技术领域
[0001] 本
申请涉及通信领域，尤其涉及一种空域削峰装置及方法。
背景技术
[0002] 随着5G发展，数据尤其是在高频领域，天线数量大幅度增加，基于大规模天线的波束成型和波束
跟踪是业界研究热点。不同于2G、3G或4G系统中应用的天线阵列，5G系统中采用大规模天线阵列。对于传统削峰而言，在4G系统以前，在天线数较少(4T以下)情况，只在时域操作；但当前5G系统的天线数大规模增加，天线数可以为16T、32T、…、128T。
[0003] 现有方案中，采用如图1所示的削峰装置对天线
信号进行削峰，该削峰装置中包含快速傅里叶变换(fast Fourier transform，FFT)模
块和快速傅里叶逆变换(inverse fast Fourier transform，IFFT)模块，将天线信号在频域进行削峰操作。
[0004] 现有方案中，需要在
子载波级别对天线信号进行削峰操作，系统时延高，并且系统功率消耗大。
发明内容
[0005] 本申请
实施例提供了一种空域削峰装置及方法，简化了空域削峰装置的结构，降低了系统时延，并降低了系统功耗。
[0006] 本申请第一方面提供了一种空域削峰装置，包括：噪声提取模块201、载波分离模块202、噪声投影模块203、噪声成型模块204、载波聚合模块205、对消模块206和时延模块207；该噪声提取模块201用于将原始信号超过
门限值的部分进行提取，并将提取到的噪声信号发送至所述载波分离模块202；该载波分离模块202将提取到的噪声信号分解到各个预置的子载波上，并将混合后的各个噪声信号发送至噪声投影模块203；该噪声投影模块203用于将混合后的各个噪声信号向对应的子载波内所有用户信道的公有噪声空间分别进行投影，并将投影后的噪声信号发送至噪声成型模块204；该噪声成型模块204用于对投影后的噪声信号进行
频谱约束，并将约束成型的噪声信号发送至载波聚合模块205；该载波聚合模块205用于将约束成型的噪声信号进行载波聚合，并将聚合后的噪声信号发送至对消模块206；该对消模块206用于将延时后的原始信号与聚合后的噪声信号进行对消；该时延模块207用于将原始信号进行延迟，并发送至对消模块206。本申请实施例中，取消了FFT模块和IFFT模块，简化了空域削峰装置的结构，降低了系统时延，并降低了系统功耗。
[0007] 在一种可能的设计中，在本申请实施例第一方面的第一种实现方式中，噪声投影模块203包括空域压缩单元2031、空域解压缩单元2032、对消单元2033和时延单元2034；该空域压缩单元2031的输入端、载波分离模块202的输出端与对消单元2033的输入端电连接，该空域压缩单元2031的输出端与空域解压缩单元2032的输入端电连接，该对消单元2033的第一输入端与空域解压缩单元2032的输出端电连接，该对消单元2033的第二输入端与时延单元2034电连接，该对消单元2033的输出端与噪声成型模块204的输入端电连接；该空域压缩单元2031用于通过一个M*N的矩阵将混合后的各个噪声信号在空间上从M维度压缩到N维度，M和N为正整数；该空域解压缩单元2032用于通过一个N*M的矩阵将压缩后的噪声信号在空间上从N维度解压回M维度；该对消单元2033用于将延时的原始信号与解压后的噪声信号进行对消；该时延单元2034用于将原始信号进行延时，得到延时的原始信号。本实现方式中，对噪声投影模块的具体结构组成进行了细化，通过对进行好的压缩、解压缩和对消，将噪声信号限制在公共的噪声空间中，减少载波的传播方向上的信号干扰。
[0008] 在一种可能的设计中，在本申请实施例第一方面的第二种实现方式中，载波分离模块202包括M个支路，每个支路包含一个第一
混频器2021和一个前置多级变速模块2022，该前置多级变速模块2022的级数为M/2，M为正整数；该第一混频器2021用于将提取到的噪声信号与预置的子载波进行相乘，得到第一混频信号；该前置多级变速模块2022用于对第一混频信号进行滤波并
抽取信号。本实现方式中，细化了载波分离模块的具体组成结构，完成对信号的载波分离，使得每个子载波工作在其1倍速率上。
[0009] 在一种可能的设计中，在本申请实施例第一方面的第二种实现方式中，载波聚合模块207包括一个加法器2071和M个支路，每个支路包含一个第二混频器2072和一个后置多级变速模块2073，后置多级变速模块2073的级数为M/2，M为正整数；该后置多级变速模块2073用于对约束成型的噪声信号进行信号内插并滤波；该第二混频器2072用于将滤波后的噪声信号与预置的子载波进行相乘，得到第二混频信号；该加法器2071用于将各个第二混频信号进行载波聚合。本实现方式中，细化了载波聚合模块的具体组成结构，完成对信号的载波聚合，使得最终合成的信号在高倍速率上。
[0010] 在一种可能的设计中，在本申请实施例第一方面的第二种实现方式中，前置多级变速模块2022的每一级包含一个低通
滤波器LPF20221和一个抽取器DECI20222；后置多级变速模块2053的每一级包含一个
低通滤波器LPF20531和一个
插入器INTERP20532。本实现方式中，对前置多级变速模块和后置多级变速模块的具体结构进行了细化，使得前置多级变速模块可以对信号进行滤波并抽取，后置多级变速模块可以对信号进行插入和滤波。
[0011] 在一种可能的设计中，在本申请实施例第一方面的第二种实现方式中，噪声提取模块201包括取模单元2011、峰值提取单元2012和第三混频器2013；该取模单元2011用于对原始信号取模值，得到原始信号的第一模值；该峰值提取单元2012用于计算峰值提取系数；该第三混频器2013用于将原始信号与峰值提取系数相乘。本实现方式中，对噪声提取模块的组成进行了详细说明，增加了本申请实施例的实现方式。
[0012] 在一种可能的设计中，在本申请实施例第一方面的第二种实现方式中，当第一模值大于预置的门限值时，峰值提取系数为1-Th/|x|，其中，Th为预置的门限值，|x|为第一模值；当第一模值小于或等于预置的门限值时，峰值提取系数为0。本实现方式中，对峰值提取系数的大小进行了限定，增加了本申请实施例的实现方式，在保证用户误差向量幅度或吞吐率不变的情况下，降低了峰均比。
[0013] 本申请第二方面提供了一种空域削峰方法，所述方法应用于如上述第一方面中任一实现方式中所述的空域削峰装置，所述方法包括：从原始信号中提取噪声信号；将噪声信号分解到各个载波上；将各个载波上的噪声信号进行空间投影；对投影后的噪声信号进行频谱约束；将约束成型后的噪声信号进行聚合；将延时后的原始信号与聚合后的噪声信号进行对消。
[0014] 本申请的第三方面提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质中存储有指令，当其在计算机上运行时，使得计算机执行上述第二方面所述的方法。
[0015] 本申请的第四方面提供了一种包含指令的
计算机程序产品，当其在计算机上运行时，使得计算机执行上述第二方面所述的方法。
[0016] 本申请实施例提供的技术方案中，空域削峰装置包括：噪声提取模块201、载波分离模块202、噪声投影模块203、噪声成型模块204、载波聚合模块205、对消模块206和时延模块207；该噪声提取模块201用于将原始信号超过门限值的部分进行提取，并将提取到的噪声信号发送至所述载波分离模块202；该载波分离模块202将提取到的噪声信号分解到各个预置的子载波上，并将混合后的各个噪声信号发送至噪声投影模块203；该噪声投影模块203用于将混合后的各个噪声信号向对应的子载波内所有用户信道的公有噪声空间分别进行投影，并将投影后的噪声信号发送至噪声成型模块204；该噪声成型模块204用于对投影后的噪声信号进行频谱约束，并将约束成型的噪声信号发送至载波聚合模块205；该载波聚合模块205用于将约束成型的噪声信号进行载波聚合，并将聚合后的噪声信号发送至对消模块206；该对消模块206用于将延时后的原始信号与聚合后的噪声信号进行对消；该时延模块207用于将原始信号进行延迟，并发送至对消模块206。本申请实施例中，取消了FFT模块和IFFT模块，简化了空域削峰装置的结构，降低了系统时延，并降低了系统功耗。
附图说明
[0017] 图1为现有方案中削峰装置的结构示意图；
[0018] 图2为本申请中空域削峰装置的一个实施例示意图；
[0019] 图3为本申请中噪声投影模块的一个结构示意图；
[0020] 图4为本申请中载波分离模块的一个结构示意图；
[0021] 图5为本申请中载波聚合模块的一个结构示意图；
[0022] 图6为本申请中噪声提取模块的一个结构示意图；
[0023] 图7为本申请中空域削峰方法的一个实施例示意图；
[0024] 图8为本申请空域削峰装置与现有方案中削峰装置的性能对比示意图。
具体实施方式
[0025] 本申请实施例提供了一种空域削峰装置及方法，简化了空域削峰装置的结构，降低了系统时延，并降低了系统功耗。
[0026] 下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。
[0027] 本申请文件中提及的“第一”或“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。此外，本申请文件中提及的“包括”或“具有”及其任何
变形，意图在于
覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或
电路的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或电路，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或电路。
[0028] 本申请应用于5G系统的低频大规模天线阵列(massive multiple input multiple output，Massive-MIMO)场景中，在该应用场景中，通过合并所有信道特性(即将所有信道估计矩阵进行平均)，并对应计算出所有信道公有的噪声空间，最终将削波噪声限制在公有噪声空间内部(例如，使用单位矩阵将上述合并信道特性的矩阵减去)，由于所有资源块(resource block，RB)进行的操作是相同的，因此不必针对每个RB进行单独操作，最终可以将频域操作转换为时域操作。
[0029] 现有方案中，通过大量的FFT模块和IFFT模块，对天线信号进行削峰操作，以提高系统的普适性。鲁棒性等性能，并降低系统的峰均比。但是大量的FFT模块和IFFT模块需要消耗大量的资源，系统的总时延高，功耗大。
[0030] 为了解决上述问题，本申请提供了一种空域削峰装置，请参阅图2，本申请实施例中空域削峰装置200的一个实施例包括：
[0031] 噪声提取模块201、载波分离模块202、噪声投影模块203、噪声成型模块204、载波聚合模块205、对消模块206和时延模块207；
[0032] 该噪声提取模块201用于将原始信号超过门限值的部分进行提取，并将提取到的噪声信号发送至所述载波分离模块202；
[0033] 该载波分离模块202将提取到的噪声信号分解到各个预置的子载波上，并将混合后的各个噪声信号发送至噪声投影模块203；
[0034] 该噪声投影模块203用于将混合后的各个噪声信号向对应的子载波内所有用户信道的公有噪声空间分别进行投影，并将投影后的噪声信号发送至噪声成型模块204；
[0035] 该噪声成型模块204用于对投影后的噪声信号进行频谱约束，并将约束成型的噪声信号发送至载波聚合模块205；
[0036] 该载波聚合模块205用于将约束成型的噪声信号进行载波聚合，并将聚合后的噪声信号发送至对消模块206；
[0037] 该对消模块206用于将延时后的原始信号与聚合后的噪声信号进行对消；
[0038] 该时延模块207用于将原始信号进行延迟，并发送至对消模块206。
[0039] 需要说明的是，本申请实施例中的空域削峰装置应用在完整的发射链路中，在空域削峰装置之前发射链路还包括依次连接的信道编码模块(Encoder)、数字调
制模块(Modulation)、层映射模块(Layer Mapper)、波束成型模块(Beamforming)、快速傅里叶逆变换模块(inverse fast fourier transform，IFFT)、数字上变频模块(digital up conversion，DUC)和信号变速率模块(signal rate change，SRC)；在空域削峰装置之后发射链路还包括依次连接传统削波模块(crest factor reduction，CFR)、
数字预失真模块(digital pre-distortion，DPD)、
数模转换器(digital analog conversion，DAC)和模拟链路(radio frequency，RF)。
[0040] 可以理解的是，本申请将空域削波装置放在时域上进行操作，时域可以数字时域，也可以模拟时域，具体此处不做限定。
[0041] 本申请实施例中，取消了FFT模块和IFFT模块，简化了空域削峰装置的结构，降低了系统时延，并降低了系统功耗。
[0042] 在一种可行的实现方式中，如图3所示，噪声投影模块203包括空域压缩单元2031、空域解压缩单元2032、对消单元2033和时延单元2034；
[0043] 该空域压缩单元2031的输入端、载波分离模块202的输出端与对消单元2033的输入端电连接，该空域压缩单元2031的输出端与空域解压缩单元2032的输入端电连接，该对消单元2033的第一输入端与空域解压缩单元2032的输出端电连接，该对消单元2033的第二输入端与时延单元2034电连接，该对消单元2033的输出端与噪声成型模块204的输入端电连接；
[0044] 该空域压缩单元2031用于通过一个M*N的矩阵将混合后的各个噪声信号在空间上从M维度压缩到N维度，M和N为正整数；
[0045] 该空域解压缩单元2032用于通过一个N*M的矩阵将压缩后的噪声信号在空间上从N维度解压回M维度；
[0046] 该对消单元2033用于将延时的原始信号与解压后的噪声信号进行对消；
[0047] 该时延单元2034用于将原始信号进行延时，得到延时的原始信号。
[0048] 可以理解的是，电连接可以是物理的直接电连接，也可以通过其他元件实现电学电连接，具体此处不做限定。
[0049] 本实现方式中，对噪声投影模块的具体结构组成进行了细化，通过对进行好的压缩、解压缩和对消，将噪声信号限制在公共的噪声空间中，减少载波的传播方向上的信号干扰。
[0050] 在一种可行的实现方式中，如图4所示，载波分离模块202包括M个支路，每个支路包含一个第一混频器2021和一个前置多级变速模块2022，该前置多级变速模块2022的级数为M/2，M为正整数；
[0051] 该第一混频器2021用于将提取到的噪声信号与预置的子载波进行相乘，得到第一混频信号；
[0052] 该前置多级变速模块2022用于对第一混频信号进行滤波并抽取信号。
[0053] 本实现方式中，细化了载波分离模块的具体组成结构，完成对信号的载波分离，使得每个子载波工作在其1倍速率上。
[0054] 在一种可行的实现方式中，如图5所示，载波聚合模块205包括一个加法器2051和M个支路，每个支路包含一个第二混频器2052和一个后置多级变速模块2053，后置多级变速模块2053的级数为M/2，M为正整数；
[0055] 该后置多级变速模块2053用于对约束成型的噪声信号进行信号内插并滤波；
[0056] 该第二混频器2052用于将滤波后的噪声信号与预置的子载波进行相乘，得到第二混频信号；
[0057] 该加法器2051用于将各个第二混频信号进行载波聚合。
[0058] 本实现方式中，细化了载波聚合模块的具体组成结构，完成对信号的载波聚合，使得最终合成的信号在高倍速率上。
[0059] 在一种可行的实现方式中，如图4或图5所示，前置多级变速模块2022的每一级包含一个低通滤波器(Low pass filter，LPF)20221和一个抽取器(decimation，DECI)20222；后置多级变速模块2053的每一级包含一个低通滤波器LPF20531和一个插入器(interpolation，INTERP)20532。
[0060] 本实现方式中，对前置多级变速模块和后置多级变速模块的具体结构进行了细化，使得前置多级变速模块可以对信号进行滤波并抽取，后置多级变速模块可以对信号进行插入和滤波。
[0061] 在一种可行的实现方式中，如图6所示，噪声提取模块201包括取模单元2011、峰值提取单元2012和第三混频器2013；
[0062] 该取模单元2011用于对原始信号取模值，得到原始信号的第一模值；
[0063] 该峰值提取单元2012用于计算峰值提取系数；
[0064] 该第三混频器2013用于将原始信号与峰值提取系数相乘。
[0065] 本实现方式中，对噪声提取模块的组成进行了详细说明，增加了本申请实施例的实现方式。
[0066] 在一种可行的实现方式中，如图6所示，
[0067] 当第一模值大于预置的门限值时，峰值提取系数为1-Th/|x|，其中，Th为预置的门限值，|x|为第一模值；当第一模值小于或等于预置的门限值时，峰值提取系数为0。
[0068] 需要说明的是，预置的门限值可以根据实际情况进行设置，具体此处不做限定。
[0069] 本实现方式中，对峰值提取系数的大小进行了限定，增加了本申请实施例的实现方式，在保证用户误差向量幅度(error vector magnitude，EVM)或吞吐率不变的情况下，降低了峰均比。
[0070] 请参阅图7，本申请实施例提供了空域削峰方法，应用在上述实施例及各个实现方式中涉及的空域削峰装置，包括：
[0071] 701、从原始信号中提取噪声信号。
[0072] 将原始信号超过预置的门限值的峰值提取出来。
[0073] 需要说明的是，通过取模单元对原始信号进行取模，得到第一模值，并根据预置的门限值和第一模值计算峰值提取系数；再根据峰值提取系数提取噪声信号。
[0074] 702、将噪声信号分解到各个载波上。
[0075] 需要说明的是，当提取到的噪声信号为多载波信号时，对提取到的信号进行下变频操作，将多载波信号分解到载波分离模块的各个支路上，并降低各个支路上的信号速率。具体的，通过第一混频器和前置的多级变速模块对各个支路上的信号进行信号滤波和信号提取。当提取到的噪声信号为单载波信号时，保留一个支路，其他支路进行屏蔽操作。
[0076] 703、将各个载波上的噪声信号进行空间投影。
[0077] 具体的，将提取的噪声信号向本载波内所有的用户信道的公共的噪声空间进行投影。
[0078] 需要说明的是，通过单位矩阵减去合并信道特性的矩阵，以使得将频域操作转换成时域操作。
[0079] 704、对投影后的噪声信号进行频谱约束。
[0080] 需要说明的是，投影后的噪声信号是不满足频谱模板的，需要通过成形滤波器完成对噪声信号的频谱约束。
[0081] 705、将约束成型后的噪声信号进行聚合。
[0082] 需要说明的是，当约束成型后的噪声信号为多载波信号时，对约束成型后的噪声信号进行上变频操作，提高各个支路上的信号速率，再将各个支路上的噪声信号合并为一路信号。具体的，通过第二混频器和后置的多级变速模块对各个支路上的信号进行信号信号内插和信号滤波。当约束成型后的噪声信号为单载波信号时，保留一个支路，其他支路进行屏蔽操作，具体此处不再赘述。
[0083] 706、将延时后的原始信号与聚合后的噪声信号进行对消。
[0084] 需要说明的是，将经过时延模块延时后的原始信号与聚合后的噪声信号进行对消。具体时延根据实际需要进行设置，此处不做限定。
[0085] 本申请实施例中，合并所有信道特性，并对应计算出所有信道公有的噪声空间，将削波噪声限制在公有噪声空间内部，由于所有资源块进行的操作是相同的，不必针对每个资源块进行单独操作，最终可以将频域操作转换为时域操作，大幅度降低空域削波的成本，功耗，传输时延。
[0086] 如图8所示，对本申请空域削波装置的性能和传统削波装置的性能进行比较分析。由于基站功放的峰顶能
力是固定的，所以削峰门限即是固定的，所以如果要推升更大的功率就会被削峰装置截掉更多的信号，导致UE侧接收的性能(如下载速率)大幅度降低，但通过本申请实施例提供的空域削波装置，尽管信号被削峰线大幅度截取，但是经过空域处理后，使得截取到的噪声信号分布到与信号无关的空间中，从而不影响UE的接收性能。如图8所示，可以看出同样用户设备UE侧的误差向量幅度EVM在3.5以内，使用本申请提供的空域削波装置后，削波性能有约2db提升。
[0087] 本申请实施例对比传统纯时域削波，在保证用户误差向量幅度或吞吐率不变的情况下，多削峰1-2db，即最终基站推出的功率可以增加1-2db，从而增加了基站的覆盖面积。
[0088] 可以理解的是，本申请实施例方法可以应用在上述实施例及各个实现方式中任一实现方式中所述的空域削峰装置。
[0089] 在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述模块的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个模块或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些
接口，装置或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
[0090] 所述作为分离部件说明的模块可以是或者也可以不是物理上分开的，作为模块显示的部件可以是或者也可以不是物理模块，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络模块上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。
[0091] 另外，在本申请各个实施例中的各功能模块可以集成在一个处理模块中，也可以是各个模块单独物理存在，也可以两个或两个以上模块集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用
硬件的形式实现，也可以采用
软件功能模块的形式实现。
[0092] 以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉
本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应所述以
权利要求的保护范围为准。
