技术领域
[0001] 本
发明涉及峰值功率降低，并且尤其涉及选择性峰值功率降低。
背景技术
[0002]
峰均功率比（PAPR）是当放大给定输入
信号以提供放大的
输出信号时，功率
放大器提供的瞬时峰值功率相对于
平均功率的测量值。PAPR对于放大器效率具有影响，其是便携式通信系统的不变的重要属性，该便携式通信系统依赖于
电池电源。较高效的放大器比较低效的放大器需要更少的
能量来将给定信号放大到某个
水平。通常，较低的PAPR能够实现较高的放大器效率，而较高的PAPR导致较低的放大器效率。因而，设计者总是试图构造导致较低PAPR的更高效的通信系统。
[0003] 通信系统的PAPR通常是由
功率放大器放大的
输入信号的函数。输入信号的峰值和平均幅度与功率放大器放大输入信号时提供的瞬时峰值功率和平均功率相关。因此，认为相对于总平均幅度而在幅度上具有相对高的瞬时峰值的输入信号是高PAPR信号，而认为相对于总平均幅度而在幅度上具有相对低的瞬时峰值的输入信号是低PAPR信号。输入信号的峰值和平均幅度通常是如何调制输入信号的函数。
[0004] 现代通信系统中采用的典型调制方案包括频分多址（FDMA）、包括
正交频分多址（OFDM）；码分多址（CDMA）；以及时分多址（TDMA）方案。诸如第三代合作伙伴计划（3GPP）长期演进（LTE）标准和
微波存取全球互通（WiMAX）标准之类的OFDM系统采用多个独立调制的
子载波，这可能导致高PAPR。类似于OFDM系统，诸如通用移动电信系统（UMTS）之类的CDMA系统采用扩频调制并且也被认为具有高PAPR。诸如全球移动通信系统（GSM）之类的TDMA系统采用恒定功率包络，并且因此具有非常低的PAPR。GSM增强型
数据速率演进（EDGE）是非恒定包络并且关于PAPR而通常位于GSM和CDMA/OFDMA系统之间。对于具有相对高的PAPR的系统而言，已经采用技术来在放大之前降低经调制的输入信号的峰值幅度，以努
力降低相关联的PAPR，并且作为结果，所述技术可以增加功率放大器的效率。
[0005] 示例性PAPR降低技术涉及使给定输入信号（仅根据单个调制方案对其进行了调制）失真以有效地降低超过给定
阈值的那些峰值。在放大之前，移除超过给定阈值的输入信号的峰值或对其进行
限幅，以形成限幅信号。从输入信号中减去限幅信号以形成失真信号，随后处理该失真信号并且将其应用于输入信号的整体以导致峰值降低。将衰减的失真信号应用于输入信号有效地降低了超过给定阈值期望量的那些峰值。已经证明该PAPR降低技术和其他PAPR降低技术在应用于仅根据单个调制方案被调制的信号时是相对成功的。
[0006] 然而，现在需要某些通信系统同时处理使用不同调制方案的信号。随着从依赖于CDMA和TDMA方案的第二代（2G/2.5G）和第三代（3G）网络向依赖于OFDM方案的第四代（4G）网络的演进，通信系统经常需要同时支持CDMA和OFDM方案、TDMA和OFDM方案或可能的CDMA、TDMA和OFDM方案的组合。不幸的是，当组合来自于不同调制方案的不同信号时，与组合输入信号相关联的PAPR可能显著增加。即使将相应的PAPR降低技术在组合各个信号之前单独地应用于不同信号中的每个信号，组合输入信号仍将具有不期望的PAPR。当OFDM信号与TDMA或CDMA信号组合时尤其是这种情况。而且，将现有的PAPR技术应用于此类组合信号已经被证明是无效的，这主要是因为组合信号中不同类型的信号需要不同的PAPR技术，或者一个类型的信号无法容忍另一类型信号所需的PAPR技术。
[0007] 因而，存在对用于降低与组合信号相关联的PAPR的有效且高效技术的需要，其中组合信号包括使用不同调制方案生成的两个或更多信号。
发明内容
[0008] 本发明提供用于降低组合信号的峰值功率的技术，该组合信号具有第一调制类型的第一信号和第二调制类型的第二信号。基于该组合信号，确定峰值降低失真。配置峰值降低失真，使得如果应用于该组合信号的整体，则将降低贯穿该组合信号的过量峰值。然而，代替应用峰值降低失真的整体，将峰值降低失真的所选部分应用于组合信号的相应部分以降低组合信号的峰值功率。
[0009] 在一个实施方式中，第一信号驻留在第一频带中并且第二信号驻留在组合信号的第二频带中。第一频带与第二频带间隔分开。基于总组合信号内超过给定阈值的峰值来生成组合信号的峰值降低失真。因此，峰值降低失真在至少第一频带和第二频带中具有谱分量。从峰值降低失真中选择处于第一频带内的那些谱分量，并且那些谱分量表示峰值降低失真的所选部分。将峰值降低失真的所选部分应用于第一频带中的组合信号，以有效地降低组合信号中超过给定阈值的那些峰值。如果峰值降低失真的第二频带中的谱分量没有应用于或至多最低限度地应用于第二频带中的组合信号，则第二信号至多受到最低限度的影响。
[0010] 在结合
附图阅读优选实施方式的以下详细描述之后，本领域技术人员将理解本发明的范围并且认识到其附加的方面。
附图说明
[0011] 合并于本
说明书中并且形成本说明书一部分的附图示出了本发明的几个方面，并且附图与描述一起用于解释本发明的原理。
[0012] 图1是根据本发明一个实施方式的通信设备的传输路径的
框图。
[0013] 图2是根据本发明一个实施方式的示例性峰值功率降低函数的框图。
[0014] 图3A示出了根据本发明一个实施方式的组合输入信号的
频谱。
[0015] 图3B示出了根据本发明一个实施方式的峰值信号的频谱。
[0016] 图3C示出了根据本发明一个实施方式的失真选择
滤波器的传递函数。
[0017] 图3D示出了根据本发明一个实施方式的选择性失真信号的频谱。
[0018] 图4是示出了根据本发明一个实施方式的、组合输入信号以及组合输入信号和组合输入信号的组合输出信号之间的差的
功率谱密度的图，其中组合输入信号包括LTE信号和GSM信号。
[0019] 图5是示出了根据本发明一个实施方式的、组合输入信号以及组合输入信号和组合输入信号的组合输出信号之间的差的功率谱密度的图，其中组合输入信号包括CDAM信号和LTE信号。
[0020] 图6示出了根据本发明一个实施方式的、组合输入信号和组合输出信号两者的时域响应。
[0021] 图7是根据本发明的替代实施方式的、通信设备的传输路径的一部分的框图。
具体实施方式
[0022] 以下记载的实施方式表示使本领域技术人员能够实现本发明的必要信息并且示出了实施本发明的最佳模式。在阅读根据附图的以下描述时，本领域技术人员将理解本发明的概念并将认识到没有在此特别阐述的这些概念的应用。应该理解，这些概念和应用落在本公开和附图的范围内。
[0023] 本发明提供用于降低组合信号的峰值功率的技术，该组合信号具有第一调制类型的第一信号和第二调制类型的第二信号。基于该组合信号，确定峰值降低失真。配置峰值降低失真，使得当应用于该组合信号的整体时，将降低贯穿该组合信号的过量峰值。代替应用峰值降低失真的整体，将峰值降低失真的所选部分应用于组合信号的相应部分以降低组合信号的峰值功率。
[0024] 在一个实施方式中，第一信号驻留在第一频带中并且第二信号驻留在组合信号的第二频带中。第一频带与第二频带间隔分开。基于总组合输入信号内超过给定阈值的峰值来生成组合信号的峰值降低失真。因此，峰值降低失真在至少第一频带和第二频带中具有谱分量。从峰值降低失真中选择处于第一频带内的那些谱分量，并且那些谱分量表示峰值降低失真的所选部分。将峰值降低失真的所选部分应用于第一频带中的组合信号，以有效地降低组合信号中超过给定阈值的那些峰值。如果峰值降低失真的第二频带中的谱分量没有应用于或至多最低限度地应用于第二频带中的组合信号，则第二信号至多受到最低限度的影响。
[0025] 在大部分情况中，组合信号将具有这样一个信号，该信号可以比另一信号更好地容忍峰值降低失真的应用。因此，选择性地在具有可以较好容忍峰值降低失真应用的信号的频带中应用峰值降低失真，并且在具有相对不能够容忍峰值降低失真应用的信号的频带中不应用峰值降低失真是优选的。在上述实施方式中，第一信号比第二信号更能容忍接收峰值降低失真。因而，选择性地将峰值降低失真的相应部分应用于第一信号所驻留的第一频带，而极少的或没有相应的峰值降低失真被应用在第二信号所驻留的第二频带中。
[0026] 例如，在采用基于TDMA的GSM和基于OFDM的LTE通信标准两者的通信系统中，通常认为用于GSM的TDMA信号比用于LTE的OFDM信号较不能容忍峰值降低失真。因此，选择性地将峰值降低失真应用于LTE频带中的OFDM信号，而极少的或没有峰值降低失真被应用于GSM频带中的TDMA信号。在采用基于CDMA和OFDM两者的LTE通信标准的通信系统中，通常认为用于LTE的OFDM信号比CDMA信号较不能容忍峰值降低失真。因此，选择性地将峰值降低失真应用于CDMA频带中的CDMA信号，而极少的或没有峰值降低失真被应用于LTE频带中的OFDM信号。替代地，相应峰值降低失真的不同水平可以针对各个频带中的不同信号，以代替将相应的峰值降低失真主要应用于给定频带中的给定信号。
[0027] 参考图1，根据本发明的一个实施方式示出了通信设备10的传输路径。通信设备10能够支持不同的调制方案并且组合来自于不同调制方案的信号以形成组合信号，该组合信号被处理以降低峰值功率、被上变频到合适的RF
频率、被放大并且以期望的方式被传输。假设通过合适的基带
电路，提供第一调制函数12和第二调制函数14，其中第一调制函数12能够根据第一调制方案调制数据，并且第二调制函数14能够根据第二调制方案调制数据。尽管可以提供调制方案的任何组合，但是仅出于说明的目的假设，第一调制函数12将提供基于TDMA的GSM信号G，并且第二调制函数14将提供基于OFDM的LTE信号L。在频域中以图形呈现GSM信号G和LTE信号L。假设GSM信号G和LTE信号L初始是
数字信号并且以不同的
采样率提供。优选地，GSM信号G和LTE信号L两者都由它们各自的上采样函数16、18上采样到足以表示组合输入信号的公共上采样率，通过组合GSM信号G和LTE信号L来创建该组合输入信号。在该示例中，假设基于TDMA的GSM信号比基于OFDM的LTE信号较不能容忍峰值降低失真，并且因此，一旦生成组合输入信号，则峰值降低失真将选择性地应用于LTE频带中的OFDM信号，而极少的或没有峰值降低失真被应用于GSM频带中的TDMA信号。
[0028] 在组合GSM信号G和LTE信号L之前，应该将各个信号调谐到相对于彼此所期望的
位置。尽管不是必需的，优选地放置将接收峰值降低失真的信号，使得关于0 Hz（或基带）存在对称性。将不接收失真的信号可以相对于0 Hz或相对于将接收峰值降低失真的信号被放置在任何位置。如果需要此类调谐，由调谐函数20调谐GSM信号G，而由调谐函数22调谐LTE信号L。
[0029] 由于在传输之前，组合输入信号将被上变频为
射频信号，所以组合输入信号内的GSM和LTE信号G、L之间的频率间隔将优选地对应于射频信号中第一和第二信号之间所需的频率间隔。因此，应该将GSM和LTE信号G、L调谐到在频率上被射频信号中所需的频率间隔分开的位置处。在该示例中，假设期望的频率间隔是fsp。如果GSM信号G位于约0 Hz处，那么应该调谐LTE信号使得其位于约fsp。
[0030] 一旦GSM和LTE信号G、L被调谐到它们合适的位置，则可以通过合适的组合电路24组合各个信号以提供组合输入信号。特别地，组合输入信号包括LTE信号L和GSM信号G，其中LTE信号以大约0 Hz为中心并且GSM信号以大约频率fsp为中心。因此，组合输入信号实际上是复合信号，其中LTE信号L和GSM信号G被分开期望的频率间隔（fsp）。组合输入信号由峰值功率降低函数26来处理（这将在下面更详细地描述）以提供组合输出信号。
在经由一个或多个天线32被传输之前，组合输出信号由RF上变频函数28上变频到合适射频并且由功率放大器（PA）30放大。特别地，认为第一和第二调制函数12、14、上采样函数
16、18、调谐函数20、22、求和函数24和峰值功率降低函数26是
信号处理函数，在图1中所示的信号处理电路中提供这些函数。RF上变频函数28可以由处理电路支持或可以以单独的上变频电路提供，其被认为在图1中呈现。
[0031] 在一个实施方式中，配置峰值功率降低函数26使得仅组合输入信号中的所选信号接收失真以降低与该组合输入信号相关联的峰值功率。优选地，应用于所选的一个或多个信号的失真从基于总组合输入信号生成的峰值降低失真中导出。因此，组合输入信号的峰值降低失真将具有频带内外两者的频谱内容，该频带是接收失真的信号所驻留的频带。继续上述示例并且如图2所示，从组合输入信号A生成峰值降低失真，组合输入信号A包括GSM信号G和LTE信号L，并且将峰值降低失真的所选部分应用于组合输入信号中的LTE信号L的频带，其中该峰值降低失真的所选部分对应于LTE信号L的频带。
[0032] 如所示，组合输入信号A的时域表示包括定义阈值Pth之上的某些峰值。限幅函数34被配置为接收组合输入信号A，并且对超过定义阈值Pth的任何峰值进行限幅或将其移除以提供限幅信号B。组合输入信号A可以通过延迟函数36传送，延迟函数36提供延迟，该延迟对应于限幅函数34花
费用于处理组合输入信号A并提供限幅信号B的时间量。延迟的组合输入信号A和限幅信号B在时间上对齐并且被提供给求和函数38，其中从组合输入信号A减去或移除限幅信号B以提供峰值信号C。峰值信号C实际上是包括组合输入信号A中超过定义阈值Pth的那些峰值的信号。峰值信号C表示可以应用于组合输出信号以有效地降低那些峰值的总峰值降低失真，其中贯穿包括GSM信号G和LTE信号L的组合输入信号，那些峰值超过定义阈值Pth。
[0033] 然而，如上所述，基于TDMA的GSM信号G比基于OFDM的LTE信号L较不能容忍接收峰值降低失真。因而，失真选择滤波器40将具有为那些谱分量提供
通带的传递函数，其中那些谱分量对应于组合输入信号中LTE信号L所驻留的频带。换言之，失真选择滤波器40将使峰值降低失真中驻留在包含LTE信号L的频带中的那些部分通过，其中由失真选择滤波器40通过的谱分量表示峰值降低失真的所选部分。峰值降低失真的所选部分提供在选择性失真信号中。当从峰值信号C生成选择的失真信号时，取决于失真选择滤波器40施加的延迟，可以提供另一延迟函数42以进一步延迟组合输入信号A，使得组合输入信号A和选择性失真信号在它们到达求和函数44时在时间上对齐。从组合输入信号A减去选择性失真信号以有效地将峰值降低失真的所选部分应用于LTE信号L所驻留的频带。得到的组合输出信号D将表示组合输入信号的峰值降低型式，其中峰值降低失真被选择性地应用于LTE信号L，而极少的或没有峰值降低失真被应用于GSM信号G。特别地，失真选择滤波器
40可以按需向峰值降低失真的所选部分有效地衰减或提供增益，以在选择性失真信号应用于组合输入信号A时控制提供的峰值降低的程度。优选地，
迭代地实行峰值降低过程。
[0034] 参考图3A到3D，分别示出了组合输入信号A的频谱的频域表示（图3A）、峰值信号C的频谱（图3B）、失真选择滤波器40的传递函数（图3C）和选择性失真信号的频谱（图3D）。在图3A中，组合输入信号A的频谱将包括对应于LTE频带中LTE信号L的谱分量（其位于约0 Hz）和GSM频带中GSM信号G的谱分量（其位于约频率fsp）。特别地，LTE和GSM频带表示基带处或附近的频带，并且不表示信号G、L之一或组合输出信号D被上变频以便传输的最终RF频率。如所指示的那样，峰值信号C（其表示超过定义阈值Pth的组合输入信号A的峰值）表示用于总组合输入信号A的峰值降低失真。因此，如图3B所示，峰值信号C的频谱包括LTE和GSM频带中以及这些频带之间和周围的谱分量。这些谱分量最主要地是与生成限幅信号B相关联的噪声。
[0035] 在图3C中提供了失真选择滤波器40的示例性传递函数。在该示例中，传递函数的通带对应于LTE频带，其是LTE信号L所驻留的频带以及峰值降低失真可以应用于组合输入信号A的频带。当峰值信号C包括总峰值降低失真时，失真选择滤波器40使用图3C的传递函数对其进行滤波。利用如图3D所示的频谱生成选择性失真信号。特别地，选择性失真信号的频谱将仅包括失真选择滤波器40所允许的并且因此包含在LTE频带中的峰值信号C的那些谱分量。在该示例中，LTE频带之外的其余谱分量被阻塞或至少基本上被衰减到以下这样的程度，即，其中当选择性失真信号应用于组合输入信号A时，GSM频带中的任何其余谱分量将不显著地影响GSM信号G。因而，在组合输入信号中所期望的频带内选择性地应用峰值降低失真。
[0036] 图4和图5提供曲线图，这些曲线图绘出了组合输入信号的以分贝（dB）为单位的功率谱密度以及组合输入信号和经峰值降低的组合输出信号之间在频率上的差。在图4中，组合输出信号包括LTE信号L和GSM信号G，其中用于LTE信号L的频带以大约0 Hz为中心并且用于GSM信号G的频带以大约5 MHz为中心。在具有GSM信号G的频带中示出的八个载波位置示出了两个GSM载波的时间平均，每个位置是在四个不同频率上跳跃的频率。特别地，组合输入信号和组合输出信号之间的差与应用于组合输入信号的选择性失真信号相对应。如清楚地示出的那样，仅驻留在LTE频带内的峰值降低失真的那些谱分量应用于组合输入信号。极少的或没有LTE频带之外的谱分量应用于组合输入信号，并且因此，组合输出信号的GSM频带内的GSM信号G将不受峰值降低失真的影响，该峰值降低失真被选择性地应用在LTE频带中，而总信号被峰值降低。
[0037] 在图5中，组合输入信号包括CDMA信号和LTE信号L，其中用于CDMA信号的频带以大约0 Hz为中心并且用于LTE信号L的频带以大约5 MHz为中心。特别地，组合输入信号和组合输出信号之间的差对应于应用于该组合输入信号的选择性失真信号。如清楚地示出的那样，仅驻留在CDMA频带内的峰值降低失真的那些谱分量应用于组合输入信号。极少的或没有CDMA频带之外的谱分量应用于组合输入信号，并且因此，组合输出信号的LTE频带内的LTE信号L将不受峰值降低失真的影响，该峰值降低失真被选择性地应用在CDMA频带中，而总信号被峰值降低。
[0038] 图6是示出了组合输入信号和组合输出信号之间在时域中的几个采样上的差的曲线图，其中组合输入信号包括CDMA信号和LTE信号L，诸如图5所示。特别地，该图示出了各个组合输入信号和组合输出信号的采样的幅度。采样被标准化为它们的均方根（RMS）值。还示出了所选的限幅阈值Pth以及组合输入信号的平均功率级。该平均功率级是组合输入信号的RMS值。如清楚地示出的那样，由本发明提供的选择性峰值功率降低提供了显著的峰值功率级降低。
[0039] 尽管上述实施方式集中于在组合信号中提供两个经不同调制的信号并且选择性地将峰值功率降低应用于两个信号之一，但是本发明的概念可以扩展到其他实施方式。例如，组合信号可以包括三个或更多不同信号，其中所选的峰值降低失真可以选择性地应用于各个信号中的任何一个或多个。而且，本发明的峰值功率降低技术可以与其他传统峰值功率降低技术组合，其他传统峰值功率降低技术在独立信号被组合以形成组合输入信号之前应用于它们。
[0040] 如图7所示，组合信号可以包括两个不同的GSM信号G以及LTE信号L。可以在不同频带中提供GSM信号G，并且可以在又一频带中提供LTE信号L，该又一频带与分配给GSM信号G的频带分开。在与GSM信号G组合之前，LTE信号L可以经受特定于LTE信号L的峰值功率降低技术。而且，尽管示出了LTE和GSM信号L、G，但是这些各种信号可以表示采用不同调制方案的任何类型的信号，以及可以表示给定调制方案内的不同信号。
[0041] 在该示例中，第一调制函数12将提供第一GSM信号G，其由上采样函数16上采样到公共采样率。在上采样之后，调谐函数20将第一GSM信号调谐到第一频带。类似地，第三调制函数46将提供第二GSM信号，如果需要，该GSM信号由上采样函数48上采样到公共采样率。然后，调谐函数50将第二GSM信号调谐到第二频带。在将第一和第二GSM信号G调谐到各自的第一和第二频带之后，第一和第二频带、第一和第二GSM信号G在求和电路52处组合并且被提供给求和电路24。
[0042] 同时，第二调制函数14将提供LTE信号L，其经受了调制特定峰值功率降低函数54的特定峰值降低技术。调制特定峰值功率降低技术可以包括信号失真技术，所述信号失真技术通过在超过给定阈值Pth的那些峰值处或周围非线性地对正在被处理的信号进行失真来降低峰值幅度。替代地，本领域技术人员已知的编码或加扰技术可以用于处理信号或信号中提供的信息，使得被处理的信号将与较低峰均功率比相关联。示例性峰值功率降低技术可以包括幅度过滤和限幅、编码、部分传输序列、选择映射、交织、音保留、动态
星座扩展或音注入。可以在Seung Hee Han等人的“An Overview of Peak-to-Average Power Ratio Reduction Techniques For Multicarrier Transmission”（IEEE Wireless Communications, 2005年4月，第12卷，第2期）中找到示例，通过引用该公开将其全文合并于此。对于其他示例性峰值功率降低技术而言，参考2008年10月3日提交的美国
专利申请序列号12/245,047、2008年10月3日提交的国际专利申请号PCT/CA2008/001757、2007年6月21日公开的美国公开专利申请号2007/0140101、2006年3月14日发布的美国专利
7,013,161；2004年2月3日发布的美国专利6,687,511以及2001年5月22日发布的美国专利6,236,864，通过引用这些公开将其全文合并于此。
[0043] 然后，上采样函数18将经峰值功率降低的LTE信号上采样到公共采用率，并且该LTE信号由调谐函数22调谐到第三频带。然后，经调谐和峰值功率降低的LTE信号L可以在求和函数24处与包括第一和第二GSM信号G的信号组合，以提供组合输入信号。向峰值功率降低函数26提供该组合输入信号，如上所述，峰值功率降低函数26将选择性地在组合输入信号的第三频带中应用峰值功率失真。因此，将基于总组合输入信号生成的峰值功率失真选择性地应用于第三频带中的LTE信号L，而极少的或没有峰值功率失真被应用于第一和第二频带中的第一和第二GSM信号G。在该点上，LTE信号L已经在不同位置经受了峰值功率降低过程。优选地，应用于LTE信号的峰值功率降低的程度在调制特定峰值功率降低函数54和峰值功率降低函数26之间被共享。假设总失真预算可用于LTE信号L，则可以在调制特定峰值功率降低函数54和峰值功率降低函数26之间分割该失真预算，以实现卓越的峰值功率降低性能。在用于处理LTE信号的示例性实施方式中，调制特定峰值功率降低函数54采用基于符号的
算法，诸如METHOD AND SYSTEM FOR ADAPTIVE PEAK TO AVERAGE POWER RATIO REDUCTION IN ORTHOGONAL FREQUENCY DIVISION MULTIPLEXING COMMUNICATION NETWORKS，其被公开在2007年6月21日公开的美国公开专利申请号2007/0140101中，通过引用将其全文合并于此。
[0044] 而且，尽管具体示出了GSM和LTE信号G、L，但是不同调制函数12、46、14可以采用不同的调制方案，并且在给定调制方案内提供不同的信号。例如，第一和第三调制函数12、46可以提供LTE信号L，而第三调制函数24可以提供CDMA信号，其中调制特定峰值功率降低失真函数54将峰值功率降低技术应用于单独的CDMA信号，并且峰值功率降低函数26向组合输入信号提供CDMA信号频带内的选择性峰值功率降低技术。
[0045] 本领域技术人员将认识到对本发明优选实施方式的改进和
修改。所有此类改进和修改被认为处于这里和以下
权利要求所公开的概念的范围内。
