处理功率峰均值的传送器及其方法

摘要

本发明公开了一种处理功率峰均值的传送器及其方法，可应用在基于正交分频多工或其它多载波的通讯系统中。此传输器使用N个子载波，其中L个子载波被保留来作为降低信号功率峰均值之用(L小于N)。此方法包括以下步骤：原来频域的数据符元产生之后送入保留子载波符元产生器。而这些子载波可以通过单纯频域的信号处理来产生。将这些产生出来的保留子载波符元和原先的数据符元结合之后就会得到功率峰均值降低的传输信号。这个功率峰均值降低后的传输信号可以反复地送入保留子载波符元产生器来产生更新过后的保留子载波符元。经过几次反复处理之后，将原先的数据符元和保留子载波符元结合就会得到功率峰均值最低的传输信号。

权利要求

1.一种应用于多载波传输系统的传送器中的方法，所述传送器是使用N个子载波，所述N个子载波中的L个子载波是被保留的子载波，L小于N，其特征在于，该方法包括：接收数据信号，所述数据信号的封包功率具有固定功率与扰动功率；

产生位于被保留子载波的L个子载波的L个保留子载波符元；

根据所述数据信号更新所述L个保留子载波符元，并据以产生待合并信号；以及于频率域合并所述待合并信号于所述数据信号中。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述数据信号具有位于N个子载波的N个数据符元，所述N个数据符元被对应至非周期性自相关函数向量，所述L个保留子载波符元被对应至保留子载波符元向量，于更新所述L个保留子载波符元的步骤中，是根据所述非周期性自相关函数向量的向量绝对值的平方对于所述保留子载波符元向量的梯度，来更新所述L个保留子载波符元，或根据所述非周期性自相关函数向量的向量绝对值的p次方来作为更新，p大于0。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述更新所述L个保留子载波符元的步骤包括以递归的方式更新所述L个保留子载波符元。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述L个保留子载波符元被分为多组保留子载波符元，于更新所述L个保留子载波符元的步骤中，是通过依序地更新所述多组保留子载波符元的方式，来更新所述L个保留子载波符元。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述L个保留子载波符元被分为多组保留子载波符元，于更新所述L个保留子载波符元的步骤中，是通过并列地更新所述多组保留子载波符元的方式，来更新所述L个保留子载波符元。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述传送器具有滤波器，所述滤波器的频率响应函数为H，Hk表示在第k个子载波的频率响应系数值，所述数据信号具有位于N个子载波的N个数据符元，所述更新所述L个保留子载波符元的步骤包括：将所述N个数据符元分别乘以相对应的Hk；

根据乘以Hk后的所述N个数据符元更新所述L个保留子载波符元，并对应地产生所述待合并信号；以及将所述待合并信号乘以1/Hk；

其中，乘以1/Hk的所述待合并信号是作为合并步骤中的用以与所述数据信号合并的所述待合并信号。

7.一种传送器，应用于正交分频多工通讯系统中，所述传送器是使用N个子载波，所述N个子载波中的L个子载波是被保留的子载波，L小于N，其特征在于，所述传送器包括：调变单元，用以输出数据信号，所述数据信号的封包功率具有固定功率与扰动功率；

保留子载波符元产生单元，用以产生位于被保留子载波的L个子载波的L个保留子载波符元，根据所述数据信号更新所述L个保留子载波符元，并据以产生待合并信号；

合并单元，用以于频率域合并所述待合并信号于所述数据信号中。

8.根据权利要求7所述的传送器，其特征在于，所述数据信号具有位于N个子载波的N个数据符元，所述N个数据符元被对应至非周期性自相关函数向量，所述L个保留子载波符元被对应至保留子载波符元向量，所述调变单元是根据所述非周期性自相关函数向量的向量绝对值的平方对于所述保留子载波符元向量的梯度，来更新所述L个保留子载波符元，或根据所述非周期性自相关函数向量的向量绝对值的p次方来作为更新，p大于0。

9.根据权利要求7所述的传送器，其特征在于，所述调变单元是以递归的方式更新所述L个保留子载波符元。

10.根据权利要求7所述的传送器，其特征在于，所述L个保留子载波符元包含多组保留子载波符元，所述调变单元是通过依序地更新所述多组保留子载波符元的方式，来更新所述L个保留子载波符元。

11.根据权利要求7所述的传送器，其特征在于，所述L个保留子载波符元包含多组保留子载波符元，所述调变单元是通过并列地更新所述多组保留子载波符元的方式，来更新所述L个保留子载波符元。

12.根据权利要求7所述的传送器，其特征在于，所述数据信号具有位于N个子载波的N个数据符元，所述传送器更具有：滤波器，具有频率响应函数H，Hk表示在第k个子载波的频率响应系数值；

第一乘法器，用以将所述N个数据符元分别乘以Hk，所述保留子载波符元产生单元是根据乘以Hk后的所述N个数据符元更新所述L个保留子载波符元，并对应地产生所述待合并信号；

第二乘法器，用以将所述待合并信号乘以1/Hk并输出至所述合并单元；

转换单元，用以将所述合并单元处理后的所述数据信号进行转换，以对应地产生时域的传送信号，并输出至所述滤波器。

说明书

处理功率峰均值的传送器及其方法

技术领域

[0001] 本发明是有关于一种传送器及其取得功率峰均值的方法，且特别是有关于一种用以于频率域处理功率峰均值的传送器及其方法。

背景技术

[0002] 在正交分频多工(Orthogonal frequency division multiplexing，OFDM)通讯系统中，过大的信号功率峰均值(peak-to-average power ratio，PAPR)将会降低所传送的信号质量或影响到传送器的传送功率效率。此原因为，传送器通常具有非线性的射频(Radio frequency，RF)前端电路，例如功率放大器。图1为一种功率放大器的输入功率Pin与输出功率Pout的关系曲线图。当输入功率Pin的功率峰值到达非线性区NL时，功率放大器的输出信号将会有失真的现象产生而降低所传送的信号质量。若是降低输入功率Pin使其落于功率放大器的线性区域，则会减低传送功率的效率。

[0003] 在多载波(Multi-carrier)传输系统当中，例如IEEE 802.16e标准的正交分频多存取(Orthogonal Frequency-Division Multiple Access，OFDMA)模式中，基站(Base-station，BS)可以保留一些子载波(sub-carrier)，并使用这些子载波来减少上述的PAPR过大的现象。请参照图2，其图示是传统的一种减少PAPR的方法的示意图。x(t)为时域(time-domain)的原始待传送的信号。由图2可看出，原始待传送的信号x(t)有两个超过临界值TH的峰值(peak)。于传统做法中，是通过所保留的子载波，来产生峰值减少信号P(t)，并将P(t)于时间轴上分别回旋平移(cyclic shift)到时间点ni与nj，来分别产生信号Pni(t)与Pnj(t)。将Pni(t)与Pnj(t)分别乘上相位参数与振幅参数，即βi与μi及βj及μj之后，再与信号x(t)相加，即可得到功率峰值降低的修正后的待传送信号x’(t)。

[0004] 然而，在传统做法中，必需至少要有两个反傅利叶转换(Inverse FastFourier transform，IFFT)电路来分别产生信号x(t)及P(t)。而且，为了使待传送信号x’(t)能保有所预期的低功率峰均值效果，传统做法通常需对信号进行四倍以上的过取样(over-sampling)后，再进行上述的降低PAPR的处理。

发明内容

[0005] 有鉴于此，本发明的一范例为提供一种传送器及其方法，通过于频率域中进行处理，可以不需多个反傅利叶转换，且不需进行过取样的动作即可达成。

[0006] 根据本发明的另一范例，应用于一OFDM通讯系统的传送器中。传送器是使用N个子载波，N个子载波中的L个子载波是被保留的子载波，L小于N。此方法包括下列步骤：接收一数据信号，数据信号的封包功率可以被拆解成一固定功率与一扰动功率。产生位于被保留子载波的L个子载波的L个保留子载波符元。根据数据信号更新L个保留子载波符元，并据以产生一待合并信号。于频率域将待合并信号与数据信号结合。

[0007] 根据本发明的另一方面，提出一种传送器，应用于一正交分频多工通讯系统中。传送器是使用N个子载波，N个子载波中的L个子载波是被保留的子载波，L小于N。此传送器包括一调变单元、一保留子载波符元产生单元及一合并单元。调变单元用以输出一数据信号，数据信号的封包功率具有一固定功率与一扰动功率。保留子载波符元产生单元用以产生位于L个被保留子载波位置上的L个保留子载波符元，根据数据信号更新L个保留子载波符元，并据以产生一待合并信号。合并单元用以于频率域将待合并信号与数据信号结合。

[0008] 为让本发明的上述内容能更明显易懂，下文特举多个实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。

附图说明

[0009] 图1绘示一种功率放大器的输入功率Pin与输出功率Pout的关系曲线图。

[0010] 图2绘示是传统的一种减少PAPR的方法的示意图。

[0011] 图3绘示是本发明一实施例的一种用以降低数据信号的功率峰均值的传送器的方块图。

[0012] 图4显示假设被保留子载波的个数为3，而保留子载波符元为Xa、Xb、及Xc时的2
||ρ|| 值的一例。

[0013] 图5绘示是图3的实施例的模拟结果图。

[0014] 图6绘示是本发明另一实施例的一种用以降低数据信号的功率峰均值的传送器的方块图。

[0015] 图7绘示是图6的实施例的模拟结果图。

[0016] 图8绘示本发明更另一实施例的传送器的方块图。

[0017] 【主要元件符号说明】

[0018] 300、600、800：传送器

[0019] 302、602：调变单元

[0020] 304、604、804：保留子载波符元产生单元

[0021] 306、606、806：合并单元

[0022] 308、608、808：转换单元

[0023] 310、610：保留子载波索引值产生器

[0024] 312：开关

[0025] 502、504、506、508、702、704、706：曲线

[0026] 612、614：切换器

[0027] 816：滤波器

[0028] 818：第一乘法器

[0029] 820：第二乘法器

具体实施方式

[0030] 本发明是提出一种取得功率峰均值的方法，应用于一多载波(Multicarrier)传输系统的一传送器中。传送器是使用N个子载波，N个子载波中的L个子载波是被保留子载波，L小于N，此方法包括下列步骤。接收一数据信号，数据信号的封包功率具有一固定功率与一扰动功率。产生位于被保留子载波上的L个子载波符元。根据数据信号更新L个子载波符元，并据以产生一待合并信号。于频率域合并待合并信号于数据信号中，以使更新后的数据信号所对应的扰动功率变小，因而降低传输信号的功率峰均值。下面举一实施例进一步地详细说明如下。

[0031] 请参考图3，其图示是本发明一实施例的一种用以降低数据信号的功率峰均值的传送器的方块图。上述的多载波传输系统例如是OFDM通讯系统。传送器300包括一调变单元302、一保留子载波符元产生单元304、及一合并单元306。调变单元302用以输出一数据信号Data，数据信号Data的功率具有一固定功率与一扰动功率。保留子载波符元产生单元304用以产生位于被保留子载波的L个保留子载波符元，根据数据信号Data更新L个保留子载波符元，并据以产生一待合并信号Cmb。合并单元306用以于频率域结合待合并信号Cmb与数据信号Data，以使调整后的数据信号Data’所对应的扰动功率变小，因而降低传输信号的功率峰均值。

[0032] 进一步来说，假设传送器300所使用的N个子载波的子载波索引值为0至N-1，N个子载波中的被保留子载波的L个子载波索引值的集合为U，U＝{k0，k1，...kL-1}。数据信号Data具有位于N个子载波的N个数据符元X0，X1，...，XN-1。定义数据向量X＝[X0，TX1，...XN-1]，Xi为第i个数据符元，i为0至N-1的整数。为了使传输信号不受保留子载波符元干扰，我们假设数据尚未与保留子载波符元合并前，当i∈U时，Xi＝0，然而本发明的降低数据信号的功率峰均值的方法不受限于此假设。

[0033] 此外，定义上述的L个保留子载波符元为 并定义保留子载波符元向量为 假设上述的待合并信号Cmb具有N个合并符元C0，
T
C1，...，CN-1，定义合并向量C＝[C0，C1，...，CN-1]，Ci为第i个合并符元。同样地，当C
或i∈U 时，Ci＝0，然而本发明的降低数据信号的功率峰均值的方法不受限于此假设。

[0034] 本实施例可以由下列式(1)来说明的：

[0035] 找出 使得

[0036] 其中，x和c分别代表时域的数据信号Data与待合并信号Cmb。F代表N×N的IFFT矩阵，其中：

[0037] for n，k＝0，1，...，N-1。

[0038] 式(1)是指，将所有可能的c与x分别相加后，求出所有的c中使得向量x+c的所有元素绝对值(norm)中的最大者为最小时的c值。这样的c可以使得x+c的功率峰值最小，而使得数据信号Data’的功率峰值下降，以降低PAPR的值。要求出符合此条件的c，可通过求出对应的C来达成。

[0039] 下面将求得上述的C的方法说明如下。

[0040] OFDM的数据信号Data的时域信号x(t)定义为：

[0041]

[0042] 其中，0≤t≤T且T代表符元持续时间(symbol duration)。而信号x(t)的封包功率(envelope power)定义为：

[0043]

[0044] 其中，定义

[0045] for 1≤u≤N-1

[0046] ρ(μ) 称 为 {Xk}0N-1 的 非 周 期 性 自 相 关 函 数 (Aperiodic Auto-correlationFunction，AACF)。

[0047] 兹定义式(3)的 为固定功率， 为扰动(fluctuation)功率。由于 为固定功率，不会随着时间t而改变，所以Px(t)的大小将会由会随着时间t而改变的 的大小所决定。因此，如果要最小化Px(t)，可通过
最小化扰动功率 的值来达成。一般而言，要将会随时间变化的扰动功
率最小化并不容易，因此我们转而希望AACF的p-绝对值(也即是p次方的绝对值)的和能越小越好。其中，p＞0或为正整数。
N-1

[0048] 只要能求出一组{Xk}0 ，使得 可以最小化的话，那么我们就可预期扰动功率会因此而降低。以下将以p值等于2为例说明的，然而本实施例并不限于此。其中，N-1本实施例是通过改变{Xk}0 中，对应至被保留子载波的保留子载波符元
来使 最小化。本实施例是以陡降法(steepest descent)来改变保留子载波符元的值，以使 最小化。

[0049] 兹详细说明如下。经由计算，可得

[0050]

[0051] 对式(4)偏微分之后可得

[0052]

[0053] 其中i＝0，1，...，L-1且u+1≤ki≤N-u-1。

[0054] 接着，定义AACF向量为ρ＝[ρ(1)，ρ(2)，...，ρ(N-1)]T。定义ρ的向量绝对值的平方(也即||ρ||2)等于|ρ(1)|2+|ρ(2)|2+...+|ρ(N-1)|2(也即 )。因此，可以得到AACF向量的偏微分为

[0055]

[0056] 此外，定义保留子载波符元向量为 上述的改变XR的陡2
降法为根据AACF向量的向量绝对值的平方(||ρ||)对于保留子载波符元向量XR的梯度(gradient)，来更新L个保留子载波符元 举例来说，可通过下式更
新：

[0057]2

[0058] 本实施例通过递归地(iteratively)计算XR，来最小化||ρ||。n代表更新次(n+1) (n)数。XR 代表第n+1次更新后的XR，XR 代表第n+1次更新前的XR。n＝0时代表未更新(0) (0)
的XR ，例如可等于原始的XR，然XR 也可为其它值。μ为步进单位(step size)。
(n+1)

[0059] 之后，保留子载波符元产生单元将根据XR 产生合并信号Cmb。于合并信号Cmb的N个合并符元C0，C1，...，CN-1中，对于符元Ci而言，当i∈U时， 然后，合并单元306将于频率域合并待合并信号Cmb于数据信号Data中，而产生调整后的数据信号Data’。数据信号Data’可以Y0，Y1，...，YN-1来表示。对于符元Yi而言，当i∈U时，Yi＝Ci。当 时，Yi＝Xi。传送器300具有一转换单元308，用以将合并单元306处理后的数据信号Data’进行转换，以对应地产生时域的一传送信号Data”以传送出去。转换单元308例如是IFFT转换器。

[0060] 传送器300例如更包括一开关312，用以于递归地计算XR时，使保留子载波符元产生单元304可以根据调整后的数据信号Data’，来计算更新后的XR的值，并更新数据信号Data’。然后再以更新后的数据信号Data’，再一次地更新XR，直到更新次数达到所预定的递归次数为止。

[0061] 此外，传送器300也具有一保留子载波索引值产生器310，用以产生上述的被保留子载波的L个子载波的索引值。其所产生的索引值将输出给保留子载波符元产生单元304。

[0062] 兹将式(7)的物理意义说明如下。请参照图4，其显示假设被保留子载波的个数为2
3，而保留子载波符元为Xa、Xb、及Xc时的||ρ|| 值的一例。

[0063] 若已知XR(n)，令向量 由于向量 可视为||ρ||2值改变量最大的方(n+1) (n+1) (n) 2向，因此，依据 来求XR 的话，所得到的XR 将会比XR 更接近||ρ|| 的极值，例如
2
是P点。因此，通过找出 来更新XR，可以得到使||ρ|| 的值更接近P点的保留子载波符元Xa、Xb、及Xc，而合乎所求。

[0064] 此外，上述的为步进单位μ为让式(7)可以收敛的值。μ的取法例如是可参照预先设定的一查表(look-up table)来得到。此查表可以依照传送器的各种通讯参数来设定，这些通讯参数例如是所使用的子载波的个数N，或是进行快速傅利叶转换(FFT)时的大小(size)等。

[0065] 请参照图5，其绘示是本实施例的模拟结果图。本模拟是以FFT大小为1024、传送器所使用的子载波的个数N为1024、被保留子载波的个数L为72，被保留子载波的子载波索引值为随机最佳化(Random optimized)选取，过取样率(Over-sampling Rate)为4，内差法使用频率域零填塞(Frequency domain zero-padding)，递归次数为4次的设定来进行模拟。

[0066] 于图5中，横轴代表PAPR，纵轴为互补累计分布函数值(Complementary cumulative distribution function，CCDF)。CCDF是指大于对应的PAPR的值的机率和。CCDF值愈小，代表传输信号的功率峰均值越小。图5的曲线502与504为原始的数据信号Data的CCDF值，曲线506与508为进行本实施例的降低数据信号的PAPR的方法后的数据信号Data’的CCDF值。曲线502与506是过取样后的仿真结果，而曲线504与508是奈奎斯(Nyquist)取样率下的模拟结果。由图5可看出，经由本实施例的方法处理后，PAPR值大致上可降低2dB，故实具有使所要传送的数据信号Data’的功率峰均值降低及信号质量提高。

[0067] 请参照图6，其绘示是本发明另一实施例的一种用以降低数据信号的功率峰均值的传送器600的方块图。与前一实施例不同的是，于本实施例中，上述L个保留子载波符元被分为多组保留子载波符元。本实施例于更新L个保留子载波符元之时，是通过依序地更新这多组保留子载波符元的方式，来更新此L个保留子载波符元。

[0068] 于传送器600中，切换器614是选择性地与调变单元602及合并单元606电性连接，而切换器612则是选择性地与转换单元608及合并单元606电性连接。

[0069] 通过使保留子载波索引值产生器610依序地分别输出不同组的保留子载波符元的索引值，来使保留子载波符元产生单元604仅针对某组保留子载波符元来进行更新，以产生合并信号Cmb_1。若尚有保留子载波符元尚未更新完毕，则切换器612与614会使合并单元606所输出的数据信号Data’_1回授至保留子载波符元产生单元604，以使保留子载波符元产生单元604对下一组保留子载波符元进行更新。而当所有组的保留子载波符元均更新完毕之后，切换器612会使数据信号Data’_1输出至转换单元608。

[0070] 请参照图7，其绘示是本实施例的模拟结果图。曲线702为将L个保留子载波符元分成一组，且递归次数为2次时的模拟结果。曲线704为将L个保留子载波符元分成一组，且递归次数为4次时的模拟结果。曲线706为将L个保留子载波符元分成四组，且递归次数为4次时的模拟结果。由曲线706可以看出，将L个保留子载波符元分成多组保留子载波符元，且依序地更新这多组保留子载波符元的做法，将使得信号功率峰均值更为降低。

[0071] 此外，于本发明的再另一实施例中，上述L个保留子载波符元也可分为多组保留子载波符元。本实施例于更新L个保留子载波符元之时，是通过并列地更新这多组保留子载波符元的方式，来更新此L个保留子载波符元。在并列处理之时，未处理到的保留子载波符元可视作非保留子载波符元来进行处理。

[0072] 请参照图8，其绘示本发明更另一实施例的传送器800的方块图。与图3的实施例不同的是，传送器800更具有一滤波器816、一第一乘法器818及一第二乘法器820。滤波器816具有频率响应函数H，而Hk表示在第k个子载波的频率响应系数值。第一乘法器818用以将N个数据符元分别乘以相对应的频率响应系数Hk。保留子载波符元产生单元
804是根据乘以Hk后的N个数据符元更新L个保留子载波符元，并产生待合并信号Cmb_2。
第二乘法器820用以将待合并信号Cmb_2乘以1/Hk并输出至合并单元806。转换单元808用以将合并单元806处理后的数据信号Data’_2进行转换，以对应地产生时域的传送信号Data”_2，并输出至滤波器816。

[0073] 于此实施例中，由于更新L个保留子载波符元的过程所参考的数据信号是等效于经过滤波器816处里后的数据信号，因此，此实施例所产生的更新后的L个保留子载波符元更能够进一步地消除滤波器816对于数据信号的封包功率的峰值所可能造成的影响。

[0074] 本发明上述实施例的用以降低数据信号的功率峰均值的其方法是于频率域中完成，所以可以不需如传统做法般必需进行多次的傅利叶转换。

[0075] 综上所述，虽然本发明已以一实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视权利要求所界定的范围为准。