专利名称：一种基于滑动窗峰值检测的削峰结构及削峰方法
技术领域：
本发明涉及在数字通信系统中一种重要的信号处理技术，削峰技术；特别涉及一种基于滑动窗峰值检测的削峰结构及削峰方法
背景技术：
在现代移动通信系统中，多用户以及多载波技术的应用会引起高峰均比(Peak Average Ratio,PAR)的问题。一方面，高峰均比会直接引起功放在峰值上的回退，直接影响功放的效率；另一方面，高峰均比会直接影响数字预失真(Digital Pre-Distortion, DPD) 的性能，从而影响功放的线性化。因此，为了提高功放效率，削峰技术显得尤为必要。目前比较常见的削峰技术有限幅类技术、编码类技术、概率类技术。但是由于编码类和概率类技术的计算复杂度太高，对于大部分实际通信系统中都不太适合。限幅类技术算法简单，常用的限幅类技术主要有两种噪声成形滤波技术和峰值抵消技术。其中噪声成形滤波方法是根据系统与设定的门限，将大于门限的所有信号直接消去，然后通过窄带滤波器进行过滤。该方法实现比较简单，但是该方法会造成比较严重的过削峰，恶化误差矢量幅度(Error VectorMagnitude,EVM)；而且该方法所涉及的窄带滤波器很浪费乘法器资源。峰值抵消方法，只针对过门限区间的最大值进行削峰处理，在一定程度上减少了过削峰；而且该方法利用冲击响应的特点，使用一个乘法器完成滤波器的功能大大节省了乘法器资源，特别适合应用于现场可编程门阵列(Filed Programmable Gate Array, FPGA)。但是传统的峰值抵消方法针对所有最大值进行处理，一定程度上还是会存在过削峰问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于滑动窗峰值检测的削峰结构及削峰方法。该方法在峰值抵消方法的基础上，采用一种动态滑动窗检测峰值的方法，针对不同制式中频数据，动态调整滑动窗长度，能够较好解决过削峰问题，改善EVM，而且实现简单，适用性强，资源占用较少。本发明基于滑动窗峰值检测的削峰结构，含有多级结构完全一样的消峰结构，且各级消峰结构与相邻级消峰结构采用直接级联的方式相连，即第一级消峰结构的输出端直接与第二级消峰结构的输入端相连，且每一级削峰结构完全一样，如图2所示，每一级削峰结构主要由以下几个模块构成幅度相位产生模块、正余弦查找表模块、滑动窗峰值检测模块、削峰单元(Carmel Plus Generator, CPG)分配及复用模块、削峰噪声产生模块，滤波器系数存储模块、噪声滤波模块、削峰输出模块，中频数据输入幅度相位产生模块，幅度相位产生模块分别与正余弦查找表模块和滑动窗峰值检测模块相连，削峰单元分配及复用模块与滑动窗峰值检测模块相连，削峰噪声产生模块分别与正余弦查找表模块、削峰单元分配及复用模块、噪声滤波模块相连，噪声滤波模块分别与滤波器系数存储模块和削峰输出模
4块相连。所述的滑动窗峰值检测模块主要包括以下模块过门限区间极大值检测模块、最大值搜索模块、延时模块、峰值标志产生模块，幅度相位产生模块输入端分别与过门限区间极大值检测模块和延时模块相连，过门限区间极大值检测模块与最大值搜索模块相连，峰值标志产生模块分别与延时模块、最大值搜索模块相连。一种基于滑动窗峰值检测的削峰方法，本方法采用多级结构完全一样的消峰结构，如图1所示，且各级消峰结构与相邻级消峰结构采用直接级联的方式相连，第一级消峰结构的削峰输出模块输出的低峰均比中频数据直接输入第二级消峰结构的幅度相位产生模块，以此类推，直到最后一级消峰结构，如图2所示，每一级削峰结构进行削峰步骤为原始中频数据(I、Q)经幅度相位产生模块计算得到幅度和相位，幅度进入滑动窗峰值检测模块，利用滑动窗检测方法按照峰值检测门限检测出最大值；相位进入正余弦查找表模块，得到中频数据(I、Q)对应的正余弦数据；滑动窗峰值检测模块将得到的最大值输入CPG分配及复用模块，CPG分配及复用模块含有多个CPG，CPG分配及复用模块将输入的最大值依次分配给多路CPG进行处理；CPG分配及复用模块得到的最大值在削峰噪声产生模块内与削峰门限作差，并与相对应的同步正余弦数据进行复数乘法运算得到削峰噪声数据；将削峰噪声数据与滤波器系数存储模块输出的滤波器系数数据相对应的进行同步乘法运算，并将各CPG通道得到的削峰噪声进行同步累加得到滤波后的削峰噪声；最终，削峰输出模块将原始中频数据I、原始中频数据Q数据经过相应的延时与削峰噪声同步相加即得到低峰均比中频数据。本发明进一步包括滑动窗峰值检测模块采用周期复位机制，也就是滑动窗峰值检测模块利用帧头作为握手信号，始终以帧头作为峰值检测的起始时刻，每次帧头到来，滑动窗峰值检测模块周期性自动复位，重新从帧头开始检测最大值，提高了系统的稳定性。本发明进一步包括CPG分配及复用模块中的多个CPG的通道采用复用机制，CPG分配及复用模块根据时钟与中频数据采样率的倍数，对多个CPG通道进行复用，尽可能的减少乘法器资源和存储器资源。本发明进一步包括检测门限与削峰门限采用梯度设置机制，设置检测门限值略高于削峰门限值，对于略高于门限值的峰值不予以处理，可以缓解CPG处理峰值的压力，进一步可以在一定程度上解决过削峰问题。本发明进一步包括滑动窗长度采用可调机制，利用滑动窗峰值检测模块检测出滑动窗长度内的最大值，并不是对所有峰值进行削峰处理，可以缓解CPG处理峰值的压力，同时在一定程度上解决过削峰问题；进一步可以根据输入数据的不同特性，灵活配置滑动窗长度，适应于不同制式的移动通信系统。本发明进一步包括削峰系数也就是滤波器系数采用即时更新机制，削峰系数即时更新，对于不同带宽的信号，随时更新相应的滤波器系数，可以使该发明更适用于不同制式的移动通信系统。本发明具有架构实现简单、资源少、适用性强和有利于系统稳定性的特点。此外依据本发明的基于滑动窗峰值检测的削峰方法，动态调整滑动窗长度，可以有效的解决过削峰问题，改善EVM。
图1为基于滑动窗峰值检测的多级消峰结构的框架示意图。图2为基于滑动窗峰值检测的一级削峰系统的框架示意图。图3为基于滑动窗峰值检测框架示意图。图4为基于滑动窗峰值检测中极大值检出示意图。图5为基于滑动窗峰值检测中最大值搜索过程示意图。
具体实施例方式下面结合附图对本发明的具体实施方式
作进一步说明。本发明可采用多级基于滑动窗峰值检测的削峰结构，且每一级削峰结构完全一样。如图2所示，每一级削峰结构主要由以下几个模块构成幅度相位产生模块、正余弦查找表模块、滑动窗峰值检测模块、削峰单元(Carmel Plus Generator, CPG)分配及复用模块、削峰噪声产生模块，滤波器系数存储模块、噪声滤波模块、削峰输出模块，中频数据输入幅度相位产生模块，幅度相位产生模块分别与正余弦查找表模块和滑动窗峰值检测模块相连，削峰单元分配及复用模块与滑动窗峰值检测模块相连，削峰噪声产生模块分别与正余弦查找表模块、削峰单元分配及复用模块、噪声滤波模块相连，噪声滤波模块分别与滤波器系数存储模块和削峰输出模块相连。一种基于滑动窗峰值检测的削峰方法，本方法采用多级基于滑动窗峰值检测的削峰结构。如图1所示，第一级消峰结构的削峰输出模块输出的低峰均比中频数据直接输入第二级消峰结构的幅度相位产生模块，以此类推，直到最后一级消峰结构，如图2所示，每一级削峰结构进行削峰步骤为原始中频数据(I、Q)经幅度相位产生模块计算得到幅度和相位，幅度进入滑动窗峰值检测模块，利用滑动窗检测方法按照峰值检测门限检测出最大值；相位进入正余弦查找表模块，得到中频数据(I、Q)对应的正余弦数据；滑动窗峰值检测模块将得到的最大值输入CPG分配及复用模块，CPG分配及复用模块含有多个CPG单元，CPG 分配及复用模块将输入的最大值依次分配给多路CPG进行处理；CPG分配及复用模块得到的最大值在削峰噪声产生模块内与削峰门限作差，并与相对应的同步正余弦数据进行复数乘法运算得到削峰噪声数据；将削峰噪声数据与滤波器系数存储模块输出的滤波器系数数据相对应的进行同步乘法运算，并将各CPG通道得到的削峰噪声进行同步累加得到滤波后的削峰噪声；最终，削峰输出模块将原始中频数据I、原始中频数据Q数据经过相应的延时与削峰噪声同步相加即得到低峰均比中频数据。本发明进一步包括滑动窗峰值检测模块采用周期复位机制，也就是滑动窗峰值检测模块利用帧头作为握手信号，始终以帧头作为峰值检测的起始时刻，每次帧头到来，滑动窗峰值检测模块周期性自动复位，重新从帧头开始检测最大值，提高了系统的稳定性。本发明进一步包括CPG分配及复用模块中的多个CPG的通道采用复用机制，CPG分配及复用模块根据时钟与中频数据采样率的倍数，对多个CPG通道进行复用，尽可能的减少乘法器资源和存储器资源。本发明进一步包括检测门限与削峰门限采用梯度设置机制，设置检测门限值略高于削峰门限值，对于略高于门限值的峰值不予以处理，可以缓解CPG处理峰值的压力，进一步可以在一定程度上解决过削峰问题。
本发明进一步包括滑动窗长度采用可调机制，利用滑动窗峰值检测模块检测出滑动窗长度内的最大值，并不是对所有峰值进行削峰处理，可以缓解CPG处理峰值的压力，同时在一定程度上解决过削峰问题；进一步可以根据输入数据的不同特性，灵活配置滑动窗长度，适应于不同制式的移动通信系统。本发明进一步包括削峰系数也就是滤波器系数采用即时更新机制，削峰系数即时更新，对于不同带宽的信号，随时更新相应的滤波器系数，可以使该发明更适用于不同制式的移动通信系统。如图1所示，幅度相位产生模块主要完成原始中频I、Q数据的幅度和相位的计算。 该模块采用坐标旋转的方法，计算信号的幅度和相位，可以在保证所需精度的前提下，很大程度上节省乘法器资源。其中幅度二 ■ 'J；,相位phase = atar^Q/I)；其中 I表示I路数据，Q表示Q路数据，Hiagdata表示中频I、Q数据的幅度，phase表示中频I、Q数据的相位。如图2所示，正余弦查找表模块主要完成原始中频I、Q数据对应相位的正余弦输出，该模块采用查找表的方法节省乘法器资源。如图2所示，滑动窗峰值检测模块主要完成最大值检出的功能。如图3所示，滑动窗峰值检测模块主要包括以下模块过门限区间极大值检测模块、最大值搜索模块、延时模块、峰值标志产生模块，幅度相位产生模块输入端分别与过门限区间极大值检测模块和延时模块相连，过门限区间极大值检测模块与最大值搜索模块相连，峰值标志产生模块分别与延时模块、最大值搜索模块相连。如图3所示，过门限区间极大值检测模块主要完成过门限区间极大值检出功能。 具体过程如图3所示，峰值检测门限为G1，假设当前样点幅度为Hiagdatal，前一样点幅度为 ma^dayaO' 下一样点幅度为如果 magdatal > magdata2 > Gl, magdatal > magdata0 > Gl 贝Ij 判定当前样点为极大值点。如图4所示，A，B, C三点均为极大值点。如图3所示，最大值搜索模块主要完成最大值的检出功能。具体过程如图5所示， 假设滑动窗长度为Li，以帧头为搜索起始位置，假设A点为搜索到的第一个极大值点，滑动窗Ll起始点移动到A点。继续向前搜索，在滑动窗内没有发现极大值点，则在滑动窗Ll终点时刻输出最大值A。继续向前搜索到极大值点B，滑动窗Ll起始点移动到B点，继续向前到极大值C点，由于C点在滑动窗Ll内，且C点幅度< B点幅度，则舍弃C点，继续向前，直到滑动窗Ll终点时刻，没有发现极大值，输出此次搜索出的最大值B。继续向前搜索到极大值D点，滑动窗Ll起始点移动到D点，继续向前到极大值E点，由于E点在滑动窗Ll内，且 E点幅度> D点幅度，则舍弃D点，滑动窗Ll起始点移动到E点，继续向前到极大值点F，由于F点在滑动窗Ll内，且F点幅度< E点幅度，则舍弃F点，继续向前，直到滑动窗Ll终点时刻，没有发现极大值，输出此次搜索出的最大值E。重复上述过程，最终输出最大值序列。如图3所示，将原幅度数据经过DELAY模块，在峰值标志产生模块与最大值搜索模块输出地最大值序列比较，就能产生相对应的峰值标志。其中，如图5所示，由最大值搜索过程可知DELAY模块的延时是固定的，固定等于滑动窗长度Li。如图2所示，CPG分配及复用模块主要完成依次为待处理的最大值进行CPG的分配，并且进行并串转换。假设削峰滤波器长度为L，时钟与采样率的倍数为N，CPG的个数为 M*N。对于CPG分配，由于对滤波器对每个数据的处理时间为L，因此一定要保证每一个CPG单元前后分配的两个最大值点的间隔要大于滤波器长度L ；对于CPG复用，每N个CPG可以并串转换为1路，复用1路削峰处理所占用的资源；那么M*N个CPG可以并串转换为M路， 与复用前的M*N路相比节省了很多乘法器资源。如图2所示，削峰噪声产生模块主要完成各路CPG通道削峰噪声的产生。将搜索出的最大值幅度与削峰门限作差，并且将正余弦输出经过时延与差值同步进行复数乘法， 得到削峰噪声的I、Q两路数据。如图2所示，噪声滤波模块主要完成对削峰噪声的滤波以及各路CPG通道削峰噪声的求和功能。噪声滤波模块利用冲击响应的特点，用一个复数乘法器代替滤波器完成滤波功能。具体的过程如下假设滤波器阶数为L，待处理的最大值A点对应的削峰噪声为 NA，则直接用NA与滤波器系数直接进行复数乘法即可，可以看出每个最大值滤波器处理时间为滤波器阶数L。滤波器输出与源数据相比有一个固定的时延，即L/2。如图2所示，削峰模块主要完成最终低峰均比中频数据的输出功能。将原始中频数据经过一定的延时模块，与滤波后的削峰噪声进行相加得到低峰均比中频数据。综上所述，本发明具有架构实现简单、资源少、适用性强和有利于系统稳定性的特点。此外依据本发明的基于滑动窗峰值检测的削峰方法，可以有效的解决过削峰问题，改善 EVM。本发明的上述实例仅仅为说明本发明的方法实现，任何熟悉该技术的人在本发明所揭露的技术范围内，都可轻易想到其变化和替换，因此本发明保护范围都应涵盖在由权利要求书所限定的保护范围之内。
权利要求
1.基于滑动窗峰值检测的削峰结构，含有多级结构完全一样的消峰结构，且各级消峰结构与相邻级消峰结构采用直接级联的方式相连，其特征在于每一级削峰结构主要由以下几个模块构成幅度相位产生模块、正余弦查找表模块、滑动窗峰值检测模块、削峰单元分配及复用模块、削峰噪声产生模块，滤波器系数存储模块、噪声滤波模块、削峰输出模块， 中频数据输入幅度相位产生模块，幅度相位产生模块分别与正余弦查找表模块和滑动窗峰值检测模块相连，削峰单元分配及复用模块与滑动窗峰值检测模块相连，削峰噪声产生模块分别与正余弦查找表模块、削峰单元分配及复用模块、噪声滤波模块相连，噪声滤波模块分别与滤波器系数存储模块和削峰输出模块相连。
2.根据权利要求1所述的基于滑动窗峰值检测的削峰结构，其特征在于所述的滑动窗峰值检测模块主要包括以下模块过门限区间极大值检测模块、最大值搜索模块、延时模块、峰值标志产生模块，幅度相位产生模块输入端分别与过门限区间极大值检测模块和延时模块相连，过门限区间极大值检测模块与最大值搜索模块相连，峰值标志产生模块分别与延时模块、最大值搜索模块相连。
3.一种基于滑动窗峰值检测的削峰方法，本方法采用多级结构完全一样的消峰结构， 且各级消峰结构与相邻级消峰结构采用直接级联的方式相连，第一级消峰结构的削峰输出模块输出的低峰均比中频数据直接输入第二级消峰结构的幅度相位产生模块，以此类推， 直到最后一级消峰结构；其特征在于每一级削峰结构进行削峰步骤为原始中频数据(I、 Q)经幅度相位产生模块计算得到幅度和相位，幅度进入滑动窗峰值检测模块，利用滑动窗检测方法按照峰值检测门限检测出最大值；相位进入正余弦查找表模块，得到中频数据 (I、Q)对应的正余弦数据；滑动窗峰值检测模块将得到的最大值输入CPG分配及复用模块， CPG分配及复用模块含有多个CPG，CPG分配及复用模块将输入的最大值依次分配给多路 CPG进行处理；CPG分配及复用模块得到的最大值在削峰噪声产生模块内与削峰门限作差， 并与相对应的同步正余弦数据进行复数乘法运算得到削峰噪声数据；将削峰噪声数据与滤波器系数存储模块输出的滤波器系数数据相对应的进行同步乘法运算，并将各CPG通道得到的削峰噪声进行同步累加得到滤波后的削峰噪声；最终，削峰输出模块将原始中频数据 I、原始中频数据Q数据经过相应的延时与削峰噪声同步相加得到低峰均比中频数据。
4.根据权利要求3所述的基于滑动窗峰值检测的削峰方法，其特征在于所述的滑动窗峰值检测模块采用周期复位机制，也就是滑动窗峰值检测模块利用帧头作为握手信号， 始终以帧头作为峰值检测的起始时刻，每次帧头到来，滑动窗峰值检测模块周期性自动复位，重新从帧头开始检测最大值。
5.根据权利要求3所述的基于滑动窗峰值检测的削峰方法，其特征在于所述的CPG 分配及复用模块中的多个CPG的通道采用复用机制，CPG分配及复用模块根据时钟与中频数据采样率的倍数，对多个CPG通道进行复用。
6.根据权利要求3所述的基于滑动窗峰值检测的削峰方法，其特征在于所述的检测门限与削峰门限采用梯度设置机制，设置检测门限值略高于削峰门限值，对于略高于门限值的峰值不予以处理。
7.根据权利要求3所述的基于滑动窗峰值检测的削峰方法，其特征在于滑动窗长度采用可调机制，利用滑动窗峰值检测模块检测出滑动窗长度内的最大值。
8.根据权利要求3所述的基于滑动窗峰值检测的削峰方法，其特征在于所述的削峰系数也就是滤波器系数采用即时更新机制。
全文摘要
本发明涉及一种基于滑动窗峰值检测的削峰结构及削峰方法，本结构采用多级结构完全一样的消峰结构，且各级消峰结构与相邻级消峰结构采用直接级联的方式相连。本方法采用多级结构完全一样的消峰结构，第一级消峰结构的削峰输出模块输出的低峰均比中频数据直接输入第二级消峰结构的幅度相位产生模块，以此类推，直到最后一级消峰结构。本发明实现简单，适用性强，资源占用较少，并且能够较好解决过削峰问题，改善EVM。
文档编号H04L27/26GK102170416SQ20101060547
公开日2011年8月31日 申请日期2010年12月27日 优先权日2010年12月27日
发明者周世军, 曹雨, 杜仲, 江浩洋, 陈付齐 申请人:武汉邮电科学研究院