CN1237748C - 峰值限幅器和多载波放大装置 - Google Patents

Abstract

一种在用于放大多载波信号的系统中使用的峰值限幅器接收多载波信号的每个载波的基带信号。多载波信号被计算地估计使载波合并在RF频带中，并获得多载波信号的功率信息，以根据估算的多载波信号的功率信息限制基带信号的幅度，从而提供峰值限幅的基带信号。这样，由执行不必要的峰值限幅产生的失真能够被有效地防止，从而改善整个系统的可靠性。

Description

峰值限幅器和多载波放大装置

发明领域

本发明涉及一种在用于放大多载波信号，例如使用W-CDMA技术的移动通信系统的基站系统中使用的峰值限幅器和多载波放大装置；并且尤其涉及一种能够提高放大系统的功率效率的峰值限幅器和多载波放大装置。

发明背景

通常，为了实现使用例如W-CDMA(宽带码分多址)方案的移动通信系统的远程移动站和基站之间的正确通信，需要相对高的发射功率电平。在这种情况中，通信信号有时需要在发射端例如基站被高度放大。

是模拟装置的放大器通常呈现非线性输入/输出特性。特别是当放大器的输入功率超出了称为饱和点的放大限制时，放大器的输出功率变得几乎持续地平坦。这种非线性的输出导致输出信号中的非线性失真。

典型地，频带信号外的乱真发射在发射信号放大之前被带通滤波器抑制到低功率电平。但是，发射信号在放大器放大以后，放大的信号呈现非线性失真，伴有放大信号的一部分向邻近信道的泄漏。由于基站的发射功率电平如上所述能够很高，所以泄漏到邻近信道的功率电平需要被抑制到低于某个严格定义的电平。为此，减少ACP(临近信道泄漏功率)的技术已经在传统放大器中使用。

为了减少ACP，对放大器使用了各种方法，例如补偿、前馈和预失真方法。

参考图7A和7B，示出了放大器的特性和上述方法的工作特性。图7A和7B分别示出了补偿方法、前馈和预失真方法的特性。

补偿方法通过降低工作点将放大器的工作范围限制在其线性区域内来防止非线性失真的产生。详细地，补偿方法的工作点被设置在低于保持线性的最大输出功率电平的点，例如，比最大电平降低了与放大器输入信号的峰值因数对应的输出功率幅度的点，如图7A所示。

峰值因数是放大器输入信号的最大功率电平与其平均功率电平的比，如图8所示。即最大功率电平和平均功率电平之间的差减少时，峰值因数变小。

另一方面，在前馈方法中，失真补偿通过从其中包含期望的信号和失真分量的主放大器的输出减去在误差放大器中放大的失真分量来实现。

在预失真方法中，预失真分量被引入放大器的输入信号，以便补偿在放大器的输出中产生的失真。预失真分量根据与由例如放大器中的AM/AM和AM/PM转换处理产生的非线性特性相反的特性来确定。

如上所述，前馈和预失真方法能够在有效去除由放大器产生的失真中使用。因此，如图7B所示，任一方法中的工作点都能够设置在低于放大器的饱和输出功率电平的点，工作点被设置得比饱和电平低与峰值因数对应的输出功率的幅度，如图7B所示，因此，前馈和预失真方法的工作点能够设置的比补偿方法高。

因此，前馈和预失真方法由于能够通过使用它们来改善系统的功率效率而被广泛使用。该更高工作点带来更大的输出功率，从而改善功率效率。放大器的功率效率还很大地依赖于放大器输入信号的峰值因数幅度。

更大的峰值因数需要更大尺寸的晶体管在功率放大器电路中使用。此外，放大器的工作点应当更大地降低以防止输出功率电平的饱和，从而放大器的输出功率与DC输入功率的比减少。

因为这些原因，为了改善放大器的功率效率，峰值因数需要被控制到尽可能的小。为此，峰值限幅器被引入，例如在放大器的前端，来提供最大功率(“峰值”)限幅信号作为放大器的输入信号。

传统的峰值限幅器现在将在下面参考图10说明。参考图10，提供了示出传统峰值限幅器示例结构的框图。

传统峰值限幅器1’包括平均功率检测单元11’，瞬时功率检测单元12’，峰值检测单元13’和限幅器单元14’，如图10所示。

平均功率检测单元11’检测峰值限幅器1’输入信号(I，Q)的平均功率，从而输出平均功率信息。

瞬时功率检测单元12’检测输入信号(I，Q)的瞬时功率电平，输出瞬时功率信息。

峰值检测单元13’检测输入信号(I，Q)中是否存在要被功率限幅的峰值。详细地，峰值检测单元13’计算输入信号的瞬时平均功率比，其中瞬时平均功率比表示瞬时功率检测单元12’的瞬时功率电平与平均功率检测单元11’的平均功率电平的比。然后，峰值检测单元13’检测是否存在超出预定峰值阈值的瞬时平均功率比。与超出预定峰值阈值的瞬时平均功率比相应的输入信号的部分被确定为要被功率限幅的峰值，并且检测结果作为峰值检测信息输出给限幅器单元14’。预定峰值阈值相应于在图7B中确定工作点时考虑的峰值因数。

限幅器单元14’响应峰值检测信息限幅输入信号(I，Q)的功率。详细地，当具有超出预定峰值阈值的瞬时平均功率比的峰值被峰值检测单元13’检测到时，限幅器单元14’随之响应而限制峰值的功率不超出预定电平。因此，输入信号(I，Q)被控制，使最大功率降低到预定电平(限幅电平)。这样，从限幅器单元14’提供峰值限幅的输入信号(I，Q)作为其输出信号(I，Q)。

通常，馈送到峰值限幅器1’的输入信号(I，Q)是还未频带限制的基带信号。峰值限幅器1’对这样的输入信号(I，Q)执行峰值限幅，然后低通滤波器(未示出)执行滤波，从而能够防止失真的产生。此外，由于输入信号的峰值被峰值限幅器1’限幅，输入信号的峰值因数能够很小，这能带来放大器的高工作点而改善其功率效率。

信号的峰值因数通常在经过频带限制后变大。这是因为输入方波在频带限制后变圆了，使信号峰值的某部分增加。因为这个原因，峰值检测单元13’中设置的峰值阈值在考虑频带限制后的峰值因数增量时需要被确定为适当的低。

参考图11，示出了使用图10所示现有技术的峰值限幅器1’的传统多载波放大装置示例框图，其中假定在多载波信号中存在两个载波。

在传统的多载波放大装置中，提供给两个载波的是它们各自的峰值限幅器1’-1和1’-2，其中每个限幅器用于峰值限幅其相应的输入信号(I，Q)-1或-2，和滤波器2-1和2-2，用于执行各峰值限幅信号A1和A2的频带限制，以及上变频器3-1和3-2，用于将各限带信号B1和B2上变频到RF频带(高频调制)，提供载波信号C1和C2。传统多载波放大装置进一步包括耦合器4，用于耦合载波信号C1和C2输出多载波信号D，和放大器5，用于放大多载波信号D产生输出信号(C1，C2)。

详细地，传统多载波放大装置中的峰值限幅器1’-1和1’-2以相对于图10所示的峰值限幅器1’说明的方式计算它们相应的输入信号的瞬时平均功率比，输出峰值限幅信号A1和A2。滤波器2-1和2-2对峰值限幅输入信号A1和A2进行滤波，输出限带信号B1和B2。上变频器3-1和3-2将限带信号B1和B2上变频到射频(RF)频带从而输出上变频RF调制信号(载波信号)C1和C2。然后，耦合器4合并载波信号C1和C2，输出多载波信号D。放大器5放大多载波信号D，产生放大的多载波信号作为其输出信号(C1，C2)。

如所述，因为输入信号(I，Q)的峰值因数被峰值限幅器1’-1和1’-2减少，多载波信号D的峰值因数也能够被抑制。结果，放大器5的工作点能够被提高来增加其功率效率。

公开号2000-244452标题为“CDMA无线基站”的日本专利公开了一种能够减少放大多载波信号期间的失真产生的技术。

在上述现有技术的CDMA无线基站中，在具有大量载波和大发射功率的调制信号输入给普通放大器的情况中，基带输入信号的限幅电平被设置为高。但是在其它情况中，基带输入信号的限幅电平被设置为低。通过这样的控制，在具有大量载波和大发射功率的情况中失真的产生能够被降低，并且在小量载波的情况中接收端的误差率能够被减少。此外，由于具有低功耗的放大器能够通过自适应地改变限幅电平来使用，所以整个放大装置的总功耗也能够减少。

但是，在现有技术的峰值限幅器和多载波放大装置中，峰值限幅根据每个输入信号的峰值因数和峰值阈值相对于各个输入信号执行。结果，耦合器4输出的多载波信号的峰值因数通常变得大于每个峰值限幅信号A1和A2的因数，从而难于正确调整预定峰值阈值来获得希望的馈送给放大器5的输入信号的峰值因数。因此，为了安全起见，峰值阈值被预定为适当的低，从而有效的峰值限幅不能够实现。例如，在W-CDMA中，具有2-4个载波的多载波信号的峰值因数能够比具有一个载波的多载波信号的因数大2-6dB。

此外，即使在耦合到耦合器4的多载波信号的有效功率小的情况中，如果其瞬时平均功率比大于预定峰值阈值，峰值限幅会在各个输入信号上执行，导致不必要的峰值限幅，反过来劣化了调制精确度。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种峰值限幅器和多载波放大装置，能够有效实现峰值限幅，以便精确获得希望的放大器输入信号的峰值因数，从而提高其功率效率。

按照本发明的优选实施例，提供一种在用于放大多载波信号的系统中使用的峰值限幅器，其中峰值限幅器响应多载波信号的载波基带信号，通过将基带信号合并入RF频带计算地估计多载波信号来获得估算的多载波信号的功率信息，并且根据估算的多载波信号的功率信息限制每个基带信号的幅度，从而提供峰值限幅的基带信号。

按照本发明的另一个优选实施例，提供一种在用于放大多载波信号的系统中使用的峰值限幅器，包括：瞬时功率检测单元，用于接收每个载波的基带信号，并估算多载波信号以提供估算的多载波信号的瞬时功率电平；平均功率检测单元，用于提供估算的多载波信号的平均功率电平；峰值检测单元，响应平均功率电平和瞬时功率电平，用于计算瞬时平均功率比，其中瞬时平均功率比是瞬时功率电平与平均功率电平的比，并比较瞬时平均功率比和预定峰值因数阈值，从而检测要被峰值限幅的峰值，并提供表示该峰值的峰值检测信息；和限幅器单元，用于响应峰值检测信息限制基带信号的幅度，以提供峰值限幅的基带信号。

按照本发明的又一个优选实施例，提供一种在用于放大多载波信号的系统中使用的峰值限幅器，包括：瞬时功率检测单元，用于接收每个载波的基带信号，并估算多载波信号以提供估算的多载波信号的瞬时功率电平；峰值检测单元，响应瞬时功率电平，用于比较瞬时功率电平和预定峰值阈值，从而检测要被峰值限幅的峰值，并提供表示该峰值的峰值检测信息；和限幅器单元，用于响应峰值检测信息限制基带信号的幅度，以提供峰值限幅的基带信号。

附图简述

本发明的上述和其它目的和特征将通过下面结合有关附图给出的优选实施例的说明而变得清楚，其中：

图1说明了按照本发明的多载波放大装置的框图；

图2A-2C示出了分别说明表示在复合空间中的各载波信号的图；

图2D提供了说明合并各个载波信号后复合空间中的多载波信号的图；

图3提出了按照本发明第一优选实施例的峰值限幅器的框图；

图4表示图3所示的平均功率检测单元的框图；

图5描述了图3所示的瞬时功率检测单元的框图；

图6示出了按照本发明第二优选实施例的峰值限幅器的框图；

图7A说明了按照补偿方法的放大器控制方案；

图7B示出了按照前馈方法和预失真方法的放大器控制方案；

图8通常表示输入信号的峰值因数；

图9示出了用于说明未超出饱和输入功率电平的瞬时功率具有大于预定峰值阈值的瞬时平均功率比的情况的图；

图10提供了传统峰值限幅器的框图；和

图11描述了传统多载波放大装置的示意框图。

具体实施方式

本发明的创造性特征能够通过任何在本发明的优选实施例中说明的那些以外的其它电路或装置实现，只要它们能够实现这样的特征。而且，其部分或所有功能可以通过软件实现。此外，系统的每个特定功能元件能够通过多个电路实现，或系统的多个这样的功能元件能够配置在一个电路中。

参考图1，示出了按照本发明的多载波放大装置的框图，其中同样的参考号用于表示与图11所示的传统多载波放大装置的相同部分。

按照本发明的多载波放大装置包括低通滤波器(LPF)2-1和2-2，用于滤波各峰值限幅信号a1和a2(在图1中假定了两个输入信号)，上变频器3-1和3-2，用于上变频，即用射频调制各带通滤波的信号b1和b2。多载波放大装置还包括耦合器4，用于耦合各载波信号c1和c2输出多载波信号d，和放大器5，用于放大多载波信号d以提供输出信号(c1，c2)。按照本发明的多载波放大装置进一步包括用于两个输入基带信号的公用峰值限幅器1，相对于图11所示的用于两个输入信号的两个传统峰值限幅器1’-1和1’-2。

因为图1的多载波放大装置的滤波器2-1和2-2，上变频器3-1和3-2，耦合器4和放大器5与图11所示的传统多载波放大装置的那些功能上相同，所以其详细说明将不再重复。

现在将描述按照本发明的图1所示的峰值限幅器1的详细说明。

参考图2A-2C，提供了分别说明表示在复合空间中的各载波信号的图。图2D提供了说明合并载波信号后复合空间中的多载波信号的图。

通常，在多载波信号的发射中，多个输入信号被调制到之间具有一定频率差的载波中。然后各载波信号在复合空间中旋转不同的特定周期，并且每个载波信号的相位如图2A-2C所示随时间流逝而变化。

因此，如果多载波信号的载波信号异相，载波信号被相互抵消，从而多载波信号的功率电平可以不是那么大。另一方面，多载波信号的功率电平在载波信号变得越同相时越大。因此多载波信号的瞬时功率能够在载波信号的相位如图2D所示对齐时变大。在图2D中，为了说明起见，载波信号通过偏移向量的原点而画出。

这样，如果载波的相位相互不同从而多载波信号的功率不大，那么按照本发明的峰值限幅器即使对具有大功率的载波也不执行峰值限幅。

本发明提供一种峰值限幅器，能够在其中包括的载波信号的相位变得相互一致时计算多载波信号的瞬时功率电平，从而检测峰值限幅的定时。

参考图3，示出了按照本发明第一优选实施例的峰值限幅器1A的框图，其中同样的参考号用于表示与图10所示的传统峰值限幅器1’的相同部分。

按照本发明第一优选实施例的峰值限幅器1A如图3所示包括平均功率检测单元11，瞬时功率检测单元12，峰值检测单元13，和限幅器单元14。峰值限幅器1A通过与图10所示的传统峰值限幅器1’的那些相同的功能性单元来实现。但是，峰值限幅器1A的每个单元的操作和功能和传统峰值限幅器1’的相应单元的不同。

现在将详细说明峰值限幅器1A的每个单元。

平均功率检测单元11接收多个载波的输入信号(I，Q)(图3中假定了两个载波)，以便计算地估计和检测在对输入信号不执行峰值限幅时要由耦合器4(图1)产生的多载波信号的平均功率电平。估算多载波信号的平均功率电平的详细解释将在下文说明。

瞬时功率检测单元12也接收输入信号(I，Q)，来检测估算的多载波信号的瞬时功率电平。估算多载波信号的瞬时功率电平的详细解释也将在下文说明。

峰值检测单元13检测估算的多载波信号中是否存在要被功率限幅的峰值。详细地，峰值检测单元13计算估算的多载波信号的瞬时平均功率比，其中瞬时平均功率比是由瞬时功率检测单元12检测的瞬时功率电平和由平均功率检测单元11检测的平均功率电平的比。然后，峰值检测单元13检测是否存在任何超出预定峰值因数阈值的瞬时平均功率比。具有超出峰值因数阈值的瞬时平均功率比的估算多载波信号的部分被确定为要被功率限幅的峰值，并作为峰值检测信息输出给限幅器单元14。预定峰值因数阈值根据在图7B所示确定放大器饱和输出功率电平的工作点中使用的峰值因数来获得。

按照本发明的峰值检测单元13相对于计算地估计的多载波信号执行峰值检测。但是，其峰值检测操作也根据输入平均和瞬时功率信息执行，如在图10所示的传统峰值检测单元13’中。

限幅器单元14接收输入信号(I，Q)来限制每个输入信号(I，Q)幅度的峰值。具体地，依赖峰值检测信息，即当要被限幅的峰值在估算的多载波信号中被峰值检测单元13检测到时，每个输入信号的功率被限幅，变为低于预定峰值因数，从而产生输出信号(I，Q)。

现在将说明在平均和瞬时功率检测单元11和12中为了估算将载波信号合并入RF频带中的多载波信号而执行的方法。

在计算地估计将载波合并入RF频带中的多载波信号的第一估算方法中，提供给平均和瞬时功率检测单元11和12的输入信号和其间的频偏Δf复用，频偏Δf等于要在上变频器3-1和3-2给予实际载波c1和c2的载波频率之间的差。即，每个输入信号被调制使调整的载波频率等于cf_t-cf₀，cf_t是要被调制的输入信号的实际载波频率而cf₀是最低实际载波频率，然后调制的输入信号被合并。此后，合并的输入信号的功率在每个恒定取样间隔被检测。

输入给平均和瞬时功率检测单元11和12的输入信号原先是基带信号(I，Q)。因此，RF频带中的多载波信号的估算可以通过将输入信号上变频而具有实际RF载波频率，合并或耦合上变频信号，和测量耦合信号的功率来执行。但是，RF频带中的信号处理要求很快的取样频率，必须昂贵的信号处理装置。

然而，假定载波频率在每两个相邻载波频率之间具有恒定的频偏Δf，那么能够在低频带估算多载波信号。即，通过在向其提供其间的频偏Δf以后合并输入信号然后用取样频率例如相应于最低载波的频率来取样载波和的功率，能够估计实际多载波信号的瞬时功率和平均功率。

在图10所示的传统功率检测单元11’和12’中使用的功率检测方案和按照本发明的平均和瞬时功率检测单元11和12中的方案将被说明。

首先，每个输入信号S_i(I，Q)可以使用如下的向量复数符号表示：

S_i＝I_i(t)+jQ_i(t)            (i＝1，2，…n)     公式(1)

然后，在图10所示的传统多载波放大装置的传统峰值限幅器1’-1或1’-2中，从平均功率检测单元11’获得的平均功率和由瞬时功率检测单元12’获得的瞬时功率能够表示为：

瞬时功率=pow(S_i)＝Ii(t)²+Q_i(t)²

平均功率＝∑{pow(S_i)}  (i＝1-n)

公式(2)

获得平均功率的方法可以包括移动平均方法或加权平均方法，但不限于此。

另一方面，通过使用按照本发明的第一估算方法从图3所示峰值限幅器1A中的平均和瞬时功率检测单元11和12获得的平均和瞬时功率能够表示为：

瞬时功率＝pow(S₁+S₂*e^j2π*Δft+S₃*e^j2π*2Δft+S₄*e^j2π*3Δft+…)

平均功率＝∑{pow(S₁+S₂*e^j2π*Δft+S₃*e^j2π*2Δft+S₄*e^j2π*3Δft+…}

公式(3)

其中Δf是相邻载波之间的载波频偏。

如上所述，假定各输入信号用两个相邻RF频率之间的频偏Δf上变频到RF频带，那么输入信号和频偏Δf复用，然后合并以计算地估计通过将载波信号耦合入RF频带实际产生的多载波信号。

此外，如果平均功率通过使用恒定取样间隔，例如相应于最低载波频率的一个周期，被检测了很长时间，那么能够获得几乎和复用或合并入RF频带的有效平均功率电平相同的平均功率电平，尽管是大取样间隔。

对于瞬时功率，如果各输入信号和频偏△f复用然后合并，在载波信号的相位如图2D所示相互一致时，多载波信号的瞬时功率能够变大而具有峰值。因此，如果瞬时功率通过在此刻被取样功率而被检测到，就能够获得在峰值限幅多载波信号中需要的估算瞬时功率。

参考图4和5，示出了实现上面第一估算方法的平均和瞬时功率检测单元11和12的配置。图4表示平均功率检测单元11的框图，图5描述了瞬时功率检测单元12的框图。在图4和5中，为了举例的目的，假定多载波信号仅包含四个载波，因此有四个输入。但是，如本领域的技术人员将理解的，载波(和输入信号)的数目能够是任何大于一的正数。

实现第一估算方法的平均功率检测单元11如图4所示包括复数乘法器21-23，加法器24，瞬时功率计算单元25和平均功率计算单元26。

平均功率检测单元11接收输入信号-1至-4。更详细地，输入信号-1直接提供给加法器24。输入信号-2在复数乘法器21被提供了旋转Δf的偏移。输入信号-3在复数乘法器22被提供了旋转2Δf的偏移。输入信号-4在复数乘法器23被提供旋转了3Δf的偏移。复数乘法器21-23的所有偏移信号也被馈送给加法器24，与输入信号-1一起相加。然后，瞬时功率计算单元25计算加法器24相加信号的瞬时功率电平。而后，根据瞬时功率计算单元25的瞬时功率电平，平均功率计算单元26计算相加信号的平均功率电平。

同样地，实现按照本发明上述第一估算方法的瞬时功率检测单元12如图5所示包括复数乘法器31-33，加法器34，瞬时功率计算单元35。

图5所示的瞬时功率检测单元12的部分31-35功能上与图4所示的平均功率检测单元11的相应部分21-25相同。因此，部分31-35能够被单元11和12共享，而平均功率检测单元11的部分21-25能够省略。在这种情况中，瞬时功率检测单元12的输出能够作为瞬时功率信息提供给平均功率计算单元26，使平均功率检测单元11能够计算相加信号的平均功率。

现在将说明另一种估计估算多载波信号的瞬时和平均功率电平的方法。

在计算地估计多载波信号的第二估算方法中，输入信号被作为向量处理，所以平均功率通过使用向量操作合并输入信号来获得，并且合并信号(向量)的瞬时功率最大时的功率也通过向量操作获得。

首先，按照第二估算方法获得平均功率的方法现在将被说明。

在图1所示的多载波放大装置中，输入基带信号(I，Q)在峰值限幅器1峰值限幅，在LPF2-1和2-1低通滤波后被上变频器3-1和3-2调制，并在耦合器4合并产生多载波信号。因此，RF频带中的多载波信号估算原则上可以通过上变频输入信号使具有RF载波频率，合并或耦合上变频的信号和测量耦合信号的功率来实现。但是RF频带中的信号处理需要很快的取样频率，必须昂贵的信号处理装置。

因此，按照第二估算方法，每个输入基带信号被作为向量处理。然后取样输入信号在定期的时间间隔被执行以实现合并向量的操作，此后，合并向量的功率平均值被获得作为估算多载波信号的平均功率。

然后，按照第二估算方法获得瞬时功率的方法现在将被说明。

RF频带中的瞬时功率的估算也需要很快的取样频率，如获得平均功率的情况一样必须昂贵的信号处理装置。

因此，各基带信号功率的和在各载波信号同相的时刻获得。然后，基带信号功率的和作为合成在RF频带中的多载波信号的估算瞬时功率来提供。

这是因为，多载波信号的功率电平在载波信号变得更加同相时变大，并且在载波信号如图2D所示全部一致时能够变成局部最大。从而，通过在此时检测多载波信号的瞬时功率，其峰值限幅能够有效地实现。在此时，合并向量的功率等于各输入信号功率的和。

例如，在W-CDMA中，一个通道输入信号的带宽是3.84MHz，载波偏移为5MHz，所以存在多个载波的向量平行的情况。

按照第二估算方法获得估算多载波信号的瞬时和平均功率电平的方法现在将详细说明。

如在第一估算方法中说明的，假定载波频率在两个相邻载波频率之间具有恒定频偏Δf，就能够在低频带估算多载波信号。即，通过合并提供有其间的频偏Δf的输入信号，能够如图3地估计实际多载波信号的瞬时和平均功率电平。

如果取样仅在向量的指数项和1+j*0等于1相同时执行，公式(3)中的平均功率减少为如下的公式(4)的值，其示出了输入基带信号的合并向量的平均功率。

瞬时功率＝pow(S₁)+pow(S₂)+pow(S₃)+…

        ＝(I₁(t)²+Q₁(t)²)+(I₂(t)²+Q₂(t)²)+(I₃(t)²+Q₃(t)²)+…

平均功率＝∑{pow(S₁+S₂+S₃+S₄+…)}

        ＝∑({I₁(t)+I₂(t)+I₃(t)+…}²+{Q₁(t)+Q₂(t)+Q₃(t)+…}²)

                                                             公式(4)

即使公式(4)中的平均功率意味着粗取样，但是通过长时间执行合并向量的平均功率取样，公式(4)中定义的合并向量的平均功率变得和第一估算方法的几乎相同，所以硬件结构能够通过使用第二估算方法变得更简单。

公式(4)中的瞬时功率通过在输入信号的相位相互一致时获得的输入信号的和来表示。

如上所述，平均和瞬时功率电平根据就公式(3)和(4)说明的本发明第一或第二估算方法在平均和瞬时功率检测单元11和12获得。峰值检测单元13然后计算估算的多载波信号的瞬时平均功率比，并确定具有超出峰值阈值的瞬时平均功率比的多载波信号部分为要被功率限幅的峰值。与该多载波信号的峰值相应的输入信号部分被限幅器单元14功率限幅。因此，由于输入信号的峰值因数根据估算的多载波信号被限幅，实际多载波信号能够被有效峰值限幅，而不会受到在现有技术峰值限幅方案中经常遇到的不必要和不适当的大峰值限幅。

因此，按照本发明的峰值限幅方案，载波的调制精确度能够改善，并且放大器的工作点能够升高以提高其功率效率。

但是，W-CDMA系统的工作点在控制发射功率时动态变化。在这种情况中，能够有即使是大峰值因数或者操作点低，放大器也不工作在饱和区中的时候。

参考图9，示出了说明示意性情况的图，其中输入信号具有超出预定峰值因数阈值的峰值因数但峰值功率低于饱和输入功率电平。

在①的情况中，放大器输入信号的最大功率电平超出饱和输入功率电平并且其峰值因数超出峰值因数阈值。另一方面，在②的情况中，信号的最大功率电平低于饱和输入功率电平但其峰值因数超出峰值因数阈值。按照本发明的第一优选实施例，情况①中的峰值限幅能够通过抑制信号使其不具有大于峰值因数阈值的峰值因数而适当地执行。但是在情况②中，如果工作点低时峰值限幅如在第一优选实施例中根据峰值因数阈值执行，就出现了即使小于饱和输入功率电平的峰值也被不必要地峰值限幅的问题。

参考图6，示出了按照本发明第二优选实施例的峰值限幅器1B的框图，它能够解决第一优选实施例中这种不必要的峰值限幅的问题。同样的参考号用于表示和识别与图3中峰值限幅器1A相应或相同的部件。

按照本发明第二优选实施例的峰值限幅器1B包括瞬时功率检测单元12，峰值检测单元13”和限幅器单元14，如图6所示。除了峰值限幅器1B缺少平均功率检测单元11，峰值限幅器1B基本上和图3所示的峰值限幅器1A相同；并且通过与峰值限幅器1A相同的功能单元实现。但是，峰值限幅器1B的峰值检测单元13”的操作和功能和峰值限幅器1A的相应单元有所不同。

现在将详细说明峰值限幅器1B的每个单元。

瞬时功率检测单元12接收输入信号(图6中假定了两个载波)，以在上述第一优选实施例中同样的方式检测计算地估计的多载波信号的瞬时功率。瞬时功率检测单元12与峰值限幅器1A的相同，因此将不重复描述。

峰值检测单元13”检测是否存在估算的多载波信号的峰值。详细地，峰值检测单元13”检测是否存在任何超出预定峰值阈值的来自瞬时功率检测单元12的瞬时功率电平。超出峰值阈值的估算多载波信号瞬时功率电平的部分被确定为要被功率限幅的峰值，并作为峰值检测信息输出给限幅器单元14。预定峰值阈值根据图7B所示的放大器饱和输入功率电平而获得。

限幅器单元14接收输入信号(I，Q)，限制每个输入信号(I，Q)幅度的峰值。详细地，根据峰值检测信息，即，在估算多载波信号中，要被限幅的峰值被峰值检测单元13”检测到时，每个输入信号的功率被限幅在预定限幅功率以产生输出信号(I，Q)。

按照本发明第二实施例的峰值检测单元13”检测是否存在任何超出峰值阈值的估算多载波信号的瞬时功率电平。

因此，在瞬时平均功率比超出峰值阈值但瞬时输入功率电平低于饱和输入功率电平时，不执行峰值限幅。这样，由执行在第一优选实施例中会发生的不必要的峰值限幅产生的失真能够被有效地防止，并且因为不需要平均功率检测单元，电路能够简化。此外，工作负载也能够减少，从而改善整个系统的可靠性。

本发明已经就优选实施例而显示和说明了，但是那些本领域技术人员能够理解，如在下面的权利要求中定义的，在不脱离本发明宗旨和范围的情况下可以进行各种改变和修改。

Claims (6)

1、一种在用于放大多载波信号的系统中使用的峰值限幅器，包括：

瞬时功率检测单元，用于接收每个载波的基带信号，并估算多载波信号以提供估算的多载波信号的瞬时功率电平；

平均功率检测单元，用于提供估算的多载波信号的平均功率电平；

峰值检测单元，响应平均功率电平和瞬时功率电平，用于计算瞬时平均功率比，其中瞬时平均功率比是瞬时功率电平与平均功率电平的比，并且比较瞬时平均功率比和预定峰值因数阈值，从而检测要被峰值限幅的峰值并提供表示该峰值的峰值检测信息；和

限幅器单元，用于响应峰值检测信息，限制基带信号的幅度，以提供峰值限幅的基带信号。

2、如权利要求1的峰值限幅器，其中估算的多载波信号通过在向基带信号提供相应于载波频率之间差的频偏以后合并载波的基带信号来获得。

3、如权利要求1的峰值限幅器，其中平均功率检测单元通过合并载波各基带信号的向量以获得合并的向量，然后计算合并向量功率的平均值来提供平均功率电平。

4、如权利要求1的峰值限幅器，其中瞬时功率电平通过在载波信号同相时计算载波基带信号的功率电平和来获得。

5、如权利要求3的峰值限幅器，其中瞬时功率电平通过在载波信号同相时计算载波基带信号的功率电平和来获得。

6、一种用于放大多载波信号的多载波放大装置，包括：

权利要求1-5之一的峰值限幅器；

滤波器，用于滤波来自峰值限幅器的峰值限幅基带信号以提供滤波信号；

上变频器，用于将滤波信号上变频到射频RF频带以提供上变频载波信号；

耦合器，用于合并上变频信号以输出多载波信号；和

放大器，用于放大多载波信号。

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