CN103297366B

CN103297366B - 调制系统、调相系统和用于减轻调制误差的方法

Info

Publication number: CN103297366B
Application number: CN201310061532.1A
Authority: CN
Inventors: T.迈尔; T.鲍尔恩费恩德; C.维奇帕列
Original assignee: Intel Mobile Communications GmbH
Current assignee: Intel Deutschland GmbH
Priority date: 2012-02-27
Filing date: 2013-02-27
Publication date: 2016-11-23
Anticipated expiration: 2033-02-27
Also published as: CN103297366A; DE102013203304A1; DE102013203304B4; US9225562B2; US20130223564A1

Abstract

本发明的一个实施例涉及具有锁相环和自适应控制的调制系统。锁相环被配置成接收输入信号和自适应信号。输入信号是未调制信号，诸如相位分量或相位信号。锁相环还被配置成提供误差信号和输出信号。误差信号指示一个或多个调制误差。输出信号是输入信号的调制版本，其已经通过使用自适应信号进行校正以减轻该一个或多个调制误差。

Description

调制系统、调相系统和用于减轻调制误差的方法

背景技术

现代通信系统利用各种调制技术来传送信息。常见调制技术的一些示例包括调频（FM）、调幅（AM）、调相（PM），等等。调频是通过改变载波的瞬时频率来在载波上传送信息的调制形式。调相是随载波的瞬时相位的变化表示信息的调制形式。

对于包括调相的各种调制技术的一个因素是所使用的频率的范围。频率的范围通常被称为带宽。一种变化是窄带带宽，其通常用于一些无线电传输系统。窄带使用相对窄的频率范围。另一个变化是宽带带宽，通常音乐或语音的用于FM广播。宽带使用相对更宽的频率范围，但可能具有更低的信噪比。

附图说明

图1是传统的基于极化调制器的系统。

图2是根据本发明的实施例的调相系统。

图3是根据本发明的实施例的基于DTC的调相器的线性模型。

图4是根据本发明的实施例的另一个调相系统。

图5是利用根据本发明的实施例的自适应控制机制的调制系统的框图。

图6是说明了根据本发明的实施例的用于减轻调制误差的方法的流程图。

具体实施方式

本发明包括促进极化调制器特性的方法和系统，该极化调制器特性包括用于宽带调相的线性度和增益。

本发明的另一个实施例涉及调制系统。该系统包括相位检测器、环路滤波器、数控振荡器、移相部件和自适应控制。相位检测器被配置成在第一和第二输入处接收参考时钟和反馈信号，并根据这些输入生成相位检测器输出。环路滤波器被配置成接收相位检测器输出并生成调制误差信号。调制误差信号包括一个或多个调制误差，诸如失真、增益误差和相位误差。数控振荡器被配置成接收调制误差信号并提供振荡器输出信号。移相部件被配置成接收振荡器输出信号并至少部分地根据自适应增益控制信号将相位进行偏移，以及提供调制的输出信号。在一个示例中，调制的输出信号是调相输出信号。自适应控制被配置成接收误差信号并至少部分地根据该误差信号生成自适应控制信号。自适应控制可以根据误差信号确定或识别一个或多个调制误差，并生成自适应控制信号以便减轻所识别的一个或多个调制误差。

本发明的另一个实施例涉及用于减轻调制误差的方法。提供了输入信号。输入信号是未调制信号，诸如相位分量或相位信号。从该输入信号获得一个或多个调制误差信号。一个或多个调制误差信号可包括调制误差，其包括但不限于增益误差、线性度误差、相位失真，等等。根据该一个或多个调制误差信号来确定调制误差量。该调制误差量可包括用于增益误差、线性度误差、相位失真等等的误差量。根据所确定的调制误差来确定自适应调整。该自适应调整是减轻或补偿所确定的调制误差的值或控制信号。然后将自适应调整施加到调制的输出信号以减轻所识别的或确定的调制误差。

极化调制器利用调相作为调制机制的一部分。包括高级蜂窝标准、通用移动电信系统（UMTS）、长期演进（LTE）的一些通信标准要求宽带调相。然而，使用宽带频率可能使提供促进信号质量的重要的通信参数成为挑战。这些参数包括准确度、线性度和增益。

图1是传统的基于极化调制器的系统100。示出系统100来说明对用于宽带调相的线性度的挑战。系统100包括参考时钟102、时间到数字转换器（TDC）104、环路滤波器106、数控振荡器（DCO）108、多除法器部件（112）、sigma delta部件114、信道字122、K部件118、delta时间（T）部件116、d/dt部件120、以及phi部件124。

该系统100，类似传统极化调制器，使用数字PLL内部的DCO 108来将调相信号施加到RF载波。然而，DCO 108使用LC槽来设置和调整频率。LC槽通常通过线性改变LC槽的电容而被调整。然后，典型的LC槽具有非线性调谐特性。

LC槽：

与

其中C_FIX是固定电容，C_VAR是可切换单位电容，以及y_TUNE是调谐值，即接通的单位电容的数量。

包括宽带蜂窝信号的宽带通信要求宽调谐范围，其增加了调谐非线性度的效果。非线性度可能导致使由系统100所输出的信号质量失真和降级。失真可能导致在蜂窝标准中规定的输出信号违背光谱和误差向量大小（EVM）限制。

用以减轻用于宽带调相的非线性度的一种技术是通过在DCO之前施加反向非线性度所输入的数字调谐的数字线性化。用以减轻用于宽带调制的非线性度的另一种技术是缩放DCO变抗器（LC槽）以便补偿非线性度。然而，这些技术示出了当要被线性化的频率范围相对大时的限制。例如，系统仿真示出了针对LTE 20MHz带宽，200MHz的调谐范围必须在大约4GHz的振荡频率下被覆盖。这导致在调谐特性中的基本非线性度。要求对非线性度的补偿是非常精确的，以便移除所有非线性度。

用以减轻用于宽带通信的非线性度的另一个技术是通过使用不同的DCO输出相位或基于延迟线的数字到时间转换器（DTC）来在PLL之后施加调制。然而，使用不同相位导致了相对高的相位量化误差，因为仅有限数量的相位可以被生成，因此相邻相位之间的相位阶跃是相对大的。通常，当在延迟线上使用时，DTC具有相比于DCO更小的固有非线性度。然而，DTC的调相增益需要非常的精确，否则相位误差和EVM可能使输出信号质量降级或甚至违背用于通信标准的规范。用以控制增益的一种技术是控制延迟锁定环路（DLL）中的DTC的单位延迟元件。这提供了更精确的DTC增益，但是以执行所需控制的延迟单元的高噪声和功率消耗为代价。

图2是根据本发明的实施例的调相系统200。系统200通过扩展数字PLL和应用自适应增益控制来促进线性度和增益控制。系统200以简化方式被提供并且省略了元件以便促进对本发明的理解。

系统200包括参考时钟202、时间到数字转换器（TDC）204、环路滤波器206、数控振荡器（DCO）208、数字到时间转换器（DTC）210、多除法器部件212、sigma delta部件214、信道字222、K部件218、delta时间（T）部件216、d/dt部件220、相位信号224以及自适应增益控制部件226。

参考时钟220作为第一输入被提供给TDC部件204，该TDC部件204还可以被称为相位检测器。除法器部件212的输出作为对第二输入的反馈被提供给TDC部件204。TDC部件的输出被提供到环路滤波器206。环路滤波器206的输出被提供到DCO 208和自适应增益控制226。在一个示例中，环路滤波器206是低通滤波器。在另一个示例中，环路滤波器206输出信号被称为误差信号并指示干扰、失真、变化等等。

DCO 208的输出被提供到DTC部件210。K部件218的输出作为控制输入被提供给DTC部件210。DTC部件210的输出作为调相输出信号被提供，并且还被提供到除法器部件212，其提供反馈到TDC部件。

DTC部件210根据控制输入执行DCO 208输出的可编程偏移。偏移的相位被反馈到除法器部件212，在那里调相被有效地减去。除法器部件212（还被称为多模除法器）改变了其输入信号的频率。

相位信号224被提供到d/dt部件220和delta T部件216，该d/dt部件220还被称为微分器块。微分器块220将相位信号224转换为调频信号。delta T部件216的输出被提供到K部件218，其也被称为数字乘法器或增益块。K部件218实质上将输入信号与可编程增益相乘。如以下所述的，可编程增益由自适应增益控制226所提供。信道字222被提供给sigmadelta部件214。sigma delta部件214控制除法器部件212。

自适应增益控制226从微分器块220接收调频信号作为第一输入。在替代实施例中，自适应增益控制接收相位信号224作为第一输入。环路滤波器208的输出被提供到自适应增益控制226作为第二输入。环路滤波器208的输出表示调制误差。在另一个示例中，TDC部件204的输出被用作第二输入并表示相位检测器信号。自适应增益控制226生成增益控制输出，其被提供到K部件218并充当用于K部件218的可编程增益。

自适应增益控制226根据调频信号和调制误差生成增益控制输出。增益控制输出调整和配置对DTC部件210的控制输入，以调整数字增益。因此，增益控制输出被生成以便减轻调制误差，并且增益控制输出基于在本示例中作为环路滤波器206的输出而接收的调频信号和调制误差信号。

在DCO 208之后放置作为可编程相移块进行操作的DTC部件210，允许将调相施加到PLL输出信号。在传统开环调制器中，未调制的振荡器输出被用作PLL反馈。相反，本发明利用DTC部件210的输出作为PLL反馈。这允许通过监测PLL的内部信号（诸如相位检测器信号、环路滤波器信号等等）来检测调制误差。

理解的是，具有变化的部件和功能的其他系统被想到并且是根据本发明的。例如，具有数字调相或调频的PLL可以根据本发明而被利用。例如，没有反馈除法器的PLL、具有数字调相/调频的模拟PLL等等可以在本发明中被利用。

在另一个示例中，具有多个相位输出的DCO代替DCO 208和DTC 210而被利用，以便提供相移。在此示例中，DCO包括偏移了0、90、180和270度的四个相位和用于选择信号的多路复用器，该信号的相移适合或最佳适合实际调制信号。

合适的技术可以被用于生成和/或提供自适应控制。合适的技术的示例在以下被提供。

图3是根据本发明的实施例的基于DTC的调相器的线性模型300。基于DTC的调相器包括调制系统，诸如以上和在图2中描述的系统200。

可以在环路滤波器输出或TDC的输出处（第一行以下）观察到PLL（HP）的高通点处所施加的调制数据的增益（K_HP）与DTC的增益（K_DTC）中的失配。这使得能够以DTC的实际增益（K_DTC）被适当补偿的方式借助自适应控制机制(LMS、RLS、Kalman 滤波,…)来调整在高通点处的调制数据增益（K_HP）。

公式的最后一行示出调制数据增益适配对在用于诸如图2的系统200的系统的环路滤波器输出的影响。

以上所示出的是用以促进本发明的理解的示例。要理解的是，其他合适的技术可以根据本发明而被采用以减轻或补偿影响输出信号质量的调制误差和/或参数。

图4是根据本发明的实施例的另一个调相系统400。系统400通过扩展数字PLL和应用自适应增益控制来促进线性度和增益控制。系统400包括参考时钟402、时间到数字转换器（TDC）404、环路滤波器406、数控振荡器（DCO）408、数字到时间转换器（DTC）410、多除法器部件412、sigma delta部件414、信道字422、K部件418、delta时间（T）部件416、相位信号424、第二时间到数字转换器（TDC）428以及自适应增益控制部件426。

参考时钟402作为第一输入被提供给第一TDC部件404。除法器部件412的输出作为对第二输入的反馈被提供给TDC部件404。除法器部件412（也被称为多模除法器）改变反馈信号的频率。TDC部件的输出被提供到环路滤波器406，环路滤波器406对其输入信号进行滤波并提供环路滤波器输出。在一个示例中，环路滤波器206是低通滤波器。在另一个示例中，环路滤波器206输出信号被称为误差信号并指示干扰、失真、变化等等。环路滤波器输出作为输入被提供给DCO 408。DCO 408基于其输入（其在这里是环路滤波器输出）生成振荡信号以作为DCO输出。

DCO 408的DCO输出被提供到DTC部件410、除法器部件412、和第二TDC 428。K部件418的输出作为控制输入被提供给TDC部件410。DTC部件410的输出作为调相输出信号被提供，并且还被提供到第二TDC部件428。

DTC部件410根据控制输入执行DCO 408输出的可编程偏移。

相位信号424被提供到delta T部件416和自适应增益控制426。Delta T部件416的输出被提供到K部件418，其也被称为数字乘法器或增益块。K部件418实质上将输入信号与可编程增益相乘。如以下所述的，可编程增益由自适应增益控制426所提供。信道字422被提供给sigma delta部件414和第二TDC 428。sigma delta部件414提供控制信号到除法器部件412。

自适应增益控制426接收作为第一输入的相位信号424和作为第二输入的误差信号。误差信号包括第二TDC 428的输出。在这个示例中，误差信号表示DTC 410输出信号沿和DCO 408输出信号沿之间的时间延迟。通过由自适应增益控制426使用原始相位信号424的信息，调制误差可以被确定和减轻。

如上所示的，自适应增益控制426根据相位信号424和误差信号来生成增益控制输出。增益控制输出被提供到K部件418并充当用于K部件418的可编程增益。因此，增益控制输出被生成以便减轻调制误差，并且增益控制输出基于相位信号424和在本示例中作为第二TDC 428的输出的误差信号。然而，要理解的是，代替或除以上所述的之外，本发明的替代实施例可以将其他调制相关误差或失真结合到误差信号中。

图5是利用根据本发明的实施例的自适应控制机制的调制系统500的框图。系统500包括PLL 502和自适应控制504并通过基于来自PLL 502的内部信号执行调整来促进调制。

PLL 502接收包括参考时钟506和要被调制的输入信号508的输入。可以输入诸如信道字等等的其他信号和/或信息。输入信号508可以包括作为极化调制系统的一部分的相位信号。然而，要理解的是，除相位信号外，其他信号也可以被包括以作输入信号。PLL 502提供作为输出的调制输出信号510。调制输出信号510得自于输入信号508，并且之后可以被传输或经历附加信号处理。

PLL 502包括多个内部信号，包括但不限于相位检测输出、环路滤波器输出等等。内部信号中的一个或多个作为误差信号512被提供。自适应信号514作为控制信号被接收，并且自适应信号514基于误差信号512提供调整。在一个示例中，自适应信号514被利用来对输出信号510执行相移调整。

自适应控制504接收误差信号512并由此生成自适应信号514。如以上所陈述的，误差信号512包括来自PLL的一个或多个内部信号。自适应控制504根据误差信号512生成自适应信号514以减轻误差，包括但不限于增益误差（如上所示）、线性度误差、相位偏移、由于已知信号的寄生耦合（例如传输信号的瞬时功率）引起的相位失真，等等。

图6是说明了根据本发明的实施例的减轻调制误差的方法600的流程图。方法600减轻或补偿调制系统中的误差，调制系统诸如是以上所示的系统。方法600通过基于来自调制系统的内部信号或反馈生成一个或多个自适应控制信号来减轻误差。

方法在块602处开始，其中提供了相位信号。相位信号可以是多信号调制系统的一个信号，诸如极化调制信号，其利用调相和调幅来生成调幅信号和调相信号。所生成的信号可以然后被传输或以其他方式传送以传递包含于其中的信息。在替代方法中，代替相位信号而提供和利用频率信号。频率信号可以得自于如上所示的相位信号。

在块604处获得一个或多个调制误差信号。误差信号可以包括以下中的一个或多个：相位检测器输出、环路滤波器输出、基于DTC的相位检测器输出等等。误差信号可以表示例如线性度误差、增益误差、相位偏移，等等。在一个示例中，从数字PLL的内部信号获得误差信号。

在块606处根据误差信号来确定误差量。误差量可以包括线性度误差、增益误差、相位偏移、相位失真、功率引入相位失真，等等。误差量可以被估计或计算。

在块608处根据确定的误差量来确定自适应调整。自适应调整可以减轻或补偿所确定的误差量。自适应调整可以随时间变化且包括用于线性度、增益、相位偏移、相位失真，等等的调整。

在块610处，自适应调整被施加到调相信号以便减轻所确定的误差量。自适应调整可以包括相移、增益调整等等。在一个示例中，自适应调整包括提供增益调整信号到诸如以上所描述的图2中所示的DTC部件。

尽管方法600在以下被说明和描述为一系列动作或事件，但将理解的是，所说明的这样的动作或事件的次序不以限制意义进行解释。例如，除了在此所说明和/或描述的那些之外，一些动作可以按照不同次序和/或与其他动作或事件并行地发生。另外，不是所有说明的动作都可能被需要来实现此处公开的实施例的一个或多个方面。而且，在此描绘的动作中的一个或多个可以按照一个或多个单独的动作和/或阶段来执行。

尤其是考虑由以上所述的部件或结构（例如组件、设备、电路、系统等等）所执行的各种功能，被用来描述这种部件的术语（包括对“装置”的引用），除非另有指示，否则意在与执行所描述的部件的指定功能的任何部件或结构相对应（例如，其在功能上等同），即使与执行本发明的在此说明的示例性实现方式中的功能的所公开的结构在结构上不等同。此外，尽管也许已经仅相对于若干实现方式之一公开了本公开的特定特征，但这种特征可以与如可能对于任何给定或特定的应用所期望或有利的其他实现方式的一个或多个其他特征进行组合。此外，就术语“包括”、“包含”、“具有”、“拥有”、“带有”或其变形被用在详细描述和权利要求中而言，这样的术语意在以与术语“包含”相似的方式是包括性的。

Claims

1.一种调制系统，包括：

锁相环，其被配置成接收输入信号和自适应信号，并且生成误差信号和输出信号，其中根据自适应信号来相位偏移调整所述输出信号；

自适应控制，其被配置成从所述锁相环接收所述误差信号并将所述自适应信号提供到所述锁相环；以及

其中，所述自适应控制被配置成根据所述误差信号生成所述自适应信号，其中由所述自适应控制所生成的所述自适应信号是控制信号并且减轻针对锁相环的数字到时间转换器部件的增益误差。

2.权利要求1的系统，其中所述输入信号是未调相信号。

3.权利要求1的系统，其中所述输出信号是校正的调相信号。

4.权利要求1的系统，其中所述误差信号包括以下中的一个或多个：相位检测器输出、环路滤波器输出、以及基于DTC的相位检测器输出。

5.权利要求1的系统，其中所述误差信号是锁相环的内部信号。

6.权利要求1的系统，其中所述控制信号减轻非线性度。

7.权利要求1的系统，其中所述自适应控制被配置成接收频率信号并根据所述误差信号和所述频率信号生成自适应信号。

8.权利要求1的系统，其中所述自适应控制被配置成接收相位信号并根据所述误差信号和所述相位信号生成自适应信号。

9.一种调相系统，包括：

相位检测器，其被配置成接收参考时钟和反馈信号，并生成相位检测器输出；

环路滤波器，其被配置成接收相位检测器输出并生成调制误差信号；

数控振荡器，其被配置成接收调制误差信号并提供振荡器输出信号；

移相部件，其被配置成接收振荡器输出信号并至少部分地根据自适应增益控制信号将相位进行偏移，以及提供调制的输出信号；以及

自适应控制，其被配置成接收误差信号并至少部分地根据该误差信号生成自适应增益控制信号。

10.权利要求9的系统，其中所述调制误差信号表示增益误差。

11.权利要求9的系统，其中所述自适应增益控制信号减轻增益误差。

12.权利要求9的系统，其中所述移相部件是数字到时间转换器。

13.权利要求9的系统，其中所述移相部件包括被耦合到多路复用器的多个相移，所述多路复用器由自适应增益控制信号所控制。

14.权利要求9的系统，其中所述调制的输出信号是调相信号。

15.权利要求9的系统，其中所述相位检测器是时间到数字部件并且被配置成生成第二误差信号并将所述第二误差信号提供到自适应控制。

16.一种用于减轻调制误差的方法，所述方法包括：

获得一个或多个调制误差信号；

根据所述一个或多个调制误差信号来确定调制误差量；

根据所确定的调制误差量和相位信号来确定自适应调整；以及

将所述自适应调整施加到振荡器以执行振荡器的输出信号的相位偏移调整并且减轻所确定的调制误差，

其中施加所述自适应调整为锁相环的数字到时间转换器部件补偿了增益。

17.权利要求16的方法，其中所述一个或多个调制误差信号表示以下中的至少一个：线性度误差、增益误差和相位失真。