专利名称：使用调幅正交信号的极化调制的制作方法
背景技术：
本发明涉及使用极化调制来传输信息的无线通信装置。
某些无线通信装置用调制无线电载波的极化分量(例如，幅值和相位)来通信。例如，可以在基带频率上产生调相信号和调幅信号。该调相信号可被用于调制一个具有恒定包络幅值的RF(射频)载波的相位。然后，该调相RF载波可通过一个其电源电压被调幅信号调制的功率放大器，以产生所希望的输出信号的包络。
调相信号与调幅信号之间意想不到的延迟会引起加到RF载波的不同部分上的信号，并且会使输出信号产生不希望有的失真。加之，由于在调相分量与调幅分量之间不希望出现的反馈，调幅还会造成偶然调相。
发明内容
在本发明的某些实施例中，一个极化调制器包含一个相位分离器、一个控制器、若干可变电流源、若干晶体管电路以及一个合成器。相位分离器分离RF载波信号成为相位彼此相差90度的正交分量信号。控制器根据要传输的信息产生调制控制信号。可变电流源根据调制控制信号中不同的一个各自产生一个可变幅值电流信号。各晶体管电路根据来自可变电流源的的变幅电流信号，用变化放大倍率来放大正交分量信号中不同的一个，以产生一个幅值经调整的正交分量信号。合成器将来自各晶体管电路的幅值经调整的正交分量信号合成，以产生调相RF载波输出信号。
在本发明的另一些实施例中，控制器产生四个调制控制信号。四个可变电流源根据四个调制控制信号中不同的一个各自产生一个变幅电流信号。四个晶体管电路基于来自四个可变电流源中不同的一个的变幅电流信号，用变化放大倍率各自放大正交分量信号中不同的一个，以产生幅值经调整的正交分量信号。
在本发明的又一些实施例中，极化调制器包含一个相位分离器、一个控制器、四个功率放大器和一个合成器。相位分离器将一个RF载波信号分离成为相位彼此相差90度的正交分量信号。控制器根据要传输的信息产生四个调制控制信号。四个功率放大器各自基于四个调制控制信号，用变化放大倍率来放大正交分量信号中不同的一个，以产生一个幅值经调整的正交分量信号。合成器包含四个1/4波长传输线，各配置成将幅值经调整的正交分量信号中不同的一个连接到公共输出负载，并产生一个调相RF载波输出信号。
极化调制器还可包含一个并联谐振电路(shunt resonantcircuit)，该并联谐振电路连接至公共输出负载并在1/4波长传输线中衰减谐波电流。
附图的简要说明
图1是说明本发明各实施例的极化调制器的方框图。
图2A-B是说明本发明各实施例的极化图和极化转换图。
图3是说明本发明各实施例的正交放大器的电路图。
图4是说明本发明各实施例的极化调制器的方框图。
图5是说明本发明各实施例的正交信号合成器的方框图。
具体实施例方式
现在，将参照有关附图更充分地描述本发明，图中示出了本发明的实施例，然而，这不应理解成本发明将受限于以下提出的实施例。提供这些实施例是为了使本发明的公开能向本领域技术人员完全、彻底、全面地揭开发明的范围。同样的附图标记涉及同样的构成要素。
也将会明白，作为所使用中的术语“包含”或“含有”是开放式的，它们表示包含一个或多个规定的要素、步骤和/或功用，但不排除一个或多个未明确说明的要素、步骤和/或功用。
下面，依据本发明实施例的无线发射机及其方法的有关方框图和/或工作图示对本发明及进行说明。应当了解，每一个方框图的方框和/或工作图示以及方框图中的方框的组合和/或工作图示都可以用射频、模拟和/或数字硬件和/或计算机程序操作来实现。可以向在无线终端或基站中的通用计算机、专用计算机、ASIC和/或其它的可编程数据处理设备的处理器提供这些计算机程序指令，这样的指令经由计算机的处理器和/或其它的可编程数据处理设备来执行，建立方框图和/或工作方框或方框中规定的有关执行功用/操作的方法。在一些备选实施方法中，指示在方框中的功用/作用可以在工作图示中指示的指令以外产生。例如，连续地示出的两个方框实际上可被同时执行，或这这两个方框有时可被以相反的顺序执行，这取决于所包含的功能/操作。
图1是说明本发明各实施例的一个极化调制器100的方框图。该极化调制器100根据要经由天线115传送的信息110调制RF载波信号105的相位和幅值。
压控振荡器120或其它信号源在所要的载波频率上产生RF载波信号105。相位分离器125分离RF载波信号成为四个相位彼此相差90°的正交分量信号对(亦即，0°-/0°，90°-/90°，180°-/180°，和270°-/270°)。相位分离器125可包含将RF载波信号一分为四的四分计数器(例如，级联触发器)，以产生四个正交的分量信号。可变正交放大器130根据四个调制控制信号135a-d分别调整四个正交分量信号各自的幅值，以产生四个幅值经调整的正交分量信号155a-d。
本文描述的本发明的各实施例中，其中相位分离器分离RF载波信号成为90°正交，它可以提供最小数目的正交分量，并可以基于分割功能而有利地使用有源电路来产生正交。然而，要明白的是，提供这些实施例仅用作说明目的，而本发明的实施例还可包含相位分离成更少或更多的相位分量(例如，60度、120度)，这可以根据带宽的考虑、控制线、调制深度、收发机的接口和/或其它的考虑来选择。
控制器140根据信息110产生四个调制信号135a-d。控制器140可以包含一个数字信号处理器145和一个数字-模拟变换器150。数字信号处理器145可以根据信息110产生数字调制值，而且，该数字-模拟变换器150可以将数字调制值变换成为四个调制控制信号135a-d。正交放大器130可以包含四个放大器电路132a-d，它们是根据四个调制控制信号135a-d中不同的一个分别放大四个正交分量信号对中的每一对。该控制器140可以在饱和方式中操作放大器电路132a-d中的每一个，它可以增加它们的效率和/或可以产生调制控制信号135a-d，因而，调相RF载波输出信号165具有一个被调制的相位和恒定的幅值包络。
合成器160将四个幅值经调整的正交分量信号155a-d合成而产生调相RF载波输出信号165。该调相RF载波输出信号165根据信息110而调相，也可以根据信息110而不包含、包含一些或包含全部所要的幅值调制。功率放大器170将调相RF载波输出信号165放大，由天线115传输。
当调相RF载波输出信号165包含相位调制和所有的幅值调制时，功率放大器170可以是线性功率放大器并可以具有固定的(即非调制)电源，使得调相RF载波输出信号165在由天线115传输之前不进一步调制。或者，也可通过调制功率放大器170的电源来对被调相RF载波输出信号165进行至少一些幅值调制。控制器140可以根据信息110产生一个功率放大器控制信号，并且可以通过一个幅值调制器175来调制功率放大器170的电源电压。当调相RF载波输出信号165包含相位调制和至少一些幅值调制时，可以减少或避免在调相和调幅之间延迟失配的影响。当被调相RF载波输出信号165包含相位调制而无幅值调制时，调相RF载波输出信号165就随后由功率放大器170进行调幅。
通过分别放大四个正交分量信号来形成四个幅值经调整的正交分量信号155a-d，然后，通过合并这四个幅值经调整的正交分量信号155a-d，可以根据四个调制控制信号135a-d来移动调相RF载波输出信号165的极化分量至任何希望的状态，并可以对其更明确地移动，例如，减小被合成传输信号的带宽和/或提高效率。例如，图2A示出一个极化图，其中示出在时间t0、tA和tB时的调相RF载波输出信号165的极化分量(同相“I”和正交“Q”)。图2B示出在时间t0、tA和tB时，在调相RF载波输出信号165的四个正交分量中的极化分量移动。为了平滑调相RF载波输出信号165的合成的极化分量移动，可以配置控制器140来产生四个调制控制信号135a-d，如像接近零点交叉，或例如，如图2B在时间t0、tA和tB所示那样。极化分量间的平滑移动可以减小被合成传输信号的带宽和/或增大效率。
图3是图1中所示出的可以被用作为正交放大器130的可变正交放大器300的电路图。该可变正交放大器300包含四个晶体管电路305a-d，它们根据调制控制信号(可以是四个调制控制信号135a-d)用变化放大倍率来差动放大正交分量信号对(即0°-/0°，90°-/90°，180°-/180°，和270°-/270°)中不同的一个对，以产生幅值经调整的正交分量信号320a-d。各晶体管电路305a-d可以包含一对被推挽配置的晶体管308a-d和310a-d，每一对都被连接至四个可变电流源315a-d中不同的一个上。该可变电流源315a-d分别由四个调制控制信号135a-d中的不同的信号控制，以改变正交分量信号对(即0°-/0°，90°-/90°，180°-/180°，和270°-/270°)的放大倍率，并可用于调整晶体管对308a-d和310a-d的尾部电流(tail current)，以分别维持晶体管对308a-d和310a-d在饱和方式。
例如，晶体管对308a-d和310a-d可以是双极结晶体管(bipolarjunction transistors)。各对中一个晶体管的发射极端子与各对中另一晶体管的集电极端子可连接至一个公共节点，该节点被连接至可变电流源315a-d中不同的一个。连接各对中一个晶体管的基极至信号对(即0°-/0°，90°-/90°，180°-/180°，和270°-/270°)中的正交分量信号中不同的一个，并连接各对中另一个晶体管的基极至对应的信号对(即0°-/0°，90°-/90°，180°-/180°，和270°-/270°)中相反的正交分量信号中不同的一个。
用导线325a-b合并幅值经调整的正交分量信号320a-d，并可以通过隔离变压器330耦合，以产生可以用作图1中的调相RF载波输出信号165的调相RF载波输出信号335。
图4是本发明某些实施例的极化调制器400的方框图。该极化调制器400根据要经由天线415传输的信息410，调制RF载波信号405的相位和幅值。
一个压控振荡器420或其它的信号源在所希望的载波频率上产生RF载波信号405。一个相位分离器425分离RF载波信号成为相位彼此相差90°的四个正交分量信号对(即0°-/0°，90°-/90°，180°-/180°，和270°-/270°)。相位分离器425可将RF载波信号一分为四，以产生四个正交分量信号。
四个功率放大器430a-d各自根据四个调制控制信号435a-d中不同的一个放大四个正交分量信号中不同的一个，以产生幅值经调整的正交分量信号440a-d。控制器445根据信息410产生四个调制信号435a-d。控制器445可以包含一个数字信号处理器450和一个数字-模拟变换器455。数字信号处理器450可根据信息410产生数字调制值，且数字-模拟变换器455可以将该数字调制值变换成四个模拟调制信号460a-d。放大器465a-d分别放大模拟调制信号460a-d以产生四个经调制的控制信号435a-d。正交信号合成器470将幅值经调整的正交分量信号440a-d合并，产生可以由天线415传输的经调相和调幅的RF载波输出信号475。该经调制的RF载波输出信号475包含基于信息410的所要的相位调制和所要的幅值调制。因此，可以避免相位调制和幅值调制之间的延迟失配。在基带接口的另一些实施例中，控制四个正交分量信号的幅值的四个分离的控制信号460a-d被代之以多路复用单一的数字控制信号来控制幅值信息。多路复用的控制信号可以减少极化调制器中载波信号控制线的数目。单一的控制线可在放大器465a-d中被多路复用而变换成四个分离的信号。例如，可以数字-模拟变换器和/或无源滤波器来将控制信号从数字变换到模拟。
图5示出本发明的某些实施例中可用作图4所示的合成器470的正交信号合成器500。该正交信号合成器500经过四个1/4波长传输线510a-d中不同的一个至一个公共导线515，传递各幅值经调整的正交分量信号440a-d，它们连接至例如天线415的输出负载。这些幅值经调整的正交分量信号440a-d之间有一个恒定的相对相位和变化的相对幅值。这些幅值经调整的正交分量信号440a-d的电流可用1/4波长传输线510a-d的阻抗以反比率彼此相对地换算。当对应的1/4波长传输线510a-d的阻抗相等时，幅值经调整的正交分量信号440a-d的电流也可相等。该1/4波长传输线510a-d可以在功率放大器430a-d的输出之间提供隔离，并且/或者可以改进功率放大器430a-d的输出阻抗，以增加它们的在已知频率范围内的效率。可以连接一个并联谐振电路520至公共导线515并使其构成在1/4波长传输线510a-d中衰减谐波电流。该并联谐振电路520可以包含一个并联的电感负载514和电容负载530。
本文所描述的极化调制器可在无线终端、无线网络(例如，基站)和/或其它的无线通信装置中实施。极化调制器的各种实施例可以在一个单基片上实现(例如用CMOS基片)，并且/或者也可在一个通用的芯片封装中实现(例如，使用具有一个BiCMOS的VCO/相位分离器的GaAs HBT)。作为本文使用的术语“无线终端”可以包含有或没有多线显示的蜂窝无线电话；可以联合具有数据处理、传真和数据通信能力的蜂窝电话的个人通信系统(PCS)终端；一个可包含无线电话、页面调度程序、因特网/内部网访问、网络浏览、管理器、日历和/或全球定位系统(GPS)接收机的个人数据助理；以及包含一个无线电话收发器的常规膝上型和/或掌上型计算机。无线终端也可指一些“普遍存在的”计算装置。
在附图和说明书中公开了发明的实施例，其中使用了一些专门术语，但它们仅是其普通的描述意义，并不构成限制，本发明的范围由后面的权利要求书阐述。
权利要求
1.一种用于RF载波信号的极化调制器，包含一个控制器，配置成根据要输送的信息来产生多个调制控制信号；一个相位分离器，配置成将RF载波信号分离成相位彼此相差90度的正交分量信号；多个可变电流源，各配置成根据调制控制信号中不同的一个信号产生变幅电流信号；多个晶体管电路，各配置成根据来自可变电流源中不同的一个电流源的变幅电流用变化放大倍率来放大正交分量信号中不同的一个信号，产生一个调幅正交分量信号；以及，一个合成器，配置成将来自各晶体管电路的调幅正交分量信号合成，以产生调相RF载波输出信号。
2.如权利要求1所述的极化调制器，其中，控制器配置成根据要传输的信息来产生四个调制控制信号；多个可变电流源包含各自配置成根据四个调制控制信号中不同的一个信号来产生变幅电流信号的四个可变电流源；以及，多个晶体管电路包含四个晶体管电路，它们各自配置成根据来自四个可变电流源中不同的一个电流源的变幅电流信号用变化放大倍率来放大正交分量信号中不同的一个信号，来产生调幅正交分量信号。
3.如权利要求1所述的极化调制器，其中，所述控制器配置成用来产生调制控制信号，以使来自合成器的调相RF载波输出信号具有经调制的相位和恒定的幅值。
4.如权利要求1的极化调制器，其中，所述控制器配置成用来产生调制控制信号，以使来自合成器的调相RF载波输出信号具有经调制的相位和经调制的幅值。
5.如权利要求1所述的极化调制器，其中，所述控制器配置成用来产生调制控制信号，以使晶体管电路各自工作在饱和方式。
6.如权利要求1所述的极化调制器，其中所述晶体管电路各包含一对被推挽配置的晶体管，以及，所述控制器配置成用一个调制控制信号来调节各对被推挽配置的双极结晶体管的尾部电流。
7.如权利要求1所述的极化调制器，其中所述控制器包含一个信号处理器，配置成用来产生多个数字调制值；以及一个数字-模拟变换器，配置成用来变换多个数字调制值中的每一个成为模拟调制控制信号。
8.如权利要求1所述的极化调制器，还包含一个功率放大器，配置成用来放大用于无线RF信号传输的调相RF载波输出信号。
9.如权利要求8所述的极化调制器，其中所述功率放大器包含一个线性放大器。
10.如权利要求1所述的极化调制器，其中所述相位分离器包含一个四分计数器，配置成用来产生各占有RF载波信号频率的四分之一且相位彼此相差90°的正交分量信号。
11.如权利要求10所述的极化调制器，其中所述四分计数器配置成用来产生具有相等幅值的正交分量信号。
12.一种极化调制RF载波信号的方法，包含如下步骤将RF载波信号分离成相位彼此相差90度的正交分量信号；根据要传输的信息产生多个调制控制信号；产生多个变幅电流信号，它们各自基于多个调制控制信号中不同的一个信号；根据正交分量信号中不同的一个信号和多个变幅电流信号中不同的一个信号，分别调整多个晶体管电路的电流增益，以产生调幅正交分量信号；以及合成来自各自晶体管电路的调幅正交分量信号，以产生调相RF载波输出信号。
13.如权利要求12所述的方法，还包含如下步骤根据要传输信息，产生四个调制控制信号；产生四个变幅电流信号，它们各基于四个调制控制信号中不同的一个信号；基于正交分量信号中不同的一个和四个变幅电流信号中不同的一个分别调整四个晶体管电路的电流增益，以产生四个调幅正交分量信号；以及，将来自四个晶体管电路中的每个调幅正交分量信号合成，以产生一个调相RF载波输出信号。
14.如权利要求12所述的方法，还包含如下步骤产生变幅电流信号，以使调相RF载波输出信号具有经调制的相位和恒定的幅值。
15.如权利要求12所述的方法，还包含如下步骤产生变幅电流信号，以使调相RF载波输出信号具有经调制的相位和经调制的幅值。
16.如权利要求12所述的方法，还包含如下步骤产生调制控制信号，以使晶体管电路各自工作在饱和方式。
17.如权利要求12所述的方法，还包含如下步骤放大要作为无线RF信号传输的调相RF载波输出信号。
18.RF载波信号的极化调制器，包含一个控制器，配置成基于要传输的信息来产生四个调制控制信号；一个相位分离器，配置成用来分离RF载波信号成为相位彼此相差90度的正交分量信号；四个功率放大器，各自配置成基于四个调制控制信号以变化放大倍率来放大正交分量信号中不同的一个，以产生一个调幅正交分量信号；以及，一个合成器，配置成用来将来自四个功率放大器的调幅正交分量信号合成，以产生调相RF载波输出信号，其中所述合成器包含四个1/4波长传输线，各配置成用来将调幅正交分量信号中不同的一个连接至公共输出负载。
19.如权利要求18所述的极化调制器，还包含一个连接至公共输出负载的并联谐振电路，配置成用来衰减1/4波长传输线中的谐波电流。
20.一种极化调制RF载波信号的方法，包含如下步骤分离RF载波信号成为相位彼此是90度的正交分量信号；根据要传输的信息，产生四个调制控制信号；根据四个调制控制信号中不同的一个，分别调整各自正交分量信号的幅值，以产生调幅正交分量信号；通过连接在公共节点上的四个1/4波长传输线中不同的一个来传递各调幅正交分量信号，合成调幅正交分量信号，以产生调相RF载波输出信号；以及，将调相RF载波输出信号传递至公共输出负载。
21.如权利要求20所述的方法，还包含如下步骤用连接至四个1/4波长传输线的公共节点的并联谐振电路在1/4波长传输线中衰减谐波电流。
22.一个RF载波信号的极化调制器，包含一个控制器，配置成基于要传输的信息来产生多个调制控制信号；一个相位分离器，配置成用来分离RF载波信号成为相位彼此相异的相位分量信号；多个可变电流源，各配置成基于调制控制信号中不同的一个来产生一个变幅电流信号；多个晶体管电路，各配置成基于来自可变电流源中不同的一个以变化放大倍率来放大相位分量信号中不同的一个，以产生调幅相位分量信号的变幅电流信号；以及，一个合成器，配置成用来将来自各晶体管电路的调幅相位分量信号合成，以产生一个相位调制的RF载波输出信号。
全文摘要
极化调制器包含一个相位分离器、一个控制器、若干可变电流源、若干晶体管电路和一个合成器。相位分离器分离RF载波信号成为相位彼此相差90度的正交分量信号。控制器根据要传输的信息产生调制控制信号。可变电流源根据调制控制信号中的不同信号各自产生变幅电流信号。各晶体管电路根据来自可变电流源的不同的变幅电流信号，用变化放大倍率来放大正交分量信号中的不同信号，以产生一个调幅正交分量信号。合成器将来自各自晶体管电路的调幅正交分量信号合成，以产生调相的RF载波输出信号。
文档编号H04L27/36GK1894918SQ200480037238
公开日2007年1月10日 申请日期2004年9月29日 优先权日2003年12月17日
发明者D·R·佩尔克, A·哈吉克里斯托斯 申请人:艾利森电话股份有限公司