CN1154254C - 使传输最优化的方法和发射机 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种使传输最优化的方法,该方法用于一个接收若干被调制的数字信号的发射机中,该发射机包括在信号传输之前将信号转换为模拟信号的转换装置,其中在转换装置的动态范围内将被转换的信号的位置决定了该转换所接收到的信号的最优特性,其特征在于,该方法包括步骤:用特定加权系数来加权每一调制信号,用以将所述信号的互功率电平设置成预定关系,以便所调制信号的功率电平的总和尽可能地接近所述转换装置的最大转换范围;在加权之后组合这些信号;将组合后的信号转换为模拟信号;通过使用定标因数,将组合后的信号定标为预定功率电平。

Description

使传输最优化的方法和发射机
技术领域
本发明涉及一种使传输最优化的方法,这种方法使用于一种接收若干被调制的数字信号的发射机中,这种发射机包括信号传输之前将信号转换为模拟信号的转换器装置,在本方法中,在转换器装置的动态范围内要被转换的信号的位置(position)决定了该转换所得到的信号的最优特性。
本发明涉及一种接收数字信号的发射机,这种发射机使用于无线系统中以便最佳地发射信号,这种发射机包括,用来调制接收信号的调制装置,和信号传输之前将数字信号转换为模拟信号的转换器装置,在转换器装置的动态范围内转换器装置所接收信号的安排决定了该转换所得到的信号的最优特性。
背景技术
在现有技术的无线系统如GSM无线系统中,来自固定网络方向的信号通常经移动交换机和基站控制器传播到基站。起发射机作用的基站接收来自固定PSTN网络方向的数字信号并将该信号转发到用户终端。根据所使用的无线系统,基站还具有例如关于将要发射的信号引至预定时隙的信息。另外,基站还具有例如关于信号发射的功率电平的信息。总之,基站根据可从无线系统得到的指令,以不同的功率电平向用户终端发射信号。发射信号时,基站起发射机作用。
基站对包含接收信号的数据进行各种编码比如信道编码,然后,对来自不同信道的数字信号进行调制。调制后,信号被转换为模拟信号,然后在发射机的模拟部件中将这些信号组合。接着,组合信号被放大并发射到无线通路中。
现有技术的发射机比如基站所发射的信号的频谱,包含了各种干扰,这些干扰是由数字信号转换成模拟信号以及由信号的组合所造成的。基站接收的信号,其频率和功率电平通常差别很大。由于在现有技术方案中,无法一直最佳地利用转换器的动态范围,因此,以不同功率电平进入到D/A转换器的信号尤其会带来一些问题。另外,此刻可用的转换器不能很好地容忍信号中的干扰。组合后,具有不同功率电平的信号也会带来干扰,尤其对于相邻信道。
EP 735 702公开了一种信号接收方法,该方法采用了接收信号的加权。然而,现有技术中所公开的这种方法与本申请中所公开的方法的不同之处在于,在现有技术所公开的方法中,例如信号在组合并转换为模拟信号后,这些信号没有被设置成合适的相互关系。另外,现有技术中所公开的方法使用于信号接收,而本申请中所公开的方法使用于发射机。
EP 263 357公开了一种用若干个天线来接收信号的接收方法。利用加权系数来组合所接收信号。现有技术中所公开的这种方法使用于信号接收,而本申请所公开的方法使用于发射机。再者,在现有技术所公开的方法中,加权信号的方式也不同于本申请中所公开的方法中的加权信号的方式。
EP 807 988公开了一种产生加权系数的方法。所公开的这种方法与本申请中所公开的方法的不同之处在于,在现有技术所公开的方法中,例如没有涉及到将加权信号组合以及将组合信号转换为模拟信号。
EP 806 844中所公开的方法与本申请中所公开的方法的不同之处在于,该方法使用于接收机。虽然现有技术中所公开的这种方法采用了加权系数,但这些加权系数是受反馈控制的。
JP 921 9615公开了一种收发信机结构,它使用了一种用于计算加权系数的参考信号。另外,在收发信机中还采用了自适应天线阵。在本申请的解决方案中,不必采用天线阵。再者,在本申请所公开的方法中,也不使用现有技术中所公开的参考信号。
发明内容
本发明的目的在于提供一种方法和发射机,用以解决上述问题。
本发明提供了一种使传输最优化的方法,该方法用于一个接收若干被调制的数字信号的发射机中,该发射机包括在信号传输之前将信号转换为模拟信号的转换装置120,其中在转换装置120的动态范围内将被转换的信号的位置决定了该转换所接收到的信号的最优特性,其特征在于,该方法包括步骤:
用特定加权系数来加权每一调制信号,用以将所述信号的互功率电平设置成预定关系,以便所调制信号的功率电平的总和尽可能地接近所述转换装置的最大转换范围;
在加权之后组合这些信号;
将组合后的信号转换为模拟信号;
通过使用定标因数,将组合后的信号定标为预定功率电平。
本发明还提供了一种接收数字信号的发射机,该发射机用于无线系统中以便最佳地发射信号,该发射机包括用来调制接收信号的调制装置以及在信号传输之前将数字信号转换为模拟信号的转换装置,其中在转换装置的动态范围内转换装置所接收信号的位置决定了该转换所得到的信号的最优特性,其特征在于,该发射机包括
用于产生加权系数的产生装置;
用特定加权系数来加权每一调制信号的加权装置,用以将所述信号的互功率电平设置成预定关系,以便所调制信号的功率电平的总和尽可能地接近所述转换装置的最大转换范围;
用于对加权后的信号进行组合的组合装置,此后转换装置将组合信号转换为模拟信号;和
通过一个定标因数,将转换为模拟信号的信号定标为预定功率电平的定标装置。
本发明的构思在于,进入D/A转换器的信号这样被处理,使得处理后,信号尽可能最优地利用转换器的动态范围。在本发明的解决方案中,当一些数字化的调制信号被组合时,使D/A转换器的动态特性最优化。这可以分两个阶段来实现。在第一阶段中,通过最佳地利用转换器的动态特性,将这些信号的功率电平设置成彼此之间合适的关系。调制信号被组合,此后组合的信号被设为绝对合适的功率电平。
本发明的这种方法和发射机提供了很多优点。这种方法可用这样一种方法将具有不同功率电平的数字信号转换为模拟信号:通过最优地利用转换器的动态范围,来转换输入到发射机的即使功率电平很低的信号。这可以这样来实现,即用与信号匹配的加权系数来加权每一接收信号,据此,信号的字长可与转换器的最大字长匹配,并且因此而解决由于不同信号功率电平所造成的一些问题。这种发射机可用几个模拟器件或通过组合模拟器件来实现,从而可廉价地实现这种发射机。另外,这种发射机比以前所实现的发射机在容忍干扰方面要好得多。再者,本发明的发射机功耗比现有技术的发射机的功耗小,这是因为例如可以减少耗能的模拟器件的数量。
附图说明
下面,利用参照附图的优选实施方式来详述本发明,其中:
图1示出了包括一些采用本发明的方法的发射机的一种无线系统,
图2示出了本发明的发射机。
具体实施方式
图1示出了一种无线系统,该系统包括若干个基站100和一个基站控制器200。另外,该无线系统还包括一些用户终端300。基站100通过例如一个固定传输网络连接到基站控制器200。基站100接收来自PSTN(公共交换电话网)并转换为模拟信号的数字信号,该信号经无线通路被转发到用户终端300。换言之,基站100起着收发信机的作用。
图2示出了一种可使用于图1中所示无线系统的发射机。实际上,该发射机位于基站100中。就其作用而言,该发射机产生一个要发送到用户终端300的信号。该发射机包括一些调制装置110和产生装置130。另外,该发射机还包括接收来自调制装置110、130的信号的加权装置190。调制装置110接收来自例如PSTN的数字信号,并最好用数字调制方法对所接收信号进行调制。本图中的发射机采用DDS方法(直接数字组合),利用这种方法,可使调制信号具有预期频率。
调制装置110对若干个不同的信号进行调制,每个信号都建立不同的与用户终端300的连接。这些连接可以是例如呼叫。每个调制信号都有其特定的功率电平,在图中用S_level来表示。产生装置130根据发射机所接收信号的功率电平产生一些加权系数(PCi),这些加权系数输入到加权装置190。本图中的发射机接收4个信号,对于其中的每个信号,产生装置130都产生一个加权系数,用PC1...PC4表示。实际上,信号的功率电平正比于例如信号的幅度。
该发射机还包括组合装置140,该装置与加权装置190连接并将来自加权装置190的信号进行组合。该发射机还包括定标因数转换装置170、180和转换装置120。转换装置120接收组合装置140所组合的信号并将该信号转换为模拟信号。然后,该模拟信号输入到定标装置180,该装置改变所接收信号的功率电平。除了加权系数之外,产生装置130还根据调制装置110所接收信号的功率电平产生定标因数(CTRL_VGA),该定标因数在定标因数转换装置170中被转换为模拟信号。实际上,定标因数转换装置170用D/A转换器来实现。定标因数转换装置170所产生的模拟信号输入到定标装置180。定标装置180根据来自定标因数转换装置170的信号改变来自转换装置120的信号的功率电平。换言之,来自定标因数转换装置170的信号被当作一个控制信号。实际上,定标装置180用例如VGA放大器(可变增益放大器)来实现,其放大倍数随控制信号的变化而变化。
实际上,转换装置120用D/A转换器来实现。对于经组合装置140输入到转换装置120的信号,可选择一个最佳字长,例如等于转换装置120可接受的最大字长的长度。在某些情况下,例如当转换装置120接收一个实际上等于该转换器装置的动态范围的宽度的信号时,可最佳地实现转换装置120中信号的转换。
产生装置130通过利用发射机所接收的信号来产生加权系数。加权装置190用与接收信号成正比的加权系数来加权每个调制信号。操作上与调制装置110、130相连的加权装置190,根据调制信号和与调制信号成正比的加权系数,产生一个实际上是乘法运算的结果。这一加权将调制信号最佳地分配到转换装置120的动态范围上。换言之,关于转换器120,信号被安排在最佳范围内。产生装置130通过将数字信号的字长度增加到接近例如转换装置120可接受的最大字长,来最佳地加权输入到转换装置120的信号。
加权装置190用特定加权系数来加权每一调制信号,以便将信号的互功率电平设置成预定关系。在这种情况下,预定关系表示信号之间的关系或比值,该比值可从为信号所预定的互功率电平的关系中得到。加权时,还最佳地将每一信号安排在转换装置120的动态范围内。加权时,加权装置190根据调制期间每一信号中的特定功率电平,将信号的功率电平设置成预定关系。从调制装置110进入加权装置190的信号的功率电平是相同的。调制装置110用这样一种方法将信号调制成相同的功率电平:在信号被加权之前,信号的功率电平处于相同的电平。加权时,加权装置190对照接收信号的功率电平的关系,来改变信号功率电平的相互关系。
假定,转换装置120的动态范围的宽度为13比特。还假定,从调制装置110的输出端得到一个信号其字长为14比特。这样,如果从调制装置110的输出端得到的信号用与信号功率电平(S_level)成正比的加权系数来加权,则此时在转换装置120的输入端可得到字长为10比特的信号。在上述情形中,产生装置130将与该信号相应的加权系数(PCi)改变为0.5,从而,来自调制装置110的信号的字长可改变为13比特。在上述情形中,还假定,转换装置120的满标对应于最佳范围。然后,从转换装置120的输出端得到的信号再用从产生装置130得到的并产生一个定标因数的信号(CTRL_VGA)来加权。在上述情形中,产生装置130产生一个其值为0.125的定标因数。
产生装置130例如通过测量发射机所接收信号的功率电平来产生一个加权系数。该装置也可用其他方式得到有关功率电平幅度的信息。当产生装置130得到有关信号功率电平幅度的信息时,产生装置130用测量到的功率电平值来乘或类似地来加权转换装置120可接受的最大字长。根据上述计算,与该乘法运算相类似,得到的乘法运算结果除以调制信号的功率电平的总和。如果不用除法,则该乘法运算结果也可用调制信号功率电平的总和的倒数来加权。换言之,本发明的发射机使得能更有效地利用转换装置120的容量。产生装置130实际上用下面的公式(1)即一个等效公式,来为发射机所接收的每一信号产生加权系数:
( 1 ) PC i = S _ Leve l i * ( Max _ DAC _ Scale Σ j S _ Leve l j ) ,
其中:
PCi代表加权系数,
S_Leveli代表接收信号的功率电平,
Max_DAC_Scale是一个用来确定转换器装置最大转换范围的常数,
Σ j S _ Leve l j 代表信号功率电平的总和。
产生装置130还利用发射机所接收的信号产生定标因数。定标因数通过定标因数转换装置170输入到定标装置180。然后,定标装置180利用定标因数,将转换为模拟信号的信号定标为预定功率电平或幅度,从而确定信号强度。定标装置180用同样的定标因数将这些形成组合信号的信号定标为预期的功率电平。实际上,定标装置180用一个放大器来实现。放大器根据产生装置130产生的定标因数,对来自转换装置120的模拟信号进行放大或衰减。定标装置180动态地将信号的绝对功率电平调整到预期电平。
产生装置130计算出发射机所接收信号的功率电平的总和,然后,产生装置130将该求和结果除以转换装置120可接受的最大字长。如果不用除法,则该求和结果可用转换装置120可接受的最大字长的倒数来加权或乘。产生装置130实际上用下面的公式(2)即一个等效公式,来产生定标因数:
( 2 ) CTRL _ VGA = ( Σ j S _ Levelj Max _ DAC _ Scale ) ,
其中:
PCi代表加权系数,
S_Leveli代表接收信号的功率电平,
Max_DAC_Scale是一个用来确定转换器装置最大转换范围的常数,
Σ j S _ Levelj 代表信号功率电平的总和,
CTRL_VGA代表定标因数。
下面,就一个调制信号来描述本发明的解决方案。设从调制装置110得到的信号为例如IN1。同样,设从转换装置120输出端得到的信号为例如INT1。产生装置130产生一个加权系数PC1,它与接收信号的功率电平成正比,同样也与IN1信号成正比。这样,当加权装置190执行操作后,INT1信号从加权装置190的输出端得到,并得到值IN1*PC1。还假定,产生装置130产生一个定标因数CTRL_VGA,利用该定标因数,可将加权信号复原到预期功率电平。设从定标装置180输出端得到的信号为OUT1。该OUT1信号可用下式表示:
OUT1=INT1*CTRL_VGA=IN1*PC1*CTRL_VGA=IN1*S_level1
另外,发射机最好包括配置在组合装置140和120之间的舍入装置150、160。舍入装置150将从组合装置140得到的组合信号的值四舍五入到一个近似值。加入装置160将一个随机信号加到该组合信号中。在信号转换成模拟信号之前,加上该随机信号可减小信号中的干扰。加上该随机信号尤其可减小信号中谐波和量化噪声的影响。
下面,就本方法中所用的并可将调制信号设置成相互合适的加权关系的加权系数(PCi)来描述本发明的方法。假定第一信号的功率电平或信号电平S_level_1为4。还假定第二信号的功率电平S_level_2为3。得到PC2的值为(3/4)*PC1,这样,从调制装置110输出端得到的信号彼此之间相对合适地被预加权。假定,调制后,从调制装置110输出端得到的信号的功率电平为电平1。如果转换装置120的最佳数值范围为14,则PC1可以为8,从而PC2为6(PC1+PC2=14)。此时,用加权系数PCi加权后的这些值具有彼此之间相对合适的关系。组合之后,这些调制信号同样具有彼此之间相应合适的功率电平。不过,这些信号还没有绝对合适地被加权。
假定,符号MOD1代表从调制装置110输出端得到的已用系数PC1加权后的信号。还假定,符号MOD2代表从调制装置110输出端得到的已用系数PC2加权后的信号。结果,从组合装置140输出端得到一个值为PC1*MOD1+PC2*MOD2的信号。然后,产生装置130产生一个其值为1/2的定标因数。将从组合装置140输出端得到的信号乘以该定标因数,结果得到一个其值为4*MOD1+3*MOD2的信号。因此,该信号的值与原来的S_level值一致,换言之,这些信号还绝对合适地被加权。
尽管以上参照根据附图的例子描述了本发明,显然本发明并不局限于此,而可在附属权利要求书中所阐述的本发明思想的范围内以多种方式进行修改。

Claims (34)

1.一种使传输最优化的方法,该方法用于一个接收若干被调制的数字信号的发射机中,该发射机包括在信号传输之前将信号转换为模拟信号的转换装置(120),其中在转换装置(120)的动态范围内将被转换的信号的位置决定了该转换所接收到的信号的最优特性,其特征在于,该方法包括步骤:
用特定加权系数来加权每一调制信号,用以将所述信号的互功率电平设置成预定关系,以便所调制信号的功率电平的总和尽可能地接近所述转换装置的最大转换范围;
在加权之后组合这些信号;
将组合后的信号转换为模拟信号;
通过使用定标因数,将组合后的信号定标为预定功率电平。
2.如权利要求1所述的方法,其特征在于,加权时,根据调制期间每一信号中的特定功率电平,将信号的功率电平设置成预定关系。
3.如权利要求1所述的方法,其特征在于,加权时,改变信号功率电平的相互关系。
4.如权利要求1所述的方法,其特征在于,将信号调制成相同的功率电平。
5.如权利要求1所述的方法,其特征在于,通过使用对于所有信号都相同的定标因数,将形成组合信号的信号定标为预期的功率电平。
6.如权利要求5所述的方法,其特征在于,定标因数这样产生:求出所接收信号的功率电平的总和,然后,用转换装置(120)可接受的最大字长来除或加权该求和结果。
7.如权利要求1所述的方法,其特征在于,定标将形成组合信号的每个信号的功率电平复原到信号调制前信号的功率电平。
8.如权利要求1所述的方法,其特征在于,加权时,信号的字长与转换装置(120)的字长匹配。
9.如权利要求1所述的方法,其特征在于,将组合信号的字长四舍五入到一个字长近似值或一个预期字长。
10.如权利要求1所述的方法,其特征在于,将一个随机信号加到该组合信号中,以减小其中的干扰。
11.如权利要求1所述的方法,其特征在于,加权系数这样产生:测量接收信号的功率电平,然后,用测量到的功率电平值来乘或来加权转换装置(120)可接受的最大信号字长,并且用调制信号的功率电平的总和来除或加权所得到的乘法运算结果。
12.如权利要求1所述的方法,其特征在于,用数字调制方法对信号进行调制,在该数字调制方法中,采用直接数字合成方法将每个信号设定到一个特定频率。
13.如权利要求1所述的方法,其特征在于,实际上用下面的公式即一个等效公式所得到的系数,来加权每一调制信号:
PC i = S _ Leve l i * ( Max _ DAC _ Scale Σ j S _ Levlj )
其中:
PCi代表加权系数,
S_Leveli代表接收信号的功率电平,
Max_DAC_Scale是一个用来确定转换器装置最大转换范围的常数,
Σ j S _ Levelj 代表信号功率电平的总和。
14.如权利要求1所述的方法,其特征在于,实际上用下面的公式即一个等效公式所得到的定标因数,来定标模拟信号:
CTRL _ VGA = ( Σ j S _ Levej Max _ DAC _ Scale )
其中:
CTRL_VGA代表定标因数,
Max_DAC_Scale是一个用来确定转换器装置最大转换范围的常数,
Σ j S _ Levelj 代表信号功率电平的总和。
15.一种接收数字信号的发射机,该发射机用于无线系统中以便最佳地发射信号,该发射机包括用来调制接收信号的调制装置(110)以及在信号传输之前将数字信号转换为模拟信号的转换装置(120),其中在转换装置(120)的动态范围内转换装置(120)所接收信号的位置决定了该转换所得到的信号的最优特性,其特征在于,该发射机包括
用于产生加权系数的产生装置(130);
用特定加权系数来加权每一调制信号的加权装置(190),用以将信号的互功率电平设置成预定关系,以便所调制信号的功率电平的总和尽可能地接近所述转换装置(120)的最大转换范围;
用于对加权后的信号进行组合的组合装置(140),此后转换装置(120)将组合信号转换为模拟信号;和
通过一个定标因数,将转换为模拟信号的信号定标为预定功率电平的定标装置(180)。
16.如权利要求15所述的发射机,其特征在于,加权时,加权装置(190)根据调制期间信号中的特定功率电平,将信号的功率电平设置成预定关系。
17.如权利要求15所述的发射机,其特征在于,加权时,加权装置(190)改变信号功率电平的相互关系。
18.如权利要求15所述的发射机,其特征在于,调制装置(110)用这样一种方法将信号调制成相同的功率电平:在信号加权之前,信号的功率电平处于相同的电平。
19.如权利要求15所述的发射机,其特征在于,定标装置(180)用该定标因数将形成组合信号的信号定标为预期的功率电平。
20.如权利要求15所述的发射机,其特征在于,定标装置(180)用该定标因数来定标形成组合信号的信号。
21.如权利要求15所述的发射机,其特征在于,定标装置(180)将形成组合信号的信号设定到预期功率电平。
22.如权利要求15所述的发射机,其特征在于,加权时,产生装置(130)使输入到转换装置(120)的信号与转换装置(120)的最佳字长匹配。
23.如权利要求15所述的发射机,其特征在于,所述加权装置(190)将调制信号乘以与所述调制信号成正比的加权系数。
24.如权利要求15所述的发射机,其特征在于,该发射机包括舍入装置(150),用于将组合信号的字长四舍五入到一个字长近似值或一个预期字长。
25.如权利要求15所述的发射机,其特征在于,该发射机包括加入装置(160),用于在信号转换成模拟信号之前将一个随机信号加到组合信号中以减小组合信号中的干扰。
26.如权利要求15所述的发射机,其特征在于,产生装置(130)这样来产生加权系数:产生装置(130)测量发射机所接收信号的功率电平,然后,产生装置(130)用测量到的功率电平值来乘以加权转换装置(120)可接受的最大字长值,并且用调制信号的功率电平的总和来除或加权所得到的乘法运算结果。
27.如权利要求15所述的发射机,其特征在于,产生装置(130)产生定标所用的定标因数,并且产生装置(130)用所产生的定标因数将转换装置(120)所产生的模拟信号加权到预定功率电平。
28.如权利要求15所述的发射机,其特征在于,产生装置(130)这样来产生定标因数:产生装置(130)计算出发射机所接收信号的功率电平的总和,然后,产生装置(130)用转换装置(120)可接受的最大信号字长值来除或加权该求和结果。
29.如权利要求15所述的发射机,其特征在于,该发射机包括定标因数转换装置(170),该装置操作上与产生装置(130)相连,它将定标所用的定标因数转换为模拟信号。
30.如权利要求15所述的发射机,其特征在于,实际上,定标装置(180)用一个放大器来实现,放大器根据产生装置(130)产生的定标因数,对来自转换装置(120)的模拟信号进行放大或衰减。
31.如权利要求15所述的发射机,其特征在于,调制装置(110)最好用数字调制方法对信号进行调制。
32.如权利要求15所述的发射机,其特征在于,调制时,调制装置(110)例如采用DDS方法将每个信号设定到其特定工作频率。
33.如权利要求15所述的发射机,其特征在于,产生装置(130)实际上用下面的公式即一个等效公式,来为发射机所接收到的每个信号产生加权系数:
PC i = S _ Leve l i * ( Max _ DAC _ Scale Σ j S _ Levlj )
其中:
PCi代表加权系数,
S_Leveli代表接收信号的功率电平,
Max_DAC_Scale是一个用来确定转换器装置最大转换范围的常数,
Σ j S _ Levelj 代表信号功率电平的总和。
34.如权利要求15所述的发射机,其特征在于,产生装置(130)实际上用下面的公式即一个等效公式,来产生定标所用的定标因数:
CTRL _ VGA = ( Σ j S _ Levelj Max _ DAC _ Scale )
其中:
CTRL_VGA代表定标因数,
Max_DAC_Scale是一个用来确定转换器装置最大转换范围的常数,
Σ j S _ Levelj 代表信号功率电平的总和。
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