頻譜成形cdma信號的製作方法
2023-06-28 23:04:26
專利名稱：頻譜成形cdma信號的製作方法
技術領域：
本發明涉及碼分多址(CDMA)系統。特別地本發明包括，但不局限於，一種對CDMA信號頻譜進行成形，來減少帶外信號發射的新穎改進的CDMA基站。
(2)背景技術碼分多址(CDMA)技術普遍應用於通訊系統。在一個典型的CDMA系統中，CDMA基站傳輸CDMA信號給很多CDMA設備，例如無線電話。CDMA信號由很多單獨的用戶信號組成。CDMA基站通過對每個單獨用戶信號以唯一的擴展序列(例如偽隨機序列)編碼來生成CDMA信號。CDMA基站再將編碼的用戶信號加在一起構成CDMA信號。
在CDMA系統中，單獨用戶信號不是基於頻率或時間分隔開，而是擴展到整個頻帶上。每個CDMA通訊設備基於唯一的擴展序列而導出特定用戶信號。由於這種用隨機序列編碼的多信號混合，當CDMA信號被放大時，CDMA信號就會有隨機信號峰值的問題。
CDMA基站使用功率放大器來放大CDMA信號。功率放大器當運行到最大功率電平以上時就會出現不期望的噪聲。不幸的是，CDMA信號中的隨機峰值強迫功率放大器在最大功率電平以上運行。相反，典型調頻(FM)信號沒有隨機信號峰值，所以功率放大器能夠在最大功率水平之下連續運作。
功率放大器以CDMA信號頻帶外的信號功率形式產生噪聲。這種信號功率被看作為帶外信號功率。帶外信號功率由於它幹擾了鄰近頻帶的信號而成為了一個問題。那些信號由於幹擾而被破壞。政府機構，例如美國的聯邦通訊委員會，嚴格規定了由帶外信號功率引起的幹擾。
已有的解決這個問題的途徑是使CDMA基站中的功率放大器在最大功率電平之下運行。這樣減少了在CDMA信號中由隨機峰值引起的帶外信號功率的數量。這個途徑的缺陷在於基站的功率和範圍也被減小。另外，在最大功率電平之下運行的功率放大器可能效率比較低。
CDMA系統將通過減少基站中功率放大器的噪聲產生的技術來得到改進。噪聲的減少將直接增加功率和CDMA基站的效率。
(3)發明內容上述問題通過減少CDMA信號中的帶外信號功率的CDMA頻譜成形技術得到解決。帶內CDMA信號在轉角頻率處被衰減，來減少提供不成比例產生的帶外信號功率的分量。在CDMA基站中的功率放大器隨後在更高的功率電平上運行，而不會超越帶外信號功率的限制。其結果是，功率放大器的運行效率進一步提高，並且擴展了基站的範圍和容量。這種改進帶給無線通訊用戶的是更加好的質量和更少的花費。
在本發明的一些實例中，轉角濾波器是放置在基站中的蜂窩站點數據機和數模轉換器之間的數字元件。在本發明的另外一些實例中，轉角濾波器是放置在基站中的數模轉換器和低通濾波器之間的模擬元件。
(4)
本發明的特點、目標和優點將隨著下面結合附圖的詳細描述變得更加明顯，在這些附圖中，這些參考特徵都將被整個或部分地說明圖1是具有頻譜成形邏輯電路的CDMA系統方框圖；圖2是說明不具有頻譜成形的CDMA信號的頻譜曲線圖；圖3是說明具有頻譜成形的CDMA信號的頻譜曲線圖；圖4是說明頻譜成形邏輯電路的特性曲線圖；圖5是具有頻譜成形邏輯電路的CDMA系統方框圖；圖6是具有頻譜成形邏輯電路的CDMA基站方框圖；並且圖7是具有頻譜成形邏輯電路的CDMA基站方框圖。
(5)具體實施方式
頻譜成形一圖1-3圖1表述了基帶CDMA信號100、CDMA傳輸器101、RF CDMA信號102和CDMA接收器103。CDMA技術是一種擴頻通訊技術。一些CDMA模式由標準所規定，例如電信工業協會通過的IS-95標準。CDMA信號100可以是任何CDMA信號，例如在CDMA基站中由蜂窩站點數據機產生的信號。CDMA接收器103可以是任何具有接收CDMA信號能力的CDMA設備，例如無線CDMA電話。
CDMA發射機101可以是任何含有頻譜成形邏輯電路116的CDMA傳輸設備，該頻譜成形邏輯電路能衰減相鄰於轉角頻率的CDMA信號100的帶內部分。CDMA發射機101通常放大經成形的CDMA信號，並且向CDMA接收機103發送被放大CDMA信號102。一種CDMA發射機101的實例就是CDMA基站。
在運作時，在CDMA發射機101中的頻譜成形邏輯電路116對CDMA信號100成形，從而構成了CDMA信號102。通過成形CDMA信號100，頻譜成形邏輯電路116衰減相鄰於轉角頻率的信號中的帶內部分。這種衰減減少了由CDMA信號放大引起的帶外噪聲。這種衰減不應使CDMA信號102降低到不能接收的水平。CDMA發射機101通過空中接口傳發送經成形的CDMA信號102給CDMA接收機103。雖然，本發明描述所用的是空中接口，但其他的介質也可以被使用，例如RF光纖、電源線或電話線。
圖2說明了沒有經過頻譜成形而放大的CDMA信號頻譜。豎軸代表了信號功率，橫軸代表了頻率。期望的帶內信號功率包含在圍繞中心頻率的轉角頻率所定義的帶寬中。一種典型的實例就是中心頻率在1.96GHz的帶寬為1. 25MHz轉角頻率為(1.96GHz-625KHz)和(1.96GHz+625KHz)。信號功率在帶寬外下降得很明顯，但一些不期望的帶外信號功率還是存在，如圖2陰影部分所示。不希望帶外信號功率的原因在於它代表的是幹擾其他鄰近頻寬信號的無用功率。
功率放大器通常被用來放大CDMA信號。功率放大器在時間域中的輸出能用如下的數學模型表示y(t)=n=0NKn[x(t)]n=K0+K1x(t)+k2x2(t)+K3x2(t)----(1)]]>x(t)是功率放大器的輸入。如果這個模型從時間域轉變為頻率域，則數學表示為Y(f)＝K0+K1X(f)+k2(X(f)*X(f))+K3(X(f)*X(f)*X(f)) (2)Y(f)是Y(t)的傅立葉變換，而符號「*」表示卷積。在本發明的內容中，偶項對於帶內信號沒有明顯功率幫助。
計算卷積X(f)*X(f)*X(f)的熟知的圖解技術應用揭示了輸入到鄰近轉角頻率的帶內信號功率給功率放大器輸出的不期望帶外信號功率帶來了不成比例的作用。減少輸入到鄰近轉角頻率的帶內信號功率引起功率放大器輸出的不期望帶外信號功率不成比例的減少。減少帶內信號功率要降低CDMA信號，但這種降低是可以接收的，而給帶外信號功率帶來的是不成比例的減少。
圖3說明了經過頻譜成形邏輯電路116成形後的放大CDMA信號的頻譜。豎軸代表信號功率，而橫軸代表頻率。期望的帶內信號功率包含在中心頻率周圍的轉角頻率所定義的帶寬中。不期望的帶外信號功率是如圖3所示的陰影部分。圖3中的虛線代表從圖2中來的沒有被頻譜成形邏輯電路116成形過的CDMA信號。虛線說明了衰減轉角頻率周圍的帶內信號功率使不期望帶外信號功率減少。
圖4描述了頻譜成形邏輯電路116的特性。本領域的熟練技術人員可以看出圖4代表的是理想特性，但可以根據圖4的理想特性來認識到如何配置頻譜成形邏輯電路116。豎軸代表信號強度，而橫軸代表頻率。虛線代表被頻譜成形邏輯電路進行頻譜成形前的CDMA信號。
頻譜成形邏輯電路116包括了具有以下特性的數字或模擬帶通濾波器。帶通濾波器將在衰減頻帶(ABW)通過衰減(A)來衰減信號強度，並且通過傳輸頻帶(PB)內的信號強度。衰減帶寬ABW鄰近轉角頻率，並且在帶內，所以它們在CDMA信號帶寬(BW)之中。在一些實施例中，每一衰減帶寬ABW可以是信號帶寬BW的4.5％。另外，通頻帶(PB)可以是信號帶寬BW的91％，並且其中心在中心頻率上。衰減A可以是3個分貝。另外，頻譜成形可以在上變頻之前通過基帶濾波而進行。
CDMA頻譜成形系統-圖5-6圖5-6描述了使用頻譜成形的CDMA系統的一種特殊實例，但本領域的熟練技術人員可以發現適用於上述頻譜成形發明的CDMA系統許多其他的類型。圖5描述了一種與CDMA通訊系統506連接的通訊系統504。CDMA通訊系統506與CDMA通訊設備508進行通訊。CDMA通訊系統506由交換中心510和基站512構成。通訊系統504和交換中心510交換通訊信號505。交換中心510與基站512交換通訊信號511。基站512通過空中接口與CDMA通訊設備508交換無線CDMA通訊信號507。
通訊系統504可以是任何具有與CDMA通訊系統506交換通訊信號505能力的通訊系統。通訊系統504通常是通用公眾電話網，但也可以是其他的網絡，例如區域網、廣域網或網際網路。
交換中心510可以是任何能夠在基站512和通訊系統504之間提供接口的設備。通常，很多基站通過交換中心510被連接到通訊系統504上，但基站的數量受限於通訊清晰的目標。
基站512與CDMA通訊設備508交換無線CDMA信號507。基站512包括了頻譜成形邏輯電路516，用來在CDMA信號放大和傳輸給CDMA通訊設備508之前，將中心頻率信號帶內部分進行衰減。通常，許多CDMA通訊設備與基站512交換信號，但通訊設備的數量也受限於通訊清晰的目標。那些本領域的熟練技術人員可以從已知系統中改造基站512，例如由Qualcomm，Inc.of SanDiego，California提供的基站。
CDMA通訊設備508與基站512交換無線CDMA信號507。典型的CDMA通訊設備是行動電話，但其他CDMA通訊設備也能實現，例如固定無線設備、數據終端、機頂盒或計算機。
在運作時，CDMA通訊設備508通過CDMA通訊系統506與通訊系統504或相互進行通訊。在從通訊系統504到CDMA通訊設備508之間的通訊路徑上，頻譜成形邏輯電路516將轉角頻率附近的CDMA信號帶內部分進行衰減。頻譜成形允許基站512更加有效率的運作，並且有更大的範圍和容量。
圖6描述了如圖5所述的基站512接收通訊信號511，以及發送CDMA通訊信號507。基站512由下述串連連接的元件構成小區站點數據機621、頻譜成形邏輯電路516、數-模轉換和濾波器623、上變頻器624、功率放大器625和天線626。除頻譜成形邏輯電路516之外，本領域的熟練技術人員對這些元件和它們的操作一定很熟悉。
小區站點數據機621產生了包含正交信號I和Q的CDMA信號。正交CDMA信號I和Q是眾所周知的，並且是使用相同頻率載體來傳輸的基帶信號，但有90°相差。換句話說，RF CDMA信號可以通過用餘弦(2 x pi x頻率x時間)調製I以及用正弦(2 x pi x頻率x時間)調製Q的方法構造。例如在IS-95A中，正交信號攜帶的同樣數據具有不同的偽隨機序列碼。小區站點數據機621可以在傳送正交信號I和Q給頻譜成形邏輯電路516之前，應用前向糾錯編碼。
頻譜成形邏輯電路516由數字濾波器構成，該濾波器用於如圖4所描述的對轉角頻率附近的帶內正交信號I和Q的強度進行衰減。頻譜成形邏輯電路516將經成形的I和Q信號提供給數-模轉換和濾波器623。
數-模轉換和濾波器623將經成形的I和Q信號轉換成模擬信號，並且過濾期望帶寬外的部分。數-模轉換和濾波器623將該I和Q信號提供給上變頻器624。上變頻器624用中頻和射頻來調製I和Q信號，從而構成射頻(RF)CDMA信號。功率放大器625放大RF CDMA信號。因為頻譜成形，功率放大器625能夠在更高、更有效的功率水平上運作，而不會有過度數量的帶外信號功率產生。天線626發送放大的RF CDMA信號507。
替代的CDMA系統-圖7圖7描述了如圖5所示的基站512的替代模型。基站512接收通訊信號511，並且發送CDMA通訊信號507。基站512由下述串連連接元件構成小區站點數據機62l、數-模轉換和濾波器722、頻譜成形邏輯電路516、濾波器623、上變頻器624、功率放大器625和天線626。除頻譜成形邏輯電路516之外，本領域的熟練技術人員對這些元件和它們的操作一定很熟悉。
小區站點數據機621產生了包含正交信號I和Q的CDMA信號，並且將I和Q信號提供給數-模轉換器722。數-模轉換器722將I和Q信號轉換成模擬信號，並且將這些模擬的I和Q信號提供給頻譜成形邏輯電路516。
頻譜成形邏輯電路516由模擬濾波器構成，該濾波器用於如圖4所描述的對轉角頻率附近的帶內正交信號I和Q的強度進行衰減。頻譜成形邏輯電路516將經成形的I和Q信號提供給濾波器623。濾波器623對期望帶寬外的分量進行過濾。頻譜成形邏輯電路516和濾波器623一起展示的原因是在本發明的這個模型中可能期望將頻譜成形邏輯電路516和濾波器623合併到單一的具有這兩種特性的模擬濾波器部件中。濾波器623將I和Q信號提供給上變頻器624。
上變頻器624用中頻和射頻來調製I和Q信號，從而構成射頻(RF)CDMA信號。功率放大器625放大RF CDMA信號。因為頻譜成形，功率放大器625能夠在更高、更有效的功率電平上工作，而不會有過度數量的帶外信號功率產生。天線626發送放大的RF CDMA信號507。
前面所描述本發明的較佳實施例能夠被本領域的任意熟練技術人員使用和製造。對這些實施例進行不同的修改對本領域的熟練技術人員來說是很容易實現的，並且，這裡所定義的原理可能不通過使用發明能力就能被應用到其他實施例上去。但，本發明並不局限於這裡所示的實施例，而是與本原理和這裡所揭示的新穎特性一致的最大範圍相符合。
權利要求
1.一種處理碼分多址(CDMA)信號的方法，其特徵在於，所述方法包括下述步驟對鄰近第一轉角頻率和第二轉角頻率的帶內頻率中的CDMA信號進行衰減，從而產生經成形的CDMA信號，其中，轉角頻率定義了CDMA信號的帶寬；並且放大經成形的CDMA信號，來產生放大的CDMA信號。
2.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述方法進一步包括產生CDMA信號。
3.如權利要求2所述的方法，其特徵在於，所述方法進一步包括發送放大的CDMA信號。
4.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述衰減包含了數字濾波。
5.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述衰減包含了模擬濾波。
6.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述方法包括傳送通帶中帶內頻率的CDMA信號，該通帶比所述帶寬窄。
7.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述方法在CDMA基站中執行。
8.一種處理碼分多址(CDMA)信號的方法，其特徵在於，所述方法包括下述步驟將CDMA信號提供給頻譜成形邏輯電路來產生經成形的CDMA信號，其中，所述頻譜成形邏輯電路是被配置用來對在帶內頻率中超出通頻帶外的CDMA信號進行衰減，所述的通帶窄於CDMA信號帶寬，包括CDMA信號的中心頻率；並且放大經成形的CDMA信號。
9.如權利要求8所述的方法，其特徵在於，所述方法進一步包括產生CDMA信號。
10.如權利要求9所述的方法，其特徵在於，所述方法進一步包括發送放大的CDMA信號。
11.如權利要求8所述的方法，其特徵在於，所述頻譜成形邏輯電路包括了數字濾波器。
12.如權利要求8所述的方法，其特徵在於，所述頻譜成形邏輯電路包括了模擬濾波器。
13.如權利要求8所述的方法，其特徵在於，所述方法在CDMA基站中執行。
14.一種碼分多址(CDMA)設備，其特徵在於，包括頻譜成形邏輯電路，用來通過對鄰近第一轉角頻率和第二轉角頻率的帶內頻率的CDMA信號進行衰減，產生經成形的CDMA信號，其中，轉角頻率定義了CDMA信號的帶寬；及功率放大器用來放大成形過的CDMA信號，從而產生放大的CDMA信號。
15.如權利要求14所述的設備，其特徵在於，進一步包括小區站點數據機，用來產生CDMA信號。
16.如權利要求15所述的設備，其特徵在於，進一步包括數-模轉換器，用來將CDMA信號從數字轉換到模擬。
17.如權利要求16所述的設備，其特徵在於，進一步包括低通濾波器，用於對經成形的CDMA信號中帶寬外的部分進行衰減。
18.如權利要求17所述的設備，其特徵在於，進一步包括上變頻器，用來將濾波後的CDMA信號轉換成射頻CDMA信號。
19.如權利要求18所述的設備，其特徵在於，進一步包括天線，用於發送放大的CDMA信號。
20.如權利要求14所述的設備，其特徵在於，所述頻譜成形邏輯電路包括了數字濾波器。
21.如權利要求14所述的設備，其特徵在於，所述頻譜成形邏輯電路包括了模擬濾波器。
22.如權利要求14所述的設備，其特徵在於，所述頻譜成形邏輯電路是用於通過帶內頻率中的CDMA信號，這些信號存在於比帶寬窄的通頻帶中。
23.如權利要求14所述的方法，其特徵在於，所述設備是CDMA基站。
24.一種碼分多址(CDMA)設備，其特徵在於，包括頻譜成形邏輯電路，通過對帶內頻率中超出通帶的CDMA信號進行衰減，用來產生經成形的CDMA信號，所述通帶窄於CDMA信號帶寬，並包括CDMA信號的中心頻率；和功率放大器，用來放大經成形的CDMA信號，從而產生放大的CDMA信號。
25.如權利要求24所述的設備，其特徵在於，進一步包括小區站點數據機，用來產生CDMA信號。
26.如權利要求25所述的設備，其特徵在於，進一步包括數-模轉換器，用來將CDMA信號從數字轉換到模擬。
27.如權利要求26所述的設備，其特徵在於，進一步包括低通濾波器，用於對經成形的CDMA信號中帶寬外的部分進行衰減。
28.如權利要求27所述的設備，其特徵在於，進一步包括上變頻器，用來將濾波後的CDMA信號轉換成射頻CDMA信號。
29.如權利要求28所述的設備，其特徵在於，進一步包括天線，用於發送放大的CDMA信號。
30.如權利要求22所述的設備，其特徵在於，進一步包括天線，用於發送放大的CDMA信號。
31.如權利要求24所述的設備，其特徵在於，所述頻譜成形邏輯電路包括了數字濾波器。
32.如權利要求24所述的設備，其特徵在於，所述頻譜成形邏輯電路包括了模擬濾波器。
33.如權利要求24所述的設備，其特徵在於，所述設備是CDMA基站。
全文摘要
本發明是一種CDMA頻譜成形技術(116),該技術是對CDMA信號中的帶外信號功率進行衰減。帶內CDMA信號在轉角頻率處被衰減,來減少提供給帶外信號功率的不成比例作用的分量。在CDMA基站(512)中的功率放大器(625)就可以在更高功率電平上運行,而不超出帶外信號功率的限制。其結果是,功率放大器(625)更有效率地工作,並且增大了基站的範圍和容量。在本發明的一些實例中,頻譜成形數字濾波器(516)放置在基站中的小區站點數據機(621)和數－模轉換器(623)之間。在本發明的另外一些實例中,頻譜成形模擬濾波器(516)放置在基站中的數－模轉換器(722)和低通濾波器(623)之間。
文檔編號H04B1/62GK1343395SQ00804856
公開日2002年4月3日 申請日期2000年3月10日 優先權日1999年3月10日
發明者B·K·哈姆斯, A·C·K·松恩, T·J·方克, L·D·弗勞爾斯 申請人:高通股份有限公司