CN1355960A - 降低cdma信号中的峰值 - Google Patents

Abstract

本发明是一种减小或去掉CDMA信号峰值的CDMA去峰值技术。CDMA技术根据超过某一值的CDMA信号的峰值,产生一个校正信号。该值通常对应于功率放大器的最大功率电平。该CDMA技术将校正信号与CDMA信号组合,产生峰值减小了的去峰值CDMA信号。在本发明的某些实施例中,CDMA技术对CDMA信号的正交分量的极坐标表示进行处理,生成校正信号。采用本发明,CDMA基站中的功率放大器(625)可以在增大的功率电平下工作,而不会超过带外信号功率极限。因而基站能够更有效地进行工作,并具有更大的工作范围或容量。

Description

降低CDMA信号中的峰值

                         发明背景

I.发明领域

本发明涉及码分多址(CDMA)系统。本发明尤其涉及一种新颖的降低CDMA信号峰值以减小带外信号辐射的CDMA基站。

II.相关技术领域的描述

通信系统中通常采用码分多址(CDMA)技术。在典型的CDMA系统中，CDMA基站向许许多多的通信装置如无线电话发送CDMA信号。CDMA信号由许许多多的单独用户信号组成。CDMA基站用唯一的扩展序列如伪随机序列，通过对每一个用户信号进行编码来产生CDMA信号。接着，CDMA基站将经编码的用户信号加在一起，形成CDMA信号。

在CDMA系统中，用户信号不是根据频率或时间而分开的，但却在整个频带上进行扩展。每一CDMA通信装置根据所述唯一的扩展序列，产生其特有的用户信号。由于这一用随机序列编码的多个信号的组合，CDMA信号所具有的随机信号峰值会在CDMA信号被放大的时候产生问题。

CDMA基站采用功率放大器来放大CDMA信号。功率放大器工作在最大功率电平以上的时候，会产生不需要的噪声。不幸的是，CDMA信号中的随机噪声会强迫功率放大器工作在该最大功率电平以上。相反，典型的调频(FM)信号没有随机信号峰值，因而功率放大器能够连续地工作在最大功率电平之下。

功率放大器所形成的噪声其形式是CDMA信号频带外的信号功率。该信号功率称为带外信号功率。带外信号功率所具有的问题是，它会与相邻频带中的其他信号产生干扰。这里的“其他信号”会由于干扰而受到破坏。政府机构(如美国联邦通信委员会)对带外信号功率所引起的干扰作出了严格的规定。

对这一问题的现有解决方案是在低于该最大功率电平以下的情况下，操作CDMA基站中的功率放大器。这减小了CDMA信号中随机峰值所引起的带外信号功率的量值。由于减小了基站的功率和范围，这一方案是有不足之处的。另外，当功率放大器工作在最大功率水平以下的时候，效率一般较低。

采用减小基站中功率放大器的噪声这样一种技术，可以大大改进CDMA系统。噪声的减小直接增大了CDMA基站的功率和效率。

                            发明概述

采用去掉峰值的技术就可以解决上述问题，这种技术可以去掉或者减少CDMA信号中的随机峰值。于是，CDMA基站中的功率放大器可以工作在加大了的功率电平上，但不超过带外信号功率极限。试验表明，当采用去掉峰值技术的时候，基站功率增大3dB。因此，基站可以有效地工作在更大的范围内，或者具有更大的容量。这种改进带给无线通信用户的是，可以具有更高的质量，成本更低。

CDMA去掉峰值的技术响应于超过某一值的CDMA信号中的峰值产生了一种校正信号。上述的某一值通常对应于功率放大器的最大功率电平。CDMA技术将校正信号与CDMA信号混合，产生一个去掉了峰值的CDMA信号，该信号的峰值较低。在本发明的某些实施例中，CDMA技术对CDMA信号的正交分量的极坐标表示进行处理，以产生校正信号。

                            附图简述

读者在结合附图描述了本发明的详细描述以后，将会更清楚地理解本发明的特点、目标和优点。附图中，相同的标号所表示的意义相同。图中：

图1是带有去峰值逻辑电路的CDMA系统的方框图；

图2描述的是CDMA信号峰值的图；

图3是功率放大器的工作特性的图；

图4描述的是CDMA信号的频谱图；

图5是带有去峰值逻辑电路的CDMA系统的方框图；

图6是带有去峰值逻辑电路的CDMA基站的方框图；

图7是描述正交信号的图；

图8是去峰值逻辑电路的方框图；

图9是另一种去峰值逻辑电路的方框图；以及

图10是另一种去峰值逻辑电路的方框图。

                     较佳实施例的详细描述

去峰值—图1-4

图1描绘的是基带CDMA信号100、CDMA发射机101、射频(RF)CDMA信号102和CDMA接收机103。CDMA是一种扩展频谱通信技术。某些CDMA模式是由标准来指定的，如“电信工业协会”所准许的IS-95标准。CDMA信号100可以是任何一种CDMA信号，如CDMA基站中的区站调制解调器所生成的信号。CDMA接收机103可以是任何一种接收CDMA信号的CDMA装置，如无线CDMA电话机。

CDMA发射机101可以是任何一种形式的CDMA发射装置，它包括去掉CDMA信号100中的峰值的去峰值逻辑电路115。CDMA发射机101通常对去掉了峰值的CDMA信号进行放大，并将经放大的CDMA信号102发送到CDMA接收机103。一例CDMA发射机101是CDMA基站。

工作时，CDMA发射机101中的去峰值逻辑电路115去掉CDMA信号100的峰值，形成CDMA信号102。进行去峰值时，去峰值逻辑电路115根据超过CDMA信号100某一值的CDMA信号100中的峰值，产生一个校正信号。接着，去峰值逻辑电路115将校正信号与CDMA100混合，产生峰值减小的去峰值CDMA信号。在本发明的某些实施例中，去峰值逻辑电路115对CDMA信号100的正交分量的极坐标表示形式进行处理，产生校正信号。CDMA发射机101通过空中接口，将去掉了峰值的CDMA信号102发送到CDMA接收机103。尽管本发明采用的是空中接口，当也可以采用其他的发射媒介，如RF电缆、电源线或电话线。

图2描述的是CDMA信号100。纵轴代表以伏特为单位的CDMA信号幅度，而横轴代表时间。虚线代表零电压点以上的最大正信号电压(+Vmax)，和零电压点以下的最大负信号电压(-Vmax)。CDMA信号100具有在Vmax电压以上或以下的“峰值”。峰值在图2中用阴影部分来表示。采用去峰值逻辑电路115，CDMA发射机101去掉或减小了CDMA信号100中的峰值。

CDMA信号100由多个单独用户信号组成，并且每一个信号均用随机序列来编码。多个用户和随机序列的结果是通常不会在其他的通信信号中出现的峰值。例如，调频信号位于恒定的信号包络内，这是因为各用户信号位于离散的频带内，并且是不与随机序列混合或编码的。

图3描绘的是用来放大CDMA信号的典型功率放大器的工作特性。例如，可以将功率放大器置于CDMA发射机101中。横轴代表输入信号(Pin)，而纵轴代表输出信号功率(Pout)。如果Pin低于最大功率电平(Pmax)，则功率放大器以线性的方式工作，这时，Pin的增大是与Pout的同比增大相匹配的。如果Pin高于Pmax，则功率放大器以非线性的方式工作，这时，Pin的增大是不与Pout的同比增大相匹配的。在非线性工作的时候，Pout小于理想值。

可以根据以下几个因素来设置Pmax：1)不使用的沃尔什能量的行业规范，2)带内与带外信号功率之比、温度，即，在冷启动时较低，数据位能量对干扰和噪声之比Eb/Io，3)用来测量波形保真度的IS-97行业标准Rho度量，和/或4)其他合适的度量。根据所要求进行的测量和相应的Pmax调节，可以在系统的操作期间调整Pmax，以使性能为最佳。

将图2和图3组合在一起，应当注意，图2中Vmax电压对应于图3中的Pmax。因此，+Vmax以上和-Vmax以下的峰值将使处于Pmax以上的功率放大器进入非线性工作范围。当在非线性范围内工作的时候，功率放大器给出不理想的性能，即，保真度下降，噪声增大。另外，发射机101不满足行业技术规范，如不使用的沃尔什能量。去峰值技术去掉或减小了功率放大器在非线性范围内工作可能性，因而提高保真度，同时减小了噪声。

图4描绘的是CDMA信号102的频率特性。纵轴代表的信号功率，横轴代表的是频率。所希望的“带内”信号功率位于由处于中心频率以上或以下的转角频率所限定的带宽内。典型的例子是中心位于约1.96GHz中心频率的1.25MHz带宽。在带宽以外信号功率明显降落，但仍然具有一些不希望的“带外”信号功率，如图4中的阴影部分所示。带外信号功率是不希望的，因为它代表了与相邻频带频带中的其他信号干扰的无用功率。功率放大器工作在非线性范围内时产生显著的带外信号功率。图4中阴影部分的带外功率以上的虚线代表不进行去峰值时产生的增加的带外信号功率。

将图2-4结合在一起时，读者将会理解，图2中CDMA信号峰值将把功率放大器驱动到图3的Pmax以上，并使功率放大器产生图4中虚线所示的不希望带外信号功率。去峰值逻辑电路115将CDMA信号峰值以及相应的带外信号功率减小到图4所示虚线区域内。该减小通常通过在更高的功率电平上操作放大器而被偏移。最好功率放大器在更高的功率电平上具有更大的范围或容量，但不会产生不能容忍的带外信号功率。

CDMA去峰值系统-图5-9

图5-9描绘的是采用去峰值技术的CDMA系统的特例，但本领域中的技术人员能够理解，其他许许多多类型的CDMA系统也可以采用上述去峰值发明技术。图5描绘的是与CDMA通信系统506相连的通信系统504。CDMA通信系统506与CDMA通信装置508进行通信。CDMA通信系统506含有交换中心510和基站512。通信系统504与交换中心510交换信号505。交换中心510与基站512交换通信信号511。基站512通过空中接口，与CDMA通信装置508交换无线CDMA通信信号507。

通信系统504可以是能够与CDMA通信系统506交换通信信号505的任何一种通信系统。通信系统504通常是一种传统的公共电话网，也可以是许多其他的网络，如局域网、广域网或互联网。

交换中心510可以是在基站512和通信系统504之间提供接口的任何一种装置。通常，许多的基站通过交换中心510与通信系统504相连，但为了通话清楚起见，基站的数量受到限制。

基站512与CDMA通信装置508交换无线CDMA信号507。基站512包括在放大以及发送到CDMA通信装置508之前去掉CDMA信号峰值的去峰值逻辑电路515。通常，众多的CDMA通信装置与基站512交换信号，但为通话清楚起见，通信装置的数量受到了限制。本领域中的技术人员知道来自已知系统的基站如美国高通公司的基站。

CDMA通信装置508与基站512交换无线CDMA信号507。典型的CDMA通信装置是移动电话，但也可以采用其他的CDMA通信装置，如固定的无线装置，数据终端、机顶箱或计算机。

工作时，CDMA通信装置508通过CDMA通信系统506与通信系统504进行通信，或相互间进行通信。基站512中的去峰值逻辑电路515去掉从通信系统504到CDMA通信装置508的通信路径上CDMA信号的峰值。去掉CDMA信号峰值使得基站512能够更有效地并且以更大的范围或容量进行工作。

图6描绘的是图5中接收通信信号511和发射CDMA通信信号507的基站512。基站512含有下面串联相连的元件：区站调制解调器621、去峰值逻辑电路515、数/模转换和滤波器623、上变频器624、功率放大器625，和天线626。除了去峰值逻辑电路515以外，本领域中的技术人员是熟悉这些元件及其操作的。

区站调制解调器621产生含有正交信号Ia和Qa的CDMA信号。正交CDMA信号Ia和Qa是众所周知的，并且是要用相同的频率但相位正交的载波传送的基带信号。换言之，RF CDMA信号可以通过余弦调制Ia(2×pi×频率×时间)和正弦调制Qa(2×pi×频率×时间)来构成。例如，采用IS-95A标准，正交信号携带具有不同伪随机序列码的相同的数据。正交信号Ia和Qa所具有的信号峰值如图2所示。区站调制解调器621在将正交信号Ia和Qa传送到去峰值逻辑电路515之前，可以采用前向纠错编码。

去峰值逻辑电路515去掉或减小了峰值，产生经校正的正交信号Ib和Qb。去峰值逻辑电路515将去掉了峰值的Ib和Qb信号提供到数/模转换和滤波器623。根据本申请文件，本领域中的技术人员将会理解，是如何采用传统的电路和软件来组成去峰值逻辑电路515的。

数/模转换和滤波器623将去掉了峰值的Ib和Qb信号转换成模拟信号，并滤去所希望带宽以外的分量。数/模转换和滤波器623将模拟Ib和Qb提供到上变频器624。上变频器624用中频和射频调制模拟Ib和Qb信号，形成射频(RF)CDMA信号。功率放大器625用图3中所示的特性曲线放大RF CDMA信号。由于采用了去峰值技术，功率放大器625在更高并且更有效的功率电平下工作，不会产生不能允许的带外信号电平。天线626发送经放大的RF CDMA信号507。

图7描绘的是正交信号表示形式。纵轴代表Q正交信号的值，横轴代表的是I正交信号的值。时间轴垂直于页面向外。图6中所示的信号Qa、Qb、Ia和Ib的直角坐标表示方式示于图7中的I轴和Q轴。半径Ra和角θ示出的是正交信号Qa和Ia的极坐标表示方式。Ra代表CDMA信号强度，并且超过圆形标记的Rmax。也可以采用其他的形状，如正方形或菱形。Rmax分别对应于图2和图3中所示的Vmax和Pmax，而Rmax可以根据上述Pmax的因素(factor)来设置或调整。因此，超过Rmax的Ra部分代表了CDMA信号峰值。校正信号Rc可以将Ra减小到Rmax圆。Rc可以用正交校正信号Qc和Ic来代表。去峰值是通过用正交校正信号Qc和Ic来校正正交CDMA信号Qa和Ia来实现，以生成经校正的正交CDMA信号Qb和Ib。

图8描绘的是图6中所示的去峰值逻辑电路515。去峰值逻辑电路515接收直角正交信号Ia和Qa，并产生经校正的正交信号Ib和Qb。下面的讨论将针对图7中所描述的信号。直角/极坐标转换元件830接收Ia和Qa，并产生Ra和θ。减法元件832从Rmax中减去Ra，生成Rc。如果Ra大于Rmax，则Rc是负数，这说明遇到了一个峰值。饱和元件834将Rc的正值减少到0。饱和元件834向乘法元件840和842提供Rc。

转换元件830还向余弦元件836和正弦元件838提供θ。余弦元件836和正弦元件838分别向乘法元件840和842提供余弦θ和正弦θ。乘法元件840和842将Rc与cosineθ和sineθ相乘，分别产生Ic和Qc。乘法元件840和842分别向滤波元件844和846提供Ic和Qc。滤波元件844和846从Ic和Qc中去掉带外分量，并分别将这些信号提供到加法元件848和850。滤波元件还去掉一些带内分量。滤波很重要，是因为它将去峰值逻辑电路515从嵌位电路或硬限幅器(hard-limiter)转换成软限幅器(soft-limiter)。软限幅很重要，是因为它不会产生不希望的通常由硬限幅产生的过渡过程。

除了转换元件830以外，Ia和Qa分别被提供到时延元件852和854。时延元件852和854引入的时延对应于生成Ic和Qc所需的时间。时延元件852和854分别将Ia和Qa提供到加法元件848，从而在时域内与Ic和Qc分别匹配。加法元件848将Ic加到Ia上，生成经校正的正交信号Ib。加法元件850将Qc加到Qa上，生成经校正的正交信号Qb。

另一种去峰值逻辑电路-图9-10

图9描绘的是另一种形式的去峰值逻辑电路515。一般而言，包含电路962和低通滤波器964的取样元件960加在图8中所示的饱和元件834和乘法元件840和842之间。其余的结构和操作与图8一样。

饱和元件834将Rc提供到取样元件960。电路962对Rc进行取样，以检测超过阈值并具有最大幅度的取样。该最大幅度取样代表相关CDMA信号峰值中的的一个高点。电路962仅通过低通滤波器964传送超过阈值的这一最大幅度取样。取样元件960将得到的Rc提供到乘法元件840和842。乘法元件840和842将Rc与cosineθ和sineθ相乘，分别产生Ic和Qc。Ic和Qc是取样元件960中低通滤波器964负脉冲响应的取比例形式。比例取得使负脉冲响应被加到延迟信号Ia和Qa上的时候，将把CDMA信号峰值从Ra减小到Rmax。

图10描绘的是去峰值逻辑电路515的另一种形式。一般而言，正交逻辑电路1070取代了图8中的元件830-842。图10中，去峰值逻辑电路515接收直角正交信号Ia和Qa，并生成经校正的正交信号Ib和Qb。正交逻辑电路1070对Ia、Qa和Rmax进行处理，按照下面的等式产生Ic和Rc： $\mathrm{Ic}=\mathrm{Ia}[\frac{R\max }{\sqrt{{\mathrm{Ia}}^2+{\mathrm{Qa}}^2}}-1]$ 并将括号内的正项设置成零 $\mathrm{Qc}=\mathrm{Qa}[\frac{R\max }{{\mathrm{Ia}}^2+{\mathrm{Qa}}^2}-1]$ 并将括号内的正项设置成零

正交逻辑电路1070向滤波器元件844和846分别提供Ic和Qc。滤波元件844和846从Ic和Qc中去掉带外分量，并分别将信号提供到加法元件848和850。

除了正交逻辑电路1070，Ia和Qa分别被提供至时延元件852和854。时延元件852和854引入对应于生成Ic和Qc所需的时间的时延。时延元件852和854分别将Ia和Qa提供到加法元件848和850，从而它们分别在时域内与Ic和Qc匹配。加法元件848将Ic加到Ia上，而产生经校正的同相信号Ib。加法元件850将Qc加到Qa上，生成经校正的同相信号Qb。

上文中对本发明较佳实施例的描述使得本领域中的技术人员能够制造和使用本发明。很明显，还可以对这些实施例作各种修改，可以将其基本原理应用于其他的各种实施例，而无需发明人的帮助。因此，应当从最宽的范围来理解本发明的保护范围、特征和原理。

Claims (21)

1.一种处理码分多址(CDMA)信号的方法，其特征在于，所述方法包含：

根据超过CDMA信号的值的CDMA信号峰值，生成一个校正信号；并且

将所述校正信号与所述CDMA信号组合，生成一个具有峰值减小的去掉了峰值的CDMA信号。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，生成所述校正信号包含对所述CDMA信号的正交分量的处理。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，对所述CDMA信号的正交分量进行处理包含对所述CDMA信号的正交分量的极坐标表示形式进行处理。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，对CDMA信号的正交分量的极坐标表示包含：

根据超过所述值的CDMA信号峰值，生成所述校正值的极坐标表示；以及

从所述极坐标表示，生成所述校正值的直角坐标表示；

从所述直角坐标表示中筛选出一些分量，以生成经筛选的直角坐标表示；以及

将所述校正值的经筛选的直角坐标表示与所述正交形式的CDMA信号的直角坐标组合。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，它还包含：

将所述去掉了峰值的CDMA信号放大，以生成经放大的CDMA信号；以及

发送所述经放大的CDMA信号。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述方法是由一个CDMA基站执行的。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述值是基于不使用的沃尔什能量的。

8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述值是基于温度的。

9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述值是基于波形保真的测量的。

10.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述值是基于数据位能量对噪声的比值的。

11.一种对正交的码分多址(CDMA)信号的第一直角分量和第二直角分量进行处理的方法，其特征在于，所述方法包含：

在所述第一直角分量和所述第二直角分量中引入时延，以产生经时延的第一直角分量和经时延的第二直角分量；

产生所述正交CDMA信号的极坐标径向分量和极坐标角度分量；

对一值和所述极坐标径向分量进行处理，以生成极坐标径向校正值；

将所述极坐标径向校正值乘以所述极坐标角度分量的正弦值，以生成第一直角校正值；

将所述极坐标径向校正值乘以所述极坐标角度分量的余弦值，以生成第二直角校正值；

从所述第一直角校正值中筛选出一些分量，以生成第一经筛选的校正值；

从所述第二直角校正值中筛选出一些分量，以生成第二经筛选的校正值；

将所述第一经筛选的校正值与经时延的第一直角分量组合，以生成第一经校正的直角分量；以及

将所述第二经筛选的校正值与所述经时延的第二直角分量组合，以生成第二经校正的直角分量。

12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，对所述值和所述极坐标径向分量进行处理以生成所述极坐标径向校正值还包含：

对所述值和所述极坐标径向分量之间的差值进行取样，以生成一些取样值；以及

通过低通滤波器传送至少一个取样，以生成所述极坐标径向校正值。

13.一种码分多址(CDMA)装置，其特征在于，它包含：

去峰值逻辑电路，用来根据超过CDMA信号的某一值的CDMA信号峰值，产生一个校正信号，并且将所述校正信号与所述CDMA信号组合，生成峰值减小的去峰值CDMA信号；以及

功率放大器，用来放大去掉了峰值的CDMA信号，生成经放大的CDMA信号。

14.如权利要求13所述的装置，其特征在于，所述装置是一个CDMA基站。

15.如权利要求13所述的装置，其特征在于，所述去峰值逻辑电路用来通过对所述CDMA信号的正交分量进行处理来产生所述校正信号。

16.如权利要求15所述的装置，其特征在于，所述去峰值逻辑电路用来处理所述CDMA信号正交分量的极坐标表示。

17.如权利要求16所述的装置，其特征在于，所述去峰值逻辑电路用来根据超过所述值的CDMA信号峰值，生成所述校正值的极坐标表示，从所述极坐标表示，生成所述校正值的直角坐标表示，并将所述直角坐标表示形式的校正值与所述CDMA信号正交形式的直角坐标组合起来。

18.如权利要求13所述的装置，其特征在于，所述值是基于不用的沃尔什能量的。

19.如权利要求13所述的装置，其特征在于，所述值是基于温度的。

20.如权利要求13所述的装置，其特征在于，所述值是基于波形保真的测量的。

21.如权利要求13所述的装置，其特征在于，所述值是基于数据位能量与噪声的比值的。

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