DE60312811T2

DE60312811T2 - Verfahren und Vorrichtung zur Verringerung des Verhältnisses von Spitzen- zu Durchschnittsleistung

Info

Publication number: DE60312811T2
Application number: DE60312811T
Authority: DE
Inventors: Thomas Dipl.-Ing. Loewel (; Peter Dr. Jaenecke
Original assignee: Alcatel Lucent SAS
Current assignee: Alcatel Lucent SAS
Priority date: 2003-03-11
Filing date: 2003-03-11
Publication date: 2007-08-16
Anticipated expiration: 2023-03-12
Also published as: EP1458159A1; US7386060B2; US20040179468A1; CN1531293A; ATE358381T1; EP1458159B1; DE60312811D1; CN100452788C

Description

Bereich der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich im Allgemeinen auf ein System und ein Verfahren zur Übermittlung von digitalen Signalen, sowie insbesondere, ohne Einschränkung, auf Begrenzungstechniken zur Verringerung des Verhältnisses von Spitzen- zu Durchschnittsleistung bei Mehrträger-Multiplexsignalen wie z.B. OCDM-(Orthogonal Code Division Multiplex) oder OFDM-Signalen (Orthogonal Frequency Division Multiplex).
Hintergrund und Stand der Technik
Ein großes Verhältnis von Spitzen- zu Durchschnittsleistung reduziert die Effizienz eines Übertragungsleistungsverstärkers. Dies ist insbesondere ein Problem für Mehrträger-Multiplexsignale wie z.B. OCDM- und OFDM-Signale, da die maximal mögliche Spitzenleistung für solche Signale wesentlich höher ist als die durchschnittliche Übertragungsleistung.
Im US-Patent Nr. 6.175.551 wird ein Verfahren zur Verringerung des Verhältnisses von Spitzen- zu Durchschnittsleistung mittels weicher Begrenzung beschrieben. Weiche Begrenzung bedeutet, dass von dem abgetasteten Signal eine proportionale Referenzfunktion abgezogen wird, so dass jede subtrahierte Referenzfunktion die Spitzenleistung mindestens eines Signal-Abtastwerts verringert. Vorzugsweise weist die Referenzfunktion in etwa oder genau die gleiche Bandbreite auf wie das übertragene Signal. Auf diese Weise wird gewährleistet, dass die Verringerung der Spitzenleistung keine Außerband-Interferenzen verursacht. Ein Beispiel für ein geeignetes Referenzsignal ist eine Si-Funktion.
Ein gemeinsamer Nachteil der weichen Begrenzungsverfahren nach dem derzeitigen Stand der Technik besteht darin, dass die Subtraktion der Referenzfunktion vom übersteuerten Signalanteil mehrfache Höchstwerte zur Folge haben kann. Dieses Problem des derzeitigen Standes der Technik wird in Bezug auf die 1 bis 3 erläutert:
1 stellt das Größensignal 100 eines zu übertragenden Signals I,Q dar. Das Signal 100 weist Anteile auf, die über dem Begrenzungsgrenzwert 102 liegen. Diese Spitzen entsprechenden Anteile des Signals 100 werden erfasst und mit Spitzenmarkierungen 104 bis 114 gekennzeichnet.
2 stellt das Referenzsignal 116 im Zeitbereich dar. Das proportionale Referenzsignal 116 wird an den mit den Spitzenmarkierungen 104 bis 114 gekennzeichneten Spitzenpositionen von der I- und Q-Komponente des Signals 100 abgezogen. Das Ergebnis dieses weichen Begrenzungsvorgangs ist in 3 dargestellt, in der es sich bei dem Größensignal 118 um das begrenzte Signal handelt.
Die erste Spitze des Signals 100, die mit der Spitzenmarkierung 104 gekennzeichnet ist, wird beispielsweise in zwei neue Spitzen 120 und 122 des Signals 118 umgewandelt. In gleicher Weise wird eine große Anzahl an neuen Spitzen in dem Signalanteil erstellt, der den durch die Spitzenmarkierungen 108 bis 114 gekennzeichneten Signalanteil darstellt. Somit sind zusätzliche weiche Begrenzungsiterationen erforderlich, um das Signal 100 iterativ auf den Begrenzungsgrenzwert 102 zurückzuführen.
Daher hat die vorliegende Erfindung zum Ziel, ein verbessertes Verfahren zur Verringerung des Verhältnisses von Spitzen- zu Durchschnittsleistung eines zu übertragenden Signals für eine verbesserte weiche Begrenzung zu bieten.
Zusammenfassung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bietet ein Verfahren zur Verringerung des Verhältnisses von Spitzen- zu Durchschnittsleistung eines zu übertragenden Signals durch Zerlegung der Anteile des Signals, die über einem Begrenzungs-Grenzwert liegen, in Elementarfunktionen. Die Elementarfunktionen liefern die Positionen und Amplituden für eine weiche Begrenzung des ursprünglichen Signals. Dies ermöglicht eine erhebliche Verringerung der Anzahl an Iterationen, die für die weiche Begrenzung erforderlich sind.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsvariante der Erfindung wird nur ein einziger weicher Begrenzungsschritt an den zerlegten Anteilen des Signals durchgeführt, wodurch mehrfache weiche Begrenzungsiterationen vollständig vermieden werden.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsvariante der Erfindung werden symmetrische Funktionen zur Zerlegung der Signalanteile eingesetzt, wie z.B. Gaußsche oder Dreiecksfunktionen.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsvariante der Erfindung werden nur die Amplituden und die Positionen der Funktionen für die Zerlegung der Signalanteile parametriert, die über dem Begrenzungsgrenzwert liegen. Dies reduziert die Komplexität der Berechnungen für den Zerlegungsprozess.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsvariante der Erfindung wird nur ein einziger Typ von Elementarfunktion zur Zerlegung der Signalanteile verwendet.
Es ist anzumerken, dass die vorliegende Erfindung für beliebige Sendestationen, wie z.B. ein Endnutzer-Telekommunikationsgerät, einen Sender, wie beispielsweise eine Basisstation eines drahtlosen Mobilfunknetzes, oder andere Telekommunikationsanwendungen eingesetzt werden kann.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die folgenden bevorzugten Ausführungsvarianten der Erfindung werden nun genauer in Bezug auf die Zeichnungen erläutert, wobei:
1 ein Signal darstellt, bei dem Anteile über dem Begrenzungsgrenzwert liegen,
2 eine Referenzfunktion zur Durchführung einer weichen Begrenzung darstellt,
3 das Signal aus 1 nach Durchführung einer weichen Begrenzungsiteration mit Hilfe der Referenzfunktion aus 2 darstellt,
4 ein Beispiel für einen Anteil des zu übertragenden Signals darstellt, der über dem Begrenzungsgrenzwert liegt,
5 die Zerlegung des Signals aus 4 in elementare Gaußsche Funktionen darstellt,
6 einen Teil eines Sender-Blockdiagramms darstellt.
Detaillierte Beschreibung
4 stellt die Spitze 400 eines zu übertragenden Signals im Zeitbereich dar. Bei der Spitze 400 handelt es sich um ein Größensignal, das über dem Begrenzungsgrenzwert liegt.
Die Spitze 400 ist in die Gaußschen Funktionen 500, 502 und 504 zerlegt. Die Anzahl an Gaußschen Funktionen, die zur Durchführung der Zerlegung verwendet werden, wird in Abhängigkeit von der Dauer der Spitze 400 gewählt. Um eine weiche Begrenzung durchzuführen, wird eine Referenzfunktion, z.B. die in 2 dargestellte Funktion, verwendet.
Die Positionen für die Subtraktion der Referenzfunktion ergeben sich aus den Positionen der Elementarfunktionen, in die die Spitze 400 zerlegt wurde. Die Skalierung der Referenzfunktion an diesen Positionen wird anhand der Amplituden der entsprechenden Elementarfunktionen ermittelt. Auf diese Weise ist nur eine geringe Anzahl an Iterationen erforderlich, um die Spitze 400 auf den Begrenzungsgrenzwert zurückzuführen.
Allgemein ausgedrückt wird die Spitze P eines zu übertragenden Signals, die über dem Begrenzungsgrenzwert liegt, als Summe der Elementarfunktionen f ausgedrückt:
wobei N die Anzahl an Elementarfunktionen, die proportional zur Dauer der Spitze P sind, x_i die Position der Höchstwerte der Elementarfunktionen und A_i die Amplitude an den Positionen der Höchstwerte x_i ist.
Beispielsweise kann als Elementarfunktion f eine Gaußsche Funktion oder eine andere symmetrische Funktion, wie z.B. eine Dreiecksfunktion verwendet werden.
In dem in 5 dargestellten Beispiel wird eine Gaußsche Funktion als Elementarfunktion f eingesetzt. Die erste Gaußsche Funktion 500, die zur Zerlegung der Spitze P verwendet wird, ist bei x₁ angeordnet und weist die Amplitude A₁ auf; die Gaußsche Funktion 502 ist bei x₂ angeordnet und weist die Amplitude A₂ auf; die Gaußsche Funktion 504 ist bei x₃ angeordnet und weist die Amplitude A₃ auf. Die Anzahl N ist in dem vorliegenden Beispiel gleich 3, da für die Zerlegung 3 Elementarfunktionen verwendet wurden.
Somit werden an den Positionen x₁, x₂, x₃ weiche Begrenzungsvorgänge vorgenommen. Für die weiche Begrenzung an Position x₁ wird die Referenzfunktion im Verhältnis zur Amplitude A₁ skaliert. In gleicher Weise wird die Referenzfunktion zur weichen Begrenzung an Position x₂ im Verhältnis zur Amplitude A₂ skaliert, etc.
Im Allgemeinen kann die Zerlegung der Spitze P in eine Anzahl N Elementarfunktionen mit Hilfe an sich bekannter mathematischer Verfahren durchgeführt werden. Die Zerlegung kann beispielsweise durchgeführt werden, indem der Minimalwert ermittelt wird für:
Alternativ dazu kann der absolute Wert verwendet werden, d.h.
Ein Beispiel für ein mathematisches Verfahren, das zur Durchführung der Zerlegung verwendet werden kann, ist das Gradientenverfahren.
6 stellt einen Anteil des Blockdiagramms eines Senders 600 dar. Der Sender 600 verfügt über ein Mehrträger-Synthesemodul 602, um ein Mehrträger-Multiplexsignal 604 zu liefern, z.B. ein OFDM- oder OCDM-Signal.
Des Weiteren verfügt der Sender 600 über ein Spitzen-Erfassungsmodul 606, das diejenigen Signalanteile 604 ausgibt, die über einem Begrenzungsgrenzwert liegen. Diese Spitzen werden vom Spitzen-Erfassungsmodul 606 an das Spitzen-Zerlegungsmodul 608 übertragen, wo die Spitzen in Elementarfunktionen zerlegt werden, wie bereits oben erläutert. Das Ergebnis der Spitzenzerlegung wird vom Spitzen-Zerlegungsmodul 608 an das Modul zur weichen Begrenzung 610 übertragen. Im Modul zur weichen Begrenzung 610 wird an den Positionen der Elementarfunktionen eine Referenzfunktion von der Spitze subtrahiert; die entsprechenden Skalierungen der Referenzfunktion werden anhand der Amplituden der Elementarfunktionen ermittelt. Das daraus resultierende weiche Begrenzungssignal wird dann vom Sender 600 über eine Funkschnittstelle oder eine Kabelverbindung übertragen.

100: Signal
102: Begrenzungsgrenzwert
104: Spitzen-Markierungen
106: Spitzen-Markierungen
108: Spitzen-Markierungen
110: Spitzen-Markierungen
112: Spitzen-Markierungen
114: Spitzen-Markierungen
116: Referenzsignal
118: Signal
120: Spitze
122: Spitze
400: Spitze
500: Gaußsche Funktion
502: Gaußsche Funktion
504: Gaußsche Funktion
600: Sender
602: Mehrträger-Synthesemodul
604: Signal
606: Spitzen-Erfassungsmodul
608: Spitzen-Zerlegungsmodul
610: Modul zur weichen Begrenzung

Abb. 1
Abb. 2
Abb. 3
Abb. 4 Abb. 5 Abb. 6

Claims

Ein Verfahren zur Verringerung des Verhältnisses von Spitzen- zu Durchschnittsleistung eines zu übertragenden Signals (100), wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: – Erfassung eines Anteils des Signals (400) über einem Begrenzungsgrenzwert gekennzeichnet durch – die Zerlegung des genannten Anteils des Signals (400) in eine Reihe symmetrischer Elementarfunktionen (500, 502, 504), jeweils mit einem einzigen Höchstwert, wobei die Anzahl an Elementarfunktionen (500, 502, 504) proportional zur Dauer des genannten Anteils ist, – die Durchführung der weichen Begrenzung des genannten Anteils mit Hilfe einer skalierten Referenzfunktion, die von jeder der Elementarfunktionen subtrahiert wird, in die der genannte Anteil zerlegt wurde, so dass die subtrahierten Elementarfunktionen (500, 502, 504) die Spitzenleistung des genannten Anteils des zu übertragenden Signals (400) verringern, – die Positionen für die Subtraktion der genannten skalierten Referenzfunktion von jeder der Elementarfunktionen (500, 502, 504) und die Skalierung der Referenzfunktion ergeben sich jeweils aus der Position des Höchstwerts (X1, X2, X3) und der Amplitude an dem genannten Höchstwert der entsprechenden Elementarfunktionen (500, 502, 504), so dass die Position des Höchstwerts jeder der Elementarfunktionen (500, 502, 504) und die entsprechende Amplitude an dem genannten Höchstwert die Positionen und die Amplituden für die weiche Begrenzung des genannten Anteils des Signals (400) liefern.
Das Verfahren aus Anspruch 1, das außerdem die Parametrierung der Elementarfunktionen durch Ermittlung eines Amplitudenwerts und eines Positionswerts für jede der genannten Funktionen umfasst.
Das Verfahren aus Anspruch 1, wobei der Schritt zur Zerlegung anhand der Rückführung auf ein Minimum erfolgt:
oder durch
wobei: N die Anzahl an Funktionen f, proportional zur Dauer der Spitze P, x_i die Position des Höchstwerts der Funktion f, A_i die Amplitude der Funktion f an der Position des Höchstwerts und P der Anteil des Signals oberhalb des Begrenzungsgrenzwerts ist.
Ein Computerprogramm-Produkt, das einen Computer-Programmcode umfasst, der in der Lage ist, die Schritte des Verfahrens aus Anspruch 1 auszuführen, wenn das genannte Programm auf einem Computer läuft.
Eine elektronische Schaltung zur Verringerung des Verhältnisses von Spitzen- zu Durchschnittsleistung eines zu übertragenden Signals, wobei die elektronische Schaltung Folgendes umfasst: – Mittel (606) zur Erfassung eines Anteils des Signals (400) oberhalb eines Begrenzungsgrenzwerts (102), gekennzeichnet durch – Mittel (608) zur Zerlegung des genannten Anteils des Signals (400) in eine Reihe symmetrischer Elementarfunktionen, jeweils mit einem einzigen Höchstwert (500, 502, 504), wobei die Anzahl an Elementarfunktionen (500, 502, 504) proportional zur Dauer des genannten Anteils ist, – Mittel (610) zur Durchführung der weichen Begrenzung des genannten Anteils mit Hilfe einer skalierten Referenzfunktion, die von jeder der Elementarfunktionen, in die der genannte Anteil zerlegt wurde, subtrahiert wird, so dass die subtrahierten Elementarfunktionen (500, 502, 504) die Spitzenleistung des genannten Anteils des zu übertragenden Signals (400) verringern, und wobei die Position für die Subtraktion der genannten skalierten Referenzfunktion von jeder der Elementarfunktionen (500, 502, 504) und die Skalierung der Referenzfunktion jeweils durch die Position des Höchstwerts (X1, X2, X3) und die Amplitude an dem genannten Höchstwert der entsprechenden Elementarfunktion (500, 502, 504) vorgegeben werden, so dass die Position des Höchstwerts jeder der Elementarfunktionen (500, 502, 504) und die entsprechende Amplitude an dem genannten Höchstwert die Positionen und die Amplituden für die weiche Begrenzung des genannten Anteils des Signals (400) oberhalb des Begrenzungsgrenzwerts vorgeben.
Ein Endnutzer-Telekommunikationsgerät für den Versand eines Signals, wobei das Endnutzer-Telekommunikationsgerät eine elektronische Schaltung gemäß Anspruch 5 umfasst.
Ein Sender, der Folgendes umfasst: – Mittel (602) zur Mehrträger-Synthese, um das zu übertragende Mehrträger-Multiplexsignal zu liefern, – Mittel zur Verringerung des Verhältnisses von Spitzen- zu Durchschnittsleistung des Signals, die eine elektronische Schaltung gemäß Anspruch 5 umfassen.
Ein Telekommunikationssystem mit mindestens einer Basisstation, das eine elektronische Schaltung gemäß Anspruch 5 umfasst.