CN1611006A - 具有使用非均匀极化量化器的Sigma－Delta调制器的发射机及其方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种具有非均匀极化量化的Sigma－Delta N相位键控调制器。按照本发明的一个实施例，量化器产生量化的输出，以便它根据所述积分信号的相位所属的一组N个非均匀单元中的一个来表示从一组N个符号中选择出的一个符号，所述N个非均匀单元以不重叠的方式覆盖复平面。这可以减少较大相位转变的发生，从而可以导致增加效率。非对称的单元边界之选择也可以影响Sigma－DeltaN－PSK调制器的噪声整形频谱。本发明还涉及一种N相位键控调制方法和包括如上所述调制器的移动电话机或发射机。

Description

具有使用非均匀极化量化器的Sigma-Delta调制器的发射机及其方法
                     发明背景
E类功率放大器通常实现比传统的B类或C类功率放大器之效率更高的效率。因为E类功率放大器作为接通/断开开关操作，所以需要一个恒定的包络驱动器信号。然而，在某些蜂窝式通信标准中，例如增强型通用分组无线业务(EGPRS)和宽带码分多址(WCDMA)中，基带调制信号通常包括振幅变化。
过采样的Sigma-Delta正交相移键控(QPSK)调制器可以用来从任何振幅变化信号中产生恒定的包络信号。因此，具有E类功率放大器的无线电设备可以使用此调制器，以从振幅变化基带调制信号中产生用于E类功率放大器的恒定的包络驱动器信号。因为调制器可以在远离载波的频率上增加噪声，所以带通滤波器可以位于E类功率放大器的输出和射频天线之间。
驱动器信号可以是一数字时钟，该数字时钟在射频上具有四种可能相位转变：0°、90°、-90°和180°。带通滤波器可以在以前的相位存储能量。然而，当在驱动器信号中发生相位转变时，一些由带通滤波器存储的能量可能丢失。相位转变越大，通过带通滤波器丢失的能量越多。
实际上，对于QPSK，对Sigma-Delta QPSK调制器之一半采样频率的带宽，集电极效率可以跌至60％，而对1/4采样频率的带宽，可以跌至40％。通常，需要小于1/4采样频率的带宽，以衰减噪声，这样具有E类功率放大器、Sigma-Delta QPSK调制器和带通滤波器的无线电设备的效率可能低于具有传统的AB功率放大器的无线电设备的效率。
                      附图简述
在说明书的结束部分，特别指出并清楚地要求本发明的主题。然而，通过参考附图所阅读的下面详细说明，可以更好地理解本发明的结构和操作方法，以及其目的、特征和优势，其中：
图1是按照本发明实施例的发射机的简化方框图；
图2是按照本发明若干实施例的Sigma-Delta N相移键控(PSK)调制器的简化方框图；
图3是按照本发明若干实施例的用于正交相移键控(QPSK)的非均匀极化量化器的示例图；
图4是按照本发明若干实施例的用于8-PSK的非均匀极化量化器的示例图；和
图5和图6分别是具有均匀量化器和示例性非均匀量化器的第一级Sigma-Delta QPSK调制器之输出频谱密度的示例图。
应该理解，为了图例简化和清晰起见，在图中示出的元件没有必要按比例绘制。例如，为了清楚起见，一些元件的尺寸可以相对于其它元件被夸大。此外，在认为合适的地方，参考标记可以在图中被重复，以表示相应或相似的元件。
                      发明的详细描述
在下面的详细说明中，阐述了多个具体细节，以便提供对本发明的全面理解。然而，本领域普通技术人员应该理解，没有这些具体细节也可以实现本发明。在其它实例中，没有详细描述众所周知的方法、程序和部件，以免模糊本发明。
应该理解，本发明可以被用于各种应用中，包括但不局限于移动通信设备。虽然本发明在这方面不作限制，但是在此公开的电路可以被用于许多设备中，例如无线电系统的发射机中。仅仅举例来说，企图包括在本发明范围内的无线电系统包括：蜂窝无线电话通信系统、双向无线电通信系统、单向寻呼机、双向寻呼机、数字系统发射机、模拟系统发射机、个人通信系统(PCS)等等。
确定为在本发明范围内的蜂窝式无线电话通信系统的类型包括：但不局限于，直接序列-码分多址(DS-CDMA)蜂窝式无线电话通信系统、宽带码分多址(WBCDMA)和CDMA2000蜂窝式无线电话系统、通用分组无线业务(GPRS)蜂窝式无线电话系统、增强型通用分组无线业务(EGPRS)蜂窝式无线电话系统、个人数字蜂窝(PDC)蜂窝式无线电话通信系统、全球移动通信系统(GSM)蜂窝式无线电话系统、北美数字蜂窝(NADC)蜂窝式无线电话系统、时分多址(TDMA)系统、GSM增强数据演化(EDGE)和通用移动通信系统(UMTS)。
图1是按照本发明实施例的发射机的方框图。发射机可以是移动通信设备的一部分，虽然本发明的范围并不局限在这方面。发射机可以包括：N个振荡器100，能够产生N个具有相同频率和不同相位的载波信号，这里N通常是2、4、8、16或32；一个Sigma-Delta N相移键控(N-PSK)调制器102；一个前置放大器和一个开关放大器104；一个耦合到开关放大器104的带通滤波器106；和一个耦合到带通滤波器106的天线108。可替换地，尽管没有在图1中示出，发射机可以包括：代替N个振荡器100的一个振荡器和(N-1)个相移器，或者振荡器和相移器的任何合理组合，以便产生具有相同频率和不同相位的N个载波信号。尽管本发明的范围并不局限于这方面，但N个载波信号的频率可能是一射频。
开关放大器104可以包括一E类功率放大器，尽管本发明的范围并不局限于这方面。
天线108可能是一个偶极天线、一个发射(shot)天线、一个双天线、一个全向天线、一个环路天线，或者与移动站发射机一起使用的任何其它天线类型(如果需要的话)，尽管本发明的范围并不局限于这方面。
调制器102可以接收一个复合基带振幅变化调制信号(I(t)，Q(t))作为输入。调制器102可以在采样频率fs上过采样输入信号，并执行相位量化，因而产生表示一组N个符号之一的数字信号。
发射机同时可以包括一个选择器103，选择器103可以基于调制器102的数字输出选择N个载波信号中的一个。选择器103的输出可以是在射频上具有变化相位的恒定的包络信号，尽管本发明的范围并不局限于这方面。
选择的载波可以由前置放大器和开关放大器104放大，并由天线108发射。调制器102可以在接近于载波的频率上减少噪声，以及在远离载波的频率上增加噪声。因此，带通滤波器106可以耦合到开关放大器104的输出，以便在远离载波的频率上过滤噪声。
图2是按照本发明的若干实施例的调制器102的方框图。Sigma-Delta N-PSK调制器102可以包括：加法器200、积分器202和量化器204。积分器202可以是一阶积分器或可以是更高阶的积分器。如上文中关于图1所述，到调制器102的输入可以是一复合基带振幅变化调制信号(I(t)，Q(t))。调制器102可以包括一反馈回路，以便加法器200从输入信号中减去量化器204的输出。如果输入信号是模拟信号，则反馈回路可以包括一个数-模(D/A)转换器206。因此，加法器200的输出可以是一个差信号e(I(t)，Q(t))。差信号e(I(t)，Q(t))可以被送到积分器202，其可以产生一个积分信号u(I(t)，Q(t))，积分信号的值可以位于复平面的任何地方。然后积分信号u(I(t)，Q(t))可以被送到量化器204，它的输出是代表一组符号中的一个的数字信号yi(I(t)，Q(t))。量化器204可以在采样频率fs上输出数字信号。
按照本发明的若干实施例，量化器204可以是一个非均匀极化量化器。对于N-PSK调制，复平面可以被分割为N个单元，不是所有单元都具有相同大小，并且符号可以与分割的每个单元相关联。N个非均匀单元可以以不重叠的方式完全覆盖复平面。
图3是按照本发明的若干实施例的用于正交相移键控(QPSK)的非均匀极化量化器的示例图。复合I-Q平面被分成四个单元，标记为(I)，(II)，(III)和(IV)，每个单元具有一个位于其中的符号。在 处，单元边界是非对称的，因此单元不都是相同大小的。量化器204可以根据u(I(t)，Q(t))所属的单元，输出一个数字信号yi(I(t)，Q(t))。在QPSK中，符号组可以是诸如组{(1，0)；(0，1)；(-1，0)；(0，-1)}，但是代替地，可以使用其它四个符号(每个单元一个)的组。因为信号随后的值可以属于不同的单元，所以可能发生从一个符号到另一个符号的相位转变。在QPSK中可能相位转变的组可以是0°、90°、-90°和180°，虽然，代替地，可以使用其它可能的相位转变组。
一旦已经发生了相位转变，可以重新定义单元，以便单元边界随着量化器目前的状态而旋转。单元边界的重新定义可以以硬件方式实现，例如借助于将单元边界与目前状态相联系起来的查询表，或可以以软件方式实现或任何硬件和软件结合的方式实现。例如，如果一个从符号(1，0)到符号(0，-1)的-90°相位转变发生，那么单元边界重新定义为
Figure A0282632500092
图4是按照本发明的若干实施例的用于8-PSK的非均匀极化量化器的示例图。复合I-Q平面被划分成八个单元，标记为(I)-(VIII)，每个单元具有位于其中的一个符号。在
Figure A0282632500093
单元边界是不对称的，因此，单元不都是相等大小的。量化器204可以输出按照u(I(t)，Q(t))所属的单元表示一个符号的数字信号yi(I(t)，Q(t))。在8-PSK中，符号组可以是例如如[(1，0)；(1，1)；(0，1)；(-1，1)；(-1，0)；(-1，-1)；(0，-1)；(1，-1)]，但是替换地，可以使用其它的八个符号组(每单元一个)。因为信号u(I(t)，Q(t))随后的值可以属于不同的单元，所以可能发生从一个符号到另一个符号的相位转变。在8-PSK中可能相位转变的组可以是0°，45°，-45°，90°，-90°，135°，-135°和180°，但是替换地，可以使用其它可能相位转变组。
一旦一个相位转变已经发生，可以重新定义单元，以便单元边界随着量化器目前的状态而变化。例如，如果从符号(1，0)到符号(1，-I)的-45°相位转变发生，那么该单元边界可以被重新定义为
非对称的单元边界之选择可以影响相位转变的统计。特别地，同那些均匀极化量化器相比，某些不对称的单元边界可以减少较大相位转变的发生。换句话说，包括非均匀极化量化器的Sigma-Delta N-PSK调制器与包括均匀极化量化器的Sigma-Delta N-PSK调制器相比可以具有更少的较大相位转变。大的相位转变之数目的减少可以导致发射机的集电极效率的增加，该发射机包括具有这样的一个非均匀极化量化器的Sigma-Delta N-PSK调制器。
本领域普通技术人员将能够理解，通过增加符号的数目，相位转变的分布可以集中在低的相位转变值，这可以进一步增加发射机的集电极效率，该发射机包括一个具有这样的非均匀极化量化器的Sigma-DeltaN-PSK调制器。
不对称的单元边界之选择也可以影响一个具有非均匀量化器的Sigma-DeltaN-PSK调制器的噪声整形频谱。图5和图6分别示出具有均匀量化器和示例性非均匀量化器的一阶Sigma-Delta QPSK调制器的输出频谱密度。示例性的非均匀极化量化器具有在 的单元边界。本领域的普通技术人员应该理解，通过利用某些非对称的单元边界，可以在低频区减少噪声，而在高频区增加噪声。
因为高频率可能比低频率滤波简单，所以使用已知的方法，可能有许多传输应用，其中可能希望使用一个包括按照本发明的实施例的非均匀极化量化器的Sigma-Delta调制器。这些应用可以包括移动电话，数字音频和非对称数字用户环线(ADSL)。
虽然在此图示说明和描述了本发明的某些特征，但对于本领域的那些普通技术人员来说，许多修改，替换，改变，和等效物将会发生。因此，应该理解，所附权利要求企图覆盖所有这些落在本发明的真正精神内的修改和改变。

Claims (19)

1、一种便携式通信设备，包括：
具有非均匀极化量化器的Sigma-Delta N相移键控调制器。
2、根据权利要求1的便携式通信设备，其中，所述N是从包括2、4、8、16和32的组中选出的。
3、一种便携式通信设备，包括：
Sigma-Delta N相移键控调制器，用于将一基带输入信号转换成一量化的输出信号，该调制器包括：
加法器，用于从所述基带输入信号中减去所述量化的输出信号，从而产生一差信号；
积分器，用于对所述差信号进行积分，以产生一积分信号；和
非均匀极化量化器，用于产生所述量化的输出，以便它表示一符号，该符号根据所述积分信号的相位所属的一组N个非均匀单元中的一个从一组N个符号中选出，所述N个非均匀单元以不重叠的方式完全覆盖复平面。
4、按照权利要求3的便携式通信设备，其中，所述N是从包括2、4、8、16和32的组中选出的。
5、一种发射机，包括：
偶极天线；
耦合到所述偶极天线的Sigma-Delta N相移键控调制器，所述调制器包括：
非均匀极化量化器。
6、按照权利要求5的发射机，进一步包括：
耦合到所述调制器和所述偶极天线的开关放大器。
7、按照权利要求6的发射机，其中，所述开关放大器包括一E类功率放大器。
8、按照权利要求6的发射机，进一步包括：
耦合到所述开关放大器的输出和耦合到所述偶极天线的带通滤波器。
9、按照权利要求5的发射机，其中所述N是从包括2、8、16和32的组中选出的。
10、一种移动电话机，包括：
偶极天线；和
耦合到所述偶极天线的Sigma-Delta N相移键控调制器，所述调制器包括：
非均匀极化量化器。
11、按照权利要求10的移动电话机，进一步包括：
耦合到所述调制器和所述偶极天线的开关放大器。
12、按照权利要求11的移动电话机，其中，所述开关放大器包括一E类功率放大器。
13、按照权利要求11的移动电话机，进一步包括：
耦合到所述开关放大器的输出和耦合到所述偶极天线的带通滤波器。
14、按照权利要求10的移动电话机，其中，所述N是从包括2、4、8、16和32的组中选出的。
15、一种方法，包括：
从一基带输入信号中减去一量化的输出信号，从而产生一差信号；
对所述差信号进行积分，以产生一积分信号；和
通过根据所述积分信号的相位所属的一组N个非均匀单元中的一个从一组N个符号中选择出一符号，来产生所述量化的输出，所述N个非均匀单元以不重叠的方式完全覆盖复平面。
16、按照权利要求15的方法，其中，所述基带输入信号是模拟的，并进一步包括：
在从所述基带输入信号中减去所述量化的输出信号之前，把所述量化的输出信号从数字转换成模拟。
17、按照权利要求15的方法，其中，所述N是从包括2、4、8、16和32的组中选出的。
18、按照权利要求15的方法，进一步包括：
使用所述量化的输出信号来选择N个载波信号中的一个，所述N个载波信号每个具有一频率和N个相位中不同的一相位，从而在所述频率产生一个具有可变相位的恒定的包络信号，和
放大、滤波和发射所述恒定包络信号。
19、按照权利要求18的方法，其中，所述频率是一射频。
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