CN1505352A - 多载波发信机的输出电平调整电路及其方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于多载波发信机的输出电平调整电路，所述电路包括：ALC(自动电平控制)功能，用于控制从所述发信机输出的多载波信号的电平，以及AGC(自动增益控制)功能，用于控制多载波信号的增益。根据多载波信号的PAR(峰值对平均值之比)与目标PAR之间的比较，来选择性地执行所述ALC和AGC功能。根据选择的操作，将所述多载波信号的电平调整为功率放大器输入。

Description

多载波发信机的输出电平调整电路及其方法
技术领域
本发明涉及一种多载波发信机，特别涉及一种用于控制多载波信号输出电平的调整电路和方法。
背景技术
在诸如CDMA(码分多址系统)的移动通信系统中，对多个用户信号进行多路复用，并在相同频率或频段上同时发送多个用户信号。为抑制信号频谱的扩射，在功率放大器中必须不失真地放大多路复用的多点传送信号。当多路复用的用户信号数增加时，多载波信号的峰值电平也会增加，相应地功率放大器的输出信号将不可避免地包含失真分量。
通过使功率放大器的输出最大，有可能解决上述问题。但是，存在诸如发信机尺寸增加、不必要功耗增加的缺陷。因此，提出了用于根据多路复用信号的数量来限制I(同相)信号和Q(正交)信号电平的限幅(clipping)技术。
图1示出了Hiroyasu Muto的美国专利6,044,177公开的多载波发信机的方框图。该发信机包括：多个调制器10a-10n，其用于将输入比特流分为I信号与Q信号，并限制I信号与Q信号的峰值电平；多路复用电路20，其用于对从调制器10a-10n输出的信道信号进行多路复用；以及功率放大器，其用于放大从多路复用电路20输出的多载波信号，并将它输出到天线。该多个调制器10a-10n具有相同结构，为方便起见，以下仅描述10a。
调制器10a包括：SPC(串行并行变换器)11a，其用于经两个信道通路将输入比特流输出；乘法器12a、13a，其用于通过将从SPC11a输出的比特流分别乘以sinωt和cosωt来产生I信号和Q信号；峰值限幅电路14a，其用于控制从乘法器输出的I信号和Q信号的峰值电平；以及连接电路15a，其用于组合限制峰值电平的I和Q信号。
以下将描述常规的多载波发信机的操作。当输入由采样和量化产生的比特流时，通过调制器10a的SPC11a，将该比特流发送到乘法器12a、13a。该乘法器通过将从SPC输出的比特流分别乘以sinωt和cosωt产生I和Q信号。峰值限幅电路根据从CPU(未图示)输出的控制信号来限制从乘法器输出的I和Q信号的峰值电平，以及在连接电路15a中组合峰值电平被限制的I和Q信号。图示的其他调制器执行相同操作。多路复用电路20对从多个调制器10a-10n的输出信号进行多路复用，以及功率放大器30放大多路复用的信号，并将其发送到天线。
图2是表示峰值限幅电路14a例子的方框图。该电路包括：限幅电平发生器40，倒相器42，其用于反向限幅电平发生器40的输出，第一和第二比较器44a、44b，以及第一和第二选择器46a、46b。
限幅电平发生器根据从CPU(未图示)输出的控制信号产生限幅电平(IC，QC)，以及该限幅电平(IC，QC)显示出与I和Q信号具有相同的位长度。
第一比较器44a通过比较从乘法器15a输出的I信号电平与限幅电平(IC，-IC)，来输出比较结果信号(CSI)。因此，第一选择器46a根据比较结果信号(CSI)来选择性地输出I信号和限幅电平信号(IC，-IC)的其中之一。特别地，如果I信号电平介于限幅电平(IC，-IC)之间，则第一选择器46a输出I信号。另一方面，如果I信号电平超过限幅电平(IC)，则第一选择器46a输出限幅电平(IC)。如果I信号电平小于限幅电平(-IC)，则第一选择器46a输出限幅电平信号(-IC)。
更为具体地，如果I信号的绝对值小于限幅电平(IC)，则第一选择器46a输出I信号。如果I信号的绝对值大于限幅电平(IC)，则第一选择器46a输出限幅电平(IC)。
如上所述，如果输入信号(I，Q)的电平大于限幅电平，则峰值限幅电路无条件地进行输入信号(I，Q)的限幅，并输出它。而且，峰值限幅电路将输入信号分为I与Q信道，以用于比较。有时，Q信号大于限幅电平，而I信号小于限幅电平。在这种情况下，尽管Q信号大于限幅电平，但由于总功率是小的，因此不需要进行Q信号的限幅。
在图1所示的峰值限幅电路中，因为仅通过限幅电平来执行输入信号(I，Q)的限幅，而不考虑功率，因此，可能出现输入信号的不必要失真，而信号失真会损害功率放大器的特性。
而且，在该峰值限幅电路中，如果输入信号(I，Q)的绝对值小于限幅电平，则按输入信号输出。如果输入信号(I，Q)的电平不是特别的大，则它会降低功率放大器的输出效率。在这种情况下，为提高功率放大器的输出效率，需要适当地提高输入信号的增益。但是，图1所示的峰值限幅电路不能执行AGC(自动增益控制)功能。
更为具体地，峰值限幅电路能够执行ALC(自动电平控制)功能。但是，它不能提供AGC功能，因此，不能适当地保持功率放大器的输出效率。
以上内容引入此处作为参考，在此处提供了另外的/替代的细节、特征和/或技术背景的适当教导。
发明内容
本发明的一个目的是解决上述问题和/或缺陷中的至少一个，并提供以下描述的至少一个优点。
本发明的一个目的是提供一种具有ALC(自动电平控制)功能和AGC(自动增益控制)功能的多载波发信机。
本发明的另一目的是提供一种用于多载波发信机的输出电平调整电路及其方法，其使用多载波信号的平均功率来调整多载波信号的电平。
本发明的再一目的是提供一种用于多载波发信机的输出电平调整电路及其方法，其通过将多载波信号的峰值与平均值之比(PAR)和目标的PAR进行比较，来选择性地减小和提高多载波信号的电平。
为实现上述目的，根据本发明的一种多载波发信机的输出电平调整方法，它包括：计算多载波信号的PAR(峰值对平均值之比)，比较计算的PAR与目标的PAR，并根据比较结果控制多载波信号的电平。当计算的PAR小于目标PAR时执行ALC，当计算的PAR大于目标PAR时执行AGC。
该电平控制步骤包括：当计算的PAR小于目标的PAR时，将多载波信号衰减到相应的PAR的子步骤，以及当计算的PAR大于目标PAR时，将多载波信号的增益增加相当于平均功率与目标功率之间差值的子步骤。
根据本发明的一种多载波发信机的输出电平调整电路，它包括：平均功率测量单元，其用于测量多载波信号的平均功率；PAR计算器，其用于使用测得的平均功率，来计算多载波信号的PAR(峰值对平均值之比)；电平控制器，其用于通过根据比较结果选择性地执行ALC(自动电平控制)和AGC(自动增益控制)来输出控制信号，以及信号电平调整器，其用于根据控制信号来调整多载波信号的电平。当计算的PAR小于目标PAR时，操作衰减器，并输出对应于计算的PAR的衰减信号。当计算的PAR大于目标PAR时，操作增益控制器，并输出对应于多载波平均功率与目标功率之间差值的增益信号。
本发明的其他优点、目的和特征将在以下内容进行描述，其对于本领域的普通技术人员来说是显而易见的，且也可从本发明的实践中学习。通过所附权利要求所特别指出的内容，可以实现和获得本发明的目的和其他优点。
附图说明
以下将参照附图对本发明进行详细描述，在附图中，相同组件采用相同的标号，其中：
图1是示出现有技术中多载波发信机的方框图；
图2是示出图1所示的峰值限幅电路的方框图；
图3是示出根据本发明的多载波发信机输出电平调整电路的方框图；以及
图4是示出根据本发明的多载波发信机输出电平调整方法的流程图。
具体实施方式
图3是示出根据本发明一个实施例的多载波发信机输出电平调整电路的方框图。该电路包括：多载波组合器50、平均功率测量单元60、PAR计算器70、电平控制器80、信号电平调整器90、以及功率放大器100。多载波组合器将多载波发信机的多信道数字输入(I，Q)相互组合。平均功率测量单元60测量从多载波组合器输出的多载波信号的AP(平均功率)。该PAR计算器70使用测量的AP来计算多载波信号的PAR(峰值对平均值之比)。电平控制器80根据计算的PAR与目标PAR之间的比较结果，来选择性地执行ALC和AGC，并输出控制信号。信号电平调整器90根据电平控制器80的控制信号来调整多载波信号的电平。以及功率放大器100放大电平调整的多载波信号，并将它输出到天线。例如，信号电平调整器90可由乘法器来构成。
电平控制器80包括：比较器81，其用于比较计算的PAR与目标PAR；衰减器82，其用于在当计算的PAR小于目标PAR时，输出对应于相应的PAR的衰减信号；以及增益控制器83，其用于在当计算的PAR大于目标PAR时，输出对应于在功率放大器100的AP与目标功率之间差值的增益信号。
在电平控制器中，为防止在由于过多(excessive-sized)的多载波信号产生的饱和区内操作功率放大器的输出，衰减器82执行ALC功能，以将输入信号的大小衰减到一定电平，为防止由于小的输入信号使功率放大器的输出效率降低，增益控制器83执行AGC功能，以将输入信号的增益提高到一定电平。
以下将参照附图描述根据本发明的多载波发信机的输出电平调整电路的操作。通过在多载波组合器50中的相互组合，使多信道信号(I，Q)变为多载波信号。平均功率测量单元60测量多载波信号的AP(平均功率)，以及PAR计算器70计算在功率放大器100的最大功率(Pmax)与AP之间的差值，即多载波信号的PAR。
电平控制器80比较计算的PAR与目标PAR，选择性地执行ALC功能或AGC功能，并输出衰减信号或增益信号，以控制多载波信号的电平。更为具体地，比较器81比较PAR与目标PAR。当计算的PAR小于目标PAR时，比较器81输出低电平比较信号。当计算的PAR大于目标PAR时，比较器81输出高电平比较信号。根据从比较器81输出的比较信号，选择性地操作衰减器82或增益器83。
如果计算的PAR小于目标PAR(例如，由于过多的多载波信号，使功率放大器的输出操作在饱和区)，则通过较低电平比较信号操作衰减器82，并输出对应于计算的PAR值的衰减信号。这里，停止增益控制器83的操作。相应地，信号电平调整器90将多载波信号的电平衰减相当于从衰减器82输出的衰减信号。结果，防止了由于过大的多载波信号产生的功率放大器的输出失真。
如果计算的PAR大于目标PAR(例如功率放大器的输出没有达到最大输出(与最大输出之间存在余量))，则通过高电平比较信号来操作增益控制器83，并输出对应于在AP与目标功率之间差值的增益信号。这时，停止衰减器82的操作。
因此，信号电平调整器90将多载波信号的电平提高了相当于从增益控制器83输出的增益信号。结果，有可能防止由于过小的(small-sized)多载波信号产生的功率放大器输出效率降低。
以下将参照附图4描述根据本发明的一种多载波发信机输出电平的调整方法。
首先，如步骤S1所示，多载波发信机的输出电平调整电路测量多载波信号的AP，然后，如步骤S2所示，计算测得的功率放大器100的AP与最大功率(Pmax)之间的差，即PAR(峰值对平均值之比)。
如步骤S3所示，当计算多载波信号的PAR时，输出电平调整电路检查计算的PAR是否小于目标PAR。如步骤S4和S5所示，在检查结果中，当计算的PAR小于目标PAR时，输出电平调整电路认为功率放大器100的输出被操作在饱和区，并因此通过操作ALC模块(衰减器)输出衰减信号作为计算的PAR。
如步骤S6和S7所示，当计算的PAR大于目标PAR时，为提高功率放大器100的输出效率，该输出电平调整电路操作AGC模块(增益控制器)，并输出对应于在平均功率(AP)与目标功率(TP)之间的差值的增益信号。
因此，输出电平调整电路根据从ALC模块或AGC模块输出的衰减信号或增益信号，来调整多载波信号的电平。
如上所述，多载波发信机的输出电平调整电路使用ALC功能能够防止由于在饱合区内过大的多载波信号产生的失真，并使用AGC功能来保持多载波信号的增益。因此，基本上改善了功率放大器的输出效率。
同样，根据本发明，使用多载波信号的平均功率，并根据相应PAR与目标PAR之间的比较结果，选择性地执行ALC操作或AGC操作，来计算了多载波信号的PAR后，多载波信号的电平能被有效地调整。结果，通过适当地调整多载波信号，提高了功率放大器的输出效率。因此，基本上提高了多载波发信机的可靠性。
在不背离本发明的精神或主要特征情况下，本发明可以以几种不同的形式实施，同样应理解上述实施例不会受到上述描述的限制，除非另有说明，但应广义地解释为所附权利要求的精神范围内，因此，所有在权利要求的边界和范围或等效范围内的改变和修改，都包括在所附近的权利要求中。
上述实施例及有益效果仅作为示例，且不应解释为对本发明的限定。本发明的教导可容易地应用到其他类型的装置中，对本发明的描述是解释性的，并不用来限制权利要求的范围。对本领域普通技术人员来说，很明显存在很多替代、修改和变换的情况。在权利要求中，装置加功能的语句将包含此处描述作为引用的功能的结构，并不仅指结构的等效，而且包括等效的结构。

Claims (38)

1.一种多载波发信机的输出电平调整方法，其包括下列步骤：
计算多载波信号的PAR(峰值对平均值之比)；
比较计算的PAR与目标的PAR；以及
根据比较的结果控制所述多载波信号的电平。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述电平控制步骤包括：
当所述计算的PAR小于所述目标的PAR时，衰减所述多载波信号；以及
当所述计算的PAR大于所述目标的PAR时，增加所述多载波信号的增益。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述多载波信号根据所述计算的PAR来衰减。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述多载波信号的增益根据平均功率与目标功率之间的差值来增加。
5.一种多载波发信机的输出电平调整方法，其包括下列步骤：
计算多载波信号的PAR(峰值对平均值之比)；
比较所述计算的PAR与目标的PAR；以及
根据比较结果，通过选择性地执行ALC(自动电平控制)和AGC(自动增益控制)的其中之一，来控制所述多载波信号的电平。
6.根据权利要求5所述的方法，其中当计算的PAR小于所述目标PAR时，执行ALC。
7.根据权利要求5所述的方法，其中当计算的PAR大于所述目标PAR时，执行AGC。
8.根据权利要求5所述的方法，其中所述电平控制步骤包括：
当计算的PAR小于目标PAR时，根据相应PAR来衰减所述多载波信号；以及
当计算的PAR大于目标PAR时，根据平均功率与目标功率之间的差值，来增加所述多载波信号的增益。
9.一种多载波发信机的输出电平调整电路，其包括：
平均功率测量单元，它测量多载波信号的平均功率；
PAR计算器，它根据所述测量的平均功率来计算多载波信号的PAR(峰值对平均值之比)；
电平控制器，其根据计算的PAR，来选择性地执行ALC(自动电平控制)功能和AGC(自动增益控制)功能的其中之一；以及
信号电平调整器，其根据由电平控制器执行的所选择的功能产生的控制信号来调整多载波信号的电平。
10.根据权利要求9所述的电路，其中所述计算的PAR是通过将功率放大器的最大功率减去平均功率来获得的。
11.根据权利要求9所述的电路，其中所述电平控制器包括：
衰减器，其将多载波信号衰减到一定电平；
增益控制器，其增加多载波信号的增益；以及
比较器，其在比较计算的PAR(峰值对平均值之比)与目标PAR后，输出比较信号用于选择性地操作所述衰减器和增益控制器。
12.根据权利要求11所述的电路，其中在当计算的PAR小于目标PAR时，操作所述衰减器，以及当计算的PAR大于目标PAR时，操作所述增益控制器。
13.根据权利要求11所述的电路，其中所述衰减器以对应于所述计算的PAR的衰减信号的形式，来输出控制信号。
14.根据权利要求11所述的电路，其中所述增益控制器以对应于所述测量的平均功率与目标功率之间的差值的增益信号的形式来输出控制信号。
15.一种多载波发信机的输出电平调整电路，其包括：
平均功率测量单元，其测量多载波信号的平均功率；
PAR计算器，其使用测量的平均功率来计算多载波信号的PAR(峰值对平均值之比)；
衰减器，其衰减多载波信号；
增益控制器，其增加多载波信号的增益；以及
比较器，其在比较所述计算的PAR(峰值对平均值之比)与目标PAR后，输出比较信号用于选择性地操作所述衰减器和所述增益控制器，以及
乘法器，其根据从所述衰减器和所述增益控制器中选择的其中一个的输出信号，来调整多载波信号的电平。
16.根据权利要求15所述的电路，其中所述多载波信号的PAR是通过将功率放大器的最大功率减去平均功率来获得的。
17.根据权利要求15所述的电路，其中当计算的PAR小于目标PAR时，操作所述衰减器，以及当计算的PAR大于目标PAR时，操作所述增益控制器。
18.根据权利要求15所述的电路，其中所述衰减器输出对应于所述计算的PAR的衰减信号，以及所述增益控制器输出对应于在多载波信号的平均功率与目标的功率之间的差值的增益信号。
19.一种用于控制多载波发信机的方法，其包括：
计算发信机的多载波信号的功率值；以及
根据计算的功率值来控制所述多载波信号的电平
20.根据权利要求19所述的方法，其中所述控制步骤包括：
根据计算的功率值来增加所述多载波信号的电平。
21.根据权利要求20所述的方法，其中所述增加的步骤包括：
通过增加发信机的功率放大器的增益来增加多载波信号的电平。
22.根据权利要求19所述的方法，其中所述控制步骤包括：
将所述计算的功率值与基准功率值比较；以及
根据比较结果增加多载波信号的增益。
23.根据权利要求22所述的方法，其中当计算的功率值大于所述基准功率值时，执行增加所述多载波信号的增益。
24.根据权利要求19所述的方法，其中所述控制步骤包括：
将所述计算的功率值与基准功率值比较；以及
根据比较结果衰减所述多载波信号。
25.根据权利要求24所述的方法，其中当所述计算的功率值小于所述基准功率值时，执行所述衰减的步骤。
26.根据权利要求19所述的方法，其中所述计算的功率值是多载波信号的峰值对平均值之比(PAR)。
27.根据权利要求26所述的方法，进一步包括：
根据测量的多载波信号的平均功率与基准功率之间的差值来计算PAR。
28.根据权利要求27所述的方法，其中所述基准功率是基于所述发信机功率放大器的最大功率的。
29.一种发信机的控制器，其包括：
检测器，它检测发信机的多载波信号的功率值；以及
处理器，它根据所述功率值来调整多载波信号的电平。
30.根据权利要求29所述的控制器，其中所述处理器基于所述功率值来增加多载波信号的电平。
31.根据权利要求30所述的控制器，其中所述处理器通过增加所述发信机的功率放大器的增益，来增加所述多载波信号的电平。
32.根据权利要求29所述的控制器，其中所述检测器包括：比较器，它比较所述功率值和基准功率值，以及其中所述处理器根据比较的结果，来增加所述多载波信号的增益。
33.根据权利要求32所述的控制器，其中当所述功率值大于所述基准功率值时，所述处理器增加所述多载波信号的增益。
34.根据权利要求29所述的控制器，其中所述检测器包括：比较器，其比较所述功率值与基准功率值，以及其中所述处理器根据比较结果来衰减所述多载波信号。
35.根据权利要求34所述的控制器，其中当所述计算的功率小于基准功率值时，所述处理器衰减所述多载波信号。
36.根据权利要求29所述的控制器，其中所述功率值是所述多载波信号的峰值对平均值之比(PAR)。
37.根据权利要求36所述的控制器，其中所述检测器包括：
计算器，它根据测得的多载波信号的平均功率与基准功率之间的差值，来计算所述PAR，
38.根据权利要求37所述的控制器，其中所述基准功率是基于所述多载波信号的最大功率的。
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