CN1232064C - 限幅电路及码分多址通信装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于限制输入到功率放大器的信号的幅度的限幅电路，其包括幅度转换器、判断单元、峰检测器、窗口滤波器、延迟电路和乘法器。幅度转换器计算输入信号的幅值。判断单元根据预置阈值和输入信号幅值，检测幅值超过阈值的时间段，作为检测时间段。峰检测器在检测时间段中检测最大幅值出现的峰时刻，并检测该峰时刻的幅值，作为峰值。窗口滤波器利用从峰检测器输出的峰值来产生窗函数，用于限制幅值，使之不大于阈值。延迟电路将输入信号延迟，以使从峰检测器输出的峰时刻与从窗口滤波器输出的窗函数表现出最小值的时刻重合。乘法器将延迟电路的输出信号与窗函数相乘。本发明还公开了一种CDMA通信装置。

Description

限幅电路及码分多址通信装置

技术领域

本发明涉及限幅电路，更具体地说，本发明涉及适合用来对包括在CDMA通信装置中的传输功率放大器的输入进行限制的限幅电路。

背景技术

近来的数字移动通信系统经常利用CDMA(码分多址)通信装置来提高通信信道间的抗干扰能力。

在CDMA通信装置中，因为在传输时刻的瞬时功率比平均功率高得多，所以必须把传输功率放大器的线性维持到非常高的输出电平，来抑制由非线性失真引起的传输频谱的扩展，以降低相邻信道泄漏功率。

设计为直到非常高的幅度都具有良好线性的功率放大器，其电路尺寸大，并因此增加了成本和功耗。因此，使用非线性补偿放大器作为用于CDMA通信装置的传输功率放大器，该非线性补偿放大器表现出对于小幅度分量的良好线性和对于大幅度分量的非线性。如图5所示，这个非线性补偿放大器的线性具有这样的输入/输出特性：保持线性直到其最大输出，且当输入幅度超过对应于最大输出的值时，输出电平变为恒定。

在具有如图5所示的输入/输出特性的传输功率放大器中，当输入信号对应的电平超过最大输出时，传输输出饱和而增加了非线性失真。结果，如图6中不“截短(clip)”的频谱波形所示，传输频谱扩展而增加了相邻信道泄漏功率。

因此，最好将传输功率放大器的饱和功率(最大输出)最大化。但是在这种情况下，如上所述，电路尺寸增加而增加了功耗和成本。因此，在CDMA通信装置中重要的是，限制输入信号的瞬时最大功率，使之不超过传输功率放大器的饱和功率。

限制传输功率放大器输入幅度的最简单的方法是用预定值截短输入信号。但是，如果简单地截短输入信号，信号波形的非线性失真就会增加。于是，如图6中“简单截短”得到的频谱波形所示，传输频谱进一步扩展。因此，如图7所示，一般在频带限制滤波器前面配备限幅电路。

图7示出的限幅电路20包括以下部件：幅度转换器21，该幅度转换器计算由同相分量I和正交分量Q组成的输入信号的幅度；判断单元22，该判断单元将幅度转换器21计算出的幅度与预置的阈值进行比较，以输出控制值，用于限制超过该阈值的输入信号的幅度；以及截短电路23，该截短电路根据从判断单元22输出的控制值限制输出幅度，使之等于或小于所述阈值。

在限幅电路20的输出信号中，只有预定的基带分量从滤波器24输出。在这样的设置中，因为滤波器24将输出信号的频率分量限制在预定的频带之内，所以传输频谱不会扩展。

但是，在图7示出的设置中，由于限幅电路20和滤波器24用于信号处理的采样率不同，在采样时刻电平产生变化。于是，通过滤波器24的信号的幅度可能再次增加。

另外，当图7所示的限幅电路应用于合并了多个载波信号的所谓多载波放大方案的CDMA通信装置时，如图8所示，限幅之后的处理再次增加了信号的幅值。

图8所示的CDMA通信装置包括限制输入信号幅度的多个限幅电路31₁到31_N(N是正整数)，以及只让预定频带分量通过的多个滤波器32₁到32_N。

所述CDMA通信装置还包括第一频率转换器33₁到33_N，该第一频率转换器将基带信号这样的输入信号转换成对于各个信道具有不同频率的信号；以及载波合并单元34，该载波合并单元将第一频率转换器33₁到33_N的输出信号合并起来。

所述CDMA通信装置还包括D/A转换器35，该D/A转换器将载波合并所得到的信号转换成模拟信号；第二频率转换器36，该第二频率转换器将D/A转换器35的输出信号转换成RF(射频)信号；以及传输功率放大器37，该传输功率放大器将RF信号放大到传输所必需的功率。

所述CDMA通信装置包括用于各个信道的限幅电路31₁到31_N、滤波器32₁到32_N、以及第一频率转换器33₁到33_N。

在这种设置中，由于对应于多个信道的信号在限幅之后，在载波合并单元34中受到向量合并，所以失去了限幅的效果。结果，如图9中“传统方案”的频谱波形所示，传输频谱扩展。

发明内容

为了解决现有技术中的上述问题，完成了本发明，其目的是提供一种能够有效地用来对包括在CDMA通信系统中的传输功率放大器的输入进行限制的限幅电路。

为了实现上述目的，根据本发明，提供了一种用于限制输入到功率放大器的信号的幅度的限幅电路，包括以下部件：幅度转换器，该幅度转换器计算输入信号的幅值；判断单元，该判断单元根据预置的阈值和输入信号幅值检测幅值超过阈值的时间段，作为检测时间段；峰检测器，该峰检测器在检测时间段中检测最大幅值出现的峰时刻，并检测该峰时刻的幅值，作为峰值；窗口滤波器，该窗口滤波器使用从峰检测器输出的峰值来产生窗函数，该窗函数用于限制幅值，使之不大于阈值；延迟电路，该延迟电路将输入信号延迟，从而使从峰检测器输出的峰时刻与从窗口滤波器输出的窗函数表现出最小值的时刻重合；以及乘法器，该乘法器将延迟电路的输出信号与窗函数相乘。

附图说明

图1是示出根据本发明的限幅电路的设置的例子的方框图；

图2是示出具有图1所示的限幅电路的CDMA通信装置的设置的例子的方框图；

图3是示出图1所示的限幅电路的操作的信号波形图；

图4是示出图1所示的限幅电路所处理的信号的传输频谱的曲线图；

图5是示出包括在所述CDMA通信装置中的传输功率放大器的输入/输出特性的曲线图；

图6是示出不截短具有图5所示的输入/输出特性的传输功率放大器的输入信号时，以及简单截短该输入信号时所分别得到的传输频谱的曲线图；

图7是示出传统限幅电路的设置的方框图；

图8是示出包括图7所示的限幅电路的CDMA通信装置的设置的方框图；

图9是示出图8所示的CDMA通信装置的传输频谱的曲线图。

具体实施方式

接下来参考附图对本发明进行说明。

如图1所示，根据本发明的限幅电路包括幅度转换器1，该幅度转换器计算由同相分量I和正交分量Q组成的输入信号的幅值；以及判断单元2，该判断单元与幅度转换器1相连接，将预置的阈值与幅度转换器的输出值进行比较，以检测输入信号的幅值超过该阈值的时间段。

所述限幅电路还包括峰检测器3，该峰检测器与判断单元2相连接，并在输入信号的幅值超过阈值的时间段中，检测最大幅值出现的时刻(峰时刻)及最大值(峰值)；以及窗口滤波器4，该窗口滤波器与峰检测器3相连接，通过利用峰检测器3检测到的值来产生预定的窗函数。

另外，所述限幅电路包括延迟电路5，该延迟电路将输入信号延迟预定的延迟量；以及乘法器6，该乘法器与延迟电路5相连接，将延迟电路5的输出信号与窗口滤波器4所产生的窗函数相乘。

如图1所示，限幅电路的输入信号是由同相分量I和正交分量Q组成的信号，并且经过了滤波处理和载波合并。

幅度转换器1由同相分量I和正交分量Q，用以下公式计算幅值P：

P＝(I²+Q²)^1/2                                  …(1)

判断单元2包括幅值比较部件2a，该幅值比较部件将幅度转换器1计算出的幅值与阈值进行比较，以判断该幅值是否超过了该阈值；以及时间段检测部件2b，该时间段检测部件检测输入信号的幅值超过该阈值的时间段。

注意，阈值输入部件7事先将阈值设置为等于或小于这样的输入幅度的值：在该输入幅度，位于所述限幅电路之后的传输功率放大器的输出不会饱和。

在判断出输入信号的幅值超过阈值的时间段中，峰检测器3输出最大幅值出现时的峰时刻及该峰时刻的峰值。

窗口滤波器4输出窗函数，该窗函数在预置的校正时间段之前和之后表现出的值为1，并使在校正时间段中点的值与峰值的倒数成比例，所述的校正时间段要比输入信号幅值超过阈值的时间段长。

延迟电路5将输入信号延迟，从而使峰时刻与校正时间段的中点重合。延迟电路5的输出信号与从窗口滤波器4输出的窗函数相乘。

如图2所示，本实施例的CDMA通信装置包括多个滤波器11₁到11_N(N是正整数)，该滤波器只通过预定的频带分量；和多个第一频率转换器12₁到12_N，该第一频率转换器分别与滤波器11₁到11_N相连接，将通过滤波器的基带信号转换成对于各个信道具有不同频率的信号。

所述CDMA通信装置还包括载波合并单元13，该载波合并单元与第一频率转换器12₁到12_N相连接，将第一频率转换器12₁到12_N的输出信号合并；以及限幅电路14，该限幅电路与载波合并单元13相连接，限制载波合并所得到的信号的幅度。

另外，所述CDMA通信装置包括D/A转换器15，该D/A转换器与限幅电路14相连接，将限幅后的信号转换成模拟信号；第二频率转换器16，该第二频率转换器与D/A转换器15相连接，将D/A转换器15的输出信号转换成RF信号；以及传输功率放大器17，该传输功率放大器与第二频率转换器16相连接，将RF信号放大到传输所必需的功率。

也就是说，所述CDMA通信装置对于每个信道都包括滤波器11和第一频率转换器12。

在这种设置中，由于是对经滤波器11₁到11_N滤波和载波合并所得到的信号进行限幅，因此不可能像在现有技术中那样，信号幅度因限幅之后的处理而再次增加。

接下来参考图3和4，对根据本发明的限幅电路的操作进行描述。

在本实施例的限幅电路中，幅度转换器1将输入信号转换成幅值，判断单元2将该幅值与预置的阈值进行比较。如果该幅值超过该阈值，峰检测器3检测最大幅度出现时的峰时刻及该时刻的峰值。

窗口滤波器4产生一个函数，该函数表现出的值在峰值出现之前为1，此后逐渐减小，经过时间τ之后变为A(＝阈值/峰值)，此后逐渐增大，经过时间τ之后返回1(见图3中的“窗函数”)。

在这种情况下，事先将τ设置为这样的值：该值是对应于比输入信号超过阈值的时间段长的时间值的一半。例如，使用了大约是码片周期(chip period)10到20倍的值。

注意，所述码片周期是CDMA通信装置中所使用的传播频率(＝码片速率chip rate)的倒数。参考图3，横轴上的时间单位用“码片”表示，它表示给定的时间对应于码片速率的特定倍数。

延迟电路5将输入信号延迟时间τ(见图3中的“延迟电路输出”)。然后，此信号与窗口滤波器4所产生的窗函数相乘，并输出合成信号(见图3中的“输出信号”)。这时，乘法器6输出一个信号，该信号经波形成形而使峰值等于或小于阈值。

窗口滤波器4产生窗函数，例如用下式表示的w(t)：

$w\left(t\right)=\left\{\begin{array}{c}1-a(1-\cos \left(\frac{\mathrm{\&pi;t}}{\mathrm{\&tau;}}\right))(0<t<2\mathrm{\&tau;})\\ 1(t<\mathrm{0,2}\mathrm{\&tau;}<t)\end{array}\right.$

在这种情况下，当t＝τ时，如果w(t)＝1-2a≤A就足够了。例如，设置a＝(1-A)/2。

如图2所示，在本实施例的CDMA通信装置中，由于是对经滤波器滤波和载波合并所得到的信号进行限幅，因此不可能像在现有技术中那样，信号幅度因限幅之后的处理而再次增加。

因此，此装置免受因输出级上的传输功率放大器的传输输出饱和而引起的非线性失真，因此抑制了传输频谱的扩展。这样可以抑制相邻信道泄漏功率。

本实施例的限幅电路不是通过简单地截短输入信号，而是通过利用窗函数来平滑地限制输入信号的幅度。这防止了由限幅处理引起的非线性失真的产生，因此，如图4中基于“根据本发明的方案”的波形所示，抑制了传输频谱的扩展。

本发明按以上方式配置，因此具有以下效果。

根据本发明的限幅电路包括幅度转换器，该幅度转换器计算输入信号的幅值；以及判断单元，该判断单元将预置的阈值与输入信号的幅值进行比较，以检测该幅值超过该阈值的时间段。

所述限幅电路还包括峰检测器，该峰检测器在输入信号的幅值超过阈值的时间段中，检测输入信号的幅值变为最大的峰时刻及该峰时刻的幅值；以及窗口滤波器，该窗口滤波器产生窗函数，该窗函数用于使用峰值来限制输入信号的幅值，使之等于或小于阈值。

所述限幅电路还包括延迟电路，该延迟电路将输入信号延迟，从而使峰时刻与窗函数表现出最小值的时刻一致；以及乘法器，该乘法器将延迟电路的输出信号与窗函数相乘。

通过这样的操作，使用窗函数来限制输入信号的幅度，使之等于或小于阈值，因此限幅处理不会造成非线性失真。这样可以抑制传输频谱的扩展。

根据本发明的CDMA通信装置包括多个滤波器，该滤波器只让包含输入信号的预定的频带分量通过；以及多个第一频率转换器，该第一频率转换器将通过滤波器的信号转换成对于各个信道具有不同频率的信号。

所述CDMA通信装置还包括载波合并单元，该载波合并单元将第一频率转换器的输出信号合并；上述限幅电路，该限幅电路限制载波合并单元的输出信号的幅值；以及D/A转换器，该D/A转换器将限幅电路的输出信号转换成模拟信号。

所述CDMA通信装置还包括第二频率转换器，该第二频率转换器将模拟信号转换成RF信号；以及传输功率放大器，该传输功率放大器将RF信号放大到传输所必需的功率。

通过这样的操作，上述限幅电路限制了载波合并单元的输出信号的幅度，以对经基带滤波器滤波和载波合并所得到的信号进行限幅。这防止了像在现有技术中那样，信号幅度因限幅之后的处理而再次增加。

因此，此装置没有因发送端的传输功率放大器的传输输出饱和而引起的非线性失真，因此抑制了传输频谱的扩展。这样可以抑制相邻信道泄漏功率。

Claims (5)

1.一种用于限制输入到功率放大器的信号的幅度的限幅电路，其特征在于包括：

幅度转换器(1)，该幅度转换器计算输入信号的幅值；

判断单元(2)，该判断单元在预置的阈值和所述输入信号的幅值的基础上检测该幅值超过该阈值的时间段，作为检测时间段；

峰检测器(3)，该峰检测器在所述检测时间段中，检测最大幅值出现的峰时刻，并检测该峰时刻的幅值，作为峰值；

窗口滤波器(4)，该窗口滤波器使用从所述峰检测器(3)输出的所述峰值来产生窗函数，该窗函数用于限制所述幅值，使之不大于所述阈值；

延迟电路(5)，该延迟电路将所述输入信号延迟，从而使从所述峰检测器(3)输出的所述峰时刻与从所述窗口滤波器(4)输出的所述窗函数表现出最小值的时刻重合；

乘法器(6)，该乘法器将所述延迟电路(5)的输出信号与所述窗函数相乘；和

阈值输入部件(7)，该阈值输入部件将阈值输入到所述判断单元(2)，

其中，所述判断单元(2)包括：

幅值比较部件(2a)，该幅值比较部件将所述预置的阈值与所述输入信号的幅值进行比较；和

时间段检测部件(2b)，该时间段检测部件检测所述幅值超过所述阈值的时间段。

2.如权利要求1所述的电路，其中，

所述窗口滤波器(4)输出窗函数，该窗函数在比所述检测时间段长的预置校正时间段之前和之后表现出的值为1，并使在该校正时间段中点的值与所述峰值的倒数成比例；并且

所述延迟电路(5)将所述输入信号延迟，从而使所述峰时刻与所述校正时间段的中点重合。

3.如权利要求2所述的电路，其中，所述窗口滤波器(4)输出窗函数，该窗函数在到达所述峰值之前表现出的值为1，而在所述峰时刻之后变为不大于在所述校正时间段中点的值(阈值/峰值)。

4.如权利要求2所述的电路，其中，

令阈值/峰值为A，a＝(1-A)/2，且τ是预置的校正时间段值的1/2，所述窗口滤波器(4)输出的窗函数w(t)表示为：

$w\left(t\right)=\left\{\begin{array}{c}1-a(1-\cos \left(\frac{\mathrm{\&pi;t}}{\mathrm{\&tau;}}\right))(0<t<2\mathrm{\&tau;})\\ 1(t<\mathrm{0,2}\mathrm{\&tau;}<t)\end{array}\right.$

并且

所述延迟电路(5)将所述输入信号延迟时间τ。

5.一种CDMA通信装置，其特征在于包括：

多个滤波器(11₁-11_N)(N是正整数)，该滤波器让包含输入信号的预定的频带分量通过；

多个第一频率转换器(12₁-12_N)，该第一频率转换器将通过所述滤波器(11₁-11_N)的信号转换成对于各个信道具有不同频率的信号；

载波合并单元(13)，该载波合并单元将所述第一频率转换器(12₁-12_N)的输出信号合并；

限幅电路(14)，该限幅电路限制所述载波合并单元(13)的输出信号的幅度；

D/A转换器(15)，该D/A转换器将所述限幅电路(14)的输出信号转换成模拟信号；

第二频率转换器(16)，该第二频率转换器将所述模拟信号转换成RF信号；和

传输功率放大器(17)，该传输功率放大器将所述RF信号放大到传输所必需的功率，

其中，所述限幅电路(14)包括：

幅度转换器(1)，该幅度转换器计算输入信号的幅值；

判断单元(2)，该判断单元在预置的阈值和所述输入信号的幅值的基础上检测该幅值超过该阈值的时间段，作为检测时间段；

峰检测器(3)，该峰检测器在所述检测时间段中，检测最大幅值出现的峰时刻，并检测该峰时刻的幅值，作为峰值；

窗口滤波器(4)，该窗口滤波器使用从所述峰检测器(3)输出的所述峰值来产生窗函数，该窗函数用于限制所述幅值，使之不大于所述阈值；

延迟电路(5)，该延迟电路将所述输入信号延迟，从而使从所述峰检测器(3)输出的所述峰时刻与从所述窗口滤波器(4)输出的所述窗函数表现出最小值的时刻重合；

乘法器(6)，该乘法器将所述延迟电路(5)的输出信号与所述窗函数相乘；和

阈值输入部件(7)，该阈值输入部件将阈值输入到所述判断单元(2)，

其中，所述判断单元(2)包括：

幅值比较部件(2a)，该幅值比较部件将所述预置的阈值与所述输入信号的幅值进行比较；和

时间段检测部件(2b)，该时间段检测部件检测所述幅值超过所述阈值的时间段。

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