专利名称：通过多级脉宽调制的笛卡尔调制系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及笛卡尔调制系统，尤其是本发明涉及其中通过产生多级
脉宽调制信号(multi-level pulse width modulated signal)而实现笛卡尔调 制(Cartesian modulation)的笛卡尔调制系统。本发明还涉及到生产笛 卡尔调制的方法。
背景技术：
笛卡尔调制是用于实现无线电通信收发器的方法。笛卡尔或正交调 制系统基于通过基带信号的同相I和正交Q标量分量(scalar component) 直接调制RF载波的原理。
图1中示出了笛卡尔调制系统传统的实现方法。笛卡尔调制器120 包括本地正交RF振荡器130、第一乘法器140、第二乘法器150和合并 器160。此外，笛卡尔调制系统典型地还包括功率放大器170和带通滤 波器180。基带信号的同相标量分量105与本地正交RF振荡器130产生 的同相RF信号134上混频(up-mix)。基带信号的正交分量110与本地 正交RF振荡器130产生的正交RF信号138上混频。基带信号的上混频 的同相分量与基带信号的上混频的正交分量在加法电路160中合并，提 供最终的调制信号。于是，所述调制信号典型地由功率放大器170放大 以便提供传输要求的输出功率，并在带通滤波器180中滤波以便减少频 谱含量(spectral content)和避免频谱干扰。
按照传统结构实现的笛卡尔调制器意味着在他们的设计中的一系 列严格的要求。两个上混频器都需要双平衡，因为基带信号的同相和正 交分量和本地振荡器信号都是双极信号。此外，双平衡混频器要求在其 输出端抑制基带信号和本地振荡器信号。两个双平衡混频器必须确保在 基带信号的同相和正交分量中呈高线性以避免出现任何不必要的频率分
量。附加要求是所述功率放大器也应当是完全线性的器件，以避免任 何频谱增生，该频谱增生可能加宽信号频谱而超过典型地在无线传输标
准(例如CDMA、TDMA、GSM或GPRS)中限定的频谱传输掩码(spectral transmission mask )中采用的严格限制。
发明内容
本发明寻求提供一种以有效方式实现笛卡尔调制的改良的系统，其 中功率放大器的切换频率等于不要求过采样(over-sampling)的RF载波 频率。本发明优选地减轻、缓和或消除一个或更多上述或其他缺点(单 一或任何组合)。
在本申请的范畴内，考虑与载波RF频率相关的缓变复基带信号。 通过所述复基带信号在传统X轴上的投影获得该复基带信号的同相分 量，同时通过所述复基带信号在传统Y轴上的投影获得该复基带信号的 正交分量。由于复基带信号的缓变性质，所述同相和正交分量随时间变 化具有正或负值。因此，有可能定义所述基带信号的同相分量的正部分、 所述基带信号的同相分量的负部分、所述基带信号的正交分量的正部分 和所述基带信号的正交分量的负部分。
因此在第一方面中，提供产生RF输出信号的笛卡尔调制系统，该 RF输出信号包含RF载波并由基带信号调制，该系统包括
第一二进制脉宽调制信号发生器，耦合为接收与基带信号的同相分 量相关的信号，该第一二进制脉宽调制信号发生器包括至少一个基带预 失真元件和至少一个信号比较器，并产生承载基带信号的同相信息的第 一二进制脉宽调制信号；
第二二进制脉宽调制信号发生器，耦合为接收与基带信号的正交分 量相关的信号，该第二二进制脉宽调制信号发生器包括至少一个基带预 失真元件和至少一个信号比较器，并产生承载基带信号的正交信息的第 二二进制脉宽调制信号；以及
合并和放大级，合并第一二进制脉宽调制信号和第二二进制脉宽调 制信号，并适合于提供承载基带信号的同相和正交分量的放大的三级脉 宽调制射频信号。
所述基带预失真元件可以包括一个或更多预失真块，其中每一块可
以将与基带信号的同相或正交分量相关的信号映射到RF输出信号的特
定要求，例如占空比的修改或在比较器中采用的比较级别的修改。在比
较器输出端的切换频率等于典型地锁定到一个基准RF振荡器的RF输出 信号的频率。合并和放大级能够以产生承载基带信号幅值和相位的三级 脉宽调制RF信号的方式合并第一和第二脉宽调制信号。此外，合并和 放大级能够提供三级脉宽调制信号，该信号具有确保调制信号按照特定 应用正确传输的功率级，例如如果调制器用于无线局域网、蓝牙应用或 无线移动应用所要求的不同功率级。
因为几个原因，本发明尤其但不是排他地具有优势。没有必要使用 双平衡混频器，因此该系统中对元件(例如功率放大器)的线性要求降 低，避免在元件中的频谱增生。此外，在每一个比较器输出端的切换频 率等于RF输出信号的频率，避免在所述比较器处过采样的任何要求。 所述RF振荡器产生正弦输出信号，并因此避免了对更复杂的信号，例 如高线性三角波信号、锯齿波信号的要求。
在本发明的一个实施例中，第一二进制脉宽调制信号发生器包括第 一和第二预失真元件，该第一和第二预失真元件耦合为接收与基带信号 的同相分量的正和负部分分别相关的信号。此外，所述第一二进制脉宽 调制信号发生器包括第一和第二比较器。通过独立地处理基带信号的同 相分量的正和负部分，第一二进制脉宽调制信号发生器的大部分分量可 以为单平衡，因为没有处理双极信号的必要。
在本发明的另一个实施例中，第一二进制脉宽调制信号发生器包括 预失真元件，该预失真元件耦合为接收与基带信号的同相分量的绝对值 相关的信号。此外，所述第一二进制脉宽调制信号发生器包括比较器信 号和逻辑单元，该逻辑单元允许比较器信号的基谐波的相位根据基带信 号的同相分量的符号翻转。这一实现方式是有利的，因为它最小化了在 实现第一二进制脉宽调制信号发生器时所需的预失真元件、比较器和的 本地振荡器相关信号的数量。
在本发明的一个实施例中，第二二进制脉宽调制信号发生器包括第 一和第二预失真元件，该第一和第二预失真元件耦合为接收与基带信号 的正交分量的正和负部分分别相关的信号。此外，所述第二二进制脉宽
调制信号发生器包括第一和第二比较器。通过独立地处理基带信号的正 交分量的正和负部分，第二二进制脉宽调制信号发生器的大部分分量可 以为单平衡，因为没有处理双极信号的必要。
在本发明的另一个实施例中，按权利要求5限定的第二二进制脉宽 调制信号发生器包括预失真元件，该预失真元件耦合为接收与基带信号 的正交分量的绝对值相关的信号。此外，按权利要求3限定的第二二进 制脉宽调制信号发生器包括比较器信号和逻辑单元，该逻辑单元允许比 较器信号的基谐波的相位根据基带信号的正交分量的符号翻转。根据权 利要求5的实现方式是有利的，因为它最小化了在实现第二二进制脉宽 调制信号发生器时所需的预失真元件、比较器和本地振荡器相关信号的 数量。
在本发明的一个实施例中，合并和放大级包括含有译码器和三级切 换输出级的单个功率放大器，该实现方式是为三级应用而专门设计的并 且最小化所要求的放大器的数量。输出级的切换特性导致在这个输出级 中的低功耗，并因此导致高效率。
在本发明的另一个实施例中，按权利要求11限定的合并和放大级 包括多个功率放大器、多个四分之一人传输线和一个合并器，该实现方 式是为利用滞销的分量而专门设计的。这样每一个功率放大器只须处理 二进制信号，导致与三级功率放大器相比较不复杂的实现方式。
在本发明的另一个实施例中，提供带通滤波器滤波级，该带通滤波 级提供放大的脉宽调制信号的滤波版本(version),用于减少其谐波含量 因此抑制不必要的频率分量，否则会干扰其它无线电系统。此外，带通 滤波级可提供明显地抑制更高次谐波和低频寄生信号(spurious)的放大 的脉宽调制信号的滤波版本。
在本发明的一个实施例中，三级脉宽调制射频信号的基频包括RF 载波频率。这意味着没有采用过采样和欠采样(sub-sampling)。
在本发明的另一个实施例中，三级脉宽调制射频信号的基频不同于 RF载波频率。所述基频可以是低于或高于通过控制预失真元件提供可调 节性(tunability)的RF载波频率的频率。这种情况分别对应欠采样或 过采样。欠采样是有利的，因为在这种情况下合并和放大级的切换频率
被选择为低于RF载波频率导致其更容易实现和更高的效率。
在本发明的一个实施例中，提供包括根据本发明的调制系统的发送 器。使用在本发明中说明的笛卡儿调制系统允许发送器适应必须的不同 标准，例如CDMA、 TDMA、 GSM或GPRS。此外，在本发明中说明的 极化调制系统的高效率对便携式应用中增加电池寿命是有利的。
在本发明的第二方面中提供产生RF输出信号的方法，该RF输出 信号包括RF载波和由基带信号调制，包括以下步骤
-基于至少第一基带预失真元件和与基带信号的同相分量相关的信 号，产生承载基带信号的同相信息的第一二进制脉宽调制信号。
-基于至少第二基带预失真元件和与基带信号的正交分量相关的信 号，产生承载基带信号的正交信息的第二二进制脉宽调制信号。
-合并第一二进制脉宽调制射频信号和第二二进制脉宽调制射频信 号以便提供承载基带信号的同相和正交分量的放大的三级脉宽调制射频 信号。
结合附图，现在将只通过举例的方式解释本发明，其中
图1是说明传统笛卡尔调制系统元件的框图2是说明根据本发明的一个实施例产生由基带信号调制的RF输
出信号的笛卡儿调制系统的元件的详图3是说明根据本发明的一个可能的实施例包括三级切换输出级的
合并和放大级的可能的实现方式的元件的框图4是笛卡尔调制系统的应用的示例，其中示出通过笛卡尔调制由 基带信号调制产生RF输出信号时包含的不同信号的特性；
图5是说明根据本发明的另一个实施例产生由基带信号调制的RF 输出信号的笛卡儿调制系统的元件的详图。
图6是说明根据本发明的另一个可能的实施例，基于多功率放大器 和四分之一 X传输线的合并和放大级的可替换的实施方式的元件的框 图。
具体实施例方式
本发明提供笛卡尔调制系统，其中通过产生多级脉宽调制信号实现
笛卡尔调制，并且其中通过比较基准RF信号和与基带信号的同相和正 交分量相关的预失真信号产生所述多级脉宽调制信号。
根据本发明的一个实施例，在图2中示出说明在通过产生多级脉宽 调制信号实现笛卡尔调制的系统中要求的元件的框图。通过产生多级脉 宽调制信号实现笛卡尔调制的系统包括RF本地振荡器202、第一二进制 脉宽调制信号发生器200、第二二进制脉宽调制信号发生器205、合并和 放大级290、带通滤波器295和天线298。第一二进制脉宽调制信号发生 器200包括第一 215和第二 235基带预失真元件、第一 220和第二 240 比较器和第一合并器224。第二二进制脉宽调制信号发生器205包括第 三255和第四275基带预失真元件、第三260和第四280比较器和第二 合并器268。 RF本地振荡器提供零度相移RF正弦信号210和180度相 移RF正弦信号230给第一脉宽调制信号发生器200。此外，RF本地振 荡器提供90度相移RF正弦信号250和270度相移RF正弦信号270给 第二脉宽调制信号发生器205 。
第一基带预失真元件215接收表示基带信号的同相分量的正部分的 信号225并提供第一预失真信号给第一比较器220的负输入222，该第
一预失真信号是基带信号的同相分量的正部分的变更版本。零度相移RF 正弦信号210输入到第一比较器220的正输入228。第二基带预失真元 件235接收表示基带信号的同相分量的负部分的信号245并提供第二预 失真信号给第二比较器240的负输入242，该第二预失真信号是基带信 号的同相分量的负部分的变更版本。180度相移RF正弦信号230输入到 第二比较器240的正输入248。第一比较器220提供第一比较器信号给 第一合并器224，而第二比较器240提供第二比较器信号给第一合并器 224。从第一合并器224中获得第一二进制脉宽调制信号。第三基带预失 真元件255接收表示基带信号的正交分量的正部分的信号265并提供第 三预失真信号给第三比较器260的负输入262，该第三预失真信号是基 带信号的正交分量的正部分的变更版本。90度相移RF正弦信号250输 入到第三比较器260的正输入268。第四基带预失真元件275接收表示
基带信号的正交分量的负部分的信号285并提供第四预失真信号给第四 比较器280的负输入282，该第四预失真信号是基带信号的正交分量的 负部分的变更版本。270度相移RF正弦信号270输入到第四比较器280 的正输入288。第三比较器260提供第三比较器信号给第二合并器268， 同时第四比较器280提供第四比较器信号给第二合并器268。从第二合 并器26S中获得第二二进制脉宽调制信号。合并和放大级290提供合并 在第一 224和第二 268合并器的输出端获得的第一和第二脉宽调制信号 的放大的三级脉宽调制信号。所述放大的三级脉宽调制信号在带通滤波 器295中滤波，并且滤波后的信号通过天线298发送。所述带通滤波器 可以减少脉宽调制信号的带宽，使得在带通滤波器输出端的RF信号主 要包括其基谐波和对应的边带，明显地抑制放大的脉宽调制信号的更高 次谐波和低频寄生信号。
在上述实施例的可替换的实现方式中，在合并和放大级中也可以包 括该带通滤波器作为LC谐振。所述合并和放大级、带通滤波器和/或天 线可以在物理上与比较器和/或基带预失真元件分离。所述基带预失真元 件可以在模拟或数字域(analogue or in the digital domain)中实施。
每一个基带预失真元件(215、 235、 255、 275)可能包括多个预失 真块。在上述的实施例中，每一个基带预失真元件包括第一预失真块 (216、 236、 256、 276)和第二预失真块(217、 237、 257、 277)。在本 发明的这个实施例中，第一预失真块(216、 236、 256、 276)执行幅值 向占空比的转换，同时第二预失真块(217、 237、 257、 277)执行占空 比向比较器水平(comparator level)的转换。
在本发明的另一个实施例中，合并和放大级基于译码器和三态切换 输出级。在图3中示出说明包括译码器320和三态切换输出级340的合 并和放大级可能的实现方式的元件的框图。从第一合并器224输出的第 一脉宽调制信号305和从第二合并器268输出的第二脉宽调制信号310 都与译码器320的输入端耦合。译码器在其输出端将第一脉宽调制信号 的"一"级转换为"高级"信号338。译码器在其输出端将第一脉宽调制信 号的"零"级和第二脉宽调制信号的"一"级转换为"中级"信号336。译码器 在其输出端将第二脉宽调制信号的"零，，级转换为"低级"信号334。三态
切换级340包括高级电源350 (Kswp)、中级电源360 (和低级电 源370 (Wow)。所述三个电源Rwp、 r脂W和Wow按等式(1)关联， 中级电源360 (FmW)的电压等于或约等于高级电源350(K"/7)的电压和 低级电源370( P7omO的电压之和的一半。此外三态切换级340包括由"高 级"信号338、"中级"信号336和"低级"信号334控制的三个开关380， 并相应地向三级脉宽调制信号提供^wp、 FmW禾BF/ow。来自三个开关 的输出信号在提供放大的三级脉宽调制信号的功率放大器的输出节点 390中合并。
Vsup >> Kow (1)
在本发明的另一个实施例中实现合并和放大级290，包括多个功率 放大器、多个四分之一人传输线和一个合并器，在图6中示出说明合并 和放大级的可替换的实现方式的元件的框图。在这个实施例中从第一合 并器224输出的第一输出二进制脉宽调制信号624由提供第一放大的二 进制脉宽调制信号的第一功率放大器610放大。从第二合并器268输出 的第二输出二进制脉宽调制信号668由提供放大的二进制脉宽调制信号 的第二功率放大器620放大。第一和第二放大器典型地表现出类似的特 性。在这个实施例中，第一和第二功率放大器具有低电阻输出，并且第 一 630和第二 640四分之一 入传输线用于转换第一和第二功率放大器输 出的电压源特性为电流源特性，允许传输线输出在合并器650处简单地 并联连接。
在本发明的另一个实施例中，第一和第二二进制脉宽调制信号发生 器基于比较器和XOR逻辑单元的组合功能。根据本发明的一个实施例， 在图5中示出说明在基于比较器和XOR逻辑单元的组合功能通过产生 多级脉宽调制信号实现笛卡尔调制的系统中所要求的元件的框图。用于 实现根据本发明的这个实施例实施的笛卡尔调制的系统包括RF本地振 荡器502、第一二进制脉宽调制信号发生器500、第二二进制脉宽调制信 号发生器505、合并和放大级590、带通滤波器595和天线598。合并和 放大级590、带通滤波器595和天线598具有与前面所述的实施例(290、 295、 298)相同的特性并以前面所述的方法中任何一种实施。第一二进制脉宽调制信号发生器500包括第一 515基带预失真元件、第一 520比 较器和第一 XOR逻辑单元540。第二二进制脉宽调制信号发生器505包 括第二 555基带预失真元件、第一 560比较器和第二 XOR逻辑单元580。 RF本地振荡器提供零度相移RF正弦信号510给第一脉宽调制信号发生 器500。此外，RF振荡器提供90度相移RF正弦信号550给第二脉宽调 制信号发生器505。第一 515基带预失真元件包括第一 516和第二 517 预失真块。第二 555基带预失真元件包括第一 556和第二 557预失真块。
第一基带预失真元件515接收表示基带信号的同相分量的绝对值的 信号525并提供第一预失真信号给第一比较器520的负输入522，该第 一预失真信号是基带信号的同相分量的绝对值的变更版本。零度相移RF 正弦信号510输入到第一比较器520的正输入528。第一比较器520提 供第一比较器信号。第一 XOR逻辑单元540耦合为接收第一比较器信 号和表示基带信号的同相分量的符号的信号545，并提供承载基带信号 的同相信息的第一二进制脉宽调制信号。第二基带预失真元件555接收 表示基带信号的正交分量的绝对值的信号565并提供第二预失真信号给 第二比较器560的负输入562，该第二预失真信号是基带信号的正交分 量的绝对值的变更版本。90度相移RF正弦信号550输入到二比较器560 的正输入568。第二比较器560提供第二比较器信号。第二XOR逻辑单 元580耦合为接收第二比较器信号和表示基带信号的正交分量的符号的 信号585，并提供承载基带信号的正交信息的第二二进制脉宽调制信号。
在本发明的一个实施例中第一预失真块516、 556执行绝对值向占 空比的转换。在这个实施例中第二预失真块517、 557执行占空比向比较 器水平的转换，该转换的符号取决于基带信号的同相和正交分量的符号。
同样设想了采用其它逻辑单元例如NXOR产生脉宽调制信号的系统。
在本发明的一个实施例中，由基带预失真元件产生的比较器水平与 由射频功率放大器放大的信号的占空比相关。带通滤波器确保在本质上 仅包括其边带的二进制信号的基谐波含量通过天线发送。通常具有占空 比dCg的二进制信号的基谐波含量的幅值Ag由等式(2)确定。<formula>formula see original document page 16</formula>
在下面，RF信号的同相I和正交Q分量将独立地处理。此外这些 同相和正交分量的正和负部分也将独立地处理。这受到以下情况的影响 二进制PWM信号的基谐波含量不能通过一些合适的比较器水平同相翻 转。因此，将与通过基带预失真元件所要求产生的比较器水平相关地考 虑四种不同情况。
RF信号的同相分量的正部分的幅值用/p表示并被定义为
/ 如果 1>0 0如果 ISO
依据等式(2)， RF信号的同相分量的正部分的幅值可以写在等式 (2Ip)中。
<formula>formula see original document page 16</formula>
在上述实施例中所述系统要求具有幅值/P的正I分量的发送，因此 第一比较器将传送具有占空比ddp二进制信号，如等式(3Ip)所示。<formula>formula see original document page 16</formula>
第一预失真元件215的预失真块216执行从产生的二进制PWM f 号的所要求的幅值斗向第一比较器的输出端的信号的所要求的占空比 ddp的转换。
第一比较器220将正弦参考RF信号与由第一基带预失真元件215 提供的比较器水平信号Chp比较。如等式(4Ip)中所示，对于比较器水 平信号Chp，限制(slicing)具有幅值l的正弦信号产生具有占空比dc!p 的二进制信号。
<formula>formula see original document page 16</formula>
在上述的实施例中，系统要求第一比较器220产生具有占空比dc 的二进制信号，如等式(3Ip)中所示，因此依照等式(5Ip)第一预失 真元件215的第二预失真块217产生比较器水平ClIp
1
二s雖'(5-de[p)) (5ip) RF信号的同相分量的负部分的幅值用/p表示并被定义为
-/ 如果 1<0 0 如果 12 0
负部分A对应于与正部分/p信号相比较相位差180度的RF信号。 因此传送到处理负部分/"信号的比较器240的参考RF信号相对于传送 到处理正部分/p信号的第一比较器220的参考信号需要180度相移。
依照对于RF信号的同相分量的正部分的幅值给出的注释，也可能 获得有关RF信号的同相分量的负部分的幅值的类似表达式。第二预失 真元件235的第一预失真块236须执行等式(3In)中给定的转换。
<formula>formula see original document page 17</formula>
并且，第二预失真元件235的第二预失真块237将执行等式(5In) 中给定的转换。
<formula>formula see original document page 17</formula>
RF信号的正交Q分量被分为正部分^和负部分&。这些信号的 定义类似于同相分量的那些信号
<formula>formula see original document page 17</formula>正部分^信号和负部分"信号与RF信号对应，分别相移卯度和
270度。因此用于有关的比较器260和280的参考RF信号也分别与相移 90度和270度。
第三预失真元件255的第一预失真块256须执行如等式(3Qp)中 所示的幅值向占空比的转换。
=， arcsin(;r. Q》 (3Qp)
第四预失真元件275的第一预失真块276须执行如等式(3Qn)中 所示的幅值向占空比的转换。
dcQn = VV' arc si n (;r. Q ) (3 Qn)
第三预失真元件255的第二预失真块257须执行如等式(5Qp)中 所示的占空比向比较器水平的转换。
1
ClQp=sin(;r>(5- )) (5Qp)
第四预失真元件275的第二预失真块277须执行如等式(5Qn)中 所示的占空比向比较器水平的转换。
ClQ =sin(;r(5Qn)
在图4中，示出了根据上述实施例的笛卡儿调制系统的应用的示例。
该示例示出在通过笛卡尔调制由基带信号调制产生RF输出信号时包含 的不同信号的特性。在图4a中，基带调制示例信号的同相分量410和其
正部分405 (Ip)都示出为时间函数。在图4b中，示出了从第一基带预 失真元件获得的比较器水平430和RF参考信号420。在图4c中示出了 与同相分量的正部分相关的从第一比较器输出的输出信号440。可以看 出只有当比较器水平比RF信号更低时才能获得非零信号。在图4d中， 从由第一和第二比较器提供的信号的合并获得的脉宽调制信号450示出 为时间函数。在图4e中可以看到产生的三级脉宽调制信号460。图4e 也示出了在带通滤波级295的输出端获得的正弦射频信号470，该带通 滤波级295特征是本质上允许包括其边带的基谐波含量的传输。
在本发明可替换的实施例中，二进制PWM信号的基谐波含量的相位的翻转可以通过XOR门实现。每次同相或正交分量改变极性，相位
由XOR门翻转180度。因为同相和正交分量的极性或符号用这种方式 处理，预失真/比较器单元只需要处理I和Q分量的绝对值。
除了反向或翻转RF信号超过180度之外，XOR门也在比较器的输 出端按照准稳态近似反向产生的"直流电平"("DClevd")。这表明将产 生不规则方波信号，具有谐波的不规则方波信号严重污染(pollute) 了 输出频谱。为防止这种情况发生，当同相或正交分量变为负时在第二预 失真块517、 557中，比较器水平也反向。
第一预失真元件515的第一预失真块516须执行如等式(31—abs) 中所示的绝对值向占空比的转换。
dew = l/,. arcsin(;r. |/|) (3I一abs)
第二预失真元件555的第一预失真块556须执行如等式(3Q—abs) 中所示的绝对值向占空比的转换。<formula>formula see original document page 19</formula>
第一预失真元件515的第二预失真块517须执行如等式(51—abs) 中所示的占空比向比较器水平的转换。
<formula>formula see original document page 19</formula>
第二预失真元件555的第二预失真块557须执行如等式(5Q—abs) 中所示的占空比向比较器水平的转换。
<formula>formula see original document page 19</formula>
在本发明的另一个实施例中，参考射频信号是非线性失真正弦信 号。在这个实施例中，RF振荡器可以传送由纯正弦信号的非线性传递函 数表示的信号，其f(si4v + 一)》中函数f表示非线性失真传递函数。如 上述表达式所示，对于比较器水平信号Clg限制非线性失真正弦信号， 产生具有占空比dcg的二进制信号，如等式(6)中所示。
<formula>formula see original document page 20</formula>(6)
其中f^表示函数f的反函数。
因此依照等式(7Ip)第一预失真元件215的第二预失真块217将产 生比较器水平CI。
<formula>formula see original document page 20</formula>
根据这个实施例第二、第三和第四预失真元件(235、 255、 275) 的预失真块(237、 257、 277)分别依照等式(7In)、 (7Qp)和(7Qn)
将产生比较器水平。
<formula>formula see original document page 20</formula>
考虑本发明的一个可替换的实施例，其中二进制PWM信号的基谐 波含量的相位的翻转通过XOR门实现，并且参考射频信号可能是非线 性失真正弦信号。在这个实施例中依照上述注释，按照等式(81—abs) 第一预失真元件515的第二预失真块517将产生比较器水平CI。
<formula>formula see original document page 20</formula>
按照等式(8Q_abs)第二预失真元件555的第二预失真块557将产 生比较器水平CI。
<formula>formula see original document page 20</formula>
在本发明的另一个实施例中，实现的合并和放大级290包括多个功 率放大器、多个四分之一入传输线和一个合并器，在图6中示出说明合 并和放大级的可替换的实施方式的示例的元件的框图。在这个实施例中 在第一合并器224的输出端获得的第一脉宽调制信号624由提供第一放 大的脉宽调制信号的第一功率放大器610放大。在第二合并器268的输 出端获得的第二脉宽调制信号668由提供第二放大的脉宽调制信号的第 二功率放大器620放大。第一和第二放大器典型地表现出类似的特性。 在这个实施例中，第一和第二功率放大器具有低电阻输出，并且第一 630 和第二 640四分之一X传输线用于转换第一和第二功率放大器输出的电 压源特性为电流源特性，允许传输线输出在合并器650处简单地并联连 接。带通滤波器670和天线680具有与前面所述的实施例(295、 298) 相同的特性并以前面所述的方法中任何一种实施。
在本发明的另一个实施例中，调整基带预失真元件(215、 235、 255、 275)，以便在比较器的输出端提供具有不同于RF载波频率的基频的脉 宽调制信号。可以向在基带预失真元件的第一块(216、 236、 256、 276) 中应用适合的幅值向占空比的转换实现这个特性。在这个特定的实施例 中可以设想两种不同的情况。第一种情况涉及比较器输出端的脉宽调制 信号的基频比RF载波频率更低的情形，这种情况可视为欠采样情况。 第二种情况涉及比较器输出端的脉宽调制信号的基频比RF载波频率更 高的情形，这种情况可视为过采样情况。
在等式(2)中表示的涉及具有占空比dcg的给定二进制信号的基谐 波含量的幅值Ag的关系式可以一般化为在等式(9)中所示的整数欠采 样或整数过采样情况。
sin(;r'W'dc ) ^ = dc《'由c(;r. W' dc《)=~^~~ (9)
g巾
Ne {2，3,4...} 在整数欠采样情况下 Ne {1/2,1/3,1/4...} 在整数过采样情况下
在所述实施例中该系统要求具有幅值/p的正I分量的传输，因此第 一比较器将传送具有占空比ddp的二进制信号，如等式(10Ip)中所示。
<formula>formula see original document page 22</formula>根据这个实施例第二、第三和第四预失真元件(235、 255、 275) 的第一预失真块(236、 256、 276)应该分别依照等式(10In)、 (10Qp) 和(10Qn)产生比较器水平。
<formula>formula see original document page 22</formula>考虑本发明的一个可替换的实施例，其中二进制PWM信号的基谐 波含量的相位的翻转通过XOR门实现，并且在比较器的输出端的脉宽 调制信号具有不同于RF载波频率的基频。在这个实施例中，依照上述 注释，按照等式(111—abs)第一预失真元件515的第二预失真块5H将 产生比较器水平CI。
<formula>formula see original document page 22</formula>按照等式(HQ—abs)第二预失真元件555的第二预失真块557将 产生比较器水平CI。
<formula>formula see original document page 22</formula>该发明可作为上述实施例的组合实现。实现笛卡尔调制的系统由按 照包括两个比较器的实施例实现的第一二进制脉宽调制信号发生器200 和按照包括一个信号比较器和一个逻辑单元的实施例实现的第二二进制 脉宽调制信号发生器505组成。实现笛卡尔调制的系统也由按照包括单 个信号比较器和一个逻辑单元的实施例实现的第一二进制脉宽调制信号 发生器500和按照包括两个比较器的实施例实现的第二二进制脉宽调制 信号发生器205组成。
本发明可以以任何合适的形式实现，包括硬件、软件、固件或任何 这些组合。本发明可作为运行一个或更多数据处理器和/或数字信号处理 器的计算机软件实现。本发明的实施例的元件和组件以任何适合的方式 在物理上、功能上和逻辑上实现。当然，可以在单一单元中、在多个单 元中或作为其他功能单元的一部分实现该功能。由此，本发明也可以在 单一单元中实施，或可以在物理上和功能上分布在不同单元和处理器之 间。
虽然本发明优选地用实施例描述，但它并不限于这里提出的具体形 式。相反，本发明的范围仅受所附的权利要求的限制。
在这个部分，提出公开的实施例的某些具体细节是为了解释而不是 限制本发明，以便清晰和完全地理解本发明。然而，对本领域的技术人 员应是容易理解的，在不显著背离公开的精神和范围的情况下，本发明 可以以其它不完全符合这里提出的细节的实施例实现。另外，在本文中， 为达到简洁和清晰的目的，省略对公知的设备、电路和方法的详细描述， 以避免不必要的细节和可能的混乱。
在权利要求中包含参考符号，然而所列入参考符号仅为了更加清 晰，不应视为限制权利要求的范围。
权利要求
1.一种产生RF输出信号的笛卡尔调制系统，该RF输出信号包含RF载波并由基带信号调制，该系统包括第一二进制脉宽调制信号发生器(200、500)，用于接收与基带信号的同相分量相关的信号(225、245、525、545)，该第一二进制脉宽调制信号发生器(200、500)包括至少一个基带预失真元件(215、235、515)和至少一个信号比较器(220、240、520)，并产生承载基带信号的同相信息的第一二进制脉宽调制信号；第二二进制脉宽调制信号发生器(205、505)，用于接收与基带信号的正交分量相关的信号(265、285、565、585)，该第二二进制脉宽调制信号发生器(205、505)包括至少一个基带预失真元件(255、275、555)和至少一个信号比较器(260、280、560)，并产生承载基带信号的正交信息的第二二进制脉宽调制信号；以及合并和放大级(290、590)，用于合并第一二进制脉宽调制信号和第二二进制脉宽调制信号，并提供承载基带信号的同相和正交分量的放大的三级脉宽调制射频信号。
2. 根据权利要求1的系统，其中第一二进制脉宽调制信号发生器 (200)包括第一比较器(220)，用于比较基准射频信号(210)和第一基带预 失真信号，该第一比较器产生第一比较器信号，其中第一基带预失真信 号与基带信号的同相分量的正部分(225)相关；第二比较器(240)，用于比较基准射频信号的180度相移版本(230) 和第二基带预失真信号，该第二比较器产生第二比较器信号，其中第二 基带预失真信号与基带信号的同相分量的负部分(245)相关；以及同相合并级(224)，用于将第一比较器信号加上第二比较器信号以 产生承载基带信号的同相信息的第一二进制脉宽调制信号。
3. 根据权利要求1的系统，其中第一二进制脉宽调制信号发生器 (500)包括 比较器(520)，用于比较基准射频信号(510)和基带预失真信号， 该比较器产生比较器信号，其中基带预失真信号与基带信号的同相分量 的绝对值(525)相关；以及逻辑单元(540)，接收比较器信号，以及基带信号的同相分量的符 号(545)，并产生承载基带信号的同相信息的第一二进制脉宽调制信号。
4. 根据权利要求1的系统，其中第二二进制脉宽调制信号发生器 (205)包括第一比较器(260)，用于比较基准射频信号的90度相移版本(250) 和第一基带预失真信号，该第一比较器产生第一比较器信号，其中第一 基带预失真信号与基带信号的正交分量的正部分(265)相关；第二比较器(280)，用于比较基准射频信号的270度相移版本(270) 和第二基带预失真信号，该第二比较器产生第二比较器信号，其中第二 基带预失真信号与基带信号的正交分量的负部分(285)相关；以及正交合并级(268)，用于将第一比较器信号加上第二比较器信号以 产生承载基带信号的正交信息的第二二进制脉宽调制信号。
5. 根据权利要求1的系统，其中第二二进制脉宽调制信号发生器 (505)包括比较器(560)，用于比较基准射频信号的90度相移版本(550)和 基带预失真信号，该比较器产生比较器信号，其中基带预失真信号与基 带信号的正交分量的绝对值(565)相关；以及逻辑单元(580)，接收比较器信号，以及基带信号的正交分量的符 号(585)，并产生承载基带信号的正交信息的第二二进制脉宽调制信号。
6. 根据权利要求1的系统，其中第一二进制脉宽调制信号发生器 (200)包括第一比较器(220)，用于比较基准射频信号(210)和第一基带预 失真信号，该第一比较器产生第一比较器信号，其中第一基带预失真信 号与基带信号的同相分量的正部分(225)相关；第二比较器(240)，用于比较基准射频信号的180度相移版本(230) 和第二基带预失真信号，该第二比较器产生第二比较器信号，其中第二 基带预失真信号与基带信号的同相分量的负部分(245)相关；以及 同相合并级(224)，用于将第一比较器信号加上第二比较器信号以产生承载基带信号的同相信息的第一二进制脉宽调制信号；并且其中第二二进制脉宽调制信号发生器(205)包括第三比较器(260)，用于比较基准射频信号的90度相移版本(250) 和第三基带预失真信号，该第三比较器产生第三比较器信号，其中第三 基带预失真信号与基带信号的正交分量的正部分(265)相关；第四比较器(280)，用于比较基准射频信号的270度相移版本(270) 和第四基带预失真信号，该第四比较器产生第四比较器信号，其中第四 基带预失真信号与基带信号的正交分量的负部分(285)相关；以及正交合并级(268)，用于将第三比较器信号加上第四比较器信号以 产生承载基带信号的正交信息的第二二进制脉宽调制信号。
7. 根据权利要求1的系统，其中第一二进制脉宽调制信号发生器 (200)包括第一比较器(220)，用于比较基准射频信号(210)和第一基带预 失真信号，该第一比较器产生第一比较器信号，其中第一基带预失真信 号与基带信号的同相分量的正部分(225)相关；第二比较器(240)，用于比较基准射频信号的180度相移版本(230) 和第二基带预失真信号，该第二比较器产生第二比较器信号，其中第二 基带预失真信号与基带信号的同相分量的负部分(245)相关；以及同相合并级(224)，用于将第一比较器信号加上第二比较器信号以 产生承载基带信号的同相信息的第一二进制脉宽调制信号；并且其中第 二二进制脉宽调制信号发生器(505)包括第三比较器(560)，用于比较基准射频信号的90度相移版本(550) 和第三基带预失真信号，该第三比较器产生第三比较器信号，其中第三 基带预失真信号与基带信号的正交分量的绝对值(565)相关；以及逻辑单元(580)，接收第三比较器信号，以及基带信号的正交分量 的符号(585)，并产生承载基带信号的正交信息的第二二进制脉宽调制 信号。
8. 根据权利要求1的系统，其中第一二进制脉宽调制信号发生器 (500)包括第一比较器(520)，用于比较基准射频信号(510)和第一基带预 失真信号，该比较器产生第一比较器信号，其中第一基带预失真信号与 基带信号的同相分量的绝对值(525)相关；以及逻辑单元(540)，接收第一比较器信号，以及基带信号的同相分量 的符号(545)，并产生承载基带信号的同相信息的第一二进制脉宽调制 信号；并且其中第二二进制脉宽调制信号发生器(205)包括第二比较器(260)，用于比较基准射频信号的90度相移版本(250) 和第二基带预失真信号，该第二比较器产生第二比较器信号，其中第二 基带预失真信号与基带信号的正交分量的正部分(265)相关；第三比较器(280)，用于比较基准射频信号的270度相移版本(270) 和第三基带预失真信号，该第三比较器产生第三比较器信号，其中第三 基带预失真信号与基带信号的正交分量的负部分(285)相关；以及正交合并级(268)，用于将第二比较器信号加上第三比较器信号以 产生承载基带信号的正交信息的第二二进制脉宽调制信号。
9. 根据权利要求1的系统，其中第一二进制脉宽调制信号发生器 (500)包括第一比较器(520)，用于比较基准射频信号(510)和第一基带预 失真信号，该比较器产生第一比较器信号，其中第一基带预失真信号与 基带信号的同相分量的绝对值(525)相关；以及第一逻辑单元(540)，接收第一比较器信号，以及基带信号的同相 分量的符号(545)，并产生承载基带信号的同相信息的第一二进制脉宽 调制信号；并且其中第二二进制脉宽调制信号发生器(505)包括-第二比较器(560)，用于比较基准射频信号的90度相移版本(550) 和第二基带预失真信号，该第二比较器产生第二比较器信号，其中第二 基带预失真信号与基带信号的正交分量的绝对值(565)相关；以及第二逻辑单元(580)，接收第二比较器信号，以及基带信号的正交 分量的符号(585)，并产生承载基带信号的正交信息的第二二进制脉宽 调制信号。
10. 根据权利要求1的系统，其中合并和放大级(290、 590)包括具 有译码器(320)和三级切换输出级(340)的单功率放大器。
11. 根据权利要求1的系统，其中合并和放大级(290、 590)包括多 个功率放大器(610、 620)、多个四分之一X传输线(630、 640)和合并 器(650)。
12. 根据权利要求1的系统，.还包括带通滤波级(295、 595)，用于 对脉宽调制信号的放大版本进行滤波。
13. 根据权利要求12的系统，其中带通滤波级(295、 595)用于实质上将传输信号限制为其基谐波和对应的边带。
14. 根据权利要求1的系统，其中放大的三级脉宽调制射频信号的基 频包括RF载波频率。
15. 根据权利要求1的系统，其中放大的三级脉宽调制射频信号的基 频不同于RJF载波频率。
16. —种发送器，包括根据权利要求1的调制系统。
17. —种产生由基带信号调制的RF输出信号的方法,包括以下步骤 基于至少第一基带预失真元件和与基带信号的同相分量相关的信号，产生承载基带信号的同相信息的第一二进制脉宽调制信号。基于至少第二基带预失真元件和与基带信号的正交分量相关的信号，产生承载基带信号的正交信息的第二二进制脉宽调制信号。合并第一二进制脉宽调制射频信号和第二二进制脉宽调制射频信号，以便提供承载基带信号的同相和正交分量的放大的三级脉宽调制射频信号。
18. —种计算机可读代码，用于实现权利要求17的方法。
全文摘要
通过产生三级脉宽调制信号实现笛卡尔调制的系统及其方法。概要中所述的系统包括两个二进制脉宽调制信号发生器和合并和放大级(stage)，该二进制脉宽调制信号发生器接收与基带信号的同相和正交分量相关的信号，该合并和放大级组合由上述两个二进制脉宽调制信号发生器提供的信号。所述二进制脉宽调制信号发生器包括至少一个信号比较器和至少一个基带预失真元件。所述信号与基带信号的同相和正交分量，或许是同相分量的正或负部分、正交分量的正或负部分、同相分量的绝对值或符号、正交分量的绝对值或符号相关。基带预失真元件在与比较器耦合之前使这些信号失真。
文档编号H03F1/32GK101371540SQ200780002856
公开日2009年2月18日 申请日期2007年1月18日 优先权日2006年1月23日
发明者简·弗罗曼斯, 赫尔本·W·德琼 申请人:Nxp股份有限公司