專利名稱：利用極化調(diào)制產(chǎn)生線性已調(diào)信號(hào)的方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一利用極化調(diào)制技術(shù)的通信系統(tǒng)，特別是涉及一種在蜂窩通信系統(tǒng)中的遠(yuǎn)程站利用極化調(diào)制產(chǎn)生線性已調(diào)信號(hào)的方法和裝置。
現(xiàn)代通信系統(tǒng)，例如蜂窩和衛(wèi)星無線電系統(tǒng)，其都采用不同的運(yùn)行方式(模擬、數(shù)字、雙重方式等)和儲(chǔ)如為頻分多址技術(shù)(FDMA)、時(shí)分多址技術(shù)(TDMA)、碼分多址技術(shù)(CDMA)和這些技術(shù)混用的存取技術(shù)。


圖1是典型的蜂窩移動(dòng)無線電話系統(tǒng)的方框圖，該系統(tǒng)包括典型基站110和移動(dòng)站120?；景刂坪吞幚韱卧?30，該控制和處理單元130與移動(dòng)交換中心(MSC)140相連，移動(dòng)交換中心140依次與公共電話交換網(wǎng)絡(luò)(PSTN)(未示出)相連?，F(xiàn)有技術(shù)中這種蜂窩無線電話系統(tǒng)的一般特點(diǎn)是已知的。基站110通過話頻信道收發(fā)機(jī)150處理多個(gè)話頻信道，電話頻信道收發(fā)機(jī)150由控制和處理單元130所控制。此外，每個(gè)基站包括控制信道收發(fā)設(shè)備160，其也能處理多個(gè)控制信道?？刂菩诺朗瞻l(fā)機(jī)160由控制和處理單元130所控制。控制信道收發(fā)機(jī)160通過基站或單元的控制信道向那些控制信道被鎖定的移動(dòng)裝置廣播控制信息?？梢岳斫獾氖牵軐⑹瞻l(fā)機(jī)150和160作為象話頻和控制收發(fā)機(jī)170那樣的信號(hào)裝置，以便與共用同一無線電載波的控制和通信信道一起使用。
在例如作為移動(dòng)站120的典型收發(fā)機(jī)中，基帶通信信號(hào)是載波信號(hào)上調(diào)制的相位、頻率或振幅，調(diào)制信號(hào)由收發(fā)機(jī)發(fā)射。
現(xiàn)有多種調(diào)制技術(shù)。正交幅度調(diào)制技術(shù)(QAM)和相移鍵控技術(shù)(PSK)是線性調(diào)制技術(shù)的示例。這些技術(shù)通常采用如圖1B所示的正交(I-Q)幅度調(diào)制器?；谝l(fā)射的信息100，數(shù)字信號(hào)處理器101產(chǎn)生數(shù)字化的同相(I)和正交(Q)分量。然后利用D/A轉(zhuǎn)換器102a和b將這些數(shù)字化的I和Q分量轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)。模擬信號(hào)在低通濾波器103a和b內(nèi)進(jìn)行低通濾波。濾波器103a和b的輸出利用倍增器104a和b分別調(diào)制以90°相位分離的載波信號(hào)105a和b。倍增器104a和b的輸出在加法器106內(nèi)求和，以形成要在功率放大器內(nèi)要被放大的信號(hào)107并將發(fā)射信號(hào)107。
通常認(rèn)為更有效的另一項(xiàng)調(diào)制技術(shù)是極化調(diào)制技術(shù)。如美國專利5430416中示例所公開，并如圖2所示，該技術(shù)是基于基帶信號(hào)的極性表示法。根據(jù)該技術(shù)，利用極性分量(即振幅(r)和相位(Ψ)分量)代替I和Q成分量。根據(jù)要發(fā)射的信息200，數(shù)字信號(hào)處理器201產(chǎn)生振幅分量202和相位分量203。相位分量203在相位調(diào)制器205中調(diào)制載波信號(hào)，獲得具有恒定包跡的相位調(diào)制。振幅分量202在D/A轉(zhuǎn)換器204內(nèi)被轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)，然后饋通調(diào)整器206，調(diào)整器206調(diào)整信號(hào)的電流或電壓，并根據(jù)模擬信號(hào)和輸出信號(hào)208將功率放大器207的功率控制到目標(biāo)功率值。經(jīng)調(diào)整的模似信號(hào)在功率放大器207中通過控制功率放大器的功率調(diào)制相位已調(diào)載波信號(hào)。然后輸出用于發(fā)射的所得放大信號(hào)208。
為了利用振幅分量調(diào)制相位已調(diào)信號(hào)，有必要使振幅分量的相位與載波信號(hào)所經(jīng)受的相位改變相一致。傳統(tǒng)極化調(diào)制裝置中，在例如為功率放大器的部件內(nèi)產(chǎn)生相位失真，這導(dǎo)致在振幅分量和相位已調(diào)載波信號(hào)之間不能重合。由此，最后得到的振幅和相位已調(diào)載波信號(hào)與所希望的已調(diào)載波信號(hào)不一致。
為解決該問題已經(jīng)作了各種嘗試，包括美國專利4972440中公開的技術(shù)。根據(jù)該專利，通過向載波信號(hào)提供相應(yīng)相位失真來補(bǔ)償功率放大器中引入的相位失真。
除功率放大器產(chǎn)生的相位失真之外，還存在由相位調(diào)制器產(chǎn)生的相位失真，該相位調(diào)制器包括實(shí)質(zhì)作為低通濾波器的部件。通常假定相位調(diào)制器為理想狀態(tài)，即假定相位調(diào)制器不會(huì)產(chǎn)生相位失真。然而，在實(shí)際應(yīng)用過程中，相位調(diào)制器不是理想狀態(tài)，它會(huì)產(chǎn)生引起振幅分量和相位已調(diào)載波信號(hào)之間不重合的相位失真。這將導(dǎo)致失真的輸出信號(hào)，該信號(hào)的頻譜比所希望的輸出信號(hào)頻譜要寬得多。由于該失真輸出信號(hào)的寬頻譜，從而無法滿足發(fā)射信號(hào)所需的頻譜。用于補(bǔ)償功率放大器產(chǎn)生的相位失真的已有技術(shù)不能解決相位調(diào)制器產(chǎn)生的相位失真的問題。
因此，就需要一種方法和裝置，用以補(bǔ)償極化調(diào)制系統(tǒng)中由相位調(diào)制產(chǎn)生的相位失真。
因此本發(fā)明的一個(gè)目的是補(bǔ)償極化調(diào)制系統(tǒng)中相位調(diào)制器產(chǎn)生的相位失真，以產(chǎn)生線性已調(diào)信號(hào)。本發(fā)明的另一個(gè)目的是，在利用極化調(diào)制效能的同時(shí)滿足發(fā)射信號(hào)所需的頻譜。
根據(jù)示范實(shí)施例，通過一種裝置和方法能達(dá)到這些和其它目的，這種裝置和方法能在極化調(diào)制系統(tǒng)中產(chǎn)生線性已調(diào)信號(hào)，即QAM或PSK信號(hào)。用于發(fā)射的信號(hào)被分成相位分量和振幅分量，將載波信號(hào)用相位分量進(jìn)行相位調(diào)制。相位調(diào)制器產(chǎn)生相位失真，該相位失真通過修改振幅分量得到補(bǔ)償。利用經(jīng)補(bǔ)償?shù)恼穹至繉ο辔灰颜{(diào)信號(hào)進(jìn)行振幅調(diào)制，以產(chǎn)生線性已調(diào)信號(hào)。
通過閱讀該說明書并結(jié)合附圖將更清楚本發(fā)明的特征、目的和優(yōu)點(diǎn)，在附圖中相同附圖標(biāo)記適用于相同部件，其中圖1A表示蜂窩通信系統(tǒng)；圖1B表示傳統(tǒng)I-Q正交振幅調(diào)制器；圖2表示傳統(tǒng)極化調(diào)制器；圖3表示根據(jù)本發(fā)明的利用極化調(diào)制產(chǎn)生線性已調(diào)信號(hào)的示范裝置；以及圖4表示根據(jù)本發(fā)明利用極化調(diào)制產(chǎn)生線性已調(diào)信號(hào)的示范方法。
為了達(dá)到說明的目的，下列描述針對蜂窩無線電通信系統(tǒng)，但可以理解的是本發(fā)明不局限于此，它還可以應(yīng)用于其它類型的通信系統(tǒng)中。
根據(jù)本發(fā)明的示范實(shí)施例，由極化調(diào)制系統(tǒng)中相位調(diào)制器產(chǎn)生的相位失真得到補(bǔ)償，以便得到線性已調(diào)信號(hào)，即QAM或PSK信號(hào)。圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的示范極化調(diào)制系統(tǒng)。
如圖3所示，要發(fā)射的信息300(即二進(jìn)制信息)首先在數(shù)字波形濾波器301內(nèi)被轉(zhuǎn)換成數(shù)字波形，然后在數(shù)字信號(hào)處理器302內(nèi)被分成相位和振幅分量。相位分量饋入調(diào)制載波信號(hào)的相位調(diào)制器305，得到恒定包跡的相位調(diào)制。相位調(diào)制器可以是任意一種通用相位調(diào)制器，例如I-Q相位調(diào)制器或∑Δfractional-N PLL調(diào)制器。這種調(diào)制器的例子公開在共同未決的美國專利申請08/931430和08/931302(申請?zhí)?中，以及公開在T.Riley et al.“A SimplifiedContinuous Phase Modulator Technique”，IEEE Transactions on Circuits andSystems-II，Vol.41，pp.321-326(1994)和T Riley et al.“Delta-sigma Modulation inFractional-n frequency Synthesis”，IEEE Transactions on SolidState Circuits，Vol.28，pp.553-559(1993)中，在此將其結(jié)合進(jìn)來作為參考文獻(xiàn)。相位調(diào)制器305產(chǎn)生相位已調(diào)載波信號(hào)中的相位失真。
為校正該相位失真并提供線性已調(diào)信號(hào)，將振幅分量饋送到補(bǔ)償器303，該補(bǔ)償器303修改振幅分量以便補(bǔ)償由相位調(diào)制器305產(chǎn)生的相位失真。例如，補(bǔ)償器303基于相位調(diào)制器305中經(jīng)受的延遲以及理想相位分量和失真相位分量(即包括由相位調(diào)制器產(chǎn)生的相位失真的相位分量)得出補(bǔ)償函數(shù)。補(bǔ)償器303將該補(bǔ)償函數(shù)施于振幅分量。補(bǔ)償器303能以任何執(zhí)行這些函數(shù)的方式執(zhí)行。例如，補(bǔ)償器303包括一個(gè)查閱表和非線性數(shù)字濾波器，查閱表用于確定如何修改振幅分量(即確定補(bǔ)償函數(shù))，而非線性數(shù)字濾波器用于將補(bǔ)償函數(shù)施于振幅分量?？梢赃x擇的是，微型計(jì)算機(jī)可執(zhí)行其部分或全部函數(shù)。
經(jīng)補(bǔ)償?shù)臄?shù)字振幅分量在D/A轉(zhuǎn)換器304中被轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)。所得模擬信號(hào)饋通調(diào)整器307，調(diào)整器307調(diào)整信號(hào)的電流或電壓，并依據(jù)模擬信號(hào)和輸出信號(hào)308將功率放大器306的功率控制到目標(biāo)值。最后，經(jīng)調(diào)整的模擬信號(hào)在功率放大器306中通過控制功率放大器的功率來調(diào)制相位己調(diào)載波信號(hào)，并輸出經(jīng)放大的信號(hào)308。
為便于理解補(bǔ)償器303如何工作，假設(shè)所希望的線性已調(diào)基帶信號(hào)sb(t)可表示為sb(t)＝I(t)+jQ(t) (1)其中I(t)為所希望的線性己調(diào)基帶信號(hào)的同相成分量，而Q(t)為其正交分量。由下式給出基帶信號(hào)的極性表達(dá)式 (2)然后，所希望的發(fā)射信號(hào)s(t)可表示為s(t)＝r(t)cos(ω0t+t)＝r(t))costcosω0t-r(t)sintsinω0t.(3)其中Ψt為要發(fā)射信號(hào)的相位分量，r(t)為要發(fā)射信號(hào)的振幅分量，ω0為載波頻率。
然后，由相位調(diào)制器305輸出的信號(hào)為 (4)其中τ為由相位調(diào)制器305中相位分量經(jīng)受的延遲，而Ψt-τ為失真的相位分量。
依據(jù)理想相位分量和從相位調(diào)制器305輸出的信號(hào)，補(bǔ)償器303導(dǎo)出補(bǔ)償函數(shù)c(t)，該函數(shù)由下式給出 (6)其中q-τ為延遲算子(即q-τx(t)＝x(t-τ)，選擇函數(shù)A(t)以使|c(t)|＜∞，t，即，使補(bǔ)償c(t)函數(shù)的絕對值對于所有的t都小于無窮?？梢钥闯觯绻?＝0，即對于基帶信號(hào)，等式4為最佳補(bǔ)償函數(shù)。
假設(shè)H調(diào)整器(f)＝1f，即假設(shè)對于所有頻率調(diào)制器的轉(zhuǎn)換函數(shù)H調(diào)整器(f)為1，則發(fā)射信號(hào)可寫為 (7)現(xiàn)在，假定失真相位分量Ψt由下式給出 (6)其中εt表示相位誤差，即失真相位分量與理想相位分量之間的相位失真。假設(shè)εt與Ψt相比很小，然后通過利用三角恒等式和泰勒展開式，存在下面的關(guān)系式 (7)其中O(εt)為噪聲分量。由此，可將補(bǔ)償發(fā)射信號(hào)st(t)寫為st(t)＝r(t)A(t)costcosω0t-r(t)A(t)sintsinω0t+O(εt)sinω0t.
＝s(t)+O(εt)sinω0t (8)
從等式8中可以看出，通過利用等式4的補(bǔ)償函數(shù)，發(fā)射信號(hào)包括所希望的信號(hào)加上很小的限帶噪聲分量。該噪聲分量很小，可被忽略。因此，補(bǔ)償信號(hào)st(t)具有能滿足發(fā)射信號(hào)所需的頻譜的頻譜。
圖4表示根據(jù)本發(fā)明的示范方法，該方法能利用極化調(diào)制系統(tǒng)產(chǎn)生線性已調(diào)信號(hào)。該方法開始于步驟400，在該步驟中，要發(fā)射的信息被濾波以產(chǎn)生數(shù)字波形。接著，在步驟410，經(jīng)濾波的信號(hào)被分成振幅和相位分量。在步驟420，相位分量調(diào)制載波信號(hào)。在步驟430，例如，通過非線性濾波器將補(bǔ)償函數(shù)施于振幅分量來修正振幅分量，以補(bǔ)償相位調(diào)制產(chǎn)生的相位失真。在步驟440中，將經(jīng)補(bǔ)償?shù)恼穹至哭D(zhuǎn)換成模擬信號(hào)，在步驟450中，依據(jù)模擬信號(hào)和輸出信號(hào)調(diào)整功率放大器的功率電平。在步驟460中，對相位已調(diào)載波信號(hào)進(jìn)行振幅調(diào)制，以便產(chǎn)生線性已調(diào)信號(hào)。然后，輸出要發(fā)射的線性已調(diào)信號(hào)。
根據(jù)一個(gè)示范實(shí)施例，一種裝置和方法通過補(bǔ)償相位調(diào)制中的相位失真、利用極化調(diào)制產(chǎn)生線性已調(diào)信號(hào)。這就提供了一種有效線性調(diào)制器的數(shù)字儀器。
本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)意識(shí)到，本發(fā)明能以其它的特殊形式得以體現(xiàn)，而不會(huì)脫離其必要特征。因此應(yīng)認(rèn)為上述實(shí)施例都涉及說明性而不是限制性的。
權(quán)利要求
1.一種在極化調(diào)制系統(tǒng)中產(chǎn)生線性已調(diào)信號(hào)的裝置，該裝置包括信號(hào)處理器，用以將發(fā)射信號(hào)分成相位分量和振幅分量；相位調(diào)制器，用以用相位分量調(diào)制載波信號(hào)，其中相位調(diào)制器產(chǎn)生相位失真；以及補(bǔ)償器，用以補(bǔ)償由相位調(diào)制器產(chǎn)生的相位失真；以及振幅調(diào)制器，用以用振幅分量調(diào)制相位已調(diào)載波信號(hào)，以便產(chǎn)生線性已調(diào)信號(hào)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中補(bǔ)償器修正振幅分量，以便補(bǔ)償相位失真。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其中補(bǔ)償器依據(jù)相位調(diào)制器產(chǎn)生的相位失真通過將補(bǔ)償函數(shù)施于振幅分量來修正振幅分量。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中補(bǔ)償器用等于相位調(diào)制器中經(jīng)受的延遲的時(shí)間量來延遲振幅分量。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中補(bǔ)償器包括補(bǔ)償相位失真的非線性濾波器。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述裝置包括在蜂窩收發(fā)機(jī)中。
7.一種在極化調(diào)制系統(tǒng)中產(chǎn)生線性已調(diào)信號(hào)的方法，該方法包括以下步驟將發(fā)射信號(hào)分成相位分量和振幅分量；用相位分量對載波信號(hào)進(jìn)行相位調(diào)制，其中相位調(diào)制產(chǎn)生相位失真；以及補(bǔ)償由相位調(diào)制器產(chǎn)生的相位失真；以及用振幅分量對相位已調(diào)載波信號(hào)進(jìn)行振幅調(diào)制，以便產(chǎn)生線性已調(diào)信號(hào)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中補(bǔ)償步驟包括修正振幅分量，以便補(bǔ)償相位失真。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中補(bǔ)償步驟依據(jù)相位調(diào)制產(chǎn)生的相位失真通過將補(bǔ)償函數(shù)施于振幅分量來修正振幅分量。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中補(bǔ)償步驟包括通過等于相位調(diào)制過程中經(jīng)受的延遲的時(shí)間量來延遲振幅分量。
11.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中補(bǔ)償步驟包括對振幅分量進(jìn)行非線性濾波。
12.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中可在通信系統(tǒng)的收發(fā)機(jī)中執(zhí)行這些步驟。
全文摘要
一種在極化調(diào)制系統(tǒng)中產(chǎn)生線性已調(diào)信號(hào)的裝置和方法。發(fā)射信號(hào)被分成相位分量和振幅分量,在相位調(diào)制器中用相位分量調(diào)制載波信號(hào),產(chǎn)生相位失真。補(bǔ)償器通過修正振幅分量來補(bǔ)償相位調(diào)制器產(chǎn)生的相位失真。由已補(bǔ)償?shù)恼穹至繉ο辔灰颜{(diào)載波信號(hào)進(jìn)行振幅調(diào)制,以便產(chǎn)生線性已調(diào)信號(hào)。
文檔編號(hào)H04L27/34GK1322398SQ9981181
公開日2001年11月14日 申請日期1999年10月6日 優(yōu)先權(quán)日1998年10月7日
發(fā)明者B·林多夫, H·艾立森 申請人:艾利森電話股份有限公司