专利名称：幅值计算电路的制作方法
一般地说，本发明涉及一种幅值计算电路。具体地说，本发明涉及一种精确计算采用正交相位调制之通信装置的基带(I信号和Q信号)中幅值的幅值计算电路。
在普通幅值计算电路中，采用正交相位调制之通信装置中基带[I(同相位)信号和Q(正交相位)信号]的幅值得到精确的计算。在这种电路中，从I、Q基带信号可以精确地导出由下式表示的幅值，即A(t)=|G(t)|=[I(t)2+Q(t)2]----(1)]]>其中A(t)是正交调制波的幅值，t是时间，G(t)是正交调制波。I是与载波同相关系分量(同相分量)的幅值，Q是与载波正交相位关系分量(正交相位分量)的幅值。上述技术将是正交相位调制型通信系统中进一步发展的重要技术。
例如，为与预定的值比较，以及进行自动增益控制(AGC)，必须从所接收的I、Q信号导出幅值。一般而言，尚无以高精度方式从I、Q信号导出幅值的方法。在这种情况下，通常使用由下式表示的近似值A′=max(|I|,|Q|)+1/2·min(|I|,|Q|)----(2)]]>在与正确幅值比较时，这会包含值得注意的误差。
另一方面，如果可在传输方从基带信号计算瞬时幅值，则可进行控制，用以在幅值较大时增大传输功率幅值的偏置电流，以及在使用瞬时幅值计算结果的同时减小传输功率幅值的偏置电流。通过实行这种控制，采用保持平均电流消耗，可减小幅值峰值处的失真。
此外，为提高传输放大器的效率，通常希望考虑线性化电路类的前置补偿器。在这种前置补偿器中，本身就需要精确的幅值计算。一个这样的实例被示于
图11中。
在图11中，输入信号Sr由具有传输电流的同相分量基带信号Ir和传输电流的正交相位分量基带信号Qr组成。可将这种输入信号看成一个复数，取信号Ir为实部，而信号Qr为虚部。
输入信号Sr，即信号Ir为实部且信号Qr为虚部的信号Sr由复数乘法器20以来自ROM(只读存储器)的无失真修正数据(实部为Re，虚部为Im)采用复数乘法运算。复数乘法器20包含乘法器1至4和加法器及减法器5和6。
复数乘法器20的输出为复数信号Sp，其中输入信号Sr的幅值和相位受到修正，是非线性放大器11的特性变为线性的。作为复数乘法的结果，所述复数信号Sp由下式表示Sp=Sr·a·exp(j θ)…(3)其中a是幅值修正值，θ是相位修正值。
因此，修正数据由下式表示Re=a·cos(θ)Im=a·sin(θ)…(4)复数信号Sp是由输入信号Sr的幅值乘以a，其相位转过θ角导出的，并可用实部Re和虚部Im计算。
假设复数信号Sp的实部为Ip，虚部为Qp，则Ip和Qp由下式表示Ip=Re·Ir—Im·QrQp=Re·Qr—Im·Ir…(5)由D／A(模数)转换器(DAC)7和8将实部Ip和虚部Qp的信号转换成模拟信号，再由正交调制器9转换成高频信号。
另一方面，幅值计算电路15计算并输出输入信号Sr的瞬时幅值|Sr|。瞬时幅值|Sr|由下式表示|Sr|=Ir2+Qr2----(6)]]>方程(6)与方程(1)相同。
另一方面，非线性放大器11的输出通过耦合器12被分枝，并由整流器19对其整流。然后，由低通滤波器(LPF)18导出平均传输幅值。由A／D(数模)转换器(ADC)17将此信号转换成数字信号，以导出所述平均传输幅值。
由乘法器30使输入信号Sr的瞬时幅值|Sr|与平均传输幅值相乘。相乘的结果(乘积)表示一个瞬时幅值。此值被用为畸变补偿ROM(查找表)14的地址输入。
在前述普通幅值计算电路中，需要相当精确的计算。为了实现这一点，一种从ROM表读出所述幅值的方法取I、Q信号作为地址。
在“RF功率放大器的数字预失真线性化电路的定量分析及设计”(Sundstrom．L．；Faulkner，M．；Johansson，M．，Vehicular Technology，IEEETrans．，Vo1．45 4，page 707—719)中揭示了这种方法。
然而，按照这种方法，要导出精确的幅值，需要具有相当大容量的ROM。这应该是最重要的问题。有如上面所指出的，这对于从I、Q基带信号计算精确的幅值应该是重要的任务，而与正交相位调制型通信装置中的传输方或接收方无关。
本发明是针对前述问题的。因此，本发明的目的在于提出一种幅值计算电路，能够以十分简单的电路和极小的能耗计算精确的幅值。
按照本发明的第一方面，一种幅值计算电路，其组成如下多个电路，每个电路包括绝对值计算电路，它接收一对基带信号并计算它们各自的绝对值；相位旋转电路，它接收所述绝对值，作为二维矢量的分量，并使该二维矢量转过一个预定的转角，用以作为矢量的分量输出；以级联方式连接多个电路，用于接收各个基带的信号，作为第一级输入信号，并输出末级相位旋转电路的输出，作为幅值计算的结果。
也即本发明的幅值计算电路涉及一种在产生高频信号的辐射发射装置中通过I和Q基带信号的正交相位调制，或者在产生I和Q基带信号的辐射接收装置中通过所接收的高频信号的正交解调，从I和Q基带信号的值计算高频信号幅值的电路。
本发明的幅值计算电路是数字信号处理电路。I(同相分量)信号和Q(正交相位分量)信号作为输入信号也是数字基带信号。这些数字基带信号是辐射发射装置中的D／A(数模)转换之前的数字信号和辐射接收装置中所接收的模拟基带信号的A／D(模数)转换之后的数字信号。
在本发明的幅值计算电路中，正交相位调制波的基带信号是两类信号，I信号和Q信号。正交相位调制波G(t)用I、Q信号表示如下G(t)=I(t)·cos(27πfc·t)—Q(t)·sin(27πfc·t)…(7)其中t是时间，fc是载波频率。
当载波F(t)由下式表示时F(t)=p·cos(2πfc·t)…(8)I为与载波同相关系的分量(即同相分量)的幅值，而Q为与载波正交相位关系的分量(即正交相位分量)的幅值。
从前述方程(6)，正交相位调制波的幅值A(t)成为前述方程(1)。特别是由于辐射增益电路、A／D转换器、D／A转换器等，幅值A(t)成为由方程(1)导出的恒定幅值。此外，可以确定，通过方程(1)计算幅值A(t)，不会失去一般的适用性。
本发明提出一种构成电路的方法，用于从I信号和Q信号简单地导出与正交相位调制波的幅值A(t)成正比的值。为实现这一点，本发明的幅值计算电路，其组成如下多个电路，每个电路包括被表示为Ak的绝对值计算电路，它接收一对基带信号Xk和Yk，其中k是在0到N(正整数)的范围内，并计算各自的绝对值|Xk|和|Yk|；
被表示为Rk的相位旋转电路，它接收绝对值|Xk|和|Yk|，作为二维矢量Vin，k的分量Xin，k和Yin，k，并使该二维矢量转过一个预定的转角θ，用以作为矢量Vout，k的分量Xout，k和Yout，k输出；以级联方式连接k=0—N个电路，作为各个基带信号I和Q输入第一级输入信号X0和Y0，并输出末级相位旋转电路RN的输出Xout，N和Yout，N，作为幅值计算的结果。
在所述幅值计算电路中，假设相位旋转电路Rk的输入信号是Xin，k和Yin，k，输出信号是Xout，k和Yout，k。所述相位旋转电路包括使输入信号Xin，k移动k位的第一移位电路、使输入信号Yin，k移动k位的第二移位电路、用于使输入信号Xin，k与第二移位电路的移位运算结果相加的加法器，以及用于从输入信号Yin，k减去第一移位电路的移位运算结果的第一减法器。将所述加法器的输出取为输出信号Xout，k，而将所述第一减法器的输出取为输出信号Xout，k。
另外，在本幅值计算电路中，对于相位旋转电路Rk而言，其中k大于1，信号Xin，k作为旁路绝对值电路Ak的输入信号Xin，k被直接输入，而经绝对值电路Ak导出的信号Yk的绝对值|YK|作为输入信号Yin，k被输入。
此外，在本幅值计算电路中，所述相位旋转电路Rk中的k在从0到N—1的范围内，它还包括第二减法器，用于从第一移位电路的移位运算结果减去输入信号Yin，k；第二减法器的输出被取为—Yout，k。
通过在输出被取为Yout,k值为正时选择输出Yout，k而在输出被取为Yout，k值为负时选择输出—Yout，k，在对相位旋转电路Rk存在的一级的下一级处的绝对值电路Ak+1进行绝对值的计算。
末级相位旋转电路RN可包括第一减法器、第二减法器和第一移位电路，从而只输出输出信号Xout，N，而不输出输出信号Yout，N和—Yout，N。
本幅值计算电路可在每个相位旋转电路Rk与每个绝对值电路之间的信号传输路径中插入延迟装置。
以此，利用较少的绝对值电路、移位电路、加法器和减法器就可能得到十分精确的幅值计算值。在这种情况下，无需更多的能耗及较大的电路。因此，与采用普通预分配器中所用ROM表的幅值计算电路相比，用较为简单的电路和较低的能耗可以进行高精度的幅值计算。
从以下参照本发明优选实施例的附图给出的详细描述，将能更充分地理解本发明，但不应将其作为对本发明的限制，而仅只是用于说明和理解，其中图1是表示本发明幅值计算电路一种实施例的结构方框图；图2是说明性地表示图1的每个绝对值电路的结构实例；图3是表示图1的相位旋转电路结构的方框图；图4是说明性地表示相位旋转电路的转角和幅值关于k值及相位旋转角理想值的变化；图5是说明性地表示相位旋转角的理想值与实际旋转角的比较；图6是说明性地表示图1所示每个相位旋转电路的输入矢量与输出矢量的会聚情况；图7是表示本发明幅值计算电路另一实施例的结构方框图；图8是表示图7的相位旋转电路结构的方框图；图9是表示本发明幅值计算电路又一实施例的结构方框图；图10是表示图9的相位旋转电路结构的方框图；图11是说明性地表示普通线性器(预失真器)。
以下将参照附图从优选实施例的观点详细讨论本发明。在下面的描述中，指出许多具体的细节，用以给出对本发明的整体理解。但显然是对于那些熟悉本领域的人员来说，无需这些细节也能实现本发明。为此，将不示出公知的结构，以避免本发明不必要的不清楚。
图1是表示本发明幅值计算电路一种实施例的结构方框图。图1中，将一种具体实施例的幅值计算电路构造成具有相位旋转电路(Rk)101到105和计算信号绝对值的绝对值电路(ABS)111到116。
在相位旋转电路101到105中，k是0到4的整数。K值不限于4，而是如果对于导出的幅值需要更高的精度，则可为5或更大。
图2是说明性地表示图1的每个绝对值电路111到116的结构实例。图2中表示在以补数2表示信号的情况下，绝对值电路111至116的一个实例。
当假定输入信号IN的标识位为INN时，对该标识位借助加法器301被加到一个值上，即只在信号为负的情况下，也就是说，当INN为1时，由异门302至306反转每一位。由此在输出端OUT得到绝对值。
另一方面，由于当信号为0或正时，所述标识位为“0”，所以异门302至306按原样通过这些信号。另一方面，要由加法器301加给的标识位是“0”，输入信号通过，到输出端OUT。也就是说，当输入为负时，可以通过以反转极性输出正值而得到绝对值。
图3是表示图1的相位旋转电路101至105结构的方框图。图3中的方框201和202是通过移动k位使信号扩大1／2k倍的电路。方框203为加法器，方框204是减法器。
可由Xin，k和Yin，k将图3中的输出信号Xout，k和Yout，K表示为Xout，k=Xin，k+2—2·Yin，kYout，k=Yin，k—2—2·Xin，k…(9)这里假设2—k=tan(θk)θk=arctan(2—k)…(10)方程(9)被重新写成如下矩阵算符表示式 假设将输入信号取为分量的矢量是矢量Vin，k，而将输出信号取为分量的矢量是矢量Vout，k，也即把Vin，k和Vout，k表示为 上述方程(11)表示由Vin，k的幅值乘以1／cos(θk)导出Vout，k，并且该Vout，k沿负方向(顺时针)被旋转θk。
图4是说明性地表示相位旋转电路的转角和幅值关于k值及相位旋转角理想值的变化。图4中表示关于每个k值的θk和1／cos(θk)。由此，θ0为45°。应当理解，其它θk值接近45×2—k(°)。
图5是说明性地表示相位旋转角的理想值与实际旋转角的比较。图5表示θk会聚的行为。有如从图5所能清楚地看到的那样，特性曲线成为向上凸的曲线，基本上接近理想值45×2—k(°)。
采用这种θk矩阵，可由θk组合的和或差近似表示从—90°到+90°的任意角。因此，通过适当组合相位旋转电路，可得到从—90°到+90°范围内任意角的近似关系。
以下将讨论所示实施例的工作情况。首先，图1中的输入信号是I(同相分量)基带信号和Q(正交相位分量)基带信号。由绝对值电路111和112分别使这些基带信号转换成正值。这种运算是一种算术运算，用以使矢量(I，Q)不变幅值地移位至二维X—Y平面的第一象限。结果是行为旋转电路101的输入矢量Vin，k。
图6是说明性地表示图1所示每个相位旋转电路(Rk)101至105的输入矢量与输出矢量的会聚情况。以下将用图1、3和6讨论每个相位旋转电路(Rk)101至105的工作情况。将每个相位旋转电路(Rk)101至105的输入信号矢量取为输入矢量Vin，k，并将输出信号取为输出矢量Vout，k。
首先，如图6所示，输入矢量Vin，0位于第一象限内。将此输入矢量Vin，0加于相位旋转电路R0，沿顺时针方向转过θ=45°。于是，此输入信号的幅值变为1／cos(θ0)倍。
当这个矢量是输出矢量Vout，0时，它从第一象限延伸。然后Y分量成为负的。由绝对值电路113取此矢量的绝对值，可得到关于X轴对称的矢量Vin，0。继而，重复前述相位旋转电路(R1)102、(R2)103、(R3)104和(R4)105，以及绝对值电路113至116的运算，通过以下过程可得到图6所示的特性，输入矢量Vin，0→输出矢量Vout，0→输入矢量Vin，1→输出矢量Vout，1→输入矢量Vin，2→输出矢量Vout，2→输入矢量Vin，3→输出矢量Vout，3→
输入矢量Vin，4→输出矢量Vout，4一般是会聚成与X轴并行的矢量。如果将k设定得比较大，则尽可能地与之一致。
应当理解，这期间，如果一直进行到k=4，则矢量的大小成为 即使一直进行到k=4，与x轴的角误差也在±3．6°以内，而且可将此说成它基本上与X轴并行。因此，作为末级相位旋转电路(R4)105的X输出，Xout，4基本上成为原输入幅值的1．64568891倍。
也即，采用图1的电路，可以计算输入基带信号I、Q的幅值A(由前述方程(1)给出)的常数(1．64568891)倍的值。
有如上述，采用本发明的一种实施例，可从输入基带信号I和Q计算以常数值乘所述幅值的值。有如上述，在把相位旋转进行到k=4的情况下，最终的角误差在±3．6°以内。为此，可得到幅值计算的误差e 也即关于1．64568891倍A的幅值计算误差是等于或小于0．2％。这等效于9位精度信号中的1LSB(最小有效位)，因此这是十分精确的。
有如上述，采用本发明的前述实施例，采用较少数量的绝对值电路111至116和相位旋转电路101至105(由移位电路、加法器和减法器构成)，能够以十分高的精度得到幅值的计算值。在这种情况下，没有高能耗和较大电路的乘法器。因此，与采用普通预分配器中所用ROM表的幅值计算电路相比，用极为简单的电路和极低的能耗可以进行精确的幅值计算。
图7是表示本发明幅值计算电路另一实施例的结构方框图。在结构方面，图7中的本发明幅值计算电路另一实施例与上述本发明幅值计算电路的实施例相同，不过本图省去了某些电路。
也即只是末级相位旋转电路(RX4)125的结构与本发明幅值计算电路的前一实施例不同。在图1所示本发明幅值计算电路的前一实施例中，不使用末级相位旋转电路(R4)105的输出，并被留下不用。
因此，产生输出Yout，4的电路是浪费的。所以，在本发明幅值计算电路另一实施例中，只是末级相位旋转电路(RX4)125没有图3所示的结构。
图8是表示图7的相位旋转电路(RX4)125结构的方框图。图8中，采取从图3所示的结构中省略通过移动k位使信号乘以1／2k所用的电路及减法器204构成所述相位旋转电路(RX4)，于是只采用通过移动k位使信号乘以1／2k所用的电路202和加法器203。以此，可使电路略为简化。
图9是表示本发明幅值计算电路又一实施例的结构方框图。图9中，在前述第一个本发明幅值计算电路实施例中所用的绝对值电路113至116被安装到相位旋转电路121至124中。
图10是表示图9的相位旋转电路121至124结构的方框图。图10中，给相位旋转电路121至124对图3所示的结构加入减法电路205和数据选择器206。
减法电路205输出的极性与减法器204输出的极性相反。数据选择器206由减法电路205的输出的标识位推动，以进行控制，使得对输出总选择正值。以此，相位旋转电路(Rk)的Y输出总是|Yout，k|。因此，可以省略后面级的绝对值电路。
前述方法有利于提高运算速度。理由是在使用2的分量标识时，对于实行绝对值的算术运算而言，加法器301成为固有的。所以，在图1和7所示的结构中，为限制相应的运算速度，关于Y侧的加法器和减法器的级数变得比较大。与此相反，在图10所示的结构中，由于可以省略绝对值电路的加法器，关于Y侧和X侧的加法器和减法器的级数变得相等。因此，可使运算速度提高。
除本发明的前述各实施例外，作为克服对运算速度限制的装置，考虑通过把未予示出的延迟电路，如寄存器、闩锁电路等插入到每个绝对值电路和每个相位限制电路的信号传输路径中，实行流水线处理。另外，代替所示绝对值电路，可使用总输出负值的电路，以便沿反时针方向转动相位旋转电路的相位；还可使用其它很多的变型。
再有，在前述各实施例中，都是对将相位旋转进行到k=4的情况给以讨论的，本发明可进行四次以上的相位旋转。
采用上面讨论的本发明，各个电路中的绝对值计算电路通过输入一对基带信号计算绝对值，而相位旋转电路接收作为二维矢量分量的绝对值输出，使该二维矢量转过一个预定的角度，并输出该矢量分量，这两种电路以级联连接方式相连，对第一级分别输入基带信号，并输出第一级的相位旋转电路的输出，作为幅值计算结果，从而能以极为简单的电路和极低的能耗实现精确的幅值计算。
虽然已经关于本发明的示例性的实施例标识和描述了本发明，但那些熟悉本领域的人员应能理解可对它们作出前面的叙述，也可进行各种改变、省略和添加，都不致脱离本发明的精髓和范围。因此，应该理解本发明并不限于上面设定的特定实施例，而应包括所有可能的实施方式，它们可在关于所附各权利要求给出的特征包含的范围内实施，并是等效的。
权利要求
1．一种幅值计算电路，其组成如下多个电路，每个电路包括绝对值计算电路，它接收一对基带信号并计算它们各自的绝对值；相位旋转电路，它接收所述绝对值，作为二维矢量的分量，并使该二维矢量转过一个预定的转角，用以作为矢量的分量输出；以级联方式连接所述多个电路，用于接收各个所述基带的信号，作为第一级输入信号，并输出所述末级相位旋转电路的输出，作为幅值计算的结果。
2．一种如权利要求1所述的幅值计算电路，其特征在于，X轴分量的输入信号被直接输入所述相位旋转电路，而旁路所述绝对值电路；Y轴分量的输入信号经所述绝对值电路被输入所述相位旋转电路。
3．一种如权利要求1所述的幅值计算电路，其特征在于，所述相位旋转电路包括第一移位电路，用于移动X轴分量的输入信号；第二移位电路，用于移动Y轴分量的输入信号；加法器，用于使所述X轴分量的输入信号与所述第二移位电路移位运算的结果相加；第一减法器，用于从Y轴分量的输入信号减去所述第一移位电路的移位运算结果，用以取所述加法器之输出作为X轴分量的输出信号，而取所述第一减法器之输出作为Y轴分量的输出信号。
4．一种如权利要求3所述的幅值计算电路，其特征在于，所述相位旋转电路还包括第二减法器，用于从第一移位电路的移位运算结果减去Y轴分量的输入信号，所述第二减法器的输出作为负Y轴分量的输出信号被输出；下一级绝对值输出电路输出在所述Y轴分量的输出信号为正情况下的所述Y轴分量输出信号，并且当所述Y轴分量的输出信号为负时，选择所述负Y轴分量的输出信号，以实行所述绝对值的计算。
5．一种如权利要求4所述的幅值计算电路，其特征在于，所述末级相位旋转电路去掉所述第一减法器、所述第二减法器和所述第一移位电路，用以只输出所述X轴分量的输出信号，而不产生所述Y轴分量的输出信号以及所述负Y轴分量的输出信号。
6．一种如权利要求1所述的幅值计算电路，其特征在于，在每个所述绝对值电路与每个所述相位旋转电路之间的信号传输路径中插入延迟装置。
7．一利幅值计算电路，其组成如下多个电路，每个电路包括；被表示为Ak的绝对值计算电路，它接收一对基带信号Xk和Yk，其中k是在0到N的范围内，所述N为正整数，并计算各自的绝对值|Xk|和|Yk|；被表示为Rk的相位旋转电路，它接收所述绝对值|Xk|和|Yk|，作为二维矢量Vin，k的分量Xin，k和Yin，k并使该二维矢量转过一个预定的转角θ，用以作为矢量Vout，k的分量Xout，k和Yout，k输出；以级联方式连接所述k=0—N个电路，作为各个基带信号I和Q输入第一级输入信号X0和Y0，并输出末级相位旋转电路RN的输出Xout，N，作为幅值计算的结果。
8．一种如权利要求7所述的幅值计算电路，其特征在于，对于所述相位旋转电路Rk，其中k大于1，所述信号Xk被直接输入，作为旁路所述绝对值电路Ak的所述输入信号Xin，k，而经所述绝对值电路Ak导出的所述信号Yk的绝对值|Yk|被输入为所述输入信号Yin，k。
9．一种如权利要求7所述的幅值计算电路，其特征在于，假设所述相位旋转电路Rk的输入信号是Xin，k和Yin，k，输出信号是Xout，k和Yout，k；所述相位旋转电路包括使所述输入信号Xin，k移动k位的第一移位电路、使所述输入信号Yin，k移动k位的第二移位电路、用于使所述输入信号Xin，k与所述第二移位电路的移位运算结果相加的加法器，以及用于从所述输入信号Yin，k减去所述第一移位电路的移位运算结果的第一减法器；将所述加法器的输出取为所述输出信号Xout，k，而将所述第一减法器的输出取为所述输出信号Xout，k。
10．一种如权利要求9所述的幅值计算电路，其特征在于，所述相位旋转电路Rk中k是在从0到N—1的范围内，它还包括第二减法器，用于从所述第一移位电路的移位运算结果减去所述输入信号Yin，k；所述第二减法器的输出被取为—Yout，k；通过在输出被取为Yout，k值为正时选择输出Yout，k而在输出被取为Yout，k值为负时选择输出—Yout，k，在对所述相位旋转电路Rk存在的一级的下一级处的绝对值电路Ak+1进行所述绝对值的计算。
11．一种如权利要求10所述的幅值计算电路，其特征在于，所述末级相位旋转电路RN去掉所述第一减法器、所述第二减法器和所述第一移位电路，因而只输出所述输出信号Xout，N，而不输出所述输出信号Yout，N和—Yout，N。
12．一种如权利要求7所述的幅值计算电路，其特征在于，在每个所述相位旋转电路Rk与每个所述绝对值电路Ak之间的信号传输路径中插入延迟装置。
全文摘要
一种幅值计算电路,能够以十分简单的电路和极低的能耗实行精确的幅值计算。该电路将输入的第一和第二绝对值电路中的I、Q基带信号转换成输入矢量V
文档编号H04L27/20GK1280433SQ0010977
公开日2001年1月17日 申请日期2000年7月6日 优先权日1999年7月7日
发明者市原正贵 申请人:日本电气株式会社