一种硬削峰电路、以及方法

技术领域

本发明涉及射频放大电路领域，特别地，涉及一种硬削峰电路。

背景技术

随着5G通信的发展以及信号带宽的不断增加，信号的峰均比(PAR，peak-to-average ratio)也在不断增加。而较高的峰均比使得射频放大器功率回退增加，效率降低，同时增加生产和制造成本。

为了提升功放效率以及节能环保等目的，降低信号的峰值大小，波峰因子消减(CFR，Crest Factor Reduction)电路被使用。

参见图1所示，图1为传统波峰因子消减电路的一种示意图。传统CFR电路通常包括，多级峰值抵消CFR(PC-CFR)、以及硬削峰(Hard Clipping)两部分，其中，硬削峰电路通常位于最后一级峰值抵消电路之后，以确保最后的输出信号幅值不超过设定的最大门限。

硬削峰电路会导致全频带底噪的抬升，因此会造成载波信号带内失真，恶化信号的误差向量幅度(EVM，Error Vector Magnitude)性能，泄露载波近端频谱，从而限制了信号削峰的幅度。

发明内容

本发明提供了一种硬削峰电路，以在保持信号EVM性能的情形下降低信号的峰值。

本发明提供的一种硬削峰电路，硬削峰电路的输出信号与来自波峰因子消减CFR电路的输出信号之间具有闭环反馈回路，该闭环反馈回路使得：来自于硬削峰电路的误差噪声的频带与载波频带边缘之间的频带差达到设定频带阈值，

其中，误差噪声为硬削峰电路输出信号幅值的最大门限与硬削峰电路的输入信号之差。

较佳地，所述闭环反馈回路包括有噪声成形电路，该噪声成形电路的输出信号与所述来自CFR电路的输出信号形成正反馈，该正反馈结果作为输入至硬削峰电路的第一信号。

较佳地，所述噪声成形电路的输入信号为第一信号与硬削峰电路的输出信号形成负反馈的结果，该负反馈结果等效为所述误差噪声。

较佳地，所述噪声成形电路的频率响应满足：低于截止频率之频带内的信号幅值，小于，高于截止频率之频带内的信号幅值，其中，截止频率根据所述设定频带阈值确定。

较佳地，所述噪声成形电路为高通滤波器。

较佳地，所述噪声成形电路为有限长单位冲激响应滤波器。

较佳地，所述有限长单位冲激响应滤波器的0序列点的单位冲激响应为1。

本发明另一方面提供了一种波峰因子消减CFR电路，包括有峰值抵消电路，还包括上述任一硬削峰电路。

较佳地，所述峰值抵消电路为多级峰值抵消电路，最后一级峰值抵消电路的输出信号输入至所述硬削峰电路。

本发明提供一种对信号进行硬削峰的方法，该方法包括，

在硬削峰电路的输出信号与来自CFR电路的输出信号之间建立闭环反馈回路，使得：来自于硬削峰电路的误差噪声的频带与载波频带边缘之间的频带差达到设定频带阈值，

其中，误差噪声为硬削峰电路输出信号幅值的最大门限与硬削峰电路的输入信号之差。

较佳地，所述使得来自于硬削峰电路的误差噪声的频带与载波频带边缘之间的频带差达到设定频带阈值，包括，

将来自闭环反馈回路的反馈信号与来自CFR电路的输出信号形成正反馈，得到第一信号输入至硬削峰电路，

将硬削峰电路输出信号幅值的最大门限与硬削峰电路的输入信号之差等效为硬削峰电路的误差噪声，将误差噪声与硬削峰电路的输入信号等效地形成正反馈，该正反馈的结果作为硬削峰电路的输出信号，

将误差噪声作为闭环反馈回路的输入信号，

根据硬削峰电路的输出信号与第一信号、和误差噪声之间的关系，确定第一系统函数，

将闭环反馈回路的反馈信号等效变换为待确定的传递函数与误差噪声之积，

根据第一信号与来自CFR电路的输出信号、闭环反馈回路的反馈信号的关系，将第一系统函数中的第一信号等效变换为来自CFR电路的输出信号、以及待确定的传递函数与误差噪声之积的关系，基于该关系和第一系统函数中的误差噪声，确定闭环反馈回路的传递函数，

将第一系统函数中的第一信号等效变换为来自CFR电路的输出信号、以及所确定的传递函数与误差之积的关系，得到第二系统函数，

对第二系统函数进行Z变换，根据Z变换后的第二系统函数，确定闭环反馈回路的频率响应特性。

较佳地，所述将误差噪声作为闭环反馈回路的输入信号，包括，

将第一信号与硬削峰电路的输出信号形成负反馈，负反馈的结果作为第二信号，输入至闭环反馈回路。

较佳地，所述频率响应满足：低于截止频率之频带内的信号幅值，小于，高于截止频率之频带内的信号幅值，其中，截止频率根据所述设定频带阈值确定。

本发明提出的硬削峰电路，充分利用载波频带信号的远端空闲频带，通过硬削峰电路的输出信号与来自波峰因子消减CFR电路的输出信号之间具有闭环反馈回路，得以以噪声成形方式将削峰所带来的误差限制在载波带外频带，使信号能够在保持信号EVM的情况下进一步降低信号峰值。

附图说明

图1为传统波峰因子消减(CFR)电路的一种示意图。

图2为本申请硬削峰电路的一种示意图。

图3为本申请实施例硬削峰电路的一种示意图。

图4为具有噪声成形的硬削峰电路的系统函数的等效图。

图5为噪声成形电路的频率响应特性曲线的一种示意图。

图6为本申请的硬削峰电路对测试信号进行削峰处理的一种效果图。

图7为本申请具有多级峰值抵消的CFR电路的一种示意图。

图8为本申请对信号进行硬削峰的方法的一种示意图。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术手段和优点更加清楚明白，以下结合附图对本申请做进一步详细说明。

本发明通过硬削峰电路的输出信号与来自波峰因子消减CFR电路的输出信号之间的闭环反馈回路，将硬削峰电路所带来的误差噪声限制在载波带外频带，从而改善载波带内EVM、以及载波近端的相邻频道泄漏比(ACLR，Adjacent Channel Leakage Ratio)。

参见图2所示，图2为本申请硬削峰电路的一种示意图。该硬削峰电路的输出信号与来自波峰因子消减CFR电路的输出信号之间具有闭环反馈回路，该闭环反馈回路使得：来自于硬削峰电路的误差噪声的频带与载波频带边缘之间的频带差达到设定频带阈值，

其中，误差噪声为硬削峰电路输出信号幅值的最大门限与硬削峰电路的输入信号之差。

本申请利用闭环反馈回路将硬削峰电路产生的误差噪声集中到载波频带之外，降低了载波带内失真。

为便于理解本申请，以下予以具体说明。

参见图3所示，图3为本申请实施例硬削峰电路的一种示意图。图中，

来自CFR电路的输出信号与闭环反馈回路的反馈信号形成正反馈，得到输入至硬削峰电路的第一信号，该第一信号为所述正反馈结果，即，来自CFR电路的输出信号与闭环反馈回路的反馈信号相叠加，叠加后信号(第一信号)输入至硬削峰电路；

硬削峰电路的输出信号与硬削峰电路的输入信号(第一信号)形成负反馈，例如，硬削峰电路的输出信号作为负反馈信号，即负的输出信号，与输入至硬削峰电路的第一信号进行叠加，即，第一信号与硬削峰电路的输出信号相减，得到第二信号，该第二信号输入至闭环反馈回路中。

闭环反馈回路的传递函数为H(z)-1。

本实施例的硬削峰电路，将硬削峰电路带来的误差噪声推到带外距离载波频带边缘空闲频带中，从而改善带内EVM以及载波近端的ACLR。

以下说明其工作原理。

参见图4所示，图4为具有噪声成形的硬削峰电路的系统函数的等效图。其中，硬削峰电路可等效为误差噪声注入。按照硬削峰电路的功能，对于该误差噪声有：

当硬削峰电路输入信号幅值大于等于其最大门限时，误差噪声的幅度为最大门限与输入信号幅值的绝对值之差，误差噪声的幅度为输入信号幅角；

当硬削峰电路输入信号幅值小于其最大门限时，误差噪声为0。

用数学式表达为：

其中，T为输入信号幅值的最大门限，u(n)为硬削峰电路输入信号，即，第一信号，|u(n)|为硬削峰电路输入信号的幅值，

根据等效图，信号之间存在如下关系：

y(n)＝u(n)+e(n)

u(n)＝x(n)+(h(n)-1)×e(n)

对上式进行Z变换，可得到：

Y(Z)＝U(Z)+E(Z)

＝X(Z)+(H(Z)-1)×E(Z)+E(Z)

＝X(Z)+H(Z)E(Z)

由此可见，适当设计H(Z)就可以减少误差噪声E(Z)在载波频带内造成的失真。参见图5所示，图5为噪声成形电路的频率响应特性曲线的一种示意图。其中，低于截止频率之频带内的信号幅值，小于，高于截止频率之频带内的信号幅值，所述截止频率根据所述设定频带阈值确定。例如，噪声成形电路可以采用高通滤波器，或者，有限长单位冲激响应(FIR)滤波器。

如果选择FIR滤波器作为噪声成形电路，则该FIR滤波器的系统函数满足：

其中，i为序列i，α

考虑到因果以及稳定性，则：α

参见图6所示，图6为本申请的硬削峰电路对测试信号进行削峰处理的一种效果图。图中，颜色较黑的信号为原始的测试信号，颜色较灰的信号为本申请硬削峰电路的测试结果，从图中可见，经过本申请的硬削峰电路后，输出信号的频谱集中在载波频带之外，载波近端的频谱泄露大大减少。对于带外失真则可以采用功率放大器后连接腔体滤波器的方式滤除，从而在空口满足3GPP等指标。

参见图7所示，图7为本申请具有多级峰值抵消的CFR电路的一种示意图。该CFR电路包括有多级峰值抵消电路，最后一级波峰因子消减电路的输出输入至本申请所述的硬削峰电路。

参见下表所示，下表为本申请的CFR电路和传统CFR电路的性能指标对比，从表中可见，在相同EVM以及ACLR的情况下，本申请的CFR电路可以使得峰均比额外降低1.2dB。

参见图8所示，图8为本申请对信号进行硬削峰的方法的一种示意图。该方法包括，

在硬削峰电路的输出信号与来自CFR电路的输出信号之间建立闭环反馈回路，使得：来自于硬削峰电路的误差噪声的频带与载波频带边缘之间的频带差达到设定频带阈值，

其中，误差噪声为硬削峰电路输出信号幅值的最大门限与硬削峰电路的输入信号之差。

具体地，

步骤801，将来自闭环反馈回路的反馈信号与来自CFR电路的输出信号形成正反馈，得到第一信号输入至硬削峰电路，

用数学式表达为：

u(n)＝x(n)+f(n)

其中，x(n)为来自闭环反馈回路的反馈信号，f(n)为来自闭环反馈回路的反馈信号，u(n)为第一信号，

步骤802，将硬削峰电路输出信号幅值的最大门限与硬削峰电路的输入信号之差等效为硬削峰电路的误差噪声，将误差噪声与硬削峰电路的输入信号等效地形成正反馈，该正反馈的结果作为硬削峰电路的输出信号，

用数学式表达为：

y(n)＝u(n)+e(n)

其中，y(n)为硬削峰电路的输出信号，e(n)为误差噪声。

步骤803，将误差噪声作为闭环反馈回路的输入信号，

较佳地，将第一信号与硬削峰电路的输出信号形成负反馈，负反馈的结果作为第二信号，即，误差噪声输入至闭环反馈回路。

用数学式表达为：

e(n)＝u(n)-y(n)

或者

e(n)＝y(n)-u(n)

步骤804，根据硬削峰电路的输出信号与第一信号、和误差噪声之间的关系，确定第一系统函数，该第一系统函数为：硬削峰电路的输出信号等于第一信号与误差噪声，用数学式表达为：

y(n)＝u(n)+e(n)

步骤805，将闭环反馈回路的反馈信号等效变换为待确定的传递函数与误差噪声之积，

用数学式表达为：f(n)＝F(n)×e(n)

其中，F(n)为传递函数，

步骤806，根据第一信号与来自CFR电路的输出信号、闭环反馈回路的反馈信号的关系，将第一系统函数中的第一信号等效变换为来自CFR电路的输出信号、以及待确定的传递函数与误差噪声之积的关系，基于该关系和第一系统函数中的误差噪声，确定闭环反馈回路的传递函数，

用数学式表达为：

y(n)＝u(n)+e(n)

＝x(n)+f(n)+e(n)

＝x(n)+F(n)×e(n)+e(n)

为了使得第一系统函数中的噪声误差分量被抵消，则，传递函数满足：

F(n)＝H(n)-1

步骤807，将第一系统函数中的第一信号等效变换为来自CFR电路的输出信号、以及所确定的传递函数与误差之积的关系，得到第二系统函数，用数学式表达为：

y(n)＝x(n)+F(n)×e(n)+e(n)

＝x(n)+(H(n)-1)×e(n)+e(n)

＝x(n)+H(n)×e(n)

步骤808，对第二系统函数进行Z变换，根据Z变换后的第二系统函数，确定闭环反馈回路的频率响应特性。

第二系统函数用数学式表达为：Y(Z)＝X(Z)+H(Z)E(Z)

根据设定的频带阈值，确定H(Z)的频率响应特性；

例如，所述频率响应满足：低于截止频率之频带内的信号幅值，小于，高于截止频率之频带内的信号幅值，其中，截止频率根据所述设定频带阈值确定。

步骤809，根据频率响应特性，选择和设计匹配的滤波电路和/或器件。

在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。