專利名稱：一種多載波通信系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種通信系統(tǒng)，特別是一種降低進(jìn)入功率放大器的信號峰均比的多載波通信系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
眾所周知，移動(dòng)通信系統(tǒng)中無線基站的發(fā)信機(jī)利用功率放大器來發(fā)射信號，以補(bǔ)償因傳播距離而帶來的信號衰減。功率放大器具有一定的線性區(qū)域，功率放大器的成本由其線性區(qū)的大小決定。具有高峰均比的信號會降低功率放大器的效率并增加功率消耗，這對功率放大器的線性度提出了很高的要求。為了保證功率放大器工作在線性區(qū)域以提高其效率，因此要求進(jìn)入功率放大器的信號峰均比在一定范圍以下。
在移動(dòng)通信系統(tǒng)中，常使用削波技術(shù)來降低進(jìn)入功率放大器的信號峰均比，但不幸的是削波技術(shù)的引入，可能會帶來一定程度的信號失真、帶外頻譜擴(kuò)展或鄰道干擾等發(fā)射性能。對寬帶碼分多址接入(WCDMA)系統(tǒng)而言，用誤差矢量幅度和峰值碼域誤差來衡量信號的失真程度，用鄰道功率泄漏比來基站發(fā)射機(jī)的帶外頻譜擴(kuò)展程度。
通常削波技術(shù)以分為基帶削波技術(shù)和數(shù)字中頻(DIF)削波技術(shù)兩大類?；鶐鞑夹g(shù)的突出優(yōu)點(diǎn)是其處理在脈沖成型濾波器之前的基帶進(jìn)行，因此不會帶來任何帶外頻譜擴(kuò)展或鄰道功率泄漏比性能。其缺點(diǎn)是削波信號經(jīng)過DIF多級插值濾波器后的峰均比將會增加，使得對信號峰均比的抑制性能很不理想。此外，基帶削波造成對信號的失真較大，表現(xiàn)為誤差矢量幅度和峰值碼域誤差發(fā)射性能下降。因此，在滿足誤差矢量幅度和峰值碼域誤差發(fā)射性能指標(biāo)的前提下，基帶削波技術(shù)很難使得經(jīng)過DIF處理后的信號峰均比達(dá)到要求。
DIF削波技術(shù)是指基帶信號經(jīng)過DIF的多級插值濾波器之后進(jìn)行削波處理，常用的DIF削波技術(shù)有硬削波和匹配濾波削波等技術(shù)。DIF的硬削波技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是硬件實(shí)現(xiàn)較為簡單，缺點(diǎn)是其直接進(jìn)行DIF硬限幅削波處理將導(dǎo)致嚴(yán)重的帶外頻譜擴(kuò)展和鄰道功率泄漏現(xiàn)象。若要保證滿足鄰道功率泄漏比性能指標(biāo)條件下，此時(shí)，DIF硬削波技術(shù)則很難達(dá)到預(yù)期的峰均比性能。
另一種DIF削波技術(shù)是匹配濾波削波技術(shù)，中國專利申請?zhí)?3800497.3的發(fā)明專利使用的技術(shù)就屬于DIF匹配濾波削波技術(shù)，該技術(shù)是針對多載波信號削波情況。若僅僅使用縮放器來調(diào)整匹配濾波器增益，以使得在滿足期望的誤差矢量幅度、峰值碼域誤差和鄰道功率泄漏比等發(fā)射性能條件下獲得預(yù)期的峰均比。但是，當(dāng)各載波的發(fā)射功率不相同時(shí)，該削波技術(shù)使用相同的縮放系數(shù)來調(diào)整各個(gè)載波的匹配濾波器系數(shù)，多載波合路信號經(jīng)過硬削波后的峰值抵消信號均通過此匹配濾波器系數(shù)，這將會使發(fā)射功率電平低的載波誤差幅度矢量和峰值碼域誤差發(fā)射性能嚴(yán)重惡化。因此，在滿足系統(tǒng)誤差矢量幅度、峰值碼域誤差和鄰道功率泄漏比指標(biāo)要求下，其削波后信號的峰均比不能取得令人滿意的結(jié)果。
此外，該技術(shù)方案在設(shè)計(jì)濾波器系數(shù)時(shí)，考慮了個(gè)載波匹配濾波器系數(shù)產(chǎn)生時(shí)對其增益進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，以取得比僅僅使用縮放器進(jìn)行增益調(diào)整更好的性能。不幸的是，該技術(shù)發(fā)明專利沒有說明具體如何對各載波匹配濾波器系數(shù)進(jìn)行增益調(diào)整，以及如何實(shí)時(shí)地對各載波匹配濾波器系數(shù)進(jìn)行調(diào)整，尤其是在系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)中該如何調(diào)整各匹配濾波器增益。

發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種降低進(jìn)入功率放大器的信號峰均比的多載波通信系統(tǒng)。
本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的一種多載波通信系統(tǒng)，包括一多載波信號產(chǎn)生裝置與一多載波削波裝置，所述多載波削波裝置用于減少所述多載波信號產(chǎn)生裝置產(chǎn)生的多載波信號的波峰均比；所述多載波信號產(chǎn)生裝置包括若干路單載波信號產(chǎn)生模塊和求和累加模塊，若干路單載波信號產(chǎn)生模塊形成的載波中頻信號通過求和累加模塊進(jìn)行合并以產(chǎn)生多載波合路輸出信號；所述多載波削波裝置包括根據(jù)閾值發(fā)生器產(chǎn)生的閾值對多載波合路信號進(jìn)行硬削波的硬限幅裝置；用于產(chǎn)生峰值抵消信號的求和累加裝置；用于產(chǎn)生匹配濾波器系數(shù)的匹配濾波器系數(shù)發(fā)生器裝置；對峰值抵消信號進(jìn)行匹配濾波處理的匹配濾波處理裝置；以及對濾波后的峰值抵消信號與多載波合路信號進(jìn)行混合的求和累加裝置。
所述單載波信號產(chǎn)生裝置包括串接的進(jìn)行成型濾波的脈沖成型插值濾波器、提高數(shù)字中頻信號采用速率的半帶插值濾波器、用于增強(qiáng)對信號在頻域內(nèi)鏡像抑制的層疊積分梳妝插值濾波器、用于混頻的數(shù)控振蕩器。
所述多載波削波裝置在產(chǎn)生硬限幅信號之前，進(jìn)一步包括根據(jù)多載波信號和閾值參數(shù)產(chǎn)生用于硬限幅操作的閾值發(fā)生器裝置。
所述多載波削波裝置的匹配濾波器系數(shù)發(fā)生器裝置進(jìn)一步包括對基帶IQ復(fù)信號進(jìn)行功率估計(jì)的載波功率估計(jì)裝置；根據(jù)各載波對應(yīng)的頻率對源濾波器系數(shù)進(jìn)行頻率調(diào)制處理的混頻裝置；根據(jù)估計(jì)的載波功率電平對頻率調(diào)制后的各載波匹配濾波器系數(shù)進(jìn)行幅度調(diào)制的增益調(diào)整裝置；用于多載波對應(yīng)的合路匹配濾波器系數(shù)的求和累積裝置。
所述多載波削波裝置進(jìn)一步包括對多載波合路信號進(jìn)行延遲的裝置，其中延遲后的多載波合路信號與濾波后的峰值抵消信號進(jìn)行混合。
所述多載波削波裝置進(jìn)一步還包括對峰值抵消信號進(jìn)行多級匹配濾波處理的迭代裝置。
本發(fā)明根據(jù)各載波的功率估計(jì)值對相應(yīng)載波的匹配濾波器系數(shù)進(jìn)行增益調(diào)整，對合路后的多載波信號進(jìn)行數(shù)字中頻匹配濾波削波處理，避免了對功率不同的載波使用相同匹配濾波器增益帶來額外的信號失真現(xiàn)象。本發(fā)明在滿足相同誤差矢量幅度、峰值碼域誤差和鄰道功率泄漏比的條件下，能夠取得更好的削波效果，即可以使削波后的多載波合路信號具有更低的峰均比，從而提高了功率放大器的效率。
本發(fā)明可以根據(jù)實(shí)際通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的硬件資源和性能要求進(jìn)行適當(dāng)?shù)男薷暮筒眉簟１热?，?shù)字中頻處理時(shí)，若在取得更高的采樣速率的同時(shí)，又考慮到硬件資源的節(jié)約，可以使用兩級半帶插值濾波器。若在滿足誤差矢量幅度、峰值碼域誤差和鄰道功率泄漏比條件下，希望獲取更低的峰均比性能，可以適當(dāng)使用多級匹配濾波處理方法來實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明提供的方案，其數(shù)字信號處理采用順序處理方式，不涉及任何反饋處理模塊，從而很方便在實(shí)際硬件系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)。

圖1是本發(fā)明中多載波信號產(chǎn)生裝置以及多載波峰值削波裝置所處位置的示意圖；圖2是本發(fā)明中多載波通信系統(tǒng)中的多載波削波裝置實(shí)現(xiàn)的基本結(jié)構(gòu)圖；圖3是實(shí)現(xiàn)圖2所示的多載波削波裝置基本結(jié)構(gòu)的一種具體結(jié)構(gòu)圖；圖4是圖3所示的具體結(jié)構(gòu)圖中對應(yīng)的匹配濾波器系數(shù)的幅頻響應(yīng)；圖5是實(shí)現(xiàn)圖2所示的多載波削波裝置基本結(jié)構(gòu)的另一種具體實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施方式本發(fā)明可以通過下面提供的結(jié)合附圖的詳細(xì)描述可以得到完全的解釋和理解，本發(fā)明的特征、性質(zhì)和優(yōu)點(diǎn)將變得更加明顯。
在無線通信系統(tǒng)的無線發(fā)射機(jī)中，使用削波技術(shù)來減少進(jìn)入功率放大器的多載波信號峰均比，以提高功率放大器的效率和降低功率放大器的成本。
請參考圖1。該圖是本發(fā)明中多載波信號產(chǎn)生裝置300以及多載波削波裝置400所處位置的示意圖。多載波信號是由多路單載波信號疊加而成的，對每路單載波信號而言，其產(chǎn)生過程都是相同的，所以只以其中一路單載波信號的產(chǎn)生過程作說明。對每路單載波信號，其基帶復(fù)信號通過脈沖成型插值濾波器(PSF)11進(jìn)行成型濾波，經(jīng)過半帶插值濾波器(HBF)12以提高DIF信號的采用速率，再通過層疊積分梳妝插值濾波器(CIC)13以增強(qiáng)對信號在頻域內(nèi)的鏡像抑制，并與數(shù)控振蕩器(NCO)14進(jìn)行混頻，以形成單載波數(shù)字中頻信號輸出。最后，各路單載波數(shù)字中頻信號在求和器40中進(jìn)行合并以產(chǎn)生多載波合路輸出信號。更進(jìn)一步地，若需要取得更高的采樣速率和減少硬件實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度，在數(shù)字中頻處理可以使用兩級半帶插值濾波器(HBF)。
請參考圖2。該圖是根據(jù)本發(fā)明的一種用于降低多載波信號峰均比的多載波削波裝置400的基本結(jié)構(gòu)。如圖2所示，多載波削波裝置400包括一個(gè)閾值發(fā)生器110、一個(gè)硬限幅模塊120、兩個(gè)延遲模塊130、一個(gè)匹配濾波器系數(shù)發(fā)生器160、一個(gè)匹配濾波器處理模塊150和兩個(gè)求和累加模塊140與180。閾值發(fā)生器110根據(jù)預(yù)先設(shè)定的閾值參數(shù)和輸入多載波合路信號計(jì)算用于硬限幅的閾值。硬限幅模塊120根據(jù)閾值對輸入多載波合路信號進(jìn)行硬限幅處理，以產(chǎn)生硬限幅信號。此時(shí)，經(jīng)過延遲模塊130后的多載波合路信號減去硬限幅信號，以產(chǎn)生峰值抵消信號。匹配濾波器處理模塊150則根據(jù)匹配濾波器發(fā)生器產(chǎn)生的對應(yīng)各載波頻率匹配濾波器系數(shù)合路信號，對峰值抵消信號進(jìn)行匹配濾波處理以獲得濾波后的峰值抵消信號。最后，經(jīng)過延遲模塊130的原多載波合路信號減去濾波后的峰值抵消信號以產(chǎn)生多載波削波信號。
本發(fā)明的多載波削波裝置400不僅可應(yīng)用于多載波通信系統(tǒng)，也可應(yīng)用于單載波通信系統(tǒng)。下面通過該裝置在多載波通信系統(tǒng)中的應(yīng)用進(jìn)一步，對本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步闡述。
請參考圖3。該圖是圖2所示的多載波削波裝置400基本結(jié)構(gòu)的一種三載波削波處理的具體實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)圖，圖3中進(jìn)一步描述了匹配濾波系數(shù)發(fā)生器160的具體實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)圖。圖3中匹配濾波器系數(shù)發(fā)生器裝置160進(jìn)一步包括對基帶IQ復(fù)信號進(jìn)行功率估計(jì)的載波功率估計(jì)裝置161；根據(jù)三載波對應(yīng)的頻率對源濾波器系數(shù)進(jìn)行頻率調(diào)制處理的混頻裝置163、165、167；根據(jù)估計(jì)的載波功率電平對頻率調(diào)制后的三載波匹配濾波器系數(shù)進(jìn)行幅度調(diào)制的增益調(diào)整裝置168、169、172；用于三載波對應(yīng)的合路匹配濾波器系數(shù)的求和累積裝置174。
首先考慮三載波通信系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，進(jìn)入三載波削波模塊之前的三載波合路復(fù)信號可以建模為y(k)=Σi=13Ai(k)·e(2πfik+φi)]]>式l式1中，Ai(k)、fi和φi為分貝對應(yīng)第i個(gè)載波DIF輸出信號采樣的復(fù)包絡(luò)、NCO頻率和相位偏移。
閾值發(fā)生器110根據(jù)輸入三載波合路信號y(k)和閾值參數(shù)thr(dB值)產(chǎn)生硬限幅的線性閾值linear_thr。硬限幅模塊120再根據(jù)線性閾值，對進(jìn)行y(k)硬限幅處理并得到限幅后的信號clip(k)，其處理過程可以用下面表達(dá)式來表示clip(k)=y(k),|y(k)|≤linear_thrlinet_thr*ej*angle(y(k)),|y(k)|>linear_thr]]>式2延遲后的三載波合路信號與硬限幅后的信號進(jìn)行混合，以產(chǎn)生峰值抵消信號c(k)。
c(k)＝y(tǒng)(k)-clip(k)式3假設(shè)源濾波器系數(shù)h(n)長度為N，每個(gè)源濾波器系數(shù)與對應(yīng)載波的NCO進(jìn)行混頻，得到對應(yīng)第i個(gè)載波頻率的匹配濾波器系數(shù)matched_h(n)。
matched_h(n)=h(n)·e(2πfik+φi),n=1,2,......,N]]>式4載波功率估計(jì)模塊161周期地對各載波的基帶信號進(jìn)行功率估計(jì)，得到各自的功率估計(jì)值PEi，并此功率估計(jì)和最大發(fā)射功率Pmax(滿功率)計(jì)算增益調(diào)整Gi。
Gi=10PEi-Pmax20]]>式5因此，對應(yīng)三載波的匹配濾波器系數(shù)可以表示為combinet_h(n)=Σi=13Gi·h(n)·e(2πfik+φi)]]>=Σi=1310PEi-Pmax20·h(n)·e(2πfik+φi)]]>式6請參考圖4。該圖給出了對三載波合路信號進(jìn)行削波處理的匹配濾波器的幅頻響應(yīng)圖。將各載波的功率進(jìn)行歸一化，即滿功率發(fā)射時(shí)，其功率歸一化到0dB。對應(yīng)各載波的匹配濾波器系數(shù)增益則根據(jù)估計(jì)到的載波功率相對于滿功率的偏移值(-5dB、0dB和-3dB)進(jìn)行調(diào)整。圖中所示為各載波分別以-5dB、0dB和-3dB的功率(歸一化功率值)進(jìn)行發(fā)射時(shí)，對應(yīng)匹配濾波器系數(shù)的幅頻響應(yīng)。
最后，經(jīng)過匹配濾波處理后的峰值抵消信號與延遲的三載波合路信號進(jìn)行混合，并得到輸出的三載波削波信號z(n)。
z(k)＝y(tǒng)(k)-filter(c(k)，combiner_h)式7上式7中，filter(·)表示峰值抵消信號c(k)通過匹配濾波器combiner_h處理的操作。
請參考圖5。該圖是圖2所示的多載波削波裝置400的基本結(jié)構(gòu)的另一種三載波削波處理的具體實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)圖。圖5的具體實(shí)現(xiàn)與圖3不同之處是，系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)可以根據(jù)系統(tǒng)性能要求和硬件資源情況，增加由匹配濾波處理模塊組成的N級迭代濾波裝置150’，對峰值抵消信號進(jìn)行多次匹配濾波處理操作，使得在滿足系統(tǒng)誤差矢量幅度、峰值碼域誤差和鄰道功率泄漏比指標(biāo)條件下，取得更優(yōu)的峰均比性能，即保證多載波削波信號具有更小的峰均比。
本發(fā)明可以根據(jù)實(shí)際通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的硬件資源和性能要求進(jìn)行適當(dāng)?shù)男薷暮筒眉?。比如，?shù)字中頻處理時(shí)，若在取得更高的采樣速率的同時(shí)，又考慮到硬件資源的節(jié)約，可以使用兩級半帶插值濾波器。若在滿足誤差矢量幅度、峰值碼域誤差和鄰道功率泄漏比條件下，希望獲取更低的峰均比性能，可以適當(dāng)使用多級匹配濾波處理方法來實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明提供的方案，其數(shù)字信號處理采用順序處理方式，不涉及任何反饋處理模塊，從而很方便在實(shí)際硬件系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)。
這里已經(jīng)通過具體的實(shí)施例子對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)描述，提供上述實(shí)施例的描述為了使本領(lǐng)域的技術(shù)人員制造或適用本發(fā)明，這些實(shí)施例的各種修改對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說是容易理解的。本發(fā)明并不限于這些例子，或其中的某些方面。本發(fā)明的范圍通過附加的權(quán)利要求進(jìn)行詳細(xì)說明。
權(quán)利要求
1.一種多載波通信系統(tǒng)，包括一多載波信號產(chǎn)生裝置與一多載波削波裝置，所述多載波削波裝置用于減少所述多載波信號產(chǎn)生裝置產(chǎn)生的多載波信號的波峰均比；所述多載波信號產(chǎn)生裝置包括若干路單載波信號產(chǎn)生模塊和求和累加模塊，若干路單載波信號產(chǎn)生模塊形成的載波中頻信號通過求和累加模塊進(jìn)行合并以產(chǎn)生多載波合路輸出信號；所述多載波削波裝置包括根據(jù)閾值發(fā)生器產(chǎn)生的閾值對多載波合路信號進(jìn)行硬削波的硬限幅裝置；用于產(chǎn)生峰值抵消信號的求和累加裝置；用于產(chǎn)生匹配濾波器系數(shù)的匹配濾波器系數(shù)發(fā)生器裝置；對峰值抵消信號進(jìn)行匹配濾波處理的匹配濾波處理裝置；以及對濾波后的峰值抵消信號與多載波合路信號進(jìn)行混合的求和累加裝置。
2.如權(quán)利要求1所述的多載波通信系統(tǒng)，其特征在于所述單載波信號產(chǎn)生裝置包括串接的進(jìn)行成型濾波的脈沖成型插值濾波器、提高數(shù)字中頻信號采用速率的半帶插值濾波器、用于增強(qiáng)對信號在頻域內(nèi)鏡像抑制的層疊積分梳妝插值濾波器、用于混頻的數(shù)控振蕩器。
3.如權(quán)利要求1所述的多載波通信系統(tǒng)，其特征在于所述多載波削波裝置在產(chǎn)生硬限幅信號之前，進(jìn)一步包括根據(jù)多載波信號和閾值參數(shù)產(chǎn)生用于硬限幅操作的閾值發(fā)生器裝置。
4.如權(quán)利要求1所述的多載波通信系統(tǒng)，其特征在于所述多載波削波裝置的匹配濾波器系數(shù)發(fā)生器裝置進(jìn)一步包括對基帶IQ復(fù)信號進(jìn)行功率估計(jì)的載波功率估計(jì)裝置；根據(jù)各載波對應(yīng)的頻率對源濾波器系數(shù)進(jìn)行頻率調(diào)制處理的混頻裝置；根據(jù)估計(jì)的載波功率電平對頻率調(diào)制后的各載波匹配濾波器系數(shù)進(jìn)行幅度調(diào)制的增益調(diào)整裝置；用于多載波對應(yīng)的合路匹配濾波器系數(shù)的求和累積裝置。
5.如權(quán)利要求1所述的多載波通信系統(tǒng)，其特征在于所述多載波削波裝置進(jìn)一步包括對多載波合路信號進(jìn)行延遲的裝置，其中延遲后的多載波合路信號與濾波后的峰值抵消信號進(jìn)行混合。
6.如權(quán)利要求1所述的多載波通信系統(tǒng)，其特征在于所述多載波削波裝置進(jìn)一步還包括對峰值抵消信號進(jìn)行多級匹配濾波處理的迭代裝置。
全文摘要
一種多載波通信系統(tǒng)，包括一多載波信號產(chǎn)生裝置與一多載波削波裝置，所述多載波削波裝置用于減少所述多載波信號產(chǎn)生裝置產(chǎn)生的多載波信號的波峰均比；所述多載波信號產(chǎn)生裝置包括若干路單載波信號產(chǎn)生模塊和求和累加模塊，若干路單載波信號產(chǎn)生模塊形成的載波中頻信號通過求和累加模塊進(jìn)行合并以產(chǎn)生多載波合路輸出信號；所述多載波削波裝置包括根據(jù)閾值發(fā)生器產(chǎn)生的閾值對多載波合路信號進(jìn)行硬削波的硬限幅裝置；用于產(chǎn)生峰值抵消信號的求和累加裝置；用于產(chǎn)生匹配濾波器系數(shù)的匹配濾波器系數(shù)發(fā)生器裝置；對峰值抵消信號進(jìn)行匹配濾波處理的匹配濾波處理裝置；以及對濾波后的峰值抵消信號與多載波合路信號進(jìn)行混合的求和累加裝置。
文檔編號H04L27/26GK1972263SQ20051010179
公開日2007年5月30日 申請日期2005年11月23日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月23日
發(fā)明者游愛民 申請人:中興通訊股份有限公司