專利名稱：一種降低數(shù)字中頻信號峰均比的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無線通信領(lǐng)域的數(shù)字中頻信號處理技術(shù)，尤其涉及一種降低數(shù) 字中頻信號峰均比的方法。
背景技術(shù)：
無線通信系統(tǒng)大多采用碼分多址(CDMA)的多址方式，為了提高通信線 路的利用率，在調(diào)制時(shí)常采用四相移相鍵控(QPSK)及正交振幅調(diào)制(QAM) 等高階調(diào)制方式。由于CDMA系統(tǒng)通常是多個(gè)碼道疊加發(fā)送，因此，對于QPSK 會造成調(diào)制后的信號疊加后出現(xiàn)非恒包絡(luò)的特性，而QAM本身也是非恒包絡(luò) 調(diào)制，這些因素將導(dǎo)致經(jīng)過調(diào)制后的CDMA信號具有較高的峰均比(PAR), 尤其是在發(fā)送多個(gè)載波的合成信號時(shí)，峰均比會更高。
高峰均比信號經(jīng)過數(shù)模轉(zhuǎn)換(DAC)后，會送入射頻功率放大器，而為了 保證高峰均比的信號不失真并避免帶外功率泄露，射頻功率放大器就必須增加
回退余量，如此，就使得射頻功率放大器工作時(shí)的最大功率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其平均輸 出功率，導(dǎo)致射頻功率放大器經(jīng)常工作在較低效率的區(qū)間，造成射頻單元的浪
費(fèi)；若不增加回退余量，則會導(dǎo)致射頻功率放大器在輸入信號功率較大時(shí)工作 在非線性區(qū)域，輸出信號會產(chǎn)生飽和失真，引起輸出信號的線性度變差。如果 在信號進(jìn)入射頻功率放大器前，對信號的峰均比進(jìn)行必要的降低，即進(jìn)行削峰 (CFR)，則可以降低對射頻功率放大器動態(tài)范圍的要求，而無需采用昂貴的大 動態(tài)范圍功率放大器，大大降低功率放大器單元的成本。
目前，降低信號峰均比的方法有多種，基于脈沖對消原理的削峰方案是常 用的 一種。這種方案利用對信號和削峰門限比較而得到的抽頭與對消脈沖成型 濾波器進(jìn)行巻積，產(chǎn)生一系列的對消脈沖，然后用對消脈沖與具有較高PAR值的原始信號迸行抵消，以達(dá)到降低信號PAR值的目的。但是，在系統(tǒng)多載波條 件下，尤其在多個(gè)載波的頻率間距相隔較遠(yuǎn)時(shí)，為了保證削峰后信號的誤差矢
量幅度(EVM)及鄰信道泄露功率比(ACLR)等指標(biāo)符合要求，這種削峰方 案所需要的對消脈沖成型濾波器階數(shù)往往較大；在利用現(xiàn)場可編程門陣列 (FPGA)實(shí)現(xiàn)的過程中，削峰過程所消耗的硬件資源，如乘法器、邏輯存儲單 元等會隨著削峰脈沖成型濾波器階數(shù)的增加而增加，使得硬件成本大大提高。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明的主要目的在于提供一種降低數(shù)字中頻信號峰均比的方 法，使得在利用FPGA實(shí)現(xiàn)對消脈沖成型濾波器時(shí)大大降低了硬件資源的消耗， 且不產(chǎn)生對削峰結(jié)果不利的影響。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的
本發(fā)明提供了 一種降低數(shù)字中頻信號峰均比的方法，包括
A. 根據(jù)系統(tǒng)配置設(shè)置削峰門限值，計(jì)算需進(jìn)行削峰的數(shù)字中頻信號的模
值；
B. 根據(jù)所述削峰門限值及計(jì)算得到的所述模值，對數(shù)字中頻信號進(jìn)行處 理，生成峰值脈沖序列；
的點(diǎn)乘運(yùn)算，再將多個(gè)乘法器的輸出依照時(shí)序疊加，生成對消脈沖信號；
D.將對消脈沖信號與時(shí)序?qū)R后的原始數(shù)字中頻信號進(jìn)行對消，輸出進(jìn)行
削峰后的數(shù)字中頻信號。
其中，步驟B所述生成峰值脈沖序列是生成I、 Q兩路峰值脈沖序列；步
驟C所述生成對消脈沖信號是生成I、 Q兩路對消脈沖信號。 上述方案中，步驟B所述生成峰值脈沖序列進(jìn)一步包括
a. 比較所述計(jì)算出的信號模值及設(shè)置的削峰門限值，計(jì)算數(shù)字中頻信號超 出削峰門限值的部分，生成超限脈沖序列；
b. 保留步驟a中輸出的超限脈沖序列中具有局部最大值的超限脈沖，其余超限脈沖置零；
c. 檢測步驟b中保留的局部最大的超限脈沖之間的時(shí)序距離，將時(shí)序距離 在峰值脈沖最小時(shí)間距離以內(nèi)的超限脈沖置零；
d. 輸出經(jīng)過步驟c處理后的超限脈沖，分I、 Q兩路成為峰值脈沖序列。 上述方案中，步驟C所述進(jìn)行點(diǎn)乘運(yùn)算之前進(jìn)一步包括將峰值脈沖序列
中非零峰值脈沖挑出在乘法器中與濾波器系數(shù)進(jìn)行點(diǎn)乘。
上述方案中，步驟D所述對消還包括將第一次削峰后的數(shù)字中頻信號作 為第二次削峰的輸入信號進(jìn)行第二次削峰。
本發(fā)明所提供的降低數(shù)字中頻信號峰均比的方法，將對數(shù)字中頻信號進(jìn)行 削峰時(shí)的巻積運(yùn)算換成多個(gè)乘法器并行的點(diǎn)乘運(yùn)算，并且，挑出峰值脈沖信號 中的非零脈沖與濾波器系數(shù)進(jìn)行點(diǎn)乘，如此，使得在利用FPGA實(shí)現(xiàn)對消脈沖 成型濾波器時(shí)可以節(jié)省大量乘法器資源，而對削峰結(jié)果不產(chǎn)生不利影響。


圖1為本發(fā)明降低數(shù)字中頻信號峰均比的方法流程圖； 圖2為本發(fā)明方法中生成超限脈沖序列的流程圖； 圖3為本發(fā)明方法中生成峰值脈沖序列的流程圖； 圖4為本發(fā)明方法生成峰值脈沖序列的效果示意圖； 圖5為本發(fā)明將峰值脈沖依次分配給多個(gè)乘法器進(jìn)行點(diǎn)乘的效果示意圖； 圖6為本發(fā)明將第一次削峰后的數(shù)字中頻信號作為第二次削峰的輸入信號 進(jìn)行削峰的流程示意圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖及具體實(shí)施例對本發(fā)明再作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。 圖1是本發(fā)明降低數(shù)字中頻信號峰均比的方法流程圖，如圖l所示，本發(fā) 明方法包括
步驟110，根據(jù)系統(tǒng)配置設(shè)置削峰門限值Thr。步驟120，計(jì)算需要進(jìn)行削峰的數(shù)字中頻信號的模值；
這里，數(shù)字中頻信號可以表示為I+Q*j，其中I表示同相分量，Q表示正交 分量，j表示虛數(shù)單位。
步驟130,根據(jù)步驟110確定的削峰門限值Thr及步驟120得到的信號模 值對數(shù)字中頻信號進(jìn)行處理，生成I、 Q兩路峰值脈沖序列；
該步驟進(jìn)一步包括
步驟130a，比較步驟120中計(jì)算出的信號模值與步驟110中設(shè)置的削峰門 限值Thr，計(jì)算數(shù)字中頻信號超出門限值Thr的部分，生成超限脈沖序列；
步驟130b，保留步驟130a輸出的超限脈沖序列中具有局部最大值的超限 脈沖，其余超限脈沖置零；
這里，所述局部最大值是指將一個(gè)超限脈沖與前后緊鄰的超限脈沖模值 進(jìn)行比較，如果該超限脈沖模值最大，則認(rèn)為該超限脈沖才莫值具有局部最大值；
步驟130c，檢測步驟130b中保留的局部最大的超限脈沖之間的時(shí)序距離， 將時(shí)序距離在系統(tǒng)中定義的峰值脈沖最小時(shí)間距離以內(nèi)的部分超限脈沖置零；
步驟130d，輸出經(jīng)過步驟130c處理后的超限脈沖，分I、 Q兩路成為峰值 脈沖序列。
步驟140，將步驟130生成的I、 Q兩路峰值脈沖序列中的峰值脈沖依次分 配給多個(gè)乘法器，進(jìn)行并行的點(diǎn)乘運(yùn)算，再將多路乘法器的輸出依照時(shí)序疊力口， 生成對消脈沖信號。
步驟150,將步驟140中輸出的對消脈沖信號與時(shí)序?qū)R后的原始數(shù)字中 頻信號進(jìn)行對消，輸出進(jìn)行削峰后的數(shù)字中頻信號；
這里，所述原始數(shù)字中頻信號是指在對待削峰的數(shù)字中頻信號進(jìn)行處理、 生成峰值脈沖序列前，會對該數(shù)字中頻信號保留一份沒有被處理過的原始信號 拷貝，稱為原始數(shù)字中頻信號。這樣，就可以將該原始數(shù)字中頻 號與對消脈 沖信號在時(shí)序?qū)R后進(jìn)行對消，以達(dá)到削峰的效果。
在上述步驟中，可以將步驟150經(jīng)過對消后的結(jié)果作為削峰后的結(jié)果輸出， 也可以將步驟150的輸出作為步驟120的輸入，也就是作為步驟120中需要進(jìn)行削峰的數(shù)字中頻信號，重復(fù)執(zhí)行步驟120~步驟150，然后再輸出經(jīng)過再次削 峰后的步驟150的結(jié)果。其中，將削峰后的信號再次進(jìn)行削峰的削峰次數(shù)可以 根據(jù)需要由用戶任意設(shè)定。
具體的，生成超限脈沖序列的流程如圖2所示，其流程步驟包括
步驟210,設(shè)置削峰門限值Thr;
步驟220，計(jì)算當(dāng)前時(shí)刻輸入的需要進(jìn)行削峰的數(shù)字中頻信號I+Q*j的模 值A(chǔ);
步驟230,判斷步驟220計(jì)算出的模值A(chǔ)是否大于削峰門限值Thr,如果 是，則執(zhí)行步驟240，否則執(zhí)行步驟250;
步驟240，計(jì)算數(shù)字中頻信號模值超過門限值Thr的部分，I。ut=I*(A-Thr)/A、 CW=Q*(A-Thr)/A,形成超限脈沖A。ut=I。ut+Q。ut*j，然后執(zhí)行步驟260;
步驟250，將超限脈沖表示為A。ut=I。ut+Q。ut*j,其中I。u尸0， Q。ut=0,也就是 將此時(shí)的超限脈沖置零；
步驟260,輸出超限脈沖Aout;
步驟270，讀取下一時(shí)刻的數(shù)字中頻信號，重復(fù)步驟220 ~步驟260的操作。 經(jīng)過步驟210 ~步驟270，可以得到一個(gè)超限脈沖序列。 進(jìn)一步地，在步驟210 ~步驟270所生成超限脈沖序列的基礎(chǔ)上，步驟 130b~步驟130d對生成的超限脈沖序列分I、 Q兩路分別進(jìn)行處理，生成峰值 脈沖序列的流程如圖3所示，對超限脈沖序列的處理是在削峰系統(tǒng)開始輸出 超限脈沖信號并保持一段時(shí)間的輸出后，開始對超限脈沖序列進(jìn)行處理；對I 路和Q路的處理流程相同，其流程步驟如下
步驟310,初始化超限脈沖局部最大值記錄PmK),初始化超限脈沖局部最 大值時(shí)序索引記錄D^0，并計(jì)算峰值脈沖的最小時(shí)間距離S;
其中，S=「(Le。rf+l)/K] ， L,f表示用FPGA實(shí)現(xiàn)的對消脈沖成型濾波器階數(shù)， K表示有K路并行的乘法器參與濾波計(jì)算，符號「,1表示向+oo方向取整；此時(shí) 間距離S表示峰值脈沖的理論計(jì)算的兩個(gè)相鄰非零值之間的最小時(shí)間距離，實(shí)際應(yīng)用中的S的取值可大于這個(gè)最小值；
對Pm及Dm的初始化是在通信系統(tǒng)中的削峰系統(tǒng)開始工作時(shí)進(jìn)行的。 步驟320，將當(dāng)前處理的超限脈沖模值p與其前后緊鄰的超限脈沖模值進(jìn)
行比較，以判斷當(dāng)前超限脈沖模值p是否為局部最大值，若是，則執(zhí)行步驟330,
否則執(zhí)行步驟340;
這里，所述超限脈沖模值p=|A。ut|=| I。ut+Q。ut*j |。
步驟330,根據(jù)當(dāng)前超限脈沖的時(shí)序索引值d,判斷d-Dm是否大于步驟310 中計(jì)算出的S,如果是，則執(zhí)行步驟360，否則執(zhí)行步驟350;
這里，所述時(shí)序索引值d是從通信系統(tǒng)中的削峰系統(tǒng)開始工作時(shí)啟動的一 個(gè)對超限脈沖信號按時(shí)間順序進(jìn)4亍編號的計(jì)數(shù)值，每過一個(gè)脈沖周期，d值自 動加l;本發(fā)明中的峰值脈沖最小時(shí)間距離S,—般是一個(gè)脈沖周期時(shí)間的倍數(shù)。
步驟340,將當(dāng)前的超限脈沖置零，然后執(zhí)行步驟390;
步驟350,判斷當(dāng)前的超限脈沖模值p是否大于Pm,如果是，則執(zhí)行步驟 380,否則執(zhí)行步驟370;
步驟360,保留與前一次的超限脈沖局部最大值時(shí)間距離超過S的局部最 大的超限脈沖，即將當(dāng)前超限脈沖的時(shí)序索引值d賦給Dm，并將當(dāng)前的超限脈 沖才莫值p賦給Pm，然后執(zhí)行步驟390;
步驟370，將當(dāng)前超限脈沖置零，不改變Pm及Dm，然后執(zhí)行步驟390;
步驟380，將時(shí)序索引為Dm的超限脈沖置零，將當(dāng)前超限脈沖的時(shí)序索引 值d賦給Dm，并將當(dāng)前的超限脈沖模值p賦給Pm,然后執(zhí)行步驟390;
步驟3卯，將時(shí)序索引為Ind的超限脈沖輸出作為峰值脈沖。
其中，Ind=d-S, d為當(dāng)前超限脈沖的時(shí)序索引值；Ind小于0時(shí)，輸出峰 值脈沖為零，表明削峰系統(tǒng)啟動后輸出的峰值脈沖序列時(shí)間長度未到S的情況， 本發(fā)明的處理策略是4巴這個(gè)時(shí)間^炎的峰值脈沖置零，不對其進(jìn)行濾波處理；
步驟399，處理下一個(gè)超限3永沖，重復(fù)步驟320 步驟390。
經(jīng)過步驟310 步驟399,可以得到I、 Q兩路峰值脈沖序列。
上述步驟210 ~步驟270、步驟310 ~步驟399生成峰值脈沖序列的效果示意圖如圖4所示，圖4-a表示從輸入的數(shù)字中頻信號中找出沖莫值超過門限值Thr 的部分，然后形成超限脈沖序列，也就是步驟210~步驟270的過程，其形成 的超限脈沖序列如圖4-b所示；對圖4-b中的超限脈沖序列進(jìn)行保留局部最大 值的操作，形成圖4-c所示的脈沖序列；圖4-c中，U指對超限脈沖保留局部 最大值之后形成的脈沖信號中第n個(gè)非零脈沖到第n+l個(gè)非零脈沖之間的時(shí)間 長度、Lw指第n+l個(gè)非零脈沖到第n+2個(gè)非零脈沖之間的時(shí)間長度，在此示 意圖例中，假設(shè)S〉Ln, S〉Ln+1, iLS<Ln + Ln+1;對圖4-c所示的脈沖序列進(jìn)行
時(shí)序距離調(diào)整，形成如圖4-d所示的峰值脈沖信號，圖4-d中，Lm是Ln和Ln+,之和。
進(jìn)一步地，圖1所示步驟140的具體過程如圖5所示。
將經(jīng)過步驟310 ~步驟399之后，得到的I、 Q兩路峰值脈沖序列，分別進(jìn) 行處理。也就是對兩路峰值脈沖信號，依次分配給多個(gè)乘法器，進(jìn)行并行的點(diǎn) 乘運(yùn)算。在生成超限脈沖和峰值脈沖的過程中，由于將大量的非局部最大值超 限脈沖和部分局部最大值超限脈沖置為零值，如果對這樣含有大量零值的信號 進(jìn)行巻積運(yùn)算會出現(xiàn)大量的乘零操作，這樣很浪費(fèi)乘法器資源，所以本發(fā)明中 將峰值脈沖信號的非零部分單獨(dú)挑出以便在乘法器中與濾波器系數(shù)進(jìn)行點(diǎn)乘， 這樣可以節(jié)省大量乘法器資源；所述濾波器系數(shù)保存在一個(gè)存儲單元中，在用 FPGA實(shí)現(xiàn)的對消脈沖成型濾波器中被調(diào)用。
圖5所示例子中，針對I路峰值脈沖信號，假設(shè)使用三個(gè)乘法器，編號分 別為1 ~3號乘法器，對于I路峰值脈沖信號中的三個(gè)相鄰的非零峰值脈沖a、b、 c，可以用乘法器l按時(shí)序完成峰值脈沖a與濾波器系數(shù)的點(diǎn)乘過程，用乘法器 2按時(shí)序完成峰值脈沖b與濾波器系數(shù)的點(diǎn)乘過程，用乘法器3按時(shí)序完成峰 值脈沖c與濾波器系數(shù)的點(diǎn)乘過程，圖5中L,表示a和b之間的時(shí)間長度，L2 表示b和c之間的時(shí)間長度；如果在峰值脈沖c后出現(xiàn)了峰值脈沖d，由于峰 值脈沖信號中兩個(gè)相鄰的非零脈沖之間的時(shí)間長度至少為S,脈沖d出現(xiàn)時(shí)進(jìn) 行a與濾波器系數(shù)點(diǎn)乘的乘法器1應(yīng)已空閑，因此可以用乘法器1按時(shí)序完成 峰值脈沖d與濾波器系數(shù)的點(diǎn)乘過程；依此類推，完成I路峰值脈沖與濾波器系數(shù)的點(diǎn)乘過程，然后將這三個(gè)乘法器的輸出依照時(shí)序疊加，形成I路對消脈 沖信號。Q路對消脈沖信號的形成類似。
圖5所示的點(diǎn)乘操作實(shí)際上是一個(gè)濾波的過程，濾除峰值脈沖信號中的帶 外信號能量，生成對消脈沖信號。
將執(zhí)行步驟140之后得到的I、Q兩路對消脈沖信號與經(jīng)過適當(dāng)延時(shí)對齊時(shí) 序后的原始數(shù)字中頻信號的I、 Q兩路進(jìn)行對消，就可以達(dá)到削峰的目的。
當(dāng)然，也可以將經(jīng)過第 一次削峰后的數(shù)字中頻信號作為第二次削峰的輸入 信號進(jìn)行第二次削峰，以達(dá)到更佳削峰效果。圖6是這種將第一次削峰后的數(shù) 字中頻信號作為第二次削峰的輸入信號進(jìn)行削峰的流程示意圖，如圖6所示， 削峰前的數(shù)字中頻信號產(chǎn)生對消脈沖信號后與經(jīng)過時(shí)延后對齊時(shí)序的原始數(shù)字 中頻信號進(jìn)行對消，然后輸出第一次削峰后的數(shù)字中頻信號，將經(jīng)過第一次削 峰后的信號作為第二次削峰的輸入信號進(jìn)行第二次削峰，可以得到第二次削峰 后的數(shù)字中頻信號。
綜上所述，本發(fā)明把對I、 Q兩路數(shù)字中頻信號進(jìn)行削峰時(shí)的巻積運(yùn)算換成 了多個(gè)乘法器并行的點(diǎn)乘運(yùn)算，并且挑出峰值脈沖信號中的非零部分與濾波器 系數(shù)進(jìn)行點(diǎn)乘，可以節(jié)省大量乘法器資源，而對削峰結(jié)果沒有不利影響。本發(fā) 明還可以應(yīng)用于正交頻分復(fù)用(OFDM)系統(tǒng)。
以上所述，僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非用于限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1、一種降低數(shù)字中頻信號峰均比的方法，其特征在于，該方法包括A.根據(jù)系統(tǒng)配置設(shè)置削峰門限值，計(jì)算需進(jìn)行削峰的數(shù)字中頻信號的模值；B.根據(jù)所述削峰門限值及計(jì)算得到的所述模值，對數(shù)字中頻信號進(jìn)行處理，生成峰值脈沖序列；C.將生成的峰值脈沖序列中的峰值脈沖依次分配給多個(gè)乘法器，進(jìn)行并行的點(diǎn)乘運(yùn)算，再將多個(gè)乘法器的輸出依照時(shí)序疊加，生成對消脈沖信號；D.將對消脈沖信號與時(shí)序?qū)R后的原始數(shù)字中頻信號進(jìn)行對消，輸出進(jìn)行削峰后的數(shù)字中頻信號。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟B所述生成峰值脈沖 序列是生成I、 Q兩路峰值脈沖序列；步驟C所述生成對消脈沖信號是生成I、 Q兩路對消脈沖信號。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，步驟B所述生成峰值脈沖 序列進(jìn)一步包括a. 比較所述計(jì)算出的信號模值及設(shè)置的削峰門限值，計(jì)算數(shù)字中頻信號超 出削峰門限值的部分，生成超限脈沖序列；b. 保留步驟a中輸出的超限脈沖序列中具有局部最大值的超限脈沖，其余 超限脈沖置零；c. 檢測步驟b中保留的局部最大的超限脈沖之間的時(shí)序距離，將時(shí)序距離 在峰值脈沖最小時(shí)間距離以內(nèi)的超限脈沖置零；d. 輸出經(jīng)過步驟c處理后的超限脈沖，分I、 Q兩^各成為峰值脈沖序列。
4、 才艮據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，步驟C所述進(jìn)行點(diǎn)乘運(yùn)算 之前進(jìn)一步包括將峰值脈沖序列中非零峰值脈沖挑出在乘法器中與濾波器系 數(shù)進(jìn)行點(diǎn)乘。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟D所述對消還包括將第一次削峰后的數(shù)字中頻信號作為第二次削峰的輸入信號進(jìn)行第二次削峰。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種降低數(shù)字中頻信號峰均比的方法，該方法包括根據(jù)系統(tǒng)配置設(shè)置削峰門限值，計(jì)算需進(jìn)行削峰的數(shù)字中頻信號的模值；根據(jù)削峰門限值及計(jì)算得到的信號模值，對數(shù)字中頻信號進(jìn)行處理，生成峰值脈沖序列；將生成的峰值脈沖序列中的非零峰值脈沖挑出來，依次分配給多個(gè)乘法器，進(jìn)行并行的點(diǎn)乘運(yùn)算，再將多個(gè)乘法器的輸出依照時(shí)序疊加，生成對消脈沖信號；將對消脈沖信號與時(shí)序?qū)R后的原始數(shù)字中頻信號進(jìn)行對消，輸出進(jìn)行削峰后的數(shù)字中頻信號。利用本發(fā)明方法，可以在用FPGA實(shí)現(xiàn)對消脈沖成型濾波器時(shí)節(jié)省大量乘法器資源。
文檔編號H04B7/005GK101640559SQ20081014443
公開日2010年2月3日 申請日期2008年7月31日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月31日
發(fā)明者昕 郭 申請人:中興通訊股份有限公司