專利名稱：電信號預處理的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及預處理電信號，特別地，涉及用于預處理電信號以補償非線性放大器對于信號的影響的方法和裝置。
放大器在有限的范圍內趨向于表現(xiàn)出對于輸入信號充分線性的響應。當輸入信號幅度變化大時，作為非線性特征的結果，放大器在輸出信號中對于輸入信號超過對應于非線性特性實質開始的信號電平的部分產(chǎn)生失真。
這個問題可以通過制造在擴展的范圍中具有線性特征的放大器而解決。然而，為了保證不發(fā)生顯著失真，有必要知道最大輸入信號強度，以保證放大器范圍足夠?；蛘撸梢詫Ψ糯笃鞯妮敵鲞M行濾波，但是在一些應用中，系統(tǒng)規(guī)范所允許的失真電平可能意味著制造滿足需要的濾波器特性的濾波器在技術上是不可行。
于是本發(fā)明解決了與非線性放大器產(chǎn)生的失真相關的問題。
根據(jù)本發(fā)明的第一個方面，提供了預處理電信號的方法，該方法包括限制信號強度不超過極限信號強度的步驟，極限信號強度對應于放大器的非線性響應實質開始，限幅信號正是要提供至該放大器以供放大。
通過將電信號限制到低于選定的信號強度，可以減少由放大器的非線性響應產(chǎn)生的失真。
本發(fā)明可以包括在放大前對限幅信號進行濾波的步驟。
該方法可以包括在放大后對限幅信號進行濾波的步驟。通過濾波經(jīng)放大的經(jīng)削波的信號，可以進一步減小在臨近信號頻率的頻域中存在的失真。
該方法可以包括放大限幅信號的步驟。該方法可以進一步包括將經(jīng)放大的信號提供給電信廣播裝置的步驟。這使得可以傳輸電信信號而不在臨近的電信信道中生成顯著失真。
該方法可以包括生成對應于電信號和限幅信號之間的差異的差信號的步驟。該方法可以進一步包括對差信號進行濾波的步驟?？梢詫Σ钚盘栠M行濾波，以消除信號落在感興趣的頻段內的頻率成分。
該方法可以包括結合經(jīng)濾波的差信號和限幅信號的步驟。經(jīng)濾波的差信號可以從限幅信號中除去。
本方法可以包括在放大信號之前重復電信號的預處理的步驟。這使得經(jīng)預處理的信號集中于優(yōu)選的信號強度。
極限信號強度可以對應于要預處理的電信號的強度而改變。通過將信號限定設置為要預處理的信號強度的函數(shù)，這使得預處理是自適應的。
極限信號強度可以設置為一值，以防止經(jīng)預處理的信號強度超過對應于實際的非線性響應實質開始的信號強度。這使得預處理步驟保證經(jīng)預處理的信號不超過放大器優(yōu)選的最大信號強度。
電信號可以是用于廣播的電信信號。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供了電預處理電路，用于在電信號由具有非線性響應實質開始的放大器放大之前，對其進行預處理。該電路包括限幅器，用于將電信號的強度限制到低于對應于非線性響應實質開始的極限信號強度。
可以由數(shù)字信號處理器實現(xiàn)電路的元件。數(shù)字信號處理器可以用于提供給電元件提供預處理方法所需的功能。可以提供反饋電路以實現(xiàn)該方法的迭代特征?？梢蕴峁┳赃m應極限電平控制電路，以實現(xiàn)信號限制的自適應控制。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供了電信裝置，包括根據(jù)本發(fā)明前一方面的預處理電路和用于放大經(jīng)預處理的信號的放大器。該裝置可以包括在放大前對經(jīng)預處理的信號進行預失真的預失真器和對放大器的輸出進行濾波的濾波器。
現(xiàn)在參考附圖，通過例子描述本發(fā)明的實施例。在附圖中

圖1顯示了包括根據(jù)本發(fā)明的方法的電路操作的電信基站的傳輸部分的示意框圖；圖2顯示了根據(jù)本發(fā)明的電路的示意性功能框圖；圖3a、b和c分別在時域和頻域中說明了根據(jù)本發(fā)明處理的電信號的性態(tài)；圖4a、4b、5a、5b、6a和6b分別在時域和頻域中說明了根據(jù)本發(fā)明處理的電信號的其它性態(tài)；圖7對信號應用及不應用根據(jù)本發(fā)明的方法，說明根據(jù)本發(fā)明的方法對于信號的影響；圖8顯示了根據(jù)本發(fā)明的方法操作的另一電路的示意框圖；和圖9說明了圖8的電路的影響。
除非特別指出，不同圖中相似的項目使用公用的參考數(shù)字。
參考圖1，顯示了電信系統(tǒng)的基站10的示意圖，基站10連接至用于廣播電磁電信信號14的天線12?；?0包括發(fā)送和接收部分。圖1顯示了僅與說明本發(fā)明相關的發(fā)送部分。為了清楚，沒有顯示基站的其它通用部分?；?0的發(fā)送部分包括用于將輸入電信號16處理為輸出電信號18以提供至廣播天線12用于傳輸?shù)亩鄠€電子設備。基站包括調制器19、預處理設備20、預失真設備22、功率放大器24和濾波器26。
基站的信號處理元件適于使用調幅編碼或復合編碼(即調幅和調相)處理電信信號。下面的討論關注于使用CDMA編碼方案的電信系統(tǒng)，盡管所描述的電路和方法可以應用于具有峰值均值比的調幅的任一電信號。
調制器19是現(xiàn)有技術并且在預處理部分之前處理基站的發(fā)送部分的其它功能。預失真部分22按照現(xiàn)有技術設計，并且對于本領域技術人員可以理解，預失真部分的應用提高了非線性放大器的線性性能。放大器部分24是現(xiàn)有的功率放大器，其對于直到輸入信號功率電平表現(xiàn)出充分的線性響應，在輸入信號功率電平之上表現(xiàn)了顯著的非線性響應。過濾器部分26是現(xiàn)有技術設計的高功率RF濾波器。然而，濾波器26的濾波性能由基站操作所用的電信方案確定，以從正在廣播的電信信號14的電信信號頻帶中提供可接受的失真電平。
例如，在當前CDMA方案下，廣播頻譜的GHz部分被分為頻帶，每一頻帶具有5MHz帶寬，并且每一播送設備必須不在相鄰頻帶中產(chǎn)生被定義為此時可由電信標準有效接受的電平之上的失真。于是，選擇濾波器26的濾波特性，以保證在帶外失真達到電信標準準則。
圖2顯示了信號預處理部分20的示意性功能框圖。數(shù)字信號處理器實現(xiàn)預處理電路20。圖2示意性地說明了由數(shù)字信號處理器支持的功能。預處理電路包括限幅器或削波器30，其將電信號的幅度限制或削波至最大值。輸入電通信信號Sin作為輸入提供至顯示器30，并且經(jīng)限制或削波的信號SinL由此輸出。
預處理電路還包括組合元件32，Sin和SinL提供至組合元件32。組合元件32從Sin中減去SinL。可以理解，減法函數(shù)僅僅是符號轉換的情況，加一個負的量與減一個正的量是相同的。還提供了濾波器34，差值信號Sin-SinL提供給濾波器34。預處理電路包括另一組合元件36，信號SinL和經(jīng)濾波的差值信號F(Sin-SinL)提供給組合元件36。組合元件36從經(jīng)削波的信號中減去經(jīng)濾波的差值信號并且生成經(jīng)預處理的輸出信號So，減法仍然是符號轉換。
現(xiàn)在參考圖3至6進一步說明預處理部分20的操作方法。圖3至6是類似的圖，顯示了在預處理電路20處理的不同部分處電信號的幅度或包絡線與時間的函數(shù)。這些圖還顯示了頻域中相同的電信號與信號頻率的函數(shù)，作為奈奎斯特(Nyquist)頻率的一部分。頻域圖是時域信號的快速傅立葉變換。頻域圖顯示了基帶頻譜的正頻率部分。
通常，基帶信號已經(jīng)經(jīng)過調制，正待傳輸，并且平均頻率為零。在這個例子中，信號在最終傳輸之前被轉化為高頻(大概為900MHz或1800MHz)，但是相對于高頻載波信號的幅度、相位和頻譜形狀與相對于零頻率的基帶信號的相同。在這種情況中，信號平均頻率是對應于基帶轉換中的零的高頻載波信號。在基帶，需要負頻率的計算方便，這是頻域圖僅顯示頻譜的正半部分的原因。
在轉化為高頻之前，在基帶應用信號的預處理，但是信號的預處理將以同樣的方式限制高頻信號的幅度。類似地，接收機的第一作用是將在進一步處理之前轉化返回基帶的信號。
圖3a顯示了輸入信號Sin的包絡線39與時間的函數(shù)的一部分，從中可以看出，輸入信號Sin的幅度在微秒時間幀中充分變化，所以信號的功率通過波峰和波谷。該信號具有峰值均值比。放大器24具有可接受的線性特性，直至對應于放大器的非線性響應實質開始的閾值信號強度。該開始信號強度在圖3a中作為信號強度或幅度40而指示。圖3b顯示了基帶輸入信號Sin的正頻率成分。
輸入信號Sin被傳送至限幅器30，限幅器30將Sin的幅度限制到低于最大信號強度40并且導致輸入信號的包絡線被削波，如圖3a的42所示。圖3c顯示了經(jīng)基帶削波的信號的傅立葉變換的正部分，從中可以看出，削波輸入信號引入了在原始輸入信號Sin中不存在的信號的頻率成分。
然后經(jīng)削波或限幅的信號SinL被傳送至第一組合元件32。未經(jīng)削波的輸入信號Sin也被提供給第一組合元件，并且生成差信號(Sin-SinL)44。圖4a和4b分別顯示了在時間44域和頻率46域中的差信號。應當注意，圖3a和4a中的縱坐標軸的比例不同。差信號是削波操作除去的輸入信號的部分。
然后差信號(Sin-SinL)被傳送至濾波器34，圖5a和5b分別在時間48域和頻率50域中描述了經(jīng)濾波的輸出F(Sin-SinL)。選擇濾波器34的性能，以從差信號中僅選出要從經(jīng)限幅的信號中除去的那些頻率成分，以提供最終的經(jīng)預處理的信號。在這種情況中，濾波器選擇重疊通信信號邊緣的差信號量以及對應于帶信號外部的大量差信號。通過比較圖3b和5b可以很好地看出這一點，對差信號進行濾波的結果是生成在臨近感興趣的頻帶的頻率范圍中具有顯著信號強度的信號，而帶內的信號強度低。
通常，濾波器34的性能由預處理電路和方法的應用確定。濾波器34用于選擇將用于利用最終求和部分36校正限幅信號的頻譜部分。濾波器可以具有任意通帶的位置，通帶具有僅由差信號中包含的能量限制的任意帶寬。差信號中的能量等級確定預處理輸出信號將超過原始限制40多少。選擇濾波器34的通頻帶，以相對于不同帶內及帶外規(guī)范優(yōu)化最終經(jīng)預處理的信號。最優(yōu)解是同樣很好地滿足所有規(guī)范的一個解。
如果一個規(guī)范比另一個難以滿足，則校正可以集中在該規(guī)范上，使得放大器更難驅動而能滿足所有規(guī)范。在這個特定例子中，帶外失真規(guī)范較難滿足，于是以其它地方(在這種情況為帶內)的失真為代價對其進行校正。相反也可以得到；即，如果特定應用的規(guī)范需要，可以以帶外失真為代價改進帶內失真。濾波器性能的精確設計是認真的優(yōu)化，并且依賴于待預處理的信號以及規(guī)范。
然后經(jīng)濾波的差信號被傳送至組合元件36，組合元件36從經(jīng)削波的輸入信號SinL中減去經(jīng)濾波的差信號，以生成輸出信號So。圖6a和6b中描述了該操作的結果。可以看出，輸出信號So51與輸入信號Sin基本相同，只是在經(jīng)削波的波峰附近不同。從經(jīng)削波的輸入信號中減去經(jīng)濾波的差信號的影響是減小超過放大器的非線性開始的輸入信號的幅度，而不顯著影響低于該電平的輸入信號的幅度。通過比較圖3b和6b可以看出，預處理方法將頻譜權重52添加到遠離感興趣的信號帶的輸入信號。
圖7顯示了圖表60，圖表60顯示了在應用和沒有應用預處理方法情況下，經(jīng)放大的信號強度與頻率的函數(shù)。曲線70顯示了不經(jīng)預處理操作的放大器24的輸出。可以看出，放大器對于非線性特性實質開始的閾值之上的輸入信號的非線性響應導致在感興趣的通信帶74之外的顯著失真。曲線78說明了預處理部分對于放大器24輸出的經(jīng)放大的信號的影響?？梢钥闯觯瑤刃盘枦]有顯著退化。然而在鄰近帶內區(qū)域74的任一側的區(qū)域中的帶外失真顯著減小(大約6dB)。在經(jīng)放大的預處理的信號的遠翼(wing)79中的失真增加。然而，這些可以容易地由濾波器26抑制到指定限定內的-28dBm。
預處理步驟提供的帶外失真的減少意味著濾波器26的性能無需為了滿足通信系統(tǒng)的帶外失真信號需求而具有尖銳的帶通性能76，而該需求在沒有預處理步驟時是需要的。預處理步驟已經(jīng)顯著減小了帶外失真。
上述系統(tǒng)特別適合于有許多互相靠近的通信信道并且防止來自一條信道的失真影響毗鄰信道中存在的通信信號的環(huán)境。
圖8顯示了本發(fā)明的實施例，這可在要應用的所有校正都影響原始信號之外并且充分遠離原始信號的能量時使用，使得濾波器部分的設計可行。
參考圖8，顯示了另一基站80的發(fā)送部分，用于在傳輸之前對電信信號進行放大。發(fā)送部分實際上還包括現(xiàn)有元件并且可以包括如圖1所示的調制器、預失真部分和輸出濾波器部分，盡管為了清楚起見，沒有在圖8中顯示它們。圖8顯示了解釋本發(fā)明所需要的發(fā)送部分，發(fā)送部分包含由數(shù)字信號處理實現(xiàn)的預處理電路81、限幅器82和濾波器84。輸入信號也是具有峰值均值比的電信信號。提供了放大器24和高功率RF濾波器部分26。
預處理電路81特別適合這種應用減小非常靠近帶邊緣的失真并不重要，而是減小遠離帶邊緣的帶外失真重要。
現(xiàn)在參考圖9描述預處理電路81的操作。圖9以虛線91顯示了在沒有預處理電路的情況下，放大器24的輸出信號與頻率的函數(shù)的圖表。電信系統(tǒng)具有信道帶寬94以及電信信號帶寬92。電信方案指定基站傳輸必須滿足的帶外失真電平準則Sd。在沒有預處理電路的情況下，需要虛線96所指示的濾波器特性，以滿足帶外失真電平Sd?？梢岳斫猓瑤ㄌ匦?6非常陡峭，因此在技術上難以實現(xiàn)。
通過使用預處理電路，可以對于濾波器26使用較不嚴格的濾波器特性99。限幅器82削波輸入信號，以限制其低于對應于放大器的非線性特性實質開始的閾值。濾波器84用于通過信號處理而低功率地過濾出任一靠近信息帶的失真。這意味著由于高功率RF濾波器26無需為了消除靠近信息帶的任何失真而是高度高Q值濾波器，所以它可以更廉價和小巧。線98描述了經(jīng)過放大的經(jīng)削波的輸入信號的信號強度。對信號削波減少了放大器在緊鄰帶92邊緣處產(chǎn)生的帶外失真95。
然而，如圖3c所示，削波的結果是引入遠離中心頻率的信號的頻率成分。圖9中以經(jīng)放大的輸出信號98的旁瓣98說明了它。然而，由于削波強度已經(jīng)減小了緊鄰該帶的帶外失真，所以可以使用線99所示的濾波器26的較不嚴格的濾波器特性，來滿足帶外失真信號電平Sd。這種濾波器特性比沒有削波的情況所需的濾波器特性96更易于實現(xiàn)。盡管濾波器84和26看起來都以類似的方式工作(即消除失真)，但是它們在本質上不同，濾波器84在非線性設備(即放大器24)之前出現(xiàn)，而非線性設備仍將產(chǎn)生某些失真，所以在其后需要高功率RF濾波器26。然而，濾波器84是低功率濾波器，其消除了非?？拷畔н吘夘A放大的失真，這防止了失真被放大并從而使得濾波器84能夠具有與其不存在時所需要的相比較不嚴格的濾波器特性。于是，由于濾波器26需要較低的Q值所以它可以更簡單廉價。
圖9說明了對于預處理電路81的性能，它與預處理電路20的性能類似地應用，細節(jié)上已做必要的改動。
如圖6a所示，經(jīng)預處理的輸出信號So可以大于作為對應于放大器部分24的非線性特性實質開始而選擇的極限信號強度。于是，預處理步驟可以通過將輸出信號So前饋至一個或多個類似于電路20的其它預處理電路的輸入而重復(迭代)，如圖2中以虛線38所示?？梢允褂脝未位蚨啻蔚?，并且已經(jīng)發(fā)現(xiàn)兩次迭代得到向可接受電平的迅速收斂。
還可以提供一種自適應削波功能，其中依賴于輸入信號的幅度來設置削波限定40。測量輸入信號Sin的強度，以確定其超過對應于放大器的非線性特性實質開始的信號強度的量。然后輸入信號超過該電平的量用于設置實際削波電平，以使輸入信號超過開始強度越多，實際用于削波信號的削波電平越低。這可以用于保證輸出預處理信號So低于對應于放大器的非線性特性實質開始的實際信號電平。使用的實際削波電平可以通過使用存儲器中存儲的公式而計算來確定，或者根據(jù)來自經(jīng)驗結果的存儲器中存儲的查詢表來確定。
可以組合自適應削波特征和迭代特征，使得對于每一迭代步驟可以改變使用的實際削波電平。
盡管已經(jīng)在電信系統(tǒng)的環(huán)境中描述了該方法和裝置，但應當理解，圖2和8的預處理方法和電路可以用于預處理任何具有峰值均值比的待放大的電信號，以減小與非線性放大器相關的在感興趣的放大信號附近的失真。該方法和電路可應用于任何放大調制的電信號，包括幅度和相位都用于編碼信息的復合調制的信號。
盡管上述對于本發(fā)明的說明是在基站處的數(shù)字信號處理實施例的環(huán)境中，但是可以使用模擬元件在基帶、某些中頻(IF)或者甚至是射頻(RF)處實現(xiàn)預處理信號處理。
權利要求
1.一種預處理電信號的方法，該方法包括將信號的強度限制到不超過極限信號強度的步驟，極限信號強度對應于放大器的非線性響應實質開始，限幅信號正是要提供至該放大器以供放大。
2.如權利要求1的方法，還包括在放大前對限幅信號進行濾波的步驟。
3.如權利要求1的方法，還包括在放大后對限幅信號進行濾波的步驟。
4.如權利要求1至3的任一個的方法，還可以包括對限幅信號進行放大的步驟。
5.如權利要求4的方法，還包括將經(jīng)放大的信號提供給電信廣播裝置的步驟。
6.如權利要求1的方法，還包括生成對應于電信號和限幅信號之間的差異的差信號的步驟。
7.如權利要求6的方法，還包括對差信號進行濾波的步驟。
8.如權利要求7的方法，還包括合并經(jīng)濾波的差信號和限幅信號的步驟。
9.如權利要求1的方法，還包括在放大信號之前重復電信號的預處理的步驟。
10.如權利要求1的方法，其中極限信號強度響應于要預處理的電信號的強度而改變。
11.如權利要求1的方法，其中將極限信號強度設置為一值，以防止經(jīng)預處理的信號強度超過對應于實際的非線性響應實質開始的信號強度。
12.如權利要求1的方法，其中電信號是用于廣播的電信信號。
13.一種電預處理電路，用于在電信號由具有非線性響應實質開始的放大器放大之前，對其進行預處理，該電路包括限幅器，用于將電信號的強度限制到低于對應于非線性響應實質開始的極限信號強度。
14.如權利要求13的電路，其中電路的元件由數(shù)字信號處理器實現(xiàn)。
15.一種電信裝置，包括如權利要求13或14的預處理電路和用于放大經(jīng)預處理的信號的放大器。
16.如權利要求15的裝置，還包括在放大前對經(jīng)預處理的信號進行預失真的預失真器和對放大器的輸出進行濾波的濾波器。
17.一種對實質上如前面所述的電信號進行預處理的方法。
18.一種電路，用于對實質上如前面所述的電信號進行預處理。
全文摘要
一種用于對電信號進行預處理的方法和電路。該方法包括將信號的強度限制到不超過極限信號強度，極限信號強度對應于放大器的非線性響應實質開始，限幅信號正是要提供至該放大器以供放大。
文檔編號H03F1/32GK1522491SQ02808813
公開日2004年8月18日 申請日期2002年4月25日 優(yōu)先權日2001年4月25日
發(fā)明者尼古拉斯·戴維·阿徹, 尼古拉斯 戴維 阿徹 申請人:菲爾特羅尼克公開有限公司