DE60035036T2

DE60035036T2 - Verfahren und vorrichtung zur spitzenbegrenzung in einem modulator

Info

Publication number: DE60035036T2
Application number: DE60035036T
Authority: DE
Inventors: James Wesley Irving MCCOY
Original assignee: Motorola Inc
Current assignee: Motorola Mobility LLC
Priority date: 1999-04-14
Filing date: 2000-03-28
Publication date: 2008-01-31
Anticipated expiration: 2020-03-29
Also published as: WO2000062452A1; AU4178400A; EP1173942A4; CN1347600A; US6147984A; EP1173942A1; DE60035036D1; EP1173942B1; CN1144403C

Description

Bereich der Erfindung
Diese Erfindung betrifft im Allgemeinen drahtlose Kommunikationssysteme und insbesondere ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Spitzenbegrenzung in einem Modulator.
Hintergrund der Erfindung
Drahtlose Telekommunikationssysteme sind manchmal in eine Reihe von Zellenbereichen aufgeteilt, die einen Dienstbereich abdecken. Jeder Zellenbereich hat eine sendende Basisstation, die einen Satz von Betriebs-Frequenzen verwendet, der eine Vielzahl von Funkkanälen zur Kommunikation mit mobilen Teilnehmern aufweist. Jeder Kanal repräsentiert ein Informationssignal auf einem bestimmten Frequenzträger oder -band.
In vielen Fällen ist es vorteilhaft, diese Kanäle zu Sendezwecken zu kombinieren. Die Kanäle können alle durch einen Breitband-Signalkombinierer in ein Multi-Unterkanalsignal bei niedrigen Leistungspegeln kombiniert und dann von einem einzelnen Linearverstärker (oder seinem Äquivalent, einer Vielzahl von parallel geschalteten Linearverstärkern, die je eine Version mit verringerter Leistung desselben Multi-Unterkanalsignals ver stärken) verstärkt werden, um das Multi-Unterkanalsignal auf einen geeigneten Sendeleistungspegel zu erhöhen.
Bei der Spitzen- zu Mittelwertverhältniskompression handelt es sich um ein Verfahren zur Verbesserung von Durchschnittsleistungspegeln von einem Sender, der begrenzte Spitzenleistungsfähigkeiten aufweist. Üblicherweise wurde dies mit adaptiver Verstärkungsregelung und Amplitudenbegrenzung (clipping) erreicht. Diese Verfahren erzeugen Frequenzbereichsstöremissionen und erhöhen die Rauschuntergrenze des übertragenen Signals. Des Weiteren sind solche Verfahren nicht besonders nützlich für amplitudenmodulierte Signale, die einen hohen Linearitätsgrad benötigen.
Ferner können unterschiedliche Arten von Signalen ein unterschiedliches Maß an Verzerrungen und somit unterschiedliche Kompressionsausmaße tolerieren. Verfahren nach dem Stand der Technik haben nicht versucht, Symbole auf Mehrfach-Unterkanälen einschließlich leeren Unterkanälen, auf eine geregelte, individualisierte Art und Weise zuzuschneiden, um das Spitzen-zu-Durchschnittsleistungsverhältnis zu verbessern.
US 5862 457 beschreibt ein System zur Modifizierung der Phase eines Basisbandsignals zur Verringerung von der Spitzenleistung am Eingang eines Verstärkers.
EP 0 735 731 beschreibt einen Mehrfachträger-Modulator zur Verringerung der Spitzenleistung durch Steuern der Polarität eines gemultiplexten Signals.
Somit ist klar erkennbar, dass ein Bedarf nach einem verbesserten Verfahren und einer verbesserten Vorrichtung zur Spitzenbegrenzung in einem Modulator vorhanden ist. Vorzugsweise werden das Verfahren und die Vorrichtung die Steuerung der Kompression gemäß der Art der gesendeten Informationen ermöglichen und Symbole auf Mehrfach-Unterkanälen, einschließlich leeren Unterkanä len, auf eine geregelte, individualisierte Weise zuschneiden, um das Spitzen-zu-Durchschnittsleistungsverhältnis zu verbessern.
Zusammenfassung der Erfindung
Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Spitzenbegrenzung in einem Modulator, der ein frequenzgemultiplextes zusammengesetztes Signal einschließlich einer Vielzahl von Symbolen erzeugt. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte: Definieren einer Signalvorlage, die eine Vielzahl von Symboltyp-Anpassungsfaktoren für eine entsprechende Vielzahl von Symboltypen festlegt, und Lokalisieren, in dem frequenzgemultiplexten zusammengesetzten Signal, eines Teils des frequenzgemultiplexten zusammengesetzten Signals, dessen Amplitude einen vorher festgelegten Schwellenwert um einen Amplitudenüberschuss übersteigt. Das Verfahren umfasst des Weiteren die folgenden Schritte: Aufzeichnen des Amplitudenüberschusses, eines Phasenwinkels und eines Zeitpunkts des Teils; und Bestimmen eines Eingangssymbols, das dem Zeitpunkt entspricht, wobei das Eingangssymbol ein Symboltyp ist. Das Verfahren umfasst außerdem den Schritt der Anpassung des Symbols gemäß einem aus der Vielzahl von Symboltyp-Anpassungsfaktoren, die dem Symboltyp entsprechen, und des Weiteren gemäß dem Amplitudenüberschuss und dem Phasenwinkel, wodurch die Amplitude unter den vorher festgelegten Schwellenwert gebracht wird.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Spitzenbegrenzer zur Spitzenbegrenzung in einem Modulator, der aus Eingangssymbolen ein frequenzgemultiplextes zusammengesetztes Signal, das eine Vielzahl von Symbolen enthält, erzeugt. Der Spitzenbegrenzer weist ein Verarbeitungssystem auf, das mit dem frequenzgemultiplexten zusammengesetzten Signal gekoppelt ist, um das Eingangssymbol zur Spitzenbegrenzung des frequenzgemultiplexten zusammengesetzten Signals zu verarbeiten. Das Verarbeitungssystem ist zum Definieren einer Signalvorlage, die eine Vielzahl von Symboltyp-Anpassungsfaktoren für eine entsprechende Vielzahl von Symboltypen festlegt, und zum Lokalisieren, in dem frequenzgemultiplexten zusammengesetzten Signal, eines Teils des frequenzgemultiplexten zusammengesetzen Signals, dessen Amplitude einen vorher festgelegten Schwellenwert um einen Amplitudenüberschuss übersteigt, programmiert. Das Verarbeitungssystem ist des Weiteren zum Aufzeichnen von Kennwerten einschließlich des Amplitudenüberschusses, einem Phasenwinkel und einem Zeitpunkt des Teils, und zum Bestimmen eines Eingangssymbols, das dem Zeitpunkt entspricht, programmiert, wobei das Eingangssymbol ein Symboltyp ist, der in der Vielzahl von Symboltypen enthalten ist. Das Verarbeitungssystem ist außerdem zum Anpassen des Eingangssymbols gemäß einem aus der Vielzahl von Symboltyp-Anpassungsfaktoren, die dem Symboltyp entsprechen, sowie des Weiteren gemäß dem Amplitudenüberschuss und dem Phasenwinkel, programmiert, wodurch die Amplitude unter den vorher festgelegten Schwellenwert gebracht wird.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Sender zur Erzeugung eines verstärkten Funkfrequenzsignals. Der Sender umfasst einen Modulator zur Erzeugung eines frequenzgemultiplexten zusammengesetzen Signals einschließlich einer Vielzahl von Symbolen aus Eingangssymbolen, sowie einen Aufwärtskonverter, der mit dem Modulator gekoppelt ist, um das frequenzgemultiplexte zusammengesetzte Signal zur Erzeugung eines Funkfrequenzsignals aufwärts zu konvertieren. Der Sender umfasst des Weiteren einen Leistungsverstärker, der mit dem Aufwärtskonverter gekoppelt ist, um das Funkfrequenzsignal zur Erzeugung des verstärkten Funkfrequenzsignals zu verstärken. Der Modulator umfasst einen Spitzenbegrenzer, der ein Verarbeitungssystem aufweist, das mit dem frequenzgemultiplexten zusammengesetzten Signal gekoppelt ist, um die Eingangssymbole zur Spitzenbegrenzung des frequenzgemultiplexten zusammengesetzten Signals zu verarbeiten. Das Verarbeitungssystem ist zum Definieren einer Signalvorlage, die eine Vielzahl von Symboltyp-Anpassungsfaktoren für eine entsprechende Vielzahl von Symboltypen festlegt, und zum Lokalisieren, in dem frequenzgemultiplexten zusammengesetzten Signal, eines Teils des frequenzgemultiplexten zusammengesetzen Signals, dessen Amplitude einen vorher festgelegten Schwellen wert um einen Amplitudenüberschuss übersteigt, programmiert. Das Verarbeitungssystem ist des Weiteren zum Aufzeichnen von Kennwerten einschließlich des Amplitudenüberschusses, einem Phasenwinkel und einem Zeitpunkt des Teils, und zum Bestimmen eines Eingangssymbols, das dem Zeitpunkt entspricht, programmiert, wobei das Eingangssymbol ein Symboltyp ist, der in der Vielzahl von Symboltypen enthalten ist. Das Verarbeitungssystem ist außerdem zum Anpassen des Eingangssymbols gemäß einem aus der Vielzahl von Symboltyp-Anpassungsfaktoren, die dem Symboltyp entsprechen, sowie des Weiteren gemäß dem Amplitudenüberschuss und dem Phasenwinkel, programmiert, wodurch. die Amplitude unter den vorher festgelegten Schwellenwert gebracht wird.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1 ist ein elektrisches Blockdiagramm eines beispielhaften Senders gemäß der vorliegenden Erfindung;
2 ist ein elektrisches Blockdiagramm, das ein Spitzenbegrenzungsverfahren gemäß dem Stand der Technik darstellt;
3 ist ein elektrisches Blockdiagramm, das ein Spitzenbegrenzungsverfahren gemäß der vorliegendenden Erfindung darstellt;
4 ist ein Ablaufdiagramm, das einen Signalfluss eines beispielhaften Spitzenbegrenzers gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt;
5 ist ein Zeitablaufdiagramm, das den Betrieb des beispielhaften Spitzenbegrenzers gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt;
6 ist ein beispielhaftes Vorgabediagramm, das eine zulässige Verzerrung als eine Funktion der Zeit und des Kanals gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt;
7 ist ein Diagramm, das eine Verarbeitungsarchitektur eines Modulators und des beispielhaften Spitzenbegrenzers gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt; und
8 ist ein Ablaufdiagramm, das den Betrieb des beispielhaftten Spitzenbegrenzers gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
1 ist ein elektrisches Blockdiagramm eines beispielhaften Senders 100 zur Erzeugung eines verstärkten Funkfrequenzsignals gemäß der vorliegenden Erfindung. Der Sender 100 umfasst einen Modulator 102 zur Erzeugung, aus an einem Eingang 104 empfangenen Eingangsssymbolen, eines frequenzgemultiplexten zusammengesetzten Signals, das eine Vielzahl von Symbolen beinhaltet. Der Begriff "Symbole", wie er hier verwendet wird, soll sowohl Datensymbole als auch Abtastwerte eines analogen Signals, wie beispielsweise Abtastwerte eines Audio- oder Videosignals umfassen. Der Modulator 102 ist mit einem herkömmlichen Aufwärtskonverter 112 gekoppelt, um das frequenzgemultiplexte zusammengesetzte Signal zur Erzeugung eines Funkfrequenzsignals aufwärts zu konvertieren. Der Aufwärtskonverter 112 ist mit einem herkömmlichen Leistungsverstärker 114 zur Verstärkung des Funkfrequenzsignals gekoppelt, um das verstärkte Funkfrequenzsignals zu erzeugen. Die Teile des Modulators 102, die das frequenzgemultiplexte zusammengesetzte Signal aus den Eingangssymbolen erzeugen, ähneln vorzugsweise der in der am 22. Oktober 1998 von McCoy eingereichten US-Patentanmeldung 09/176,781 mit dem Titel "Apparatus for performing a non-integer sampling rate change in a multichannel polyphase filter" offenbarten Modulationseinheit.
Der Modulator 102 umfasst einen Spitzenbegrenzer 106 gemäß der vorliegenden Erfindung. Der Spitzenbegrenzer 106 umfasst ein Verarbeitungssystem 108, das mit dem frequenzgemultiplexten zusammengesetzten Signal gekoppelt ist und Zugriff auf einen Speicher (nicht dargestellt) hat, der die Eingangssymbole aufweist, um die Eingangssymbole zur Spitzenbegrenzung des frequenzgemultiplexten Signals zu verarbeiten. Das Verarbeitungssystem 108 ist vorzugsweise ein digitaler Signalprozessor des DSP56800-Modells, der von Motorola, Inc. aus Schaumburg, Illinois hergestellt wird, und führt von Personen mit durchschnittlichen Kenntnissen in der Technik geschriebene Software je nach den Lehren der augenblicklichen Offenbarung ohne weiteres aus.
Man kann klar erkennen, dass alternativ andere ähnliche DSPs anstatt des DSP56800 verwendet werden können. Man kann des Weiteren klar erkennen, dass alternativ ein Teil des oder das gesamte Verarbeitungssystem 108 in Hardware anstatt durch die Softwareprogrammierung eines DSP umgesetzt werden kann. Des Weiteren kann man klar erkennen, dass in einer Ausführungsform das Verarbeitungssystem 108 all die von dem Modulator 102 benötigten Verarbeitungsfunktionen zusätzlich zu den Spitzenbegrenzungsfunktionen ausführt. Der Betrieb des Verarbeitungssystems 108 gemäß der vorliegenden Erfindung wird weiter unten detaillierter beschrieben werden.
2 ist ein elektrisches Blockdiagramm, das ein Spitzenbegrenzungsverfahren nach dem Stand der Technik darstellt. In dem Verfahren nach dem Stand der Technik moduliert ein Modulationselement 202 nicht modulierte Symbole, um ein zusammengesetztes moduliertes Signal zu erzeugen. Das modulierte Signal wird an ein Spitzenverarbeitungselement 204 gekoppelt, das Anpassungen in einem Summierer 206 vornimmt, um die Spitzen des modulierten Signals zu begrenzen, wodurch unkontrollierte Störungen in dem Ausgangssignal verursacht werden.
3 ist ein elektrisches Blockdiagramm, das ein Spitzenbegrenzungsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt. Hier werden nicht modulierte Signale in einem Summierer 302 durch berechnete Anpassungen, die von einem Spitzenverarbeitungselement 306 bestimmt werden, angepasst. Da die Anpassung vor der Modulation durch ein Modulationselement 304 stattfindet, wird gemäß der vorliegenden Erfindung das Ausmaß und die Position der in das Ausgangssignal eingeführten Frequenzstörungen vorteilhafterweise innerhalb gewünschter Grenzen gesteuert, wie nachfolgend ausführlich erklärt werden wird.
Die Funktionalität des Spitzenbegrenzers 106 kann in Rechen- und Steuerungskomponenten aufgeteilt werden. Die Rechenkomponenten umfassen den Kernmodulator und die Symbolanpassungsberechnung.
Die Steuerungskomponenten umfassen die Iteration und den Zeitabgleich des Algorithmus.
4 ist ein Ablaufdiagramm, das den Signalfluss eines beispielhaften Spitzenbegrenzers gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt. Kurz gesagt, berechnet das Verarbeitungssystem 108 Abtastwerte des frequenzgemultiplexten zusammengesetzten Signals am Ausgang des Modulators 102, bis es einen Abtastwert findet, der einen vorher festgelegten Schwellenwert übersteigt. Ansprechend darauf aktiviert das Verarbeitungssystem 108 ein "Fenster" von vorher festgelegter Länge, innerhalb welchem es die Berechnung zusätzlicher Abtastwerte des frequenzgemultiplexten zusammengesetzten Signals und den Vergleich von diesen mit dem Schwellenwert fortsetzt. Für jeden Abtastwert, der oberhalb des Schwellenwertes liegt, berechnet das Verarbeitungssystem 108 vorzugsweise Anpassungen der Eingangssignale, die zu der Spitze in dem frequenzgemultiplexten zusammengesetzten Signal beitragen, wobei die Anpassungen eine kohärente Verringerung der Amplitude der Spitze bilden. Wenn das Ende des Fensters erreicht ist, wiederholt das Verarbeitungssystem den gerade beschriebenen Vorgang, beginnend an einer vorher festgelegten Anzahl früher als die Position des ersten Abtastwertes, der den Schwellenwert überschritten hat. Der Vorgang geht vorzugsweise weiter, bis keine weiteren Spitzen oberhalb des Schwellenwertes gefunden werden.
Etwas detaillierter beginnt das Ablaufdiagramm von 4 mit einem Initialisierungsschritt 402, in dem ein Abtastwertindex t zur Vorbereitung der Berechnung des ersten Ausgangsdatenabtastwerts auf START_TIME eingestellt wird: WINDOW_END wird auf 0 eingestellt; und WINDOW_ACTIVE wird auf NO eingestellt. Dann erhöht das Verarbeitungssystem 108 in Schritt 404 den Abtastwertindex t. In Schritt 406 überprüft das Verarbeitungssystem 108, ob t gleich WINDOW_END ist. Wenn dies nicht der Fall ist, berechnet das Verarbeitungssystem in Schritt 408 einen Ausgangsabtastwert. Dann überprüft das Verarbeitungssystem in Schritt 410, ob der berechnete Ausgangsabtastwert den vorher festgelegten Schwellenwert überschreitet. Wenn dies nicht der Fall ist, kehrt das Verarbeitungssystem 108 zu Schritt 404 zurück, um weiter nach einer Spitze oberhalb des Schwellenwertes zu suchen. Wenn andererseits das Verarbeitungssystem 108 in Schritt 410 herausfindet, dass der berechnete Ausgangsabtastwert oberhalb des Schwellenwertes ist, dann überprüft das Verarbeitungssystem 108 in Schritt 412, ob WINDOW_ACTIVE auf YES oder NO eingestellt ist. Wenn es auf NO eingestellt ist, dann stellt das Verarbeitungssystem 108 WINDOW_ACTIVE auf YES ein und stellt WINDOW_END auf t+LOOK_AHEAD ein, wobei LOOK_AHEAD ein vorher festgelegter Wert ist, der die Länge des Fensters, nachdem der Abtastwert gefunden wurde, der die erste Spitze oberhalb des Schwellenwertes repräsentiert, steuert. Der Ablauf geht dann weiter zu Schritt 416, um die Anpassungen (wie hier nachfolgend beschrieben) für alle Eingangssymbole, die zu der Spitze beitragen, zu berechnen, d.h., die Eingangssymbole, die von der Zeit her ausreichend nah an der Spitze sind, um die Spitze zu beeinflussen, beispielsweise Symbole innerhalb von ± 3 Symbolperioden der Spitze auf allen Unterkanälen. Wenn bei Schritt 412 das Ergebnis andererseits YES ist, geht der Ablauf unmittelbar bei Schritt 416 weiter, um die Anpassungen zu berechnen. In jedem Fall geht der Ablauf dann zu Schritt 404 weiter, um nach dem nächsten Ausgangswert oberhalb des Schwellenwertes zu suchen.
Wenn der Vorgang lange genug fortgeführt wurde, damit t gleich WINDOW_END ist, geht der Ablauf bei Schritt 406 weiter zu Schritt 418, wo t auf (t – WINDOW_LENGTH) zurückgesetzt wird, WINDOW_ACTIVE auf NO und WINDOW_END auf 0 eingestellt wird. Der Ablauf geht dann weiter zu Schritt 408, um einen weiteren Ausgangsabtastwert zu berechnen. Bevorzugterweise ist der vorher festgelegte Wert WINDOW_LENGTH um eine vorher festgelegte Anzahl von Symbolen größer als LOOK_AHEAD. Dies stellt sicher, dass das nächste Fenster vor der zuvor lokalisierten ersten Spitze beginnen wird, da manche Symbole direkt vor der ersten Spitze in dem Vorgang der Verringerung der ersten Spitze eventuell angepasst wurden, und in ihrer Nähe neue Spitzen oberhalb des Schwellen wertes erzeugt haben können. Die vorher festgelegte Anzahl von Symbolen ist vorzugsweise gleich
auf die nächste ganze Zahl aufgerundet, wobei N_t die Anzahl der Taps pro Phase des impulsbildenden Filters, R₀ die Ausgangsrate und R_i die Eingangsrate ist.
5 ist ein Zeitablaufdiagramm, das den Betrieb des beispielhaften Spitzenbegrenzers gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt. Das Zeitablaufdiagramm hilft dabei, zu verstehen, was während des Ablaufdiagramms von 4 passiert. Das Zeitablaufdiagramm stellt das von dem Modulator 102 erzeugte frequenzgemultiplexte zusammengesetzte Signal 502 und den vorher festgelegten Amplitudenbegrenzungsschwellenwert dar. Es sollte angemerkt werden, dass das Fenster aktiv 506 wird, wenn das frequenzgemultiplexte zusammengesetzte Signal 502 den Schwellenwert 504 das erste Mal, nach Beginn einer Suche nach einer Spitze oberhalb des Schwellenwertes 504, überschreitet. Das Verarbeitungssystem 108 führt dann die Suche nach zusätzlichen Zeitpunkten, bei denen das frequenzgemultiplexte zusammengesetzte Signal 502 oberhalb des Schwellenwertes 504 ist, fort, bis das Ende des Fensters erreicht ist. Nachdem das Ende des Fensters erreicht ist, setzt das Verarbeitungssystem 108 den Symbolindex t auf (t- WINDOW_LENGTH) zurück, um sicherzustellen, dass die nächsten berechneten Werte für die Ausgangsabtastwerte all die Eingangssymbole beinhalten, die in der vorherigen Wiederholung bzw. Iteration eventuell angepasst wurden.
Die Spitzenverarbeitung muss in diesem Fall eine minimale Anpassung der Eingangssymbole erzeugen, um eine Spitze zu korrigieren. Ein Spitzendetektor wird zur Lokalisierung der Spitze verwendet, und der Amplitudenüberschuss, der Phasenwinkel und der Zeitpunkt der Spitze werden registriert. Einige oder alle Symbole, die zur Spitze beitragen, werden angepasst, so dass sie zum Zeitpunkt der Spitze zusammenhängend wirken, um die Spitze auf einen gewünschten Pegel zu verringern. Es werden nicht alle Symbole im selben Ausmaß angepasst. Pilotsymbole können um ein Ausmaß bewegt bzw. verschoben werden, das sich von Datensymbolen unterscheidet. Symbole von Konstellationen einer höheren Ordnung werden weniger bewegt bzw. verschoben als Symbole von Konstellationen einer niedrigen Ordnung. Anpassungen können auf stummen Kanälen vorgenommen werden, indem "dummy"-Symbole darauf erzeugt werden. Diese Zeit-Frequenz-Diversität ist in 6 dargestellt, bei der es sich um ein Diagramm einer beispielhaften Signalvorlage 600 handelt, die eine zulässige Verzerrung als Funktion der Zeit und des Kanals gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt. Die Signalvorlagenamplitude ist ein Faktor, der das Ausmaß bestimmt, um das jedes Eingangssymbol auf jedem Unterkanal angepasst werden kann. Das Signalvorlagendiagramm stellt Datensymbolpositionen 602 dar, die um ein größeres Ausmaß als Pilotsymbolpositionen 606 angepasst werden dürfen. Das Signalvorlagediagramm stellt auch leere (d.h., gegenwärtig nicht verwendete) Kanäle 604 dar, die ebenfalls mit der Signalvorlagenamplitude "angepasst" werden können, um Spitzen in den aktiven Datenkanälen zu verringern.
Eines der schönen Ergebnisse der Zeit-Frequenz-Diversität ist, dass der Systemdesigner großen Einfluss auf die Störemissionen (splatter) hat. Der Algorithmus kann so modifiziert werden, dass er keine Störemissionen Folge hat, oder – noch besser – kontrolliertes Ausmaß an Frequenzstörungen in benachbarten Unterkanälen ermöglichen.
7 ist ein Diagramm, das eine Verarbeitungsarchitektur des beispielhaften Spitzenbegrenzers gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt. Der Quadratur-Amplitudenmodulations-(QAM)-stufeneingang 702 legt die QAM-Stufe und den Symboltyp (4 QAM, 16 QAM, Pilotsymbol, Daten, Stille usw.) jedes Unterkanals und die Symbolposition an dem Vorlagenerzeuger 704 fest, so dass die Vorlage von 6 erstellt werden kann. Eine inverse schnelle Fourier-Transformation (IFFT – Inverse Fast Fourier Transforma tion) 706 wird dann auf die Vorlage angewandt, und die umgewandelten Werte werden in einem Vorlagenspeicher 720 gespeichert. Ein Fensterelement 718 arbeitet mit einem Spitzendetektor 712, einem Rundschiebe-Register (circular shifter) 710, einem Filterspeicher 716 und dem Vorlagenspeicher 720 zusammen, um die Eingangssymbole in einem Datenspeicher zur Steuerung der Spitzenleistung des Modulators gemäß der nachfolgenden mathematischen Beschreibung anzupassen.
Symbole werden von dem Modulator 102 gemäß der folgenden Gleichung moduliert:
wobei X(n) der n-te Abtastwert des Modulatorausgangs, x_r(s) der s-te Abtastwert der r-ten Filterban, N_s die Anzahl der gespeicherten Phasen der Filterantwort,
die dem m-ten Abtastwert entsprechende Filterphase, und D und I die Minderungsrate bzw. die Interpolationsrate der Filterbank sind.
Die obige Gleichung beschreibt die Dateninkrementgeneration und die Bankauswahloperation, auf die in 7 Bezug genommen wird, vollständig. Die Filterphasengeneration ist wie folgt: φf = (rD + sMD mod(I)) = nmod(I). wobei r der Filterbankindex und M die Gesamtzahl von Filterbänken ist.
Korrekte Anpassungen werden wie folgt durchgeführt. Die Anpassung ist eine Funktion der Vorlage und wird zu den gegenwärtigen Eingangsdaten addiert werden, nachdem die Daten durch die inverse schnelle Fourier-Transformation transformiert wurden.
Nachfolgend ist eine Ableitung der korrekten Anpassungen, zuerst vor der inversen schnellen Fourier-Transformation und dann nach der inversen schnellen Fourier-Transformation, wie sie in der bevorzugten Ausführungsform verwendet werden.
Zuerst wird der Winkel der Anpassung vor der inversen schnellen Fourier-Transformation bestimmt und dann der Wert. Angenommen, eine Spitze wird bei n = n_p erfasst, oberhalb des Spitzenschwellenwertes der Amplitude um einen Amplitudenüberschuss von p mit dem Winkel ϕ_p. Alle Symbole in der Anpassung sollten einen einheitlichen Beitrag in der umgekehrten Richtung der Spitze bei n = n_p erzeugen. Somit ist der Winkel der Anpassung für das m-te Symbol auf dem k-ten Unterkanal:
wobei r_p = n_p mod(M) und entspricht dem Ausgangsbinärindex der Filterbank zum Zeitpunkt der Spitze. Die drei Komponenten des Phasenbeitrags umfassen den Winkel der Spitze, eine 180°-Phasenverschiebung und eine Komponente zur Kompensation für die Unterkanal-Trägerphase zum Zeitpunkt der Spitze.
Die gewünschte Symbolanpassung des m-ten Symbols auf dem k-ten Unterkanal aufgrund dessen, dass eine Spitze den vorher festgelegten Schwellenwert übersteigt, ist durch die folgende Gleichung dargestellt:
wobei w_k(m) der Vorlagenwert auf dem Unterkanal k zur Symbolzeit m und
die Phase des impulsbildenden Filters zum ZeitPunkt der Spitze ist. Die Vorlage ist so bestimmt, dass die Wichtung umgekehrt proportional zur Empfindlichkeit der Art der Modulation für Amplituden- und Phasenfehler ist, aber angepasst werden kann, wenn es notwendig ist, angepasst werden kann, um mit der Anwendung übereinzustimmen. c_l wird verwendet, um die Anpassungen korrekt zu skalieren, und wird wie folgt bestimmt.
Die äquivalente Nach-IFFT-Symbolamplitudenanpassung des m-ten Symbols auf dem k-ten Unterkanal ist:
wobei t_r(m) die inverse schnelle Fourier-Transformation der Vorlage ist, und w_k(m) wie folgt.
Die Vorlage ist keine Funktion der Zeit, Amplitude oder Position der Spitze, sondern wird durch den Typ des angepassten Symbols und den zum Senden des Symbols verwendeten Unterkanal vollständig bestimmt, und verändert sich mit der Zeit sehr langsam. Die Vorlage wird vollständig vor der Erfassung der Spitze definiert. Die Anpassung Δ_k ist die Anpassung, die zu den Nach-IFFT-Daten addiert wird. Das einzige, was übrigbleibt, ist die Bestimmung des Amplitudenfaktors c_t.
Die Amplitude, um welche die die erfasste Spitze den Amplitudenbegrenzungsschwellenwert übersteigt, ist p. Ein vielfacher Multiplikationsfaktor a > 1 wird verwendet, um die Amplitude der Spitze unter den Amplitudenbegrenzungs-(clipping)-Schwellenwert zu senken. Die Faktoren a und p können verwendet werden, um den vielfachen Multiplikationsfaktor c_t der bevorzugten Ausführungsform wie folgt zu bestimmen.
Die Amplitudenauswirkung der Symbolanpassungen zum Zeitpunkt der Spitze wird durch Ersetzen der Nach-IFFT-Anpassungen in der Modulationsgleichung bestimmt,
Schlussendlich ist c_l gegeben durch:
wobei n_p die inverse schnelle Fourier-Transformation der Vorlage w_k(m) ist. Dies definiert die notwendigen Anpassungen für die Nach-IFFT-Eingangssymbole ansprechend auf eine Spitze vollständig.
8 ist ein Ablaufdiagramm, das den Betrieb eines beispielhaften Spitzenbegrenzers gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt. Der Ablauf beginnt damit, dass das Verarbeitungssystem 108 die Vorlage von 6 definiert 802, wobei es vorzugsweise sowohl Symboltyp-Anpassungsfaktoren für eine entsprechende Vielzahl von Symbolarten als auch Unterkanalanpassungsfaktoren für entsprechende Unterkanäle einschließlich leerer Unterkanäle festlegt. Man kann klar erkennen, dass alternativ für den Fall einer Einkanal-Ausführungsform nur Symboltyp-Anpassungsfaktoren gemäß der vorliegenden Erfindung definiert werden.
Als nächstes beginnt das Verarbeitungssystem 108 den in 4 und 5 dargestellten Fensterbetrieb mit der Lokalisierung 804, in dem frequenzgemultiplexten zusammengesetzten Signal, eines Teils des Signals, dessen Amplitude einen vorher festgelegten Schwellenwert, beispielsweise den Amplitudenbegrenzungspegel des Senders 100, um einen Amplitudenüberschuss übersteigt. Das Verarbeitungssystem 108 zeichnet 806 dann den Amplitudenüberschuss, den Phasenwinkel des Amplitudenüberschusses (derselbe wir der Phasenwinkel des Signals) und den Zeitpunkt, beispielsweise den Abtastwerteindex, des Teils auf. Das Verarbeitungssystem 108 bestimmt 808 dann Eingangssignale, die zu dem Amplitudenüberschuss beitragen, der dem Zeitpunkt des Amplitudenüberschusses entspricht, wobei die Eingangssymbole je von einem Symboltyp, beispielsweise 4-QAM, 16-QAM, Pilot, Stille, sind. Das Verarbeitungssystem 108 passt 810 dann jedes der dem Zeitpunkt entsprechenden Eingangssymbole gemäß den Symboltyp-Anpassungsfaktoren und gemäß den Unterkanalanpassungsfaktoren, die dem Unterkanal entsprechen, auf dem das Symbol gesendet werden soll, und des Weiteren gemäß dem Amplitudenüberschuss p und dem Phasenwinkel des Teils des Signals ϕ_p, wie hierbei zuvor beschrieben ist, an.
Das Verarbeitungssystem 108 überprüft dann, ob das Bündel (d.h., die Abtastwerte von dem Punkt, an dem das Fenster aktiv geworden ist, über den "look-ahead"-Bereich) beendet wurde. Wenn nicht, kehrt der Ablauf zu Schritt 804 zurück und sucht nach einer weiteren Spitze. Wenn das Bündel erledigt ist, geht der Ablauf zu Schritt 814, wobei das Verarbeitungssystem 108 den Abtastwerteindex auf (WINDOW_END – WINDOW_LENGTH) einstellt und zu Schritt 804 zurückgeht, um die Verarbeitung der Daten fortzuführen.
Leistungsauswertungen an einer Ausführungsform eines Modulators zur Erzeugung eines PSAQAM-Mehrfach-Unterkanalsignals (PSAQAM – Pilot Symbol Assisted Quadrature Amplitude Modulation) haben gezeigt, dass das Spitze-zu-Durchschnittsleistungsverhältnis vorteilhafterweise von 14 dB (ohne Spitzenbegrenzung) auf ungefähr 3 dB mit einem Spitzenbegrenzer gemäß der vorliegenden Erfindung verringert wird. Die große Verringerung bei dem von der vorliegenden Erfindung bereitgestellten Spitze-zu-Durchschnittsleitungsverhältnis ermöglicht eine erhebliche Verringerung der Senderkosten und -größe und eine stark verbesserte Leistungsverstärkereffizienz.
Somit sollte aus der vorhergehenden Offenbarung klar sein, dass die vorliegende Erfindung vorteilhafterweise ein verbessertes Verfahren und eine verbesserte Vorrichtung zur Spitzenbegrenzung in einem Modulator bereitstellt. Das Verfahren und die Vorrichtung ermöglichen vorteilhafterweise die Steuerung der Spitzenkompression gemäß der Art der gesendeten Informationen und kann Symbole auf Mehrfach-Unterkanälen einschließlich leerer Unterkanäle in einer geregelten, individualisierten Weise zuschneiden, um das Spitze-zu-Durchschnittsleistungsverhältnis zu verbessern, während die Symbolverzerrung auf einem akzeptablen Niveau gehalten wird.
Es sind viele Modifikationen und Variationen der vorliegenden Erfindung im Hinblick auf die vorherigen Lehren möglich. Somit soll klar sein, dass innerhalb des Schutzumfangs der anliegenden Ansprüche die Erfindung anders als hier spezifisch beschrieben umgesetzt werden kann.

Claims

Verfahren zur Spitzenbegrenzung in einem Modulator, der ein frequenzgemultiplextes zusammengesetzes Signal erzeugt, welches eine Vielzahl von Symbolen aufweist, wobei das Verfahren durch die folgenden Schritte gekennzeichnet ist: Definition einer Signalvorlage, die eine Vielzahl von Symboltypanpassungsfaktoren für eine entsprechende Vielzahl von Symboltypen (802) angibt; Lokalisierung, in dem frequenzgemultiplexten zusammengesetzen Signal, eines Abschnitts des frequenzgemultiplexten zusammengesetzen Signals, dessen Amplitude einen vorher festgelegten Schwellenwert durch ein Amplitudenübermaß (804) überschreitet; Aufzeichnung des Amplitudenübermaßes, eines Phasenwinkels und einer Zeit des Abschnitts (806); Feststellung eines der Zeit entsprechenden Eingangssymbols, wobei das Eingangssymbol ein Symboltyp (808) ist; und Anpassung des Eingangssymbols gemäß einem aus der Vielzahl der Symboltypanpassungsfaktoren, der dem in der Signalvorlage definierten Symboltyp entspricht, und des Weiteren gemäß dem Amplitudenübermaß und dem Phasenwinkel, wodurch die Amplitude unter den vorher festgelegten Schwellenwert (810) gebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Definierens den Schritt des weiteren Definierens der Signalvorlage durch Angabe einer Vielzahl von Unterkanalanpassungsfaktoren für eine entsprechende Vielzahl von Unterkanälen aufweist, und dass der Schritt der Anpassung den Schritt der Anpassung einer Vielzahl von Eingangssymbolen, die der Vielzahl von Unter kanälen entsprechen, gemäß der Vielzahl von des Weiteren in der Signalvorlage definierten Unterkanalanpassungsfaktoren umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Definierens den Schritt des weiteren Definierens der Signalvorlage durch Angabe einer Vielzahl von Unterkanalanpassungsfaktoren für eine entsprechende Vielzahl von Unterkanälen aufweist, wobei mindestens einer aus der Vielzahl von Unterkanälen ein leerer Unterkanal ist; und dass das Verfahren des Weiteren den Schritt der Erzeugung eines Symbols auf dem leeren Unterkanal aufweist, um die Amplitude unter den vorher festgelegten Schwellenwert zu bringen.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schritte der Lokalisierung, Aufzeichnung, Feststellung und Anpassung auf einem Abschnitt des frequenzgemultiplexten zusammengesetzes Signals iterativ durchgeführt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schritte der Lokalisierung, Aufzeichnung, Feststellung und Anpassung eine Vielzahl von Malen während eines vorher festgelegten Zeitfensters durchgeführt werden, bevor das Fenster zu einem nächsten Abschnitt des frequenzgemultiplexten zusammengesetzen Signals bewegt wird.
Ein Spitzenbegrenzer (106) zur Spitzenbegrenzung in einem Modulator (102), der aus Eingangssymbolen ein frequenzgemultiplextes zusammengesetzes Signal, dass eine Vielzahl von Symbolen enthält, erzeugt, wobei der Spitzenbegrenzer (106) Folgendes aufweist: ein an das frequenzgemultiplexte zusammengesetzte Signal gekoppeltes Verarbeitungssystem (108) zur Verarbeitung der Eingangssymbole, um das frequenzgemultiplexte zusammengesetzte Signal spitzenzubegrenzen, dadurch gekennzeichnet, dass das Verarbeitungssystem (108) zu Folgendem programmiert ist: Definition einer Signalvorlage, welche eine Vielzahl von Symboltypanpassungsfaktoren für eine entsprechende Vielzahl von Symboltypen (802) angibt; Lokalisierung, in dem frequenzgemultiplexten zusammengesetzten Signal, eines Abschnitts des frequenzgemultiplexten zusammengesetzten Signals, dessen Amplitude einen vorher festgelegten Schwellenwert durch ein Amplitudenübermaß (804) überschreitet; Aufzeichnung von Kenngrößen einschließlich des Amplitudenübermaßes, eines Phasenwinkels, und einer Zeit des Abschnitts (806); Feststellung eines der Zeit entsprechenden Eingangssymbols, wobei das Eingangssymbol ein in der Vielzahl von Symboltypen enthaltener Symboltyp ist; und Anpassung des Eingangssymbols gemäß einem aus der Vielzahl von Symboltypanpassungsfaktoren, der dem in der Signalvorlage definierten Symbol entspricht, und des Weiteren gemäß dem Amplitudenübermaß und dem Phasenwinkel, wodurch die Amplitude unter den vorher festgelegten Schwellenwert (810) gebracht wird.
Spitzenbegrenzer (106) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Verarbeitungssystem (108) des Weiteren zu Folgendem programmiert ist: weitere Definition der Signalvorlage durch Angabe einer Vielzahl von Unterkanalanpassungsfaktoren für eine entsprechende Vielzahl von Unterkanälen; und Anpassung einer Vielzahl von Eingangssignalen, die der Vielzahl von Unterkanälen entsprechen, gemäß der Vielzahl von des Weiteren in der Signalvorlage definierten Unterkanalanpassungsfaktoren.
Spitzenbegrenzer (106) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Verarbeitungssystem (108) des Weiteren zu Folgendem programmiert ist: weitere Definition der Signalvorlage durch Angabe einer Vielzahl von Unterkanalanpassungsfaktoren für eine entsprechende Vielzahl von Unterkanälen, von denen mindestens einer aus der Vielzahl von Unterkanälen ein leerer Unterkanal ist; und Erzeugung eines Symbols auf einem leeren Unterkanal, um die Amplitude unter den vorher festgelegten Schwellenwert zu bringen.
Spitzenbegrenzer (106) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Verarbeitungssystem (108) des Weiteren zur Lokalisierung des Abschnitts, zur Aufzeichnung der Kenngrößen, zur Feststellung des Eingangssymbols und zur Anpassung des Eingangssymbols auf eine iterative Weise auf einem Abschnitt des frequenzgemultiplexten zusammengesetzten Signals programmiert ist.
Spitzenbegrenzer (106) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Verarbeitungssystem (108) des Weiteren zur Lokalisierung des Abschnitts, zur Aufzeichnung der Kenngrößen, zur Feststellung des Eingangssymbols und zur Anpassung des Eingangssymbols eine Vielzahl von Malen während eines vorher festgelegten Zeitfensters programmiert ist, bevor das Fenster zu einem nächsten Abschnitt des frequenzgemultiplexten zusammengesetzten Signals bewegt wird.
Sender (100) zur Erzeugung eines verstärkten Funkfrequenzsignals, wobei der Sender (100) Folgendes aufweist: einen Modulator (102) zur Erzeugung, aus Eingangssymbolen, eines frequenzgemultiplexten zusammengesetzten Signals einschließlich einer Vielzahl von Symbolen; einen an den Modulator (102) gekoppelten Upconverter bzw. Aufwärtskonverter (112) zur Aufwärtskonvertierung des frequenzgemultiplexten zusammengesetzen Signals, um ein Funkfrequenzsignal zu erzeugen; und einen an den Aufwärtskonverter (112) gekoppelten Leistungsverstärker (114) zur Verstärkung des Funkfrequenzsignals, um das verstärkte Funkfrequenzsignal zu erzeugen; wobei der Modulator (102) einen Spitzenbegrenzer (106) umfasst, welcher Folgendes aufweist: ein an das frequenzgemultiplexte zusammengesetzte Signal gekoppeltes Verarbeitungssystem (108) zur Verarbeitung der Eingangssignale, um das frequenzgemultiplexte zusammengesetzte Signal spitzenzubegrenzen, dadurch gekennzeichnet, dass das Verarbeitungssystem (108) zu Folgendem programmiert ist: Definition einer Signalvorlage, die eine Vielzahl von Symboltypanpassungsfaktoren für eine entsprechende Vielzahl von Symboltypen (802) angibt; Lokalisierung, in dem frequenzgemultiplexten zusammengesetzten Signal, eines Abschnitts des frequenzgemultiplexten zusammengesetzten Signals, dessen Amplitude einen vorher festgelegten Schwellenwert durch ein Amplitudenübermaß (804) überschreitet; Aufzeichnung von Kenngrößen einschließlich des Amplitudenübermaßes, eines Phasenwinkels und einer Zeit des Abschnitts (806); Feststellung eines der Zeit entsprechenden Eingangssymbols, wobei das Eingangssymbol ein in der Vielzahl von Symboltypen (808) enthaltener Symboltyp ist; und Anpassung des Eingangssymbols gemäß einem aus der Vielzahl von Symboltypanpassungsfaktoren, der dem in der Signalvorlage definierten Symboltyp entspricht, und des Weiteren gemäß dem Amplitudenübermaß und dem Phasenwinkel, wodurch die Amplitude unter den vorher festgelegten Schwellenwert (810) gebracht wird.
Sender (100) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Verarbeitungssystem (108) des Weiteren zu Folgendem programmiert ist: weitere Definition der Signalvorlage durch Angabe einer Vielzahl von Unterkanalanpassungsfaktoren für eine entsprechende Vielzahl von Unterkanälen; und Anpassung einer Vielzahl von der Vielzahl von Unterkanälen entsprechenden Eingangssymbolen, die der Vielzahl von Unterkanalanpassungsfaktoren entsprechen, gemäß der Vielzahl von Unterkanalanpassungsfaktoren, wie des Weiteren in der Signalvorlage definiert ist.
Sender (100) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Verarbeitungsystem (108) des Weiteren zu Folgendem programmiert ist: weitere Definition der Signalvorlage durch Angabe einer Vielzahl von Unterkanalanpassungsfaktoren für eine entsprechende Vielzahl von Unterkanälen, von denen mindestens einer aus der Vielzahl von Unterkanälen ein leerer Unterkanal ist; und Erzeugung eines Symbols auf dem leeren Unterkanal, um die Amplitude unter den vorher festgelegten Schwellenwert zu bringen.
Sender (100) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Verarbeitungssystem (108) des Weiteren zur Lokalisierung des Abschnitts, zur Aufzeichnung der Kenngrößen, zur Feststellung des Eingangssymbols und zur Anpassung des Eingangssymbols auf iterative Weise auf einem Bereich des frequenzgemultiplexten zusammengesetzten Signals programmiert ist.
Sender (100) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Verarbeitungssystem (108) des Weiteren zur Lokalisierung des Abschnitts, zur Aufzeichnung der Kenngrößen, zur Feststellung des Eingabesignals und zur Anpassung des Eingangssymbols eine Vielzahl von Malen während eines vorher festgelegten Zeitfensters programmiert ist, bevor das Fenster zu einem nächsten Abschnitt des frequenzgemultiplexten zusammengesetzten Signals bewegt wird.