised Cosine，根升余弦)滤波和QPSK(Quadrature Phase Shift Keying，正交相移键控)调制。
3)，各路载波合并后上变频，经功率放大器发射出去。
硬剪切的优点在于实现电路简单，延时小，并可以有效控制带内、外泄漏。缺点在于破坏了频谱，若剪切之后再进行滤波，则又会使峰值再生，不能有效降低多载波信号PAR。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，在多载波信号硬剪切方法的基础上，提出了一种有效降低多载波信号PAR的同时满足3GPP发射指标的软硬剪切法(Soft-Hard Clipping，SHC)，该方法为软剪切和硬剪切相结合的方法。
为了解决上述问题，本发明所采用的降低TD-SCDMA多载波下行链路信号峰均比的方法，是一种软硬剪切(SHC)的方法，包括对每一载波分别进行RRC滤波和QPSK调制，将各路载波合并，和对载波信号进行剪切，其特征在于，所述对载波信号进行剪切的步骤在各路载波合并之后进行，是对合并后的各路载波信号的软剪切和硬剪切相结合的剪切。
上述对载波信号进行剪切的步骤包括步骤a)，判断信号峰值及其位置；步骤b)，设定剪切门限值，控制预设时间窗内的脉冲数量；步骤c)，得到保持信号相位信息的脉冲序列后，对其进行低通FIR滤波；步骤d)，从原始信号中减去滤波后的序列，以抑制所选的峰值；上述方法，其特征在于，所述步骤a)采用相邻信号峰值比较的方法。
上述方法，其特点在于，所述步骤b)中门限值的初始值设定为信号最大峰值的80％，通过观察剪切效果进行动态调整。
上述方法，其特点在于，所述步骤b)中预设时间窗内的脉冲数量控制为3个。
上述方法，其特点在于，还进一步包括步骤e)，用步骤b)中同一门限值，对信号序列再次进行硬剪切，确保降低峰均比。
本发明的方法在保证满足ACLR、PCDE和EVM的同时，可大幅度降低多载波信号的峰均比PAR。
图1是单载波TD-SCDMA下行链路信号扩频模型框图；图2是单载波TD-SCDMA下行链路信号合并模型框图；图3是三载波信号硬剪切典型方案框图；图4是三载波信号软硬剪切典型方案框图；图5是硬剪切和本发明的软硬剪切方案下PAR-EVM仿真结果图；图6是硬剪切和本发明的软硬剪切方案下ACLR-EVM仿真结果图；图7是硬剪切和本发明的软硬剪切方案下PCDE-EVM仿真结果图。
具体实施例方式
下面参照附图详细描述本发明的实施例。
如图4所示，是三载波信号软硬剪切典型方案框图。与图3相比，应用本发明的软硬剪切法的剪切方案包括步骤(以三载波为例)步骤101，对每一个载波经RRC滤波；步骤102，对每一个载波经QPSK调制；步骤103，将各路载波合并；步骤104，将合并后的载波信号进行软硬剪切。
然后经功率放大器发射出去。
其中，本发明的软硬剪切法具体包括步骤a)，判断信号峰值及其位置；步骤b)，设定剪切门限值，控制预设时间窗内的脉冲数量；
步骤c)，得到保持信号相位信息的脉冲序列后，对其进行低通FIR滤波；步骤d)，从原始信号中减去滤波后的序列，以抑制所选的峰值；步骤e)，用同一门限值，对信号序列再次进行硬剪切，确保降低PAR。
判断信号峰值比较容易，可采用相邻信号峰值比较的方法。关键在于控制预设时间窗(滤波器长度)内的待剪切信号脉冲数量，如果数量过多，会引起过度剪切，破坏频谱；如果数量过少，又达不到抑制峰值的效果。为易于实现，建议时间窗内的待剪切脉冲数量为3个。
门限值的设定可以通过校准实现，比如初始门限值可设为最大峰值的80％，通过测量仪器观察剪切效果，示情况进行动态调整。
下面通过仿真结果说明本发明的软硬剪切法的应用实例。考察TD-SCDMA下行链路三载波信号的情况。每个载波的带宽为1.6MHz，扩频因子为16，过采样率为8，48阶RRC滤波器，仿真长度为20ms。设定不同的门限值进行仿真，取能够满足EVM要求的同时使PAR最小的门限值为最终门限值，并在此门限值下，计算剪切后的信号ACLR和PCDE值。分别采用硬剪切法和软硬剪切法进行信号抑制，仿真结果见图5～7。取EVM＝12.5％(3GPP要求)时，两种剪切方案下各参数值与3GPP规定值比较，见下表。
表1两种峰值抑制方法的效果对比
由表中结果易知，软硬剪切法在满足3GPP关于ACLR、PCDE和EVM数值规定的同时，相比硬剪切法可大幅度降低多载波信号的峰均比PAR。
当然，本发明还可有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变型，但这些相应的改变和变型都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。
权利要求
1.一种降低多载波TD-SCDMA下行链路发射信号峰均比的方法，包括对每一载波分别进行RRC滤波和QPSK调制，将各路载波合并，和对载波信号进行剪切，其特征在于，所述对载波信号进行剪切的步骤在各路载波合并之后进行，是对合并后的各路载波信号的剪切。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对载波信号进行剪切的步骤包括步骤a)，判断信号峰值及其位置；步骤b)，设定剪切门限值，控制预设时间窗内的脉冲数量；步骤c)，得到保持信号相位信息的脉冲序列后，对其进行低通FIR滤波；步骤d)，从原始信号中减去滤波后的序列，以抑制所选的峰值。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤a)采用相邻信号峰值比较的方法。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤b)中门限值的初始值设定为信号最大峰值的80％，通过观察剪切效果进行动态调整。
5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤b)中预设时间窗内的脉冲数量控制为3个。
6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，还进一步包括步骤e)，用步骤b)中同一门限值，对信号序列再次进行硬剪切，确保降低峰均比。
全文摘要
本发明公开了一种降低多载波TD－SCDMA下行链路发射信号峰均比的方法，包括对每一载波分别进行RRC滤波和QPSK调制，将各路载波合并，和对载波信号进行剪切，其中，所述对载波信号进行剪切的步骤在各路载波合并之后进行，是对合并后的各路载波信号的软剪切和硬剪切相结合的剪切。本发明的方法是一种有效降低多载波信号峰均比的同时满足3GPP发射指标的软硬剪切法。
文档编号H04J13/00GK1988524SQ20051013067
公开日2007年6月27日 申请日期2005年12月20日 优先权日2005年12月20日
发明者冯升波 申请人:乐金电子(中国)研究开发中心有限公司