CN1233099C - 控制无线发射机的数字滤波器的装置和方法 - Google Patents

Abstract

一种控制无线发射机的数字滤波器的装置，包括：把输入的模拟信号转换成数字信号的A/D转换器；对数字信号进行压缩和纠错的数据处理单元；把从数据处理单元接收到的信号编码成I信号和Q信号的编码器；对I和Q信号进行滤波的数字滤波器；把滤波后的I和Q信号调制成中频信号的调制器；把IF信号上变频成射频信号的混频器；对射频信号进行滤波以除去噪声信号的带通滤波器(BPF)；把滤波后的射频信号放大的放大器；以及控制数字滤波器的滚降系数的滤波器控制装置。测量放大器的峰值功率和接收终端的FER后，如果峰值功率大于平均发射功率或FER超过了某一水平，则自动控制数字滤波器的滚降系数，使放大器始终工作在线性区，从而提高了传输信号的可靠性。

Description

控制无线发射机的数字滤波器的装置和方法

发明领域

本发明涉及无线发射机，特别涉及控制无线本地环路(WLL)中无线发射机的数字滤波器的装置和方法。

背景技术

一般来说，滤波器用在用户终端的发射部分中以允许特定频带的频率通过。频带限制的倾斜程度叫做滚降系数(α)，滤波器特性可以在0≤α≤1的范围内变化。

如果滚降系数的值变小，则滤波器特性提高，同时因为峰值功率提高，需要高功率增益的功率放大器才能工作在线性区。

同时，如果滤波器的滚降系数(α)很高，可以使用低功率增益的功率放大器。然而在这种情况下，滤波器特性变坏，导致滤波器的效率下降。

因此，需要研究一种电路，它能保持滤波器的滚降系数在最佳状态，同时功率放大器处于线性区。

图1是根据现有技术的用户终端发射部分的方框图。

如图1所示，当输入了要发射的模拟信号时，A/D转换器10把模拟信号转换成数字信号。转换后的数字信号在数据处理单元20中压缩和纠错，然后在编码器30中编码。

为了能在调制器50中滤波和调制成中频(IF)信号，编码后的信号以同相(I)和正交相位(Q)信号传送给基带数字滤波器40。

IF信号由混频器60转换成高频信号，高频信号通过带通滤波器70以消去噪声信号。然后高频信号由放大器80放大，通过天线发射到空中。

基带数字滤波器40的滤波特性由滚降系数(α)表示，滚降系数越小则滤波特性越好。

然而，为了降低滚降系数(α)的值，即得到较好的滤波特性，就需要很大的峰值功率，这样就需要高功率增益的功率放大器。在这种情况下，数据的信号点构像(constellation)中的误差矢量幅值(EVM)增大。

图2A和2B是典型的升余弦滤波器的滤波特性和脉冲响应的图示。

如图2A所示，当滚降系数(α)为0时，特征曲线是方波的形状，其中数字信号可以完美地滤波。另一方面，如果滚降系数(α)变大，其它的频率成分也通过了滤波器。

在图2B中，可以看出，滚降系数(α)越小，包含的谐波分量就越少；滚降系数(α)越大，包含的谐波分量就越多。

然而，如果降低滚降系数(α)以提高数字滤波器40的滤波性能，则所需的峰值功率也变高，从而放大器的线性度也需要提高。

图3A，3B和3C是数字滤波器的滚降系数(α)分别为1，0.75和0.375时，QPSK信号的矢量图。

如图3A所示，当没有进行滤波，即α＝1时，频率转换是理想的，从而不需要额外的响应，对放大器80的放大功能要求也就很低。

然而，如图3B和3C所示，如果滚降系数(α)降低为0.75和0.375，频率转换变慢，产生了过量的阶跃响应。尤其是当滚降系数(α)为0.375时，产生了太多的阶跃响应，以致需要额外的功率。相应地，输出信号就有了过冲量，这增加了误差矢量。

一般地，调节或限制滤波器滚降系数(α)的目的是设置滤波器通过信号的通带。

当滚降系数α变小，通带变窄时，额外响应就不可避免地增加，导致矢量轨迹的误差。

例如，当滚降系数为0.2时，因为信号矢量轨迹的过冲量，所需的额外功率增加大约5dB，这对设计放大器80来说是一个负担。

另外，用在WLL发射机中的典型数字滤波器的滚降系数在0.3到0.5之间，从而需要较高的放大功率，以使滤波器的输出信号在线性区正常放大，这就使得用户终端和放大器的尺寸变大，也增加了制造成本。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种可以根据放大器的输出和数字滤波器输出的I信号和Q信号来调节数字滤波器的滚降系数的数字滤波器控制装置和方法。

为了解决上面提到的问题，如下面具体描述的一样，提供了一种发射机的数字滤波器滚降系数控制电路，它包括：把输入的模拟信号转换成数字信号的模/数转换器；对来自模/数转换器的信号进行压缩和纠错的数据处理单元；把来自数据处理单元的信号编码成I信号和Q信号的编码器；对I信号和Q信号进行滤波的数字滤波器；把经过数字滤波器滤波后的I信号和Q信号调制成中频信号的调制器；把从调制器接收到的中频信号上变频为射频信号的混频器；对经过上变频的射频信号进行滤波以去除噪声信号的带通滤波器(BPF)；对滤波后的射频信号进行放大的放大器；以及控制数字滤波器的滚降系数的滤波器控制装置。

为达到上述目的，提供了一种数字滤波器控制方法，包括以下步骤：检测通过了数字滤波器的信号和已经被发射终端的放大器放大的信号；用检测到的信号测出峰值功率；计算峰值功率对峰均功率(PAP)比值；根据PAP比值来控制数字滤波器的滚降系数。

由以下对本发明的详细说明，结合附图，本发明的目的，特征，方面和优点会变得更明显。

附图说明

结合附图以帮助更好地理解本发明，附图构成说明书的一部分，显示了本发明的实施例，并与说明书一起解释本发明的原理。

附图中：

图1显示的是用于无线本地环路的用户终端的常规的发射部分的方框图；

图2A说明典型的升余弦滤波器的滤波特性；

图2B说明典型的升余弦滤波器的脉冲响应；

图3A是QPSK信号矢量图，显示了当数字滤波器的滚降系数为1时的构象轨迹；

图3B是QPSK信号矢量图，显示了当数字滤波器滚降系数为0.75时的构象轨迹；

图3C是QPSK信号矢量图，显示了当数字滤波器滚降系数为0.375时的构象轨迹；

图4显示的是根据本发明优选实施例的数字滤波器控制装置的方框图；

图5显示的是根据本发明优选实施例的数字滤波器控制方法的流程图。

优选实施例详述

以下结合附图对本发明的优选实施例进行详细描述。

图4所示的是根据本发明优选实施例的数字滤波器控制装置的方框图。

如图4所示，本发明的数字滤波器控制装置包括：把模拟信号转换成数字信号的模/数转换器(ADC)15；对ADC 15输出的信号进行压缩和纠错的数据处理单元25；把数据处理单元25输出的信号编码成I相信号和Q相信号并将其输出的编码器35；对编码器35输出的I相信号和Q相信号进行滤波的可变滤波器45；把经过可变滤波器45滤波的I相信号和Q相信号调制成中频(IF)信号并输出的调制器55；把从调制器55接收到的信号转变成高频信号并输出的混频器65；带通滤波器75，去除混频器65输出的信号中的噪声；放大器85，把带通滤波器75输出的信号放大并输出到天线；以及数字滤波器控制单元100，测量放大器85输出的信号、经过数字滤波器45滤波的I相信号和Q相信号，和来自接收终端的误帧率(FER)，并根据测量到的参数对滤波器45进行控制。

数字滤波器控制单元100包括：功率检测器110，检测可变数字滤波器45输出的I相信号和Q相信号及放大器85输出的信号，以测量峰值功率；滚降系数分析器120，通过比较来自功率检测器110的测量值和平均发射功率，从而测量来自接收终端的FER和峰值功率水平，并生成控制信号；以及滚降系数调节器130，根据从滚降系数分析器120接收到的控制信号控制可变滤波器45。

功率检测器110可由肖特基二极管和LC滤波器组成。

现在对上面的数字滤波器控制装置的操作进行解释。

当输入模拟信号以进行发射后，ADC 15把模拟信号转换成数字信号，数据处理单元25对转换后的数字信号进行压缩和纠错，然后由编码器35分离成I相信号和Q相信号之后输出。

I相信号和Q相信号在可变滤波器45预设的滚降系数范围内滤波。滤波后的I相信号和Q相信号由调制器55调制成IF信号，并由相关通信系统的载波频率负载。载波频率被滤波以去除噪声，由放大器85放大之后通过天线发射到无线信道。

在这个过程中，数字滤波器控制单元100的功率检测器110检测可变滤波器45输出的I相信号和Q相信号以及放大器85输出的信号，在检测到的信号的基础上测量峰值功率的水平，测量值传给滚降系数分析器120。

滚降系数分析器120分析功率检测器110输出的测量值，根据峰值功率是处于线性区还是饱和区，确定输出信号是否失真，以给滚降系数调节器130发送滚降系数控制信号。

另外，滚降系数分析器120测量接收终端的FER，并对它分析以控制数字滤波器45的滚降系数。

换句话说，如果峰值功率在饱和区中放大，或/和来自接收终端的FER超过了预定值(比如1％)，滚降系数分析器120就生成一个控制信号使可变滤波器45的滚降系数升高。

滚降系数调节器130根据来自滚降系数分析器120的控制信号控制可变数字滤波器45的滚降系数。

以下参照图5详细描述根据本发明的数字滤波器控制方法。

当发射机发射信号时，在步骤S101中，数字滤波器控制单元100检测可变数字滤波器45和放大器85输出的信号，在步骤S102，在检测到的信号的基础上测量峰值功率，以便在步骤S103计算峰值对峰均功率(PAP)比值，在步骤S104测量来自接收终端的FER。

接下来，数字滤波器控制单元100在步骤S105确定PAP比值是否比预设的门限值大。如果PAP比值大于临界值，则在步骤S107数字滤波器控制单元100增大滚降系数。但如果PAP比值小于门限值，则数字滤波器控制单元100确定接收终端的FER是否大于预设的门限值(步骤S106)。

如果接收终端的FER小于预设的门限值，则算法返回到步骤S101，而如果接收终端的FER大于门限值，则在步骤S107数字滤波器控制单元100增大数字滤波器的滚降系数。

如上所述，本发明的数字滤波器控制装置根据放大器的PAP和接收终端的FER来调节数字滤波器的滚降系数，使放大器可以与外部条件的变化无关地工作在线性区，从而提高了通信的可靠性。

另外，滤波器的滚降系数调节允许低功率放大器为发射机工作在最佳状态，这就可以使用户终端的尺寸变小，从而降低整个用户终端的制造成本。

此外，通过减小功率放大器的尺寸，用户终端的功耗也减小了。

在不脱离本发明的精神和本质特征的情况下，本发明能够以多种方式实施，并且可以理解，上述的实施例不受前面说明书的任何细节的限制，除非另有说明，而应该在所附权利要求的精神和范围内广义地构建，因此，所附的权利要求包括所有落入这些权利要求的界限或者这些界限的等同物的改变和改进。

Claims (26)

1.一种无线发射机，包括：

模拟/数字转换器，把模拟信号转换成数字信号；

数据处理单元，对从模拟/数字转换器接收到的数字信号进行压缩，并对信号进行纠错；

编码器，把从数据处理单元接收到的压缩后的信号编码成I相输出信号和Q相输出信号；

数字滤波器，具有滚降系数，其对I相信号和Q相输出信号进行滤波；

调制器，对滤波后的I相信号和Q相输出信号进行调制，并生成中频(IF)信号；

混频器，把从调制器接收到的IF信号上变频为高频信号；

带通滤波器(BPF)，对该高频信号进行滤波以除去噪声；

放大器，对滤波后的高频信号进行放大；以及

滤波器控制装置，通过调节滚降系数对数字滤波器进行控制，

其中，该滤波器控制装置测量由放大器生成的该放大后的高频信号以获得第一值，并测量由数字滤波器滤波后的该I相和Q相输出信号以获得第二值，并测量由接收终端提供的误帧率(FER)以获得第三值，并根据该第一值、第二值和第三值中的至少之一来调节滚降系数。

2.根据权利要求1所述的发射机，其中的数字滤波器是具有可调节滚降系数的可变数字滤波器。

3.根据权利要求1所述的发射机，其中的滤波器控制装置包括

功率检测器，其测量由数字滤波器滤波后的I相和Q相输出信号和经过放大器放大的信号，以计算功率峰值。

4.根据权利要求3所述的发射机，其中，所述滤波器控制装置还包括滚降系数分析器，用于计算峰均功率(RAP)比值，并生成滚降系数控制信号。

5.根据权利要求4所述的发射机，其中，所述滤波器控制装置还包括滚降系数调节器，用于根据由滚降系数分析器提供的滚降系数控制信号对数字滤波器的滚降系数进行调节。

6.根据权利要求4所述的发射机，其中的滚降系数分析器测量由接收终端提供的误帧率(FER)，并基于该误帧率生成滚降系数控制信号。

7.根据权利要求4所述的发射机，其中，如果所述的峰均功率比值大于预定的峰均功率，则滚降系数分析器生成滚降系数增大信号。

8.根据权利要求6所述的发射机，其中的滚降系数分析器根据峰均功率和误帧率来生成滚降系数控制信号。

9.根据权利要求8所述的发射机，其中，如果峰均功率大于预定的峰均功率，则滚降系数分析器增大滚降系数。

10.根据权利要求8所述的发射机，其中，如果所述误帧率大于预定的误帧率，则所述滚降系数分析器增大滚降系数。

11.根据权利要求1所述的发射机，其中，该发射机被用于WLL通信系统。

12.一种无线发射机，包括：

模拟/数字转换器，把模拟信号转换成数字信号；

数据处理单元，对从模拟/数字转换器接收到的数字信号进行压缩，并对信号进行纠错；

编码器，把从数据处理单元接收的压缩后的信号编码成I相输出信号和Q相输出信号；

可变数字滤波器，具有可调节的滚降系数，其对I相信号和Q相输出信号进行滤波；

调制器，对滤波后的I相信号和Q相输出信号进行调制，并生成中频(IF)信号；

混频器，把从调制器接收的中频信号上变频为高频信号；

带通滤波器(BPF)，对经过上变频的高频信号进行滤波以除去噪声；

放大器，对滤波后的高频信号进行放大；以及

滤波器控制装置，对数字滤波器的滚降系数进行控制，

其中，滤波器控制装置包括：

功率检测器，测量数字滤波器输出的I相和Q相输出信号以及由放大器提供的信号，以计算功率峰值；

滚降系数分析器，计算峰均功率(PAP)比值，并生成滚降系数控制信号；以及

滚降系数调节器，根据从滚降系数分析器接收的滚降系数控制信号对数字滤波器的滚降系数进行调节。

13.根据权利要求12所述的发射机，其中的滚降系数分析器测量由接收终端提供的误帧率(FER)，并基于该误帧率生成滚降系数控制信号。

14.根据权利要求13所述的发射机，其中的滚降系数分析器根据峰均功率和误帧率来生成滚降系数控制信号。

15.根据权利要求14所述的发射机，其中，如果峰均功率大于预定的峰均功率，则滚降系数分析器增大滚降系数。

16.根据权利要求14所述的发射机，其中，如果所述误帧率大于预定的误帧率，则滚降系数分析器增大滚降系数。

17.一种发射机的数字滤波器控制方法，包括以下步骤：

对贯穿通过数字滤波器以及通过放大器的信号进行检测；

基于检测到的信号测量峰值功率；

根据峰值功率计算峰均功率(PAP)比值；以及

根据峰均功率比值调节数字滤波器的滚降系数。

18.根据权利要求17所述的方法，其中，调节数字滤波器滚降系数的步骤包括：

确定计算的峰均功率比值是否大于第一阈值；以及

如果峰均功率比值大于第一阈值，则增大数字滤波器的滚降系数。

19.根据权利要求18所述的方法，还包括：

测量由接收终端提供的误帧率(FER)；以及

根据FER重新调节数字滤波器的滚降系数。

20.根据权利要求17所述的方法，还包括：

测量由接收终端提供的误帧率(FER)；以及

根据所述误帧率生成滚降控制信号。

21.根据权利要求19所述的方法，其中，重新调整滚降系数包括：

确定所述误帧率是否大于第二阈值；以及

如果所述误帧率大于第二阈值，则增大数字滤波器的滚降系数。

22.一种发射机的数字滤波器控制方法，包括以下步骤：

对贯穿通过发射机的数字滤波器以及通过放大器的信号进行检测；

基于检测到的信号测量峰值功率；

在测量的峰值功率的基础上，计算峰均功率(PAP)比值；

确定计算的峰均功率比值是否大于预定的值；

测量由接收终端提供的误帧率(FER)；以及

根据测量的峰均功率比值和误帧率值调节数字滤波器的滚降系数。

23.根据权利要求22所述的方法，其中，如果峰均功率比值大于预定的值，则增大数字滤波器的滚降系数；如果误帧率大于预定的值，则增大滚降系数。

24.一种用于控制发射机中的数字滤波器的方法，包括：

对贯穿通过发射机的数字滤波器以及通过放大器的信号进行检测；

利用检测到的信号测量功率峰值；

基于测量的功率峰值计算峰均功率(PAP)比值，和/或测量接收终端的误帧率(FER)；以及

根据测量的峰均功率比值和/或误帧率调节数字滤波器的滚降系数。

25.根据权利要求24所述的方法，其中，调节滚降系数的步骤包括：

确定计算的峰均功率比值是否大于第一阈值；

如果峰均功率比值大于第一阈值，则增大数字滤波器的滚降系数。

26.根据权利要求25所述的方法，其中，调节滚降系数的步骤还包括：

确定所述误帧率是否大于第二阈值；以及

如果所述误帧率大于第二阈值，则增大数字滤波器的滚降系数。

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