CN1716933A - 一种实现cdma信号削波的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种实现CDMA信号削波的方法，能实现对输入信号多个峰值的联合对消，其特征在于，通过计算合适的加窗位置，对多个峰值联合加窗处理以实现对峰值的对消。其中，所述加窗的相位和幅度由所述输入信号的峰值的位置和幅度确定，且所述加窗的相位进一步通过计算所述加窗函数的导数来确定。本发明的方法在满足一定的频谱要求的情况下，有效地降低了系统的峰平比PAR，且其降低了峰值处理资源要求，并保证补偿后的信号不会发生反相。

Description

一种实现CDMA信号削波的方法

技术领域

本发明涉及数字移动通信领域中的一种实现信号削波的方法，特别是涉及一种能有效降低CDMA信号峰平比的联合削波方法。

背景技术

在无线发射系统中，为了保证将信号无失真发射，需要预留一定的动态范围。动态范围可通过峰平比定义。在多载波中，由于平均发射功率需要增大，信号动态范围被压缩。但是多载波的峰平比不仅没有比单载波降低，反而更高。为了满足平均发射功率和最大发射功率的折衷，需要对多载波发射的信号波形削去峰值以保证功放的效率。多载波发射的信号波形削去峰值(削波)的方法有如下几大类：

(1)幅度直接截断，保持相位不变；

这种方法也称为硬削，是最简单，最直接的方法，对EVM影响最小，但是最主要缺点是，这种削波方式会使信号具有陡沿和锐峰，削波过程中的突变和削波边缘的短暂持续时间会生成显著的带外频谱异常信号，如频谱畸变，邻带干扰，频谱扩展等。

(2)产生相应的对消脉冲，经过滤波后同原信号相加；

这种方法是采用对消脉冲的方法，根据削波阈值电压隔离输入信号的峰值，生成代表峰值隔离信号的局部极值(或者包络峰值)的极值信号，将该极值信号送入脉冲滤波器，生成滤波器信号，将滤波器信号与延迟预定时段的输入信号(需要削波的位置)相减进行削波，经过多级多个门限进行多次对消。该方法的最主要缺点是当一定的时间内存在多个极值时需要进行多个位置的对消，对系统处理资源和控制以及缓存有较高的要求，并且对I、Q带通信号补偿困难。

(3)载波相位错开处理；

该方法既可以不影响原有频谱特性，又可以降低PAR，该方法采用倒推的思路，经过多次的迭代优选，选择每个载波的最优初始相位配置，使多个载波合并后的峰值降为最低，从而达到多载波削波的目的。该方法的主要缺点在于，实现时延时较长，实现比较复杂，特别要经过多次的优选，同时在不同的时隙和不同的码道个数情况下，每个载波的相位需要重新调整，不利于接收机锁相。

(4)采用预测反馈，在符号级上处理；

将合并后的多载波信号经过削波后，进行解扩，解扰，得到符号级软信息后重新扩频调制并合路发射。该方法的主要缺点是系统延时时间较长，需要在中频进行一次上变频和一次下变频，占用处理资源较多。

(5)在码域上进行处理；

该方法是采用一系列不同的备用码道，对同一码道信息采用多个不同的码道进行扩频，得到该用户的一组扩频信息，其他码道类似处理，得到多组扩频信息，进行组合，选择峰平比最小的，从而达到削波的目的。该方法的优点在于对EVM影响较小，但是，不适合码道受限系统，而且需要随时修改可用的码道，不利于接收机解扩。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种实现CDMA信号削波的方法，该方法能实现对多个包络峰值的联合对消，且在满足一定的频谱要求的情况下，有效地降低了系统的峰平比PAR。

为了实现上述目的，本发明提供了一种实现CDMA信号削波的方法，能实现对输入信号多个峰值的联合对消，其中，通过计算合适的加窗位置，对多个峰值联合加窗处理以实现对峰值的对消。

所述的方法，其中，所述加窗的相位和幅度由所述输入信号的峰值的位置和幅度确定。

所述的方法，其中，所述加窗的相位通过计算所述加窗函数的导数来确定。

所述的方法，其中，所述加窗的相位进一步通过比较一与所述输入信号相关的信号的峰值间的斜率和所述加窗函数的导数来确定。

所述的方法，其中，所述与所述输入信号相关的信号为信号1-c(n)，c(n)为所述输入信号的硬削因子， $c\left(n\right)=\left\{\begin{array}{c}1,\left|x\right|\≤A\\ \frac{A}{\left|x\left(n\right)\right|},\left|x\right|>A\end{array}\right.,$ 其中，x(n)为输入信号，A为削波门限，n为输入信号相位。

所述的方法，其中，进一步包括一将所述输入信号等分成固定长度的段的步骤，分别对每段输入信号进行所述加窗处理。

所述的方法，其中，所述加窗相位的确定进一步包括如下步骤：

步骤一，计算所述输入信号的硬削因子c(n)，并进一步计算1-c(n)，其中n表示输入信号相位；

步骤二，确定信号中心位置和所述1-c(n)位于所述信号中心两侧的两个峰值极值的平均(中心)位置，并计算所述信号中心位置两侧的峰值极值的斜率；

步骤三，比较所述窗函数的导数和由所述步骤二得出的斜率，选择与所述斜率值最接近的导数值所对应的位置值为加窗中心位置相对于所述1-c(n)位于所述信号中心两侧的两个峰值极值的平均(中心)位置的偏置值；

步骤四，将所述位于所述信号中心两侧的1-c(n)峰值极值的平均(中心)位置进行偏置，其中偏置量为所述步骤三得出的偏置值，由此确定了所述加窗相位。

所述的方法，其中，所述步骤二进一步包括判断所述输入信号超过一预先设定的门限值的峰值相对于所述信号中心位置分布的步骤；当只在所述信号一侧有一个或多个峰值时，按照最大峰值直接进行一般意义上的加窗；当两侧都有峰值时，在所述中心位置两侧分别选择一峰值极值并进一步计算所选择的所述1-c(n)的两个峰值极值的斜率。

所述的方法，其中，进一步包括一求补偿因子b(n)的步骤，所述补偿因子b(n)由所述1-c(n)与确定了加窗相位的窗函数对应相乘的乘积确定；所述削波后的输出信号为补偿因子b(n)与输入信号的乘积。

所述的方法，其中，所述加窗函数为汉明窗、矩形窗、Blackman窗或恺撒(Kaiser)窗中的一种或多种。

所述的方法，其中，所述导数为窗函数的一阶导数。

所述的方法，其中，所述斜率或导数可为经过修正的斜率或导数，所述修正包括线性或非线性修正。

本发明提出了一种联合削波的方法，通过计算两个峰值斜率的方法得到加窗的相位，并根据加窗相位和两个峰值的位置和功率确定加窗的幅度。多个峰值可以通过选取其中幅度最大的两个峰值实现补偿。

本发明利用在合适位置加窗函数的方法，将补偿因子通过窗函数处理，并进行补偿对消，在确保矢量误差幅度EVM和峰值码域误差PCDE的情况下，有效的降低了系统峰平比PAR。且，采用本发明所述方法和装置，与现有技术相比，实现了对多个峰值的联合处理，降低了峰值处理资源要求，保证补偿后信号不会发生反相，提高了EVM性能。通过计算导数的方法得到加窗的相位和幅度可以避免卷积加窗可能引起的补偿后信号相位反相的问题，在相同的邻信道泄漏功率比ACLR条件下降低了EVM，从而可以实现更好的削峰性能。

以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。

附图说明

图1为汉明窗波形示意图；

图2为汉明窗导数的波形示意图；

图3为输入信号时域功率图；

图4为峰值处理流程图；

图5为1-c(n)波形示意图；

图6为窗函数和1-c(n)位置对应关系图；

图7为削波输出信号示意图。

具体实施方式

本发明的方法加窗的相位和幅度由峰值的位置和幅度确定。对于存在多个峰值的情况，需要折中考虑峰值的位置和幅度对窗的影响。有文献提出使用卷积的方法加窗。但是卷积的作用将类似一个低通滤波器，会起到将幅度或者功率累加的作用。对于峰值幅度没有先验知识的情况下，很容易出现加窗幅度过大，这样就会出现补偿后的信号同输入的信号比反相，EVM指标将急剧恶化。

本发明所述降低CDMA信号峰平比的方法如下：

先将输入信号x(n)等分成长度为W的段，对每段分别进行峰值的检测和对消。加窗的长度也选取为W。当输入信号在长度为W的段内只有一个或者没有超过门限的峰值时，可以通过一般意义(即现有技术的方法)的峰值检测和对消的方法处理。当长度为W的输入信号段内存在多个信号峰值，通过求超过门限的两个输入信号极值的斜率的方法得到加窗的相位，并通过加窗相位和信号的峰值功率确定加窗的幅度。

核心算法是：

(1)选取加窗函数类型和窗长度W，存储窗函数和窗函数修正后的一阶导数；

(2)将输入信号等分成长度为W的段，计算段信号中心位置w/2。每段执行步骤(3)～(7)操作；

(3)根据峰值分布的情况选取单独削波或者联合削波，如只有一侧(即位于信号中心位置的一侧)有峰值时，则选取单独削波，可按照最大值直接加窗并修正补偿后跳到步骤(2)执行下一个段数据削波；如在信号中心位置的两侧都有峰值时，选取联合削波，继续步骤(4)；

(4)计算联合削波位于信号中心位置两侧的两个峰值的平均(中心)位置；

(5)计算硬削因子c(n)，根据1-c(n)的峰值极值位置和幅度计算斜率；(6)查导数表确定加窗位置相对所述峰值平均(中心)位置的偏置，并将所述偏置与所述步骤(4)得到的峰值中心位置相加，由此确定了加窗中心的绝对位置；

(7)计算联合削波补偿因子；

(8)计算输出信号功率；

(9)对于复数信号，根据输入信号功率开方后分别进行实部和虚部的补偿。

假设输入的信号功率x(n)，n为输入信号相位。削波门限为A，则不考虑频谱扩散的硬削方法可以表示为：

y(n)＝c(n)x(n)，(1)

其中， $c\left(n\right)=\left\{\begin{array}{c}1,\left|x\right|\≤A\\ \frac{A}{\left|x\left(n\right)\right|},\left|x\right|>A\end{array}\right.$

为了限制频谱，一般不采用硬削，而用b(n)代替c(n)，其中n为输入信号相位。

$b\left(n\right)=1-\underset{k=-\∞}{\overset{\∞}{\mathrm{\Σ}}}{a}_{k}w(n-k)---\left(2\right)$

其中为w(n)为窗函数。窗函数可以将叠加的频谱限制在一定的范围内。窗函数的形式可以为汉明窗(hamming)、矩形窗、Blackman窗或者恺撒(kaiser)窗等。因为实际窗长不可能为无限冲击响应，选取窗长也为W以便后续窗函数同信号对应相乘实现峰值的消除。

为了满足削波后的信号功率限制在A内，要求

$1-\underset{k=-\∞}{\overset{\∞}{\mathrm{\Σ}}}{a}_{k}w(n-k)\≤c\left(n\right)---\left(3\right)$

为了满足要求(3)，我们通过对不等式对c(n)加窗的办法来保证。

有文献提出了采用卷积的方式求b(n)的方法，如式(4)所示，

$b\left(n\right)=1-\underset{k=-\∞}{\overset{\∞}{\mathrm{\Σ}}}[1-c\left(k\right)]w(n-k)---\left(4\right)$

但是采用卷积的做法会使误差信号1-c(k)累积，对于相邻几个样点的包络超出削波门限的情况，修正项a_kw(n-k)大大超过需要，甚至出现b(n)＜0的情况，

当a_kw(n-k)大于1时， $b\left(n\right)=1-\underset{k=-\&infin;}{\overset{\&infin;}{\mathrm{\&Sigma;}}}{a}_{k}w(n-k)<0$

b(n)＜0则补偿后信号反相，大大恶化了EVM指标。而中频带通信号恰恰为一种包络缓变的信号，卷积的低通滤波效应很严重，需要降低补偿信号的低通累积效应。

下面通过一个例子描述本发明的削波过程。

将中频信号功率x(n)等分为加窗长度W的段，对每个段进行单独峰值检测和对消。

W长度的选取需要根据ACLR和EVM指标要求权衡。W越长可以获得更好的ACLR，但是EVM指标将恶化。W越短可以获得更好的EVM，但是ACLR指标将恶化。

以窗函数为汉明(hamming)窗为例，假设窗长为W＝21，则hamming窗系数为：

[0.0800  0.1025  0.1679  0.2696  0.3979  0.5400  0.68210.8104  0.9121  0.9775  1.0000  0.9775  0.9121  0.81040.6821  0.5400  0.3979  0.2696  0.1679  0.1025  0.0800]

hamming窗函数如图1所示。

hamming窗各点导数为：

[0.0225  0.0653  0.1018  0.1282  0.1421  0.14210.1282  0.1018  0.0653  0.0225  -0.0225  -0.0653  -0.1018  -0.1282-0.1421  -0.1421  -0.1282  -0.1018  -0.0653  -0.0225]，如图2所示。

将窗函数导数进行比例调整以便适配信号变化趋势(也可以不调整或者作非线性比例调整)，如将导数除以3得到修正后的导数为：

[0.0075  0.021767  0.033933  0.042733  0.047367  0.0473670.042733  0.033933  0.021767  0.0075  -0.0075  -0.021767  -0.033933-0.042733  -0.047367  -0.047367  -0.042733  -0.033933  -0.021767-0.0075]

以下如果没有特别说明，提到的导数都指已经修正过的导数。

相对中心位置W/2＝10.5距离分别为m＝[-W/4-W/4+1...W/4]＝[-5 -4 -3-2 -1 1 2 3 4 5]的点的导数近似为y(m)＝[0.047367  0.042733  0.0339330.021767  0.0075  -0.0075  -0.021767  -0.033933  -0.042733-0.047367]；

假设有一段输入中频信号x(n)时域功率为：[0  1 2  1.8  3.1  43  3.6  10.9  0.8  0.6  0.6  0.7  11.3  1.4  1.1  0.7  0.6  0.3]，其中削波门限为1，如图3所示。

中心位置11两边都存在超出门限1的样点。将宽为W的信号段内的信号分成长度分别为「W/2」的两部分，根据前半部分和后半部分是否有超过门限A＝1的值，则进入如图4所示流程。在图4中，判断输入信号当存在超过门限的峰值时(步骤401)；进一步判断相对中心位置两侧的峰值分布(步骤402)，当其只有单边存在峰值时(如只有左边存在峰值，或只有右边存在峰值)则直接根据最大值确定加窗的位置(步骤403、405)；如中心位置两边都存在峰值，则进行联合削峰(步骤404)。

因为相对中心位置只有一边存在超过削波门限的情况比较简单，有文献已经描述加窗方法。下面只描述两边都存在峰值时进行联合削峰的情况。

对于输入信号x(n)(信号中心两边均存在峰值)，对应硬削因子c(n)＝[1  10.5 0.55556  0.32258  0.25  0.33333  0.27778 1  1 1  1  1 11   0.76923   0.71429  0.90909  1  1  1]，1-c(n)为[0  0  0.50.44444    0.67742  0.75   0.66667   0.72222   0   0  0    0  0  0  00.23077  0.28571    0.090909  O  0  0]，如图5所示，可求出1-c(n)左右两个局部极大值1-c(6)＝0.75和1-c(17)＝0.28571的斜率为(0.75-0.28571)/(17-6)＝0.0422。

如前所叙，在计算斜率之前已经将hamming窗的修正后导数存储。将求得的斜率和存储的hamming窗导数比较，选取与斜率最靠近的导数对应的位置索引为y(-4)＝0.042733，所以可以确定1-c(n)的最大值在两个极值点位置平均(17+6)/2＝11.5偏置-4处。即加窗中心位置为

其中， 为向下取整符号。窗函数和1-c(n)位置的对应关系如图6所示。

将1-c(n)和窗函数按照图6所述的位置对应相乘，即可得到补偿因子b(n)的值。最终输出削波后的信号为x(n)b(n)，削波后时域波形图见图7所示。

本发明的方法适用于中频CDMA信号是单载波或多载波的情况。且，不论是否采用低通滤波实现对峰值包络的检测以便同步调整输入信号的划分方式，只要补偿前信号长度固定，均适用本发明。另还可按照本发明提供的方法进行多级串联来执行削波操作。

本发明的方法降低了峰值处理资源要求，通过实现对多个峰值的联合处理，提高了EVM性能，其通过计算合适的峰值叠加位置，对多个峰值联合加窗处理以实现对峰值的对消。通过联合加窗处理，可以在满足一定的频谱要求情况下，降低峰平比。

当然，本发明还可有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (12)

1、一种实现CDMA信号削波的方法，用于实现对输入信号多个峰值的联合对消，其特征在于，通过计算合适的加窗位置，对多个峰值联合加窗处理以实现对峰值的对消。

2、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述加窗的相位和幅度由所述输入信号的峰值的位置和幅度确定。

3、根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述加窗的相位通过计算所述加窗函数的导数来确定。

4、根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述加窗的相位进一步通过比较一与所述输入信号相关的信号的峰值间的斜率和所述加窗函数的导数来确定。

5、根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述与所述输入信号相关的信号为信号1-c(n)，c(n)为所述输入信号的硬削因子， $c\left(n\right)=\left\{\begin{array}{c}1,\left|x\right|\&le;A\\ \frac{A}{\left|x\left(n\right)\right|},\left|x\right|>A\end{array}\right.,$

其中，x(n)为输入信号，A为削波门限，n为输入信号相位。

6、根据权利要求1至5中任一权利要求所述的方法，其特征在于，进一步包括一将所述输入信号等分成固定长度的段的步骤，分别对每段输入信号进行所述加窗处理。

7、根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述加窗相位的确定进一步包括如下步骤：

步骤一，计算所述输入信号的硬削因子c(n)，并进一步计算1-c(n)，其中n表示输入信号相位；

步骤二，确定信号中心位置和所述1-c(n)位于所述信号中心位置两侧的两个峰值极值的平均位置，并计算所述位于信号中心位置两侧的峰值极值的斜率；

步骤三，比较所述窗函数的导数和由所述步骤二得出的斜率，选择与所述斜率值最接近的导数值所对应的位置值为加窗中心位置相对于所述1-c(n)位于所述信号中心位置两侧的两个峰值极值的平均位置的偏置值；

步骤四，将位于所述信号中心两侧的1-c(n)峰值极值的平均位置进行偏置，其中偏置量为所述步骤三得出的偏置值，由此确定了所述加窗相位。

8、根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述步骤二进一步包括判断所述输入信号超过一预先设定的门限值的峰值相对于所述信号中心分布的步骤；当只在所述信号中心的一侧有一个或多个峰值时，按照最大值直接加窗；当两侧都有峰值时，在所述信号中心位置两侧分别选择一峰值极值并进一步计算所选择的所述1-c(n)的两个峰值极值的斜率。

9、根据权利要求7所述的方法，其特征在于，进一步包括一求补偿因子b(n)的步骤，所述补偿因子b(n)由所述1-c(n)与确定了加窗相位的窗函数对应相乘的乘积确定；所述削波后的输出信号为补偿因子b(n)与输入信号的乘积。

10、根据权利要求1至5、7、8或9中任一权利要求所述的方法，其特征在于，所述加窗函数为汉明窗、矩形窗、Blackman窗或恺撒窗中的一种或多种。

11、根据权利要求1至5、7、8或9中任一权利要求所述的方法，其特征在于，所述导数为窗函数的一阶导数。

12、根据权利要求4、5、7、8或9中任一权利要求所述的方法，其特征在于，所述斜率或导数为经过修正的斜率或导数，所述修正包括线性或非线性修正。

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