用於產生信號以便減小多載波系統中的峰均比的裝置和方法

2023-04-27 19:57:01 3

專利名稱：用於產生信號以便減小多載波系統中的峰均比的裝置和方法
技術領域：
本發明涉及一種根據權利要求1所述的用於為具有多個子栽波的信號產生減小信號的裝置和一種根據權利要求14所述的相應方法。
技術背景基於OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing, 正交 頻分復用)和0FDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple Access, 正交頻分多址)的移動無線電標準涉及多栽波系統。通過組合單栽波來 形成最大瞬時功率明顯超過平均功率的信號。另外，也可以使用較高階 的(hiiherwertig)調製方法以便調製所使用的不同載波，所述較高階 的調製方法例如是每個發送符號具有多於兩個可能的信息狀態的 QPSK (Quadrature Phase Shift Keying,正交相移鍵控)、8PSK (Phase Shift Keying,衝目移鍵控)或者 16QAM (Quadrature Amplitude Modulation,正交幅度調製)。在這些調製方法的情況下，在單個栽波 中放棄有利於更高數據傳輸率的瞬時發送功率的恆定性。因此，視調製方法和單載波的組合而定，在多載波系統的情況下， 發送信號的最大瞬時功率可以明顯超過發送功率的平均值。最大發送功 率與平均發送功率之t匕被稱為峰均t匕(Peak to Average Ration)( PAR>1) 或者功率峰均比(Peak to Average Power Ratio) ( PAR>1 )。現在問題 在於，在發送系統的發送放大器的PAR較高的情況下，必須保持可觀的 調製預留(Aussteuerreserve )，以《更避免由於例如限制效應或削波效 應(Clipping-Effekt)而造成的發送信號的非線性失真。由此提高放 大器的複雜性和功率消耗，並且降低整個系統的效率。DE10219318A1例如研究用於由基頻帶的多個部分信號形成載頻輸 出信號的方法。在主分支中對每個部分信號進行限幅。此外，在並行的 輔助分支中為每個部分信號確定估計值，利用這些估計值來控制主分支 中的限幅。DE19838295A1描述了用於在多個子信道上並行地傳輸信號形式的信息的多載波傳輸方法。藉助於閾值判定，給不參加信息傳輸的子信道 分別分配校正函數，使得信號的峰值和信號的有效值之間的比值被最小 化或者至少減小。EP1248429A2描述了 DMT(Discrete Multitone，離散多音)調製方 法，利用該調製方法可以減小待發送信號的最大發送功率與平均發送功 率之比。此外，在開始時確定限制預防信號(Begrenzungsverhiitungssignal )的試驗值，並且確定該限制預防信 號是否適於限制待發送信號，如果情況不是如此，則一直改變該限制預 防信號，直到它適於限制待發送信號為止。最終合適的限制預防信號在 待發送信號的未被使用的子載波中被傳輸，以便降低待發送信號的功率 峰值。為了確定合適的限制預防信號，使用迭代循環(Iterationsschleife)。然而，這可能導致不同的信號延遲，因為一 開始並不知道迭代循環運行的頻度。發明內容現在，本發明的任務是，提出用於為具有多個子栽波的信號產生減 小信號的裝置和方法，其中該減小信號可以用於根據具有多個子載波的 信號形成減小的信號。該任務通過根據權利要求1所述的用於為具有多個子載波的信號產 生減小信號的裝置和根據權利要求14所述的相應方法來解決。本發明 的其它擴展方案由從屬權利要求得出。本發明的主要想法在於，限制具有多個子載波的待減小信號、尤其 是該信號的幅度，根據受限信號為該信號的未被使用的子載波計算係數 並且藉助於這些係數來產生減小信號，所述減小信號可以與原始信號、 也就是待減小信號組合，以便減小峰值並且因此減小待減小信號的PAR。 由此尤其是可以實現在基帶中對信號進行頻率選擇性限制，這與常規的 限制方法相比，尤其是對於多載波系統、例如0FDM和OFDMA發送系統 來說是明顯更有效的。特別是可以利用本發明在數字復基帶中限制發送 信號的幅度，並且與利用開頭所述的常規方法相比更大程度地減小發送 功率的最大值，尤其是信號質量沒有幹擾損失。在本發明的意義上信號的減小或限制(英語clipping,削波)表 示，減小該信號的峰值並因此減小該信號的最大發送功率與平均發送功率之比。因此，減小的信號相應於原始信號，然而可以在幅度方面和在 發送功率方面有所減小。該信號可以尤其是多載波系統的發送信號，在 所述多載波系統中使用針對每個發送符號具有多於兩個可能的信息狀態的較高階的調製方法、例如QPSK、 8PSK或者16QAM。該信號例如可以 是發送系統的復基帶中的信號。該信號具有多個子栽波。所述子載波中 的幾個子載波被用於信息傳輸，而其餘的子載波未被使用，即未被用於 信息傳輸。本發明使得能夠通過將經過削波的信號投射(Projektion)到未被 使用的子栽波上來產生減小信號。可替換地，也可以使用導致峰值被更 大程度減小的其它形成規則。不必為了確定減小信號而使用如下迭代循 環該迭代循環一直被執行，直到減小的信號通過削剪不再經歷改變並 因此不再超過在限制情況下所預先給定的閾值。作為替代，可以使用固 定地預先給定的數目的具有恆定信號延遲的減小級。根據本發明，在每 一減小級中允許另一閾值。用於所述減小信號或係數的形成規則也可以 在不同減小級之間有所區別。現在根據一種實施方式，本發明涉及一種用於為具有多個子載波的 信號產生減小信號的裝置，該裝置包括-限制器，該限制器被構造用於根據具有多個子載波的信號產生受 限信號；-係數確定器，該係數確定器被構造用於根據受限信號為具有多個 子載波的信號的未被使用的子載波確定係數；以及-信號發生器，該信號發生器被構造用於根據係數來生成減小信號， 該減小信號可以與所述信號組合，以便形成減小的信號。根據一種實施方式，該裝置此外可以具有組合器，該組合器被構造 用於將所述信號與所述減小信號進行組合以便形成減小的信號。例如可 以將該組合器構造為加法器。係數確定器可以被構造用於利用加權因子來加權所述係數。藉助於 這些加權因子，可以調節減小的準確性。所述信號可以是針對每個符號具有多於兩個可能的信息狀態的調 制信號。另外，係數確定器可以被構造用於通過對受限信號進行符號方 式的投射來確定係數。在此，係數確定器和信號生成器可以分別基於預 定的算法或者公式來確定係數和確定減小信號。尤其是，根據本發明的一種實施方式，係數確定器可以被構造用於通過將受限信號以符號的方式投射到第k個基函數6 N上來確定係數，所述受限信號針對每個符號sn (n=l...N)包括N個採樣 值，所述第k個基函數被分配給第k個未被使用的子載波。根據本發明的另一實施方式，係數確定器可以被構造用於才艮據下面 的公式來為第k個未被使用的子栽波計算係數另外，根據本發明的一種實施方式，信號發生器可以被構造用於根 據下面的公式來計算減小信號|2n.(k-l)(n-l)Xn= ZCk.e J N,n = l...Nk=unused根據一種實施方式，係數確定器可以被構造用於根據受限信號和所 述信號確定係數。尤其是係數確定器可以被構造用於藉助於矩陣運算根 據所述信號和受限信號來確定係數。另外，限制器可以具有可調節的限制閾值，利用該限制閾值能夠對 所述信號的限制進行調節。因此，該限制閣值定義所述信號能夠如何強 烈地被限制。根據本發明的裝置特別適合於在基於OFDM和OFDMA的通信系統中 使用並且可以引起PAR和PAPR的明顯減小，由此在複雜性和功率消耗 方面對發送放大器的要求比在具有高PAR和PAPR的常規系統的情況下 更低。本發明的另 一實施方式涉及一種用於根據復輸入符號產生時域信 號的系統，該系統包括-轉換器，該轉換器被構造用於根據預定的變換將復輸入符號變換 成具有多個子載波的信號；以及-根據本發明的用於為具有多個子栽波的信號產生減小信號的裝 置，將具有多個子栽波的信號輸送給該裝置以形成減小的信號，其中減 小的信號相應於時域信號。另外，該系統可以具有另外的根據本發明的用於產生減小信號的裝 置，其中這些裝置串聯連接。通過將多個根據本發明的裝置形式的PAPR減小塊級聯，可以實現對PAPR的進一步改善。預定的變換可以是傅立葉逆變換或是快速傅立葉逆變換IFFT (Inverse Fast Fourier Transf o簡t ion )。該系統可以是基於OFDM 或者OFDMA的發送系統。本發明的另一實施方式涉及一種用於為具有多個子載波的信號產 生減小信號的方法，該方法包括下列步驟-根據具有多個子載波的信號產生受限信號；-根據受限信號為具有多個子栽波的信號的未被使用的子載波確定 係數；以及-根據係數生成減小信號，該減小信號可以與具有多個子栽波的信 號組合，以便獲得減小的信號。根據本發明的方案使得能夠以特別有利的方式並且在沒有信號質 量的幹擾損失的情況下在數字復基帶中限制發送信號的幅度，並且使得 能夠比利用常規方法更大程度地減小發送功率的最大值。此外，根據本發明的方法提供不需要附加的FFT和IFFT變換的優點。通過利用信號偏移的更大的範圍，可以在相同的誤差向量幅值EVM (Error-Vector Magnitude)的情況下實現PAR的減小。該範圍特別是 在具有較高階的調製方法的移動無線電系統的情況下增大。根據本發明的方案使得能夠使用功率更小的、並且因此成本更低的 放大器，以便在沒有信號質量的幹擾損失的情況下實現預先給定的平均 輸出功率。本發明的其它優點和應用可能性從與附圖中所示的實施例相結合 的下列描述中得出。


在說明書中、在權利要求書中、在摘要中以及在附圖中，使用在隨 後列舉的附圖標記列表中所使用的概念和所分配的附圖標記。 附圖在圖1中示出UMTS發送系統的框圖；在圖2中示出另一基於OFDM的發送系統的框圖；在圖3中示出另一發送系統的框圖；在圖4中示出具有根據本發明實施例的裝置的系統的框圖；在圖5中示出具有根據本發明另一實施例的裝置的系統的框圖；以及在圖6中示出根據本發明另一實施例的系統的框圖。
具體實施方式
下面，相同的和/或功能相同的元件可以配備相同的附圖標記。圖 1大大簡化地示出才艮據實例UMTS (Universal Mobile Telecommunications System,通用移動電信系統)的發送系統。尤其是 也示出了產生發送信號的簡化圖示。在此，待發送信號作為輸入信號存在於復基帶中。基帶限制器 (Baseband Clipping) 134限制待發送信號的最大功率。在隨後的塊 136中，信號的帶寬通過RRC (Root Raised Cosine,才艮升餘弦)濾波器 被限制以及通過另外的插值濾波器被置於數字中頻IF (Intermediate Frequency)的較高採樣率。信號通過混頻器而經歷頻移。在中頻上可以疊加多個復基帶信號， 如在圖1中通過多個數字頻率轉換器所表明的那樣。信號在另外的塊 138中經歷進一步的插值或對中頻的進一步限制，並且在另外的塊150 中還可能經歷進一步的插值、數/模轉換和到實際高頻位置 (Hochfrequenzlage ) RF (Radio Frequency,射頻)的調製。因此， 在圖1中示出了對發送信號進行限制的兩種不同的布置可能性。這兩種 不同的布置可能性的主要區別在於其RF輸出信號的失真類型。基帶限制器134可能使頻帶中的有用信號強烈失真並且因此導致 EVM的提高，而這由於隨後的RRC濾波器只無關緊要地影響相鄰頻帶。 然而，RRC濾波器形成受限有用信號的線性組合併且因此提高最大出現 的信號幅度。與此相反，中頻限制138保證最大的信號幅度，然而在相 鄰頻帶中產生強烈幹擾，也稱為ACLR( Adja cent Channel Leakage Ratio 相鄰信道洩漏比)。為了在基於OFDM的系統中進行信號限制，可以應用矩形限制以及 圓形限制。在矩形限制的情況下，覆信號的同相分量和正交分量相互獨 立地受限制。在圓形限制的情況下，復基帶信號的幅值(Betrag)不超 過最大值。圖2示出在基於OFDM的系統中發送信號的產生的簡化圖示。在基 於OFDM的系統中，以相同方式使用根據圖l所描述的限制算法。然而， 由基帶限制器134接收的復IQ基帶信號來自經IFFT210變換的復輸入 符號。此外，在許多傳輸方法中，在塊232中在符號之間插入時間保護 間隔。基帶限制的缺點、即由於隨後的RRC濾波器和進一步的插值而導致 的最大信號幅度的提高可以通過對可預期的信號超高 (Signaltiberhiihung)的預先計算和對基帶信號的相應限制的預先計算 來避免。因此在相同EVM的情況下實現PAR的減小。誤差從統計上來看均勻地分布在整個基帶上，並且通過隨後的發送 濾波器在頻譜上成形。尤其在較高階的調製方法的情況下，基帶中的誤 差容限更小並且該方法的有效性降低，因為為了壓縮信號偏移的範圍， 其應該引起最大瞬時功率的下降。然而，在有用信號的頻帶中存在容忍更大信號偏移的區域。這些區 域的特徵在於，它們位於信號由於所屬接收器中的接收濾波器而更強烈 衰減的基帶的邊緣處，或者位於有用信號的未被使用的頻譜中，並且這 些區域未被信息佔用。該事實在圖3中所示出的系統的情況下^:利用。 由此可以在相同的EVM的情況下更大程度地減小PAR。圖3示出插值限制的原理的簡化圖示，所述插值限制也就是具有子 栽波特定的誤差加權的受限發送信號的產生。首先，根據輸入符號藉助於IFFT產生時間信號。該時間信號經受 基帶限制134。這樣調製的時間信號利用FFT又變換回來。通過削波使 原符號失真。輸出信號由與wk相乘的輸入信號和與(l-wk)相乘的有誤差的信 號組成。藉助於固定的加權因子wl...wn (0<wk《l; k-l...n),可以針 對每個子栽波k單獨地調整準確性。在此，wk-l表示最高的準確性、也 就是沒有誤差，而wk-0表示最大的誤差容限。在此之間是如下值利 用這些值可以限制誤差容限。在輸出側，完整的FFT是必需的，以便獲得子栽波符號。此外，還 需要另外的IFFT，以便產生發送信號。圖4示出具有用於減小具有多個子載波的信號的裝置400的系統。 該裝置400被構造用於接收待減小的信號並且輸出減小的信號。與待減小的信號相比，減小的信號可以在幅度上受限。優選地，待減小的信號的峰值在減小的信號中被減小。該裝置400具有限制器402、係數確定 器404和信號發生器406。附加地，該裝置400可以具有組合器408。限制器402被構造用於接收具有多個子載波的待減小的信號、根據 所接收到的信號產生受限信號(S )(所謂的經過削波的信號)並且提供 給係數確定器404。限制器402可以是已知的限制器塊(英語clipping block (削波塊))，該限制器402被構造用於限制信號的最大功率。係數確定器404被構造用於接收受限信號S並且根據該受限信號為 信號的未被使用的子栽波確定係數Ck。根據該實施例，為信號的每個未 被使用的子載波確定特有的係數Ck。不為被使用的子載波確定係數。可 替換地，可以只為所選擇的未被使用的子載波確定係數。此外，係數確 定器404被構造用於向信號發生器406提供係數Ck。信號發生器406被構造用於接收係數Ck並且根據所接收到的係數生 成並提供減小信號Xn。通過將減小信號Xn和待減小的信號進行組合，具有多個子載波的信 號可以被減小、即被限制。尤其是可以實現信號的峰值的減小。根據該 實施例，裝置400具有加法電路形式的組合器408，該組合器408被構 造用於將減小信號Xn與信號相加，並且以這種方式根據該信號產生可以 由裝置400提供或輸出的減小的信號。裝置400是系統的一部分，該系統被構造用於接收復輸入符號並且 輸出時域信號。此外，該系統具有轉換器410,該轉換器410被構造用限域信號。此外轉換器410被構造用於將時域信號作為信號提供給裝置 400。該系統是根據基於OFDM或者OFDMA的移動無線電標準的發送系統。 轉換器410被構造用於執行快速傅立葉逆變換IFFT。這意味著，待減小 的信號可以是根據經過IFFT變換的復符號確定的復IQ基帶信號。可以 在符號之間分別插入時間保護間隔(未在圖4中示出)。限制器402被構造用於執行基帶限制。每一係數Ck的計算通過將受限信號S以符號的方式投射到第k個基函數上來進行，該受限信號S針對每個符號sn ( n = l...N )包括N個採樣值， 所述基函數被分配給相應的未被使用的子載波。因此，只使用基函數被 分配給未被使用的子載波的那些k。在此，利用所有子栽波的基函數相 互正交的事實。係數Ck的計算根據下面的公式進行信號發生器406被構造用於根據這些係數Ck產生減小信號Xnk = unused可以在限制器402中改變閾值，以便實現最佳減小。此外，可以給 所述係數配備相應的加權因子.根據實際情況，閾值和加權因子都可以 是可固定調節的或者是可變的，以便例如在運行期間進行匹配。可替換地，也可以在使用其它公式、算法或者其它方法、例如矩陣 運算的情況下計算或者確定係數ck。圖5示出在圖1中所示的系統的另一實施例。根據該實施例，係數 確定器404被構造用於既接收受限信號S也接收待限制信號。因此，在 確定係數Ck時，也引入未受限信號。因此，信號的峰值的減小在附加地 考慮未受限信號的情況下進行。圖6示出根據本發明的系統的另一實施例。根據該實施例，該系統 被構造用於根據復輸入符號產生並輸出以兩級或者更多級減小的時域 信號。該系統具有轉換器410和兩個或者更多個串聯連接的裝置400。轉換器410被構造用於對復輸入符號實施IFFT，以便產生信號並將 該信號提供給第一裝置400。可以是前述裝置400中的任意一個的第一 裝置400被構造用於接收信號並將該信號作為減小的信號提供給笫二裝 置400。第二裝置400又可以是前述裝置400中的任意一個。這意味著，可 以將被級聯的裝置400相同地或者不同地進行構造。第二裝置400被構 造用於從第一裝置400接收減小的信號並且再次進行減小。在每個分別相應於PAPR減小塊的裝置400中，可以單獨地選擇限 制閾值和對係數的加權。被級聯的裝置400的數目不受限制並且可以根 據情況進行選擇。本發明根據移動無線電發送系統進行了描述，然而不限於這種系統。更確切地說，根據本發明的方案可被用於所有系統，在這些系統中 希望限制信號。附圖標記134基帶限制 136插值 138中頻限制 150調製 210變換2 32保護間隔插入器 400裝置 402限制器 404係數確定器 406信號發生器 408組合器 410轉換器
權利要求
1.一種用於為具有多個子載波的信號產生減小信號的裝置(400)，包括-限制器(402)，該限制器(402)被構造用於根據所述具有多個子載波的信號產生受限信號(S)；-係數確定器(404)，該係數確定器(404)被構造用於根據所述受限信號為所述具有多個子載波的信號的未被使用的子載波確定係數(Ck)；以及-信號發生器(406)，該信號發生器(406)被構造用於根據所述係數來生成所述減小信號(Xn)，所述減小信號(Xn)能夠與所述信號組合，以便形成減小的信號。
2. 根據權利要求1所述的裝置，其特徵在於，所述裝置此外具有組合器(408 ),該組合器(408 )被構造用於將所述信號與所述減小信號(xn)組合，以便形成所述減小的信號。
3. 根據前述權利要求之一所述的裝置，其特徵在於，所述係數確定器(404 )被構造用於在將加權因子包括在內的情況下確定所述係數(Ck)。
4. 根據前述權利要求之一所述的裝置，其特徵在於，所述信號是針對每個符號具有多於兩個可能的信息狀態的調製信號，並且其中所述係數確定器(404 )被構造用於通過將所述受限信號(S)以符號的方式投射到第k個基函數上來確定所述係數(Ck)，所述受限信號(S)針對每個符號sn; n-l…N包括N個採樣值，所述第k個基函數被分配給第k個未被使用的子載波。
5. 根據權利要求4所述的裝置，其特徵在於，所述係數確定器(404 )被構造用於根據下面的公式為第k個未被使用的子載波計算係數(Ck):
6. 根據權利要求5所述的裝置，其特徵在於，所述信號發生器406被構造用於根據下面的公式計算所述減小信號(Xn):k=unused
7. 根據前述權利要求之一所述的裝置，其特徵在於，所述係數確定器(404 )被構造用於根據所述受限信號(S)和所述信號來確定所述係數(Ck)。
8. 根據權利要求7所述的裝置，其特徵在於，所述係數確定器(404)被構造用於藉助於矩陣運算根據所述信號和所述受限信號(S)來確定所述係數。
9. 根據前述權利要求之一所述的裝置，其特徵在於，所述限制器(402 )具有可調節的限制閾值，所述限制閾值定義所述信號能夠如何強烈地被限制。
10. —種用於根據復輸入符號產生時域信號的系統，包括-轉換器(410 )，該轉換器(410 )被構造用於根據預定的變換將所述復輸入符號變換成具有多個子載波的信號；以及-根據權利要求1至9之一所述的用於為具有多個子栽波的信號產生減小信號的裝置(400)，將所述具有多個子載波的信號輸送給該裝置以形成減小的信號，其中所述減小的信號相應於所述時域信號。
11. 根據權利要求10所述的系統，其特徵在於，所述系統此外具有另外的根據權利要求1至8之一所述的裝置(400),其中所述裝置和所述另外的裝置串聯連接。
12. 根據權利要求10或11所述的系統，其特徵在於，所述預定的變換是傅立葉逆變換。
13. 根據權利要求10至12之一所述的系統，其特徵在於，所述系統是基於OFDM或OFDMA的發送系統。
14. 一種用於為具有多個子栽波的信號產生減小信號的方法，該方法包括下列步驟-根據所述具有多個子載波的信號產生受限^"號(S);-根據所述受限信號為所述具有多個子載波的信號的未被使用的子載波確定係數(Ck);以及-根據所述係數生成減小信號(xn)，能夠將所述減小信號(xn)與所述具有多個子載波的信號組合以便獲得減小的信號。
全文摘要
本發明涉及用於為具有多個子載波的信號產生減小信號的裝置(400)，該裝置(400)包括限制器(402)，該限制器(402)被構造用於根據具有多個子載波的信號產生受限信號(S)；係數確定器(404)，該係數確定器(404)被構造用於根據所述受限信號為所述具有多個子載波的信號的未被使用的子載波確定係數(Ck)；以及信號發生器(406)，該信號發生器(406)被構造用於根據所述係數生成減小信號(Xn)，能夠將該減小信號(Xn)與所述信號組合以形成減小的信號。所述係數確定器被構造用於將受限信號投射到第k個基本公式(1)上。
文檔編號H04L27/26GK101601247SQ200780050028
公開日2009年12月9日 申請日期2007年10月24日 優先權日2006年11月16日
發明者B·哈斯勒, B·傑龍尼克, G·沃爾夫 申請人:諾基亞西門子通信有限責任兩合公司