专利名称：相位调制器的制作方法
技术领域：
本发明涉及相位调制器以及相位调制方法。具体地，本发明涉及
BP-PWM调制(带通脉冲宽度调制)。
背景技术：
目前，无线发射器发展中的一个趋势是向着软件可配置的多模式 设备发展。为了满足严格的多无线电要求，必须开发新的架构性方法。 该趋势在朝着无线发射器的进一步数字化发展。
作为BP-PWM调制的背景，首先参考图1讨论PWM调制。其目 标是通过相位控制来控制输出数字脉冲106,该脉冲106是在调制器 的低频部分形成的。这可以通过使用具有高频时钟的相位累加器来实 现。相位累加器的输出是数字据齿形波形100，其频率可以通过馈送 至累加器的相位字(phase word)来控制。将据齿形信号100与源自 低频部分的相位信号102相加。将所获得的信号馈送至比较器，其比 较点由图1中的参考104示出。比较的输出是方波106，其占空比(duty cycle)与相位值成比例。
在数字实现中，数字相位和幅度信号用于控制相位调制器。相位 调制在载波频率信号上进行，其中载波频率信号通常具有大约 l-2GHz的频率。经调制信号的质量与输出信号相位的解析度成比例。 基于系统仿真，实践中控制信号需要8位精度，以满足WCDMA信 号(宽带码分多址)的要求。对于2GHz载波信号而言，这对应于1.4 度的相位精度。对于数字实现来说，这意味着约2皮秒(ps)的时间 解析度。这数字延迟线中，需要500GHz的时钟频率，对于数字实现 这是不利的。
使用BP-PWM型调制的发射器最近开发了新的架构性方法。系统仿真已经显示在完全的数字实现中，某些关键部件具有非常严格
的要求，使得这些要求是非常难以实现的。
在BP-PWM调制中，将携带调制信息的调制信号转换到极坐标 域，转换为相位信号和幅度信号。首先对调制信号进行预失真，继而 将其用于控制BP-PWM信号沿的放置。换言之，将信号的相位和幅 度编码到这些信号沿中。 一般地，可以使用任意类型的数字或者模拟 相位调制器来控制相位边缘，只要其具有所需的控制带宽和输出解析 度。目前，没有针对高度优选的完全数字化实现的可行方案。
US 6,993,087公开了一种现有技术的数字化方法，通过参考将其 在此并入。图2也示出了这种方法，其中，提供有来自系统时钟200 的时钟信号。时钟信号被馈送至延迟线，以提供用于时钟信号的16 个不同的延迟值。对于每个时钟周期，选择16种可能性其中之一， 并且经由总线204将延迟高频信号传送至复用器206,以便将延迟高 频信号与调制信号复用。
用于提供经过相移的BP-PWM信号的已知数字方法的一个缺点 是需要高频时钟。为了实现良好的调制质量，时钟需要是载波频率的 大约256倍，这例如意味着要在WCDMA实现中2皮秒级的时钟周 期。
发明内容
由此，本发明的目的是提供一种无需高频时钟的精确相位调制器。
在本发明的一个方面中，提供一种调制器，包括输入单元，其 被配置为接收调制信号；控制单元，其被配置为基于调制信号来提供 控制信号；振荡单元，其被配置为提供载波频率信号的至少两个相位 分量的多个实例；相位选择器，其被配置为基于控制信号来选择相位 分量实例的组合，从而获得表示调制信号的信息内容的输出信号；以 及合成器，其被配置为对所选的相位分量实例进行合成，以形成经过 调制的输出信号。在本发明的另一方面中，提供一种调制器，其包括用于接收调 制信号的装置；用于根据调制信号来提供控制信号的装置；用于提供 载波频率信号的至少两个相位分量的多个实例的装置；用于基于控制 信号来选择相位分量实例的组合从而获得表示调制信号的信息内容 的输出信号的装置；以及用于对所选的相位分量实例进行合成以形成 经过调制的输出信号的装置。
在本发明的又一方面中，提供一种调制方法，包括步骤接收调
制信号；基于调制信号来提供控制信号；提供载波频率信号的至少两 个相位分量的多个实例；基于控制信号来选择相位分量实例的组合， 从而获得表示调制信号的信息内容的输出信号；以及对所选的相位分 量实例进行合成，以形成经过调制的输出信号。
在本发明的又一方面中，提供了一种包含在计算机可读介质上的 计算机程序，该计算机程序包括指令，所述指令用于接收调制信号； 基于调制信号来提供控制信号；提供载波频率信号的至少两个相位分 量的多个实例；基于控制信号来选择相位分量实例的组合，从而获得 表示调制信号的信息内容的输出信号；以及对所选的相位分量实例进 行合成，以形成经过调制的输出信号。
在从属权利要求中公开了本发明的优选实施方式。 本发明的方法和布置在不需要高频时钟的情况下提供了用于 BP-BMW调制器的精确相位调制器。
下面将参考附图，借助于优选实施方式来更为详细地描述本发 明，其中
图1着重示出了已经公开的PWM脉冲生成；
图2示出了已经公开的现有技术的PWM调制的布置；
图3着重示出了高层的发射器和接收器操作；
图4示出了根据本发明的装置的一个实施方式；
图5示出了根据本发明的装置所提供的信号的一个示例；图6示出了根据本发明的装置的一个实施方式；
图7示出了根据本发明的装置的 一部分的实施方式；
图8示出了根据本发明的装置的一部分的实施方式；
图9示出了根据本发明的装置的一部分的实施方式；
图10示出了连续相位旋转从而获得预期输出相位的实施方式；
以及
图11示出了根据本发明的方法的一个实施方式。
具体实施例方式
图3在总体水平上示出了 WCDMA移动系统中的无线发射器和 接收器对的原理，其中WCDMA移动系统是能够应用本发明的无线 系统的一个例子。无线发射器可以位于基站或者订户终端中，并且无 线接收器也位于订户终端或者基站中。图3的上半部分示出了无线发 射器的基本功能，而下半部分示出了无线发射器所执行功能的一般性 结构。例如通过块编码或者巻积编码在信道编码器302中对将要发射 的信息300进行编码。然而，并不对将要发射的导频位进行信道编码， 因为本意是要发现信道给信号造成的失真。在信道编码之后，在交织 器304中对信息进行交织。在交织中，以特定的方式将不同服务的位 混合在一起，由此，无线路径上的瞬时衰落确实不一定会使所传送的 信息不可标识。在块306中，通过扩频码对经过交织的位进行扩频。 继而将信号提供给调制器308,此后，在信号经由天线310发射到无 线路径上之前，仍对信号进行放大和滤波。
所发射的无线信号由接收器天线320从无线路径上接收。在滤波 之后，对接收到的信号在块322中进行解调，在块324中进行解扩， 并且在块326中进行解交织。在信道解码器328中对在该发射中所使 用的信道编码进行解码，此时，在最优情况下，所接收的数据330与 所发射的数据300相同。
图4示出了根据本发明的BP-PWM调制器400的一个示例。该 调制器例如可以在无线网络的基站中或者移动终端(例如移动电话)中使用。例如，该调制器可以包含在芯片集上，并且本发明可以通过 软件芯片集上实现。调制器的输入单元将原始数据信号的I和Q信号
作为输入。在转换单元402中将输入信号转换到极坐标域，也即，执 行该转换以提供振幅a(t)信号和相位phi(t)信号。
在PWM控制单元404中对极坐标域中的信号进行预失真。在一 个实施方式中，通过a、t)-phi(t)/n+(arcsin(a(t))/n)来形成预失真的振幅 信号a*(t),并且通过phi气thphi(t)/n-arcsin(a(t))/n来形成预失真的相 位信号phi*(t),其中n是将调制映射到的谐波信号(harmonic signal)。 将预失真的控制信号馈送到数字相位调制器408和410，数字相位调 制器408和410还从本地振荡器406接收振荡信号。分支合成器412 将两个经过PPM调制的信号合成为一个BP-PWM信号，从而获得由 控制信号指示的输出信号。除求和之外，同样可以根据如何形成脉冲 的过程来应用其他算术操作。经过调制的信号被转发给发射器的后续 部分，诸如功率放大器414。
由此，图4的调制系统被配置为提供两个经过脉沖位置调制 (PPM)的脉沖序列(pulse train),其中， 一个脉冲序列是基于预失 真的振幅信号提供的，而另一个脉沖序列是基于预失真的相位信号提 供的。BP-PWM信号由脉沖对的差异形成，其包括每个PPM脉冲序 列的一个PPM脉冲。
图5示出了图4的BP-PWM调制器所提供的信号的一个示例。 将各自的数字相位调制器所提供的信号XI和X2求和为信号X1+X2, 其由此提供三级输出。
图6示出了根据本发明的数字相位调制器610的实施方式。VCO (压控振荡器)606的输出被分为多个输出相位分量。图4示出了彼 此以90度隔开的4个分量(0度、90度、180度、270度)。这4个 分量仅仅是作为例子而示出的。分量的数目可以是大于或者等于2的 任意数目。优选地，不同分量的数目是3或者更大，从而获得输出相 位的足够精度，例如QPSK调制中就是这种情况。增加分量分支或者 相位分量的数目将改进输出信号的质量，但也增加了选择分支的控制逻辑的数量。
相位选择编码块620将相位控制字作为输入，该相位控制字已经
基于调制信号而被构造。相位选择编码块620将相位选择控制作为输 出提供给相位控制字。相位选择控制用于控制相位选择块622中相位 分量分支的选择。在合成器624中对所选的相位分量进行合成，以提 供表示调制信号的、经过PPM调制的信号。
图7说明了相位选择编码块620的实现。首先在转换块730( Phase To Rectangular Conversion )中将输入的相位控制字转换为I信号和Q 信号。I信号和Q信号分别是通过采用控制字的数学cos函数和sin 函数而形成的。这例如可以通过使用cordic算法或者查询表来实现。 当需要高精度时，cordic算法是优选的。
相位编码块732将I信号和Q信号编码为相位选择信号。这意味 着，由输入I信号和Q信号表示的输出相位^皮形成为可用相位信号分 量(在此情况中，是O度(I)、 90度(Q)、 180度(I+PI)和270度(Q+PI) 的相移信号分量)的组合。作为简单示例，可以通过选择0度和90 度相位信号分量二者的N个实例来形成45度的输出相位。由此，块 732作为输出提供了在相位分量的合成中需要哪些分量以及需要每个 分量的多少实例。如杲输出相位大于预期的最大相位分量(在此示例 中，是270到360度)，则可以使用来自前一周期的270度的相位分 量以及来自下一周期的0度的相位分量。
在相位编码块732之后，使用DEM算法(动态元素匹配，dynamic element match ) 734来任意地选择所使用的相位分量分支。为了消除 由一个相位分量分支所引入的误差，结合DEM算法是有益的。使用 DEM算法的原因在于由于模拟的非理想性，相位分量的N个分支 彼此稍有不同。如果总是使用相同的分支，则将产生静态误差，其对 于某个相位角度总是相同的。例如，如果某个相位分量(例如，90 度)具有10个分支，并且某个输出相位需要这10个分支中的4个， 则有益地是从这10个分支中随机选择4个分支。
图8说明了相位选择块622。相位选择块622的输入是来自VCO
10606的相位分量以及来自相位选择编码块620的相位选择控制信号。 每个相位分量被划分为N个分支，这N个分支由对应于每个相位分 量(0度、90度、180度、270度)的反相器单元840A到840D驱动。
图9中所示的反相器可以包括PMOS开关和NMOS开关以及限 流电阻器Rup和Rd。wn。通过由相位选择信号842控制的开关844来使 能对反相器950的输入。每个块840A到840D的输入是所需数目的 相位分量分支，对这些相位分量分支一起进行求和以实现所想要的输 出相位。原则上，可以使用任意类型的开关电流源来替换反相器950。 可以在谐振器(reasonator)线圏处对相位分量分支一起进行求和，从 而使电流脉冲的相位确定线圏的共振频率。还可以使用能够对电流分 支一起进行求和的任何其他类型的求和电路。
图10给出了在执行连续相位旋转时如何执行控制的示例。存在 四个不同的相位分量1000到1006。分量的振幅给出了该特定相位的 有效(active)分支的数目。当所有数目的相位分量分支均为0度相 位分量分支时，输出相位为0。当90度相位分量分支的数目和O度分 支的数目相同时，输出相位为45度。对所有相位分量分支使用相同 模拟，可以执行输出的完全旋转。
图11示出了根据本发明的方法的一个实施方式。在1100中，将 包含I信号分支和Q信号分支的调制信号作为输入。在1102中，将 调制信号转换为极坐标信号，也即，表示调制信号的振幅和相位的信 号。在1104中，以BP-PWM调制所需的方式对经过转换的信号进行 预失真。在1106中，提供振荡信号的至少两个不同相位分量的多个 实例。有益地，在QPSK调制中，提供多于三个的相位分量。
在1108中，生成控制信号，以用于控制对相位分量的数目的选 择，从而针对经过PPM调制的脉冲获得预期的输出相位。在一个实 施方式中，根据两个PPM(脉沖位置调制)信号来形成经过BP-PWM 调制的信号。脉沖位于50-50比率，并且将信息编码到脉沖的位置中。 当把两个脉沖的位置(脉沖来自每个PPM信号)彼此相减时，获得 了 BP-PWM脉沖的持续时间/宽度。在1110中，对所选信号进行合成，从而提供表示调制信号的信息内容的经过BP-P WM调制的信号。
在一个实施方式中，本发明是通过在处理器上可执行的软件来实 现的。该软件可以打包到计算机程序产品中，该产品可以存储在独立 的存储介质上，其可以由无线发射器中的计算机来读取和执行。除了
软件，本发明可以由硬件来实现，像是ASCI (专用集成电路)或者
独立的逻辑部件。
对于本领域技术人员易见的是，随着技术的进步，可以通过各种 方式来实现本发明的概念。本发明及其实施方式不限于所描述的示 例，而是可以在权利要求书的范围内变化。
权利要求
1. 一种调制器，包括输入单元，其被配置为接收调制信号；控制单元，其被配置为基于所述调制信号来提供控制信号；振荡单元，其被配置为提供载波频率信号的至少两个相位分量的多个实例；相位选择器，其被配置为基于所述控制信号来选择所述实例的组合，以提供表示所述调制信号的信息内容的输出信号；以及合成器，其被配置为对所选实例进行合成，以形成经过调制的输出信号。
2. 根据权利要求1所述的调制器，其中所述输入单元被配置为接 收数据信号的I信号和Q信号。
3. 根据权利要求1所述的调制器，其中所述控制单元包括 极坐标转换器，其被配置为将所述I输入信号和Q输入信号转换为相位信号phi(t)以及振幅信号a(t)。
4. 根据权利要求3所述的调制器，其中所述控制单元进一步包括预失真器，其被配置为对所述相位信号和所述振幅信号进行预失真。
5..根据权利要求4所述的调制器，其中所述相位选择器被配置为 提供经过脉冲位置调制的两个脉冲序列，其中，基于经过预失真的振 幅信号来提供所述两个脉沖序列的第 一 脉沖序列，并且基于经过预失 真的相位信号来提供所述两个脉冲序列的第二脉冲序列。
6. 根据权利要求4所述的调制器，其中所述预失真器被配置为提 供经过预失真的振幅信号a*(t)=phi(t)/n+(arcsin(a(t))/n),其中，t是时 间，而n是调制所映射到的谐波信号。
7. 根据权利要求4所述的调制器，其中所述预失真器被配置为提 供经过预失真的相位信号phi*(t)=phi(t)/n-arcsin(a(t))/n，其中，t是时间，而n是调制所映射到的谐波信号。
8. 根据权利要求1所述的调制器，其中所述调制器被配置为提供 带通脉冲宽度调制信号作为所述经过调制的输出信号。
9. 根据权利要求8所述的调制器，其中所述带通脉冲宽度调制信号由两个经过脉冲位置调制的信号的差异来提供。
10. 根据权利要求8所述的调制器，其中所述振荡单元被配置为提供至少三个相位分量。
11. 一种基站，包括权利要求1所述的调制器。
12. —种移动终端，包括权利要求1所述的调制器。
13. —种调制器，包括 用于接收调制信号的装置；用于基于所述调制信号来提供控制信号的装置； 用于提供载波频率信号的至少两个相位分量的多个实例的装置； 用于基于所述控制信号来选择所述实例的组合以提供表示所述 调制信号的信息内容的输出信号的装置；以及用于对所选实例进行合成以形成经过调制的输出信号的装置。
14. 一种调制方法，包括 接收调制信号；基于所述调制信号来提供控制信号； 提供载波频率信号的至少两个相位分量的多个实例； 基于所述控制信号来选择所述实例的组合，以提供表示所述调制 信号的信息内容的输出信号；以及对所选实例进行合成，以形成经过调制的输出信号。
15. —种包含在计算机可读介质上的计算机程序，所述计算机程 序被配置为接收调制信号；基于所述调制信号来提供控制信号；提供载波频率信号的至少两个相位分量的多个实例；基于所述控制信号来选择所述实例的组合，以提供表示所述调制信号的信息内容的输出信号；以及对所选实例进行合成，以形成经过调制的输出信号
全文摘要
一种调制器(610)，包括输入单元，其被配置为接收调制信号；控制单元，其被配置为基于该调制信号来提供控制信号；振荡单元(606)，其被配置为提供载波频率信号的至少两个相位分量的多个实例；相位选择器(622)，其被配置为根据控制信号来选择相位分量实例的组合，从而获得表示调制信号的信息内容的输出信号；以及合成器(624)，其被配置为对所选的相位分量实例进行合成，以形成经过调制的输出信号。
文档编号H03C3/00GK101432963SQ200780014881
公开日2009年5月13日 申请日期2007年4月23日 优先权日2006年4月24日
发明者A·维朗德尔, J·莫尼克塞拉, M·斯瓦尔德 申请人:诺基亚公司