用于高性能相干峰值压缩估计的系统和方法

用于高性能相干峰值压缩估计的系统和方法
【专利摘要】本发明公开了一种用于估计无线信号的峰值压缩的系统。该系统可包括配置为提供参考信号的参考信号生成器，其中参考信号与无线信号的理想放大且时间对齐的版本关联。该系统还可包括配置为提供增益误差信号的增益误差生成器，其中增益误差信号至少基于参考信号和无线信号。进一步，该系统还可包括配置为至少基于参考信号和增益误差信号来提供压缩检测标志的峰值压缩估计器。
【专利说明】用于高性能相干峰值压缩估计的系统和方法
【技术领域】
[0001]本公开大致涉及无线通信，并且更特别地涉及高性能相干峰值压缩估计。
【背景技术】
[0002]无线通信系统用于多种电信系统、电视、无线电和其他媒体系统、数据通信网络以及其他系统来在使用无线发送器和无线接收器的远程点之间传递信息。发送器是一种通常借助天线传播电磁信号，例如无线电、电视或者其他电信的电子设备。发送器通常包括信号放大器，其接收射频或者其他信号、通过预定增益放大该信号并传送该放大信号。另一方面，接收器是一种也通常借助天线接收和处理无线电磁信号的电子设备。在某些情况下，发送器和接收器可以结合为单个称为收发器的设备。
[0003]为了有效发送信号，无线通信设备中的发送器可以放大待被发送的信号。然而，这种放大可能导致发送信号的削波(clipping)。这种削波可导致发送信号代表的信息的损失。尽管在该事实后基于实际削波的反馈可能在一些情况中有用，在反馈之前的时间段中并不防止信息的损失。因此，对于希望减少信息损失的通信设备，识别放大可能导致这种信息损失的边界以及抢先防止信号削波可能是有用的。

【发明内容】

[0004]公开了一种用于估计无线信号峰值压缩的系统。该系统可包括配置为提供参考信号的参考信号生成器，其中参考信号与无线信号的理想放大并且时间对齐的版本关联。该系统还可包括配置为提供增益误差信号的增益误差生成器，其中增益误差信号至少基于参考信号和无线信号。进一步，该系统还可包括配置为至少基于参考信号和增益误差信号来提供压缩检测标志的峰值压缩估计器。
[0005]本领域技术人员从本文包括的附图、说明书和权利要求很容易理解本公开的技术优点。至少通过权利要求中特别指出的元素、特征以及结合会实现和达到实施例的目的和优点。
[0006]可以理解的是，前述的大体描述和下面详细的描述都是示范性的和解释性的，并且不是对所要求保护的本发明的限制。
【专利附图】

【附图说明】
[0007]为了更完整理解本公开及其特征和优点，现在与附图一起参照如下描述，其中:
[0008]图1示出了根据本公开的某些实施例的采用两级放大的示例无线信号图；
[0009]图2示出了根据本公开的某些实施例的准确动态估计峰值压缩量的示例系统的简化电路图；
[0010]图3示出了根据本公开的某些实施例的天线处存在的示例RF功率水平；
[0011]图4是根据本公开的某些实施例的确定是否调整无线通信设备输出功率以避免无线信号的峰值压缩的示例方法的流程图；[0012]图5示出了根据本公开的某些实施例的其中示例峰值压缩数据相对于天线功率水平来绘制的图；
[0013]图6示出了根据本公开的某些实施例的其中峰值窗口中峰值数量计数相对于天线功率来绘制的图。
【具体实施方式】
[0014]图1示出了根据本公开的某些实施例的采用两级放大的示例无线信号的图表100。图表100示出了中心频率为1.95GHz的信号。图表100绘出y轴信号的幅度和x轴频率的关系。图表100左侧示出的中等放大信号102，示出了放大至峰值发送功率为27.59dBm的信号。图表100的右侧示出的高放大信号104，示出放大至峰值发送功率为30.70dBm的同样的信号。因为更高的放大，更大的频率范围被放大。在示出的示例中，点106、108标识在高于必要的功率水平处的频率发射点。
[0015]在某些情况下，更大频率范围的更高放大可导致发送的噪声(而不是期望的信号)增加。例如，期望范围以外的较强频率可降级接近的伪发射掩蔽和渐远的发射，从而导致增加噪声。
[0016]一些无线通信设备可能使用某些技术来减轻增加噪声的影响。一种这类技术为波峰因子降低(“CFR”)。然而，CFR技术可要求天线处峰值压缩量的准确估计。
[0017]图2示出了根据本公开的某些实施例的准确动态估计峰值压缩量的示例系统200的简化电路图。在一些实施例中，系统200可包括基带处理器202、一个或者多个数字增益204、数模转换器206、基带滤波器208、基带增益放大器210、射频(RF)模拟上变频器212、RF增益控制214、功率放大器216、前端控制218和天线220。
[0018]在一些实施例中，基带处理器202可以是任何适合的配置为管理无线通信设备的无线电功能的处理器。在一些实施例中，基带处理器202可通过多个组件将无线信号传送到天线220。在提供的说明性示例中，基带处理器202通过正交幅度调制传送信号，促使两个通道的通信:i通道和q通道。然后每个通道可通过一个或者多个数字增益放大器204而继续进行。被放大之后，信号接着可被传送到一个或者多个数模转换器206。数模转换器206可以是任何适合的配置为将数字i通道和/或q通道的信号转换为模拟信号的电子设备。转换为模拟后，信号于是可被传送到一个或者多个基带滤波器208。在一些实施例中，基带滤波器208可以是任何适合的配置为对模拟信号的适当频率滤波的电子组件。在这种方式下，信号可被整形以便最佳发送。
[0019]在被滤波之后，信号于是可被传送到一个或者多个基带增益放大器210。在一些实施例中，基带增益放大器210可以是任何适合的配置为将接收的模拟信号放大的电子组件。例如，基带增益放大器210可以是配置为放大模拟信号的电压跟随器电路。在放大之后，信号于是可被传送到一个或者多个RF模拟上变频器212。RF模拟上变频器212可以是任何适合的配置为将接收到的信号转换为适当的无线电频率的信号的电子组件。例如，RF模拟上变频器212可以将信号转换为2GHz的信号。
[0020]在转换之后，信号于是可被传送到一个或者多个RF增益控制216中。RF增益控制216可以是任何适合的配置为将接收到的RF信号放大的电子组件。信号于是可被传送到一个或者多个功率放大器216。功率放大器216可以是任何适合的配置为将该信号可被发送的功率水平进行放大的电子组件。信号于是可被传送到一个或者多个前端控制218。前端控制可是任何适合的配置为控制无线通信设备的其他组件的电子组件。例如，前端控制218可控制天线开关或者信号多路复用器(signal multiplexer)。在说明性示例中，前端控制218可控制与天线120关联的天线开关。
[0021]尽管本文示出和描述了系统200的某些组件，可意识到的是，在不偏离本公开的范围的情况下，系统200可能包括更多、更少或者不同的组件。进一步，系统200的简化电路图示出系统200的一种示例配置。在不偏离本公开的范围的情况下，组件可被组合到一个或多个物理组件，取决于特定的配置。例如，在一些配置中，基带滤波器208和基带增益放大器210可以在一个集成电路上存在。
[0022]组件104-120示出了从基带处理器202传送无线信号到天线220的示例系统的高级电路图。为了便于说明，这种通信路径可被通称为“发送室”。提供这种术语仅仅是为了帮助理解，并不是用来限制本公开的范围。在一些实施例中，发送室可包括更多、更少或者不同的组件，如上述更详细描述。例如，在一些实施例中，发送室可以包括天线调谐器，其可配置为动态调整天线220的阻抗匹配值。
[0023]如上关于图1更详细的描述，由于关于系统200所描述的放大，动态地准确估计峰值压缩可以是必要的或者期望的。因此，在一些实施例中，系统200还可以包括延迟缓冲器222、增益放大器226、加法器230、级联积分器-梳(“CIC”)滤波器228、模数转换器226和模拟转换器224。在一些实施例中，这些组件可用来生成用于峰值压缩估计的值，如参照图3以及在下文进一步详细描述。
[0024]在一些实施例中，延迟缓冲器222可以是任何适合的配置为延迟信号的电子组件。在系统200的操作中，延迟缓冲器222可被配置为将信号延迟一定的量，该量等于信号通过如上所述的发送室的传送所产生的等待时间。延迟之后，信号于是可被传送到增益放大器226。在一些实施例中，增益放大器226可以是任何适合的配置为放大信号的电子组件。在系统200的操作中，增益放大器226可被配置为以等于组合增益的量来放大信号，如果信号继续通过发送室(如上面更详细的描述)，则该组合增益可能会施加于该信号。
[0025]在一些实施例中，从发送室中出来而在前端控制218处的信号于是可被传送到一个或者多个模拟转换器224。模拟转换器224可以是任何适合的配置为将接收的信号转换到更低频率更低功率的模拟信号的电子组件。在系统200的说明性示例中，模拟转换器224可被配置为将从前端控制218接收到的信号转换为RF模拟上变频器212接收的信号。一旦被转换，信号于是可被传送到一个或者多个模数转换器226和一个或者多个CIC滤波器228。模数转换器226可以是任何适合的配置为将接收到的模拟信号转换为数字信号的电子组件。CIC滤波器228可以是任何适合的配置为对接收到的数字信号进行插值的电子组件。在一些实施例中，来自增益放大器226和CIC228的信号于是可在加法器230中组合以便进行另外处理。
[0026]在操作中，为了峰值压缩估计的目的，通过增益放大器226到加法器230传送的信号被认为是当本应通过发送室传送时的理想信号的模型。在下文中，该信号可被称为“参考信号”。在加法器230，参考信号可与从CIC228接收的信号比较来生成反映两个信号之间差异的信号。在示例系统200中，该信号可代表发送室的实际组件中出现的增益误差。在下文中，加法器230的输出可称为“增益误差”。[0027]在一些实施例中，系统200可包括:一个或者多个比较器236、238、240、242 ;—个或者多个逻辑电路244、246，一个或者多个多路复用器(multiplexer) 232、234，一个或者多个平均器248、250，加法器252和比较器254。
[0028]在一些实施例中，系统200可在比较器236将参考信号与阈值，即峰值窗口上限进行比较。如果参考信号小于或者等于该阈值，比较器236可输出逻辑值一。系统200还可在比较器238将参考信号与阈值，即峰值窗口下限进行比较。如果参考信号大于该阈值，比较器238可输出逻辑值一。比较器236、238的输出于是可在逻辑电路244组合。在系统200的说明性示例中，逻辑电路244为与门。在操作中，如果两个比较器236、238的输出都是逻辑值一，那么逻辑电路244可输出逻辑值一。
[0029]逻辑电路244的输出于是可被传送到多路复用器232。在多路复用器232中，逻辑电路244的输出可被用于复用零值与增益误差。在一些实施例中，这可允许系统200的设计者灵活选择提供的增益误差范围。多路复用器232的输出然后与逻辑电路244的输出一起被传送到平均器248。平均器248于是可随时间积累这两个信号的平均值。在一些实施例中，该平均值可代表峰值增益误差(“PGE”)，如参照图3-4在下面更详细的描述。PGE于是可被传送到加法器252。
[0030]在一些实施例中，系统200可在比较器240将参考信号与阈值，即线性窗口上限比较。如果参考信号小于或等于该阈值，比较器240可输出逻辑值一。系统200还可在比较器242将参考信号与阈值，即线性窗口下限比较。如果参考信号大于该阈值，比较器242可输出逻辑值一。比较器240、242的输出于是可在逻辑电路246组合。在系统200的说明性示例中，逻辑电路246是与门。在操作中，如果两个比较器240、242的输出都是逻辑值一，那么逻辑电路246可输出逻辑值一。
[0031]逻辑电路246的输出于是可被传送到多路复用器234。在多路复用器234，逻辑电路246的输出可被用于复用值一与增益误差。在一些实施例中，这可允许系统200的设计者灵活选择提供的增益误差的范围。多路复用器234的输出于是与逻辑电路246的输出一起被传送到平均器250。平均器250于是可随时间积累两个信号的平均值。在一些实施例中，该平均值可代表线性增益误差(“LGE”)，如参照图3-4在下面更详细的描述。LGE于是可被传送到加法器252。
[0032]在加法器252，PGE和LGE值被组合以生成峰值压缩估计值，如参照图3_4在下面更详细的描述。该峰值压缩估计值于是可被传送到比较器254和/或基带处理器202。在一些实施例中，比较器254可被配置为将峰值压缩值与很多预定阈值比较。如果峰值压缩在某一水平之上，比较器254于是可向基带处理器202传送压缩检测标志，如参照图4在下面更详细的描述。
[0033]在同样的或者替代实施例中，基带处理器202可被配置为使用峰值压缩估计值进一步缓和峰值压缩的效果。例如，基带处理器202可使用峰值压缩估计值以动态地改变压缩缓和算法(即波峰因子降低算法或者峰到均值降低算法)的阈值和/或参数。
[0034]示例系统200示出了多个组件为分立组件。在一些实施例中，在不背离本公开范围的情况下，可以有比图2中描述的组件更多、更少或者不同的组件。例如，比较器236、238,240,242全都可以存在于单个集成电路上。作为另外示例，图2示出了比较器254生成压缩检测标志并且将该标志传送到基带处理器202。如参照图4在下面更详细的描述，基带处理器202于是可改变发送室中产生的放大来解决峰值压缩。然而，在同样的或者替代实施例中，比较器254可将压缩检测标志传送到另一个负责增益控制的组件。例如，比较器254可配置为与功率放大器216直接通信，从而导致放大降低。
[0035]系统200使用四个阈值以估计峰值压缩:峰值窗口上值、峰值窗口下值、线性窗口上值和线性窗口下值。如参照图3在下面更详细的描述，这些值可通过开窗技术计算。
[0036]根据本公开某些实施例，图3示出了天线220处存在的示例RF功率水平300。示例RF功率水平300示出了示例RF信号，其绘制成功率在I轴以及时间在X轴。示例RF功率水平300示出了在3ms上的中心频率为1.95GHz的信号。示例RF功率水平300还示出了两个窗口:峰值窗口 302和中间窗口 3.4。峰值窗口 302与峰值窗口上限值306和峰值窗口下限308关联。中间窗口 304与中间窗口上限310和中间窗口下限312关联。在一些实施例中，这些值可用来计算系统200使用的阈值来估计峰值压缩，如参照图2在上面以及在下面更详细的描述。
[0037]在一些实施例中，操作功率和窗口的大小可以由软件、硬件、固件和/或它们的某种组合来确定。例如，基带处理器202上运行的软件可配置为确定用于确定窗口限值的窗口大小和操作功率。在其他示例中，另外的处理器上存在的管理软件可被用于确定这些值。
[0038]在一些实施例中，窗口限值可被按照下面计算:
[0039]公式I
[0040]Pmax=(固定值)=24dBm
[0041]在一些实施例中，最大峰值(Pmax)的值可以是与系统200的其他设计参数一起被预先确定的固定值，并且根据系统200的特定配置而可以变化。
[0042]公式2
[0043]Pref=(固定值，基于调制)
[0044]在一些实施例中，参考峰值(PMf)的值可以是取决于系统200要求的特定调制类型的固定值。例如，对于LTE网络上通信的无线通信设备，Pref可被设置到-9.2dB。
[0045]公式3
[0046]Pout=(期望天线功率)，来自基带处理器
[0047]公式4
[0048]Peak_ffindow_Size=(固定值)=2dB
[0049]公式5
[0050]Mid_Window_Size=(固定值)=2dB
[0051]在一些实施例中，峰值输出功率(P。」可被确定为期望的天线功率，如由基带处理器来确定。峰值窗口和中间窗口的大小是固定值，可与其他设计参数一起被确定。例如，系统200可使用2dB的窗口大小。其他配置可使用窗口大小的其他值，这取决于设计因子，如峰值压缩容限和所得噪声。
[0052]在一些实施例中，系统200用来估计峰值压缩的阈值可由上述变量计算，如参照公式6-9在下面更详细的描述。因此，可以计算这四个阈值。
[0053]公式6
[0054]Mid_ffindow_Hi Limit=Pout+Mid_ffindow_Size
[0055]公式7
【权利要求】
1.一种用于估计无线信号的峰值压缩的系统，该系统包括: 参考信号生成器，配置为提供参考信号，其中参考信号与无线信号的理想放大且时间对齐的版本关联； 增益误差生成器，配置为提供增益误差信号，其中增益误差信号至少基于参考信号和无线信号；和 峰值压缩估计器，配置为至少基于参考信号和增益误差信号来提供压缩检测标志。
2.根据权利要求1的系统，其中所述峰值压缩估计器配置为至少基于多个窗口阈值来提供压缩检测标志，其中所述多个窗口阈值至少基于多个可编程窗口变量。
3.根据权利要求2的系统，其中所述可编程窗口变量被选择以至少用来提供采样的相干信号。
4.根据权利要求1的系统，其中所述峰值压缩估计器配置为至少基于峰值增益误差值来提供压缩检测标志，其中所述峰值增益误差值至少基于参考信号和增益误差信号。
5.根据权利要求1的系统，其中所述峰值压缩估计器配置为至少基于峰值增益误差值来提供压缩检测标志，其中所述峰值增益误差值至少基于多个窗口阈值，其中所述多个窗口阈值至少基于多个可编程窗口变量。
6.根据权利要求1的系统，其中所述峰值压缩估计器配置为至少基于线性增益误差值来提供压缩检测标志，其中所述线性增益误差值至少基于参考信号和增益误差信号。
7.根据权利要求1的系统，其中所述峰值压缩估计器配置为至少基于线性增益误差值来提供压缩检测标志，其中`所述线性增益误差值至少基于多个窗口阈值，其中所述多个窗口阈值至少基于多个可编程窗口变量。
8.根据权利要求1的系统，其中所述压缩检测标志配置为指示发生峰值压缩超过预定阈值的情况。
9.根据权利要求1的系统,进一步包括: 天线； 与天线电耦合的功率放大器，所述功率放大器配置为提供变化的放大水平；和 放大修改模块，配置为至少基于压缩检测标志来改变功率放大器的放大水平。
10.根据权利要求10的系统，其中所述放大修改模块配置为通过降低功率放大器的功率水平来改变功率放大器的放大水平。
11.根据权利要求10的系统，其中所述放大修改模块配置为通过调整所述功率放大器的偏置水平来改变所述功率放大器的放大水平。
12.根据权利要求10的系统，其中所述放大修改模块配置为通过调整所述功率放大器的电压供应水平来改变功率放大器的放大水平。
13.根据权利要求1的系统，进一步包括: 天线；和 与天线电耦合的天线调谐器，所述天线调谐器配置为至少基于压缩检测标志来改变天线的调谐参数。
14.根据权利要求1的系统，其中所述峰值压缩估计器进一步配置为提供峰值压缩估计。
15.根据权利要求14的系统，进一步包括压缩缓和模块，配置为至少基于所述峰值压缩估计来应用峰值压缩缓和算法。
16.根据权利要求15的系统，其中所述峰值压缩缓和算法包括波峰因子降低算法。
17.一种确定是否调整无线通信设备中的天线的功率水平的方法，所述方法包括: 确定多个窗口阈值，其中所述多个窗口阈值至少基于多个可编程窗口变量； 估计峰值增益误差； 估计线性增益误差； 计算峰值计数值； 将所述峰值计数值与计数阈值进行比较； 将所述峰值增益误差与所述线性增益误差之间的差值与误差阈值进行比较；和如果所述峰值增益误差与所述线性增益误差之间的差值大于所述误差阈值，则降低所述天线的输出功率。
18.根据权利要求17的方法，进一步包括对峰值压缩缓和算法应用所述峰值增益误差、所述线性增益误差和所述峰值计数值。
19.根据权利要求18的方法，其中所述峰值压缩缓和算法包括波峰因子降低算法。
20.根据权利要求17的方法，其中估计所述峰值增益误差包括计算在预定峰值窗口中信号峰值的平均值。
21.根据权利要求17的方法，其`中估计所述线性增益误差包括计算在预定中间窗口中信号峰值的平均值。
【文档编号】H04L25/03GK103873402SQ201310561128
【公开日】2014年6月18日 申请日期:2013年8月23日 优先权日:2012年8月24日
【发明者】P·普雷马肯桑, M·拉曼 申请人:英特尔Ip公司