专利名称：多载波发射器电路和通信设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种主要用在移动通信基站中的多载波发射器电路。
近年来，随着数字移动通信的快速普及，安装包括有基站的基础设施已变成当务之急。尤其是在城市中，必须在不敏感的区域(如建筑物的阴影部分和地铁)中使用小型基站，因而需要减小已有的大规模基站的尺寸。
下面参照图6描述传统的多载波发射器电路。图6中，标号501表示公共电话网，标号502表示交换局。501-1到503-n表示基带处理电路，504-1到504-n表示n个调制器。505表示加法器，506表示高频放大器，507表示天线。
对于由用户采用公共电话网501传送的信号，必要的信号通过交换局502取出，并接着输出到n个信道中的每一个。在基带处理电路503-1到503-n中，输出的n个信号经过恰当的基带处理过程，如带限滤波处理过程。经处理的n个信号(载波)由调制器504-1到504-n调制，并由加法器505模拟相加。加法器505的输出由高频放大器506输出，并从天线507发射出去。
同时，根据现代的数字手提电话，已经发展起来了一种采用码分多址(CDMA)方法能够确保更大通信容量的手提电话。由于CDMA方法已在“CDMA Methodand Next Generation Mobil Communication System”(Torikeppus Series，Chapter 1)进行了描述，所以其详细描述从略。
由于这样一种用于数字手提电话的基站采用线性调制，并通过多个载波发射信号，所以发射器-接收器电路需要严格的线性化和宽的动态范围。
参见图7，下面描述采用CDMA方法的传统的多载波发射器电路。图中，标号601-(1-1)到601-(n-k)表示k×n个信道输入端，602-(1-1)到602-(n-k)表示k×n个编码乘法器，而603-1到603-n表示数字加法器。604-1到604-n表示调制器，而605-1到605-n表示n个载波发生器。606表示加法器，607表示编码选择电路，而608表示输出端。
通过交换局取出的k×n个信道信号被输入到信道输入端601-(1-1)到601-(n-k)。在编码乘法器602-(1-1)到602-(n-k)中，输入信道信号分别乘以编码选择电路607选择的编码。k×n个信道信号中的k个信号由数字加法器603-1到603-n中的每一个相加成一个信号，并得到n个输出。调制器604-1到604-n分别用载波发生器605-1到605-n产生的n个载波调制n个输出。n个经调制的信号由加法器606模拟相加，从而得到多个载波信号。该信号由高频功率放大器放大，并通过天线发射出去。
特别指出的是，发射器电路包括一个处理高功率的电路，如功率放大电路之类的电路，并且设计成使得平均输出功率可以被覆盖直到具有饱和输出功率的瞬时峰值输出功率，以保持线性特征。另外，由于获得大通信容量时必须具有高传输速率传输信号的带宽范围从几个MHz到几十MHz。为此，发射器电路需要采用一种能够跟随十分之一毫秒的信号变化的电路。
然而，如果瞬时峰值输出功率和平均输出功率之间的峰值因数变大，那么采用的功率放大电路中的晶体管的尺寸增大，因此，需要采用从饱和输出功率大大减小了的输出电平。如果这样减小了电平，也就使功率放大电路的直流供电功率与发射功率之间的比值(功率转换效率)减小。
下面描述该多载波信号中峰值因数变大的原因。通常，如图2(a)所示，在某些频率段上多载波信号同时包括多个载波。这些载波之间的相位关系随时间而变。变化期间，如图2(b)所示，当两个或多个多载波接近于同一相位时，总功率瞬时变大。特别是，如图2(c)所示，当具有相同相位的载波数增多时，与平均输出功率相比，产生瞬时更大的峰值输出功率。对于这样一个峰值输出功率与平均输出功率(即峰值因数)之比较大的信号，功率放大电路中使用的晶体管的尺寸变得更大，从而功率放大电路的直流供电功率与发射功率之间的比值(即功率转换效率)将减小。
尤其是，在CDMA方法中，与传统的时分多址(TDMA)方法相比，峰值因数翻倍。另外，由于具有CDMA方法的一个特征的代码被多路复用，所以峰值因数变得更大。当要进行多路复用的代码数为最大时，CDMA方法具有约13dB的峰值因数。另外，如果进一步对具有代码的多个载波进行多路复用，那么峰值将变得更大。为此，与现有技术相比，发射器电路(如功率放大电路之类的电路)要求相当严格的线性特征，并且需要采用一种能够输出是实际工作功率的十倍以上的功率的元件。结果，发射器电路的电路规模变大，并且基站的小型化变得困难起来。
同时，作为减小峰值因数的措施，人们建议采用一种采用反馈控制的多载波发射器电路，如日本专利公开号为8-274734和8-818249的专利文献中所建议的那样。该电路采用反馈结构。为此，当发射带宽较窄(几个kHz到几百kHz)的信号时，信号的变化速度是几十毫秒或更多一些，并且电路可以跟上这一变化速度。但该电路却无法跟上带宽为几个MHz到几十MHz的信号的变化速度，所以这一电路的应用是有困难的。
本发明就是着眼于传统的多载波发射器电路中出现的这些问题。因此，本发明的目的是提供这样一种多载波发射器电路，该电路通过将相对于带宽为几个MHz到几十MHz的信号的瞬时峰值输出功率抑制到一个小值，能够实现电路的小型化，从而减小多载波信号的峰值因数。
一种多载波发射器电路，用来对具有相应n个输入信号的载波进行调制，以产生n个调制信号，随后对所述n个调制信号进行多路复用，并输出经多路复用的信号，这里，n是一个2或更大的整数，其特征在于，所述多载波发射器电路包含产生每一所述载波的n个载波发生电路；用来用每一所述输入信号调制每一所述载波、并输出所述调制信号的n个调制装置；用来对所述n个调制信号进行多路复用并输出所述多路复用信号的多路复用装置；直接或间接地调节每一所述调制信号的电平的电平变化装置；检测每一所述载波的相位的n个载波相位检测装置；以及按照每一所述载波相位检测装置检测的每一所述载波的相位来控制所述电平变化装置的控制装置。
按照第一个本发明，通过相对于几个MHz到几十个MHz的宽带信号将瞬时峰值输出功率抑制到一个较小值从而使多载波信号的峰值因素减小，而使得发射器电路的小型化成为可能。
即，第一个本发明的多载波发射器电路预先检测多载波信号的每一调制信号的相位，预测指示瞬时峰值功率的每一调制信号的相位关系，并且按照该相位关系，直接或间接地调节每一调制信号的电平。这样，就减小了具有相同相位关系或相位关系接近的每一调制信号的电平，从而减小了多载波信号的峰值因素。因此，可以减小功率放大器的饱和输出功率，从而可以减小元件的尺寸。结果，可以减小包括有功率放大器的发射器电路的尺寸。
下文中在参照附图对本发明进行了详细描述以后，读者将会清楚地理解本发明的上述及其他的目的和优点。
图1是本发明第一个实施例中多载波发射器电路的方框图；图2(a)是通用多载波信号的频谱图；图2(b)是通用多载波信号的相位关系图；图2(c)是多载波信号的总功率的时间变化图；图3(a)是在如图2(b)所示相同的条件下，在控制可变衰减器的衰减量的第一个实施例中多载波信号的相位关系图；图3(b)是在如图2(b)所示相同的条件下，在控制可变衰减器的衰减量的第一个实施例中多载波信号总功率的时间变化图；图4是本发明的第二个实施例中多载波发射器电路的方框图；图5是本发明的另一个实施例中多载波发射器电路的方框图；图6是传统的多载波发射器电路的基本方框图；以及图7是另一个传统的多载波发射器电路的方框图。1-1至1-n，输入端2-1至2-n，可变衰减器3-1至2-n，载波发生器4-1至4-n，相位检测器5-1至5-n，调制器6，加法器7，控制电路8，输出端9，代码选择电路10-1至10-m，信道输入端20-1至20-m，代码乘法器A1至An，数字加法器下面参照附图，描述本发明的实施例。
(第一个实施例)首先参照图1至3，描述本发明的第一个实施例。
图1是本发明的第一个实施例中多载波发射器电路的方框图。图中，标号1-1至1-n表示n个输入端，2-1至2-n表示n个可变衰减器(对应于本发明的电平变化装置)，3-1至3-n表示n个载波发生器(对应于本发明的载波发生装置)，4-1至4-n表示n个相位检测器(对应于本发明的载波相位检测装置)，而5-1至5-n表示n个调制器(对应于本发明的调制装置)。标号6表示加法器(对应于本发明的多路复用装置)，标号7表示控制电路(对应于本发明的控制装置)，标号8表示一输出端。
图1中，功率相同并且输入到输入端1-1至1-n的n个信号(对应于本发明的输入信号)分别通过可变衰减器2-1至2-n，并衰减预定量。经衰减的信号被输入到调制器5-1至5-n，并由n个输入信号对载波发生器3-1至3-n产生的载波(对应于本发明的载波)进行调制。由加法器6将调制器5-1至5-n的输出(对应于本发明的调制信号)相加。加法器6的输出(对应于本发明的多路复用信号)被输出到输出端8。
下面描述用可变衰减器2-1至2-n衰减输入信号的过程。相位检测器4-1至4-n预先例如利用在实际发射前进行的加热时间检测从载波发生器3-1至3-n输出的载波的相位。相位关系从进行相位检测开始随时间而变，但是，如果每一载波的频率是已知的，则可以预测该时刻的相位关系。根据有关检测的相位的信息，控制电路7预测载波之间的相位关系，并按照所预测的相位关系，控制可变衰减器2-1至2-n中每一个的衰减量。
为了对衰减量进行控制，下面参照图2和图3进行详细的描述。图2描绘的是一种传统的通用多载波信号的图。图2(a)是该通用多载波信号的频谱图，图2(b)是通用多载波信号的相位关系图，而图2(c)是通用多载波发射信号的总功率的时间变化图。
图3是本发明第一个实施例中的多载波信号图。图3(a)是第一个实施例中多载波信号的相位关系图，用来在与图2(b)相同的条件下控制可变衰减器的衰减量，而图3(b)是第一个实施例中多载波信号的总功率的时间变化图，用来在与图2(b)相同的条件下控制可变衰减器的衰减量。注意，第一个实施例中多载波信号的频谱与图2(a)中的是相同的。
正如在相关技术领域中描述的那样，多载波信号通常在某些频率间隔内同时包括多个载波。这些载波之间的相位关系随时间而变。变化期间，当两个或多个多载波接近相同的相位时，总功率瞬时变大。尤其是，当具有相同相位的载波数变大时，会产生瞬时更大的峰值输出功率。相对于这样一种峰值因素较大的信号，功率放大电路中所使用的晶体管的尺寸变得更大，从而用于功率放大电路的直流供电功率与所发射的功率之间的比例(即功率转换效率)将减小。
因此，在如图2(b)所示的相位关系中，f1和f2的幅度被抑制，而除此频率之外的幅度增加，同时，该相位关系被保持在如图3(a)所示的状态。这样，总功率的峰值可以如图3(b)所示被抑制在较低值上。其他频率的幅度增大的原因是因为作为一个整体来说，总功率是平衡的。
控制电路7用来控制可变衰减器2-1至2-n的衰减量，从而它们对应于图3(b)中频率的幅度。因此，通过抑制总功率的峰值输出功率，使之相对于平均输出功率较低，可以减小功率放大电路中使用的晶体管的尺寸，并且可以增强功率放大电路的功率转换效率。
在第一个实施例中，已经描述了本发明的电平变化装置是与调制器的输入侧相连作为可变衰减器的，并且每一调制信号的电平是通过调整本发明的每一输入信号的电平而间接调整的。然而本发明并非仅限于此。例如，电平变化装置可以与调制器的输出端相连，以直接调节本发明的每一调制信号的电平。它还可以与载波发生器的输出端相连，以调制本发明的每一载波。即使本发明的每一调制信号的电平是以这种方式间接调节的，也可以得到相同的效果。
简而言之，如果电平变化装置是一个直接或间接调节本发明的每一调制信号的电平的装置，那么将得到同样的效果。同时，甚至是与可变增益放大器的组合也可以得到相同的效果。
另外，在本发明的第一个实施例中，如果图7中的数字加法器603-1至603-n在1∶1的比例下与输入端1-1至1-n相连，该实施例将应用于采用CDMA方法的多载波发射器电路。该例子如图5中所示。
(第二个实施例)下面参照附图描述本发明的第二个实施例。本实施例与上述第一个实施例之间的差异是，本实施例中还配置有代码调制装置、代码选择装置和准备多路复用装置。所以，如果没有特别指出，本实施例与第一个实施例是相同的。对于以与第一个实施例中相同的标号标出的部件，如果没有特别指出，这些部件与第一个实施例中的功能是相同的。
图4是本发明第二个实施例中多载波发射器电路的方框图。图中，标号10-1至10-m表示m个信道输入端，而20-1至20-m表示m个代码多路复用器(对应于本发明的代码调制装置)。标号9是按照来自控制电路7的指定选择提供给每一代码乘法器的代码的代码选择电路(对应于本发明的代码选择装置)，而A1至An是按照来自控制电路7的指定将预定个信道的代码乘法器的输出数字相加的n个数字加法器(对应于本发明的准备多路复用装置)。
图4中，输入到信道输入端10-1至10-m的具有相等幅度的信道信号(对应于本发明的准备输入信号)与具有代码乘法器20-1至20-m的代码选择电路9指定的代码相乘。与代码相乘的信道信号(对应于本发明的准备代码的信号)被输入到由控制电路7指定的数字加法器A1至An，并且数字相加和多路复用。经多路复用的信道信号(对应于本发明的输入信号)被输入到调制器5-1至5-n。调制器5-1至5-n以后的操作是以与第一个实施例中相同的方式进行的。
下面描述由控制电路7将指定输入到数字加法器A1至An的信道信号的过程。例如，利用实际发射前的加热时间，相位检测器4-1至4-n预先检测从载波发生器3-1至3-n输出的载波的相位。从进行相位检测的时候起，相位关系随时间而变，但是，如果每一载波的频率是已知的，则可以预测该时刻的相位关系。根据有关检测相位的信息，控制电路7预测载波间的相位关系。按照预测的相位关系，代码选择电路9选择赋予信道信号的代码。选择的代码被分别提供给代码乘法器20-1至20-m。另外，按照预测的相位关系，控制电路7指定加到n个数字加法器A-1至A-n的信道信号的个数。控制电路7确定这一数字，从而该数字与第一个实施例中描述的图3(b)的频率的幅度对应。这样，就由多路复用的信道信号的个数决定了多路复用到调制器5-1至5-n的输入信号。因为该数字是由载波之间的相位关系决定的，所以可以得到与第一个实施例中相同的效果。
注意，进行上述代码选择，从而代码不会在与相同数字加法器A相连的信道输入端之间相互匹配。
作为一种调节调制信号的电平的方法，在图4中，除了上述方法以外，也可以采用通过相位调节编码信号的电平的方法。
作为另一种调节方法，也可以采用调节代码选择电路9选择的代码来调节调制信号的电平。
在第二种实施例中，如果假设m是n的倍数，并且在初始状态，线路的连接使得数字加法器A-1至A-n将m/n个信道信号多路复用成一个多路复用的信号，那么本实施例可以应用于采用CDMA方法的多载波发射器电路。
在上述第一和第二个实施例中，已经描绘了当两个或更多个载波的相位成一定的相位关系(包括相同的相位关系)的时候，本发明的控制装置决定每一调制信号的电平，从而与不进行由电平变化装置进行的调节的时候相比，多路复用的信号的电平变得更小，并且控制电平变化装置，使得每一调制信号的电平达到确定的电平。但是，当设置峰值功率允许的最大值时，控制装置可以决定每一调制信号的电平，从而多路复用信号的电平不会超过一预定值。另外，当相反要求输出不减小到预定电平或以下时，控制装置可以确定每一调制信号的电平，从而经多路复用的信号的电平变得更大。即，如果可以按照每一载波相位检测装置检测的每一载波的相位来控制电平变化装置，那么本发明的控制装置将是足够的。
注意，本发明并非仅限于CDMA方法，也可以适用于其他的多载波方法，如FDMA方法、TDMA方法等等。
另外，按照本发明的发射器具有上述多载波发射器电路以及用来放大如图6所示的多载波发射器电路的输出的高频放大电路，和将经放大的信号发射到外部的天线。
从上面的描述中可以清楚地看到，本发明能够提供一种多载波发射器电路，该电路能够通过相对于几个MHz到几十MHz的宽带信号将瞬时峰值输出功率抑制到一个较小的值上从而减小多载波信号的峰值因素来实现电路的小型化。
即，本发明的多载波发射器电路预先检测多载波信号的每一载波的相位、当检测的相位按相位关系指示瞬时峰值输出功率时，预测两个或多个载波的相位成相同的相位，并控制每一调制信号的电平。这样，相对于成几个MHz到几十MHz的宽带信号，将瞬时峰值输出功率抑制到一个较小的值上，并减小多载波信号的峰值因素，从而可以实现发射器电路的小型化。
尽管本发明的描述是针对较佳实施例进行的，但本发明并非仅限于所给出的细节，还可以在权利要求书给出的范围内修改这些实施例。
权利要求
1.一种多载波发射器电路，用来对具有相应n个输入信号的载波进行调制，以产生n个调制信号，随后对所述n个调制信号进行多路复用，并输出经多路复用的信号，这里，n是一个2或更大的整数，其特征在于，所述多载波发射器电路包含产生每一所述载波的n个载波发生电路；用来用每一所述输入信号调制每一所述载波、并输出所述调制信号的n个调制装置；用来对所述n个调制信号进行多路复用并输出所述多路复用信号的多路复用装置；直接或间接地调节每一所述调制信号的电平的电平变化装置；检测每一所述载波的相位的n个载波相位检测装置；以及按照每一所述载波相位检测装置检测的每一所述载波的相位来控制所述电平变化装置的控制装置。
2.如权利要求1所述的多载波发射器电路，其特征在于，它还包含通过相应的代码对m个准备输入信号进行编码而产生m个准备编码信号的m个代码调制装置，这里，m是n或更大的整数；用来选择每一所述准备输入信号的所述代码的代码选择装置；以及对所述m个准备编码信号进行多路复用以产生所述n个输入信号的n个准备多路复用装置。
3.如权利要求1或2所述的多载波发射器电路，其特征在于，所述电平变化装置通过调节每一所述输入信号的电平或通过调节每一所述载波的电平，间接地调节每一所述调制信号的电平。
4.如权利要求2所述的多载波发射器电路，其特征在于，所述电平变化装置通过切换每一所述准备编码信号输入到每一所述准备多路复用装置所通过的线路的连接来调整每一所述调制信号的电平，以及所述控制装置按照每一所述载波相位检测装置检测的每一所述载波的相位，确定每一所述准备多路复用装置进行多路复用的所述准备编码信号的个数，从而控制所述电平变化装置；并且所述代码选择装置根据所述连接的切换选择所述编码。
5.如权利要求2所述的多载波发射器电路，其特征在于，所述电平变化装置通过在对m个准备输入信号进行编码前的电平调整，调整每一所述调制信号的电平。
6.如权利要求2所述的多载波发射器电路，其特征在于，所述电平变化装置通过调整所述代码，调整所述调制信号的电平。
7.如权利要求4所述的多载波发射器电路，其特征在于，所述m是n的倍数，并且在初始状态下，将线路连接起来，从而每一所述准备多路复用装置将所述准备编码信号的m/n个准备编码信号多路复用起来，并产生一个多路复用信号。
8.如权利要求2所述的多载波发射器电路，其特征在于，所述电平变化装置通过调整每一所述准备编码信号的电平间接地调整每一所述调制信号的电平。
9.如权利要求1至8中任何一个权利要求所述的多载波发射器电路，其特征在于，当呈某一关系的所述两个或多个载波的相位关系包括相同的相位时，决定某一所述调制信号的电平，从而与不由所述电平变化装置进行任何调整时的情况相比，所述多路复用信号的电平可以更小，并且所述电平变化装置受到控制，以获得预定的电平。
10.如权利要求9所述的多载波发射器电路，其特征在于，决定每一所述调制信号的电平，从而所述多路复用信号的电平不超过所述预定电平。
11.一种进行通信的通信装置，其特征在于，它包含权利要求1至10中的任何一个中所述的多载波发射器电路；放大所述多载波发射器电路的输出的高频放大器；以及发射所述高频放大器的输出的天线。
全文摘要
为减小移动通信基站的多载波发射器电路的尺寸,将瞬时峰值输出功率相对于几个MHz到几十MHz的宽带信号抑制到较小值上,从而减小多载波信号的峰值因素。在用相应输入信号调制载波以产生调制信号并随后多路复用所述调制信号和输出多路复用信号的多载波发射器电路中,多载波发射器电路具有载波发生器3－1至3－n、调制器5－1、加法器6、可变衰减器2－1至2－n、相位检测器4－1,和控制电路7。
文档编号H04L27/26GK1250279SQ99118460
公开日2000年4月12日 申请日期1999年8月24日 优先权日1998年8月24日
发明者石田薰, 宫地正之, 小杉裕昭, 久郷伸一 申请人:松下电器产业株式会社