CN101076008B

CN101076008B - 信号的削波处理方法和设备

Info

Publication number: CN101076008B
Application number: CN2007101302441A
Authority: CN
Inventors: 安德烈·伏罗比耶夫; 伊果·潘可夫
Original assignee: Huawei Technologies Co Ltd
Current assignee: Huawei Technologies Co Ltd
Priority date: 2007-07-17
Filing date: 2007-07-17
Publication date: 2010-06-09
Anticipated expiration: 2027-07-17
Also published as: CN101076008A; WO2009010010A1

Abstract

本发明公开了一种信号的削波处理方法，包括以下步骤：检测信号中超过预先设定的门限的峰值点信号；根据超过门限的峰值点信号和门限生成削波噪声，并根据削波噪声对信号进行削波处理。本发明还公开了一种信号的削波处理设备，包括峰值检测模块和削波处理模块。通过使用本发明，有效地降低了***中信号的峰平比，在满足协议的基础上提高了基站功放输出功率和效率。

Description

信号的削波处理方法和设备

技术领域

本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种通信***中信号的削波处理方法和设备。

背景技术

在传统无线通信***中，基站使用功率放大器与分布在预定服务区内的用户终端进行通信。而特别是在CDMA(CDMA Code Division Multiple Access，码分多址接入)/WCDMA(Wireless CDMA，无线CDMA)/OFDM(OrthogonalFrequency Division Multiplex，正交频分复用)***中，下行链路信号中通常为多个用户信号的综合。这种信号的合成包络会导致最后信号的PAR(PeakAverage Rate，峰平比)很高，尤其对于多载波的WCDMA/CDMA/OFDM信号。高的PAR会严格限制功率放大器的线性要求，造成基站所使用的功率放大器必须放大具有高PAR的信号并发送放大后的信号，降低了基站功放输出功率和效率。

为了使功率放大器降低平均功率损耗，需要对多载波的信号波形进行削去峰值(削波)的处理。现有技术中最简单直接削波方法为硬削法，将信号波形的幅度直接截断，相位保持不变。该方法对EVM(Error Vector Magnitude，误差矢量幅度)的影响很小，但是缺点在于，该削波方法会使信号具有陡沿和锐峰，削波过程中的突变和削波边缘的短暂持续时间会产生显著的带外频谱异常信号，如频谱畸变、邻带干扰、频谱扩展等，降低了信号的传输质量。

现有技术中的另一种削波方法为载波相位错开处理，该方法使用倒推及多次的迭代优选，选择每个载波的最优初始相对配置，使多个载波合并后的峰值降为最低，到达多载波削波的目的。该方法不会影响原有频谱特性，也可以降低PAR，但是缺点在于时延较长、实现复杂，需要进过多次的优选，同时在不同的时隙和不同的码道个数情况下，每个载波的相位都需要重新调整，不利于接收设备处理。

发明内容

本发明的实施例提供了一种信号的削波处理方法和设备，以降低信号的峰平比从而提高基站功放的输出功率和效率。

为达到上述目的，本发明的实施例提供一种信号的削波处理方法，包括以下步骤：

检测输入信号中超过预先设定的门限的峰值点信号；

根据所述超过预先设定的门限的峰值点信号和门限，生成削波噪声队列、削波滤波器系数索引队列和补偿队列，若检测的信号的模低于门限值、或检测的信号的模高于门限值但不是峰值点，则直接将所述信号输入到所述补偿队列，若检测的信号的模超过门限且为峰值点，则根据所述超过门限的峰值点信号以及门限值与峰值的比值进行运算后输入到补偿队列；

更新所述削波噪声队列和所述削波滤波器系数索引队列；

根据所述更新后的削波噪声队列和削波滤波器系数索引队列，更新所述补偿队列，由所述补偿队列输出削波处理后的信号。

本发明的实施例还提供一种信号的削波处理设备，包括峰值检测模块和削波处理模块：

所述峰值检测模块，检测输入信号中超过预先设定的门限的峰值点信号；

所述削波处理模块，根据所述峰值检测模块检测到的超过门限的峰值点信号和门限生成削波噪声、削波滤波器系数索引队列和补偿队列，若检测的信号的模低于门限值、或检测的信号的模高于门限值但不是峰值点，则直接将所述信号输入到所述补偿队列，若检测的信号的模超过门限且为峰值点，则根据所述超过门限的峰值点信号以及门限值与峰值的比值进行运算后输入到补偿队列，并根据所述削波噪声对所述输入信号进行削波处理。

与现有技术相比，本发明的实施例具有以下优点：

本发明的实施例采用峰值削波方法，对超过预设门限的峰值点信号进行削波处理，有效地降低了***中信号的峰平比，在满足协议的基础上提高了基站功放输出功率和效率，有效的节约了***资源。

附图说明

图1是本发明的实施例一中信号削波处理方法的体系结构图；

图2是本发明的实施例一中信号峰值与预设门限值的示意图；

图3是本发明的实施例一中峰值检测的流程图；

图4是本发明的实施例一中峰值处理队列的更新流程图；

图5是本发明的实施例一中削波滤波器模块结构示意图；

图6是本发明的实施例一中峰值削波处理的示意图；

图7是本发明的实施例二中削波滤波器模块结构示意图；

图8是本发明的实施例三中实现多级削波处理的结构示意图；

图9是本发明的实施例四中信号削波处理设备的结构图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的实施方式做进一步的说明。

本发明的实施例一中，一种信号削波方法的体系结构图如图1所示，以该信号中存在三路载波信号为例，主要包括载波合路处理和削波噪声产生两个步骤，而多路载波信号处理方法与以下步骤所描述的相同。

具体的，信号的载波合路处理过程包括以下步骤：

成形滤波：该过程可以在如图1所示的Shape Filtering(成形滤波)模块中完成，目的在于将待发送的数据转换成适合在信道传输的信号，减少码间干扰。

变速率处理：该过程可以在如图1所示的上采样(Upsampling)模块中完成，目的在于提高信号的采样速率。

载波移频：该过程可以在如图1所示，在信号经过变速率处理后，与Oscillator Freq Shift(移频振荡)模块做乘法运算。

合路处理：经过以上步骤后，将三路信号相加，得到合路后的多载波信号。

具体的，削波噪声的产生过程包括以下步骤：

权重因子计算：根据不同信号的功率，计算不同路信号在削波噪声信号中所占的份额，并将合路后的信号发送到Clipping Noise Generation(削波噪声产生)模块。信号的功率越强，在所产生的削波噪声信号中所占的份额越多。

削波噪声产生：该过程可以在如图1所示的Clipping Noise Generation(削波噪声产生)模块中完成。

削波滤波过程：该过程可以在如图1所示的Optimum Clipping Filtering(最佳削波滤波)模块中完成，对Clipping Noise Generation模块中产生的削波噪声进行滤波。

在得到合路处理的多载波信号、和经过削波滤波的削波噪声信号后，通过Delay模块调整两路信号在经过不同处理后的时延差。时延差消除后，将两路信号叠加合路即可得到削波后的多载波信号。

本发明的实施例一中对上述峰值削波算法体系结构中，Clipping NoiseGeneration(削波噪声产生)模块的削波噪声产生以及Optimum ClippingFiltering(最佳削波滤波)模块的削波处理过程进行了描述，提出了一种峰值削波的方法，只对高于门限值的峰值信号进行削波处理，即对于如图2所示的信号，只对高于门限值的三个峰值信号进行处理。其中，门限值的大小可以预先根据实际需要设定。该削波处理过程包括峰值检测、削波噪声生成、削波噪声队列更新、存储补偿队列更新以及削波处理后的信号输出等主要流程。

图3所示为该处理过程中的峰值检测流程：

步骤s301、检测出峰(peak)值，该实现过程如图3上半部分所示。

首先根据Input_I和Input_Q计算信号中每一点的模，然后将该模的值与预先设定的门限值Limit进行较，高于门限值时检测该信号点的模是否同时高于前一信号点和下一信号点的模，若同时高于，则说明该信号点为一个峰值点，此时需要对该高于门限值的峰值点进行接下来的处理。若该信号点的模低于门限值、或该信号点的模虽高于门限值但不是峰值点，则继续检测下一信号点，并将此信号点输出到Compensation Memory Queue(补偿队列)。该步骤中的输入信号Input_I和Input_Q可能为原始信号，也可能是原始信号与之前若干次削波产生的削波噪声对当前信号的补偿信号的叠加。

步骤s302、输出削波噪声(noise)，该实现过程如图3右下部分所示。

当检测出的某一信号点(Current)的模高于门限值Limit且为峰值时，计算Divider Ksi(门限值与峰值的比值)的值，Divider Ksi＝Limit/Current；

根据该Divider Ksi值，计算削波噪声的值，图中，Peak_I和Peak_Q为输入信号中峰值点的模超过门限值的峰值的各个信号点。根据输入信号峰值计算削波噪声的值的方法为：

削波噪声的实部Pnoise_I＝该峰值信号实部Peak_I×(Divider Ksi-1)；

削波噪声的虚部Pnoise_Q＝该峰值信号虚部Peak_Q×(Divider Ksi-1)。

同时根据Divider Ksi计算并输出信号到Compensation Memory Queue(补偿队列)：

输出信号的实部＝该信号的实部Peak_I×Divider Ksi；

输出信号的虚部＝该信号的实部Peak_Q×Divider Ksi。

步骤s303、输出Peaks_Queue(峰值序列)和Filter_Coeff_Index_Queue(滤波器系数索引序列)的更新信号。

其中，Peaks_Queue中的内容为削波噪声，Filter_Coeff_Index_Queue中的内容为削波滤波器系数的索引值，用于查找滤波器系数表。

检测出峰值并输出Queue更新信号后，需要进行Queue的更新，本发明的实施例一中Queue的更新流程如图3所示：

接收到图3所描述的Queue更新信号后，Index_Queue_Register(索引_序列寄存器)进行更新，其中Peaks_Queue和Filter_Coeff_Index_Queue的内容是一一对应的，需要同步进行更新。

具体的，如图4左半部分所示，将接收到的Pnoise_I和Pnoise_Q存入Max 0并输出Max_0，接收到下一对Pnoise_I和Pnoise_Q时移动队列指针，存入Max 1并输出Max_1，直至输出所有Max_Nmax。队列存满时，若再次接收到新值，队列进行移位，丢弃队列中最早存入的值。

对于Filter_Coeff_Index_Queue，检测到新的Pnoise_I和Pnoise_Q生成时，如图4右半部分所示，对于Filter_Coeff_Index_Queue中的新值赋初始值为Order/2，其中Order为削波滤波器的阶数，每接收到一个新的信号，Filter_Coeff_Index_Queue原有的值每次递减1，当递减至0时停止递减。

图5所示为削波滤波的处理过程示意图，包括索引部分、滤波器系数表、乘法累加器部分和补偿存储部分。

其中，索引部分包括削波噪声队列(Peaks_Queue)、削波滤波器系数索引队列(Filter_Coeff_Index_Queue)，队列长度为M，该队列长度M的值根据实际需要选取，一般取决于峰值出现的概率大小。

滤波器系数表存储削波滤波器系数，在使用FIR(Finite Impulse Response，有限冲击响应)滤波器时，使用与FIR滤波器相对应的滤波器系数，该系数表长度为滤波器阶数Order/2，Order为削波滤波器的阶数。

乘法累加器的计算流程如下：将削波噪声队列(Peaks_Quene)中的值与对应的滤波器系数Coeff相乘并进行累加。其中，队列中不同Peaks值对应的滤波器系数Coeff是根据削波滤波器系数索引队列(Filter_Coeff_Index_Queue)获取的。具体的累加方法为：对于两队列中的第i个数值，根据削波滤波器系数索引队列中的Ind_i查找滤波器系数表得到Coeff_i；计算MAX_i*Coeff_i；将所有的MAX_i*Coeff_i值进行累加并输出，作为后补偿信号。

峰值削波滤波处理流程如图5和图6所示，其中，图6中的曲线表示FIR滤波器的时域表示，时间t轴垂直方向的直线表示信号的各个采样点，虚线所连接的采样点关于中心信号对称。其中，队列的削波处理队列移位方向为从右到左，即X(i+order)为最新输入的信号点。如图6所示，若处理的信号采样点为峰值点，对该峰值点进行削波滤波处理过程中同时会对该信号前order/2个和后order/2个信号采样点产生影响，因此需进行前补偿(对前order/2个信号采样点进行补偿)和后补偿(对后order/2个信号采样点进行补偿)。图6中最新输入信号点为X(i+order)，在送入峰值队列检测前先进行后补偿，即叠加当前采样点前所有峰值点对该采样点的补偿。进行后补偿的过程中，根据FIR滤波器中心对称原理，对峰值点前的信号采样点进行前补偿。

每输入一个X(i+order)，Peaks_Queue内容和对应滤波器系数Coeff相乘并累加作为后补偿信号，与当前的输入X(i+order)叠加后，再送入信号峰值检测模块。其中，对应的滤波器系数Coeff由Filter_Coeff_Index_Queue中的索引值在滤波器系数表中查找。当索引值为0时，置滤波器系数Coeff为0。信号峰值检测模块输出信号送入补偿队列。

Filter_Coeff_Index_Queue中的索引值还被用来计算在补偿队列(Compensaion Memory Queue)中需补偿的输入C(k)的索引值，k＝i+order-2*Index-1。补偿队列中存储Order个需补偿的信号，M个复数乘法器的输出作为前补偿信号和队列中对应的输入C(k)值相加，结果再存回到补偿队列中。每输入一个X(i+order)，输出补偿队列中的C(i)作为削波处理后的输出信号，同时补偿队列进行移位。

在上述实施例一中，前补偿是对补偿队列中存储的Order个被补偿的输入C进行补偿。其中前补偿信号来自于M个复数乘法器的输出，这里M个复数乘法器的输入为Peaks_Queue。所以前补偿信号的计算依赖于之前的M个经过后补偿的峰值信号的削波噪声，即对当前输入信号的补偿信号的计算需要先计算出前面的M个经过后补偿的峰值信号的削波噪声。这使得在计算和逻辑实现上有较大的资源消耗和复杂度。

为此，本发明的实施例二提出了一种优化的削波处理方法。采用原始的输入X来产生相应的全部或者其中若干个削波噪声。即对原始的输入X进行峰值检测，产生若干个削波噪声，方法与图3相同。根据这若干个削波噪声计算得到相应的对当前输入信号的若干个后补偿信号。这若干个后补偿信号作为对真实后补偿信号的预测值，叠加到当前输入信号X并检测信号峰值点是否超过预先设定的门限。见图7，其结构与图5类似，区别在于采用原始峰值队列的Max T～Max N作为对真实后补偿信号的预测值，叠加到当前输入信号X。接下来的步骤与图5所描述的类似，将峰值检测后的信号输入到补偿队列，将各削波噪声与对应的滤波器系数相乘作为前补偿信号并与补偿队列中的对应值相加，更新后的补偿队列中的信号作为所述削波处理后的信号并输出。由于采用新的优化削波处理方法，使得计算和逻辑实现上比较方便，而性能保持不变。

为进一步优化削波性能，峰值削波算法可以进行多级处理，以优化输出PAR。本发明的实施例三中，一种多级削波处理的架构如图8所示，在应用中可以根据***资源以及处理性能确定削波处理的级数N。

本发明的实施例一至实施例三提出一种针对多载波信号的削波算法处理方法。采用峰值削波的方法，只对超过门限的峰值进行削波，削波噪声是对峰值进行检测和削波产生的。只存储和计算峰值削波噪声产生的削波滤波器冲击响应，大大降低乘法器个数，节约逻辑资源。同时在降低资源基础上，可以采用多级削波处理来优化性能。

本发明的实施例四提供了一种信号的削波处理设备，如图9所示，包括：输入模块10、峰值检测模块20和削波处理模块30。

输入模块10将需要进行处理的多载波信号发送给峰值检测模块20。

峰值检测模块20将输入模块10发送的多载波信号进行峰值检测，检测到超过门限值的峰值信号时，通知削波处理模块30进行削波处理。其中输入模块10发送的原始输入信号，或经过补偿队列子模块34产生的后补偿信号补偿过的原始输入信号。

削波处理模块30对峰值检测模块20检测为超过门限的峰值点的信号进行削波处理，得到削波处理后的信号。

具体的，削波处理模块30进一步包括削波噪声生成子模块31、削波噪声队列子模块32、滤波器系数索引队列子模块33、补偿队列子模块34和输出子模块35。

其中，削波噪声生成子模块31，根据峰值检测模块20检测的超过门限的峰值点的信号生成削波噪声，同时生成更新信号发送给削波噪声索引子模块32和滤波器系数索引队列子模块33，并生成补偿信号发送给补偿队列子模块34。

削波噪声队列子模块32，根据削波噪声生成子模块31发送的内容，更新内部存储的削波噪声队列，队列满时，丢弃队列中最早输入的值。

滤波器系数索引队列子模块33，根据削波噪声生成子模块31发送的内容，更新削波滤波器系数索引队列，该削波滤波器系数索引队列与削波噪声队列子模块32中的削波噪声队列子模块对应；队列满时，丢弃队列中最早输入的值。

补偿队列子模块34，根据削波噪声队列模块32中存储的削波噪声队列、滤波器系数索引队列子模块33存储的滤波器系数索引队列、以及削波噪声生成子模块31发送的补偿信号生成补偿队列，对最初的输入模块10的输入信号、以及峰值检测模块20输出的信号进行补偿。并输出削波处理信号到输出子模块35。具体地，根据滤波器系数索引队列子模块33的削波滤波器系数索引，查询滤波器系数表得到与述削波滤波器系数索引相对应的滤波器系数；将削波噪声队列子模块32中的削波噪声与对应的滤波器系数相乘并累加作为后补偿信号、与输入模块10中输入信号叠加后作为新输入的被检测信号送入峰值检测模块20。另外，将削波噪声队列子模块32中的各削波噪声与对应的滤波器系数相乘后作为前补偿信号，并与本模块中补偿队列的对应值相加，更新本模块中的补偿队列。每向本模块中补偿队列的队尾输入一个新的补偿信号，从补偿队列队首输出一个信号到输出子模块35。

输出子模块35，输出削波处理后的信号。

以上实施例四所描述的削波处理设备，只存储和计算峰值削波噪声产生的削波滤波器冲击响应，大大降低乘法器个数，节约逻辑资源。同时在降低资源基础上，可以采用多级削波处理来优化性能。

以上公开的仅为本发明的几个具体实施例，但是，本发明并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。

Claims

1.一种信号的削波处理方法，其特征在于，包括以下步骤：

检测输入信号中超过预先设定的门限的峰值点信号；

更新所述削波噪声队列和所述削波滤波器系数索引队列；

2.如权利要求1所述信号的削波处理方法，其特征在于，所述检测信号中超过预先设定的门限的峰值点的步骤具体为：

判断当前输入信号、或之前削波产生的削波噪声对当前输入信号的后补偿信号与当前输入信号的复合信号中，峰值点的模是否超出所述门限。

3.如权利要求1所述信号的削波处理方法，其特征在于，所述生成削波噪声队列的步骤具体包括：

获取所述超过门限的峰值点信号和门限，以及所述门限与所述超过门限的峰值点模的比值；

根据所述超过门限的峰值点信号以及所述比值生成削波噪声；

将所述削波噪声输入到削波噪声队列。

4.如权利要求1所述信号的削波处理方法，其特征在于，所述生成削波滤波器系数索引队列的步骤具体包括：

获取与所述生成的削波噪声相对应的削波滤波器系数索引；

将所述削波噪声相对应的削波滤波器系数索引输入到削波滤波器系数索引队列。

5.如权利要求1所述信号的削波处理方法，其特征在于，所述更新所述削波噪声队列和所述削波滤波器系数索引队列的步骤具体包括：

将新得到的削波噪声存储到所述削波噪声队列的队列尾，将与所述新得到的削波噪声相对应的削波滤波器系数索引存储到削波滤波器系数索引队列的队列尾，所述削波噪声队列或所述削波滤波器系数索引队列的队列已满时，丢弃队首的信号。

6.如权利要求1所述信号的削波处理方法，其特征在于，所述削波处理后信号的输出步骤具体包括：

根据所述削波滤波器系数索引队列中的削波滤波器系数索引，查询滤波器系数表得到与各所述削波滤波器系数索引相对应的滤波器系数；

将经过后补偿信号补偿的当前输入信号所产生的所述削波噪声、和/或当前输入信号产生的所述削波噪声，与对应的滤波器系数相乘并累加作为后补偿信号，与当前输入信号叠加后作为新的输入信号，进行信号峰值点是否超过所述门限的检测；

将所述削波噪声与对应的滤波器系数相乘后作为前补偿信号，并与所述补偿队列中的对应值相加，更新所述补偿队列；

每向所述补偿队列队尾输入一个新的补偿信号，从所述补偿队列队首输出一个信号，作为削波处理后的信号输出。

7.如权利要求1所述信号的削波处理方法，其特征在于，输出所述削波处理后的信号后，还包括：

将所述削波处理后的信号作为输入信号，进行再一次或多次的削波处理。

8.一种信号的削波处理设备，其特征在于，包括峰值检测模块和削波处理模块：

9.如权利要求8所述削波处理设备，其特征在于，所述削波处理模块进一步包括：

削波噪声生成子模块，根据所述峰值检测模块检测的超过所述门限的峰值点的信号生成削波噪声，同时生成更新信号发送给所述削波噪声索引子模块和滤波器系数索引队列子模块，并生成补偿信号发送给所述补偿队列子模块；

削波噪声队列子模块，根据所述削波噪声生成子模块发送的内容，更新存储的削波噪声队列；

滤波器系数索引队列子模块，根据所述削波噪声生成子模块发送的内容，更新削波滤波器系数索引队列，所述削波滤波器系数索引队列与所述削波噪声队列子模块对应；

补偿队列子模块，根据所述削波噪声队列模块中存储的内容、以及所述削波噪声生成子模块发送的补偿信号生成补偿队列，对最初的输入信号进行补偿，并输出削波处理信号到输出子模块；

输出子模块，输出削波处理后的信号。

10.如权利要求9所述削波处理设备，其特征在于，还包括：

输入模块，用于接收输入信号并接受所述补偿队列子模块对其输入信号的补偿。