专利名称：限幅电路和使用它的无线电发射器的制作方法
技术领域：
本发明涉及限幅电路和使用该限幅电路的无线电发射器，尤其涉及用于无线电发射器中以限制提供到无线电发射器中的功率放大器的正交基带信号的幅度的限幅方法。
背景技术：
在无线电通信系统中，如果在无线电发射器一侧使用对于发射信号的所有幅度值都具有适当的线性特性的功率放大器，则将会是很理想的。但是，考虑到电路大小、放大器电路的成本以及电路所消耗的功率，这种对于所有可发射幅度值都具有有利的线性的功率放大器是不易实现的。因而，在许多情况下采用在某个特定幅度内具有线性而超过该幅度则具有非线性的普通功率放大器。
当功率放大器电路对利用例如码分多址(CDMA)方案或正交频分复用(OFDM)方案针对多个发射信道复用后的发射信号进行放大时，要放大的信号的幅度值宽度随着要复用到一个射频(RF；高频)输出信号中的信号的信道数目的增大而增大。当这个信号被上文所述的不适当的功率放大器放大时，如果信号具有超过与功率放大器的线性特性相关联的幅度值范围的幅度值，则RF输出信号会失真。以这种方式失真的输出信号干扰相邻通信信道，并降低调制精度，从而导致用于发送信号的发射路径的误比特率(BER)的恶化。
已经提供了各种提案来抑制RF输出信号的失真。一个示例是在基带信号处理模块处对包括I信号和Q信号在内的基带信号进行限幅，以处理发射数据。代表性的限幅方法包括日本专利申请早期公开No.63-198174中描述的矩形限幅方案和圆形限幅方案。
虽然矩形限幅可以由小型电路实现，但是相位误差不利地出现在经限幅的数据中。在矩形限幅方法中，对基带信号的I分量独立地执行I方向限幅，同样对基带信号的Q分量独立地执行Q方向限幅。因此，如图10A所示，如果I分量超过虚线所示的限幅电平，而Q分量低于限幅电平，则只有I分量被限幅。在作为限幅结果而获得的向量元素中，出现相对于原始向量元素的为θ的相位误差。该相位误差的出现使经调制的波的误差向量幅值(EVM)恶化。
另一方面，在圆形限幅方案中，基带信号的I分量和Q分量是基于相位被限幅的。这不会导致矩形限幅的相位误差(图10B)。但是，由于圆形限幅是经由算术计算的处理或通过从只读存储器(ROM)表中读取数据项目来进行的，因此存在以下缺点电路大小随着I分量和Q分量的比特数目的增大而变大。另一个缺点是电路大小根据为电路操作假定的输入动态范围而发生相当大的变化。
发明内容
因此本发明的目的是提供这样一种限幅电路，其具有相对较小的尺寸，并且能够抑制相位误差的出现，并且不会恶化误差向量幅值。
根据本发明，提供了一种用于限制将要提供到无线电发射器中的功率放大器的正交基带信号的幅度的限幅电路。该限幅电路包括多边形限幅模块，该模块包括级联连接的多级。所述多级中的每一级包括串联连接的矩形限幅模块和相位旋转模块。
此外，该限幅电路还包括幅度调整模块，用于补偿和调整来自矩形限幅模块和相位旋转模块的基带信号的信号幅度的变化。此外，该限幅电路包括级联连接的n级(n是等于或大于2的整数)，这n级中的每一级包括串联连接的矩形限幅模块和相位旋转模块。第一级中的矩形限幅模块包括预先设置到预定的限幅电平的限幅电平。第二级和后续级中的矩形限幅模块中的每一个包括被设置到通过将预定的限幅电平乘以校正量而获得的值的限幅电平，校正量对应于与矩形限幅模块的前一级中的相位旋转模块的相位旋转相关联的基带信号的幅度变化。
此外，该限幅电路还包括控制模块，用于在正交基带信号的幅度取大于预定的限幅电平的值的情况下，控制多边形限幅模块以处理正交基带信号。
此外如果正交基带信号的幅度取等于或小于限幅电路中的预定的限幅电平的值，则控制模块相应于多边形限幅模块的处理时间调整用于输出正交基带信号的时间。根据本发明，提供了一种包括如上所述的限幅电路之一的发射器。
现将描述根据本发明的操作。具有简单配置的矩形限幅电路和相位旋转电路被串联连接。形成了串联连接的电路的若干级级联连接以执行抑制相位误差并趋向于从原理上来说不产生相位误差的圆形限幅的多边形限幅。
根据本发明，通过以简单的电路配置实现多边形限幅，可以获得与圆形限幅基本相同的优点。即，可以尽可能地减小相位误差，从而防止经调制的波的误差向量幅值恶化。
在结合附图考虑以下详细描述之后，可以更清楚看到本发明的目的和特征，附图中图1是示出根据本发明的实施例的配置的示意性框图；图2是图1所示的16边形(16-gonal)限幅电路1的功能性框图；图3是示出图2的相位旋转部分12的相位旋转操作的示意图；图4是图2的相位旋转部分14的示意图；图5是图2的相位旋转部分16的示意图；图6是图2的相位旋转部分18的示意图；图7是图9的幅度调整器19的示意图；图8A是说明在π/4相位旋转下限幅电平(RL)的变化的图；图8B是说明在π/8相位旋转下限幅电平(RL)的变化的图；图9是示出根据本发明在IQ坐标系统中16边形限幅的限幅电平的图；图10A是示出矩形限幅中的相位误差的示例的图；以及图10B是示出圆形限幅中的相位误差的示例的图。
具体实施例方式
接下来参考附图详细描述根据本发明的实施例。图1示出本发明的实施例的框图。在图1的配置中，在基带信号被处理之后，基带信号的正交分量，即I分量(RI)和Q分量(RQ)被馈送到定时调整器6、16边形限幅电路1和绝对值生成器2。
生成器2根据I分量和Q分量进行绝对值产生操作，并将所产生的信号递送到加法器电路3。加法器3将各个信号彼此相加以产生一个信号，该信号随后被馈送到比较器4。比较器4将从加法器3产生的基带信号的幅度值与预先为无线电通信系统中的限幅所确定的信号电平(限幅电平＝RL)相比较。如果比较结果是基带信号的幅度值等于或大于限幅电平RL，则比较器4将信号递送到与门8以控制选择器7，以使得被16边形限幅电路1所处理的信号被从选择器7馈送到后续电路。另一方面，如果比较结果是基带信号的幅度值小于限幅电平RL，则选择器7被来自与门的信号所控制，以使得被定时调整器6所处理的信号被从选择器7传送到后续电路。
定时调整器6被部署成调整被限幅电路1所限幅的信号以及未经过电路1的信号的输出定时。调整器6包括多级缓冲器，级数对应于电路1中的限幅操作所需的时间段。与门8被布置成根据外部指令控制限幅操作的“接通”和“关断”。在图1中，信号线上的数字指示并行比特的数目。但是，这只是示出信号线的一个示例。
图2以框图形式示出图1的限幅电路中部署的组成组件的功能。电路1包括按照从输入级到输出级的顺序布置的矩形限幅电路11，+π/4相位旋转部分12、矩形限幅电路13、-π/8相位旋转部分14、矩形限幅电路15、π/4相位旋转部分16、矩形限幅电路17、+π/8相位旋转部分18和幅度调整模块(幅度缩放模块)19。
矩形限幅电路11、13、15和17的配置基本上彼此相同，并且是以已知的配置生产的，所述已知的配置例如是日本专利申请早期公开No.63-198174的电路配置。这些电路中的每一个包括这样一个功能其中当限幅电平作为输入被提供给它时，电路分别对输入信号的I分量(Ich)和Q分量(Qch)进行限幅。具体而言，I信号和Q信号分别在I轴和Q轴方向上被限幅。相位旋转模块12将输入信号的相位旋转+π/4，模块14将输入信号的相位旋转-π/8，模块16将输入信号的相位旋转-π/4，模块18将输入信号的相位旋转+π/8。
图3至图6分别示出了相位旋转部分12、14、16和18的特定示例。幅度调整器(幅度缩放部分)19被部署成将经历矩形限幅和相位旋转的信号的幅度值恢复(通过补偿和调整)到输入信号的原始幅度值(电平)。图7示出具体操作示例。
当基带信号的正交分量，即I信号和Q信号，被从基带信号处理模块(未示出)馈送到限幅电路系统时，信号被馈送到16边形限幅电路1，并且在其中被限幅以馈送到选择器7。I信号和Q信号还被递送到绝对值生成模块2以在其中被处理，以使得绝对值|RI|和|RQ|被馈送到I/Q相加模块3，以便按|RI|+|RQ|的方式彼此相加。输出信号|RI|+|RQ|被提供到比较器4以与限幅电平RL相比较，以便根据该信号是否等于或大于限幅电平RL来产生比较结果信号。比较结果信号被用作选择器7的选择信号。
I信号和Q信号还被馈送到定时调整模块6。对于输入信号，模块6调整定时以提供16边形限幅操作所需的时间段，然后将所产生的信号馈送到选择器7。如果在比较器4中输入信号的值大于限幅电平RL，则选择器7从其中输出来自16边形限幅电路1的信号。否则，即，如果在比较器4中输入信号值等于或小于限幅电平RL，则选择器7从其中递送从定时调整器6发送来的信号。进行选择器7的操作的原因如下。如果对所有信号执行16边形限幅，那么也对不需要被限制功率的信号实现了限幅操作。为了避免这种不利的事件，选择模块7被部署成只对需要限幅操作的信号执行限幅。与门8被布置成使得可以很容易地根据外部指令针对限幅操作进行掩蔽(mask)控制操作。
对于馈送到限幅电路1的(I，Q)信号，矩形限幅电路11通过使用限幅电平RL0来进行矩形限幅，其中RL0满足
RL0＝RL并且是外部指定的。被电路11所限幅的信号的相位在相位旋转模块12中被旋转+π/4。正如可从图3中看出的，模块12处于已知的配置中，其中包括加法器121和122以及符号反相模块123。在相位旋转模块12中，I信号和Q信号被加法器122彼此相加以形成Q信号，并且I信号和Q信号的经符号反相的信号被加法器121彼此相加以形成I信号。+π/4旋转的结果是信号幅度被乘以。
从相位旋转部分12产生的信号被提供到矩形限幅电路13。限幅电平RL被从外部设置如下RL1＝RL0×＝RL。
这是因为信号相位被相位旋转模块12旋转了+π/4，从而将原始幅度乘以。即，限幅电平也必须被增大同样多。在图8中示出了当信号相位被旋转+π/4时，限幅电平也被乘以。这可以从毕达哥拉斯定理中得出。
然后，相位旋转模块14将信号相位旋转-π/8。正如可从图4中看出的，模块14包括公用的配置，该配置包括加法器141和142，乘法器143和144，以及符号反相部分145。乘法器143将I信号乘以一个系数(n位)，以产生一个乘积。在该乘积中，n个较低的位被舍入，并且所产生的信号的符号被反相，以被馈送到加法器142。加法器142将反相后的信号与Q信号相加，以生成Q信号。乘法器144将Q信号乘以一个系数，以获得一个乘积。该乘积中的n个较低的位被去除。所产生的信号被馈送到加法器141。加法器141将该信号与I信号相加，以产生I信号。通过-π/8旋转，信号幅度被乘以{2×(2-)}。
相位旋转模块14将输出信号递送到矩形限幅电路15。电路15的限幅电平是在考虑到经过模块14后的幅度变化的情况下从外部设置的，如下RL2＝RL1×{2×(2-)}＝RL0××{2×(2-)}＝RL×2×(2-)正如可从图9中看出的，作为π/8相位旋转的结果，限幅电平被乘以×(2-)，即{2×(2-)}。
接下来，相位旋转部分16将信号相位旋转-π/4。部分16是以公知的结构来构造的，该结构包括加法器161和162，以及符号反相模块163，如图4所示。加法器161将I信号与Q信号相加，以产生I信号。加法器162将I信号的经符号反相的信号与Q信号相加，以获得Q信号。通过-π/4相位旋转，以与相位旋转模块12几乎相同的方式，信号幅度变大倍。
相位旋转部分16将输出信号馈送到限幅电平为RL3的矩形限幅电路17。该电平是在注意到经过相位旋转模块16后的幅度改变的情况下从外部指定的，如下RL3＝RL2×＝RL×2×(2-)。
矩形限幅单元17将输出信号馈送到相位旋转模块18。模块18将信号的相位旋转+π/8。模块18包括如图6所示的公知的配置，具体而言是加法器181和182，乘法器183和184，以及符号反相部分模块185。乘法器185将I信号乘以n位系数以产生一个乘积，在该乘积中，n个较低的位被舍入，并且所产生的信号被馈送到加法器182。加法器182将该信号与Q信号相加，以生成Q信号。乘法器184将Q信号乘以一个系数以获得一个乘积，该乘积中的n个较低的位被去除。然后该信号的符号被反相，并且所获得的信号被传送到加法器181。加法器181将该信号与I信号相加，以产生I信号。
作为-π/4旋转的结果，信号幅度被乘以{2×(2-)}。相位旋转的量可以通过调整图6和图4中的系数n的值来控制。由于本实施例中采用了±π/8，因此联系旋转提供固定的系数值。
最后，幅度调整部分19将由于矩形限幅和相位旋转而减小的幅度值恢复到输入信号的幅度的原始电平。图7示出幅度调整器19的结构示例，其中包括乘法模块191和192。乘法器191将I信号乘以n位系数，以产生I信号。乘法器192将Q信号乘以一个系数，以生成Q信号。在该调整中，幅度被乘以(2+)/8。
已经描述了根据本发明的16边形限幅电路的操作示例。图9在I-Q坐标系统上示出了限幅电平RL和限幅电路的限幅操作之间的关系。在最中间位置绘出的方形10中，对角线代表限幅电平RL，每个边是RL＝|RI|+|RQ|。方形内的区域对应于不进行限幅的范围，即对应于经过图1的定时调整器6的每个信号的信号电平。包围方形10的16边形20指示根据本发明的图1的16边形限幅电路1的限幅电平的边界。16边形20外的区域30对应于幅度限制的范围。方形10和16边形之间的区域代表信号经过限幅处理电路并且其幅度不被限制的区域。
通过经由图2所示的一系列处理电路处理信号，实现了16边形限幅。因此，获得了与圆形限幅等同的特性。即，可以最大限度地抑制相位误差，从而防止经调制的波的误差向量幅值的恶化。也可以通过改变矩形限幅电路的级数和相位旋转模块的级数并且通过改变最终级中的幅度调整器(幅度缩放模块)的调整值，来实现多边形限幅。
例如，当希望能够降低经限幅的基带信号中的相位误差时，也可以实现32边形限幅电路。即，矩形限幅电路的级数加倍，并且相位旋转角度和幅度调整值适当地改变。结果，限幅操作更加趋向于圆形限幅。
在图1中，选择器7被布置成电路系统中的输出模块，以响应于比较器4的输出来选择定时调整器6和16边形限幅电路1的输出中的任何一个。但是，选择器7也可以被部署在输入级，以根据来自比较器4的输出信号而将信号从其中递送到定时调整器6和16边形限幅电路1中的任何一个。
权利要求
1.一种用于限制将要提供到无线电发射器中的功率放大器的正交基带信号的幅度的限幅电路，包括多边形限幅装置，该装置包括级联连接的多级，所述多级中的每一级包括串联连接的矩形限幅装置和相位旋转装置。
2.根据权利要求1所述的限幅电路，还包括幅度调整装置，用于补偿和调整来自所述矩形限幅装置和所述相位旋转装置的所述基带信号的信号幅度的变化。
3.根据权利要求1或2所述的限幅电路，包括级联连接的n级(n是等于或大于2的整数)，所述n级中的每一级包括串联连接的矩形限幅装置和相位旋转装置，第一级中的矩形限幅装置包括被预先设置为预定的限幅电平的限幅电平，第二级和后续级中的矩形限幅装置中的每一个包括被设置到通过将所述预定的限幅电平乘以校正量而获得的值的限幅电平，所述校正量对应于与所述矩形限幅装置的前一级中的相位旋转装置的相位旋转相关联的所述基带信号的幅度变化。
4.根据权利要求1至3中的一项所述的限幅电路，还包括控制装置，用于在所述正交基带信号的幅度取大于所述预定的限幅电平的值的情况下，控制所述多边形限幅装置以处理所述正交基带信号。
5.根据权利要求4所述的限幅电路，其中如果所述正交基带信号的幅度取等于或小于所述预定的限幅电平的值，则所述控制装置相应于所述多边形限幅装置的处理时间调整用于输出所述正交基带信号的时间。
6.一种发射器，包括根据权利要求1至5中的一项所述的限幅电路。
全文摘要
可以实现一种限幅电路，其具有相对较小尺寸的配置，能够抑制相位误差的生成，并且不恶化EVM。使用了基本上等同于圆形限幅的16角限幅电路，作为形成正交基带信号的幅度限制的限幅电路。矩形限幅电路和相位旋转电路之间的串联结构的多级(4级)(11和12、13和14、15和16、17和18)以相互依赖的方式连接，以作为16角限幅电路。在幅度调整单元(19)中执行幅度缩放，以补偿由矩形限幅电路和相位旋转单元导致的信号幅度变化。
文档编号H04L27/20GK1875595SQ20048003232
公开日2006年12月6日 申请日期2004年11月4日 优先权日2003年11月5日
发明者寺本智之 申请人:日本电气株式会社