专利名称：用于在调制器中限制峰值的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及无线通信系统，具体涉及用于在调制器中限制峰值的方法和装置。
在许多情况下，为了传输目的将这些信道组合起来是有利的。可以由宽带信号组合器把这些信道组合成在低功率电平的一个多子信道信号，然后由单个线性放大器(或者其等同物，即多个并联线性放大器，每个线性放大器放大同一多子信道信号的一个功率减小的版本)放大，以便将该多子信道信号提升到合适的发射功率电平。
峰值对平均值比压缩是一种从具有有限峰值功率能力的发射机提高平均功率电平的技术。传统上，这是采用自适应增益控制和限幅来实现的。这些技术产生频域邻道干扰，并增加所发射信号的固有噪声电平。此外，这些技术对于调幅信号不是非常有用，这些信号需要高线性度。而且，不同类型的信号会容许不同量的失真，从而容许不同量的压缩。现有技术没有试图以受控的个体化方式，对包括空子信道在内的多个子信道上的码元进行处理，以便改善峰值对平均值功率比。
因而很显然，存在一种对用于在调制器中限制峰值的改进方法和装置的需求。最好是，该方法和装置将允许根据发送信息的类型对压缩进行控制，并将以受控的个体化方式，对包括空子信道在内的多个子信道上的码元进行处理，以便改善峰值对平均值功率比。
发明综述本发明的一个方面是用于在调制器中限制峰值的方法，调制器产生包括多个码元在内的频率多路复用复合信号。该方法包括步骤定义一个信号模板，该信号模板为相应多个码元类型规定多个码元类型调整系数；以及在频率多路复用复合信号中查找其振幅超过一预定阈值一个振幅超出量的那部分信号。该方法还包括步骤记录振幅超出量、相角、以及该部分的时间；以及确定与该时间相对应的输入码元，该输入码元具有一种码元类型。该方法还包括步骤根据多个码元类型调整系数中与该码元类型相对应的一个，并且还根据振幅超出量和相角，调整输入码元，从而使振幅低于预定阈值。
本发明的另一方面是用于在调制器中限制峰值的峰值限制器，调制器从输入码元中产生一个包括多个码元在内的频率多路复用复合信号。峰值限制器包括处理系统，该处理系统与频率多路复用复合信号耦合，用于处理输入码元，以便对频率多路复用复合信号进行峰值限制。对处理系统进行编程以便定义一个信号模板，该信号模板为相应的多个码元类型规定多个码元类型调整系数；以及在频率多路复用复合信号中查找其振幅超过预定阈值一个振幅超出量的那部分信号。对处理系统进一步编程以便记录各种特性，包括振幅超出量、相角以及该部分的时间；以及确定与该时间相对应的输入码元，该输入码元具有包括在多个码元类型中的一种码元类型。对处理系统编程以便根据多个码元类型调整系数中与该码元类型相对应的一个，并且还根据振幅超出量和相角，调整输入码元，从而使振幅低于预定阈值。
本发明的另一方面是用于产生一放大的射频(RF)信号的发射机。发射机包括调制器，用于从输入码元中产生一个包括多个码元在内的频率多路复用复合信号；以及上变频器，它与调制器耦合，用于对频率多路复用复合信号进行上变频，以产生RF信号。发射机还包括功率放大器，它与上变频器耦合，用于放大RF信号，以产生放大的RF信号。调制器包括峰值限制器，峰值限制器包括一处理系统，处理系统与频率多路复用复合信号耦合，用于处理输入码元，以便对频率多路复用复合信号进行峰值限制。对处理系统编程以便定义一个信号模板，该信号模板为相应的多个码元类型规定多个码元类型调整系数；以及在频率多路复用复合信号中查找其振幅超过预定阈值一个振幅超出量的那部分信号。对处理系统进一步编程以便记录各种特性，包括振幅超出量、相角以及该部分的时间；以及确定与该时间相对应的输入码元，该输入码元具有包括在多个码元类型中的一种码元类型。对该处理系统进行编程以便根据多个码元类型调整系数中与该码元类型相对应的一个，而且还根据振幅超出量和相角，调整输入码元，从而使振幅低于预定阈值。
图2是描述现有峰值限制技术的电气方框图。
图3是描述根据本发明的峰值限制技术的电气方框图。
图4是描述根据本发明的示例峰值限制器的信号流动的流程图。
图5是描述根据本发明的示例峰值限制器工作的时序图。
图6是描述根据本发明作为时间和信道的函数而变化的允许失真的示例模板图。
图7是描述根据本发明的调制器和示例峰值限制器的处理体系结构的图。
图8是描述根据本发明的示例峰值限制器工作的流程图。
附图的详细说明
图1是根据本发明用于产生放大的射频(RF)信号的示例发射机100的电气方框图。发射机100包括调制器102，用于从输入104处接收的输入码元中产生包括多个码元在内的频率多路复用复合信号。在本文中使用的“码元”一词包括数据码元和模拟信号抽样，例如音频或视频信号的抽样。调制器102与常规上变频器112耦合，用于对频率多路复用复合信号进行上变频，以产生RF信号。上变频器112与常规功率放大器114耦合，用于放大RF信号，以产生放大的RF信号。调制器102中用于从输入码元中产生频率多路复用复合信号的部分最好与McCoy在1998年10月22日递交的第09/176,781号美国专利申请书中揭示的调制引擎类似，该申请的标题为“用于在多信道多相滤波器中进行非整数抽样率更改的装置”。在此，援引该专利申请作为参考。
调制器102包括根据本发明的峰值限制器106。峰值限制器106包括处理系统108，处理系统108与频率多路复用复合信号耦合，并可访问包含输入码元的存储器(未显示)，用于处理输入码元，以便对频率多路复用复合信号进行峰值限制。处理系统108最好是伊利诺伊州Schaumburg的摩托罗拉公司制造的DSP56800型数字信号处理器，并且在本发明的教导下，处理系统可容易地执行由该技术领域普通技术人员编写的软件。应理解，另选地，可以用其它类似的DSP代替DSP56800。还应理解，另选地，处理系统108的部分或全部功能都可在硬件中实现，而不是通过DSP的软件编程实现。此外，可以理解，在一个实施例中，处理系统108不仅执行峰值限制功能，而且执行在调制器102中所需的全部处理功能。以下将对根据本发明的处理系统108的操作进行说明。
图2是描述现有峰值限制技术的电气方框图。在现有技术中，调制元件202对未调制码元进行调制，以产生复合调制信号。该调制信号与峰值处理元件204耦合，峰值处理元件204在加法器206中进行调整，以限制调制信号的峰值，从而在输出信号中造成不受控的邻道干扰。
图3是描述根据本发明的峰值限制技术的电气方框图。在此，通过由峰值处理元件306确定的计算调整值，在加法器302中对未调制码元进行调整。由于该调整是在调制元件304进行调制之前进行的，因而根据本发明，可将引入输出信号的邻道干扰的数量和位置有利地控制在期望的限度内。以下将对此加以阐述。
峰值限制器106的功能可分为计算部分和控制部分。计算部分包括核心调制器以及码元调整计算。控制部分包括算法的重复和时间排列。
图4是描述根据本发明的示例峰值限制器的信号流动的流程图。简要地说，处理系统108计算调制器102输出处的频率多路复用复合信号的抽样，直到它找到一个超过一预定阈值的抽样。作为响应，处理系统108激活一个预定长度的“窗口”，在该窗口中，它继续计算频率多路复用复合信号的其他抽样，并将这些抽样与阈值进行比较。对于每个高于阈值的抽样，处理系统108最好计算对贡献于频率多路复用复合信号中的峰值的输入码元的调整，这些调整形成峰值振幅的相干减少。当到达窗口末尾时，处理系统重复刚刚描述的过程，在比超过阈值的第一个抽样位置早预定量处开始。该过程最好继续到不再发现有高于阈值的峰值。
更详细一些地说，图4的流程图从初始化步骤402开始，在该步骤中，抽样指数t被设置为START_TIME，用于准备计算第一个输出数据抽样；WINDOW_END被设置为0；并且WINDOW_ACTIVE被设置为NO。然后，在步骤404中，处理系统108使抽样指数t递增。在步骤406中，处理系统108检查t是否等于WINDOW_END。如果t不等于WINDOW_END，则处理系统108计算(408)一个输出抽样。然后，处理系统108检查(410)已计算的输出抽样是否超过预定阈值。如果未超过预定阈值，则处理系统108回到步骤404，继续查找高于阈值的峰值。如果，另一方面，在步骤410中，处理系统108发现，已计算的输出抽样高于阈值，则处理系统108检查(412)WINDOW_ACTIVE是否被设置为YES或NO。如果设置为NO，则处理系统108将WINDOW_ACTIVE设置为YES，并将WINDOW_END设置为t+LOOK_AHEAD，LOOK_AHEAD是一预定值，用于在发现代表高于阈值的第一个峰值的抽样之后控制窗口的长度。然后，流程移动到步骤416，以便计算对所有贡献于峰值的输入码元的调整(如下所述)，即输入码元在时间上充分接近于峰值出现的时间以影响峰值，例如，在所有子信道上的峰值的±3码元周期内的码元。如果另一方面，在步骤412时，所作的决定是YES，则流程立即移动到步骤416，以便计算调整。在任何一种情况下，流程均回到步骤404，以查找高于阈值的下一输出值。
当过程继续的时间长到足以使t等于WINDOW_END时，在步骤406，流程移动到步骤418，在该步骤中，t被重置为(t-WINDOW_LENGTH)，WINDOW_ACTIVE被设置为NO，并且WINDOW_END被设置为0。然后，流程继续到步骤408，以便计算另一输出抽样。最好是，预定值WINDOW_LENGTH比LOOK_AHEAD大预定数量的码元。这确保下一窗口将在先前查出的第一个峰值之前开始，因为就在第一个峰值之前的某些码元可能已在降低第一个峰值的过程中被调整，并且可能正在其附近造成高于阈值的新峰值。预定数量的码元最好是等于 被取整到最近的整数，式中，Nt表示脉冲整形滤波器每相的抽头数量，Ro表示输出速率，Ri表示输入速率。
图5是描述根据本发明的示例峰值限制器工作的时序图。时序图有助于理解在图4的流程图中所发生的情况。定时图描述由调制器102所产生的频率多路复用复合信号502，以及预定限幅阈值504。注意到，在开始查找高于阈值504的峰值之后，当频率多路复用复合信号502首次与阈值504相交时，窗口进入有效状态506。然后，处理系统108继续查找频率多路复用复合信号502高于阈值504的其它时间，直到到达窗口末尾。在到达窗口末尾之后，处理系统108将码元指数t重置为(t-WINDOW_LENGTH)，以确保输出抽样的随后计算值包括所有可能已在先前重复过程中被调整的输入码元。
这种情况下的峰值处理必须生成对输入码元的最小调整值，以便针对峰值进行校正。峰值检测器用于查找峰值，并且振幅超出量、相角和峰值时间都将被记录。贡献于峰值的某些或所有码元都将被调整，以使这些码元在峰值的时间相干地工作，以便将峰值减少到期望水平。并不是所有码元都将被进行同量调整。导频码元的移动量可以不同于数据码元的移动量。来自高阶构象的码元的移动量将少于来自低阶构象的码元的移动量。通过在静音信道上产生“虚假”码元，可在该信道上进行调整。这种时频分集如图6所示，该图是描述根据本发明作为时间和信道的函数而变化的允许失真的示例信号模板600的图。信号模板振幅是一系数，它确定每个输入码元在每个子信道上的可调整量。信号模板图描述数据码元位置602，允许这些位置的调整量大于导频码元位置606的调整量。信号模板图还描述空(即当前未用的)信道604，这些信道也可通过信号模板振幅予以“调整”，以便减少有效数据信道内的峰值。
时频分集的一个优点是，系统设计人员可对邻道干扰进行充分控制。可将该算法修改为无邻道干扰的算法，或者更好的是可允许受控数量的邻道干扰进入邻近的子信道中。
图7是描述根据本发明的示例峰值限制器的处理体系结构的图。QAM级输入702将每个子信道的QAM级和码元类型(4-QAM，16-QAM，导频码元，数据，静音等)以及码元位置规定给模板发生器704，以便能够建立图6的模板。然后在模板上进行快速傅里叶逆变换(IFFT)，然后将已变换的值存储在模板存储器720中。窗口元件718与峰值检测器712、循环移位器710、滤波器存储器716以及模板存储器720一同工作，以便调整数据存储器内的输入码元，从而根据下列数学描述控制调制器的峰值功率。
根据下列方程，由调制器102对码元进行调制x(n)=xr(s)=Σm=0Ns-1gφf(m)xr([nDI]-m)]]>式中，x(n)是调制器输出的第n个抽样，xr(s)是第r个滤波器组的第s个抽样，Ns是滤波器响应的已存储相的数量， 是与第m个输入抽样相对应的滤波器相，而D和I分别是滤波器组的抽取率和内插率。
上述方程全面描述了图7中所提到的数据增量生成和组选择运算。滤波器相生成如下进行φf＝(rD+sMDmod(I))＝nmod(I)式中，r是滤波器组指数，M是滤波器组的总数。
按以下所述进行正确调整。调整是模板的函数，并且在当前输入数据已由IFFT变换之后，将被增加到当前输入数据中。以下是正确调整的导出，首先是在IFFT之前，然后是后-IFFT，与在优选实施例中使用的相同。
首先，将确定前-IFFT调整的角度，然后确定幅度。假设在n＝np时检测到的峰值在振幅方面超过峰值阈值一个振幅超出量p，角度为φp。在调整中的所有码元都应在n＝np时产生一个与峰值方向相反的相干贡献。因此，在第k个子信道上的第m个码元的调整角度为∠Xk(m)=φp+π-2πkrpM]]>
式中，rp＝npmod(M)，并且对应于在峰值时间的滤波器组的输出箱指数。相贡献的三个部分包括峰值角度、180°相移、以及用于对在峰值时间的子信道载波相进行补偿的部分。
由于一个峰值超过预定阈值，而在第k个子信道上的第m个码元的期望码元调整可通过下列公式给出δk([npDI]-m)=ej(π+φp)clwk([npDI]-m)gφfpk(m)e-j2πkrpM]]>式中，wk(m)是在码元时间m时的子信道k上的模板值， 是在峰值时间的脉冲整形滤波器的相。模板的确定应使加权与调制类型对振幅和相误差的灵敏度成反比，但也可根据情况需要进行调整。C1用于适当决定调整的比例，并根据如下所述予以确定。
在第k个子信道上的第m个码元的等效后-IFFT码元振幅调整为Δk=clej(π+φp)gφfpk(m)t(r-rp)mod(M)(m)=]]>clej(π+φp)gφfpk(m)Σk=0M-1wk(m)ej(2πMk(r-rp)mod(M))]]>式中，tr(m)是模板wk(m)的IFFT，如下所示。tr(m)=Σk=0M-1wk(m)ej(2πMkr)]]>模板不是峰值的时间、振幅或位置的函数，而是完全由调整的码元的类型以及用于发送码元的子信道确定，并且模板随时间变化非常慢。模板完全在峰值检测之前被定义。调整值Δk是增加到后-IFFT数据上的调整值。剩下的只是确定振幅系数cl。
所检测的峰值超过限幅阈值的振幅是p。乘法系数a＞1用于将峰值振幅减少到限幅阈值以下。系数a和p可用于确定优选实施例的乘法系数cl，如下所述。
通过将后-IFFT调整值代入调制方程，确定在峰值时间的码元调整值的振幅影响。x(n)=xr(s)=Σm=0Ns-1gφf(m)xr([nDI-m]),]]>得出ap=|clej(π+φp)Σm-0Ns-1gφfpk(m)gφfpk(m)t(r-rp)modM([npDI]-m)|,]]>或者cl|Σm-0Ns-1gφfpk2(m)t(r-rp)modM([npDI]-m)|=ap]]>最后，C1由下列公式求出cl=ap|Σm=0Ns-1gφfpk2(m)t(r-rp)modM([npDI]-m)|]]>式中，np是模板wk(m)的IFFT。这完全定义了响应于一个峰值的后-IFFT输入码元的所需调整值。
图8是描述根据本发明的示例峰值限制器工作的流程图。流程从处理系统108定义(802)图6的模板开始，最好为相应的多个码元类型规定码元类型调整系数，以及为包括空子信道在内的相应子信道规定子信道调整系数。应理解，另选地，对于一个信道的实施例来说，将根据本发明仅定义码元类型调整系数。
接下来，处理系统108开始图4和5中描述的窗口操作，以便在频率多路复用复合信号中查找(804)其振幅超过预定阈值(例如发射机100的限幅电平)一振幅超出量的那部分信号。然后，处理系统108记录(806)振幅超出量、振幅超出量的相角(与信号的相角相同)、以及该部分的时间，例如抽样指数。然后，处理系统108确定(808)贡献于振幅超出量的输入信号，输入信号与振幅超出量的时间相对应，每个输入码元具有一种码元类型，例如，4-QAM、16-QAM、导频、静音。然后，处理系统108根据码元类型调整系数以及根据与待发送码元的子信道相对应的子信道调整系数，并且还根据如上所述的振幅超出量p和该部分信号的相角φp，调整(810)与该时间相对应的每个输入码元。
然后，处理系统108检查该批次(即从窗口有效时的点起通过LOOK AHEAD范围的抽样)是否完成。如果未完成，则流程回到步骤804，查找另一峰值。如果该批次已完成，则流程移动到步骤814，在该步骤，处理系统108将抽样指数设置为(WINDOW_END-WINDOW_LENGTH)，并回到步骤804，以继续处理数据。
对用于产生“导频码元辅助的正交振幅调制”(PSAQAM)多子信道信号的调制器的实施例进行的性能评估已证明，使用根据本发明的峰值限制器，可有助于将多子信道信号的峰值对平均值功率比从14dB(无峰值限制)降到约3dB。由于本发明使峰值对平均值功率比得到大幅降低，因而可大幅削减发射机的成本和尺寸，并可极大提高功率放大器的效率。
因此，从以上阐述中应该明白，本发明有利地提供了用于在调制器中限制峰值的改进方法和装置。有利性在于，该方法和装置允许根据发送信息的类型对峰值压缩进行控制，并且可以受控的个体化方式，在包括空子信道在内的多个子信道上对码元进行处理，以改善峰值对平均值功率比，同时使码元失真保持在可接受范围内。
鉴于以上所述，可对本发明进行一些修改和变动。因而，应该理解的是，在所附权利要求范围内，本发明可不按照以上具体说明实施。
权利要求
1.一种用于在调制器中限制峰值的方法，调制器产生包括多个码元在内的频率多路复用复合信号，该方法包括步骤定义一个信号模板，该信号模板为相应多个码元类型规定多个码元类型调整系数；在频率多路复用复合信号中查找其振幅超过预定阈值一个振幅超出量的那部分信号；记录振幅超出量、相角和该部分的时间；确定与该时间相对应的输入码元，该输入码元具有一种码元类型；以及根据多个码元类型调整系数中与该码元类型相对应的一个，并且还根据振幅超出量和相角，调整输入码元，从而使振幅低于预定阈值。
2.如权利要求1所述的方法，其中定义步骤包括通过为相应多个子信道规定多个子信道调整系数，进一步定义信号模板的步骤；以及调整步骤包括根据多个子信道调整系数，对与多个子信道相对应的多个输入码元进行调整的步骤。
3.如权利要求1所述的方法，其中定义步骤包括通过为相应多个子信道规定多个子信道调整系数，进一步定义信号模板的步骤，多个子信道中的至少一个是空子信道；以及该方法还包括在空子信道上产生码元的步骤，以使振幅低于预定阈值。
4.如权利要求1所述的方法，其中查找、记录、确定和调整步骤都是在一段频率多路复用复合信号上重复进行的。
5.如权利要求1所述的方法，其中查找、记录、确定和调整步骤先通过一个预定时间窗口进行多次，然后将窗口移动到下一段频率多路复用复合信号。
6.一种用于在调制器中限制峰值的峰值限制器，调制器从输入码元中产生包括多个码元在内的频率多路复用复合信号，峰值限制器包括处理系统，它与频率多路复用复合信号耦合，用于处理输入码元，以便对频率多路复用复合信号进行峰值限制；其中对处理系统编程以便定义一个信号模板，该信号模板为相应多个码元类型规定多个码元类型调整系数；在频率多路复用复合信号中查找其振幅超过预定阈值一个振幅超出量的那部分频率多路复用复合信号；记录各种特性，包括振幅超出量、相角以及该部分的时间；确定与该时间相对应的输入码元，该输入码元具有包括在多个类型码元中的一种码元类型；以及根据多个码元类型调整系数中与该码元类型相对应的一个，并且还根据振幅超出量和相角，调整输入码元，从而使振幅低于预定阈值。
7.如权利要求6所述的峰值限制器，其中，对处理系统进一步编程以便通过为相应多个子信道规定多个子信道调整系数，进一步定义该信号模板；以及根据多个子信道调整系数，调整与多个子信道相对应的多个输入码元。
8.如权利要求6所述的峰值限制器，其中，对处理系统进一步编程以便通过为相应多个子信道规定多个子信道调整系数，进一步定义该信号模板，多个子信道中至少有一个是空子信道；以及在空子信道上产生码元，以使振幅低于预定阈值。
9.如权利要求6所述的峰值限制器，其中，对处理系统进一步编程以便查找该部分、记录特性、确定输入码元，以及在一段频率多路复用复合信号上重复调整输入码元。
10.如权利要求6所述的峰值限制器，其中，对处理系统进一步编程以便查找该部分、记录特性、确定输入码元，以及多次通过一个预定时间窗口调整输入码元，然后将该窗口移动到下一段频率多路复用复合信号。
11.一种用于产生放大的射频(RF)信号的发射机，发射机包括调制器，用于从输入码元中产生包括多个码元在内的频率多路复用复合信号；上变频器，它与调制器耦合，用于对频率多路复用复合信号进行上变频，以产生RF信号；以及功率放大器，它与上变频器耦合，用于放大RF信号，以产生放大的RF信号；其中，调制器包括峰值限制器，峰值限制器包括处理系统，它与频率多路复用复合信号耦合，用于处理输入码元，以便对频率多路复用复合信号进行峰值限制；其中，对处理系统进行编程以便定义一个信号模板，该信号模板为相应多个码元类型规定多个码元类型调整系数；在频率多路复用复合信号中查找其振幅超过预定阈值一个振幅超出量的那部分频率多路复用复合信号；记录各种特性，包括振幅超出量、相角以及该部分的时间；确定与该时间相对应的输入码元，该输入码元具有包括在多个类型码元中的一种码元类型；以及根据多个码元类型调整系数中与该码元类型相对应的一个，并且还根据振幅超出量和相角，调整输入码元，从而使振幅低于预定阈值。
12.如权利要求11所述的发射机，其中，对处理系统进一步编程以便通过为相应多个子信道规定多个子信道调整系数，进一步定义该信号模板；以及根据多个子信道调整系数，调整与多个子信道相对应的多个输入码元。
13.如权利要求11所述的发射机，其中，对处理系统进一步编程以便通过为相应多个子信道规定多个子信道调整系数，进一步定义该信号模板，多个子信道中至少有一个是空子信道；以及在空子信道上产生码元，以使振幅低于预定阈值。
14.如权利要求11所述的发射机，其中，对处理系统进一步编程以便查找该部分、记录特性、确定输入码元，以及在一段频率多路复用复合信号上重复调整输入码元。
15.如权利要求11所述的发射机，其中，对处理系统进一步编程以便查找该部分、记录特性、确定输入码元，以及多次通过一个预定时间窗口调整输入码元，然后将该窗口移动到下一段频率多路复用复合信号。
全文摘要
调制器(102)产生包括多个码元在内的频率多路复用复合信号(502)。调制器的处理系统(108)定义一个(802)信号模板(600),该模板为相应多个码元类型规定多个码元类型调整系数,然后在频率多路复用复合信号中查找(804)其振幅超过预定阈值一个振幅超出量的那部分信号。处理系统记录(806)振幅超出量、相角以及该部分的时间;并确定(808)与该时间相对应的输入码元,该输入码元具有一种码元类型。处理系统根据多个码元类型调整系数中与该码元类型相对应的一个,并且还根据振幅超出量和相角,调整(810)输入码元,从而使振幅低于预定阈值。
文档编号H04L27/26GK1347600SQ00806221
公开日2002年5月1日 申请日期2000年3月28日 优先权日1999年4月14日
发明者詹姆斯·韦斯利·麦科伊 申请人:摩托罗拉公司