CN101635980B - 利用cazac序列降低参考信号papr的装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种利用CAZAC序列降低参考信号PAPR的装置和方法，本发明提供了在上行载波聚合场景中，针对多个聚合载波(Component Carrier，CC)上LTE Release 8产生的相同的参考信号，并本地生成特定的恒包络零自相关序列(Const Amplitude ZeroAuto-Correlation，CAZAC)序列，与每个聚合载波的参考序列进行相乘，完成预处理操作，进而降低终端峰值平均功率比(peak-to-average power ratio，PAPR)。采用本发明的技术方案，可以在基本不改变LTE规范的前提下，降低发射端的PAPR，从而降低设备的功耗。

Description

利用CAZAC序列降低参考信号PAPR的装置和方法

技术领域

本发明属无线通信技术领域，特别是涉及一种载波聚合场景中利用CAZAC序列降低参考信号PAPR的装置和方法。

背景技术

在无线通信中，高功率放大器(HPA)的非线性失真和峰值幅度限制会造成载波之间的失调(Inter-modulation)效应并在系统中引入额外的干扰。为了防治这种负面影响，就应该使功放工作在其线性范围。通常，无线通信终端为了节省器件成本，不会配置一个有很大线性范围的功放。这种情况下，如果对幅度较大的信号进行削峰(Clipping)，就会产生对带内信号和邻道信号的干扰。如果通过“回退”改善功放的线性特性，则会降低功放的功率效率[沈嘉，索士强，全海洋，赵训威，胡海静，姜怡华等，“3GPP长期演进(LTE)技术原理与系统设计”，人民邮电出版社，ISBN 978-7-115-18572-3/TN。]。

峰值平均功率比(peak-to-average power ratio，PAPR)是传统上比较常用的量度方法，主要表征发送信号的幅度峰值和平均值之间的比。传统多载波技术，如正交频分复用(Orthogonal Furequency Division Multiplexity，OFDM)，其信号由大量独立调制的具有不同载频的信号叠加而成，具有很大的PAPR。极端情况下，如果N个具有相同相位的信号叠加，所产生的峰值的幅度是平均信号幅度的N倍。因此，具有高PAPR的传输技术会降低射频功放的功率效率，并要求发射机功放有一个很大的线性范围，从而大大提高数/模和模/数转换器的复杂度，增加终端的成本。

而CM(Cubic Metric)是度量PAPR的比较准确的方法。CM直接表征功放功率效率的降低，或称为功率退化(Power De-Rating)。在放大器电路中，放大增益的三次方非线性分量是产生信道邻道泄漏比(ACLR)的主要原因。如式(1)，

v₀(t)＝G₁v_I(t)+G₃[v_I(t)]³            (1)

功放输出信号v₀(t)由两项构成：一项与v_I(t)成正比，也就是线性分量；一项与v_I(t)的立方成正比，也就是非线性分量。此立方项是造成信道失真、三次谐波，从而造成带内干扰和邻道干扰的原因。因此用CM值直接衡量这个立方项是更直接、准确的衡量方法，3GPP LTE(Long TermEvolution)并最终确定CM是衡量功放功率效率的最准确方式。

在3GPP LTE系统中，当上下行采用频谱聚合技术时，如果上行所有聚合载波(Component Carrier，CC)都使用相同基序列和循环移位值(Cyclic shift，CS)，那么每个聚合的上行载波将会产生相同上行参考信号(RS)模式，在发射端使用一个功放和射频的情况下，上行参考信号在频域上的重复性，将导致使用频谱聚合技术的CM的值和没有使用频谱聚合技术的CM值相比，有了很大的增加，这样就会严重影响了终端功放(PowerAmplifier)的效率，从而降低了上行覆盖范围[R1-090899，“UL Transmission Bandwidthin LTE-Advanced”，NTT DOCOMO，Panasonic.]。

在3GPP LTE标准化中，华为公司提出每个上行载波的RS信号使用不同的基序列或者循环移位(Cyclic shift，CS)[R1-091812，“CM issues for UL carrier aggregation.”Huawei]，从而产生的上行参考信号的序列也随之不同，因此，CM升高的问题不会太严重。但是，改变基序列或者循环移位需要调整小区标识号(cellID)以及高层配置的一些参数，而这些参数是用来做其他用途，如小区间协调，多用户多输入多输出(MIMO)等，所以不能轻易的改变，有可能会带来其他系统设计和规划方面的影响。

而在[R1-092331A“CM/PAPR Reduction of Aggregated Carriers for Uplink ofLTE-Advanced”，Alcatel-Lucent Shanghai Bell.]中提到，不需要改变聚合载波的基序列或CS，只要在每个聚合载波(Component Carrier，CC)CC上使用不同的相位旋转，从而选择一种最优的组合方式进行发送，然而此种方法需对每个CC做较多点数的IFFT变换到时域，从而完成时域信号的相位旋转和组合优选，导致较高的实现复杂度。类似的，德州仪器(TI)公司也曾提出在不同的下行载波上利用较简单的相位旋转方法来降低CM[R1-092400，“Resolving CM and Cell ID Issues Associated with AggregatedCarriers”，Texas Instruments]，即只在某个载波上进行相位的反转，从而打破参考信号的周期性，但利用该方法后CM值仍然较高，并且针对两个载波聚合的情况不起作用，因此不适合用在聚合载波数目相对较少的上行传输中。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服在频谱聚合系统中终端配置多个载波时，由于在同一个功放下的每个聚合载波根据LTE Realese 8标准参数生成相同的参考信号序列，进而导致设备PAPR增加的问题，提出上行载波聚合场景中利用CAZAC序列降低参考信号PAPR值的方法和装置，可以在基本不改变LTE规范的前提下，降低发射端的PAPR，从而降低设备的功耗。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种利用CAZAC序列降低参考信号PAPR的装置，包括依次相连的参考信号生成装置，CAZAC序列生成装置，预处理装置，串并转换装置，子载波映射装置，IFFT变换装置和添加循环前缀装置，并将其应用于载波聚合系统的终端。

一种使用权利要求1所述的一种利用CAZAC序列降低参考信号PAPR的装置的方法，包括下列步骤：

(1)参考信号生成装置(1)生成基本参考信号序列；

(2)CAZAC序列生成装置(2)本地生成CAZAC序列值；

(3)预处理装置(3)将输入的原始RS序列和生成的CAZAC序列进行相乘操作；

(4)预处理装置(3)输出每个CC的RS序列，经过串并转换装置(4)做较小点数的DFT操作，并经过子载波映射装置(5)，映射到对应的子载波上，最后经过IFFT变换装置(6)，做较大点数的逆离散傅立叶变换IDFT操作，变换到时域，并经过添加循环前缀装置(7)，进行发送。

所述的参考信号生成装(1)置、CAZAC序列生成装置(2)、串并转换装置(4)选用相同数目，且为1～5个。

有益效果

采用本发明的技术方案，可以在基本不改变LTE规范的前提下，降低发射端的PAPR，从而降低设备的功耗。

附图说明

图1为本发明实施例的装置框图。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

如图1是本发明实施例的装置框图。本发明实施例的装置应用于载波聚合系统的终端，包括：依次相连的参考信号生成装置，CAZAC序列生成装置，预处理装置，串并转换装置，子载波映射装置，IFFT变换装置，添加循环前缀装置。

其中具体包括如下步骤：

步骤101，首先利用图1中的参考信号生成装置101，102，103，104分别生成基本参考信号序列。

例如，当LTE-A小区上行配置载波(CC)个数为N_CC。我们首先以LTE Release 8中的序列生成方式为基础产生序列[6]，如公式2所示。

$r_m^{\left(\mathrm{\&alpha;}\right)}\left(n\right)=e^{\mathrm{j\&alpha;n}}\&CenterDot;e^{-j\frac{\mathrm{\&pi;}\left(n\mathrm{mod}{N}_{\mathrm{ZC}}^{\mathrm{RS}}\right)(n\mathrm{mod}{N}_{\mathrm{ZC}}^{\mathrm{RS}}+1)}{N_{\mathrm{ZC}}^{\mathrm{RS}}}},0\&le;n<M_{\mathrm{sc}}^{\mathrm{RS}},0\&le;m<N_{\mathrm{CC}},---\left(2\right)$

其中r_m ^(α)(n)为第m个CC生成的RS序列，M_sc ^RS为产生RS序列的长度，M_zc ^RS为小于M_sc ^RS的最大质数，α为循环移位值，同3GPP TR 36.211中的定义[3GPP，TS 36.211 v8.7.0，“3rd Generation Partnership Project；Technical Specification Group Radio AccessNetwork；Evolved Universal Terrestrial Radio Access(E-UTRA)；Physical Channelsand Modulation”.]。

步骤102，如图1CAZAC序列生成装置2所示，本地生成CAZAC序列值。生成方式如公式3所示，

$\begin{array}{c}{S}_m=e^{-j\frac{2\mathrm{\&pi;q}}{N_{\mathrm{CC}}}(m+m\frac{m+1}{2})}\\ 0\&le;m<N_{\mathrm{CC}}\end{array},$ N_CC为奇数时

$\begin{array}{c}{S}_m=e^{-j\frac{2\mathrm{\&pi;q}}{N_{\mathrm{CC}}}(m+\frac{m^2}{2})}\\ 0\&le;m<N_{\mathrm{CC}}\end{array},$ N_CC为偶数时(3)

其中q为小于N_CC的最大质数。

步骤103，如图1预处理装置3所示，将输入的原始RS序列和生成的CAZAC序列进行相乘操作，如下所示，

$X_m\left(n\right)=r_m^{\left(\mathrm{\&alpha;}\right)}\left(n\right)\&CenterDot;S_m,0\&le;n<M_{\mathrm{sc}}^{\mathrm{RS}},0\&le;m<N_{\mathrm{CC}}---\left(4\right)$

步骤104，预处理装置3输出的每个CC上的RS序列X_m(n)， $0\&le;n<M_{\mathrm{sc}}^{\mathrm{RS}};$ 0≤m＜N_CC经过串并转换装置401-404，并经过子载波映射装置5，映射到对应的子载波上，最后经过IFFT变换装置6，做较大点数的逆离散傅立叶变换(IDFT)操作，变换到时域，并经过添加循环前綴装置7，进行发送，此步骤同3GPP TR 36.814中制定的的载波聚合下上行发送方式相同[3GPP，TS 36.814 v0.4.1，“3rd Generation Partnership Project；TechnicalSpecification Group Radio Access Network；Further Advancements for E-UTRA PhysicalLayer Aspects(Release 9)”.]。

我们根据上述技术方案的描述对方案进行了仿真，仿真场景为LTE-A系统中上行参考信号的传输，仿真参数见表1。

表1仿真参数

表2CM比较

其中，表2中基本方案指的是传统的在同一个功放下的每个聚合载波根据LTERealease 8规范生成相同的参考信号序列的方案，CAZAC方案就是我们本发明提出的预处理方案，而相位旋转方案是参考TI公司提出的相位旋转规则[5]。

从表2我们可以得到以下结论：

利用CAZAC序列进行预处理的方案相比基本方案，峰均比性能改善较大，并且相比TI的方案CM值都要低，特别是针对两个CC的情况，TI的方案没有效果，而我们的方案在仅有参考信号情况下降低了3.8dB。而数据加参考信号的CM值也优于相位旋转方案，特别是两个CC的情况。从实现的角度来看，我们的方案也不需要对LTE Release 8的序列生成公式进行任何的改动，仅仅是做一个简单的预处理操作，并且CAZAC序列生成非常简单，复杂度较低，并保持与LTE Release 8的后向兼容性。所以综合来讲，我们的方案具有明显的优势。

Claims (3)

1.一种利用恒包络零自相关CAZAC序列降低参考信号峰值平均功率比PAPR的装置，其特征在于：包括依次相连的参考信号生成装置，恒包络零自相关CAZAC生成装置，预处理装置，串并转换装置，子载波映射装置，IFFT变换装置和添加循环前缀装置，并将其应用于载波聚合系统的终端；所述的预处理装置用于将所述的恒包络零自相关CAZAC生成装置生成的恒包络零自相关CAZAC序列在频域上分别乘到所述的各个参考信号生成装置生成的参考信号上。

2.一种使用权利要求1所述的一种利用恒包络零自相关CAZAC序列降低参考信号峰值平均功率比PAPR的装置的方法，其特征在于：包括下列步骤：

（1）参考信号生成装置生成基本参考信号序列；

（2）恒包络零自相关CAZAC序列生成装置本地生成恒包络零自相关CAZAC序列值；

（3）预处理装置将生成的基本参考信号序列和生成的恒包络零自相关CAZAC序列进行相乘操作；

（4）预处理装置输出每个聚合载波CC上的参考信号序列，经过串并转换装置，并经过子载波映射装置，映射到对应的子载波上，最后经过IFFT变换装置，做较大点数的逆离散傅立叶变换IDFT操作，变换到时域，并经过添加循环前缀装置，进行发送。

3.根据权利要求2所述的一种利用恒包络零自相关CAZAC序列降低参考信号峰值平均功率比PAPR的方法，其特征在于：所述的参考信号生成装置、恒包络零自相关CAZAC序列生成装置、串并转换装置选用相同数目，且为1～5个。

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