CN101366250B - 用于提供具有减小的波峰因子的混合信号的方法和系统 - Google Patents

Abstract

提出用于提供具有减小的波峰因子的混合信号的系统和方法。模拟激励器产生具有相关相位的模拟信号。数字激励器产生在与混合信号相关的离散抽样时间处呈现多个向量状态中一个向量状态的数字信号。所述多个向量状态中的每一个具有相关相位。数字信号和模拟信号被组合以提供混合信号。当数字信号呈现与模拟信号同相的向量状态时，混合信号被最大地压缩。

Description

用于提供具有减小的波峰因子的混合信号的方法和系统

技术领域

本发明涉及RF通信系统，并且特别地注重于用于产生具有减小的波峰因子的混合信号的系统和方法。 

背景技术

被提议在美国使用的带内同频(IBOC)数字音频广播系统对广播发射机提出了新的要求。其中首要的是线性，因为IBOC数字音频调制具有振幅分量。该振幅调制的深度对发射机设计的成本有重要影响，因为必需在整个振幅范围上提供足够的净空值(headroom)和线性。因此，希望减小这个范围，被称为波峰因子抑制的过程。 

要求数字调制的信号在信号内的不同数字抽样时间到达确定的向量状态(例如，信号包络振幅和相位)。对于信号偏离这些状态的程度，在相关接收机处可以出现符号检测差错(symbol detection error)。波峰因子抑制的程度一般受到相关接收机对向量状态失真的预期容错度的限制。失真可以是由符号时间(symbol times)处的直接压缩引起的，或者间接地作为在抽样时间之间对信号进行压缩的结果。 

在一个实例中，混合信号可以包括数字分量和频率调制的模拟信号。数字信号在与混合信号相关的离散抽样时间之间数字分量的多个可能的向量状态之间转换，从而数字信号在每个抽样时间呈现这多个向量状态中的一个。将会理解，在这些转换过程中，混合信号可以呈现明显比其在各个向量状态时的振幅高的振幅。这导致信号的波峰因子(即峰值平均功率比：Peak-to-average powerratio)增大，这是不希望的。先前对于减小混合信号的波峰因子的尝试已经引起信号的向量状态的失真，从而导致信号差错。因此，对于给定信号可能的波峰因子抑制程度受对于给定应用可允许的失真度以及受频谱增生约束(spectralregrowth constraints)限制。

发明内容

依据本发明的一个方面，提出一种用于提供具有减小的波峰因子的混合信号的方法。模拟激励器产生具有相关相位的模拟信号。数字激励器产生在与混合信号有关的离散抽样时间呈现多个向量状态中一个的数字信号。这多个向量状态中的每一个具有相关相位。数字信号和模拟信号被组合，以提供混合信号。当数字信号呈现与模拟信号同相的向量状态时，混合信号被最大地压缩。 

依据本发明的另一个方面，提出一个用于提供具有减小的波峰因子的混合信号的系统。数字激励器产生在与混合信号有关的离散抽样时间呈现多个向量状态中一个的数字信号。这多个向量状态中的每一个具有相关相位。信号组合器将数字信号和模拟信号组合，以提供混合信号。限制系统在数字信号呈现与模拟信号同相的向量状态时对混合信号进行最大压缩。 

附图说明

通过参考附图考虑本发明的下述描述，本发明的上述和其它特征对于相关领域技术人员来说将变得清楚，其中： 

图1是用于对混合信号应用复合波峰因子抑制的系统的功能性框图； 

图2示出图1所示系统的示例性输出的信号星座图； 

图3是用于对混合信号应用复合波峰因子抑制的系统的示例性实现的功能性框图； 

图4是依据本发明一个方面使用复合波峰因子抑制的示例性数字音频广播系统的功能性框图；以及 

图5是用于提供具有减小的波峰因子的混合信号的方法流程图。 

具体实施方式

图1是用于对混合信号应用复合波峰因子抑制的系统50的功能性框图。混合信号的数字分量由数字激励器(digital exciter)52提供。数字激励器52例如可以包括用于将一个或多个模拟信号编码为数字数据流、将数据流复用为数字信号、和对数字信号进行编码用于前向纠错的适当部件。在一个示例性实现中，数字激励器52产生通过正交相移键控调制的数字信号来承载期望的信息，例如数字音频。

模拟激励器54提供频率调制(FM)的模拟信号。模拟激励器54可以包括用于对载波信号施加频率调制的压控振荡器或类似装置。FM模拟信号在信号组合器56处与数字信号组合。信号组合器56以避免这两个信号之间的干扰的方式将模拟信号和数字信号复用为混合信号。在一个示例性实现中，信号组合器56将这两个信号加和。 

对混合信号施加限制功能以压缩期望的振幅之上的任何信号峰值。这个限制功能在所示例子中以软限幅器58表示，但是应当理解，实际的限制功能可以通过多种方式被应用到混合信号。例如，通过监测模拟信号并执行混合信号振幅的适当计算，数字信号可以被预失真(predistorted)，以限制混合信号的预期振幅。类似地，系统50中的放大器60可以被选择为对信号提供限制功能的一些或全部。通过限制混合信号，信号的数字分量可以仅在必需避免信号峰值时、即在数字分量的相位与模拟信号的相位对准的那些点处才被有效地限制。应当理解，即使在数字信号的相位与模拟信号不对准时，软限幅器58也可以最小量地限制信号。一旦混合信号已经被限幅，其在放大器60处被放大，并被提供到相关发射机(未示出)。 

图2示出从图1所示系统50输出的未压缩混合信号72和示例性混合信号74的信号星座图70。该图包括四个星座点76-79，它们表示可以由混合信号72和74的数字分量呈现的四个向量状态。应当理解，当数字信号与模拟FM信号82同相时，在各向量状态之间转换期间示例性混合信号74的峰值振幅相对于未压缩信号的信号峰值已经被最大地抑制。该抑制是波峰因子抑制系统强加给信号的选择性压缩的直接结果。数字信号的其他相位值处的压缩是最小的，当数字信号与模拟信号完全不同相时达到最小值，并随着数字信号的相位变化而在最小等级(level)和最大等级之间变换。因此，相对于现有技术，较好的(superior)波峰因子被维持，而不将明显的向量状态失真引入到信号中。 

图3是用于对混合信号应用复合波峰因子抑制的系统100的示例性实现的功能性框图。混合信号的数字分量由数字激励器102提供。在所示例子中，通过正交相移键控调制方案产生数字分量，从而数字分量可以呈现四个相位状态中任何一个，其中每一个具有不同的相关相位值。在模拟激励器104处产生混合信号的模拟分量，其具有相关的相位。在所示例子中，模拟分量是频率调制(FM)的模拟信号。

数字信号分量在数字预失真器106处被预失真，以在数字分量呈现与模拟载波信号同相的向量状态时，减小信号的振幅。数字预失真器106选择性地压缩数字分量，以产生具有减小的波峰因子的混合信号。预失真后的数字信号在复用器108处与模拟信号组合，以产生混合信号。然后，混合信号在功率放大器110处被放大。可以在功率放大器110处对混合信号应用附加压缩，以进一步限制混合信号的波峰因子。 

图4是依据本发明一个方面使用复合波峰因子抑制的示例性数字音频广播(DAB)系统200的功能性框图。发射机系统200包括将模拟源信号编码为数字音频信号的编码器202。数字信号被编码作为正交相移键控(QPSK)，从而多个两比特符号被编码为四个相位状态中的一个，其中每个相位状态具有相关联的相位。音频编码器202将冗余信息从音频信号中移除，以减小比特率，并进而减小传送信号所需的带宽。 

压缩后的比特流然后被提供给前向纠错和交织部件204。前向纠错和交织部件204对信号进行编码用于稍后的纠错，以提高在数字信号中所传送的信息的可靠性。前向差错编码例如可以包括里德-所罗门编码(Reed-Solomonencoding)和格状骗码(Trellis coding)。数据交织在时间和频率上扩展相关数据，以减轻所传送信号中突发差错的影响。然后，编码后的信号被提供给正交频分复用器206，正交频分复用器206将交织后的数据分配给各个正交子信道，并将子信道组合为调制信号。然后，该信号被提供给上变频器(upconverter)208，上转换器208将信号上变频到射频。 

模拟激励器210由具有相关相位的模拟载波信号产生频率调制的模拟信号。频率调制的模拟信号和编码后的信号被提供给复用器212。复用器212将这两个信号组合形成混合信号。信号以以下方式被组合，即使得信号之间的干扰最小化。混合信号被提供给软限幅器214。 

软限幅器214压缩混合信号，以限制其最大振幅。有效地，软限幅器214在混合信号处于其峰值振幅时对混合信号进行最大压缩，这发生在数字信号和模拟信号同相时。在一个示例性实施例中，软限幅器可以作为限幅器和带通滤波器被实现。这些元件可以被重复地级联，以提高软滤波器的性能。应当理解，这可以通过其它方式实现，例如对数字信号进行预失真，以在数字信号与模拟载波同相时减小其振幅。

信号然后被提供给功率放大器216。功率放大器216将信号放大到用于传输的适当电平，并将信号提供给相关天线218。在一个示例性实现中，功率放大器216可以提供信号压缩的一些或全部，从而补充或代替软限幅器214。 

考虑到上述的结构和功能性特点，参考图5将更好地理解依据本发明各个方面的方法。虽然，为了简化解释，图5的方法被表示和描述为顺次地执行，但是应当理解和清楚，本发明不受所图示的顺序的限制，因为依据本发明，某些方面可以以与此处显示和描述不同的顺序和/或与其它方面同时地发生。而且，可能并不需要所有所示出的特征来实现依据本发明一个方面的方法。 

图5是用于提供具有减小的波峰因子的混合信号的方法250的流程图。方法250从步骤252开始，其中数字信号被产生。数字信号被相位调制，从而信号在多个抽样时间中每一个时呈现多个离散相位状态中的一个。例如，可以通过正交相移键控对信号进行调制。 

在步骤254，产生频率调制的模拟信号。在步骤256，模拟信号和数字信号被组合形成混合信号。信号被产生和组合，以避免干扰。混合信号在步骤258被压缩，以限制混合信号的波峰因子。例如，混合信号可以在软限幅器或放大器处被限幅，或数字信号可以被预失真，以在其呈现与模拟载波相同的相位时减小其振幅。然后，压缩后的信号可以被放大和广播。

Claims (14)

1.一种用于提供具有减小的波峰因子的混合信号的方法，包括：

产生在离散的抽样时间处呈现多个向量状态中一个向量状态的数字信号，其中所述多个向量状态中的每一个具有相关相位；

监测模拟信号以确定模拟信号的相位何时与由数字信号呈现的向量状态的相位对准；

如果所述数字信号呈现具有与所述模拟信号的相位对准的相关相位的向量状态，则对数字信号施加波峰因子减小，以提供压缩的数字信号；以及

组合所述压缩的数字信号和所述模拟信号，所述模拟信号在与压缩的数字信号组合之前是未变化的，以提供所述混合信号。

2.如权利要求1所述的方法，其中所述数字信号通过正交相移键控而被调制。

3.如权利要求1所述的方法，其中所述数字信号的振幅在所述数字信号呈现与所述模拟信号同相的向量状态时被最大量地减小，在所述数字信号呈现与所述模拟信号完全不同相的向量状态时被最小量地减小，而在数字信号呈现不是与所述模拟信号同相也不是与所述模拟信号完全不同相的向量状态时，以在包括从最小量到最大量的范围内的可变量被减小。

4.如权利要求1所述的方法，还包括对数字信号提供前向纠错，所述前向纠错是在减小数字信号的振幅的步骤之前提供的。

5.如权利要求4所述的方法，其中对数字信号提供前向纠错包括对数字信号施加格状编码。

6.如权利要求4所述的方法，其中对数字信号提供前向纠错包括对数字信号施加里德-所罗门编码。

7.如权利要求1所述的方法，其中产生模拟信号包括产生频率调制的模拟信号。

8.一种用于产生具有减小的波峰因子的混合信号的系统，包括：

数字激励器，产生在与数字信号相关的离散抽样时间处呈现多个向量状态中一个向量状态的数字信号，其中所述多个向量状态中的每一个具有相关相位；

限幅系统，被配置为如果所述数字信号呈现具有与所述模拟信号的相位对准的相关相位的向量状态，则对数字信号施加波峰因子减小，以提供压缩的数字信号；以及

信号组合器，接收未改变形式的模拟信号和压缩的数字信号，并且组合所述模拟信号和所述压缩的数字信号，以产生所述混合信号。

9.如权利要求8的系统，其中所述数字激励器包括被配置为提供通过正交相移键控而被调制的数字信号的调制器。

10.如权利要求8的系统，其中模拟激励器包括频率调制(FM)模拟激励器。

11.如权利要求8的系统，其中所述限幅系统在所述数字信号呈现与所述模拟信号同相的向量状态时最大量地减小所述数字信号的振幅，在所述数字信号呈现与所述模拟信号完全不同相的向量状态时最小量地减小所述振幅，而在数字信号呈现不是与所述模拟信号同相也不是与所述模拟信号完全不同相的向量状态时，以在包括从最小量到最大量的范围内的可变量减小所述振幅。

12.如权利要求8所述的系统，其中所述数字激励器包括前向纠错组件，所述前向纠错组件被配置为对数字信号施加前向纠错。

13.如权利要求12所述的系统，其中所述前向纠错组件被配置为对数字信号施加格状编码。

14.如权利要求12所述的系统，其中所述前向纠错组件被配置为对数字信号施加里德-所罗门编码。