專利名稱：多載波發(fā)射器電路和通信設備的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種主要用在移動通信基站中的多載波發(fā)射器電路。
近年來，隨著數(shù)字移動通信的快速普及，安裝包括有基站的基礎設施已變成當務之急。尤其是在城市中，必須在不敏感的區(qū)域(如建筑物的陰影部分和地鐵)中使用小型基站，因而需要減小已有的大規(guī)?；镜某叽?。
下面參照圖6描述傳統(tǒng)的多載波發(fā)射器電路。圖6中，標號501表示公共電話網(wǎng)，標號502表示交換局。501-1到503-n表示基帶處理電路，504-1到504-n表示n個調制器。505表示加法器，506表示高頻放大器，507表示天線。
對于由用戶采用公共電話網(wǎng)501傳送的信號，必要的信號通過交換局502取出，并接著輸出到n個信道中的每一個。在基帶處理電路503-1到503-n中，輸出的n個信號經(jīng)過恰當?shù)幕鶐幚磉^程，如帶限濾波處理過程。經(jīng)處理的n個信號(載波)由調制器504-1到504-n調制，并由加法器505模擬相加。加法器505的輸出由高頻放大器506輸出，并從天線507發(fā)射出去。
同時，根據(jù)現(xiàn)代的數(shù)字手提電話，已經(jīng)發(fā)展起來了一種采用碼分多址(CDMA)方法能夠確保更大通信容量的手提電話。由于CDMA方法已在“CDMA Methodand Next Generation Mobil Communication System”(Torikeppus Series，Chapter 1)進行了描述，所以其詳細描述從略。
由于這樣一種用于數(shù)字手提電話的基站采用線性調制，并通過多個載波發(fā)射信號，所以發(fā)射器-接收器電路需要嚴格的線性化和寬的動態(tài)范圍。
參見圖7，下面描述采用CDMA方法的傳統(tǒng)的多載波發(fā)射器電路。圖中，標號601-(1-1)到601-(n-k)表示k×n個信道輸入端，602-(1-1)到602-(n-k)表示k×n個編碼乘法器，而603-1到603-n表示數(shù)字加法器。604-1到604-n表示調制器，而605-1到605-n表示n個載波發(fā)生器。606表示加法器，607表示編碼選擇電路，而608表示輸出端。
通過交換局取出的k×n個信道信號被輸入到信道輸入端601-(1-1)到601-(n-k)。在編碼乘法器602-(1-1)到602-(n-k)中，輸入信道信號分別乘以編碼選擇電路607選擇的編碼。k×n個信道信號中的k個信號由數(shù)字加法器603-1到603-n中的每一個相加成一個信號，并得到n個輸出。調制器604-1到604-n分別用載波發(fā)生器605-1到605-n產(chǎn)生的n個載波調制n個輸出。n個經(jīng)調制的信號由加法器606模擬相加，從而得到多個載波信號。該信號由高頻功率放大器放大，并通過天線發(fā)射出去。
特別指出的是，發(fā)射器電路包括一個處理高功率的電路，如功率放大電路之類的電路，并且設計成使得平均輸出功率可以被覆蓋直到具有飽和輸出功率的瞬時峰值輸出功率，以保持線性特征。另外，由于獲得大通信容量時必須具有高傳輸速率傳輸信號的帶寬范圍從幾個MHz到幾十MHz。為此，發(fā)射器電路需要采用一種能夠跟隨十分之一毫秒的信號變化的電路。
然而，如果瞬時峰值輸出功率和平均輸出功率之間的峰值因數(shù)變大，那么采用的功率放大電路中的晶體管的尺寸增大，因此，需要采用從飽和輸出功率大大減小了的輸出電平。如果這樣減小了電平，也就使功率放大電路的直流供電功率與發(fā)射功率之間的比值(功率轉換效率)減小。
下面描述該多載波信號中峰值因數(shù)變大的原因。通常，如圖2(a)所示，在某些頻率段上多載波信號同時包括多個載波。這些載波之間的相位關系隨時間而變。變化期間，如圖2(b)所示，當兩個或多個多載波接近于同一相位時，總功率瞬時變大。特別是，如圖2(c)所示，當具有相同相位的載波數(shù)增多時，與平均輸出功率相比，產(chǎn)生瞬時更大的峰值輸出功率。對于這樣一個峰值輸出功率與平均輸出功率(即峰值因數(shù))之比較大的信號，功率放大電路中使用的晶體管的尺寸變得更大，從而功率放大電路的直流供電功率與發(fā)射功率之間的比值(即功率轉換效率)將減小。
尤其是，在CDMA方法中，與傳統(tǒng)的時分多址(TDMA)方法相比，峰值因數(shù)翻倍。另外，由于具有CDMA方法的一個特征的代碼被多路復用，所以峰值因數(shù)變得更大。當要進行多路復用的代碼數(shù)為最大時，CDMA方法具有約13dB的峰值因數(shù)。另外，如果進一步對具有代碼的多個載波進行多路復用，那么峰值將變得更大。為此，與現(xiàn)有技術相比，發(fā)射器電路(如功率放大電路之類的電路)要求相當嚴格的線性特征，并且需要采用一種能夠輸出是實際工作功率的十倍以上的功率的元件。結果，發(fā)射器電路的電路規(guī)模變大，并且基站的小型化變得困難起來。
同時，作為減小峰值因數(shù)的措施，人們建議采用一種采用反饋控制的多載波發(fā)射器電路，如日本專利公開號為8-274734和8-818249的專利文獻中所建議的那樣。該電路采用反饋結構。為此，當發(fā)射帶寬較窄(幾個kHz到幾百kHz)的信號時，信號的變化速度是幾十毫秒或更多一些，并且電路可以跟上這一變化速度。但該電路卻無法跟上帶寬為幾個MHz到幾十MHz的信號的變化速度，所以這一電路的應用是有困難的。
本發(fā)明就是著眼于傳統(tǒng)的多載波發(fā)射器電路中出現(xiàn)的這些問題。因此，本發(fā)明的目的是提供這樣一種多載波發(fā)射器電路，該電路通過將相對于帶寬為幾個MHz到幾十MHz的信號的瞬時峰值輸出功率抑制到一個小值，能夠實現(xiàn)電路的小型化，從而減小多載波信號的峰值因數(shù)。
一種多載波發(fā)射器電路，用來對具有相應n個輸入信號的載波進行調制，以產(chǎn)生n個調制信號，隨后對所述n個調制信號進行多路復用，并輸出經(jīng)多路復用的信號，這里，n是一個2或更大的整數(shù)，其特征在于，所述多載波發(fā)射器電路包含產(chǎn)生每一所述載波的n個載波發(fā)生電路；用來用每一所述輸入信號調制每一所述載波、并輸出所述調制信號的n個調制裝置；用來對所述n個調制信號進行多路復用并輸出所述多路復用信號的多路復用裝置；直接或間接地調節(jié)每一所述調制信號的電平的電平變化裝置；檢測每一所述載波的相位的n個載波相位檢測裝置；以及按照每一所述載波相位檢測裝置檢測的每一所述載波的相位來控制所述電平變化裝置的控制裝置。
按照第一個本發(fā)明，通過相對于幾個MHz到幾十個MHz的寬帶信號將瞬時峰值輸出功率抑制到一個較小值從而使多載波信號的峰值因素減小，而使得發(fā)射器電路的小型化成為可能。
即，第一個本發(fā)明的多載波發(fā)射器電路預先檢測多載波信號的每一調制信號的相位，預測指示瞬時峰值功率的每一調制信號的相位關系，并且按照該相位關系，直接或間接地調節(jié)每一調制信號的電平。這樣，就減小了具有相同相位關系或相位關系接近的每一調制信號的電平，從而減小了多載波信號的峰值因素。因此，可以減小功率放大器的飽和輸出功率，從而可以減小元件的尺寸。結果，可以減小包括有功率放大器的發(fā)射器電路的尺寸。
下文中在參照附圖對本發(fā)明進行了詳細描述以后，讀者將會清楚地理解本發(fā)明的上述及其他的目的和優(yōu)點。


圖1是本發(fā)明第一個實施例中多載波發(fā)射器電路的方框圖；圖2(a)是通用多載波信號的頻譜圖；圖2(b)是通用多載波信號的相位關系圖；圖2(c)是多載波信號的總功率的時間變化圖；圖3(a)是在如圖2(b)所示相同的條件下，在控制可變衰減器的衰減量的第一個實施例中多載波信號的相位關系圖；圖3(b)是在如圖2(b)所示相同的條件下，在控制可變衰減器的衰減量的第一個實施例中多載波信號總功率的時間變化圖；圖4是本發(fā)明的第二個實施例中多載波發(fā)射器電路的方框圖；圖5是本發(fā)明的另一個實施例中多載波發(fā)射器電路的方框圖；圖6是傳統(tǒng)的多載波發(fā)射器電路的基本方框圖；以及圖7是另一個傳統(tǒng)的多載波發(fā)射器電路的方框圖。1-1至1-n，輸入端2-1至2-n，可變衰減器3-1至2-n，載波發(fā)生器4-1至4-n，相位檢測器5-1至5-n，調制器6，加法器7，控制電路8，輸出端9，代碼選擇電路10-1至10-m，信道輸入端20-1至20-m，代碼乘法器A1至An，數(shù)字加法器下面參照附圖，描述本發(fā)明的實施例。
(第一個實施例)首先參照圖1至3，描述本發(fā)明的第一個實施例。
圖1是本發(fā)明的第一個實施例中多載波發(fā)射器電路的方框圖。圖中，標號1-1至1-n表示n個輸入端，2-1至2-n表示n個可變衰減器(對應于本發(fā)明的電平變化裝置)，3-1至3-n表示n個載波發(fā)生器(對應于本發(fā)明的載波發(fā)生裝置)，4-1至4-n表示n個相位檢測器(對應于本發(fā)明的載波相位檢測裝置)，而5-1至5-n表示n個調制器(對應于本發(fā)明的調制裝置)。標號6表示加法器(對應于本發(fā)明的多路復用裝置)，標號7表示控制電路(對應于本發(fā)明的控制裝置)，標號8表示一輸出端。
圖1中，功率相同并且輸入到輸入端1-1至1-n的n個信號(對應于本發(fā)明的輸入信號)分別通過可變衰減器2-1至2-n，并衰減預定量。經(jīng)衰減的信號被輸入到調制器5-1至5-n，并由n個輸入信號對載波發(fā)生器3-1至3-n產(chǎn)生的載波(對應于本發(fā)明的載波)進行調制。由加法器6將調制器5-1至5-n的輸出(對應于本發(fā)明的調制信號)相加。加法器6的輸出(對應于本發(fā)明的多路復用信號)被輸出到輸出端8。
下面描述用可變衰減器2-1至2-n衰減輸入信號的過程。相位檢測器4-1至4-n預先例如利用在實際發(fā)射前進行的加熱時間檢測從載波發(fā)生器3-1至3-n輸出的載波的相位。相位關系從進行相位檢測開始隨時間而變，但是，如果每一載波的頻率是已知的，則可以預測該時刻的相位關系。根據(jù)有關檢測的相位的信息，控制電路7預測載波之間的相位關系，并按照所預測的相位關系，控制可變衰減器2-1至2-n中每一個的衰減量。
為了對衰減量進行控制，下面參照圖2和圖3進行詳細的描述。圖2描繪的是一種傳統(tǒng)的通用多載波信號的圖。圖2(a)是該通用多載波信號的頻譜圖，圖2(b)是通用多載波信號的相位關系圖，而圖2(c)是通用多載波發(fā)射信號的總功率的時間變化圖。
圖3是本發(fā)明第一個實施例中的多載波信號圖。圖3(a)是第一個實施例中多載波信號的相位關系圖，用來在與圖2(b)相同的條件下控制可變衰減器的衰減量，而圖3(b)是第一個實施例中多載波信號的總功率的時間變化圖，用來在與圖2(b)相同的條件下控制可變衰減器的衰減量。注意，第一個實施例中多載波信號的頻譜與圖2(a)中的是相同的。
正如在相關技術領域中描述的那樣，多載波信號通常在某些頻率間隔內同時包括多個載波。這些載波之間的相位關系隨時間而變。變化期間，當兩個或多個多載波接近相同的相位時，總功率瞬時變大。尤其是，當具有相同相位的載波數(shù)變大時，會產(chǎn)生瞬時更大的峰值輸出功率。相對于這樣一種峰值因素較大的信號，功率放大電路中所使用的晶體管的尺寸變得更大，從而用于功率放大電路的直流供電功率與所發(fā)射的功率之間的比例(即功率轉換效率)將減小。
因此，在如圖2(b)所示的相位關系中，f1和f2的幅度被抑制，而除此頻率之外的幅度增加，同時，該相位關系被保持在如圖3(a)所示的狀態(tài)。這樣，總功率的峰值可以如圖3(b)所示被抑制在較低值上。其他頻率的幅度增大的原因是因為作為一個整體來說，總功率是平衡的。
控制電路7用來控制可變衰減器2-1至2-n的衰減量，從而它們對應于圖3(b)中頻率的幅度。因此，通過抑制總功率的峰值輸出功率，使之相對于平均輸出功率較低，可以減小功率放大電路中使用的晶體管的尺寸，并且可以增強功率放大電路的功率轉換效率。
在第一個實施例中，已經(jīng)描述了本發(fā)明的電平變化裝置是與調制器的輸入側相連作為可變衰減器的，并且每一調制信號的電平是通過調整本發(fā)明的每一輸入信號的電平而間接調整的。然而本發(fā)明并非僅限于此。例如，電平變化裝置可以與調制器的輸出端相連，以直接調節(jié)本發(fā)明的每一調制信號的電平。它還可以與載波發(fā)生器的輸出端相連，以調制本發(fā)明的每一載波。即使本發(fā)明的每一調制信號的電平是以這種方式間接調節(jié)的，也可以得到相同的效果。
簡而言之，如果電平變化裝置是一個直接或間接調節(jié)本發(fā)明的每一調制信號的電平的裝置，那么將得到同樣的效果。同時，甚至是與可變增益放大器的組合也可以得到相同的效果。
另外，在本發(fā)明的第一個實施例中，如果圖7中的數(shù)字加法器603-1至603-n在1∶1的比例下與輸入端1-1至1-n相連，該實施例將應用于采用CDMA方法的多載波發(fā)射器電路。該例子如圖5中所示。
(第二個實施例)下面參照附圖描述本發(fā)明的第二個實施例。本實施例與上述第一個實施例之間的差異是，本實施例中還配置有代碼調制裝置、代碼選擇裝置和準備多路復用裝置。所以，如果沒有特別指出，本實施例與第一個實施例是相同的。對于以與第一個實施例中相同的標號標出的部件，如果沒有特別指出，這些部件與第一個實施例中的功能是相同的。
圖4是本發(fā)明第二個實施例中多載波發(fā)射器電路的方框圖。圖中，標號10-1至10-m表示m個信道輸入端，而20-1至20-m表示m個代碼多路復用器(對應于本發(fā)明的代碼調制裝置)。標號9是按照來自控制電路7的指定選擇提供給每一代碼乘法器的代碼的代碼選擇電路(對應于本發(fā)明的代碼選擇裝置)，而A1至An是按照來自控制電路7的指定將預定個信道的代碼乘法器的輸出數(shù)字相加的n個數(shù)字加法器(對應于本發(fā)明的準備多路復用裝置)。
圖4中，輸入到信道輸入端10-1至10-m的具有相等幅度的信道信號(對應于本發(fā)明的準備輸入信號)與具有代碼乘法器20-1至20-m的代碼選擇電路9指定的代碼相乘。與代碼相乘的信道信號(對應于本發(fā)明的準備代碼的信號)被輸入到由控制電路7指定的數(shù)字加法器A1至An，并且數(shù)字相加和多路復用。經(jīng)多路復用的信道信號(對應于本發(fā)明的輸入信號)被輸入到調制器5-1至5-n。調制器5-1至5-n以后的操作是以與第一個實施例中相同的方式進行的。
下面描述由控制電路7將指定輸入到數(shù)字加法器A1至An的信道信號的過程。例如，利用實際發(fā)射前的加熱時間，相位檢測器4-1至4-n預先檢測從載波發(fā)生器3-1至3-n輸出的載波的相位。從進行相位檢測的時候起，相位關系隨時間而變，但是，如果每一載波的頻率是已知的，則可以預測該時刻的相位關系。根據(jù)有關檢測相位的信息，控制電路7預測載波間的相位關系。按照預測的相位關系，代碼選擇電路9選擇賦予信道信號的代碼。選擇的代碼被分別提供給代碼乘法器20-1至20-m。另外，按照預測的相位關系，控制電路7指定加到n個數(shù)字加法器A-1至A-n的信道信號的個數(shù)?？刂齐娐?確定這一數(shù)字，從而該數(shù)字與第一個實施例中描述的圖3(b)的頻率的幅度對應。這樣，就由多路復用的信道信號的個數(shù)決定了多路復用到調制器5-1至5-n的輸入信號。因為該數(shù)字是由載波之間的相位關系決定的，所以可以得到與第一個實施例中相同的效果。
注意，進行上述代碼選擇，從而代碼不會在與相同數(shù)字加法器A相連的信道輸入端之間相互匹配。
作為一種調節(jié)調制信號的電平的方法，在圖4中，除了上述方法以外，也可以采用通過相位調節(jié)編碼信號的電平的方法。
作為另一種調節(jié)方法，也可以采用調節(jié)代碼選擇電路9選擇的代碼來調節(jié)調制信號的電平。
在第二種實施例中，如果假設m是n的倍數(shù)，并且在初始狀態(tài)，線路的連接使得數(shù)字加法器A-1至A-n將m/n個信道信號多路復用成一個多路復用的信號，那么本實施例可以應用于采用CDMA方法的多載波發(fā)射器電路。
在上述第一和第二個實施例中，已經(jīng)描繪了當兩個或更多個載波的相位成一定的相位關系(包括相同的相位關系)的時候，本發(fā)明的控制裝置決定每一調制信號的電平，從而與不進行由電平變化裝置進行的調節(jié)的時候相比，多路復用的信號的電平變得更小，并且控制電平變化裝置，使得每一調制信號的電平達到確定的電平。但是，當設置峰值功率允許的最大值時，控制裝置可以決定每一調制信號的電平，從而多路復用信號的電平不會超過一預定值。另外，當相反要求輸出不減小到預定電平或以下時，控制裝置可以確定每一調制信號的電平，從而經(jīng)多路復用的信號的電平變得更大。即，如果可以按照每一載波相位檢測裝置檢測的每一載波的相位來控制電平變化裝置，那么本發(fā)明的控制裝置將是足夠的。
注意，本發(fā)明并非僅限于CDMA方法，也可以適用于其他的多載波方法，如FDMA方法、TDMA方法等等。
另外，按照本發(fā)明的發(fā)射器具有上述多載波發(fā)射器電路以及用來放大如圖6所示的多載波發(fā)射器電路的輸出的高頻放大電路，和將經(jīng)放大的信號發(fā)射到外部的天線。
從上面的描述中可以清楚地看到，本發(fā)明能夠提供一種多載波發(fā)射器電路，該電路能夠通過相對于幾個MHz到幾十MHz的寬帶信號將瞬時峰值輸出功率抑制到一個較小的值上從而減小多載波信號的峰值因素來實現(xiàn)電路的小型化。
即，本發(fā)明的多載波發(fā)射器電路預先檢測多載波信號的每一載波的相位、當檢測的相位按相位關系指示瞬時峰值輸出功率時，預測兩個或多個載波的相位成相同的相位，并控制每一調制信號的電平。這樣，相對于成幾個MHz到幾十MHz的寬帶信號，將瞬時峰值輸出功率抑制到一個較小的值上，并減小多載波信號的峰值因素，從而可以實現(xiàn)發(fā)射器電路的小型化。
盡管本發(fā)明的描述是針對較佳實施例進行的，但本發(fā)明并非僅限于所給出的細節(jié)，還可以在權利要求書給出的范圍內修改這些實施例。
權利要求
1.一種多載波發(fā)射器電路，用來對具有相應n個輸入信號的載波進行調制，以產(chǎn)生n個調制信號，隨后對所述n個調制信號進行多路復用，并輸出經(jīng)多路復用的信號，這里，n是一個2或更大的整數(shù)，其特征在于，所述多載波發(fā)射器電路包含產(chǎn)生每一所述載波的n個載波發(fā)生電路；用來用每一所述輸入信號調制每一所述載波、并輸出所述調制信號的n個調制裝置；用來對所述n個調制信號進行多路復用并輸出所述多路復用信號的多路復用裝置；直接或間接地調節(jié)每一所述調制信號的電平的電平變化裝置；檢測每一所述載波的相位的n個載波相位檢測裝置；以及按照每一所述載波相位檢測裝置檢測的每一所述載波的相位來控制所述電平變化裝置的控制裝置。
2.如權利要求1所述的多載波發(fā)射器電路，其特征在于，它還包含通過相應的代碼對m個準備輸入信號進行編碼而產(chǎn)生m個準備編碼信號的m個代碼調制裝置，這里，m是n或更大的整數(shù)；用來選擇每一所述準備輸入信號的所述代碼的代碼選擇裝置；以及對所述m個準備編碼信號進行多路復用以產(chǎn)生所述n個輸入信號的n個準備多路復用裝置。
3.如權利要求1或2所述的多載波發(fā)射器電路，其特征在于，所述電平變化裝置通過調節(jié)每一所述輸入信號的電平或通過調節(jié)每一所述載波的電平，間接地調節(jié)每一所述調制信號的電平。
4.如權利要求2所述的多載波發(fā)射器電路，其特征在于，所述電平變化裝置通過切換每一所述準備編碼信號輸入到每一所述準備多路復用裝置所通過的線路的連接來調整每一所述調制信號的電平，以及所述控制裝置按照每一所述載波相位檢測裝置檢測的每一所述載波的相位，確定每一所述準備多路復用裝置進行多路復用的所述準備編碼信號的個數(shù)，從而控制所述電平變化裝置；并且所述代碼選擇裝置根據(jù)所述連接的切換選擇所述編碼。
5.如權利要求2所述的多載波發(fā)射器電路，其特征在于，所述電平變化裝置通過在對m個準備輸入信號進行編碼前的電平調整，調整每一所述調制信號的電平。
6.如權利要求2所述的多載波發(fā)射器電路，其特征在于，所述電平變化裝置通過調整所述代碼，調整所述調制信號的電平。
7.如權利要求4所述的多載波發(fā)射器電路，其特征在于，所述m是n的倍數(shù)，并且在初始狀態(tài)下，將線路連接起來，從而每一所述準備多路復用裝置將所述準備編碼信號的m/n個準備編碼信號多路復用起來，并產(chǎn)生一個多路復用信號。
8.如權利要求2所述的多載波發(fā)射器電路，其特征在于，所述電平變化裝置通過調整每一所述準備編碼信號的電平間接地調整每一所述調制信號的電平。
9.如權利要求1至8中任何一個權利要求所述的多載波發(fā)射器電路，其特征在于，當呈某一關系的所述兩個或多個載波的相位關系包括相同的相位時，決定某一所述調制信號的電平，從而與不由所述電平變化裝置進行任何調整時的情況相比，所述多路復用信號的電平可以更小，并且所述電平變化裝置受到控制，以獲得預定的電平。
10.如權利要求9所述的多載波發(fā)射器電路，其特征在于，決定每一所述調制信號的電平，從而所述多路復用信號的電平不超過所述預定電平。
11.一種進行通信的通信裝置，其特征在于，它包含權利要求1至10中的任何一個中所述的多載波發(fā)射器電路；放大所述多載波發(fā)射器電路的輸出的高頻放大器；以及發(fā)射所述高頻放大器的輸出的天線。
全文摘要
為減小移動通信基站的多載波發(fā)射器電路的尺寸,將瞬時峰值輸出功率相對于幾個MHz到幾十MHz的寬帶信號抑制到較小值上,從而減小多載波信號的峰值因素。在用相應輸入信號調制載波以產(chǎn)生調制信號并隨后多路復用所述調制信號和輸出多路復用信號的多載波發(fā)射器電路中,多載波發(fā)射器電路具有載波發(fā)生器3－1至3－n、調制器5－1、加法器6、可變衰減器2－1至2－n、相位檢測器4－1,和控制電路7。
文檔編號H04L27/26GK1250279SQ99118460
公開日2000年4月12日 申請日期1999年8月24日 優(yōu)先權日1998年8月24日
發(fā)明者石田薰, 宮地正之, 小杉裕昭, 久郷伸一 申請人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會社