CN1343395A - 频谱成形cdma信号 - Google Patents

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Abstract

本发明是一种CDMA频谱成形技术(116),该技术是对CDMA信号中的带外信号功率进行衰减。带内CDMA信号在转角频率处被衰减,来减少提供给带外信号功率的不成比例作用的分量。在CDMA基站(512)中的功率放大器(625)就可以在更高功率电平上运行,而不超出带外信号功率的限制。其结果是,功率放大器(625)更有效率地工作,并且增大了基站的范围和容量。在本发明的一些实例中,频谱成形数字滤波器(516)放置在基站中的小区站点调制解调器(621)和数－模转换器(623)之间。在本发明的另外一些实例中,频谱成形模拟滤波器(516)放置在基站中的数－模转换器(722)和低通滤波器(623)之间。

Description

频谱成形CDMA信号
(1)技术领域
本发明涉及码分多址(CDMA)系统。特别地本发明包括，但不局限于，一种对CDMA信号频谱进行成形，来减少带外信号发射的新颖改进的CDMA基站。
(2)背景技术
码分多址(CDMA)技术普遍应用于通讯系统。在一个典型的CDMA系统中，CDMA基站传输CDMA信号给很多CDMA设备，例如无线电话。CDMA信号由很多单独的用户信号组成。CDMA基站通过对每个单独用户信号以唯一的扩展序列(例如伪随机序列)编码来生成CDMA信号。CDMA基站再将编码的用户信号加在一起构成CDMA信号。
在CDMA系统中，单独用户信号不是基于频率或时间分隔开，而是扩展到整个频带上。每个CDMA通讯设备基于唯一的扩展序列而导出特定用户信号。由于这种用随机序列编码的多信号混合，当CDMA信号被放大时，CDMA信号就会有随机信号峰值的问题。
CDMA基站使用功率放大器来放大CDMA信号。功率放大器当运行到最大功率电平以上时就会出现不期望的噪声。不幸的是，CDMA信号中的随机峰值强迫功率放大器在最大功率电平以上运行。相反，典型调频(FM)信号没有随机信号峰值，所以功率放大器能够在最大功率水平之下连续运作。
功率放大器以CDMA信号频带外的信号功率形式产生噪声。这种信号功率被看作为带外信号功率。带外信号功率由于它干扰了邻近频带的信号而成为了一个问题。那些信号由于干扰而被破坏。政府机构，例如美国的联邦通讯委员会，严格规定了由带外信号功率引起的干扰。
已有的解决这个问题的途径是使CDMA基站中的功率放大器在最大功率电平之下运行。这样减少了在CDMA信号中由随机峰值引起的带外信号功率的数量。这个途径的缺陷在于基站的功率和范围也被减小。另外，在最大功率电平之下运行的功率放大器可能效率比较低。
CDMA系统将通过减少基站中功率放大器的噪声产生的技术来得到改进。噪声的减少将直接增加功率和CDMA基站的效率。
(3)发明内容
上述问题通过减少CDMA信号中的带外信号功率的CDMA频谱成形技术得到解决。带内CDMA信号在转角频率处被衰减，来减少提供不成比例产生的带外信号功率的分量。在CDMA基站中的功率放大器随后在更高的功率电平上运行，而不会超越带外信号功率的限制。其结果是，功率放大器的运行效率进一步提高，并且扩展了基站的范围和容量。这种改进带给无线通讯用户的是更加好的质量和更少的花费。
在本发明的一些实例中，转角滤波器是放置在基站中的蜂窝站点调制解调器和数模转换器之间的数字元件。在本发明的另外一些实例中，转角滤波器是放置在基站中的数模转换器和低通滤波器之间的模拟元件。
(4)附图说明
本发明的特点、目标和优点将随着下面结合附图的详细描述变得更加明显，在这些附图中，这些参考特征都将被整个或部分地说明：
图1是具有频谱成形逻辑电路的CDMA系统方框图；
图2是说明不具有频谱成形的CDMA信号的频谱曲线图；
图3是说明具有频谱成形的CDMA信号的频谱曲线图；
图4是说明频谱成形逻辑电路的特性曲线图；
图5是具有频谱成形逻辑电路的CDMA系统方框图；
图6是具有频谱成形逻辑电路的CDMA基站方框图；并且
图7是具有频谱成形逻辑电路的CDMA基站方框图。
(5)具体实施方式
频谱成形一图1-3
图1表述了基带CDMA信号100、CDMA传输器101、RF CDMA信号102和CDMA接收器103。CDMA技术是一种扩频通讯技术。一些CDMA模式由标准所规定，例如电信工业协会通过的IS-95标准。CDMA信号100可以是任何CDMA信号，例如在CDMA基站中由蜂窝站点调制解调器产生的信号。CDMA接收器103可以是任何具有接收CDMA信号能力的CDMA设备，例如无线CDMA电话。
CDMA发射机101可以是任何含有频谱成形逻辑电路116的CDMA传输设备，该频谱成形逻辑电路能衰减相邻于转角频率的CDMA信号100的带内部分。CDMA发射机101通常放大经成形的CDMA信号，并且向CDMA接收机103发送被放大CDMA信号102。一种CDMA发射机101的实例就是CDMA基站。
在运作时，在CDMA发射机101中的频谱成形逻辑电路116对CDMA信号100成形，从而构成了CDMA信号102。通过成形CDMA信号100，频谱成形逻辑电路116衰减相邻于转角频率的信号中的带内部分。这种衰减减少了由CDMA信号放大引起的带外噪声。这种衰减不应使CDMA信号102降低到不能接收的水平。CDMA发射机101通过空中接口传发送经成形的CDMA信号102给CDMA接收机103。虽然，本发明描述所用的是空中接口，但其他的介质也可以被使用，例如RF光纤、电源线或电话线。
图2说明了没有经过频谱成形而放大的CDMA信号频谱。竖轴代表了信号功率，横轴代表了频率。期望的带内信号功率包含在围绕中心频率的转角频率所定义的带宽中。一种典型的实例就是中心频率在1.96GHz的带宽为1. 25MHz转角频率为(1.96GHz-625KHz)和(1.96GHz+625KHz)。信号功率在带宽外下降得很明显，但一些不期望的带外信号功率还是存在，如图2阴影部分所示。不希望带外信号功率的原因在于它代表的是干扰其他邻近频宽信号的无用功率。
功率放大器通常被用来放大CDMA信号。功率放大器在时间域中的输出能用如下的数学模型表示： y ( t ) = Σ n = 0 N K n [ x ( t ) ] n = K 0 + K 1 x ( t ) + k 2 x 2 ( t ) + K 3 x 2 ( t ) - - - - ( 1 )
x(t)是功率放大器的输入。如果这个模型从时间域转变为频率域，则数学表示为：
Y(f)＝K0+K1X(f)+k2(X(f)*X(f))+K3(X(f)*X(f)*X(f))  (2)
Y(f)是Y(t)的傅里叶变换，而符号“*”表示卷积。在本发明的内容中，偶项对于带内信号没有明显功率帮助。
计算卷积X(f)*X(f)*X(f)的熟知的图解技术应用揭示了输入到邻近转角频率的带内信号功率给功率放大器输出的不期望带外信号功率带来了不成比例的作用。减少输入到邻近转角频率的带内信号功率引起功率放大器输出的不期望带外信号功率不成比例的减少。减少带内信号功率要降低CDMA信号，但这种降低是可以接收的，而给带外信号功率带来的是不成比例的减少。
图3说明了经过频谱成形逻辑电路116成形后的放大CDMA信号的频谱。竖轴代表信号功率，而横轴代表频率。期望的带内信号功率包含在中心频率周围的转角频率所定义的带宽中。不期望的带外信号功率是如图3所示的阴影部分。图3中的虚线代表从图2中来的没有被频谱成形逻辑电路116成形过的CDMA信号。虚线说明了衰减转角频率周围的带内信号功率使不期望带外信号功率减少。
图4描述了频谱成形逻辑电路116的特性。本领域的熟练技术人员可以看出图4代表的是理想特性，但可以根据图4的理想特性来认识到如何配置频谱成形逻辑电路116。竖轴代表信号强度，而横轴代表频率。虚线代表被频谱成形逻辑电路进行频谱成形前的CDMA信号。
频谱成形逻辑电路116包括了具有以下特性的数字或模拟带通滤波器。带通滤波器将在衰减频带(ABW)通过衰减(A)来衰减信号强度，并且通过传输频带(PB)内的信号强度。衰减带宽ABW邻近转角频率，并且在带内，所以它们在CDMA信号带宽(BW)之中。在一些实施例中，每一衰减带宽ABW可以是信号带宽BW的4.5％。另外，通频带(PB)可以是信号带宽BW的91％，并且其中心在中心频率上。衰减A可以是3个分贝。另外，频谱成形可以在上变频之前通过基带滤波而进行。
CDMA频谱成形系统-图5-6
图5-6描述了使用频谱成形的CDMA系统的一种特殊实例，但本领域的熟练技术人员可以发现适用于上述频谱成形发明的CDMA系统许多其他的类型。图5描述了一种与CDMA通讯系统506连接的通讯系统504。CDMA通讯系统506与CDMA通讯设备508进行通讯。CDMA通讯系统506由交换中心510和基站512构成。通讯系统504和交换中心510交换通讯信号505。交换中心510与基站512交换通讯信号511。基站512通过空中接口与CDMA通讯设备508交换无线CDMA通讯信号507。
通讯系统504可以是任何具有与CDMA通讯系统506交换通讯信号505能力的通讯系统。通讯系统504通常是通用公众电话网，但也可以是其他的网络，例如局域网、广域网或因特网。
交换中心510可以是任何能够在基站512和通讯系统504之间提供接口的设备。通常，很多基站通过交换中心510被连接到通讯系统504上，但基站的数量受限于通讯清晰的目标。
基站512与CDMA通讯设备508交换无线CDMA信号507。基站512包括了频谱成形逻辑电路516，用来在CDMA信号放大和传输给CDMA通讯设备508之前，将中心频率信号带内部分进行衰减。通常，许多CDMA通讯设备与基站512交换信号，但通讯设备的数量也受限于通讯清晰的目标。那些本领域的熟练技术人员可以从已知系统中改造基站512，例如由Qualcomm，Inc.of SanDiego，California提供的基站。
CDMA通讯设备508与基站512交换无线CDMA信号507。典型的CDMA通讯设备是移动电话，但其他CDMA通讯设备也能实现，例如固定无线设备、数据终端、机顶盒或计算机。
在运作时，CDMA通讯设备508通过CDMA通讯系统506与通讯系统504或相互进行通讯。在从通讯系统504到CDMA通讯设备508之间的通讯路径上，频谱成形逻辑电路516将转角频率附近的CDMA信号带内部分进行衰减。频谱成形允许基站512更加有效率的运作，并且有更大的范围和容量。
图6描述了如图5所述的基站512接收通讯信号511，以及发送CDMA通讯信号507。基站512由下述串连连接的元件构成：小区站点调制解调器621、频谱成形逻辑电路516、数-模转换和滤波器623、上变频器624、功率放大器625和天线626。除频谱成形逻辑电路516之外，本领域的熟练技术人员对这些元件和它们的操作一定很熟悉。
小区站点调制解调器621产生了包含正交信号I和Q的CDMA信号。正交CDMA信号I和Q是众所周知的，并且是使用相同频率载体来传输的基带信号，但有90°相差。换句话说，RF CDMA信号可以通过用余弦(2 x pi x频率x时间)调制I以及用正弦(2 x pi x频率x时间)调制Q的方法构造。例如在IS-95A中，正交信号携带的同样数据具有不同的伪随机序列码。小区站点调制解调器621可以在传送正交信号I和Q给频谱成形逻辑电路516之前，应用前向纠错编码。
频谱成形逻辑电路516由数字滤波器构成，该滤波器用于如图4所描述的对转角频率附近的带内正交信号I和Q的强度进行衰减。频谱成形逻辑电路516将经成形的I和Q信号提供给数-模转换和滤波器623。
数-模转换和滤波器623将经成形的I和Q信号转换成模拟信号，并且过滤期望带宽外的部分。数-模转换和滤波器623将该I和Q信号提供给上变频器624。上变频器624用中频和射频来调制I和Q信号，从而构成射频(RF)CDMA信号。功率放大器625放大RF CDMA信号。因为频谱成形，功率放大器625能够在更高、更有效的功率水平上运作，而不会有过度数量的带外信号功率产生。天线626发送放大的RF CDMA信号507。
替代的CDMA系统-图7
图7描述了如图5所示的基站512的替代模型。基站512接收通讯信号511，并且发送CDMA通讯信号507。基站512由下述串连连接元件构成：小区站点调制解调器62l、数-模转换和滤波器722、频谱成形逻辑电路516、滤波器623、上变频器624、功率放大器625和天线626。除频谱成形逻辑电路516之外，本领域的熟练技术人员对这些元件和它们的操作一定很熟悉。
小区站点调制解调器621产生了包含正交信号I和Q的CDMA信号，并且将I和Q信号提供给数-模转换器722。数-模转换器722将I和Q信号转换成模拟信号，并且将这些模拟的I和Q信号提供给频谱成形逻辑电路516。
频谱成形逻辑电路516由模拟滤波器构成，该滤波器用于如图4所描述的对转角频率附近的带内正交信号I和Q的强度进行衰减。频谱成形逻辑电路516将经成形的I和Q信号提供给滤波器623。滤波器623对期望带宽外的分量进行过滤。频谱成形逻辑电路516和滤波器623一起展示的原因是在本发明的这个模型中可能期望将频谱成形逻辑电路516和滤波器623合并到单一的具有这两种特性的模拟滤波器部件中。滤波器623将I和Q信号提供给上变频器624。
上变频器624用中频和射频来调制I和Q信号，从而构成射频(RF)CDMA信号。功率放大器625放大RF CDMA信号。因为频谱成形，功率放大器625能够在更高、更有效的功率电平上工作，而不会有过度数量的带外信号功率产生。天线626发送放大的RF CDMA信号507。
前面所描述本发明的较佳实施例能够被本领域的任意熟练技术人员使用和制造。对这些实施例进行不同的修改对本领域的熟练技术人员来说是很容易实现的，并且，这里所定义的原理可能不通过使用发明能力就能被应用到其他实施例上去。但，本发明并不局限于这里所示的实施例，而是与本原理和这里所揭示的新颖特性一致的最大范围相符合。

Claims (33)

1、一种处理码分多址(CDMA)信号的方法，其特征在于，所述方法包括下述步骤：
对邻近第一转角频率和第二转角频率的带内频率中的CDMA信号进行衰减，从而产生经成形的CDMA信号，其中，转角频率定义了CDMA信号的带宽；并且
放大经成形的CDMA信号，来产生放大的CDMA信号。
2、如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括产生CDMA信号。
3、如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括发送放大的CDMA信号。
4、如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述衰减包含了数字滤波。
5、如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述衰减包含了模拟滤波。
6、如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法包括传送通带中带内频率的CDMA信号，该通带比所述带宽窄。
7、如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法在CDMA基站中执行。
8、一种处理码分多址(CDMA)信号的方法，其特征在于，所述方法包括下述步骤：
将CDMA信号提供给频谱成形逻辑电路来产生经成形的CDMA信号，其中，所述频谱成形逻辑电路是被配置用来对在带内频率中超出通频带外的CDMA信号进行衰减，所述的通带窄于CDMA信号带宽，包括CDMA信号的中心频率；并且
放大经成形的CDMA信号。
9、如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括产生CDMA信号。
10、如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括发送放大的CDMA信号。
11、如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述频谱成形逻辑电路包括了数字滤波器。
12、如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述频谱成形逻辑电路包括了模拟滤波器。
13、如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述方法在CDMA基站中执行。
14、一种码分多址(CDMA)设备，其特征在于，包括：
频谱成形逻辑电路，用来通过对邻近第一转角频率和第二转角频率的带内频率的CDMA信号进行衰减，产生经成形的CDMA信号，其中，转角频率定义了CDMA信号的带宽；及
功率放大器：用来放大成形过的CDMA信号，从而产生放大的CDMA信号。
15、如权利要求14所述的设备，其特征在于，进一步包括小区站点调制解调器，用来产生CDMA信号。
16、如权利要求15所述的设备，其特征在于，进一步包括数-模转换器，用来将CDMA信号从数字转换到模拟。
17、如权利要求16所述的设备，其特征在于，进一步包括低通滤波器，用于对经成形的CDMA信号中带宽外的部分进行衰减。
18、如权利要求17所述的设备，其特征在于，进一步包括上变频器，用来将滤波后的CDMA信号转换成射频CDMA信号。
19、如权利要求18所述的设备，其特征在于，进一步包括天线，用于发送放大的CDMA信号。
20、如权利要求14所述的设备，其特征在于，所述频谱成形逻辑电路包括了数字滤波器。
21、如权利要求14所述的设备，其特征在于，所述频谱成形逻辑电路包括了模拟滤波器。
22、如权利要求14所述的设备，其特征在于，所述频谱成形逻辑电路是用于通过带内频率中的CDMA信号，这些信号存在于比带宽窄的通频带中。
23、如权利要求14所述的方法，其特征在于，所述设备是CDMA基站。
24、一种码分多址(CDMA)设备，其特征在于，包括：
频谱成形逻辑电路，通过对带内频率中超出通带的CDMA信号进行衰减，用来产生经成形的CDMA信号，所述通带窄于CDMA信号带宽，并包括CDMA信号的中心频率；和
功率放大器，用来放大经成形的CDMA信号，从而产生放大的CDMA信号。
25、如权利要求24所述的设备，其特征在于，进一步包括小区站点调制解调器，用来产生CDMA信号。
26、如权利要求25所述的设备，其特征在于，进一步包括数-模转换器，用来将CDMA信号从数字转换到模拟。
27、如权利要求26所述的设备，其特征在于，进一步包括低通滤波器，用于对经成形的CDMA信号中带宽外的部分进行衰减。
28、如权利要求27所述的设备，其特征在于，进一步包括上变频器，用来将滤波后的CDMA信号转换成射频CDMA信号。
29、如权利要求28所述的设备，其特征在于，进一步包括天线，用于发送放大的CDMA信号。
30、如权利要求22所述的设备，其特征在于，进一步包括天线，用于发送放大的CDMA信号。
31、如权利要求24所述的设备，其特征在于，所述频谱成形逻辑电路包括了数字滤波器。
32、如权利要求24所述的设备，其特征在于，所述频谱成形逻辑电路包括了模拟滤波器。
33、如权利要求24所述的设备，其特征在于，所述设备是CDMA基站。
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