CN1795611A - 在电磁信号处理中减少噪声的设备、方法和产品 - Google Patents

Abstract

公开了通过减少电磁波中的噪声来修改电磁波的设备、方法和产品。通过识别预期的输出参数导出多个分段的传输函数。随后，通过多个滤波器或其他器件将该传输函数应用于波，以实现所述传输函数。

Description

在电磁信号处理中减少噪声的设备、方法和产品

技术领域

本发明通常涉及电磁信号处理，更具体地说，涉及电磁信号处理中的噪声减少，以及在使用于RF发射器中的分段放大器中的噪声减少。

背景技术

到最近为止，已经利用模拟技术修改电磁波。即，没有尝试分隔离散波的特性，如电流、电压等，并且没有尝试修改那些特性以修改波本身。最近，波修改技术已经数字化了，以使波的特性可以被直接分隔和修改以获得预期的结果。数字化是所期望的，因为它可以在波修改中提供更高的速度和精度，同时比先前方法抽运更少的功率。

例如，波形特性的数字化导致在滤波器技术上的改进。通过数字化波形特性，可以快速和精确地产生和/或修改(例如，执行、加重、分隔和滤波)频率和其他波形特性。

此外，如果提供利用数字化电磁波特性以产生和/或修改电磁波的设备、方法和产品，它还对于电磁波修改领域有帮助。

发明内容

本发明的实施例包括用于通过减少波中的噪声修改电磁波的设备、方法和产品。优选方法实施例包括使用传输函数的方法，其中确定期望的输出波参数，分离输入波的振幅特性和相位特性，从期望的输出波参数中得到传输函数以及将传输函数应用于波的振幅特性。随着传输函数的应用，振幅特性和所述相位特性可以被合并以产生输出波。

附图说明

图1示出优选的实施例；

图2示出优选的实施例；

图3示出优选的实施例的不同结果；

图4示出优选的实施例的不同结果。

具体实施方式

图1示出优选的实施例。向数字信号处理器10提供输入波a。数字信号处理器10包括模拟至数字转换器11，例如通过使用直角坐标系或I、Q数据，来数字化波。然后，直角到极转换器12接收I、Q数据，并将其变换成极坐标。应该注意的是，在其他实施例中，如果需要，则向直角至极转换器提供波的数字化表示。在那些实施例中，可以以多种现有已知的方式来产生数字化表示。同样，虽然该实施例是结合使用数字化波和I、Q和极数据而被描述，但是本领域的技术人员可以理解其他实施例不仅限于此并且可以使用任何数字或模拟波的形式，或其组合。

现在回到图1的实施例，直角至极转换器12以极坐标的形式输出数字化的波，例如，该极坐标形式使用R，P(sin)和P(cos)。在这个例子中，R坐标表示波的振幅特性。P(sin)和P(cos)坐标表示波的相位特性。应该注意这里用到的“特性”表示电磁波的特性，如频率、电压、振幅(包括幅度和包络)、相位、电流、波形、或脉冲。其他实施例可以按需要从输入波导出一个或多个波形特性。

暂时转向图2，示出了已经根据图1的实施例进行变换的波的示意图。输入波a被变换成包括输入波在周期t₁的幅度特性的幅度分量m和包括载波在相同周期内的相位特性的相位分量p。优选的实施例示出了放大后的输出波b。应该注意这里和其他实施例中的时间周期是任意地。例如，实施例可以导出使用不同取样率的波的幅度和相位特性，以最大化波的分辨率、最大化操作速度等。同样在不同的实施例中，这些取样率可以动态地确定以使其在操作中改变。在优选实施例中，同步输入波的划分，以使输出精度最大化和任何失真最小化。

现在回到图1，振幅和相位特性随后被通过各自的路径发送。输入波的振幅特性通过转换器13沿着路径a^m被转换为数字脉冲，该数字脉冲包括量化为具有最高有效位(MSB)至最低有效位(LSB)的比特B₀至B_n-1的数字码。该数字码在不同的实施例中可以为不同的长度。通常，码越长，则输入波的再现的精确度也越大。数字码以将在下文中进一步描述的方式提供用于衰减和/或放大的控制。当然，如下所述，在其他实施例中，可以使用不同构成的数字码，以及其他类型的振幅或其他波形特性的导数和/或规定。

随后，转换器13分离这些比特(其中每一比特是一个时域的方波形)至独立的路径0至N-1。每个比特输入低通滤波器库30，该低通滤波器库30包括滤波器F₀至F_n-1。滤波器F₀至F_n-1的脉冲响应分别在h(t)₀至h(t)_N-1，这个将在下文中描述。

在图1的实施例中，示出了从转换器13引出的七个控制元件线路21a-g。在优选实施例中，根据码的分辨率来确定这些控制元件线路的数目。在该优选实施例中，码具有七比特分辨率。应该注意在图1中为了容易表示，控制元件线路被合并为一引入到控制元件22a-g的单个路径a^m。然而，在该实施例中，以及如在下文中将进一步描述的，控制元件线路没有合并并且分别引入控制元件。

相位特性沿着路径a^p传播。这里相位特性通过数字至模拟转换器18和合成器20(在特定的优选实施例中，合成器20是一压控振荡器)被调制为波。合成器20提供电压一输出波，该输出波包括相位信息。该输出波具有恒定的包络，即，去没有振幅变化，还具有原始输入波的相位特性，并且通过驱动器24，和每个驱动器线路a^p1-a^p7。随后，已经在驱动器线路中被分离的波流入电流源25a-25g，并且将用于电位驱动电流源25a-25g，如下文所述。在其他实施例中，可以使用其他波形特性——即，除相位特性之外的特性——的其他源。

应该注意，在本实施例中，晶体管可以用作电流源25a-25g。此外，在其他实施例中，一个或多个被适当地分段的晶体管也可以用作电流源25a-25g。该电流源25a-25g不能工作在饱和状态。否则，电流源将停止作为电流源工作并且变为电压源，该电压源将干扰结合源的期望的电流。

路径am(包括如上所述的控制元件线路21a-g)在控制元件22a-g处结束。在特定的优选实施例中，存在开关晶体管，并且最好为电流源，如下文所述，虽然在其他的实施例中，可以使用其他波形特性的其他源，也可以使用其他调节方案。控制元件22a-g被从振幅分量输出的数字码的比特切换，并且又从振幅分量输出的数字码调节。如果比特是“1”或“高”，则相应控制元件被导通，并且电流沿着偏置控制线路23a-g从那个控制元件向适合的电流源25a-g流动。如上所述，数字码的长度是可以改变的，所以控制元件、控制元件线路、驱动线路、偏置控制线路、电流源、比特等的数目可以根据不同的实施例而不同。此外，在不同的实施例中，不需要在数字码分辨率、元件、线路和电流源中的一一对应。

如果控制元件导通，则电流源25a-g从控制元件接收电流，并且因此根据该元件调节每个电流源。在特定的优选实施例中，适合的控制元件向电流源提供偏置电流，如下文所述，因此控制元件可以被称为偏置控制电路，并且多个控制元件称作偏置网络。在一些实施例中，如果需要，可能希望使用开关网络静态地或动态地分派一个或多个偏置控制电流给一个或多个电流源。

现在回到图1的实施例，每个电流源均用作电势电流源，并且可以产生电流，该电流被分别输出给电流源线路26a-g。每个电流源可以作为或不作为电流源，所以可以产生或不产生电流，这是因为它是经由调节控制元件的适合的数字码值调节的。任何电流源的激活和从电流源的电流的产生均取决于来自调节适合的控制元件的振幅分量的数字表示的适合的比特的值。

应该注意，如这里所述，在优选实施例中电流源不是一个或多个放大器，相反多个电流源起一个放大器的作用。当然，放大和/或衰减可以在优选实施例中作为其他实施例的功能被考虑，并且这样放大器和/或衰减器可以被认为是放大和/或衰减的电气元件或系统。

组合电流，即从电流源25a-g输出的任何电流的和，是电流源的输出。因此，该实施例可以作为衰减器和/或放大器。电流源之间不一定需要另外的电路或元件来组合来自每一电流源的电流，并因此提供有用的输出电流。因此，从线27输出的组合电流，表示为b，可按需要用作例如放大器、衰减器，以驱动负载等。

在优选实施例中，电流源的电流输出和大小是可变的。这对由这些电流源供应的电流提供了各种权重。例如，在一个优选实施例中，第一电流源是下一电流源大小的两倍，该下一电流源依次是其下一电流源的大小的二倍，并且这样直到最终的电流源。电流源的数目可以与数字控制码的比特数匹配，以使最大电流源由振幅码的MSB控制，码的下一个比特控制第二大电流源等等，直到被发送给最小电流源的LSB。当然，如上所述，其他实施例可具有一种不同的匹配比特与电流源的模式，包括使用开关网络。此外，在特定的优选实施例中，提供相同大小的复制电流源，以及不同大小的电流源。在其他实施例中，也提供其他波形特性给其他电流源以调节那些源。

为了获得优选实施例的传输函数h(t)，使用如下分析。应该注意，在本发明的不同实施例中，按需要该分析和相似的分析可以被用于导出其他传输函数。

来自晶体管25的输出信号s_out可以被表示为：

    (a)           s_out(t)＝As(t)s(t)表示输入信号，并且A是放大器的增益。因为s_out包括输入信号s_i(t)的组合，其中i＝1……N，并且因为每个输入信号向输出信号提供不同的值或权重，如上所述，则输出信号也可以表示为

$\left(b\right)---s_{\mathrm{out}}\left(t\right)=A\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{W}_i{s}_i\left(t\right)$

其中W_i表示给予每个信号s_i(t)的权重，以使所有信号的加权和等于s(t)。

如果从公式(b)中去掉增益，则s(t)可以表示为：

$\left(c\right)---s\left(t\right)=\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{W}_i{s}_i\left(t\right)$

注意，如上所述，如果每个分段(segment)如上述优选实施例中所述为其相邻分段大小的两倍，则权重可以定义为：

    (d)             Wi＝2^i-1

当然，在其他实施例中，如果分段被给予不同的加权，则W_i的值也相应变化。因为如果用(d)中的W_i的值代入(c)中，则信号s_i(t)-如上所述-为与信号s(t)的N比特量化表示相对应的时域方波波形，输入信号可以表示为：

$\left(e\right)---s\left(t\right)=\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{2}^i{s}_i\left(t\right)$

s₁(t)是LSB，并且s_N(t)为MSB。

输出信号也可以被表示为极坐标方式：

如果等式(c)和(f)被合并，则：

因为在输出信号中的噪声可以被理解为振幅特性和相位特性中的噪声函数，所以输出信号中的噪声层(floor)可以通过卷积(convolve)振幅特性s(t)中的噪声层和相位特性θ(t)中的噪声层而获得。因此，为了减少合成RF信号中的噪声层，在s(t)和θ(t)中的噪声层可以被减少。在这里的优选实施例中，仅信号s(t)被滤波，如上所述，然而在其他实施例中，振幅特性s(t)和相位特性θ(t)中的一个或两个均可以被滤波或换言之被修正。

用于滤波s(t)的适合的值通过首先获得在s_out中的期望的噪声层而获得。在这个范围内，合成滤波信号s_out可以表示如下：

然后，可能将等式(g)代入等式(h)，得：

从而，可以看出每个分段可以被滤波以获得输出信号的滤波。

一旦获得，其他实施例可以以除了滤波以外的其他方式执行h(t)值。例如，在其他实施例中，h(t)可以通过h(t)的部分值求和被执行。在一个优选实施例中，具有多个图1中所示的诸如晶体管25的晶体管分段，每个分段可以通过相应地修改每个分段的反应速度而将h(t)的部分值结合到输入信号s(t)₁-s(t)_n。通过更慢地对激励做出反应，任何给定的分段将有效地模拟具有h(t)的部分值的滤波器。随后，分段的组合输出等于h(t)的部分值或h(t)。

如其他实施例，要求使用h(t)值滤波的数字化的波可以在沿着波在多个位置上使用适合的期望的h(t)值的部分值被滤波。即，可能在波形线路上存在连续的滤波器，或波可能被分割到多个线路，每个线路分别被滤波。

通过h(t)的部分值的h(t)的应用是通过被求和到输出信号的多个信号。这样，在多个加权信号被求和到输出信号之前沿着任意这些加权信号，按希望应用h(t)的部分值。这样例如，如果波被分为一个或多个特性，和/或被以其他方式划分，再次使用期望的h(t)值的部分值以获得等于期望的h(t)的和，h(t)也可以被应用于这些特性和/或划分上。

任何h(t)的部分值可以按希望被导出和使用。这样，结合不同的加权信号和相等的值，不等的h(t)的部分值可以按希望被获得和使用。

图2是在本发明的优选实施例中可以获得的远端噪声减少的图表描述。图2示出的例子是利用本发明的优选实施例的7比特数字分段放大器产生的。在该实施例中具有导出的h(t)值的噪声减少滤波器是10MHz带宽的第4阶巴氏(Butterworth)响应曲线。在该例子中，CDMA2000信号作为电磁输入信号使用。从图2可以看出，噪声层电平在滤波后的信号中被削减。

图3是示出表示电磁信号a^m的振幅分量的数字码的比特的时域波形的一系列屏幕显示(screenshot)。如图3所示，本优选实施例对h(t)滤波器的使用柔和了原始比特方波的边缘，即，其减慢了从一个状态向下一个状态的变换。这样依次削减了比特中的量化噪声对重构IQ信号的远端噪声层的影响。

因为使得相对大的频谱范围内的线性放大和/或衰减成为可能，所以优选实施例的使用可以提供一种在相关发送器中的宽带振幅修改的能力。因此，实施例可以被用于蜂窝电话和其他发送器，如此处所描述。此外，沿着优选实施例的相位路径的相对低的输入电容为最小化匹配需求。

有利地，因为线性传输不依靠放大器的线性，而是仅依赖于施加在负载上的电流的线性，所以本发明的实施例可以提高普通功率放大的效率。因此，每个电流源可以被偏置为非线性电流源，如B或C类，以使效率最大化。因为对于不可用的电流源存在很小或没有静态电流消耗，所以可以进一步提高效率。

在上述实施例中，因为输出电流主要是依赖于信号驱动电平，所以可以容易地获得功率控制。例如，利用可变增益放大器或衰减器增加或减少信号驱动电平引起相应的输出电流的增加或减少。此外，驱动控制器的偏置的增加和减少也会引起输出电流的相应增加或减少。应该注意任何增加当然都是不确定的，但是将达到由晶体管的分段(segmentation)施加的限值。

应该理解，任何适合的电流源类型，例如其他晶体管分段和/或形式和其他设备或方法，均可以按需要与本发明的任何实施例一起使用。

系统结构的不同类型可以用于构建本发明的实施例。因此，本领域的技术人员将理解本发明的实施例或不同元件和/或其特征可以完全地由硬件、软件或硬件和软件的组合构成。如果需要可以在半导体设备(如集成电路或专用集成电路构成)上提供各个实施例或各个元件；一些例子包括硅(Si)，锗化硅(SiGe)或砷化镓(GaAs)基底。

不同的实施例可以提供预期的精度级。例如，数字码的长度可以在不同的实施例中增长或减短，因此提供更多或更少的波的数字化精度。如其他例子，控制元件、晶体管分段等的数目也可以根据要求不同。此外，在不同的实施例中，如果需要，可以使用非线性分量，尽管在有些实施例中，在信号被数字化后在振幅路径上最好使用非线性分量。

不同的实施例可以使用完全地硬件实施例或软件和硬件结合的实施例的形式。因此，在图中的单个块和块的组合支持用于执行特殊功能的器件的组合和用于执行特殊功能的步骤的组合。如本领域的技术人员所知的，图中每个块和图中每个块的组合可以以许多不同的方式实现。

尽管本发明是参照其示例实施例来描述的，但是本领域的技术人员应该理解，还存在其他的优点和修改。因此，在其更宽的方面，本发明并不局限于这里讨论的具体细节。在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对其进行各种修改。此外，优选实施例可以包括专门用于特定输入信号、载波和输出信号的设备和/或方法和/或产品，即，实施例可以被用于不同的RF、微处理器、微控制器和/或计算机器件，即如CDMA、CDMA2000、W-CDMA、GSM、TDMA的蜂窝电话和其他有线和无线器件，即蓝牙、802.11a，-b，-g、雷达、1xRTT、双向无线电、GPRS、计算机和计算机通信器件、PDA和其他手持器件等。因此，本发明不局限于这里讨论的特定示例实施例，本发明应该被理解为包含在所附的权利要求及其等价体的所有精神和范围内。

Claims (19)

1.一种使用传输函数的方法，包括：获得一个或多个加权信号；

对于所述加权信号的和识别预期的传输函数；以及

将所述传输函数的加权值应用于所述每个加权信号。

2.一种使用传输函数的方法包括：

获得一个或多个加权信号；

将所述一个或多个加权信号的每个变换为第一和第二极坐标；

对于所述加权信号的第一和第二极坐标的和识别预期的传输函数；以及

将所述的传输函数的加权值应用于所述加权信号的所述第一和第二极坐标的每个。

3.一种使用传输函数的方法包括：

确定预期的输出波参数；

分割输入波的振幅特性和相位特性；

从预期的输出波参数中导出所述传输函数；以及

将所述传输函数应用于所述波的所述振幅特性。

4.如权利要求3的方法，其中所述振幅特性和所述相位特性被合并以产生输出波。

5.如权利要求3的方法，其中确定预期的输出波参数还包括确定输出信号噪声参数。

6.如权利要求5的方法，其中从所述预期的输出波参数中导出所述传输函数还包括导出用于滤波器的脉冲响应。

7.如权利要求6的方法，其中将所述传输函数应用于所述波的所述振幅特性还包括通过滤波器将所述脉冲响应用于所述振幅特性。

8.如权利要求7的方法，其中所述滤波器是低通滤波器。

9.如权利要求7的方法，其中所述滤波器是第四阶巴氏滤波器。

10.一种使用传输函数的设备，包括：

获得一个或多个加权信号的装置；

对于所述加权信号的和识别预期的传输函数的装置；以及

将所述传输函数的加权值应用于所述每个加权信号的装置。

11.一种使用传输函数的设备，包括：

获得一个或多个加权信号的装置；

将所述一个或多个加权的信号的每个变换为第一和第二极坐标的装置；

对于所述加权信号的第一和第二极坐标的和识别预期的传输函数的装置；以及

将所述的传输函数的加权值应用于所述加权信号的所述第一和第二极坐标的每个的装置。

12.一种使用传输函数的设备，包括：

确定预期的输出波参数的装置；

分割输入波的振幅特性和相位特性的装置；

从预期的输出波参数中导出所述传输函数的装置；以及

将所述传输函数应用于波的所述振幅特性的装置。

13.如权利要求12的设备，其中所述振幅特性和所述相位特性被合并以产生输出波。

14.如权利要求12的设备，其中所述用于确定预期的输出波参数的装置还包括用于确定输出信号噪声参数的装置。

15.如权利要求14的设备，其中所述用于从所述预期的输出波参数中导出所述传输函数的装置还包括导出用于滤波器的脉冲响应。

16.如权利要求15的设备，其中将所述传输函数应用于所述波的所述振幅特性还包括通过滤波器将所述脉冲响应用于所述振幅特性。

17.如权利要求16的设备，其中所述滤波器为低通滤波器。

18.如权利要求16的设备，其中所述滤波器为第四阶巴氏滤波器。

19.一种用于电磁信号处理中的噪声削减的产品，包括传输函数，在多个滤波器中实现，借此所述滤波器接收一系列加权信号并且对所述一系列加权信号执行所述传输函数。

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