CN1377520A

CN1377520A - 用于突发发射的发射功率的人工斜坡升降

Info

Publication number: CN1377520A
Application number: CN00813677.7A
Authority: CN
Inventors: E·A·舒尔; R·A·扎克
Original assignee: Ericsson Inc
Current assignee: Ericsson Inc
Priority date: 1999-09-30
Filing date: 2000-07-13
Publication date: 2002-10-30
Also published as: ATE239324T1; DE60002491T2; US6625227B1; EP1216503A1; WO2001026219A1; EP1216503B1; AU6090600A; JP2003511885A; DE60002491D1

Abstract

本发明把人工斜坡升降波形分布应用到功率放大器,以便减小瞬变过程。人工斜坡升降波形分布源配备有多种预定的人工斜坡升降分布。在突发发射斜坡时间间隔开始时,选择一个人工斜坡升降分布,把它馈送到功率放大器。人工斜坡升降分布的选择至少部分地是基于要被突发发射的消息的第一消息符号。优选地,每个不同的可能的第一消息符号具有它本身独特的相应的人工斜坡升降分布,以及当该消息符号是第一消息符号时,相应的波形被使用来使得功率放大器人工地斜坡升降。在斜坡升降时间间隔的结尾,功率放大器的输入端被切换到传统的信号源(诸如FIR滤波器等等)以便接收消息符号。这样,发射的信号是建立在功率放大器对于人工斜坡升降分布和消息符号的响应的基础上的。通过使得功率放大器人工斜坡升降,而不是允许功率放大器自然斜坡升降,瞬变相邻频道功率的生成可以大大地减小。通过根据第一消息符号选择人工斜坡升降分布,在斜坡升降时间间隔结尾附近的相位轨迹改变可被大大地平滑化,由此减少不想要的谐波功率电平的生成。

Description

用于突发发射的发射功率的人工斜坡升降

发明背景

本发明涉及无线电波突发发射领域，更具体地，涉及在使用突发发射的无线通信设备中使发射功率斜坡升降(ramping)的方法。

使用突发发射的无线通信设备(诸如时分复用蜂窝电话)在预先规定的时隙期间发射。大多数系统中的发射必须处在相当窄的频率范围内，有时称为频道。为了避免干扰，在相邻的频道要求这些设备限制它们的发射功率。在稳态条件下，这可通过使用已知的技术达到。然而，突发发射中的重要部分可能没有处在稳态条件下。事实上，通常电池供电的突发发射机只在适当的时隙期间给它们的发射机接通电源，以及在其它时隙期间，将它们的发射机断开电源。因此，为了在发射时隙期间发射，发射机必须从低的(或关断)功率电平改变到想要的发射功率电平。同样地，在发射时隙结束时必须把发射机返回到低的功率电平。

在大多数应用中，由于短的时隙持续时间，发射功率电平的改变必须非常快速地完成。然而，发射功率电平的快速改变会产生不想要的瞬变谐波，这造成发射功率泄漏到邻近频道。在ANS-136的专门术语中，这是指快速发射电平改变会导致不想要的大的瞬变的相邻频率功率电平。

在现有技术中，在突发发射无线通信设备中采取两个主要方法来限制瞬变相邻频道功率。两种方法都是为了解决在电池供电的无线通信系统中存在的设计压力，包括：(1)所使用的功率放大器应当运行在高效率的工作点；(2)发射调制器和其它电路必须消耗尽可能小的功率；以及(3)所有电路的复杂性应当最小化，以便降低成本。第一种方法使用有限冲击响应(FIR)滤波器，它们被设计来在一个与对于发射功率所允许的斜坡时间间隔相对应的时间间隔之后达到峰值输出。在每个发射突发开始时，FIR滤波器被复位，以及被允许自然地斜坡上升，从而典型地导致产生出升根余弦(raised-root cosine)响应。应当指出，升根余弦冲击响应可以由相关的通信标准(诸如ANSI-136)来规定，以及其它通信系统可以使用其它的低通冲击响应。第二种方法依赖于使用功率放大器或RF调制器的增益控制的强制线性斜坡上升。这种线性斜坡增益控制需要附加的复杂性，以及实际上由于信号非连续性而可能增加瞬变相邻频道功率。

因此，仍旧需要一种用于突发发射的、改进的发射功率斜坡升降方法。这样的方法应当减小相邻频道功率，而不需要复杂的电路或高功率消耗。

发明概要

本发明把人工斜坡升降波形分布(profile)应用到功率放大器，以便减小瞬变。人工斜坡升降波形源配备有多种预定的人工斜坡升降分布。在斜坡时间间隔开始时，选择一个人工斜坡升降分布，把它从人工斜坡升降分布源馈送到功率放大器。人工斜坡升降分布至少部分地是在要被突发发射的消息的第一消息符号的基础上进行选择的。优选地，每个不同的可能的第一消息符号具有它本身独特的相应的人工斜坡升降分布，以及相应的波形被使用来使得功率放大器人工斜坡升降。例如，如果第一消息符号是X型，则选择相应的人工斜坡升降分布X；如果第一消息符号是Y型，则选择人工斜坡升降分布Y；等等。在斜坡时间间隔的结尾，功率放大器的输入端被切换到传统的信号源(诸如FIR滤波器等等)以便接收消息符号。于是，发射信号建立在功率放大器对人工斜坡升降分布和消息符号的响应的基础之上。

在某些实施例中，人工斜坡升降分布的选择不单基于要被发射的第一消息符号，而且也基于下一个消息符号，或基于接下来的几个消息符号。

通过使得功率放大器人工斜坡升降，而不是允许功率放大器自然斜坡升降，瞬变相邻频道功率的生成可以显著地减小。通过根据第一消息符号来选择人工斜坡升降分布，在斜坡时间间隔结尾附近相位轨迹改变可被大大地平滑化，由此减少不想要的谐波功率电平的生成。而且，这可以通过功率放大器中减小的偏置电流来达到，由此节省电池功率，而不带有与强制的线性斜坡升降有关的附加电路复杂性。

附图简述

图1是使用突发发射的典型的蜂窝电话无线通信设备的示意图。

图2是图1的发送电路的一部分的更详细的原理图。

图3是用于突发发射的发射功率的幅度-时间图。

图4现有技术的DQPSK系统的I和Q相位星座图，其中显示开始(S)斜坡上升(A，B)、参考符号(C)和第一消息符号发送，并显示任选的四个可能的第一符号。

图5是本发明的相位调制器和RF放大器电路的一个实施例的示意图。

图6A和6B是I和Q相位星座图，其中显示图5的发射系统的代表性输出，它在发射功率斜坡上升期间具有人工引入的波形。

发明详细描述

为了说明清晰起见，一个能够发射和接收数字信号的蜂窝电话在以下的讨论中将被用作为无线通信设备20的例子，但本发明并不限于此。事实上，本发明可以应用于用突发发射进行通信的任何无线通信系统20，其中包括蜂窝电话、个人通信助理、等等，不论是使用模拟或数字通信。

蜂窝电话20典型地包括控制器22、操作者接口26、发射机38、接收机50、和天线组件58。操作者接口26典型地包括显示器28、键盘30、控制单元32、话筒34、和扬声器36。显示器28允许操作者看见拨打的数字、呼叫状态、和其它业务信息。键盘30允许操作者拨打号码、输入命令、和选择任选项。控制单元32把显示器28与键盘30连接到控制器22。话筒34接收来自用户的声音信号，以及把声音信号变换成模拟电信号。扬声器36把来自接收机50的模拟电信号变换成用户可以听到的声音信号。

来自话筒34的模拟电信号被提供到发射机38。发射机38包括模拟数字变换器40、数字信号处理器42、和相位调制器与RF放大器48。模拟数字变换器40把来自话筒34的模拟电信号改变成数字信号。数字信号被传送到数字信号处理器(DSP)42，它包含语音编码器44和信道编码器46。语音编码器44压缩数字信号，并且信道编码器46插入检错、纠错和信令信息。DSP42可包括DTMF音发生器(未示出)，或与其一起工作。来自数字信号处理器42的、压缩的和编码的信号被传送到相位调制器与RF放大器48，它们在图1上显示为一个组合单元。调制器把信号变换成一个适合于在RF载波上发射的形式。RF放大器然后提升调制器的输出，以便经过天线组件58发射。

接收机50包括接收机/放大器52、数字信号处理器54、和数字模拟变换器56。由天线组件58接收的信号被传送到接收机/放大器52，后者把频谱移位、把RF信号变换成数字形式、以及把低电平的RF信号提升到适合于输入到数字信号处理器54的电平。

数字信号处理器54典型地包括：均衡器，用来补偿被信道破坏的信号中的相位和幅度失真；解调器，用来从接收信号中提取比特序列；以及检测器，用来根据提取的序列确定发射的比特。信道检测器检测和纠正接收信号中的信道错误。信道检测器也包括逻辑单元，用来把控制和信令数据与语音数据分开。控制和信令数据被传送到控制器22。语音数据被语音译码器处理，以及被传送到数字模拟变换器56。数字信号处理器54可包括DTMF音检测器(未示出)，或与其一起工作。数字模拟变换器56把语音数据变换成模拟信号，以便把它提供到扬声器36，从而产生用户可听见的声音信号。

天线组件58被连接到发射机38的RF放大器和接收机50的接收机/放大器52。天线组件58典型地包括双工器60和天线62。双工器60允许通过天线62的全双工通信。

控制器22协调发射机38和接收机50的运行，并且它例如可以取通常的微处理器的形式。这种协调包括功率控制、信道选择、定时、以及主管其它功能。控制器22把信令消息插入到发射信号，以及从接收信号中提取信令消息。控制器22响应于在信令消息中包含的任何基站命令并实施这些命令。当用户通过键盘输入命令时，命令被传送到控制器22以便发挥作用。存储器24在控制器的引导下存储和提供信息，它优选地包括易失性和非易失性存储器部分。

现有技术的相位调制器和RF放大器48被更详细地显示于图2。在该图上，加到相位调制器和RF放大器48的输入被简化为是来自数据产生器99(诸如DSP42)。该输入被数字基带调制器110a接收。基带调制器110a包括相位脉冲发生器112和一对有限冲击响应(FIR)滤波器114i、114q。相位脉冲发生器112把来自数据产生器99的符号代码序列转换成由“I”和“Q”幅度样本代表的相位脉冲。I和Q样本被加到各个FIR滤波器114i、114q，这两个滤波器典型地具有升根余弦冲击响应，如ANSI-136中规定的那样。基带调制器110a输出相应于I和Q的两个信号，它们被馈送到各个数字模拟(D/A)变换器120i、120q。来自D/A变换器120i、120q的输出被馈送到IQ RF调制器122，以便对适当的射频信道进行频率调制。得到的信号被功率放大器124放大，以及通过天线62被发射。总的来说，这个相位调制器与RF放大器48的运行在技术上是熟知的，对于了解本发明没有必要作进一步讨论。

发射的突发发射信号典型地取图3所示的形式。电话20在某些时隙期间发射而在其它时隙期间不发射。在该时隙期间，突发发射以斜坡上升的发射功率开始。对于ANSI-136系统，斜坡上升时间间隔相应于三个符号周期，或123.6μs。时隙的开始显示为S；在斜坡上升期间的头两个符号由A和B代表。斜坡上升时间间隔在发送参考符号(C)时结束，这时I等于1以及Q等于0。见图4。在斜坡上升期间，总的发射功率增加。在参考符号C以后也就是，I和Q的平方和的平方根值增加。在参考符号C之后，发送消息符号。当消息符号被发送时，I和Q数值变化，由此输送要被发送的信息。例如，符号可以被移相键控，诸如差分四相移位键控(DQPSK)。在消息符号结束后，发射功率回到低功率或无功率状态，典型地通过斜坡下降达到这个状态，如图所示。在发射时隙以外的时隙期间，功率放大器124优选地输出零功率。

显然，发射功率随时间而变化。然而，在消息符号发射期间的差值典型地比起在低/关断状态和在消息符号发送期间的平均功率之间的差值小得多。换句话说，斜坡上升变化比起发射的相对较恒定的核心部分大得多。例如，在消息符号发送期间典型的功率变化是相对较小的(诸如3dB)，而斜坡上升功率电平改变可以是85dB或更多。

ANSI-136系统的一个要求是，一个已知的符号(被称为参考符号(C))在时隙开始(S)的三个符号时间间隔内被发射。因此，在一个特定的时刻需要的发射功率是事先知道的。然而，下一个符号(即第一个消息符号)可以取四个不同的数值的任一个。如图4所示，在从斜坡上升符号(A，B)通过参考符号(C)移动到第一消息符号时，发射功率在相位轨迹上经历了一个显著而突然的改变。相位轨迹上的这个突然改变会产生发射功率中大量更高阶的谐波。结果是在相邻的频率上会产生不能接受的高电平的发射功率。这样，现有技术的方案具有产生不能接受的瞬态相邻频道功率的趋势。

为了克服这种情形，本发明通过使用根据要被发射的至少第一消息符号而选择的人工斜坡升降波形分布来实现发射功率的人工斜坡升降。开关130和人工斜坡升降分布源132被附加到图2的电路中，以便创建如图所示的改进的基带调制器110b。开关130用来把输入切换到设在FIR滤波器114i、114q与人工斜坡升降分布源1 32之间的D/A变换器120i、120q。在简单的情况下，人工斜坡升降分布源132仅仅是一个贮存装置，诸如R0M、快闪存储器等等，它们把多个预定的人工斜坡升降波形分布存储在其中。这些人工斜坡升降分布根据来自FIR滤波器114i、114q的输出，在发送时隙的起始点开始在预定的时间间隔内被提供到D/A变换器120i、120q。开关130被使用来在斜坡上升结束时把D/A变换器120i、120q的输入端改变到相位脉冲发生器112的传统的波形源和FIR滤波器114i，114q。

为了说明起见，刚好在发射时隙开始点(S)之前，数据发生器99正在汇集在发送时隙突发发射期间将被发送的消息符号。这样，电话20在突发发射开始之前已事先知道消息符号的至少第一部分。例如，假设DQPSK调制，电话20知道四个符号中的哪个符号将是第一消息符号。在时隙起始点，数据发生器99把消息符号以传统的方式转发到相位脉冲发生器112。虽然这些符号被处理和被传送到FIR滤波器114i、114q，但这些滤波器114i、114q并不被连接到下游电路(例如，D/A变换器120i、120q、RF调制器122、和功率放大器124)。相反，下游电路被馈送以来自人工斜坡升降分布源132的输入。在时隙开始时，数据发生器99或电话20的某个其它部分把第一消息符号告知人工斜坡升降分布源132。根据四个可能的符号(在本说明性例子中)中哪个是被识别的，人工斜坡升降分布源132选择出存储在其中的一个人工斜坡升降分布，以及把所选择的该人工斜坡升降分布通过开关130输出到下游电路。在斜坡上升时间间隔结束时或接近结束时，开关130把输入端改变到传统的信号通道，即，改变到来自已经“正常地”离线(off-line)斜坡上升的FIR滤波器114i、114q的输出。为了得到最好的性能，当把输入切换到D/A变换器120i、120q时，来自人工斜坡升降分布源132的输出应当与由FIR滤波器114i、114q产生的输出相匹配。然而，为了使得在参考符号C期间切换失真最小化，可以在参考符号C稍微前面一点进行切换。因此，简要地说，发射信号优选地从人工斜坡升降分布开始，后面跟随参考符号，再后面则开始出现消息符号流。可替换地，人工斜坡升降分布可包括参考符号C。

如上所述，在人工斜坡升降分布源132中应当有多个人工波形。每个人工斜坡升降波形的具体细节将取决于具体的部件，其中包括发射电路、功率放大器124的线性度、调制方法、等等。然而，每个人工斜坡升降分布的目标是缓和急剧的相位轨迹改变，这种急剧的相位轨迹改变会使功率放大器124产生不想要的谐波。例如，假设DQPSK调制方案，在斜坡升降期间可以使相位人工地滞后或提前，如图6A和6B所示。这些相位星座图在参考符号C处显示出比起图4的传统的方法平滑得多的相位改变。

因为当从参考符号移动到第一消息符号时，在其几乎整个长度上为线性的斜坡上升分布会造成非连续性，因此人工斜坡升降分布优选地至少接近切换点时是非线性的，以及更优选地，在其几乎整个长度上是非线性的。

如上所述，可以根据第一消息符号来选择多个存储的人工斜坡升降分布中的一个分布以供使用。因此，如果第一消息符号是X类型，则选择相应的人工斜坡升降分布X；如果第一消息符号是Y类型，则选择人工斜坡升降分布Y，等等。应当有至少两个不同的人工斜坡升降分布可供选择，以及优选地有尽可能多的第一消息符号。因此，虽然不一定需要，但每个不同的可能的第一消息符号优选地具有它本身独特的相应的一种人工斜坡升降分布。

人工斜坡升降分布可以以任意多种的方式被存储。例如，假设DQPSK，三个符号斜坡上升时间间隔和每个符号8字节的采样速率。在这样的情形下，对于每个可能的第一消息符号所必须的字节数目是4×24×2，即4个可能的第一符号乘以每个斜坡上升期间24个样本(每个符号8个乘以每个斜坡上升3个符号)乘以2(一个用于I和一个用于Q)。因此，需要总共192字节。当然，可以使用其它采样速率等等。通过使用发送电路响应的仿真，可以确定最佳人工斜坡升降分布的特定的形状；电路响应仿真在技术上是熟知的。

在某些实施例中，由人工斜坡升降分布源132选择的特定的人工斜坡升降分布不仅根据第一消息符号，而且也根据下一个消息符号。例如，具有同一个第一消息符号、但不同的第二消息符号的突发消息将使用不同的人工斜坡升降分布。然而，根据多于第一和第二消息符号来选择人工斜坡升降分布，显然增加所需要的预先存储的人工斜坡升降分布的数目，由此增加人工斜坡升降分布源132所需要的贮存空间。理论上，该方法可扩展到包括第三符号、第四符号等等的影响，但扩展到两个符号以上时，将被认为是以指数地增加存储量的代价来获得很小的好处。

以上的讨论假设电话运行在ANSI-136TDMA系统；然而，本发明并不限于这样的系统。相反，本发明可以被使用于任何的突发发射系统，特别可应用于地面蜂窝和卫星蜂窝系统。这样，对于斜坡上升的三个符号限制和DQPSK调制的参考情况只是为了说明目的，而不是对本发明的限制，本发明只由权利要求书来明确地限定。

通过使用本发明，瞬变的相邻频道功率的产生可被显著地减小。例如，在ANSI-136系统中，在相邻频道中发射的瞬变功率相对于指定的发射频道中的功率可以保持在小于-26dB。同样地，在另一些频道(即，下一个最邻近频道)中发射的瞬变功率相对于指定的发射频道中的功率可以保持在小于-45dB。所有这些可以通过在功率放大器124中减小偏置电流而达到，由此可以节省电池功率，而不会带来与强制的线性斜坡上升有关的附加电路复杂性。

本发明可以以不同于这里阐述的其它特定的方式来实现，而不会背离本发明的精神和基本特性。所以，本发明被认为在所有方面都是说明性而不是限制性的，以及在附属权利要求的意义和等价范围内作出的所有改变都要被包括在其中。

Claims

1.一种突发发射多个符号的方法，包括：

(a)组合具有至少第一消息符号的突发发射消息；

(b)根据所述突发发射消息的第一消息符号选择多个预定的非线性人工斜坡升降分布中的一个分布；

(c)把所述选择的人工斜坡升降分布提供到RF调制器，以及根据所述选择的人工斜坡升降分布通过所述RF调制器发送突发发射，在其后面跟随着发送所述突发发射消息。

2.权利要求1的方法，其中所述人工斜坡升降分布包括多个斜坡上升符号。

3.权利要求1的方法，其中所述突发发射消息还包括第二消息符号，以及其中所述人工斜坡升降分布的所述选择是基于至少第一和第二消息符号的。

4.权利要求1的方法，其中所述发射包括根据所述选择的人工斜坡升降分布通过所述RF调制器发射突发发射，其后面跟随参考符号，并且其后面又跟随所述突发发射消息。

5.权利要求1的方法，其中所述人工斜坡升降分布包括I和Q分量。

6.权利要求1的方法，还包括在进行选择以前，把多个预定的非线性人工斜坡升降分布以数字形式存储到移动单元中。

7.权利要求1的方法，其中所述发射是遵从ANSI-136的。

8.权利要求7的方法，其中所述人工斜坡升降分布包括多个斜坡上升符号，以及其中所述人工斜坡升降分布相应于小于三个符号周期。

9.权利要求1的方法，还包括在所述发射期间把用于所述RF调制器的输入流从提供所述选择的人工斜坡升降分布的源切换到提供所述突发发射消息的源。

10.一种使得突发发射功率斜坡上升的方法，包括：

(a)至少组合突发发射消息的起始部分，所述起始部分具有多个消息符号，至少包括顺序的第一消息符号；

(b)在斜坡上升期间把人工斜坡升降分布通过第一信号通道提供到RF功率放大器，所述人工斜坡升降分布至少部分非线性的；

(c)在所述斜坡上升时间间隔后，把所述初始部分的所述消息符号通过第二信号通道提供给所述RF功率放大器；

(d)在突发发射期间响应于所述人工斜坡升降分布和所述消息符号来发射受所述RF功率放大器控制的信号。

11.权利要求10的方法，其中被提供到所述RF功率放大器的所述人工斜坡升降分布取决于所述第一消息符号的特性。

12.权利要求11的方法，其中所述多个消息符号包括第二消息符号，以及其中被提供到所述RF功率放大器的所述人工斜坡升降分布还取决于所述第二消息符号的特性。

13.权利要求10的方法，其中所述第一信号通道包括人工斜坡升降分布源，它具有被存储在其中的多个人工斜坡升降功率分布，以及其中被提供到所述RF功率放大器的所述人工斜坡升降分布是从所述存储的人工斜坡升降功率分布中选择的。

14.权利要求10的方法，其中所述提供的人工斜坡升降分布在其整个持续时间内基本上是非线性的。

15.权利要求10的方法，其中所述人工斜坡升降分布包括预定的参考符号。

16.权利要求10的方法，还包括把预定的参考符号提供到所述RF功率放大器并放置在所述人工斜坡升降分布与所述消息符号之间。

17.权利要求10的方法，其中在所述组合之前无线通信移动终端执行所述发射，以及还包括把多个预定的非线性人工斜坡升降分布，其中包括所述提供的人工斜坡升降分布，存储在所述移动终端。

18.权利要求17的方法，其中所述发射是遵从ANSI-136的。

19.权利要求10的方法，其中所述第一信号通道包括人工斜坡升降分布源和开关。

20.权利要求19的方法，其中所述第二信号通道顺序地包括相位脉冲调制器、至少一个有限冲击响应滤波器、以及所述开关。

21.权利要求13的方法，其中所述组合包括把所述第一消息符号的识别号通知所述人工斜坡升降分布源。