專利名稱：限幅電路和使用它的無線電發射器的制作方法
技術領域：
本發明涉及限幅電路和使用該限幅電路的無線電發射器，尤其涉及用于無線電發射器中以限制提供到無線電發射器中的功率放大器的正交基帶信號的幅度的限幅方法。
背景技術：
在無線電通信系統中，如果在無線電發射器一側使用對于發射信號的所有幅度值都具有適當的線性特性的功率放大器，則將會是很理想的。但是，考慮到電路大小、放大器電路的成本以及電路所消耗的功率，這種對于所有可發射幅度值都具有有利的線性的功率放大器是不易實現的。因而，在許多情況下采用在某個特定幅度內具有線性而超過該幅度則具有非線性的普通功率放大器。
當功率放大器電路對利用例如碼分多址(CDMA)方案或正交頻分復用(OFDM)方案針對多個發射信道復用后的發射信號進行放大時，要放大的信號的幅度值寬度隨著要復用到一個射頻(RF；高頻)輸出信號中的信號的信道數目的增大而增大。當這個信號被上文所述的不適當的功率放大器放大時，如果信號具有超過與功率放大器的線性特性相關聯的幅度值范圍的幅度值，則RF輸出信號會失真。以這種方式失真的輸出信號干擾相鄰通信信道，并降低調制精度，從而導致用于發送信號的發射路徑的誤比特率(BER)的惡化。
已經提供了各種提案來抑制RF輸出信號的失真。一個示例是在基帶信號處理模塊處對包括I信號和Q信號在內的基帶信號進行限幅，以處理發射數據。代表性的限幅方法包括日本專利申請早期公開No.63-198174中描述的矩形限幅方案和圓形限幅方案。
雖然矩形限幅可以由小型電路實現，但是相位誤差不利地出現在經限幅的數據中。在矩形限幅方法中，對基帶信號的I分量獨立地執行I方向限幅，同樣對基帶信號的Q分量獨立地執行Q方向限幅。因此，如圖10A所示，如果I分量超過虛線所示的限幅電平，而Q分量低于限幅電平，則只有I分量被限幅。在作為限幅結果而獲得的向量元素中，出現相對于原始向量元素的為θ的相位誤差。該相位誤差的出現使經調制的波的誤差向量幅值(EVM)惡化。
另一方面，在圓形限幅方案中，基帶信號的I分量和Q分量是基于相位被限幅的。這不會導致矩形限幅的相位誤差(圖10B)。但是，由于圓形限幅是經由算術計算的處理或通過從只讀存儲器(ROM)表中讀取數據項目來進行的，因此存在以下缺點電路大小隨著I分量和Q分量的比特數目的增大而變大。另一個缺點是電路大小根據為電路操作假定的輸入動態范圍而發生相當大的變化。
發明內容
因此本發明的目的是提供這樣一種限幅電路，其具有相對較小的尺寸，并且能夠抑制相位誤差的出現，并且不會惡化誤差向量幅值。
根據本發明，提供了一種用于限制將要提供到無線電發射器中的功率放大器的正交基帶信號的幅度的限幅電路。該限幅電路包括多邊形限幅模塊，該模塊包括級聯連接的多級。所述多級中的每一級包括串聯連接的矩形限幅模塊和相位旋轉模塊。
此外，該限幅電路還包括幅度調整模塊，用于補償和調整來自矩形限幅模塊和相位旋轉模塊的基帶信號的信號幅度的變化。此外，該限幅電路包括級聯連接的n級(n是等于或大于2的整數)，這n級中的每一級包括串聯連接的矩形限幅模塊和相位旋轉模塊。第一級中的矩形限幅模塊包括預先設置到預定的限幅電平的限幅電平。第二級和后續級中的矩形限幅模塊中的每一個包括被設置到通過將預定的限幅電平乘以校正量而獲得的值的限幅電平，校正量對應于與矩形限幅模塊的前一級中的相位旋轉模塊的相位旋轉相關聯的基帶信號的幅度變化。
此外，該限幅電路還包括控制模塊，用于在正交基帶信號的幅度取大于預定的限幅電平的值的情況下，控制多邊形限幅模塊以處理正交基帶信號。
此外如果正交基帶信號的幅度取等于或小于限幅電路中的預定的限幅電平的值，則控制模塊相應于多邊形限幅模塊的處理時間調整用于輸出正交基帶信號的時間。根據本發明，提供了一種包括如上所述的限幅電路之一的發射器。
現將描述根據本發明的操作。具有簡單配置的矩形限幅電路和相位旋轉電路被串聯連接。形成了串聯連接的電路的若干級級聯連接以執行抑制相位誤差并趨向于從原理上來說不產生相位誤差的圓形限幅的多邊形限幅。
根據本發明，通過以簡單的電路配置實現多邊形限幅，可以獲得與圓形限幅基本相同的優點。即，可以盡可能地減小相位誤差，從而防止經調制的波的誤差向量幅值惡化。
在結合附圖考慮以下詳細描述之后，可以更清楚看到本發明的目的和特征，附圖中圖1是示出根據本發明的實施例的配置的示意性框圖；圖2是圖1所示的16邊形(16-gonal)限幅電路1的功能性框圖；圖3是示出圖2的相位旋轉部分12的相位旋轉操作的示意圖；圖4是圖2的相位旋轉部分14的示意圖；圖5是圖2的相位旋轉部分16的示意圖；圖6是圖2的相位旋轉部分18的示意圖；圖7是圖9的幅度調整器19的示意圖；圖8A是說明在π/4相位旋轉下限幅電平(RL)的變化的圖；圖8B是說明在π/8相位旋轉下限幅電平(RL)的變化的圖；圖9是示出根據本發明在IQ坐標系統中16邊形限幅的限幅電平的圖；圖10A是示出矩形限幅中的相位誤差的示例的圖；以及圖10B是示出圓形限幅中的相位誤差的示例的圖。
具體實施例方式
接下來參考附圖詳細描述根據本發明的實施例。圖1示出本發明的實施例的框圖。在圖1的配置中，在基帶信號被處理之后，基帶信號的正交分量，即I分量(RI)和Q分量(RQ)被饋送到定時調整器6、16邊形限幅電路1和絕對值生成器2。
生成器2根據I分量和Q分量進行絕對值產生操作，并將所產生的信號遞送到加法器電路3。加法器3將各個信號彼此相加以產生一個信號，該信號隨后被饋送到比較器4。比較器4將從加法器3產生的基帶信號的幅度值與預先為無線電通信系統中的限幅所確定的信號電平(限幅電平＝RL)相比較。如果比較結果是基帶信號的幅度值等于或大于限幅電平RL，則比較器4將信號遞送到與門8以控制選擇器7，以使得被16邊形限幅電路1所處理的信號被從選擇器7饋送到后續電路。另一方面，如果比較結果是基帶信號的幅度值小于限幅電平RL，則選擇器7被來自與門的信號所控制，以使得被定時調整器6所處理的信號被從選擇器7傳送到后續電路。
定時調整器6被部署成調整被限幅電路1所限幅的信號以及未經過電路1的信號的輸出定時。調整器6包括多級緩沖器，級數對應于電路1中的限幅操作所需的時間段。與門8被布置成根據外部指令控制限幅操作的“接通”和“關斷”。在圖1中，信號線上的數字指示并行比特的數目。但是，這只是示出信號線的一個示例。
圖2以框圖形式示出圖1的限幅電路中部署的組成組件的功能。電路1包括按照從輸入級到輸出級的順序布置的矩形限幅電路11，+π/4相位旋轉部分12、矩形限幅電路13、-π/8相位旋轉部分14、矩形限幅電路15、π/4相位旋轉部分16、矩形限幅電路17、+π/8相位旋轉部分18和幅度調整模塊(幅度縮放模塊)19。
矩形限幅電路11、13、15和17的配置基本上彼此相同，并且是以已知的配置生產的，所述已知的配置例如是日本專利申請早期公開No.63-198174的電路配置。這些電路中的每一個包括這樣一個功能其中當限幅電平作為輸入被提供給它時，電路分別對輸入信號的I分量(Ich)和Q分量(Qch)進行限幅。具體而言，I信號和Q信號分別在I軸和Q軸方向上被限幅。相位旋轉模塊12將輸入信號的相位旋轉+π/4，模塊14將輸入信號的相位旋轉-π/8，模塊16將輸入信號的相位旋轉-π/4，模塊18將輸入信號的相位旋轉+π/8。
圖3至圖6分別示出了相位旋轉部分12、14、16和18的特定示例。幅度調整器(幅度縮放部分)19被部署成將經歷矩形限幅和相位旋轉的信號的幅度值恢復(通過補償和調整)到輸入信號的原始幅度值(電平)。圖7示出具體操作示例。
當基帶信號的正交分量，即I信號和Q信號，被從基帶信號處理模塊(未示出)饋送到限幅電路系統時，信號被饋送到16邊形限幅電路1，并且在其中被限幅以饋送到選擇器7。I信號和Q信號還被遞送到絕對值生成模塊2以在其中被處理，以使得絕對值|RI|和|RQ|被饋送到I/Q相加模塊3，以便按|RI|+|RQ|的方式彼此相加。輸出信號|RI|+|RQ|被提供到比較器4以與限幅電平RL相比較，以便根據該信號是否等于或大于限幅電平RL來產生比較結果信號。比較結果信號被用作選擇器7的選擇信號。
I信號和Q信號還被饋送到定時調整模塊6。對于輸入信號，模塊6調整定時以提供16邊形限幅操作所需的時間段，然后將所產生的信號饋送到選擇器7。如果在比較器4中輸入信號的值大于限幅電平RL，則選擇器7從其中輸出來自16邊形限幅電路1的信號。否則，即，如果在比較器4中輸入信號值等于或小于限幅電平RL，則選擇器7從其中遞送從定時調整器6發送來的信號。進行選擇器7的操作的原因如下。如果對所有信號執行16邊形限幅，那么也對不需要被限制功率的信號實現了限幅操作。為了避免這種不利的事件，選擇模塊7被部署成只對需要限幅操作的信號執行限幅。與門8被布置成使得可以很容易地根據外部指令針對限幅操作進行掩蔽(mask)控制操作。
對于饋送到限幅電路1的(I，Q)信號，矩形限幅電路11通過使用限幅電平RL0來進行矩形限幅，其中RL0滿足
RL0＝RL并且是外部指定的。被電路11所限幅的信號的相位在相位旋轉模塊12中被旋轉+π/4。正如可從圖3中看出的，模塊12處于已知的配置中，其中包括加法器121和122以及符號反相模塊123。在相位旋轉模塊12中，I信號和Q信號被加法器122彼此相加以形成Q信號，并且I信號和Q信號的經符號反相的信號被加法器121彼此相加以形成I信號。+π/4旋轉的結果是信號幅度被乘以。
從相位旋轉部分12產生的信號被提供到矩形限幅電路13。限幅電平RL被從外部設置如下RL1＝RL0×＝RL。
這是因為信號相位被相位旋轉模塊12旋轉了+π/4，從而將原始幅度乘以。即，限幅電平也必須被增大同樣多。在圖8中示出了當信號相位被旋轉+π/4時，限幅電平也被乘以。這可以從畢達哥拉斯定理中得出。
然后，相位旋轉模塊14將信號相位旋轉-π/8。正如可從圖4中看出的，模塊14包括公用的配置，該配置包括加法器141和142，乘法器143和144，以及符號反相部分145。乘法器143將I信號乘以一個系數(n位)，以產生一個乘積。在該乘積中，n個較低的位被舍入，并且所產生的信號的符號被反相，以被饋送到加法器142。加法器142將反相后的信號與Q信號相加，以生成Q信號。乘法器144將Q信號乘以一個系數，以獲得一個乘積。該乘積中的n個較低的位被去除。所產生的信號被饋送到加法器141。加法器141將該信號與I信號相加，以產生I信號。通過-π/8旋轉，信號幅度被乘以{2×(2-)}。
相位旋轉模塊14將輸出信號遞送到矩形限幅電路15。電路15的限幅電平是在考慮到經過模塊14后的幅度變化的情況下從外部設置的，如下RL2＝RL1×{2×(2-)}＝RL0××{2×(2-)}＝RL×2×(2-)正如可從圖9中看出的，作為π/8相位旋轉的結果，限幅電平被乘以×(2-)，即{2×(2-)}。
接下來，相位旋轉部分16將信號相位旋轉-π/4。部分16是以公知的結構來構造的，該結構包括加法器161和162，以及符號反相模塊163，如圖4所示。加法器161將I信號與Q信號相加，以產生I信號。加法器162將I信號的經符號反相的信號與Q信號相加，以獲得Q信號。通過-π/4相位旋轉，以與相位旋轉模塊12幾乎相同的方式，信號幅度變大倍。
相位旋轉部分16將輸出信號饋送到限幅電平為RL3的矩形限幅電路17。該電平是在注意到經過相位旋轉模塊16后的幅度改變的情況下從外部指定的，如下RL3＝RL2×＝RL×2×(2-)。
矩形限幅單元17將輸出信號饋送到相位旋轉模塊18。模塊18將信號的相位旋轉+π/8。模塊18包括如圖6所示的公知的配置，具體而言是加法器181和182，乘法器183和184，以及符號反相部分模塊185。乘法器185將I信號乘以n位系數以產生一個乘積，在該乘積中，n個較低的位被舍入，并且所產生的信號被饋送到加法器182。加法器182將該信號與Q信號相加，以生成Q信號。乘法器184將Q信號乘以一個系數以獲得一個乘積，該乘積中的n個較低的位被去除。然后該信號的符號被反相，并且所獲得的信號被傳送到加法器181。加法器181將該信號與I信號相加，以產生I信號。
作為-π/4旋轉的結果，信號幅度被乘以{2×(2-)}。相位旋轉的量可以通過調整圖6和圖4中的系數n的值來控制。由于本實施例中采用了±π/8，因此聯系旋轉提供固定的系數值。
最后，幅度調整部分19將由于矩形限幅和相位旋轉而減小的幅度值恢復到輸入信號的幅度的原始電平。圖7示出幅度調整器19的結構示例，其中包括乘法模塊191和192。乘法器191將I信號乘以n位系數，以產生I信號。乘法器192將Q信號乘以一個系數，以生成Q信號。在該調整中，幅度被乘以(2+)/8。
已經描述了根據本發明的16邊形限幅電路的操作示例。圖9在I-Q坐標系統上示出了限幅電平RL和限幅電路的限幅操作之間的關系。在最中間位置繪出的方形10中，對角線代表限幅電平RL，每個邊是RL＝|RI|+|RQ|。方形內的區域對應于不進行限幅的范圍，即對應于經過圖1的定時調整器6的每個信號的信號電平。包圍方形10的16邊形20指示根據本發明的圖1的16邊形限幅電路1的限幅電平的邊界。16邊形20外的區域30對應于幅度限制的范圍。方形10和16邊形之間的區域代表信號經過限幅處理電路并且其幅度不被限制的區域。
通過經由圖2所示的一系列處理電路處理信號，實現了16邊形限幅。因此，獲得了與圓形限幅等同的特性。即，可以最大限度地抑制相位誤差，從而防止經調制的波的誤差向量幅值的惡化。也可以通過改變矩形限幅電路的級數和相位旋轉模塊的級數并且通過改變最終級中的幅度調整器(幅度縮放模塊)的調整值，來實現多邊形限幅。
例如，當希望能夠降低經限幅的基帶信號中的相位誤差時，也可以實現32邊形限幅電路。即，矩形限幅電路的級數加倍，并且相位旋轉角度和幅度調整值適當地改變。結果，限幅操作更加趨向于圓形限幅。
在圖1中，選擇器7被布置成電路系統中的輸出模塊，以響應于比較器4的輸出來選擇定時調整器6和16邊形限幅電路1的輸出中的任何一個。但是，選擇器7也可以被部署在輸入級，以根據來自比較器4的輸出信號而將信號從其中遞送到定時調整器6和16邊形限幅電路1中的任何一個。
權利要求
1.一種用于限制將要提供到無線電發射器中的功率放大器的正交基帶信號的幅度的限幅電路，包括多邊形限幅裝置，該裝置包括級聯連接的多級，所述多級中的每一級包括串聯連接的矩形限幅裝置和相位旋轉裝置。
2.根據權利要求1所述的限幅電路，還包括幅度調整裝置，用于補償和調整來自所述矩形限幅裝置和所述相位旋轉裝置的所述基帶信號的信號幅度的變化。
3.根據權利要求1或2所述的限幅電路，包括級聯連接的n級(n是等于或大于2的整數)，所述n級中的每一級包括串聯連接的矩形限幅裝置和相位旋轉裝置，第一級中的矩形限幅裝置包括被預先設置為預定的限幅電平的限幅電平，第二級和后續級中的矩形限幅裝置中的每一個包括被設置到通過將所述預定的限幅電平乘以校正量而獲得的值的限幅電平，所述校正量對應于與所述矩形限幅裝置的前一級中的相位旋轉裝置的相位旋轉相關聯的所述基帶信號的幅度變化。
4.根據權利要求1至3中的一項所述的限幅電路，還包括控制裝置，用于在所述正交基帶信號的幅度取大于所述預定的限幅電平的值的情況下，控制所述多邊形限幅裝置以處理所述正交基帶信號。
5.根據權利要求4所述的限幅電路，其中如果所述正交基帶信號的幅度取等于或小于所述預定的限幅電平的值，則所述控制裝置相應于所述多邊形限幅裝置的處理時間調整用于輸出所述正交基帶信號的時間。
6.一種發射器，包括根據權利要求1至5中的一項所述的限幅電路。
全文摘要
可以實現一種限幅電路，其具有相對較小尺寸的配置，能夠抑制相位誤差的生成，并且不惡化EVM。使用了基本上等同于圓形限幅的16角限幅電路，作為形成正交基帶信號的幅度限制的限幅電路。矩形限幅電路和相位旋轉電路之間的串聯結構的多級(4級)(11和12、13和14、15和16、17和18)以相互依賴的方式連接，以作為16角限幅電路。在幅度調整單元(19)中執行幅度縮放，以補償由矩形限幅電路和相位旋轉單元導致的信號幅度變化。
文檔編號H04L27/20GK1875595SQ20048003232
公開日2006年12月6日 申請日期2004年11月4日 優先權日2003年11月5日
發明者寺本智之 申請人:日本電氣株式會社