專利名稱：自適應(yīng)射頻放大器預(yù)限制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及擴(kuò)譜碼分多址(CDMA)通信系統(tǒng)。本發(fā)明尤其涉及一種用于在CDMA通信系統(tǒng)中，自適應(yīng)限制正向與反向鏈路發(fā)射功率的系統(tǒng)與方法。
現(xiàn)有技術(shù)的描述利用擴(kuò)譜調(diào)制技術(shù)的無線通信系統(tǒng)，代表數(shù)字通信之技藝狀態(tài)與日益增進(jìn)的普及性。在碼分多址(CDMA)通信系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)之傳輸是利用一寬帶寬(擴(kuò)譜)，利用偽隨機(jī)片碼(chip code)序列以調(diào)節(jié)該數(shù)據(jù)。其優(yōu)點(diǎn)在于，相對應(yīng)使用其他多址技術(shù)的通信系統(tǒng)(如時(shí)分多址(TDMA)或頻分多址(FDMA))，CDMA系統(tǒng)較能抵抗在發(fā)送信道中的信號變形與干擾頻率。
一種用于測量通信系統(tǒng)性能的指示為信噪比(SNR)。在接收器處，將所要接收的信號電平與所收到的噪聲比較。以高SNR接收的發(fā)射信號中的數(shù)據(jù)，很快于該接收器中恢復(fù)。低SNR造成數(shù)據(jù)的流失。


圖1是現(xiàn)有技術(shù)的CDMA通信系統(tǒng)。該通信系統(tǒng)具有多個(gè)基站201，202...20N，它們通過一本地公共交換電話網(wǎng)(PSTN)的交換機(jī)連接在一起。每一基站201，202...20N利用擴(kuò)譜CDMA與蜂窩區(qū)內(nèi)的移動(dòng)單元以及固定的電話用戶單元221，222...22N進(jìn)行通信。
圖2是簡化的CDMA發(fā)射器24與接收器26。具有已知帶寬的數(shù)據(jù)信號與一偽隨機(jī)片碼序列發(fā)生器產(chǎn)生的擴(kuò)展碼混合，該發(fā)生器產(chǎn)生用于發(fā)射的數(shù)字?jǐn)U譜信號。接收之后，在與用于傳送該數(shù)據(jù)的相同偽隨機(jī)片碼序列后相關(guān)后，重現(xiàn)該數(shù)據(jù)。使用不同的偽隨機(jī)片碼序列，許多數(shù)據(jù)信號或子信道可分享相同的通信信道帶寬。特別是，基站201可與一組使用相同帶寬的電話用戶單元221，222...22N進(jìn)行通信。前向鏈路通信是自基站201至電話用戶單元221，222...22N，而反向鏈路通信是自電話用戶單元221，222...22N至該基站201。
為了與一接收器26計(jì)時(shí)同步化，使用一未經(jīng)調(diào)制的導(dǎo)頻信號。該導(dǎo)頻信號使得各接收器26與一給定的發(fā)射器24同步，使得在該接收器26處能夠?qū)σ粯I(yè)務(wù)信號進(jìn)行去擴(kuò)展。在典型的CDMA系統(tǒng)中，每一個(gè)基站201，202...20N傳送由通信范圍內(nèi)所有用戶單元221，222...22N接收的特定的全球?qū)ьl信號，以使前向鏈路傳輸同步。相反，在某些CDMA系統(tǒng)中，例如，在B-CDMATM空中接口中，每一電話用戶單元221，222...22N傳送一唯一分配的導(dǎo)頻信號，以使反向鏈路傳輸同步。
圖3是現(xiàn)有技術(shù)的發(fā)射器24。采用各混頻器301，302...30N，用特定的片碼序列321，322...32N來分別擴(kuò)展數(shù)據(jù)信號281，282...28N(包含業(yè)務(wù)信號，導(dǎo)頻信號與維護(hù)(maintenance)信號)。每一混頻器的輸出與混頻器34耦合，加入各混合信號作為混合信號44。該組合信號44系藉由一混合器36混合該組合信號44與一RF載波，而被向上調(diào)整至射頻(RF)，如第三圖中COSωt所示。該調(diào)整的信號系藉由一放大器38被放大至一預(yù)先決定之發(fā)射功率電平(TLP)，且藉由一天線40播送。
大多數(shù)的CDMA系統(tǒng)使用某形式的自適應(yīng)功率控制。在一CDMA系統(tǒng)中，許多信號分享相同的帶寬。當(dāng)一電話用戶單元221，222...22N或基站201，202...20N系接收一特定的信號，在相同帶寬中似關(guān)于該特定信號之其他信號為噪聲。增加一信號之功率電平，系在相同帶寬中使所有其他的信號劣化。然而，大幅減少TLP于該接收器26造成不被接受的SNRs。為了保持一所欲的SNR于最小的發(fā)射功率電平，使用自適應(yīng)功率控制。
典型地，一發(fā)射器24將傳送一信號至一特定的接收器26。接收之后，決定該SNR。該決定的SNR系與一所欲之SNR相對照。相比之下，一信號傳送于反向鏈路至該發(fā)射器24，而造成傳輸功率之增加或減少。此即為所知之前信道功率控制。相反地，功率控制自該電話用戶單元22至該基站20，為所知的反向信道功率控制。
圖4a，圖b，圖c與圖d簡單說明三擴(kuò)譜信號421，422，423，以及組合的組合信號44。雖然每一信號421，422，423之?dāng)U展系由不同的偽隨機(jī)片碼序列，但每一信號421，422，423系于碼元速率同步化。當(dāng)該序列中之個(gè)別碼片被加總時(shí)，該組合的信號可具有極大瞬態(tài)電流46，48，其中該碼片能量組合或降低其中減掉之低瞬態(tài)電流47。
高的低瞬態(tài)電流頂端系不被期待的。為了增加每3dB頂端，需要兩個(gè)的基礎(chǔ)放大功率瓦特。不僅該瞬態(tài)電流加重放大器的負(fù)擔(dān)，甚至來自該放大器之功率需具有大于被預(yù)期最大最大電流之容量。此特別不被期待用于手持電池運(yùn)作之裝置。此外，為了來自高極瞬態(tài)瞬態(tài)電流之高功率電平而設(shè)計(jì)，需要更復(fù)雜的放大器電路系統(tǒng)，或包含放大器增益，電池壽命與傳輸時(shí)間。高價(jià)的極大瞬態(tài)電流強(qiáng)迫放大器38進(jìn)入其動(dòng)態(tài)范圍之非線性區(qū)，其造成帶寬外發(fā)射與降低的放大器效能。因此，需要一自適應(yīng)RF發(fā)射器系統(tǒng)，其可解決現(xiàn)有技術(shù)中的問題。
本發(fā)明可減少CDMA傳輸系統(tǒng)中信號傳送中之峰值瞬態(tài)電流峰值。復(fù)數(shù)個(gè)擴(kuò)譜數(shù)據(jù)信號系組合于一組合信號，其具有變動(dòng)功率電平對應(yīng)于該數(shù)據(jù)信號之組合。該組合的信號被調(diào)制以產(chǎn)生一RF信號以發(fā)射。該組合信號之平均功率系測量于一選擇的時(shí)間周期上。該組合的信號功率電平系被自適應(yīng)地限制，至基于至少部分測量的功率之一計(jì)算的功率電平。
附圖簡述圖1是現(xiàn)有技術(shù)的CDMA系統(tǒng)。
圖2是現(xiàn)有技術(shù)的CDMA發(fā)射器與接收器。
圖3是現(xiàn)有技術(shù)的發(fā)射器的系統(tǒng)方框圖。
圖4a是第一偽隨機(jī)片碼序列。
圖4b是第二偽隨機(jī)片碼序列。
圖4c是第三偽隨機(jī)片碼序列。
圖4d是圖4a至圖4c的組合的片碼序列。
圖5是系統(tǒng)方塊圖，其系根據(jù)本發(fā)明之一實(shí)施例說明組合至該放大器之功率測量裝置。
圖6是系統(tǒng)方塊圖，其系根據(jù)本發(fā)明之另一實(shí)施例說明組合至該調(diào)整器之功率測量裝置。
圖7是組合信號功率電平之可能性分布函數(shù)。
圖8是所接收之信號與噪聲比率對修減量損耗之圖示。
圖9是利用自適應(yīng)功率控制之一CDMA通信系統(tǒng)中，損失于所接收之信號與噪聲比率對修減量所作之圖示。
圖10是系統(tǒng)方塊圖，其系根據(jù)本發(fā)明之另一實(shí)施例說明控制放大器增益之處理器。
較佳實(shí)施例的詳細(xì)說明較佳實(shí)施例說明請參照各圖示，其中相同的符號代表同樣的元件。
圖5與圖6系說明本發(fā)明之發(fā)射器系統(tǒng)。一組數(shù)據(jù)信號281，282...28N，其包含業(yè)務(wù)，導(dǎo)頻與維持信號，其系與不同的片碼序列321，322...32N，且于一組合器34中加總為一組合信號44。該組合器34系結(jié)合至一可調(diào)信號限制器50(限幅器)，其中信號功率電平被限制于+β與-βdB。功率電平于+β與-β間未受限制。該限幅信號45由一混合器36被向上調(diào)制至RF。該調(diào)制信號由一放大器38，放大至一預(yù)先決定之功率電平，且由天線40播送。
圖7是典型的組合信號功率電平之可能性分布函數(shù)。如圖4d所示之組合碼片46，47，48將具有一相關(guān)的功率電平。如圖7所示為依據(jù)有特定功率電平之已知組合碼片。兩極大功率電平為+K與-K。如圖7中所示，一具有功率電平+K或-K之以之組合碼片之可能性系極度的低。然而，在兩極大值中間之具有一功率電平之一組合碼片之可能性系高的。由于一擴(kuò)譜信號之?dāng)U展系由一寬通信帶寬，且一組合碼片具有功率電平于該分布峰值之可能性低，因此該組合信號44可于無重大損失下被剪裁于這些極值下。
該傳輸系統(tǒng)調(diào)整該剪裁電平，β，僅于該傳輸?shù)男盘柵c噪聲比率(SNR)中小幅減少，以排除該信號極大瞬態(tài)電流。圖8系說明未使用自適應(yīng)功率控制之一系統(tǒng)中，SNR與限幅電平間之關(guān)系。實(shí)線，虛線與點(diǎn)線描述不同運(yùn)作SNRs之通信信道。如圖8中所述，因應(yīng)β設(shè)定于損失于SNR中之兩標(biāo)準(zhǔn)偏差之限幅電平，系可以忽略的，且于一標(biāo)準(zhǔn)偏差之限幅電平，該損失僅約等于0.2dB。
針對使用自適應(yīng)功率控制之系統(tǒng)，圖9系為SNR因應(yīng)該限幅電平之圖示。其結(jié)果與未使用自適應(yīng)功率控制之系統(tǒng)相似。如圖9中所示，由兩標(biāo)準(zhǔn)偏差之xf電平，SNR中之損失可被忽略。因此，該限幅電路系統(tǒng)可適用于使用自適應(yīng)功率控制之系統(tǒng)，以及未使用自適應(yīng)功率控制之系統(tǒng)。
請參閱圖5，為了決定β，本發(fā)明使用一功率測量裝置52與一處理器54。該功率測量裝置52系結(jié)合于圖5中所示之該RF放大器38之輸出，或結(jié)合于圖6中所示之該混合器36。較佳為該功率測量裝置52決定于一預(yù)先決定時(shí)間周期之傳輸信號之大小平方之平均值。該較佳之該功率測量裝置52之輸出接近該混合信號49或被傳輸之信號51之變異?；蛘?，該功率測量裝置52決定該標(biāo)準(zhǔn)偏差之近似值，系藉由取該信號49，51絕對值之平均，亦或該功率測量裝置52測量信號49，51之大小，加上該處理器決定該變異或標(biāo)準(zhǔn)偏差。
該功率測量裝置52之輸出系結(jié)合至一處理器54。若該功率測量裝置52系結(jié)合至該放大器38之輸出，則該處理器54藉由該放大器38之增益，而縮小該功率測量裝置52之該輸出。該處理器54決定β之適當(dāng)?shù)南薹娖健６艘曈谒腟NR與帶寬，β之值將為該標(biāo)準(zhǔn)偏差的倍數(shù)。若該功率測量裝置52接近該方差，則該處理器54將取該裝置輸出之平方根為該標(biāo)準(zhǔn)偏差。在較佳的實(shí)施例中，β為該標(biāo)準(zhǔn)偏差的兩個(gè)。
在某些情況下，該處理器54會(huì)越過所決定之β值。例如，若該發(fā)射器25被使用于基站201，202...20N，則大量增加的使用者會(huì)造成β暫時(shí)被設(shè)定的太低。此將導(dǎo)致一不被期望之接收的SNR。如同經(jīng)由該線60支援該處理器54，與基站201，202...20N通信之當(dāng)時(shí)使用者數(shù)目，系被用以改變?chǔ)禄驎簳r(shí)使該限幅器50失效，以使得所有信號于適當(dāng)時(shí)機(jī)通過不被改變。
此外，由于該可能性分布功能假定一大的樣品尺寸，因此小量的使用者造成一不被期待之接收的SNR。因此，若只有少數(shù)使用者以基站201，202...20N通信，則該限幅器50將不具功能。此外，當(dāng)僅少數(shù)使用者啟動(dòng)時(shí)，將無法達(dá)到該放大器之動(dòng)態(tài)范圍。因此，將不需要限幅該組合信號。在其他情況下，可不需要越過該限幅器50。例如，在某些CDMA系統(tǒng)中，在初始功率跳躍過程中系使用短碼。由于這些碼的長度不足以接近一隨機(jī)信號，因此偶然地一碼將造成信號中大量高暫態(tài)峰值。限幅這些傳輸將明顯減少接收的SNR，且不需延遲功率跳躍過程。在這些情況中，將經(jīng)由該線62傳送一信號至該處理器54以越過該限幅器50。
請參閱圖10所示之另一實(shí)施例，該處理器54亦被使用于透過該線58，控制該放大器38之增益。儲(chǔ)存于該處理器中為該放大器增益特性。調(diào)整該放大器增益，以阻止該放大器進(jìn)入非線性運(yùn)作區(qū)。因此，緊鄰頻帶中之服務(wù)的頻外發(fā)射與干擾可被減少。
雖然本發(fā)明已由部分實(shí)施例藉以說明，但是其內(nèi)容并不限制本案之精神。熟知該技術(shù)人員將可于本發(fā)明之架構(gòu)上延伸其他修改與變化，但仍不脫離本發(fā)明所揭露之范圍。
權(quán)利要求
1.一種用于CDMA通信系統(tǒng)基站的發(fā)射器，其特征在于，所述發(fā)射器包含用于將多個(gè)擴(kuò)譜數(shù)據(jù)信號組合成組合信號的裝置，所述組合信號具有對應(yīng)于所述數(shù)據(jù)信號之組合的波動(dòng)功率電平；用于調(diào)制所述組合信號信號的裝置，以產(chǎn)生RF信號用于發(fā)射；用于在一選擇的時(shí)間周期上測量所述組合信號之平均功率的裝置；以及至少部分根據(jù)所述測量之功率自適應(yīng)地將所述組合信號功率限制在一計(jì)算的功率電平上的裝置。
2.如權(quán)利要求1所述的發(fā)射器，其特征在于，所述測量裝置在所述選擇的時(shí)間周期上，測量所述RF信號的平均功率。
3.如權(quán)利要求1所述的發(fā)射器，它還包含一放大器，用于在發(fā)射前放大所述RF信號，其特征在于，所述測量裝置在所述選擇的時(shí)間周期上，測量經(jīng)放大的RF信號的平均功率。
4.如權(quán)利要求1所述的發(fā)射器，其特征在于，所述測量裝置決定所述組合信號功率的方差；其中，所述自適應(yīng)限制裝置部分根據(jù)所述方差的近似，將所述組合信號功率限制在所述計(jì)算的功率電平上。
5.如權(quán)利要求1所述的發(fā)射器，其特征在于，所述測量裝置決定所述組合信號功率平方之平均值；其中，所述自適應(yīng)限制裝置部分根據(jù)所述平方之平均值，將所述組合信號功率限制在所述計(jì)算的功率電平上。
6.如權(quán)利要求1所述的發(fā)射器，其特征在于，所述測量裝置決定所述組合信號功率絕對值之平均值；其中，所述自適應(yīng)限制裝置部分根據(jù)所述絕對值之平均值，將所述組合信號功率限制在計(jì)算的功率電平上。
7.如權(quán)利要求1所述的發(fā)射器，其特征在于，所述測量裝置決定所述組合信號功率之大小，且所述測量裝置具有處理裝置，用以根據(jù)所決定的大小值，決定所述組合信號功率之方差；其中，所述自適應(yīng)限制裝置部分根據(jù)所述決定的方差，將所述組合信號功率限制在所述計(jì)算的功率電平上。
8.如權(quán)利要求1所述的發(fā)射器，其特征在于，所述測量裝置具有處理裝置，用以決定所述組合信號功率的標(biāo)準(zhǔn)偏差，且所述自適應(yīng)限制裝置部分根據(jù)所述決定的標(biāo)準(zhǔn)偏差，將所述組信號功率限制在所述計(jì)算的功率電平上。
9.如權(quán)利要求8所述的發(fā)射器，其特征在于，所述計(jì)算的功率電平是所述決定的標(biāo)準(zhǔn)偏差中的兩個(gè)。
10.如權(quán)利要求8所述的發(fā)射器，其特征在于，所述計(jì)算的功率電平是所述決定的標(biāo)準(zhǔn)偏差。
11.如權(quán)利要求8所述的發(fā)射器，其特征在于，所述處理裝置根據(jù)一些主動(dòng)使用者，使所述自適應(yīng)限制裝置無效。
12.如權(quán)利要求8所述的發(fā)射器，其特征在于，所述處理裝置在發(fā)送短碼的過程中，使所述自適應(yīng)限制裝置無效。
13.如權(quán)利要求8所述的發(fā)射器，其特征在于，它還包含一個(gè)用于在發(fā)射前放大所述RF信號的放大器，以及用于決定所述計(jì)算的功率電平的處理裝置；其中，所述處理裝置3根據(jù)計(jì)算的功率電平和存儲(chǔ)的所述放大器的增益特征調(diào)整所述放大器之增益。
14.一種用于CDMA通信系統(tǒng)的發(fā)送方法，其特征在于，所述方法包含將多個(gè)擴(kuò)譜數(shù)據(jù)信號組合成一組合信號，所述組合信號具有一對應(yīng)于所述數(shù)據(jù)信號之組合的波動(dòng)功率電平；調(diào)制所述組合信號，以產(chǎn)生一RF信號；在選擇的時(shí)間周期內(nèi)，測量所述組合信號之平均功率；至少部分根據(jù)所述測量的功率，自適應(yīng)地將所述組合的信號功率限制在計(jì)算的功率電平上；以及發(fā)送所述RF信號。
15.如權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，在所述選擇的時(shí)間周期內(nèi)，測量所述RF信號的平均功率。
16.如權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，它包含在發(fā)射前放大所述RF信號；其中，在所述選擇的時(shí)間周期內(nèi)，測量所述經(jīng)放大的RF信號的平均功率。
17.如權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，所述計(jì)算的功率是根據(jù)所述組合信號的方差而進(jìn)行的。
18.如權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，所述計(jì)算的功率是基于所述組合信號的標(biāo)準(zhǔn)偏差的。
19.如權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于，所述計(jì)算的功率是所述標(biāo)準(zhǔn)偏差中的一個(gè)。
20.如權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于，所述計(jì)算的功率是所述標(biāo)準(zhǔn)偏差中的兩個(gè)。
21.如權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，所述自適應(yīng)限制的步驟不是根據(jù)一些主動(dòng)使用者而進(jìn)行的。
22.如權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，所述自適應(yīng)限制的步驟不是根據(jù)短碼的發(fā)送而進(jìn)行的。
23.如權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，它還包含由放大器于發(fā)送前，使所述RF信號放大一增益倍數(shù)；以及根據(jù)計(jì)算的功率電平與所述放大器的儲(chǔ)存增益特性，調(diào)整所述增益倍數(shù)。
全文摘要
本發(fā)明系于CDMA傳輸系統(tǒng)中,減少傳輸信號中之暫態(tài)峰值。多個(gè)擴(kuò)譜數(shù)據(jù)信號系組合成一組合信號,其具有波動(dòng)功率電平,對應(yīng)于該數(shù)據(jù)信號之組合。調(diào)制該組合信號以產(chǎn)生一RF信號而傳輸。該組合信號之平均功率系于一選擇的時(shí)間周期上測量。至少部分基于該測量的功率上,該組合信號功率電平系被自適應(yīng)限制至一計(jì)算的功率電平。
文檔編號H04B1/707GK1371547SQ00812001
公開日2002年9月25日 申請日期2000年8月23日 優(yōu)先權(quán)日1999年8月31日
發(fā)明者F·M·奧魯杜克, B·吉爾南 申請人:美商內(nèi)數(shù)位科技公司