CN1643787A - 利用双矩阵降低发射机峰值功率需求的方法与装置 - Google Patents

Abstract

公开了一种用于处理基带信号以降低多信道发射机(200)峰值功率需求的装置及其方法。该装置包括耦合到一个或多个输入信号(217－220)、用于提供多个输出信号(221－224)的第一傅立叶变换矩阵(FTM)(203)，每个输出信号都包括输入信号移相版本的组合；用于限制每个输出信号峰值以便提供多个峰值受限的输出信号(225－228)的处理单元(205)，及分解峰值受限输出信号以提供一个或多个适于产生一个或多个用于驱动多信道发射机的低电平信号的输出基带信号(229－232)的第二FTM(207)，每个输出基带信号对应于一个输入信号。

Description

利用双矩阵降低发射机峰值 功率需求的方法与装置

技术领域

本发明总体上涉及通信系统，更具体而言涉及利用变换矩阵降低这种系统中发射机峰值功率需求的方法与装置。

背景技术

通信系统，尤其是无线通信系统，需要一种形式或另一种形式的发射机。从功率角度看，发射机，尤其是较高功率发射机，特别是功率放大器(PA)，是通信系统中更昂贵和更高压力的组件之一。例如，利用PA相对密切耦合到天线系统的优点，由于天线的不规则性，如失配及天气或闪电事件，它们常常被滥用。由于这些原因，发射机或功率放大器比有些系统组件要经受或常常遭受相对更高的故障率。这些高功率发射机一般可以在基站中找到。如那些在蜂窝或类似通信系统中找到的基站是为数百甚至有可能数千客户提供满意服务的关键环节。

因此，承运商或服务提供商或网络运营商经受不起发射机故障，从而将竭尽全力避免故障或者至少当有故障时避免服务中断。因此，大多数基站供应商对他们向市场提供的基站内的功率放大器利用某种形式的冗余。新近有些制造商已经利用射频傅立叶变换矩阵(FTM)来提供这种冗余。FTM结合了输入信号的移相版本来提供随后被放大并通过另一射频FTM的多个输出信号，以便将放大的信号分解成原始输入信号的放大版本。因此如果有一个PA失败，则剩余的PA将继续放大输入信号并提供放大的信号，从而避免服务中断。这可能比每个功率放大器都有完全冗余更加经济。但是，还有一个问题。

由于今天许多通信系统依赖于在所发射的无线信号中指定幅值与相位变量的复杂调制方案，因此它们需要线性PA。即使是本身不需要线性PA但利用FTM的系统也将在要放大的组合移相信号中找到幅值变量，因而需要线性PA。线性PA是很难构建的，而且非常昂贵。限制输出进而输入信号的范围可以控制或包含成本与困难，在该范围上放大器必须在这些信号上证明一定程度的线性度。在传统的放大器系统中，有处理输入信号从而帮助实现这些目的的已知技术，但是当使用FTM工作时就没有已知的技术了。所需要的是降低发射机中，尤其是利用FTM的多信道发射机中，峰值功率需求的方法与装置。

附图说明

附图用来进一步说明各种实施方式及解释各种都根据本发明的原理和优点，其中贯穿所有各单独视图相同标号表示完全相同或功能类似的元件，而且附图与下面的详细描述一起被加入并构成本说明书的一部分。

图1描述了适于使用根据本发明一种实施方式的通信系统一部分的简化图；

图2描述了根据本发明发射机的一种优选实施方式的简化方框图；

图3说明了适用于图2根据本发明发射机的降低峰值功率需求装置的方框图；

图4-图6描述了图3装置的一些工作波形和动态曲线；及

图7描述了适于为图3根据本发明的装置提供输入信号的基带信号源的方框图实施方案；及

图8说明了图7信号源的另一实施方案。

具体实施方式

本公开内容以综述的形式涉及利用发射机向通信单元或更具体而言向在其中进行操作的用户提供服务的通信系统。更特别地，讨论并公开了在用于降低发射机峰值功率需求的方法与装置中体现的各种发明构思和原理。有特定兴趣的通信系统是那些被部属和开发的系统，如利用如QPSK、DQPSK、OQPSK、BPSK、QAM等调制格式并扩展频谱的GSM、GPRS、EDGE、TETRA、iDEN、CDMA、W-CDMA、CDMA2000、2.5G或3G系统，或者是其需要成本有效的高可用性线性发射机的其变形和演化。

如下面进一步讨论的，其各种发明性原理与组合是有利地使用的，以便从根本上以基带构成并处理放大器将遇到的信号，从而假定使用了这些原理或其等效物，则在仍然有利于成本有效、高性能和高可用性发射机的同时，减轻了与已知系统相关的各种问题。

提供本公开内容是为了以使能实现的方式进一步解释制作和利用根据本发明的各种实施方式的最佳模式。该公开内容进一步增强了对其发明性原理与优点的理解和评价，而不是要以任何方式限制本发明。本发明只能由包括该申请未决期间进行的任何修订的所附权利要求及所给出那些权利要求的所有等效物来定义。

还应当理解，如果有的话，则相关术语的使用，如第一和第二、顶部和底部等，只是用来区分一个实体或动作与另一个实体或动作，而不一定要求或暗示这些实体或动作之间任何实际的这种关系或顺序。许多发明性功能和许多发明性原理最好利用或者在软件程序或指令及如应用专用IC的集成电路(IC)中实现。期望当由在此所公开的概念和原理指导的时候，尽管由于如可用时间、当前技术及经济考虑可能会引发大量工作与许多设计选择，但普通技术人员能够很容易地利用最少的经验生成这种软件指令与程序及IC。因此，如果有的话，为了简化和最小化任何使根据本发明的原理与概念变模糊的风险，则对这种软件与IC的进一步讨论将限于优选实施方案原理及概念的本质。

参考图1，将描述通信系统一部分100的简化图。图1示出了内部耦合到天线系统103以便对总覆盖区105内的用户提供覆盖的基站101。尽管如6个扇区等其它布置也可能是合适的，但所述天线系统103是一种具有3个所述扇区107、109、111的扇区增益系统，其中每个扇区额定覆盖120度。通常，基站将向天线的各个扇区提供完全不同的信号，而且有可能向一个或多个扇区提供多信号。即使在使用全向天线的时候，基站也经常需要向全向结构提供多信号。在任何情况下，基站都进一步在113耦合到基站控制器和开关，并最终通过如T1地面链路等专用链路耦合到公用电话交换系统。

实质上，基站处理在便携式或移动设备的订户设备或用户与系统或网络的陆地或地面基本部分之间往复的无线链路。通常，基站可以看作包括并内部耦合到通信与控制功能119、接收机功能117和发射机功能115。凭其本身的能力，这些功能中的每一个都相当复杂而且包括冗余系统。接收机和发射机功能或块将不可避免地包括数十个接收机和发射机。这些站和天线系统通常是通过多个供应商，如Motorola等，了解并获得的，而且当发射机根据在此公开的原理和概念修改并构成时，可以实现提高的性能和成本优势。

参考图2，现在讨论并描述发射机200的一种优选实施方式的简化方框图。图2的发射机是具有降低的峰值功率需求的多信道发射机。如可能特别适于放大由傅立叶变换矩阵(FTM)产生的信号或驱动FTM或者在其中可能遇到的，多信道发射机用于描述具有多并行通路和放大器级的发射机。通常，降低的峰值功率需求是通过限制提供给放大器然后被放大的信号，因而是放大信号，峰值/平均值比(PAR)来实现的。峰值/平均值比是限制在基带的，而不是象传统的那样限制通过基带FTM首先被处理的输入信号的PAR。

具有降低的峰值功率需求的多信道发射机包括处理基带信号以降低峰值/平均值参数的装置201。这个装置包括耦合到至少一个输入信号并从那里耦合到限制峰值及向第二FTM 207提供峰值有限输出信号的处理单元205的傅立叶变换矩阵(FTM)203，其中第二FTM207分解峰值有限的输出信号以便向混频器209提供输出基带信号。混频器209将这些基带信号转换成耦合到第一模拟FTM 211的射频信号，其中第一模拟FTM 211提供包括射频信号移相版本组合的放大器输入信号。这些放大器输入信号由放大器213放大，然后放大的输出信号在或者由射频或第二模拟FTM 215分解或更精确地重新组合，以便提供用于驱动天线结构的发射信号。为了在放大器213的输入复制峰值有限的信号225-228，有必要将混频器的输出连接到第一模拟FTM 211正确的输入端口。选择正确的输入配置对于本领域具有最少经验的普通技术人员是很显然的。

更具体地说，FTM 203和FTM 207优选地是通过数字信号处理器(DSP)或专用集成电路(ASIC)或其组合在软件中实现的数字FTM。FTM 203耦合到至少一个输入信号217，优选地是多个这样的信号217-220，并提供多个输出信号或FTM输出信号221-224，其中每个FTM输出信号都包括至少一个输入信号移相版本的组合，优选地是根据下面进一步讨论的FTM技术的多个输入信号移相版本的组合。应当指出，在一种实施方案中，如217的输入可以被终止或者被利用，而输入218-220分别耦合到如用于驱动三个扇区107、109、111中每一个的基带信号的基带输入信号。在这种实施方案中，示为驱动天线256的来自第二模拟FTM 215的输出将被终止，而扇区107、109、111将分别对应于天线255、254、253并由其提供服务。输入信号优选地是在一条或多条无线信道上发射的基带信号，在此信道解释为一个或多个在特定覆盖区提供覆盖的承运商。一种典型的例子是多个输入信号，其中每个输入信号都包括在多个扇区中的一个扇区内，如107、109或111，以一个或多个载频发射的码分、时分或频分多路访问基带信号。尽管这可能是典型的，但不管所使用的调制和信道访问的特定形式是什么，在此所讨论的原理和概念也可以应用，而且同样有利，当然要假定这种调制能经得住或者在某种程度上这种调制能经得住由于峰值限制行为而导致的不可避免的失真。例如，除CDMA之外，以不同方式用于GSM、GPRS、EDGE、TETRA、iDEN、CDMA、W-CDMA、CDMA2000、2.5G或3G的如TDMA或FDMA调制与访问方法，从而基带信号，将同样能很好地工作。如下面进一步讨论的，装置205可以包括一个用于选择多个耦合到第一FTM 203的输入信号的信号选择器，这个信号选择器工作以选择多个与用于如107、109、111的多个扇区天线的基带信号对应的输入信号，其中扇区天线是由多信道发射机驱动的。

处理单元205还包括多个基带处理功能(描述的是4个)，每个功能都耦合到多个FTM输出信号221-224中的一个。该处理单元工作以便以一种使其与线性功率放大器更兼容或对线性功率放大器有较少需求的方式处理FTM信号。这种处理的一个例子是限制多个FTM输出信号中每一个的峰值或所有峰值，以便提供多个峰值有限的输出信号225-228。如参考图3-6更加详细讨论的，实现这种限制的一种更优选的方法是通过使用工作以限制每个FTM输出信号峰值的限幅功能。优选地，这种限幅功能是根据一种预定函数工作以限制峰值的所谓窗口式限幅功能，其中该预定函数减小每个峰值有限输出信号225-228峰值超过预定值的概率。

已经显示如果限幅功能后面跟一个耦合到该限幅功能输出以便减少由于该限幅功能导致的非期望信号的滤波器，则放大器或发射机性能的进一步提高可以实现。在有些情况下，当滤波器后面跟着耦合到该滤波器输出、工作以进一步限制每个FTM输出信号滤波版本峰值的第二限幅功能时，还可以实现额外的提高。由于比较而言较小百分比的峰值被截去或限制，因此这第二限幅功能通常被看作是轻限幅器。

在任何情况下，峰值有限的输出信号都耦合到第二FTM 207，第二FTM 207工作以分解峰值有限的输出信号，从而提供至少一个，优选地是多个，输出基带信号229-232，其中每个输出基带信号都分别与输入信号220-217一一对应，按顺序反转是FTM处理的结果。与217处输入对应的是232处的输出，依次类推。因此，对于FTM 203的每个输入基带信号，在FTM 207都有一个输出基带信号。

这些输出基带信号耦合到混频器209，在这里它们转换成多个射频信号233-236。如所描述的，混频器209包括4个混频器，其中每个混频器都耦合到来自第二FTM的一个输出基带信号，而且每个混频器都提供一个对应的射频信号233-236。参考顶部的混频器并承认这4个混频器中的每一个都是相似的，输出基带信号通过后面跟着适当滤波(未专门示出)的数模转换器237转换成模拟信号，这个模拟信号和LO信号238施加到通常已知的混频器239，混频器239用于将模拟信号的频率向上变换成大家通常都知道的适于发射的射频，从而产生并提供射频信号233。每个输出基带信号都从基带频率或每秒高至几兆位的位速率转换从如800至1000MHz或1.8GHz至2.2GHz或更大的发射射频的模拟信号。

此外在多信道发射机中还包括耦合到至少一个，优选地多个，射频信号233-236并可工作提供多个放大器输入信号241-244的第一模拟FTM 211，其中每个放大器输入信号都包括一个或多个射频信号移相版本的组合。这些信号施加到包括耦合到多个放大器输入信号241-244的多个放大器245-248的功率放大器213，其中每个放大器都具有耦合到一个放大器输入信号的输入，其中这些信号中的每一个都优选地对应于一个峰值有限的输出信号225-228。每个放大器都可操作以放大输入信号并提供放大的输出信号，其中多个放大器245-248分别提供多个放大的输出信号249-252。

发射机的最后一个元件是耦合到多个放大的输出信号249-252的射频或模拟FTM 215，以便提供与至少一个输入信号217一一对应的至少一个发射信号256，优选地是分别与输入信号217-220一一对应的用于驱动天线256-253的多个发射信号。基本上模拟FTM 215将已经放大的射频信号的移相版本组合分解回它们各自的原始内容。如前面指出的按顺序反转是通过两组双FTM的结果。作为另一个例子，217处的信号对应于232、236及256处的信号。应当指出，尽管本公开内容已经关于4×4矩阵的使用开发了出来，但在此所公开和描述的原理与概念基本上可用于任何大小的矩阵，而且矩阵不一定象这里一样是方形的。模拟FTM是已知的，而且可用于任何尺寸，如在这里是来自如Anaren Microwave的供应商的4×4矩阵。FTM是一系列组合特定相角输入信号的复合组合器。矩阵的典型带宽是200MHz，有0.5dB的插入损耗。

在任何情况下，如所描述和讨论的那样，多信道发射机优选地布置并构造成在多个扇区上发射码分、时分或频分多路访问信号。输入FTM和输出FTM优选地是在输入FTM具有一个或多个基带输入信号的数字FTM，而处理单元优选地包括窗口式限幅功能及是模拟FTM的射频FTM 211、215。以这种方式，基带信号以表示输入到多个射频放大器的信号的形式在基带进行处理，以便限制对功率放大器个数的需求，从而降低多信道放大器的峰值功率需求。与这种方法的表面成本及复杂度有关的几个因素显示这远不是直观的。例如，数字FTM 207和模拟FTM 211呈现出额外的成本。但是，通过利用额外的基带FTM和RF FTM，发射机只需要与输入到FTM 203的输入信号一样多的线性排列的混频器。而且，这种基带处理电路与使用RFFTM和并行放大器的传统设备完全兼容，从而很大程度上提供了放大器的冗余。

参考图3，现在讨论和描述适用于上述发射机中处理基带信号以降低峰值/平均值比或峰值功率需求的装置201的一种优选实施方式的方框图。有些讨论具有回顾的性质，而有些则对前面简单描述的各种功能与处理进行了详细阐述。装置201用于降低多信道发射机的峰值功率需求，而且它是通过降低代表信号幅值特征的信号峰值/平均值比(PAR)来实现的，其中这些信号将施加到多信道发射机中的各个功率放大器。该装置包括上面提到的耦合到至少一个输入信号217的傅立叶变换矩阵(FTM)203，优选地是耦合到多个输入信号217-220。优选为数字FTM的FTM 203用于提供多个输出信号221-224，其中每个输出信号都包括一个或多个输入信号移相版本的组合。此外，装置201中还包括耦合到多个输出信号221-224的处理单元205，该处理单元工作以限制多个输出信号中每一个的峰值，以便提供多个峰值有限的输出信号225-228。峰值有限的输出信号耦合到第二FTM 207的输入，优选地是工作以分解该峰值有限的输出信号从而提供多个输出基带信号229-232的第二FTM 207的输入，其中多个输出基带信号适于产生多个用于驱动模拟FTM 211从而驱动多信道发射机的低电平信号，特别是射频信号，其中每个输出基带信号都对应于一个输入信号。

峰值到平均值比降低装置，尤其是数字FTM 203，优选地耦合到多个输入信号，其中每个输入信号都包括一个基带信号，如码分、时分或频分多路访问基带信号，这些信号要在射频信道上发射，如在多个扇区的一个扇区或单扇区天线或多扇区天线结构上发射。如我们随后将讨论的，这些输入信号可以利用用于选择多个耦合到第一FTM的输入信号的信号选择器来提供。在一种实施方案中，信号选择器工作以选择与用于多个扇区的多个基带信号对应的多个输入信号，其中扇区是由多信道发射机驱动的。应当指出，基带信号，如已知的IS-95CDMA，可以包括导频、分页、同步信号及用于多个承运商中每一个的至多61个声音或数据有效载荷信号。IS-95基带信号的典型位速率是大约每秒1.3M位，而其它版本的CDMA可以更高。

如上所述，装置或处理单元205优选地包括限幅功能301，限幅功能301包括但不限于4个块或每个输出信号221-224一个块，限幅功能301工作以限制每个输出信号的峰值。限幅功能301优选地是工作以根据一种减小每个输出信号峰值超过预定值的概率的预定函数执行相对大量限幅的窗口式限幅功能从而限制峰值。跟在该限幅功能后面的优选地是耦合到各限幅功能301并且工作以减少由于限幅功能而导致的非期望和高频信号的滤波器303。跟在滤波器后面的优选地是耦合到各滤波器303输出、工作以进一步限制每个输出信号225-228峰值的第二限幅功能305，第二限幅功能305优选地与限幅器301类似工作但以更轻微的限幅水平。有利地，给出在此公开的原理和概念，如普通技术人员能够认识到的，峰值到平均值比降低装置201适于在如DSP或ASIC或其组合的集成电路形式中实现。

4×4数字FTM可以由以下矩阵描述：

	Vout1	Vout2	Vout3	Vout4
					Vin1	0.5∠0	0.5∠-90	0.5∠-90	0.5∠-180
Vin2	0.5∠-90	0.5∠-180	0.5∠0	0.5∠-90
					Vin3	0.5∠-90	0.5∠0	0.5∠-180	0.5∠-90
Vin4	0.5∠-180	0.5∠-90	0.5∠-90	0.5∠0

这还可以由等式表示：

Vout1＝0.5·Vin1∠0°+0.5·Vin2∠-90°+0.5·Vin3 ∠-90°+0.5·Vin4 ∠-180°

Vout2＝0.5·Vin1∠-90°+0.5·Vin2∠-180°+0.5·Vin3∠0°+0.5·Vin4∠-90°

Vout3＝0.5·Vin1∠-90°+0.5·Vin2∠0°+0.5·Vin3∠-1 80°+0.5·Vin4∠-90°

Vout4＝0.5·Vin1∠-180°+0.5·Vin2 ∠-90°+0.5·Vin3∠-90°+0.5·Vin4∠0°

矩阵或等式都显示出了输出信号Vout与输入信号Vin之间的关系。其结果是合理地在DSP中直接执行这些计算。

现在参考图4更加详细地描述限幅功能。首先，我们讨论一些明确的材料，以便给出读者对限幅处理的更好理解。信号的波峰因数定义为峰值功率与平均功率之比。尽管知道信号的峰值/平均值比(PAR)是有用的，但累积分布函数(CDF)提供了关于包络功率真正统计特性的更好理解。CDF和补充累积分布函数CCDF由以下等式定义。

$\mathrm{CDF}=F\left(x\right)=\underset{-\∞}{\overset{x}{\∫}}f\left(\mathrm{\ξ}\right)\mathrm{d\ξ}$

CCDF＝1-F(x)

本质上讲，CCDF是PAR从0到100％的曲线。由于花在波峰因数上的峰值电平与时间量很多，因此关于分布函数工作是很方便的。简单地说，CCDF的形状是很重要的。为了该公开内容，波峰因数定义为0.01％的PAR。例如，10dB的PAR就意味着信号功率比平均功率大10dB的概率为0.01％。

期望限幅功能可以限制信号的峰值，同时产生尽可能少的噪声、干扰或非期望的信号功率。为了产生低干扰限幅，波形中的间断最小化是很重要的。窗口式限幅算法是一种满足这些目的的优秀方法。限幅是在基带处理中数字实现的，因此数据可以非实时处理。窗口式限幅算法的各种形式都适合该目的。参考图4，描述了一种利用两个阈值限制信号401峰值的算法。软限幅阈值标记为Tclp，而硬限幅阈值标记为Tsat。用户根据特定的系统配置通过经验确定这些阈值的值。窗口限幅算法的第一步是扫描峰值超过限幅阈值的输入波形。一旦超过阈值的信号峰值被识别出来，则应用硬限幅或软限幅。图4中的峰值索引标记为t_max 407。在软限幅的情况下，波形的峰值部分被卷在反向汉宁窗口403中。如本领域普通技术人员可以实现的，各种其它类型的窗口也将正确工作。以下等式示出了汉宁窗口h_j、窗口限幅功能w_j及窗口长度L。

h_j＝[1-cos(2πj/(L-1))]/2

w_j(n)＝l+(c-1)·h_j

j＝0，1，2，...，L-1

计算窗口限幅功能，使得在窗口和信号被卷以后t_max的峰值等于Tclp水平，这在405示出。因此，对于任何超过Tclp但小于Tsat的峰值，将有一个定制窗口被计算出并使用，以便将局部最大值降到Tclp水平。将以下权值替换成上述等式将计算出期望的窗口功能。

$c=\sqrt{T_{\mathrm{CLP}}}/|\mathrm{Input}\_\mathrm{Signal}\left(t_{\max }\right)|$

由于只有那部分信号被滤波，因此在峰值区域周围将有一些间断，但是它们应当基本上少于与硬限幅相关的间断。

在某一点上，人们可能会发现窗口限幅器工作得非常努力，以至于它产生了与硬限幅一样多的干扰。如果情况是这样，则利用常量限幅权值而不是变量限幅权值将是最好的办法。下面的等式描述了这种情况的限幅权值。

$c=\sqrt{T_{\mathrm{CLP}}/T_{\mathrm{SAT}}}$

在硬限幅的情况下，信号值将被改变成与Tclp阈值相匹配。

滤波器303在DSP类型中实现以便具有以下特征。滤波器应当具有平的通频带，以便保留前一信道或脉冲修整滤波器的特征。此外，还需要陡的过渡频带及适当的衰减，以便确保滤波后的波形能满足信道规格。

参考图5，示出了图3中标记为1-4的点的功率频谱密度。回想在图3的装置201中使用了两个限幅功能301、305。第一限幅功能的阈值设成低电平，以便产生重限幅。第一限幅器的输出被滤波，以便消除由于重限幅功能产生的干扰。在滤波后，结果信号被再次限幅。第二限幅功能的阈值设成非常轻微地对信号进行限幅。将会有一些由于第二次限幅造成的频谱再生，但由于限幅很轻微，因此这应当是可以接受的。这种方法允许用户以稍微降低功率放大器各输入的相邻信道功率(ACP)为代价增大峰值/平均值比的降低。但是，如果功率放大器工作在其额定功率，则功率放大器的非线性特性很有可能产生超过各输入信号干扰的相邻信道干扰。因此，通过包括第二限幅功能，在天线输出看到的实际ACP性能可能完全不会降低。相反，即使功率放大器输入的ACP降低，由于第二限幅功能造成的PAR降低也有可能导致天线输出提高的ACP。

作为参考，利用第一窗口限幅器的输入，标记为1的波形，人们可以看到具有590KHz的3dB转角频率与45dB衰减的标准IS-95信道滤波器如何在任何窗口限幅或进一步滤波之前形成频谱。原始信号0.01％的PAR是9.75dB。如由标记为2的波形所示出的，利用限幅功能301从9.75dB降到4.57dB的0.01％PAR对信号进行限幅将导致频带外能量的增加。然后限幅信号利用由标记为3的波形所示出的结果频谱进行滤波。尽管ACP在滤波以后是良好的，但峰值/平均值比已经在0.01％增加到了5.62dB。第二次对信号限幅将0.01％的PAR恢复降低到4.66dB，但产生了由标记为4的波形所示出的干扰。应当指出，干扰仍然低于由信道滤波器建立的原始固有噪声电平。

图6示出了贯穿整个处理链峰值/平均值比如何变化。看下表对与图6波形相关的各种信息的摘要。如下表所示，峰值/平均值比的变化可以分解成峰值功率的变化与平均功率的变化。利用作为参考的波形1，我们可以看到由波形2中所描述的限幅功能301执行的限幅操作很大程度上降低了信号的峰值功率，同时还较小程度地降低了平均功率。在信号被滤波后，由于滤波器通频带中的衰减，波形3，即平均值，稍微有些下降，但由于复平面中信号的变化，峰值增加了。在试图恢复一些损失的PAR降低的过程中，信号第二次被限幅，虽然是轻微的。其结果是峰值功率的另一次dB降低，而平均功率保持相对未变，如波形4所示。

	点1	点2	点3	点4
					峰值功率(dB)	0	-6.430	-5.754	-6.909
峰值功率@0.01％(dB)	0	-6.435	-5.655	-6.629
					平均功率(dB)	0	-1.255	-1.525	-1.539

利用峰值减小的波形作为功率放大器的输入，可以测到以下改进。在额定输出功率，限幅波形有6到7dB的更好ACP性能，同时还能维持与未限幅波形相同的效率。利用作为输入的限幅波形以超过额定功率的额外3dB运行功率放大器导致与利用未限幅波形在额定功率运行的功率放大器完全相同的ACP。以3dB更重地驱动功率放大器导致效率提高50％。这些结果是典型的，但可能依赖功率放大器补偿多少而改变。

图7描述了适于为图3装置或图2发射机提供输入信号的基带信号源的方框图实施方案。标号701-707和717-732与前面图中的标号201-207和217-232一一对应。由于在这种实施方案中用于码分、时分或频分多路访问蜂窝系统中三个扇区的基带信号717-719被生成并施加到数字FTM 703，而且由于FTM的反向属性在处理单元705处理后分别作为732-730从第二数字FTM 707输出，因此在这里它们被改变。为了开发出基带输入信号717-719，TDM正向链路基带输入信号每个都表示一个如声音或数据信道的有效负荷信号，而且最多61个这样的信号分别与各种已知的CDMA间接信息，如串行加法器739-741的导频信号，加在一起。加法器739-741的输出在每种情况下都是随后通过已知CDMA基带处理735-737的串行位流，其中每个处理都包括PN扩张器、信道滤波器及全部滤波器块。这3个信号耦合到不特别关联的合成混频器733，但在本例中为了实现这个目的，施加到该混频器的信号被假定用于调制两个不同的载波或为了扇区将位流的适当部分频率转换成在两个不同载波上发射。混频器733的输出作为3个输入施加到FTM，这意味着第4个输入未使用，而且在以上用于数字FTM的等式中被看作是0。从而，如所示出的，数字FTM 707将只有3个非0输出。

参考图8，为了提供用于驱动天线的发射信号，描述了为组合包括703、705及707(见图7)的装置701提供输入信号及产生施加到混频器209的输出基带信号(见图2)从而有射频信号输入到模拟FTM211以便为放大器213提供放大器输入信号、然后放大的输出信号用于模拟FTM 215的另一实施方案。图8描述了一种如为三个扇区中的每一个，如扇区107、109、111，提供3个基带信号及路由的情况，还有用于驱动利用模拟FTM的功率放大器或发射机的信号构造方法，以便提供可以增加负载共享的冗余或任何其它优点。就象我们所期望的，图8描述了具有镜像输入与输出信号的两个4×4矩阵211、215，其中例如下部的输入和上部的输出被终止，而上面3个输入及下面3个输出耦合到各自的射频信号源及负载或天线。输入信号或射频信号是由3个排成一行的混频器提供的，这3个混频器是混频器209的一部分。混频器209，特别是3个数模转换器，分别是由在输出基带发生器801、802和803上提供的基带输出信号驱动的。

特别参考输出基带发生器801，除了两个串行加法器740和741被信号选择器809代替，这种功能或发生器的操作与体系结构与图7的装置是完全一样的，串行加法器808的输出返回到总线813的一条路径，而数字FTM 807只输出一个基带输出信号。通过类推与观察，输出基带发生器802-804相似地构造与工作。当期望每个基带发生器只提供一个基带信号，如多个扇区中每个扇区有一个输出基带信号，或期望为基带发生器提供某种冗余时，这种总体结构被有利地使用。例如，这种冗余可以通过在基带发生器与多个数模转换器之间提供路由或切换功能(未示出)来提供。因此，如果基带发生器803经历失败，则发生器804可以通过其串行加法器、信号选择器及输出FTM建立；从而将来自总线811的适当的TDM正向链路基带输出加在一起、将结果返回总线813、从总线813选择合适的信号(在这个例子中是来自基带发生器801、802的信号)及从数字FTM选择合适的输出路由到合适的DAC。例如，如果801被建立以提供与扇区1对应的输出基带信号，802对应于扇区2，则803及现在是804被建立后将提供扇区3。由于它们将去往它们各自载波与天线等的正向链路业务，典型地是TDM，及相关的CDMA间接成本，如导频信号，串行相加，因此串行加法器提供与图7串行加法器相同的功能，但是通过观察，每个加法器都将各自串行相加的位流返回到总线813中各自的轨迹或路径。利用相同的记号，对应于特定加法器的信号选择器耦合到总线813上除一条由串行加法器驱动的路径之外的所有路径。因此，为了向输入数字FTM 703提供合适的基带输入信号，控制器(未示出)能够控制信号选择器809从总线813选择适当串行相加的信号(这里是来自802、803的信号)。处理器或基带处理器705有正确的信号，以便向输出数字FTM 807提供适当的信号，使得其输出基带信号能表示期望的那个。应当指出，来自这个数字FTM的其它可用输出可以被丢弃。通过类推，802-804类似地工作，而且可以获得冗余或者为基带发生器提供。这是图7的一种可选方法，其中每个串行加法器选择合适的正向链路TDM信号，而且这是一种提供合适基带信号进行正确基带处理的途径，以便提高放大器213看到的PAR。

作为摘要，在我们参考装置图所讨论方法的环境下，提供了以下对优选方法的描述。我们已经讨论并描述了一种降低多信道发射机中峰值功率需求的方法。这种方法包括将至少一个输入信号耦合到傅立叶变换矩阵(FTM)，优选地是数字FTM，以便提供多个FTM输出信号，其中每个输出信号都包括一个或多个输入信号移相版本的组合。然后，该方法通过限制每个FTM输出信号的峰值处理这多个FTM输出信号，从而提供多个峰值有限的输出信号，然后分解峰值有限的输出信号以提供一个或多个输出基带信号，每个输出基带信号都对应于一个输入信号，然后将输出基带信号从基带频率转换到发射射频，以便提供多个射频信号。从那里该方法产生多个放大器输入信号，每个放大器输入信号都包括一个或多个射频信号移相版本的组合，其中放大器输入信号优选地对应于峰值有限的输出信号。接下来，该方法利用功率放大器放大放大器信号以便提供多个放大的输出信号，每个放大器都有一个耦合到多个射频信号中一个的输入并提供一个放大的输出信号。其后分解多个放大的输出信号以提供至少一个，优选地多个，与输出基带信号一一对应的发射信号。

在该方法的优选形式中，包括利用第一数字FTM提供多个输出信号及利用第二数字FTM分解峰值有限的输出信号，其中第一数字FTM耦合到多个输入信号，每个输入信号都包括用于在无线信道上发送的码分、时分或频分多路访问基带信号。第二FTM提供而混频器转换多个输出基带信号，以便提供用于产生多个放大器输入信号的多个射频信号，其中每个放大器输入信号都包括射频信号移相版本的组合。分解多个放大的输出信号的过程提供了与多个输出基带信号一一对应的多个发射信号。

该方法优选地通过利用窗口式限幅器根据一种预定功能对每个输出信号进行限幅限制了每个输出信号225-228的峰值，其中该预定功能减小每个输出信号225-228的峰值超过预定值的概率。然后滤波每个输出信号以减少由于限幅造成的非期望信号提供了ACP的额外提高。为了PAR中的更多提高，该方法在滤波处理之后对多个输出信号中每一个的滤波版本进行第二次限幅，以便进一步限制峰值有限的输出信号的峰值。此外，在特定实施方案中该方法布置成选择多个输入信号，如其中输入信号是用于由多信道发射机驱动的多个扇区的基带信号。

以上讨论的方法与装置及其发明性原理与概念目的在于并将利用FTM和传统的基带处理技术减轻由现有技术造成的问题。利用这些在基带开发作为信号可靠表示的信号和为减小或降低峰值/平均值比处理这些信号的原理已经显示出了发射机性能的惊人提高，其中功率放大器将在其输入看到这些信号。

用于降低峰值/平均值比，尤其是提高波峰因数，从而方便和提供改进的发射机性能及降低的发射机峰值需求的方法与装置的各种实施方式都已经进行了讨论和描述。期望这些实施方式及其它根据本发明的实施方式能应用到许多广域网。利用在此公开的发明性原理和概念，有利地允许或提供了目前及以后通信系统需要的低成本高可用性多信道发射机，而且这将同时有益于这些系统的用户和提供商。

本公开内容的目的在于解释如何构成并利用根据本发明的各种实施方式，而不是要限制其真正的、预期的、公平的范围与精神。本发明只能由所附的权利要求和其等同替换来限定，所附的权利要求可以在本专利申请未决过程中修改。

Claims (12)

1、用于处理基带信号以降低多信道发射机峰值功率需求的装置，该装置组合地包括：

傅立叶变换矩阵(FTM)，耦合到至少一个输入信号，用于提供多个输出信号，每个输出信号都包括所述至少一个输入信号移相版本的组合；

处理单元，耦合到所述输出信号、用于限制所述输出信号中每一个的峰值以便提供多个峰值受限的输出信号，及

第二FTM，耦合到所述峰值受限的输出信号、用于分解所述峰值受限的输出信号以便提供适于产生多个用于驱动多信道发射机的低电平信号的多个输出基带信号，每个所述输出基带信号都对应于一个所述输入信号。

2、如权利要求1所述的用于处理基带信号的装置，其中所述第一FTM耦合到多个输入信号，且其中多个输入信号中的每个输入信号都包括用于多个扇区中一个的基带信号。

3、如权利要求1所述的用于处理基带信号的装置，其中所述处理单元还包括：

限幅功能，根据减小对于所述输出信号中的所述每一个来说所述峰值超过预定值的概率的预定函数工作，以限制所述输出信号中的所述每一个的峰值；及

滤波器，耦合到所述限幅功能以便减少由于所述限幅功能造成的非理想信号。

4、如权利要求3所述的用于处理基带信号的装置，其中所述处理单元还包括耦合到所述滤波器输出的、工作以进一步限制所述输出信号中每一个的峰值的第二限幅功能。

5、一种具有降低的峰值功率需求的多信道发射机，组合地包括：

用于处理基带信号以便降低所述基带信号峰值/平均值参数的装置，该装置还包括：用于提供多个FTM输出信号的傅立叶变换矩阵(FTM)，每个FTM输出信号都包括至少一个输入信号移相版本的组合；用于限制所述FTM输出信号中每一个的峰值以便提供多个峰值受限的输出信号的处理单元，及用于分解所述峰值受限的输出信号以便提供至少一个输出基带信号的第二FTM，所述至少一个输出基带信号中的每一个都对应于所述至少一个输入信号中的一个；

将所述至少一个输出基带信号的每一个转换成射频信号以提供至少一个射频信号的混频器；

用于提供多个放大器输入信号的第一模拟FTM，每个放大器输入信号都包括所述至少一个射频信号移相版本的组合；

具有多个放大器以提供多个放大的输出信号的功率放大器，每个放大器都具有耦合到所述多个放大器输入信号中一个的输入并提供所述多个放大的输出信号的一个；及

耦合到所述多个放大的输出信号以提供与所述至少一个输出基带信号一一对应的至少一个发射信号的第二模拟FTM。

6、如权利要求5所述的多信道发射机，其中所述第一FTM和所述第二FTM还包括第一数字FTM和第二数字FTM，所述第一数字FTM耦合到多个所述输入信号，每个输入信号都包括用于在无线信道上发射的基带信号，所述第二FTM提供且所述混频器转换多个输出基带信号以便提供多个射频信号，所述第一模拟FTM提供所述多个放大器输入信号，每个放大器输入信号都包括所述多个射频信号移相版本的组合，而所述第二模拟FTM提供与所述多个输出基带信号一一对应的多个发射信号。

7、如权利要求5所述的多信道发射机，其中所述处理单元还包括：

限幅功能，根据减小对于所述FTM输出信号中的所述每一个来说所述峰值超过预定值的概率的预定函数工作以限制所述FTM输出信号中所述每一个的峰值；及

滤波器，耦合到所述限幅功能以便减少由于所述限幅功能造成的非理想信号。

8、如权利要求7所述的多信道发射机，其中所述处理单元还包括耦合到所述滤波器输出的、工作以进一步限制所述FTM输出信号中的所述每一个的峰值的第二限幅功能。

9、一种降低多信道发射机中峰值功率需求的方法，该方法包括步骤：

提供多个输出信号，每个输出信号都包括至少一个输入信号移相版本的组合；

限制所述输出信号中每一个的峰值，以便提供多个峰值受限的输出信号；

分解所述峰值受限的输出信号，以便提供至少一个输出基带信号，所述至少一个输出基带信号中的每一个都对应于所述至少一个输入信号中的一个；

将所述至少一个输出基带信号中的每一个都转换成射频信号，以便提供至少一个射频信号；

产生多个放大器输入信号，每个放大器输入信号都包括所述至少一个射频信号移相版本的组合，所述放大器输入信号对应于所述峰值受限的输出信号；

利用具有多个放大器的功率放大器放大所述多个放大器信号，以便提供多个放大的输出信号，每个放大器都具有耦合到所述多个射频信号中一个的输入并提供所述多个放大的输出信号中的一个；及

分解所述多个放大的输出信号，以便提供与所述至少一个输出基带信号一一对应的至少一个发射信号。

10、如权利要求9所述的方法，其中所述提供多个输出信号利用第一数字FTM，而所述分解所述峰值受限的输出信号利用第二数字FTM，所述第一数字FTM耦合到多个输入信号，每个输入信号都包括用于在无线信道上发射的码分、时分和频分多址基带信号中的一个，所述第二FTM提供且混频器转换多个输出基带信号，以便提供多个射频信号，产生所述多个放大器输入信号，每个放大器输入信号都包括所述多个射频信号移相版本的组合，而所述分解所述多个放大的输出信号提供与所述多个输出基带信号一一对应的多个发射信号。

11、如权利要求9所述的方法，其中所述限制所述输出信号中的所述每一个的所述峰值还包括：

根据减小对于所述输出信号中的所述每一个来说所述峰值超过预定值的概率的预定函数对所述输出信号中的所述每一个进行限幅；及

在所述限幅后对所述输出信号中的所述每一个进行滤波，以便减少由于所述限幅造成的非理想信号。

12、如权利要求11所述的方法，其中所述限制所述输出信号中的所述每一个的所述峰值还包括在所述滤波后对所述多个输出信号中的所述每一个的滤波版本进行限幅，以便进一步限制所述峰值受限输出信号的峰值。

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