專利名稱：一種用于智能天線系統(tǒng)降低峰值功率的裝置與方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無線通信中的智能天線領(lǐng)域，尤其涉及采用多根天線進(jìn)行波束賦形的 智能天線系統(tǒng)的中頻信號削峰處理。
背景技術(shù)：
3G無線通信系統(tǒng)大多數(shù)采用了碼分多址(CDMA)方式，同時為了提高數(shù)據(jù)傳 輸速率而多采用4相相移調(diào)制(QPSK)及積分調(diào)幅調(diào)制(QAM)等高階調(diào)制方式。 然而由于CDMA信號以及QPSK及QAM等高階調(diào)制方式的非恒包絡(luò)特點(diǎn)，導(dǎo)致經(jīng) 過調(diào)制后的CDMA信號具有較高的峰均比(PAR),而且當(dāng)發(fā)送多個載波的合成信號 時，峰均比就會更高。高峰均比信號經(jīng)過DA數(shù)模變換后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漏，射頻功率放大器就必須增加 回退余量，使得最大功率會遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于平均功率，導(dǎo)致功率放大器經(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，就會導(dǎo)致功率放大器工作在 非線性區(qū)域，輸出信號會產(chǎn)生飽和失真，會引起輸出信號的線性度變差。如果在進(jìn) 入功率放大器前對輸入信號的峰均比進(jìn)行必要的降低，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。
另外若無線通信系統(tǒng)采用了智能天線技術(shù)，則對各個天線通道的信號進(jìn)行相互獨(dú) 立的削峰處理就會帶來改變用戶賦形的波束形狀及指向的不良影響。因?yàn)橹悄芴炀€ 之所以能夠產(chǎn)生指向特定用戶的波束是依賴于各個天線之間用戶信號的相位差，而 對各個天線通道的信號進(jìn)行相互獨(dú)立的削峰會導(dǎo)致各個天線之間用戶信號的相位差 關(guān)系發(fā)生改變，導(dǎo)致波束賦形的效果降低，增加了小區(qū)內(nèi)的干擾。以往的各種降低 信號峰值功率的方法和裝置都是用于單天線系統(tǒng)的，而沒有考慮到智能天線這種多 天線系統(tǒng)中各天線信號相位的依賴關(guān)系以及削峰對波束賦形的影響。
現(xiàn)有的各種降低信號峰均比的技術(shù)主要有硬削峰、峰值窗函數(shù)、信號疊加、編碼 方式、相位調(diào)整等，其中以信號疊加這種方法應(yīng)用最為廣泛。但這種方法改變了多 用戶多載波合成信號的幅度和相位，而這種改變可以映射為每個載波每個用戶的信
號幅度和相位發(fā)生了改變。而且在智能天線系統(tǒng)中由于各個天線通道的多用戶多載 波合成信號又不相同，所以獨(dú)立削峰時對于每個載波每個用戶的信號幅度和相位的 影響也不相同。這樣經(jīng)過各個天線通道獨(dú)立削峰后，各個用戶信號在各個天線上的 相位差關(guān)系就會發(fā)生不同程度的改變，從而可能影響到部分或全部用戶的波束形狀 和指向。而且隨著相位差改變的天線數(shù)目越多、改變量越大這種影響會越大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有的降低信號峰值功率技術(shù)中對于智能天 線波束賦形影響較大的缺點(diǎn)，將智能天線以及削峰處理聯(lián)合進(jìn)行考慮，有效減小削 峰對智能天線波束賦形的影響。
為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明要解決的技術(shù)問題，本發(fā)明提供的一種用于智能天線系統(tǒng)降低峰值 功率的裝置，在用K根天線發(fā)射N載波信號時，包括K*N組脈沖成形模塊和數(shù)字 上變頻模塊， 一個多天線多載波聯(lián)合削峰模塊，K組D/A轉(zhuǎn)換模塊和功率放大器； 其中，
每組脈沖成形模塊和數(shù)字上變頻模塊對接收到的一個載波一個天線通道的I路 及Q路基帶信號進(jìn)行根升余弦成形濾波，完成脈沖成形，并進(jìn)行數(shù)字上變頻后，送 給多天線多載波聯(lián)合削峰模塊；
多天線多載波聯(lián)合削峰模塊，對經(jīng)過數(shù)字上變頻后的各個天線各個載波信號進(jìn) 行聯(lián)合削峰處理，并輸出經(jīng)過削峰后的數(shù)字中頻信號；
每組D/A轉(zhuǎn)換模塊和功率放大器將從多天線多載波聯(lián)合削峰模塊輸出的一個天 線通道的數(shù)字中頻離散信號轉(zhuǎn)換為連續(xù)的模擬信號，并進(jìn)行功率放大后輸送給發(fā)射 天線。
上述裝置中的多天線多載波聯(lián)合削峰模塊包括K^N個延時模塊；K個峰值檢 測模塊；2N個相位調(diào)整器； 一個判決及控制模塊；K個削峰模塊；2K個加法器； 同一個載波中每一個天線通道的信號分成兩路，其中
一路經(jīng)過一個延時模塊進(jìn)行延時處理后，同一個載波的各個天線通道的信號共 同進(jìn)入一個相位調(diào)整器進(jìn)行相位調(diào)整；相位調(diào)整器按天線通道輸出信號，各載波的 相同天線通道信號通過一個相加器相加后，再經(jīng)過一個削峰模塊進(jìn)行削峰處理，最 后通過天線發(fā)射；
另一路共同經(jīng)過另一個相位調(diào)整器進(jìn)行相位調(diào)整后，相位調(diào)整器按天線通道輸 出信號，各載波的相同天線通道信號通過另一個相加器相加，然后經(jīng)過一個峰值檢 測模塊對其信號瞬時功率是否超過預(yù)定的門限進(jìn)行檢測，檢測結(jié)果送到判決及控制 模塊，判決與控制模塊根據(jù)峰值檢測的結(jié)果調(diào)整當(dāng)前各個相位調(diào)整器的相位調(diào)整值。
本發(fā)明提供的一種用于智能天線系統(tǒng)降低峰值功率的方法，包括以下步驟 第一步、對不同載波的不同天線通道的基帶數(shù)據(jù)分別進(jìn)行脈沖成形和數(shù)字上變頻 處理；
第二步、將經(jīng)過數(shù)字上變頻后不同載波不同天線通道的信號進(jìn)行多天線多載波聯(lián) 合削峰處理；
第三步、將經(jīng)過多天線多載波聯(lián)合削峰處理后的按天線通道輸出信號進(jìn)行D/A 轉(zhuǎn)換，并送入信號功率放大器放大后送入天線發(fā)射。
上述方法中
所述第一步進(jìn)一步包括
對不同載波的不同天線通道的基帶數(shù)據(jù)進(jìn)行脈沖成形；
將經(jīng)過脈沖成形后的信號按照由各個載波頻率間隔關(guān)系而設(shè)定的調(diào)頻頻率進(jìn)行 數(shù)字上變頻。
所述第二步進(jìn)一步包括:將經(jīng)過數(shù)字上變頻后不同載波不同天線通道的信號分成 兩路，其中-
一路進(jìn)行相位調(diào)整；將經(jīng)過相位調(diào)整后的信號按照天線通道進(jìn)行疊加；按照不 同的天線通道分別進(jìn)行峰值功率檢測，當(dāng)檢測到某個通道的當(dāng)前瞬時功率超過某一 門限時，相應(yīng)通道的檢測模塊送出指示信號；判決及控制模塊根據(jù)各個通道的功率 超限指示情況來決定各個載波的相位調(diào)整量，并向各個載波相位調(diào)整器分別送出的 相位調(diào)整控制信號；
另一路經(jīng)過一定的時延后進(jìn)行相位調(diào)整處理，相位調(diào)整角度由判決及控制模塊 決定；經(jīng)過延時并相位調(diào)整后的信號按照天線通道進(jìn)行疊加，即將不同載波的相同 天線通道的信號進(jìn)行疊加，然后送入削峰模塊；將分別經(jīng)過多載波削峰的各天線通 道信號輸出。
所述第三步進(jìn)一步包括
將經(jīng)過多天線多載波聯(lián)合削峰處理后的信號進(jìn)行D/A轉(zhuǎn)換處理，將其轉(zhuǎn)換成適 合于功率放大器的模擬信號；
利用功率放大器將各個天線的射頻信號進(jìn)行功率放大。
采用本發(fā)明所述方法和裝置，與現(xiàn)有技術(shù)相比，能夠有效減小削峰對智能天線波 束賦形的影響，且具有實(shí)現(xiàn)簡單、對削峰效果影響小的優(yōu)點(diǎn)。


圖1是本發(fā)明中裝置的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖2是各載波信號經(jīng)過上變頻的頻譜圖3是多天線多載波聯(lián)合削峰模塊內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖4是同相與異相矢量疊加結(jié)果對比圖5是判決及控制模塊工作流程圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的要點(diǎn)是根據(jù)預(yù)先估計(jì)各載波信號合成后各個天線通道的瞬時峰值情 況，對各個載波的信號分別進(jìn)行相位旋轉(zhuǎn)，且同一載波的不同天線通道的相位旋轉(zhuǎn) 角度相同，以降低其合成信號的峰值功率，并保證用戶信號在不同天線通道之間的 相位差不變，然后再將經(jīng)過相位旋轉(zhuǎn)后的各載波信號合并，再對這個己經(jīng)初步降低 了峰值功率的合成信號按天線通道分別進(jìn)行進(jìn)一步的削峰處理。
下面結(jié)合附圖對技術(shù)方案的實(shí)施作進(jìn)一步的詳細(xì)描述
如圖1所示，本例以6載波的TD-SCDMA系統(tǒng)為例，即載波數(shù)N二6，采用有 8根天線的智能天線進(jìn)行波束賦形，即天線通道數(shù)K二8;
首先在脈沖成形模塊101中對不同載波的不同天線通道的基帶數(shù)據(jù)分別進(jìn)行脈 沖成形，本例中采用根升余弦函數(shù)進(jìn)行脈沖成形；
在數(shù)字上變頻模塊102中將經(jīng)過脈沖成形后的信號按照由各個載波頻率間隔關(guān) 系而設(shè)定的調(diào)頻頻率進(jìn)行數(shù)字上變頻，此過程的頻譜示意圖如圖2所示；
將經(jīng)過數(shù)字上變頻后不同載波不同天線通道的信號送入多天線多載波聯(lián)合削 峰模塊103中進(jìn)行處理；
將經(jīng)過多天線多載波聯(lián)合削峰模塊103處理后的信號送入D/A轉(zhuǎn)換器104進(jìn)行 D/A轉(zhuǎn)換；
將D/A轉(zhuǎn)換器104輸出的模擬信號送入功率放大器105進(jìn)行功率放大； 最后將信號通過天線106發(fā)射出去。
上述多天線多載波聯(lián)合削峰模塊103的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和對信號的處理過程如圖3所
示
經(jīng)過數(shù)字上變頻后不同載波不同天線通道的信號按照不同載波在相位調(diào)整器 301中進(jìn)行相位調(diào)整，將屬于相同載波的不同天線通道信號旋轉(zhuǎn)相同的相位，但不同 載波之間的相位調(diào)整可以相同也可不同；
在加法器302中將經(jīng)過相位調(diào)整后的信號按照天線通道進(jìn)行疊加，即將不同載 波的相同天線通道的信號進(jìn)行疊加。將同相信號相位調(diào)整后再疊加能夠降低合成信 號功率的原理圖如圖4所示；
在峰值檢測模塊303中按照不同的天線通道分別進(jìn)行瞬時功率檢測，當(dāng)檢測到 某個通道的當(dāng)前瞬時功率超過某一門限P^^。,^時，相應(yīng)通道的檢測模塊送出指示信 號。這里不同天線通道的峰值功率檢測模塊可采用相同的門限值，也可不相同；
判決及控制模塊304根據(jù)各個通道的功率超限指示情況來決定各個載波的相位 調(diào)整量，并分別向各個載波相位調(diào)整器301及各個載波相位調(diào)整器305發(fā)送相位調(diào) 整控制信號，其中各個載波相位調(diào)整器301及各個載波相位調(diào)整器305中相同載波 采用相同的相移角度。例如相位調(diào)整器301與相位調(diào)整器305的第1載波的相移角 度均為《，即A-e'a。
經(jīng)過數(shù)字上變頻后不同載波不同天線通道的信號在延時模塊306中經(jīng)過一定的 時延(時延可以為一個中頻采樣周期)后按照不同載波在相位調(diào)整器305中進(jìn)行相 位調(diào)整處理，相位調(diào)整角度由判決及控制模塊304決定。
將經(jīng)過延時及相位調(diào)整后的信號在加法器307中按照天線通道進(jìn)行疊加，即將 不同載波的相同天線通道的信號進(jìn)行疊加，然后送入削峰模塊308;
在削峰模塊308中可以采用各種多載波削峰方法，例如采用峰值窗函數(shù)法，其 中的功率門限i^^。,(2可以與峰值檢測模塊303中的門限尸 ，^。,(,相同，也可不同。
將經(jīng)過削峰模塊308處理后的各天線通道信號作為多天線多載波聯(lián)合削峰模塊 103的輸出。
判決及控制模塊304內(nèi)的處理過程如圖5所示
501:初始化判決及控制模塊304，包括獲取門限^n^。^及^^^。"，獲取多組 相位設(shè)置以備切換，并將各個載波相位調(diào)整器301及305的相移角度設(shè)為初始值(A 組相位調(diào)整角)，本例中將各載波相移角度均設(shè)為0度，即A組相移系數(shù)為
502:判決及控制模塊304根據(jù)峰值功率檢測模塊303的檢測結(jié)果判斷當(dāng)前的 N (本例中N-6)路天線通道中有m路的瞬時功率超過門限。
503:判斷m是否大于門限值^^^。"(要求i^《""^。w^W ,本例中 K re^W=4)。若附〈K^a。w，則不改變相移角度。
504:若w ^《"^a。w ，則控制相位調(diào)整器301及305采用另一組不同的相移角 (如B組)取代當(dāng)前的相移角(如A組)。
權(quán)利要求
1、一種用于智能天線系統(tǒng)降低峰值功率的裝置，其特征在于，用K根天線發(fā)射N載波信號時，包括K*N組脈沖成形模塊和數(shù)字上變頻模塊，一個多天線多載波聯(lián)合削峰模塊，K組D/A轉(zhuǎn)換模塊和功率放大器；其中，每組脈沖成形模塊和數(shù)字上變頻模塊對接收到的一個載波一個天線通道的I路及Q路基帶信號進(jìn)行根升余弦成形濾波，完成脈沖成形，并進(jìn)行數(shù)字上變頻后，送給多天線多載波聯(lián)合削峰模塊；多天線多載波聯(lián)合削峰模塊，對經(jīng)過數(shù)字上變頻后的各個天線各個載波信號進(jìn)行聯(lián)合削峰處理，并輸出經(jīng)過削峰后的數(shù)字中頻信號；每組D/A轉(zhuǎn)換模塊和功率放大器將從多天線多載波聯(lián)合削峰模塊輸出的一個天線通道的數(shù)字中頻離散信號轉(zhuǎn)換為連續(xù)的模擬信號，并進(jìn)行功率放大后輸送給發(fā)射天線。
2、 權(quán)利要求1所述的用于智能天線系統(tǒng)降低峰值功率的裝置，其特征在于，所述多天線多載波聯(lián)合削峰模塊包括K^N個延時模塊；K個峰值檢測模塊；2N個相 位調(diào)整器； 一個判決及控制模塊；K個削峰模塊；2K個加法器； 同一個載波中每一個天線通道的信號分成兩路，其中一路經(jīng)過一個延時模塊進(jìn)行延時處理后，同一個載波的各個天線通道的信號共 同進(jìn)入一個相位調(diào)整器進(jìn)行相位調(diào)整；相位調(diào)整器按天線通道輸出信號，各載波的 相同天線通道信號通過一個相加器相加后，再經(jīng)過一個削峰模塊進(jìn)行削峰處理，最 后通過天線發(fā)射；另一路共同經(jīng)過另一個相位調(diào)整器進(jìn)行相位調(diào)整后，相位調(diào)整器按天線通道輸 出信號，各載波的相同天線通道信號通過另一個相加器相加，然后經(jīng)過一個峰值檢 測模塊對其信號瞬時功率是否超過預(yù)定的門限進(jìn)行檢測，檢測結(jié)果送到判決及控制 模塊，判決與控制模塊根據(jù)峰值檢測的結(jié)果調(diào)整當(dāng)前各個相位調(diào)整器的相位調(diào)整值。
3、 一種用于智能天線系統(tǒng)降低峰值功率的方法，包括以下步驟 第一步、對不同載波的不同天線通道的基帶數(shù)據(jù)分別進(jìn)行脈沖成形和數(shù)字上變頻處理；第二步、將經(jīng)過數(shù)字上變頻后不同載波不同天線通道的信號進(jìn)行多天線多載波聯(lián)合削峰處理；第三步、將經(jīng)過多天線多載波聯(lián)合削峰處理后的按天線通道輸出信號進(jìn)行D/A轉(zhuǎn)換，并送入功率放大器放大后送入天線發(fā)射。
4、權(quán)利要求3所述的用于智能天線系統(tǒng)降低峰值功率的方法，其特征在于，所 述第一步進(jìn)一步包括對不同載波的不同天線通道的基帶數(shù)據(jù)進(jìn)行脈沖成形；將經(jīng)過脈沖成形后的信號按照由各個載波頻率間隔關(guān)系而設(shè)定的調(diào)頻頻率進(jìn)行 數(shù)字上變頻。
5、 權(quán)利要求3所述的用于智能天線系統(tǒng)降低峰值功率的方法，其特征在于，所 述第二步進(jìn)一步包括將經(jīng)過數(shù)字上變頻后不同載波不同天線通道的信號分成兩路，一路進(jìn)行相位調(diào)整；將經(jīng)過相位調(diào)整后的信號按照天線通道進(jìn)行疊加；按照不 同的天線通道分別進(jìn)行峰值功率檢測，當(dāng)檢測到某個通道的當(dāng)前瞬時功率超過某一 門限時，相應(yīng)通道的檢測模塊送出指示信號；判決及控制模塊根據(jù)各個通道的功率 超限指示情況來決定各個載波的相位調(diào)整量，并向各個載波相位調(diào)整器分別送出的 相位調(diào)整控制信號；另一路經(jīng)過一定的時延后進(jìn)行相位調(diào)整處理，相位調(diào)整角度由判決及控制模塊 決定；經(jīng)過延時并相位調(diào)整后的信號按照天線通道進(jìn)行疊加，即將不同載波的相同 天線通道的信號進(jìn)行疊加，然后送入削峰模塊；將分別經(jīng)過多載波削峰的各天線通 道信號輸出。
6、 權(quán)利要求3所述的用于智能天線系統(tǒng)降低峰值功率的方法，其特征在于，所 述第三步進(jìn)一步包括將經(jīng)過多天線多載波聯(lián)合削峰處理后的信號進(jìn)行D/A轉(zhuǎn)換處理，將其轉(zhuǎn)換成適 合于功率放大器的模擬信號；利用功率放大器將各個天線的射頻信號進(jìn)行功率放大。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于智能天線系統(tǒng)降低峰值功率的裝置與方法，其中的裝置包括脈沖成形模塊和數(shù)字上變頻模塊、多天線多載波聯(lián)合削峰模塊，K組轉(zhuǎn)換模塊和功率放大器；方法為對不同載波的不同天線通道的基帶數(shù)據(jù)分別進(jìn)行脈沖成形和數(shù)字上變頻處理；將經(jīng)過數(shù)字上變頻后不同載波不同天線通道的信號進(jìn)行多天線多載波聯(lián)合削峰處理；將經(jīng)過多天線多載波聯(lián)合削峰處理后的按天線通道輸出信號進(jìn)行D/A轉(zhuǎn)換，并送入信號功率放大器放大后送入天線發(fā)射。采用本發(fā)明所述方法和裝置，與現(xiàn)有技術(shù)相比，能夠有效減小削峰對智能天線波束賦形的影響，且具有實(shí)現(xiàn)簡單、對削峰效果影響小的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號H04B7/216GK101350646SQ200710075258
公開日2009年1月21日 申請日期2007年7月20日 優(yōu)先權(quán)日2007年7月20日
發(fā)明者昕 郭 申請人:中興通訊股份有限公司