CN110224967B - 用于峰值均值功率比降低的方法和发射器 - Google Patents
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Abstract
本申请实施例公开了一种用于峰值均值功率比PAPR降低的方法和发射器，其中所述方法包括：基于针对组合的传输信号所计算的峰值功率值P(k)，迭代地调节相位旋转矢量
直至根据经调节的相位旋转矢量
新计算出的峰值功率值P(k+1)小于或等于预定义的峰值功率阈值，或者迭代次数达到预定义的最大值为止；其中，k表示迭代次数的索引，所述组合的传输信号包括多个频率资源单元的相应分量；通过应用所述经调节的相位旋转矢量
而对所述多个频率资源单元的相应分量执行相位旋转，得到相位旋转后的多个相应分量；传输由所述相位旋转后的多个相应分量组合的传输信号。
Description
本申请是2013年10月22日提交的、申请号为201380080414.3的、发明 名称为“用于峰值均值功率比降低的方法和装置”的中国发明专利申请的分案 申请。
技术领域
本公开涉及信号处理，尤其涉及用于峰值均值功率比(PAPR)降低的方法 和发射器。
背景技术
多载波传输已经由于数字信号处理技术的发展而被广泛用于无线以及有线 应用之中。然而，多载波传输的主要缺陷之一是发射信号的高峰值均值功率比 (PAPR)。如果峰值发射信号通过调控或应用约束而有所限制，则对高PAPR 的影响将是使得在多载波传输下允许的平均功率相对于恒定功率调制技术下所 允许的平均功率有所减小。这进而使得多载波传输的范围有所减小。此外，高 的PAPR还导致了功率放大器(PA)设计非常具有挑战性。具体而言，为了防 止子载波之间的相互调制和带外辐射形式的多载波信号的频谱增长，发射PA 必须在其线性区域内进行操作(即，利用大的输入回退)，功率转换在上述区域中是无效的。
一种降低PAPR的方法依赖于相位旋转。图1示出了经由相位旋转实施 PAPR降低的装置100的示意性框图。该装置由以下所组成：调制块110-1, 110-2,…,110-N，它们中的每一个将信息比特处理为调制符号，包括编码、交织、 映射等；存储块120-1,120-2,…,120-N，它们中的每一个存储该符号；相位旋转 块130-1,130-2,…,130-N，它们中的每一个将相同子载波上的信号旋转至某个相 位；内插块140-1,140-2,…,140-N，它们中的每一个对该信号进行上采样和滤波； 混频器150-1,150-2,…,150-N，它们中的每一个将基带信号转换至其相对应的载 波；组合器160，其将来自不同载波的信号进行相加从而形成组合的传输信号。
例如，在正交频分复用(OFDM)***中，N个符号的输入数据块可以被 划分为不连续的子块。每个子块中的子载波能够通过该子块的相位旋转值进行 加权。通过仔细旋转相位旋转值，组合的传输信号的PAPR能够有所降低。
利用现有的基于相位旋转的方法的最具挑战性的困难在于复杂度。PAPR 仅能够通过使用某些最优相位旋转值而明显降低。存在通过穷举搜索而生成相 位旋转值的方法，然而这些方法几乎无法在实时应用中使用。一些其它方法提 出了提前计算最优相位旋转值。然而，由于发射信息比特在正常情况下是随机 的，所以可能要求非常巨大的存储空间来记录每个可能的传输信号的最优值。 其它变型尝试通过对信号的一部分(例如，导频信号)进行搜索而减小存储空 间，但是这无法保证整个信号的最优相位旋转。即使利用这样的部分优化，对 于所有配置仍然需要大量的存储空间。例如，仅针对12个载波优化TD-SCDMA 信号的BMI部分就需要存储6,291,456(128×212×12)个相位旋转值。可替换地， 在一些方法中，相位旋转因数的选择被局限于有限数目的元素的集合从而降低 搜索复杂度。然而，相位旋转因数的量化妨碍了找到最优相位旋转值，这限制 了PAPR的降低。即使利用量化的相位旋转因数，搜索复杂度也随着子块的数 目而成指数增长。此外，在一些应用中，需要向接收器传输边带信息(Side Information)以恢复原始的数据块，然而这导致了数据速率的损失。
因此，需要降低基于相位旋转的方法的复杂度同时仍然保持PAPR降低的 有效性能。
发明内容
为了解决现有技术中的至少一种问题，根据本公开的一个或多个方法和 装置实施例旨在提供用于PAPR降低的技术方案。
根据本公开的一个方面，本公开的一个实施例提供了一种用于PAPR降 低的方法。该方法包括基于针对包括多个频率资源单元的相应分量的组合的 传输信号的所计算峰值功率P(k)，迭代地调节相位旋转矢量
直至满足 预定条件为止。该相位旋转矢量
被应用于该多个频率资源单元的相应分 量以对该多个频率资源单元的相应分量执行相位旋转。根据本公开的实施 例，该预定条件可以是：条件1)根据经调节的相位旋转矢量
的新计 算的峰值功率值P(k+1)低于或等于预定义峰值功率阈值；或者条件2)迭代次数达到预定义的最大值。该方法进一步包括通过应用经调节的相位旋转矢 量
来对该多个频率资源单元的相应分量执行相位旋转；并且传输通过 该经调节的相位旋转矢量
被相位旋转的多个频率资源单元的相应分 量的组合的传输信号。
根据本公开的一个方面，本公开的实施例提供了一种发射器。该发射器 包括峰值功率计算单元，其被配置为针对包括多个频率资源单元的相应分量 的组合的传输信号计算峰值功率值P(k)。该发射器进一步包括相位旋转矢量 调节单元，其被配置为基于该峰值功率计算单元所计算的峰值功率值P(k)来 迭代地调节相位旋转矢量
直至满足预定条件为止。该相位旋转矢量
被应用于该多个频率资源单元的相应分量以对该多个频率资源单元的相应 分量执行相位旋转。根据本公开的实施例，该预定条件可以是：条件1)根据经调节的相位旋转矢量
的新计算的峰值功率值P(k+1)低于或等于预 定义峰值功率阈值；或者条件2)迭代次数达到预定义的最大值。该发射器 进一步包括相位旋转单元和传输单元。该相位旋转单元被配置为通过应用经 调节的相位旋转矢量
来对该多个频率资源单元的相应分量执行相位 旋转。该传输单元被配置为传输通过该经调节的相位旋转矢量
被相位 旋转的多个频率资源单元的相应分量的组合的传输信号。在本公开的一些实 施例中，该发射器可以是基站或用户设备。
根据本公开的一个或多个实施例，用于调节该相位旋转矢量的迭代处理被 用来通过有限次迭代而确定最优相位旋转矢量。根据本公开的实施例能够获得 良好的PAPR降低水平；与此同时，由于迭代过程简单，它们还明显降低了计 算复杂度并且节省了确定最优相位旋转时所需的存储空间。
附图说明
被认为是本发明特征的发明的特征在所附权利要求中被给出。然而，本发 明、其实施模式、其它目标、特征以及优势将通过阅读以下参考附图而对示例 性实施例进行的详细描述而更好地被理解，其中：
图1示出了经由相位旋转而实施PAPR降低的装置的示意性框图；
图2示意性图示了根据本公开的一个或多个实施例的用于PAPR降低的方 法的示例性流程图；
图3示意性图示了根据本公开的一个或多个实施例的调节相位旋转矢量的 示例性处理；
图4示意性图示了根据本公开的一个或多个实施例的发射器的框图。
具体实施方式
随后，将参考附图对本公开的实施例进行描述。在以下描述中对许多具 体细节进行了说明以便更为全面地理解本发明。然而，对于本领域技术人员 显而易见的是，本公开的实施方式可以没有这些细节。此外，应当理解的是， 本发明并不局限于如这里所介绍的特定实施例。相反，以下特征和元素的任 意组合形式都可以被认为实施并实践本发明，而无论它们是否涉及不同的实 施例。因此，除非在权利要求中以其它方式明确指定，否则以下的方面、特 征、实施例和优势仅是出于说明的目的，而并不应当被理解为所附权利要求的元素或限制。
参考图2和4，将详细给出本公开的各个实施例。
图2示意性图示了根据本公开的一个或多个实施例的用于PAPR降低的 方法的示例性流程图。
在块S210中，基于针对组合的传输信号的所计算的峰值功率值P(k)迭 代地对相位旋转矢量
进行调节，上述峰值功率值P(k)指示该组合的传输 信号的最大振幅，其中k表示迭代次数的索引并且例如可以是正整数。该组 合的传输信号包括多个频率资源单元的相应分量。例如，多个频率资源单元 能够由基于OFDM的***中的多个子载波或者诸如全球移动通信*** (GSM)的其它***中的一个或多个载波所组成。相位旋转矢量
被用来应用于该多个频率资源单元的相应分量以对该多个频率资源单元的相应分 量执行相位旋转。根据本公开的一个或多个实施例，每个频率资源单元可以 包括一个或多个载波或子载波，它们可以作为整体被相位旋转相位旋转矢量 
的相应相位旋转元素。
不失一般性，考虑其中每个频率单元仅包含一个载波的示例性实施方 式。单个信号流程可以如下：某个数量的信息比特被调制以形成符号并且随 后存储至存储器，其针对载波i和n＝0,...,Ns被表示为Si(n)，其中Ns表示符号 的数目。该符号的相位通过将该符号与
相乘而被旋转，其中 φi(k),(0≤φi(k)≤2π)表示相位旋转矢量
中针对载波i的第n个相位旋转元 素，其由相位调节块S110所产生。相位旋转的处理可以被表达为：
随后，经旋转的符号根据***设计和要求而被上采样并滤波，被表示为
其中I(·)表示内插和滤波函数。
接下来，波形通过乘以载波
而被转换为相对应的载波频率， 其中fi表示载波i的载波偏移量并且ΔT表示采样间隔。该组合的传输信号的 最终波形可以通过对所有载波的所有分量进行加和而生成，其可以被表示 为：
其中N表示载波的数目，即频率资源单元的数目。
在以上所讨论的示例性实施方式中，如等式(1)所示直接对信号流执 行相位旋转。可替换地，相位旋转可以在载波初始阶段被应用。就此而言， 不同于信号流Si(n)，相位旋转矢量
中针对载波i的第n个相位旋转元素 φi(k)可以如下被乘以第i个载波
该组合的传输信号的最终波形可以通过对所有载波的所有分量进行加 和而生成，其可以被表示为：
其中N表示载波的数目，I(·)表示内插和滤波函数。
该方法能够节省内插和滤波的硬件和/或软件计算成本。然而，其与等 式(1)和(2)所示的实施方式相比可能需要明显更大的存储器大小。
根据本公开的各个实施例，相位旋转矢量能够通过迭代处理而被确定， 其中该相位旋转矢量被干扰并且保留了良好干扰，同时将不良的加以丢弃， 从而针对组合的传输信号实现最优的PAPR降低。随后，将参考图3对调节 相位旋转矢量的迭代处理进行详细描述。
用于调节相位旋转矢量的迭代处理被连续执行直至根据经调节的相位 旋转矢量
的新计算出的峰值功率值P(k+1)小于或等于预定义的峰值功 率阈值(条件1))，或者当前迭代次数k+1已经达到预定义的最大值(条件 2))。
根据本公开的一个或多个实施例，收敛速率相对快同时所要求的迭代次 数相对小。本领域技术人员能够意识到的是，如果需要进行相对大的迭代次 数来实现最低峰值功率，正常情况下，通过最初有限次数的迭代，例如50 次迭代，能够获得大多数的益处。因此，可选的条件2)，即预定义的最大 迭代值，将会是有利的。
一旦条件1)或2)被满足，用于调节相位旋转的迭代处理就将会终止 并且该处理流程将以块S220和S230继续进行。
在块S220中，通过应用经调节的相位旋转矢量
而对多个频率资 源单元的相应分量执行相位旋转。
在本公开的一个实施例中，类似于如等式(1)和(2)所示的方法，可 以通过在将要被调制到多个频率资源单元上的信号上应用经调节的相位旋 转矢量
而对该多个频率资源单元的相应分量执行相位旋转。就此而 言，相位旋转矢量
中的相应相位旋转元素被配置为在载波或子载波调制 之前被应用于相对应的基带信号。在相位旋转之后，通过将经旋转的信号与 相对应的频率资源单元相乘，将经旋转的信号调制到相对应的频率资源单元 上。
在本公开的可替换实施例中，类似于如等式(3)和(4)所示的方法， 可以通过对多个频率资源单元应用经调节的相位旋转矢量
而对该多 个频率资源单元的相应分量执行相位旋转。
在块S230中，包括通过所述经调节的相位旋转矢量
被相位旋转 的多个频率资源单元的相应分量的组合的传输信号被传输。
图3示意性图示了根据本公开的一个或多个实施例的调节(S210)相位 旋转矢量的示例性处理。
在块S2101，在第(k+1)次迭代中，通过向相位旋转矢量
添加干扰矢 量而获得临时相位旋转矢量
在本公开的一个或多个实施例中，在初始化阶段，迭代索引k被初始化 为值1，即k＝1，并且相位旋转矢量通过
而被初始 化，其中N表示多个频率资源单元的数目。矢量
能够被随机生成或者从 例如全零的预定义表进行加载。组合的传输信号S(n)能够根据相位旋转矢量 
进行计算，并且被表示为P(1)的S(n)的最大峰值功率值如下表示：
针对每次迭代，生成干扰矢量并且将其添加至相位旋转矢量以形成经调 节的相位旋转矢量。
在第(k+1)次迭代中，临时相位旋转矢量
可以如下表示：
其中
表示干扰矢量。
在本公开的一个实施例中，干扰矢量
可以被配置为随机干扰矢量。 例如，干扰矢量
可以被定义为步长因数μ(k)和随机矢量
的乘积。步 长因数μ(k)可以被设置为常数(例如，μ(k)＝1)或者变量。随机矢量
的 元素可以依据预定义分布进行设置，上述预定义分布，例如，可以是均匀分 布U(-π/8,π/8)。
应当注意的是，本公开的实施例不同于其中相位矢量在每次迭代中随机 生成的随机相位旋转方法。其原因在于，虽然添加至相位旋转矢量的干扰矢 量可以随机生成，但是该迭代处理向相位旋转提供反馈以引导对最优相位旋 转矢量的确定。这样的“被引导”搜索与单纯的随机相位旋转方法相比提供 了明显更好的性能。实际上，根据仿真结果，本公开的实施例的性能几乎与 “全局”最优算法相同，但是复杂度由于迭代处理简单而明显降低。
在本公开的另一个实施例中，干扰矢量
可以被配置为常数矢量。本 领域技术人员还可以根据实际***要求而选择任意其它适当类型的矢量来 作为干扰矢量
然而其并不局限于这里所描述的示例。
组合的传输信号S(n)可以根据临时相位旋转矢量
进行计算，并且 被表示为P′(k+1)的S(n)的最大峰值功率值被表示如下：
在块S2102中，根据临时相位旋转矢量
所计算的临时峰值功率值 P′(k+1)与根据相位旋转矢量
所计算的所述峰值功率值P(k)进行比较。
在块S2103中，针对第(k+1)次迭代新计算的峰值功率值P(k+1)以及经调 节的相位旋转矢量
通过以下而被确定：
图3的块S2101-S2103被反复执行直至如图2中所给出的条件1)或条 件2)被满足。随后，该处理流程将以如图2所示的块S220和S230继续进 行。
图4示意性图示了根据本公开的一个或多个实施例的发射器400的框 图。
如图4所示，发射器400包括峰值功率计算单元410、相位旋转矢量调 节单元420、相位旋转单元430和传输单元440。
相位功率计算单元410被配置为针对包括多个频率资源单元的相应分 量的组合的传输信号计算峰值功率值P(k)。
相位旋转矢量调节单元420被配置为基于由峰值功率计算单元410所计 算的峰值功率值P(k)迭代地对相位旋转矢量P(k)进行调节，上述相位旋转矢 量
被应用于该多个频率资源单元的相应分量从而对该多个频率资源单 元的所述相应分量执行相位旋转。相位旋转矢量调节单元420连续执行其功 能直至由峰值功率计算单元(410)根据经调节的相位旋转矢量
新计 算的峰值功率值P(k+1)低于或等于预定义的峰值功率阈值(条件1))或者迭 代次数达到预定义的最大值(条件2))。
根据本公开的一个或多个实施例，该多个频率资源单元中的每一个可以 包括一个或多个载波或子载波。频率资源单元内的一个或多个载波或子载波 可以作为整体被相位旋转相位旋转矢量
的相应相位旋转元素。
相位旋转单元430被配置为通过应用经调节的相位旋转矢量
而对 该多个频率资源单元的相应分量执行相位旋转。根据本公开的一个或多个实 施例，相位旋转单元430可以被配置为通过对多个频率资源单元应用经调节 的相位旋转矢量
而对该多个频率资源单元的相应分量执行相位旋转。 可替换地，相位旋转单元430可以被配置为通过在将要被调制到多个频率资 源单元上的信号上应用相位旋转矢量而对该多个频率资源单元的相应分量 执行相位旋转。
传输单元440被配置为传输由相位旋转单元430进行了相位旋转的该多 个频率资源单元的相应分量的组合的传输信号。
根据本公开的一个或多个实施例，相位旋转矢量调节单元420可以包括 临时相位矢量生成单元4201。该临时相位矢量生成单元4201能够被配置为 通过向相位旋转矢量
添加干扰矢量而获得临时相位旋转矢量
根据一个实施例，该干扰矢量可以是随机干扰矢量。例如，该随机干扰 矢量可以是步长因数和其元素符合预定义分布的随机矢量的乘积。
在可替换实施例中，该干扰矢量可以是常数矢量或者适用于实际***要 求的任意其它矢量。
根据本公开该的相位旋转能够仅在基站侧或用户设备侧实施。这样，根 据一个实施例，发射器400可以是基站。根据另一个实施例，发射器400可 以是用户设备。因此，根据本公开的一个或多个实施例的用户设备和基站并 不需要额外的信令来互相通信。
相位旋转矢量调节单元420可以进一步包括比较单元4202和确定单元 4203。比较单元4202能够被配置为将根据临时相位旋转矢量
所计算 的临时峰值功率值P′(k+1)与根据相位旋转矢量
所计算的所述峰值功率 值P(k)进行比较。确定单元4203可以被配置为针对第(k+1)次迭代通过以下 来确定新计算的峰值功率值P(k+1)以及经调节的相位旋转矢量
根据本公开的一个或多个实施例，采用用于调节旋转相位矢量的迭代处 理而通过有限次的迭代来确定最优相位旋转矢量。根据本公开的实施例能够 实现良好的PAPR降低水平；与此同时，由于迭代过程简单，它们还明显降 低了计算复杂度并且节省了确定最优相位旋转时所需的存储空间。
总体上，各个示例性实施例可以以硬件或专用电路、软件、逻辑或者它 们的任意组合来实施。例如，一些方面可以以硬件来实施，而其它方面则可 以以固件或软件来实施，后者可以由控制器、微处理器或其它计算设备来执 行，但是本发明并不局限于此。虽然本发明的示例性实施例的各个方面可以 被作为框图和信令图进行图示和描述，但是所要理解的是，这里所描述的这 些块、装置、***、技术或方法可以作为非限制性示例以硬件、软件、固件、 专用电路或逻辑、通用硬件或控制器或其它计算设备，或者它们的一些组合 来实施。
因此，应当意识到的是，本发明的示例性实施例的至少一些方面可以在 诸如集成电路芯片和模块的各个组件中进行实践。如本领域所公知的，集成 电路的设计总体上是高度自动的过程。
本发明也可以以计算机程序产品来体现，后者能够实施如这里所描绘的 方法并且可以在被加载到计算机***时实施该方法。
已经参考优选实施例对本发明进行了具体说明和解释。本领域技术人员应 当理解的是，可以针对其进行形式和细节上的各种变化而并不背离本发明的精 神和范围。
Claims (10)
1.一种用于峰值均值功率比PAPR降低的方法，包括：
基于针对组合的传输信号所计算的峰值功率值P(k)，迭代地调节相位旋转矢量
直至根据经调节的相位旋转矢量
新计算出的峰值功率值P(k+1)小于或等于预定义的峰值功率阈值，或者迭代次数达到预定义的最大值为止；其中，k表示迭代次数的索引，所述组合的传输信号包括多个频率资源单元的相应分量，所述相位旋转矢量
被用来应用于该多个频率资源单元的相应分量以对该多个频率资源单元的相应分量执行相位旋转；
通过应用所述经调节的相位旋转矢量
而对所述多个频率资源单元的相应分量执行相位旋转，得到相位旋转后的多个相应分量；
传输由所述相位旋转后的多个相应分量组合的传输信号。
2.根据权利要求1所述的方法，所述迭代地调节相位旋转矢量
包括：
针对每次迭代，生成干扰矢量；
将所述干扰矢量添加至所述相位旋转矢量
以形成经调节的相位旋转矢量
3.根据权利要求2所述的方法，将所述干扰矢量添加至所述相位旋转矢量
以形成经调节的相位旋转矢量
包括：
通过向所述相位旋转矢量
添加所述干扰矢量，而获得临时相位旋转矢量
根据所述临时相位旋转矢量
计算临时峰值功率值P′(k+1)；
比较所述临时峰值功率值P′(k+1)和所述峰值功率值P(k)；
如果P′(k+1)小于P(k)，则
且P(k+1)＝P′(k+1)；
如果P′(k+1)大于或等于P(k)，则
且P(k+1)＝P(k)。
4.根据权利要求3所述的方法，所述干扰矢量被配置为随机干扰矢量或常数矢量。
5.根据权利要求4所述的方法，所述方法还包括：
根据迭代处理的结果向用于配置所述随机干扰矢量的机制提供反馈，引导所述机制搜索所述随机干扰矢量。
6.根据权利要求2所述的方法，所述生成干扰矢量，包括：
设置步长因数μ(k)和随机矢量
确定所述步长因数μ(k)和所述随机矢量
的乘积；
将所述步长因数μ(k)和所述随机矢量
的乘积，确定为所述干扰矢量。
7.根据权利要求6所述的方法，所述方法还包括：
根据预定义分布设置所述随机矢量
中的元素。
8.根据权利要求1至7任一项所述的方法，所述对所述多个频率资源单元的相应分量执行相位旋转，包括：
通过在所述多个频率资源单元上应用所述经调节的相位旋转矢量
而对所述多个频率资源单元的相应分量执行相位旋转；或者，
通过在将要被调制到所述多个频率资源单元上的信号上应用所述经调节的相位旋转矢量
而对所述多个频率资源单元的相应分量执行相位旋转。
9.根据权利要求1至7任一项所述的方法，所述多个频率资源单元中的每个频率资源包括一个或多个载波；或者，所述多个频率资源单元中的每个频率资源包括一个或多个子载波。
10.一种发射器，包括：
峰值功率计算单元，被配置为：针对组合的传输信号所计算的峰值功率值P(k)；其中，k表示迭代次数的索引，所述组合的传输信号包括多个频率资源单元的相应分量；
相位旋转矢量调节单元，被配置为：基于所述峰值功率值P(k)，迭代地调节相位旋转矢量
直至由所述峰值功率计算单元根据经调节的相位旋转矢量
而新计算出的峰值功率值P(k+1)，小于或等于预定义的峰值功率阈值，或者，迭代次数达到预定义的最大值为止；所述相位旋转矢量
被用来应用于该多个频率资源单元的相应分量以对该多个频率资源单元的相应分量执行相位旋转；
相位旋转单元，被配置为：通过应用所述经调节的相位旋转矢量
而对所述多个频率资源单元的相应分量执行相位旋转，得到相位旋转后的多个相应分量；
发射器单元，被配置为：传输由所述相位旋转后的多个相应分量组合的传输信号。
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