在線性調製信號中用於擴大幅度最小值的系統和方法

2023-10-09 01:14:14 1

專利名稱：在線性調製信號中用於擴大幅度最小值的系統和方法
技術領域：
本發明通常涉及通信系統領域，尤其涉及在數字發射機中使用的線性調製信號的調節，例如包括分級增強型調製(SAM)信號或正交頻分復用(OFDM)信號。
背景技術：
在通信系統中，信號經調製和放大後通過通信信道進行傳輸。信號用調製器進行調製用線性功率放大器進行放大。開發不同的調製技術以通過通信信道傳送信號。調製技術的示例包括幅度調製，相位調製和頻率調製。依賴所使用的調製技術，最終被發送的信號具有可變的動態範圍和可變的峰值與平均功率的比(PAPR)。動態範圍被被定義為峰值信號功率和最小信號功率之間的比值。PAPR被定義為峰值信號功率和平均信號功率之間的比值。調製信號的動態範圍和PAPR影響著線性功率放大器的效率。隨著動態範圍、PAPR或二者的結合的擴大，線性功率放大器的效率減小。
也就是說，峰值信號和最小信號的幅度值影響線性功率放大器的效率，峰值功率的高振幅和最小信號的低振幅降低了線性功率放大的效率。因此，為了提高線性功率放大器的效率，要麼增大最小信號的振幅，要麼抑制峰值信號的振幅。
存在使用峰值信號振幅的抑制或最小信號振幅的增大的多種方法，以提高線性功率放大器的效率。窗口裁減方案是使用抑制調製信號的峰值信號的振幅以提高線性功率放大器的效率的一種方法。另一方面，窗口化的最小值放大器增大最小信號的振幅。窗口化最小值放大器應用於最小幅度值比預定最小閾值小的信號。窗口化最小值放大器函數按比例增加信號部分的幅度。
鄰近信道耦合信號功率(ACCPR)被定義為鄰近信道的信號功率與主信道的信號功率的比值。為了保持多載波信號低的ACCPR，窗口裁減和窗口化最小值放大器被應用時必須具有相當的窗口長度。除了裁減低的峰值(或者最小)信號，窗口化的最小值放大器和窗口裁減一樣。例如，為了保持低的ACCPR，在高特性數據(HPD)信號中使用19個採樣的窗口，這造成窗口裁減和窗口化最小值放大器的採樣交迭。此外，用於最小值放大中的放大因子比峰值抑制所使用的要多。作為交迭的結果，位於交迭區的抑制峰值信號通過窗口化最小放大器再次被放大，這樣就再次增大了峰值與平均功率的比值(PAPR)。
因此，需要一種改進的裝置和技術來調節線性調製信號而不幹擾峰值抑制方案。


本發明通過實例進行說明並不僅限於附圖，此處相同的附圖標記指相同的元件，其中圖1是數字發射機框圖，其中實施了本發明的不同的實施例；圖2是根據本發明的不同實施例的最小值放大器的子元件框圖；圖3是根據本發明的不同實施例的調節線性調製信號的流程圖；圖4根據本發明不同實施例，說明最小值放大的幅度限制函數；圖5根據本發明的一個實施例，說明對於正交頻分復用(OFDM)信號應用幅度限制函數的效果；並且本領域技術人員應該理解圖中所示的各元件為了簡單清楚起見沒有按比例畫，例如圖中的一些元件的尺寸為了有利於理解本發明的實施例相對與其它元件被擴大。
具體實施例方式
在實施例中，數字發射機包括調製器和最小值放大器。調製器提供線性調製信號，該信號用其幅度和相位進行描述。最小值放大器接收線性調製信號並對線性調製信號進行調節。最小值放大器包括檢測器、比較器和幅度限制器。檢測器檢測線性調製信號中的本地最小幅度值。比較器將本地最小幅度值和預定最小幅度閾值進行比較。如果本地最小幅度值小於預定最小幅度閾值，那麼幅度限制器把線性調製信號的本地最小幅度值調整到預定最小幅度閾值。此外，幅度限制器保持線性調製信號的相位，同時調整線性調製信號。作為結果，幅度限制器的輸出是調整後的線性調製信號。
在另一實施例中，提供一種用於放大由幅度和相位描述的線性調製信號的本地最小幅度值的方法。為了放大本地最小幅度值，首先提供一個預定最小幅度閾值，然後檢測線性調製信號的本地最小幅度值。在檢測了本地最小幅度值之後，比較本地最小幅度值和預定最小幅度閾值。進一步的，當本地最小幅度值小於預定最小幅度閾值時，將本地最小幅度值調整到預定最小幅度閾值。此外，當調整線性調製信號時，保持線性調製信號的相位。
在詳細描述用於放大線性調製信號的本地最小幅度值的方法和系統之前，根據本發明，應該注意本發明屬於和數字發射機相關的方法步驟和裝置元件的結合。因此，在附圖中利用傳統符號適當地代表裝置元件和方法步驟。這些附圖僅顯示與理解本發明相關的細節，而不用本領域技術人員都理解的細節來模糊本公開，並且此處便於描述。
在該文件中，諸如第一和第二、頂部和底部等類似的相關術語僅僅是用來區別一個實體與另一個實體，而不一定要求或者暗示這些實體或動作之間真實的關係或順序。術語「包括」或任何其它變形都是指非排除性的包括，例如包括一系列要素的過程、方法、物品或裝置並不只包括那些要素，而且還包括其它沒有被明確列出的要素或者這些過程、方法、物品或裝置固有的要素。在前加上「包括……」的要素，如果沒有更多的約束，不排除這些過程、方法、物或裝置中存在其它同樣的要素。
本發明的不同實施例提供了一種用於擴大線性調製信號的本地最小幅度的方法和系統。根據本發明，線性調製信號的本地最小幅度值是通過基於預定標準調整(或不調整)幅度值來進行調節的。在本發明的實施例中，本地最小幅度值的幅度是通過用期望幅度值替換它來進行調整的。在另一實施例中，本地最小幅度值的幅度是通過按比例增大到期望幅度值來進行調整的。
圖1是數字發射機100的方框圖，其中實施了本發明的不同的實施例。數字發射機100包括調製器110、最小值放大器120、線性功率放大器130和天線140。調製器110對信號105提供線性調製。調製器110的輸出是線性調製信號115。線性調製信號115被轉發到最小值放大器120。最小值放大器120調節該線性調製信號150以產生已調節信號125。線性調製信號115是通過調整線性調製信號115的本地最小幅度值進行調節的。進一步，已調節信號125具有大於或等於預定最小幅度閾值的本地最小幅度值。作為結果，已調節信號125具有縮小的動態範圍。該動態範圍被定義為，但不限於，峰值信號功率與最小信號功率的比值。具有縮小了的動態範圍的已調節信號125提高了線性功率放大器130的效率。
然後已調節信號125被傳送給線性功率放大器130。線性功率放大器130放大已調節信號125以產生放大信號135。然後放大信號135被轉發到天線140，該天線把放大信號135傳播到遠程接收機(在圖中未示出)。
在本發明的不同實施例中，線性調製信號115可以是諸如正交頻分復用(OFDM)信號或者分級增強型調製(SAM)信號的多載波信號。
線性功率放大器130有預定義操作範圍，例如-30分貝(dB)到6dB的操作範圍，其中放大信號135線性地依賴已調節信號125。例如，如果已調節信號125被擴大因數1000，那麼放大信號135也放大同樣的因數。
圖2是根據本發明的不同實施例的最小值放大器120的子元件框圖。最小值放大器120包括檢測器210、比較器215、幅度限制器220和歸一化裝置225。檢測器210鑑別線性調製信號115的本地最小幅度值。比較器215將線性調製信號115的本地最小幅度值和預定最小幅度閾值進行比較。幅度限制器220將線性調製信號115的本地最小幅度值調整到預定的最小幅度閾值。當本地最小幅度值小於預定最小幅度閾值時，幅度限制器220調整本地最小幅度值。儘管幅度限制器220調整本地最小幅度值，但是它基本保持線性調製信號115的相位。在一個實施例中，幅度限制器220用預定的最小幅度閾值代替本地最小幅度值。在另一實施例中，幅度限制器220將本地最小幅度值按比例放大到預定的最小幅度閾值。通過把本地最小幅度乘以比例因子來縮放線性調製信號的本地最小幅度值。該比例因子可以通過預定最小幅度閾值除以本地最小幅度值得到。
在本發明的不同實施例中，歸一化裝置225歸一化調整後的線性調製信號，以在幅度限制器220的輸入端和輸出端保持相等的總信號功率。通過將調整後的線性調製信號除以所有調整後的線性調製信號的均方根來將該信號歸一化。歸一化保持預定限制內的平均功率(在線性調製信號115調整之後)。然而，當幅度限制器220的輸入和輸出的全部信號功率的變化可忽略時，歸一化裝置225並不作用於調整後的線性調製信號，在大多數的情況下如此。因此，歸一化裝置通常不是必需的。
根據發明的不同實施例，最小值放大器120的輸出是已調節信號125。針對線性功率放大器130能夠放大的最小幅度，已調節信號125具有它的調整後的本地最小幅度值。已調節信號125具有縮小的動態範圍。
圖3是根據本發明的不同實施例的調節線性調製信號115的流程圖。在步驟310，調製器110產生線性調製信號115。在步驟315，預定最小幅度閾值由最小值放大器120提供。在本發明的實施例中，預定最小幅度閾值根據線性功率放大器130的預定義操作範圍設置。在步驟320，檢測器210檢測線性調製信號115的本地最小幅度值。在步驟325，比較器215將本地最小幅度值與預定最小幅度閾值進行比較。如果本地最小幅度值小於預定最小幅度閾值，那麼執行步驟330。在步驟330，幅度限制器220將本地最小幅度值調整到預定最小幅度閾值。儘管幅度限制器220調整本地最小幅度值，但是它仍然保持線性調製信115的相位。執行完步驟330後，該方法進入步驟335。
當本地最小幅度值大於或等於預定最小幅度閾值時，不執行步驟330，並且該方法直接進入步驟335。在步驟335，執行所有的本地最小幅度值是否已被測試用於最小放大的檢查。當所有的本地最小幅度值已經被測試用於最小放大時，執行步驟340。在步驟340，調整後的線性調製信號被歸一化。通過將調整後的線性調製信號除以調整後的線性調製信號的均方根來歸一化調整後的線性調製信號。已調整的線性調製信號被歸一化以保持幅度限制器220的輸入端和輸出端的總信號功率。然而，如果幅度限制器220的輸入端和輸出端的總信號功率被保持，那麼流程圖結束(即可以不執行步驟340)。在步驟335，如果線性調製信號115沒有對最小放大進行測試，那麼重複執行步驟320-330。
圖4根據本發明不同實施例，說明幅度限制器函數。幅度限制器函數通過用期望信號幅度代替非期望信號幅度將本地最小幅度值調整到最小閾值幅度，同時保持信號相位。幅度限制器函數410防止線性調製信號115降低到低於預定最小值411。當輸入降低低於一個值即值412時，幅度限制器函數410用預定最小值411代替它的輸出。作為結果，即使當輸入降低低於值412時，輸出仍保持在預定最小值411的常量。進一步，對應於大於或等於值412的輸入的輸出值用第一線性函數413代替。
圖5根據本發明的實施例，說明對正交頻分復用(OFDM)信號應用幅度限制器函數410的效果。圖表510代表在幅度限制器函數410應用之前OFDM信號的信道中的本地最小幅度值。叉號(在圖表510中)代表OFDM信號的信道中的本地最小幅度值。圖表520代表在幅度限制器函數410應用之後OFDM信號的信道中的本地最小幅度值。圖表510顯示OFDM信號的信道中的某些本地最小幅度值小於預定最小幅度閾值515。在圖表520中，幅度限制器函數410用預定最小幅度閾值515代替了這些本地最小幅度值。然而，幅度限制器函數410保持代替後的本地最小幅度值的相位。例如，如果a(m)是OFDM信號的信道中的本地最小幅度值，δ是預定最小幅度閾值，並且a1(m)是由幅度限制器函數410代替後的值，那麼a1(m)＝a(m) 當|a(m)|≥δ時，a1(m)＝δ＜a(m) 當|a(m)|＜δ時，根據發明的不同實施例，幅度限制器220通過依比例將本地最小幅度值確定到預定最小幅度閾值來調整本地最小幅度值。通過將本地最小幅度值乘以比例因數來按比例縮放線性調製信號的本地最小幅度值。通過預定最小幅度閾值除以本地最小幅度值得到比例因數。
在本發明的實施例中，用於擴大由幅度和相位描述的線性調製信號的本地最小幅度值的電子設備包括用於比較的裝置和用於調整的裝置。用於比較的裝置將線性調製信號的本地最小幅度值與預定最小幅度閾值進行比較。比較的結果被傳送到調整裝置，在該裝置中線性調製信號的本地最小幅度值被調整到預定最小幅度閾值。當本地最小幅度值小於預定最小幅度閾值時，用於調整的裝置調整線性調製信號的本地最小幅度值。進一步，在調整本地最小幅度值的同時，用於調整的裝置保持線性調製信號的相位。
本發明的不同實施例提供已調節信號125，以提高線性功率放大器130的效率。這可以通過獲得具有大於或等於預定最小幅度閾值的本地最小幅度值的已調節信號125得到。作為結果，已調節信號125具有縮小的動態範圍。例如，對於64正交幅度調製(QAM)利用10000時隙仿真能夠得到最終的-29.80dB PAPR(當目標是-30dB時)。縮小的動態範圍提高了線性功率放大器130的效率。
本發明的不同實施例增大了本地最小幅度值而不改變線性調製信號的其他特性。例如，當用預定最小幅度閾值代替線性調製信號的本地最小幅度值時，保持線性調製信號的相位。
在前面的說明中，參考詳細實施例本發明和它的益處與優點已經被描述。然而，本領域的普通技術人員明白所作的不同的修改和改變也不偏離下面權利要求所提出的本發明的保護範圍。因此，說明書和圖都被認為是示例而不是限制，所有這樣的修改都被認為包含在本發明的範圍內。益處、優點、解決問題的方案和使任何益處、優點或解決方法出現或者變得更加顯著的任何要素都不解釋為任何或者所有權利要求的關鍵的、必須的或本質的特徵。本發明僅由所附的權利要求書進行限定，包括在本申請審理期間所作的任何修改和所提出的等效。
權利要求
1.一種數字發射機，包括用於提供由幅度和相位描述的線性調製信號的調製器；和用於接收所述線性調製信號的最小值放大器，其中該最小值放大器包括用於檢測所述線性調製信號中的本地最小幅度值的檢測器；用於比較所述本地最小幅度值和預定最小幅度閾值的比較器；和用於當所述本地最小幅度值小於所述預定最小幅度閾值時，將所述本地最小幅度值調整到所述預定最小幅度閾值並同時保持所述線性調製信號的相位的幅度限制器，由此提供已調整的線性調製信號。
2.如權利要求1所述的數字發射機，其中所述幅度限制器通過依比例放大所述本地最小幅度值到所述預定最小幅度閾值來調製所述本地最小幅度值。
3.如權利要求1所述的數字發射機，其中所述幅度限制器通過用所述預定最小幅度閾值代替所述本地最小幅度值來調整所述本地最小幅度值。
4.如權利要求3所述的數字發射機，其中所述幅度限制器通過應用幅度限制器函數來代替所述本地最小幅度值。
5.如權利要求1所述的數字發射機，其中所述最小值放大器進一步包括用於歸一化的裝置，該裝置將已調整的線性信號除以已調整的線性調製信號的均方根來保持所述幅度限制器輸入端和輸出端相等的總信號功率。
6.如權利要求1所述的數字發射機，進一步包括線性功率放大器，該線性功率放大器要求所述最小值放大器提供的受限動態範圍。
7.如權利要求1所述的數字發射機，其中所述線性調製信號包括多載波調製信號。
8.如權利要求7所述的數字發射機，其中所述多載波調製信號包括分級增強型調製(SAM)信號。
9.如權利要求7所述的數字發射機，其中所述多載波調製信號包括正交頻分復用(OFDM)信號。
10.一種用於放大由幅度和相位描述的線性調製信號中的本地最小幅度值的方法，該方法包括提供用於所述線性調製信號的預定最小幅度閾值；檢測所述線性調製信號中的本地最小幅度值；比較所述本地最小幅度值和所述預定最小幅度閾值；和當所述本地最小幅度值小於所述預定最小幅度閾值時，將所述本地最小幅度值調整到所述預定最小幅度閾值，同時保持所述線性調製信號的相位。
全文摘要
本發明公開了一種用於擴大包括諸如分級增強型調製或正交頻分復用的多載波調製的線性調製信號(115)的最小信號的系統和方法。最小值放大器(120)使用簡單幅度限制器(220)使得不幹擾現有的峰值抑制方案。如果本地最小幅度值小於預定最小幅度閾值，那麼幅度限制器(220)就將本地最小幅度值擴大到預定最小幅度閾值。儘管幅度限制器(220)調整了線性調製信號(115)的最小幅度值，但仍然保持線性調製信號(115)的相位。已調節線性調製信號(125)提高了線性功率放大器(130)的效率。由於公開的方案造成的線性調製信號的頻譜改變可以忽略，因為已調信號功率可以忽略。
文檔編號H04L27/26GK101080908SQ200680000739
公開日2007年11月28日 申請日期2006年5月25日 優先權日2005年6月1日
發明者樸榮瑞, 拉宛雅·多多拉提溫卡塔 申請人:摩託羅拉公司