一种用于多频数字通信系统的波峰因子降低控制方法技术方案

一种用于多频数字通信系统的波峰因子降低(CFR)控制方法，综合所有输入频段信号的特征获取多维动态削峰因子，各频段信号独立使用多维削峰因子进行信号削峰处理。根据输入的多频数字信号计算动态均方根值，并结合限幅率配置计算动态削峰阈值；依据动态阈值及多频信号模和进行峰值判断和计算得到多维硬削峰因子；多维硬削峰因子经窗函数和FIR滤波器后得到多维平滑削峰因子；各频段数字信号与多维平滑削峰因子相乘得到削峰后信号，经合路得到削峰后的多频合路信号。本发明专利技术用于解决多频段支通信系统的波峰因子降低控制需求，能够实现多频段信号的削峰处理并避免过欠削峰现象，可在一定程度上解决多频数字通信系统射频放大器的线性度和效率问题。

A control method for wave peak factor reduction for multi frequency digital communication systems

A wave crest factor reduction (CFR) control method for multifrequency digital communication system is proposed. The multidimensional dynamic clipping factor is obtained from the characteristics of all input frequency bands, and the peak clipping of each frequency band is processed independently using multidimensional clipping factor. The RMS value is calculated according to the dynamic multi frequency digital signal input, and combined with the rate limiting configuration calculation of dynamic peak threshold; on the basis of dynamic threshold and multi frequency signal mode and peak value judgment and calculated the multidimensional hard peak clipping factor; multidimensional hard peak factor by the window function and the FIR filter is obtained after smoothing multidimensional peak factor the band; digital signal and multi peak smoothing factor multiplication by peak signal, the obtained multi frequency peak after the combined signal. The invention is used to solve the demand of wave factor reduction in multi band branch communication system, realize the peak clipping of multi band signals and avoid over peak clipping phenomenon, and solve the problem of linearity and efficiency of radio frequency amplifier of multi frequency digital communication system to a certain extent.

【技术实现步骤摘要】
一种用于多频数字通信系统的波峰因子降低控制方法
本专利技术涉及一种用于多频数字通信系统的波峰因子降低控制方法，属于数字通信

技术介绍
随着移动通信技术的不断发展，不断有新的标准被提出和应用，多种通信标准和通信制式将在相当长的一段时间内共存，这也使得具有融合、灵活特点的多通信标准支持的集成通信系统成为研究趋势和热点。多标准多制式支持的集成通信系统可以实现通信设施及网络的共享共建，缩短建设工期，统筹网络设施，在一定程度上降低系统的资本支出(CapitalExpenditures，CAPEX)和运行支出(OperatingExpenditures，OPEX)。在多服务制式支持通信系统中，既要满足高数据传输速率要求，同时需要满足各通信标准对射频发射机越来越严格的线性度和灵活性的要求。当前的3G和4G通信标准采用复杂的调制方式通过多载波实现高速率数据传输，比如宽带码分多址接入(WidebandCode-divisionMultipleAccess，WCDMA)和长期演进(Long-TermEvolution，LTE)技术，然而WCDMA和LTE信号为非恒定包络，具有较大的峰均比(Peak-to-AveragePowerRatio，PAPR)，这将加剧射频PA效率和线性度之间的矛盾。研究指出，AB类放大器的效率在5-10％左右，但合理的线性度处理方法可以使其效率提高到60％左右。PA效率和线性度的处理不当将会给通信系统的性能和成本带来很大的不利。在对于多服务制式支持的集成通信系统，射频PA的效率和线性处理将更加复杂。而波峰因子降低(CrestFactorReduction，CFR)是一种有效降低信号高PAPR技术从而减少PA的回退提高PA效率。当前的CFR控制方法主要针对单频段信号(简称1D-CFR)，而1D-CFR技术在双波段或多波段发射机中的直接效果不佳，由于未综合考虑所有输入频段的信号特征，经1D-CFR削峰后的单路信号在合路后易出现削峰不足或过度削峰问题，无法有效的解决多服务频段支持通信系统射频放大器的线性度和效率问题。当前已有针对多频段信号或宽频信号的CFR控制方法，一些控制方法采用单路削峰再合路方法，各信号频段之间的削峰处理相互独立，没有考虑各频段信号综合特征，导致合路后的信号存在过削峰或削峰不足问题；一些方法虽然考虑了各频段信号的综合特征，但往往通过经验预估给定削峰阈值，未结合输入信号的实时动态特征，仍存在过削峰或削峰不足问题，导致通信系统矢量误差(ErrorVectorMagnitude，EVM)和邻近信号泄露比(AdjacentChannelLeakageRatio，ACLR)等性能参数恶化。
技术实现思路
本专利技术解决的技术问题为：针对1D-CFR及当前已有多频CFR存在的过削峰和削峰不足问题，实现了一种用于多频数字通信系统的波峰因子降低方法，该方法采用动态削峰阈值和多维削峰阈值策略，解决了在多频段服务支持下通信系统波峰因子降低控制存在的削峰不足或过削峰问题，本专利技术的实现流程及原理如图附图1和2所示。本专利技术解决的技术方案为：一种用于多频数字通信系统的波峰因子降低方法，步骤如下：(1)根据输入多频数字通信系统的多频数字信号在一段时间内的动态均方根值RMSMN和根据多频数字通信系统要求配置的限幅率CR，计算动态削峰阈值A；所述一段时间为M个信号样点所持续的时间，并用N表示所输入的信号频段数；(2)计算输入多频数字通信系统的多频数字信号在第m个样点时刻的功率电平模和Psum(m)，查找功率电平的极大模值xmax(m)和极小模值xmin(m)并计算极大模值和极小模值绝对差值xd(m)；(3)根据步骤(1)中得到的动态削峰阈值A及步骤(2)得到的功率Psum(m)进行峰值对比并得出多频信号的各频段在多频段条件下的多维硬削峰因子c(m,n)，用n表示输入的多频信号中的第n个频段信号；(4)步骤(3)中得到的多维硬削峰因子c(m,n)经过窗函数和FIR滤波器后得到平滑的多维平滑削峰因子b(m,n)；(5)输入的多频信号中的各频段数字信号x(m,n)与步骤(4)的多维平滑削峰因子b(m,n)相乘得到平滑的限幅信号，经所有频段信号合路后得到多频限幅信号youi，从而实现多频段信号波峰因子降低控制。本专利技术与现有技术相比的优点在于：(1)本专利技术中的动态均方根值RMSMN由所有频段信号功率电平值综合计算所得，能够更准确的反应综合信号的特征；(2)本专利技术通过动态均方根值RMSMN和限幅率CR计算动态波峰检测阈值A，不同信号段根据本段信号的实时特征计算削峰阈值，能够更准确的实现削峰；(3)本专利技术根据所有频段信号在M个样点内的动态均方根值来计算动态削峰阈值，每个样点时刻的削峰阈值都由该时刻各频段信号的综合特征确定，可以确保各频段信号在得到合适削峰处理的同时避免合路信号出现欠削峰或过削峰现象(4)本专利技术对输入信号功率的比重，本专利技术设计了频段功率权重系数λn，可根据频段信号的重要性配置相应的λn来实现信号功率的权重配置；(5)本专利技术基于动态削峰阈值和多频信号综合特征的多维削峰因子设计方案使本专利技术设计的波峰因子降低控制方法在实现对多频段信号合理削峰的同时避免合路信号过削峰和欠削峰现象。附图说明图1为本专利技术的方法流程图；图2为本专利技术的实现原理框图；图3为本专利技术基于3种不同LTE信号进行仿真的原理框图；图4为本专利技术对输入信号为LTEFDDTM2和TM3混合下行信号的仿真效果图：其中，图4(a)是仿真信号经1D-CFR和本专利技术设计的多频CFR后的仿真效果图；图4(b)是仿真信号经1D-CFR和本专利技术设计的多频CFR后概率分布函数(ComplementaryCumulativeDistributionFunction,CDF)分布图；图4(c)是LTEFDDTM2和TM3混合下行仿真信号在不同CR下的CDF分布图。图5为本专利技术对输入信号为LTETDDTM2和TM3混合下行信号的仿真效果图：其中，图5(a)是仿真信号经1D-CFR和本专利技术设计的多频CFR后的仿真效果图；图5(b)是仿真信号经1D-CFR和本专利技术设计的多频CFR后的CDF分布图；图5(c)是LTETDDTM2和TM3混合下行仿真信号在不同CR下的CDF分布图。具体实施方式本专利技术的基本思路为：一种用于多频数字通信系统的波峰因子降低控制方法，综合所有输入频段信号的特征在数字中频域获取多维动态削峰因子，在各频段独立使用多维削峰因子实现信号削峰处理同时避免合路后信号过削峰和欠削峰现象。根据输入的多频数字信号计算动态均方根值，并结合限幅率配置值计算动态削峰阈值；根据输入的多频数字信号计算多频信号功率电平模和；根据输入的多频数字信号查找多频信号功率电平的极大模值和极小模值；多频信号峰值检测，并依据动态阈值及多频信号模和进行峰值判断，从而得出多维硬削峰因子：如果峰值小于等于阈值，直接得出此条件下的削峰因子，如果峰值大于阈值，根据极大值与极小值的绝对差值、信号是否是极值进行削峰因子确定与计算，依据各条件下的削峰因子得到多维硬削峰因子；在获得硬削峰因子下，结合窗函数和FIR滤波器得到平滑后的多维平滑削峰因子；各频段数字信号与平滑削峰因子相乘得到削峰后信号；最后进行信号合路得到削本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于多频数字通信系统的波峰因子降低控制方法，其特征在于包括以下步骤：(1)根据输入多频数字通信系统的多频数字信号在一段时间内的动态均方根值RMSMN和根据多频数字通信系统要求配置的限幅率CR，计算动态削峰阈值A；所述一段时间为M个信号样点所持续的时间，并用N表示所输入的信号频段数；(2)计算输入多频数字通信系统的多频数字信号在第m个样点时刻的功率电平模和Psum(m)，查找功率电平的极大模值xmax(m)和极小模值xmin(m)并计算极大模值和极小模值绝对差值xd(m)；(3)根据步骤(1)中得到的动态削峰阈值A及步骤(2)得到的功率Psum(m)进行峰值对比并得出多频信号的各频段在多频段条件下的多维硬削峰因子c(m,n)，用n表示输入的多频信号中的第n个频段信号；(4)步骤(3)中得到的多维硬削峰因子c(m,n)经过窗函数和FIR滤波器后得到平滑的多维平滑削峰因子b(m,n)；(5)输入的多频信号中的各频段数字信号x(m,n)与步骤(4)的多维平滑削峰因子b(m,n)相乘得到平滑的限幅信号，经所有频段信号合路后得到多频限幅信号youi，从而实现多频段信号波峰因子降低控制。

【技术特征摘要】
1.一种用于多频数字通信系统的波峰因子降低控制方法，其特征在于包括以下步骤：(1)根据输入多频数字通信系统的多频数字信号在一段时间内的动态均方根值RMSMN和根据多频数字通信系统要求配置的限幅率CR，计算动态削峰阈值A；所述一段时间为M个信号样点所持续的时间，并用N表示所输入的信号频段数；(2)计算输入多频数字通信系统的多频数字信号在第m个样点时刻的功率电平模和Psum(m)，查找功率电平的极大模值xmax(m)和极小模值xmin(m)并计算极大模值和极小模值绝对差值xd(m)；(3)根据步骤(1)中得到的动态削峰阈值A及步骤(2)得到的功率Psum(m)进行峰值对比并得出多频信号的各频段在多频段条件下的多维硬削峰因子c(m,n)，用n表示输入的多频信号中的第n个频段信号；(4)步骤(3)中得到的多维硬削峰因子c(m,n)经过窗函数和FIR滤波器后得到平滑的多维平滑削峰因子b(m,n)；(5)输入的多频信号中的各频段数字信号x(m,n)与步骤(4)的多维平滑削峰因子b(m,n)相乘得到平滑的限幅信号，经所有频段信号合路后得到多频限幅信号youi，从而实现多频段信号波峰因子降低控制。2.根据权利要求1所述的一种用于多频数字通信系统的波峰因子降低控制方法，其特征在于：所述步骤(1)计算动态削峰阈值A具体方法为：其中，M：参与计算动态均方根值的样点数；N：输入的多频信号频段数；λn：第n个服务频段信号的功率权重系数；CR：限幅率；xm(n)：第m个样点时刻第n个信号频段所对应的信号功率电平值。3.根据权利要求1所述的一种用于多频数字通信系统的波峰因子降低控制方法，其特征在于：所述步骤(2)计算输入多频数字信号在第m个样点时刻的功率电平模和Psum(m)，功率电平的极大模值xmax(m)、极小模值xmin(m)，极大值和极小值差值xd(m)，具体方法为：Psum(m)按以下公式计算，矩阵λ为功率权重系数矩阵，λ＝[λ1,λ2,....λN]T，λn对应第n个频段信号的功率权重系数，且矩阵X为所有频段信号在样点m时刻对应功率电平模值组成的矩阵，X＝[|xm(1)|,|xm(2)|,....|xm(N)|]，|xm(n)|为第n个服务频段在样点m时刻的功率电平模值，n＝1,2,…,N；功率电平的极大模值xmax(m)、极小模值xmin(m)，极大模值和极小模值绝对差值xd(m)按以下公式计算，其中，Psum(m)：第m个样点时刻所有频段信号的功率电平模和；xmax(m)：第m个样点时刻所有频段信号中功...

【专利技术属性】
技术研发人员：王杰，赵书伦，门吉卓，管恩义，姚宜东，李文，
申请(专利权)人：北京航天控制仪器研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11