專利名稱：用于限幅寬帶無線電信號的方法及其相應(yīng)的發(fā)射機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通過無線電接口的寬帶信號傳輸。
背景技術(shù)：
通常，無線電通信網(wǎng)的發(fā)送鏈路包括一個功率放大器以便在通過無線電接口發(fā)射之前放大信號。
一方面，峰值與平均值之比(PAR)是提交給功率放大器的信號的一個重要的特征。峰值與平均值之比是由在信號的最高的幅度和信號的平均幅度之間的比值限定的。由幾個用戶使用擴頻技術(shù)(例如CDMA信號)發(fā)射的信息疊加寬帶信號呈現(xiàn)具有嚴(yán)格的頻譜掩碼的鄰近高斯頻率分布，并且寬的動態(tài)包絡(luò)調(diào)制導(dǎo)致高的峰值與平均值之比(PAR大約10dB)。
另一方面，功率放大器通常是以它的作為在放大器輸出的信號功率和功率放大器的總功率消耗之間的比值限定的效率為特征的。
具有高的峰值與平均值之比的信號導(dǎo)致功率放大器的低效率。對于一個具有PAR大約為10dB的CDMA信號的標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)允的放大，同數(shù)量級的放大器鏈的過尺寸是必要的(通稱為大約10dB的功率放大器補償)。按照必要的能源供應(yīng)或者適當(dāng)?shù)睦鋮s裝置，在無線電通信網(wǎng)(尤其是在基站)的發(fā)射機這樣一個過尺寸造成大的損失。盡管如此未達到功率放大器特性的非線性的領(lǐng)域，這個過度尺寸是必需的。如果這發(fā)生，由于調(diào)制失真，信號中的峰值(在下文中稱作溢出)使功率放大器飽和，在接收機引起高誤碼率。
對這個問題的一種公知的對策是限幅技術(shù)。它在于從信號中消除具有幅度高于按照功率放大器的特征確定的閾值幅度的溢出。這通常是通過使信號在這個幅度閾值飽和而獲得的。閾值的選擇是在功率放大器效率、傳輸信號的質(zhì)量和接收機靈敏度之間的折衷。當(dāng)然，該閾值設(shè)置的越低，從信號中除去的包含在溢出中的信息越多，以及接收機將恢復(fù)的因為限幅已經(jīng)消除的信息越有效。
通常的限幅技術(shù)必須面對非線性濾波問題。一方面，在閾值使信號飽和產(chǎn)生寬帶噪音不與按照頻譜掩碼設(shè)置給信號的必要條件兼容。甚至，通常的限幅技術(shù)導(dǎo)致信號頻譜擴展超過允許的頻譜掩碼，造成在鄰頻信道中的干涉。另一方面，當(dāng)施行濾波以消除在允許的頻譜掩碼之外的噪音時，濾波的固有存儲效應(yīng)再產(chǎn)生高于期望的閾值的信號溢出。
當(dāng)功率放大器共用于幾個相鄰的寬帶載波以優(yōu)化發(fā)射機的成本和尺寸時，這些缺點甚至很難去克服。在這種情況下，提供給放大器的信號是幾個頻率多路復(fù)用信號的總和，即使每個獨立的信號已經(jīng)通過通常公知的方法限幅，該信號傾向于再次具有Raleigh頻率分布。Raleigh頻率分布示出按照作為高斯分布溢出相同的缺點。
此外，一個可接受的功率放大器效率是僅僅以巨大的處理能力的代價提供，而不與通常的計算能力兼容。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是以適當(dāng)?shù)奶幚砟芰μ峁┮环N按照限幅信號的頻譜范圍滿足需要的限幅方法。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種執(zhí)行這個方法的發(fā)射機。
這些目的及其他在下面出現(xiàn)的目的，通過按照以下用于限幅寬帶信號的方法和發(fā)射機來實現(xiàn)在提交所述寬帶信號給功率放大器之前，用于限幅寬帶信號(ISE)以便消除具有幅度高于預(yù)先確定閾值(THR)的信號溢出(OV1...OV7)的方法，所述方法其特征在于包括步驟i.從所述寬帶信號中減去與所述寬帶信號(ISE)同相的濾波脈沖(FPTE)，所述濾波脈沖的每一個對應(yīng)于所述溢出的一個，所述濾波器脈沖每一個的幅度依賴于所述對應(yīng)的溢出的幅度，以及依賴于所述預(yù)先確定的閾值(THR)；ii.對所述寬帶信號至少重復(fù)兩次連續(xù)的步驟i的迭代。
在無線電接口上發(fā)射寬帶信號的發(fā)射機，所述發(fā)射機包括一個信號合成模塊，一個為消除高于預(yù)先確定的閾值信號溢出的限幅模塊，以及一個功率放大器，所述發(fā)射機其特征在于，所述限幅模塊包括一個脈沖發(fā)生器，用于產(chǎn)生與所述寬帶信號同相的濾波脈沖，所述濾波脈沖的每一個對應(yīng)于所述溢出的一個，所述濾波脈沖每一個的幅度依賴于所述對應(yīng)的溢出的幅度；一個減法器，用于從所述寬帶信號中減去所述濾波脈沖；以及一個回路，用于通過所述限幅模塊至少重復(fù)兩次所述寬帶信號的處理。
按照本發(fā)明的方法具有提供一個有效限幅方法的優(yōu)點，尤其是當(dāng)功率放大器共用于幾個相鄰的寬帶載波時。為了逐漸地抑制信號從最大到最小的溢出，限幅方法連續(xù)的迭代施加于該信號。這些實施例具有進一步降低為適當(dāng)?shù)叵薹撔盘査匦璧奶幚砉β屎蛯⒂杏眯盘柕氖д鏈p到最少的優(yōu)點。
這個方法的另一個優(yōu)點是優(yōu)化用于限幅信號的頻譜純度。因此，因為降低了相鄰信道干擾，它增加了系統(tǒng)容量。
這個方法的另一個優(yōu)點是與在該領(lǐng)域公知的限幅方法相比較，對于相同的功率消耗，提高了功率放大器輸出功率或者同時的用戶數(shù)目。從另一個角度來看，由于比在該領(lǐng)域公知的限幅方法獲得更高的功率放大器效率，每個發(fā)射的瓦特的成本降低了。
在另一個優(yōu)選實施例中，被限幅的信號以預(yù)先確定的高超取樣因數(shù)超取樣，以便更精確地跟蹤信號的溢出。
本發(fā)明的更多的有益的特點在從屬權(quán)利要求中限定。


通過閱讀非限制性的說明以及從伴隨的附圖給定的下面優(yōu)選實施的說明將顯現(xiàn)本發(fā)明的其他特性和優(yōu)點，其中-圖1示出按照本發(fā)明的限幅模塊的一個實施例；-圖2示出按照本發(fā)明的發(fā)射機的一個實施例；-圖3示出用于按照本發(fā)明的限幅方法的可能的實施流程圖；圖4示出一個按照本發(fā)明的限幅方法施加于信號上的例子；-圖5示出由按照本發(fā)明限幅的相鄰的載波組成的多載波信號的功率頻譜。
具體實施例方式
按照本發(fā)明，提出的限幅模塊消除信號溢出高于預(yù)先確定的閾值，即它產(chǎn)生與被限幅的信號同相的濾波脈沖，每個濾波脈沖對應(yīng)于一個溢出，每個濾波脈沖的幅度是依賴于所述相應(yīng)的溢出的幅度。
-圖1示出按照本發(fā)明的限幅模塊的一個實施例。限幅模塊10包括一個信號包絡(luò)檢波器11、一個溢出檢測器12、一個溢出選擇器13、一個脈沖序列發(fā)生器14、一個低通濾波器15和一個減法器16。限幅模塊接收基帶信號作為輸入，該基帶信號由同相部分輸入I和正交部分輸入Q組成。最好是，該基帶信號以數(shù)字形式表示，以便限幅模塊10執(zhí)行數(shù)字處理。
信號的同相輸入I和正交輸入Q部分連接到信號包絡(luò)檢測器11，它確定該信號的包絡(luò)(即，通過在復(fù)數(shù)空間中確定具有作為實部的同相值和作為復(fù)數(shù)部分的正交值的矢量的模塊)。
該信號包絡(luò)被提交給溢出檢測器12，它比較信號包絡(luò)的幅度和預(yù)先確定的閾值CLIP。溢出檢測器12確定不同的溢出幅度和位置。最好是，溢出檢測器12按照一個預(yù)先確定的函數(shù)規(guī)范溢出的幅度。這個函數(shù)在于溢出幅度和除以溢出幅度的閾值CLIP之間的差值。
峰值選擇器13選擇應(yīng)該考慮進一步處理的溢出。一個可允許的選擇標(biāo)準(zhǔn)是在預(yù)先確定持續(xù)時間的時間窗口中被留作進一步處理的溢出的數(shù)目N。然后選擇在時間窗口中最高的N溢出。另外一個選擇標(biāo)準(zhǔn)是在兩個連續(xù)的溢出之間的距離。這個距離應(yīng)該比預(yù)先確定的距離更高?？梢栽O(shè)想其他的溢出選擇標(biāo)準(zhǔn)。
有關(guān)在時間窗口中選擇的溢出幅度和位置的信息被提交給脈沖序列發(fā)生器14，它產(chǎn)生一個與輸入信號輸入I、輸入Q同相的脈沖序列。當(dāng)由溢出選擇器13已經(jīng)選擇沒有相應(yīng)的溢出時，最好脈沖序列的幅度等于零，當(dāng)由溢出選擇器13已經(jīng)選擇了一個溢出時，脈沖序列的幅度等于在溢出幅度和閾值之間的差值。
脈沖序列發(fā)生器14檢測基帶信號輸入I、輸入Q的相位，并且產(chǎn)生一個具有該相同相位的脈沖序列。為了說明的目的，該脈沖序列由兩個部分組成，同相部分FPT I和正交部分FPT Q，F(xiàn)PT I是通過由溢出選擇器13給定的每個樣品乘輸入信號的實部輸入I而獲得的，F(xiàn)PT Q是通過由溢出檢測器13給定的每個樣品乘輸入信號的復(fù)數(shù)部分輸入Q而獲得的。
該脈沖序列的兩個部分然后由低通濾波器15濾波。最好，低通濾波器是一個以其長度為特征的升余弦(RRC)數(shù)字濾波器。RRC濾波器的系數(shù)最好存儲在未在圖1中表示的存儲器中。如本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知，RRC濾波器的系數(shù)可以以不同的方式選擇，而不限制于本發(fā)明的范圍內(nèi)。在CDMA信號中對溢出的統(tǒng)計分析允許在濾波器實施中的最佳化。
在減法器16中濾波脈沖序列的同相部分FPT I從輸入信號的同相部分輸入I中減去，其正交部分FPT Q從其正交部分輸入Q中減去。最好，在用于減法器16之前，為了考慮需要產(chǎn)生濾波脈沖序列FPT I、FPT Q以及固有濾波器組延遲的處理時間，輸入信號的兩個部分輸入I、輸入Q提交給數(shù)字式延遲17。減法器16的輸出表示限幅的信號輸出I、輸出Q。
與通常公知的限幅方法相反的是使溢出在閾值飽和，按照本發(fā)明的方法在于從濾波的脈沖輸入信號中減去在相位和幅度上預(yù)調(diào)諧的脈沖，它盡可能精確地模仿選擇的溢出以除去。按照本發(fā)明的方法比通常的限幅方法更多地考慮輸入信號的頻譜掩碼。
為了逐漸地施行限幅，從而降低限幅模塊的復(fù)雜度，本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例在于級聯(lián)幾個限幅級10。
圖2示出按照本發(fā)明的發(fā)射機的一個實施例，其中級聯(lián)有幾個限幅級。發(fā)射機20包括一個信號合成模塊21、一個第一限幅級101、一個第二限幅級102、一個通常的限幅模塊22和一個功率放大器23。
信號合成模塊21相應(yīng)于被發(fā)射的信息構(gòu)成數(shù)字信號流。在這個模塊中，對那些本領(lǐng)域技術(shù)人員來說公知的糾錯碼、調(diào)制、多用戶疊加以及其他的通常的信號處理以數(shù)字形式被執(zhí)行。信號流最好是具有預(yù)先確定碼片速率的CDMA載波，并且代表使用不同的正交擴展序列的幾個用戶的疊加。
信號流也可以是至少兩個相鄰的CDMA載波的疊加。當(dāng)在一個基站中放大鏈共用于相鄰的CDMA載波時，后者的例子尤其是正確的。
在本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例中，信號合成模塊也包括一個超取樣模塊，去以比信號的碼片速率更高的速率超取樣(例如超取樣速率＝32*碼片速率)數(shù)字信號流。在信號溢出的情況下，這具有更準(zhǔn)確地跟蹤信號幅度的突然變化的優(yōu)勢。
按照本發(fā)明，在信號合成模塊21的輸出端的超取樣信號被提交給第一限幅級101，執(zhí)行第一限幅迭代。按照本發(fā)明，限幅信號被提交給第二限幅級102，執(zhí)行第二限幅迭代。第一限幅步驟用于除去第一組溢出(例如，最高的N個)，同時第二限幅步驟用于除去剩余的部分。對于那些對本領(lǐng)域技術(shù)人員來說很清楚，連續(xù)的限幅級的數(shù)目不局限于兩個。任意數(shù)目的連續(xù)的限幅級可以級聯(lián)，而不限制本發(fā)明的范圍。
在本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例中，在第二限幅級102的輸出端的限幅信號在進入功率放大器23之前被提交給嚴(yán)格(hard)限幅級22以除去剩余的次要溢出。嚴(yán)格限幅級22使用一種在本領(lǐng)域公知的通常的限幅方法，例如使在第二限幅級102的輸出端的信號在閾值限幅飽和。由于大多數(shù)的溢出通過在兩個限幅級101和102減去濾波脈沖序列已經(jīng)被除去，在剩余的溢出的幅度和閾值之間的差值變?yōu)楹苄　?br> -圖3示出用于按照本發(fā)明的限幅方法的可能的實施流程圖。
一種推薦的按照本發(fā)明的限幅方法的實施包括順序的步驟31到36。
步驟31在于確定基帶信號包絡(luò)。
步驟32在于檢測具有幅度高于預(yù)先確定閾值的信號包絡(luò)溢出的位置和幅度。
步驟33在于選擇每一時間窗口預(yù)先確定的溢出的數(shù)目。
步驟34在于僅通過考慮溢出的位置、相位和幅度產(chǎn)生一個與基帶信號同相的脈沖序列。
步驟35在于以低通濾波器濾波該脈沖序列。中心濾波的中心系數(shù)等于一，使得在對應(yīng)于溢出位置的濾波脈沖序列的幅度等于信號溢出的幅度和預(yù)先確定的閾值之間的差值。
步驟36在于從信號中減去該濾波脈沖序列。為了保持信號和濾波脈沖序列的同步，最好，信號應(yīng)該通過一個等于要求產(chǎn)生濾波脈沖序列的處理時間的延遲來延遲。
在本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例中，步驟31到36重復(fù)預(yù)先確定的次數(shù)。
圖4示出一個按照本發(fā)明的限幅方法施加于信號上的例子。
曲線圖的橫座標(biāo)x代表時間，更確切地說是在時間窗口中信號的樣本數(shù)，曲線圖的縱座標(biāo)y代表信號包絡(luò)的幅度。
在該曲線圖上表示有輸入信號包絡(luò)ISE、閾值THR、脈沖序列PT、濾波脈沖序列包絡(luò)FPTE以及限幅信號包絡(luò)CSE。
輸入信號包絡(luò)溢出OV1…OV7對應(yīng)于具有幅度高于閾值TRH的輸入信號包絡(luò)ISE的峰值。
脈沖序列PT是從輸入信號包絡(luò)ISE中推導(dǎo)出的，即脈沖是與溢出的最大值點相關(guān)的。脈沖序列的所有其他的值設(shè)置為零。在該脈沖序列中的一個脈沖的幅度等于溢出幅度和閾值之間的差值。因為數(shù)字處理，最好該脈沖是狄拉克脈沖。在本發(fā)明的框架中可以設(shè)想其他的脈沖形式。濾波脈沖序列包絡(luò)FPTE是通過由具有一個中心系數(shù)的低通濾波器濾波脈沖序列PT而獲得的。限幅信號包絡(luò)CSE是通過從輸入信號包絡(luò)ISE中減去濾波脈沖序列包絡(luò)FPTE而獲得的。
-圖5示出由按照本發(fā)明限幅的相鄰的載波組成的多載波信號的功率頻譜。信號頻譜SpectSig代表合成該信號(橫座標(biāo)x)的頻率范圍和這個頻率的幅度(縱座標(biāo)y)。頻譜掩碼SpectMask代表通常由無線電通信標(biāo)準(zhǔn)化主體設(shè)置的必要條件，信號頻譜應(yīng)該滿足應(yīng)允的標(biāo)準(zhǔn)。
按照本發(fā)明的限幅方法，在超出允許頻帶的頻率范圍中的信號幅度低于頻譜掩碼需要，并且作為應(yīng)允的標(biāo)準(zhǔn)。這在將相鄰信道干擾減到最少方面占優(yōu)勢，并且因此提高無線電通信系統(tǒng)的容量。
權(quán)利要求
1.在提交所述寬帶信號給功率放大器之前，用于限幅寬帶信號(ISE)以便消除具有幅度高于預(yù)先確定閾值(THR)的信號溢出(OV1...OV7)的方法，所述方法其特征在于包括步驟i.從所述寬帶信號中減去與所述寬帶信號(ISE)同相的濾波脈沖(FPTE)，所述濾波脈沖的每一個對應(yīng)于所述溢出的一個，所述濾波器脈沖每一個的幅度依賴于所述對應(yīng)的溢出的幅度，以及依賴于所述預(yù)先確定的閾值(THR)；ii.對所述寬帶信號至少重復(fù)兩次連續(xù)的步驟i的迭代。
2.按照權(quán)利要求1的方法，其特征在于它包括步驟-在具有預(yù)先確定持續(xù)時間的時間窗口中選擇一個預(yù)先確定的信號溢出的數(shù)目；-產(chǎn)生一個與所述信號同相的數(shù)字脈沖序列，如果所述信號幅度高于所述預(yù)先確定的閾值，每個脈沖的幅度等于所述溢出幅度和所述預(yù)先確定的幅度閾值之間的差值；-由一個低通濾波器濾除所述脈沖序列；和-從所述寬帶信號中減去所述過濾的脈沖序列。
3.按照權(quán)利要求2的方法，其特征在于它進一步包括以預(yù)先確定的超取樣比率超取樣所述寬帶信號的步驟，所述脈沖序列是以所述超取樣比率而產(chǎn)生的。
4.按照權(quán)利要求1的方法，其特征在于它進一步包括在所述方法的所述迭代以后立即限幅的步驟。
5.按照權(quán)利要求1的方法，其特征在于所述寬帶信號是一個CDMA信號。
6.按照權(quán)利要求1的方法，其特征在于所述寬帶信號是一個通過在相鄰的載波上疊加幾個CDMA信號而組成的多載波信號。
7.在無線電接口上發(fā)射寬帶信號的發(fā)射機，所述發(fā)射機包括一個信號合成模塊，一個為消除高于預(yù)先確定的閾值信號溢出的限幅模塊，以及一個功率放大器，所述發(fā)射機其特征在于，所述限幅模塊包括-一個脈沖發(fā)生器，用于產(chǎn)生與所述寬帶信號同相的濾波脈沖，所述濾波脈沖的每一個對應(yīng)于所述溢出的一個，所述濾波脈沖每一個的幅度依賴于所述對應(yīng)的溢出的幅度；-一個減法器，用于從所述寬帶信號中減去所述濾波脈沖；以及-一個回路，用于通過所述限幅模塊至少重復(fù)兩次所述寬帶信號的處理。
8.按照權(quán)利要求7的發(fā)射機，其特征在于所述限幅模塊在一個DSP或者一個FPGA上執(zhí)行的。
9.按照權(quán)利要求7的發(fā)射機，其特征在于它是用于一個CDMA無線電通信網(wǎng)的基站中。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于限幅寬帶無線電信號的方法及其相應(yīng)的發(fā)射機。本發(fā)明特別是涉及在提交寬帶信號給功率放大器之前,為了消除信號溢出,用于限幅具有幅度高于預(yù)先確定的閾值的寬帶信號的方法。按照本發(fā)明,該方法包括步驟:i.從寬帶信號中減去與所述寬帶信號同相的濾波脈沖,每個過濾的脈沖對應(yīng)于一個溢出,每個過濾的脈沖的幅度依賴于對應(yīng)的溢出的幅度,以及依賴于預(yù)先確定的閾值。ii對所述寬帶信號至少重復(fù)兩次連續(xù)的步驟i的迭代。
文檔編號H04J13/04GK1359245SQ0114568
公開日2002年7月17日 申請日期2001年9月30日 優(yōu)先權(quán)日2000年10月6日
發(fā)明者盧克·達托伊斯 申請人:阿爾卡塔爾公司