多载波发射装置与方法

发明领域

本发明涉及一种用于无线电网络的多载波发射装置与方法，其中， 将多个载波信号在数字域中合并。

发明背景  

近年来，在FDMA、TDMA或者CDMA系统的多载波宽带应用 技术领域进行了越来越多的研究开发活动。这种多载波应用技术具有 潜在的成本和规模效益。

图3示出了一种现有技术中的多载波发射器，其中，在随后进行 的数模转换之前，在所述数字域中执行了多载波的信号合并。

在图3中，标号11到14表示基频处理装置，用来处理要以不同 的载波频率发射的数字基频信号。其中，通过一组并行DDS(直接数 字合并器)21到24将不同的输入信号置于不同的载波频率上，所述 并行DDS用作易于调制的载波信号的数字化生成装置。或者，可以对 所述输入信号进行快速傅里叶变换(FFT)。如果使用所述DDS 21到 24，调制过程可以合并到所述数字频率合并中去。而在FFT的情况下， 在进行频率变换之前就进行所述调制。

随后，用一个数字加法器将DDS 21到24的表示调制数字信号的 并行字输出合并，并输出到一个数模转换装置3。在FFT处理的情况 下，产生的是单个位流，因此不需要进行加法操作。

所述数模转换装置3对所述数字合并多载波信号进行数模转换， 生成模拟多载波信号，后者被输出到一个发射装置4。在该发射装置4 中，对来自所述数模转换装置3的所述模拟多载波信号进行频率变换， 变换至最终发射频率，以通过相应的无线电信道发射。

但是，所述数模转换装置3的输出振幅特性表现为如图4所示的 正弦函数sin(x)特性曲线。该正弦函数特性曲线由下式定义：

A(f0)＝sin(πf0/fc)/(πf0/fc)

其中f0代表输出频率，fc是所述数模转换装置3的时钟频率。

在上述的多载波发射器的情况下，多载波信号在数模转换之前在 所述数字域中合并，并处在不同的频率。这样，各载波的输出振幅就 会被上述的输出振幅特性曲线或者所述数模转换装置3的转换函数加 权。

图5a示出了所述数字多载波信号在数模转换之前的频谱。在图示 的情形下，合并的四个载波信号具有相同的振幅绝对值|A|。

如果具有这样的频谱的一个数字多载波信号被输入所述数模转换 装置3，获得的数模转换输出信号就具有如图5b所示的频谱。在图5b 中，各载波信号的振幅绝对值|A|已由所述数模转换装置3的转换函数 加权了，其中，绝对值|A|随着载波频率的递增而递减。

按照一种已知的关于所述数模转换装置3的加权问题的解决方 案，在所述数模转换装置3之后，提供一个频率特性曲线(频率响应) 为1/sin(x)的模拟滤波器。这样的1/sin(x)频率特性曲线示于图6中。

这样，该模拟滤波器就用来对所述数模转换装置3的加权进行补 偿。

但是，这样的模拟滤波器的表现不够理想，会削弱信号，并会增 加硬模拟装置的数量。

按照另一种已知方案，在将各载波合并之后，但是在所述数模转 换装置3之前，安插一个具有1/sin(x)的频率特性曲线的数字滤波器。 图7示出了这样的数字滤波器的频率特性曲线。

与模拟滤波器相比，数字滤波，或者说预增频(pre-emphasis)，可 以提供更佳的性能，但代价是要增加信号处理。而且，所述信号处理 还必须以高信息率进行，一般来说等于所述数模转换的时钟频率。

发明方案概述

本发明的目的是提供一种多载波发射装置和方法，利用这种装置 和方法，所述多载波信号的振幅失真能够以一种简单的方式得到补偿。

所述目的是通过一种多载波发射装置实现的，这种装置包括：对 多个载波信号中的各个信号预引比例因子(pre-scaling)的比例缩放装置 (scaling means)；在所述数字域将所述多个载波信号合并的合并装置； 用来将所述合并的数字载波信号转换为待发射的模拟信号的数模转换 装置，其中，选择所述比例缩放装置的比例因子，以补偿所述数模转 换装置的频率特性曲线。

另外，所述目的还由一种多载波发射方法实现，该方法包括下列 步骤：对多个载波信号中的各个信号预引比例因子；在所述数字域中 合并所述多个载波信号；对所述合并的载波信号进行数模转换，转换 为待发射的模拟信号，其中，选择在所述比例因子预引步骤使用的比 例因子，以补偿所述数模转换步骤的频率特性曲线。

这样，就可以通过对各个载波进行简单的比例缩放而代替不太方 便的数字或者模拟滤波器。所述比例缩放是在所述载波合并之前进行 的。所以，就不需要使用信号处理强度高的数字滤波器或者效果不理 想的模拟滤波器了。

而且，所述比例因子的预引能够在数据插入之前以低信息率进行， 一般等于符号率。例如，在使用带宽为10MHz的多载波信号的GSM 系统中，时钟频率必须大于20MHz，最好大于30MHz，而所述符号 率则只有271kHz。

所述比例缩放最好是这样进行：用所述比例因子乘以数字载波数 据。其中，可以将一系列频率相关的比例因子存在一个用来控制所述 发射装置的控制装置的存储装置中。所述控制装置可以选择并向所述 比例缩放装置提供所述比例因子。所述存储装置最好有一个包含所述 频率相关的系列比例因子的查询表。

在有数字功率控制的情况下，功率控制字(power control word)也 可以用来执行所述比例因子预引。在这种情况下，所述控制装置可以 包括一个功率控制装置和一个比例缩放控制装置，所述功率控制装置 用来提供用于控制所述多个载波信号的功率的功率控制字，所述比例 缩放控制装置用来向所述比例缩放装置提供频率相关的比例缩放控制 字，其中，所述控制装置用来将所述多个功率控制字中的每一个乘以 所述多个比例缩放控制字中的相应控制字，并将结果提供给所述比例 缩放装置。

这样，由于可以将所述功率控制装置进行扩展以使之还进行比例 因子预引，就将对硬装置的要求降到了最低。

在从属权利要求中对本发明的进一步的有益的改进进行了说明。

图面简要说明

下面结合附图基于一个优选实施例对本发明作更为详细的说明， 附图中：

图1是本发明的所述优选实施例的一种多载波发射装置的框图；

图2是用于本发明的所述优选实施例的一个控制装置的框图；

图3是现有技术中的一种多载波发射装置的框图；

图4是一个数模转换装置的频率特性曲线；

图5a是数模转换之前的一个多载波信号的频谱；

图5b是数模转换之后的一个多载波信号的频谱；

图6是用来补偿所述数模转换装置的频率特性的一个模拟或者数 字滤波器的频率特性曲线；

图7是一个预增频多载波信号的频谱。

优选实施例的说明

在图1中，示出了本发明的一个优选实施例的框图，其中，所述 发射装置4没有示出，图中与图3所示相同的部件以相同的标号标示。 在图1中，提供了附加的乘法装置51到54，将从所述调制和DDS装 置21到24获得的各个数字载波数据乘以由一个微控制器6或者另一 个合适的控制装置提供的比例缩放字。所述提供的比例缩放字由所述 微控制器6基于所述被乘的相应载波数据的载波频率进行选择。

所述比例缩放字系根据一个频率函数选择，该频率函数最好是所 述数模转换装置3的频率特性曲线的反函数，以补偿由所述数模转换 装置3进行的加权。但是，只要能够实现充分的补偿，可以选用其他 任何频率相关函数。

可以将所述比例缩放字存储在所述微控制器6的一个存储器中， 比如一个查询表等。在带宽为10MHz、有相距200kHz的50个可能 载波频率的GSM系统的情况下，将需要50个比例缩放字。假设数字 化数据及所述比例因子的字长为16位，则所述查询表所需的存储容量 为：

50×16/8＝100字节。

这样，从所述调制和DDS装置21到24输出的各个数字载波数据 就被乘上了由所述微控制器6提供的各比例缩放字，使得由所述数模 转换装置3的频率特性曲线所导致的加权效果被补偿，从而使所述乘 法装置51到54与所述数模转换装置3一起的总的频率响应表现为一 种在有关频率范围内大约为某个固定振幅的频率特性曲线。

在所述多载波发射装置中执行数字功率控制功能的情况下，可以 使用于所述功率控制的控制装置同时也适于执行比例因子预引。图2 示出了同时用于数字功率控制的微控制器6的框图。按照图2，所述 微控制器6包括功率控制装置61到6n，各功率控制装置各用于生成 一个提供给所述各个相应的载波数据信道的数字功率控制字。所述功 率控制字乘以相应的载波数据，以调节所得到的载波信号的功率，令 其符合相应无线电信道的发射特性。

这样的数字功率控制系统易于改造，使之适于执行比例因子预引 以补偿所述数模转换装置3的频率特性。在这种情况下，所述微控制 器6可以包括频率相关比例缩放装置71到7n，用来生成频率相关的 数字比例缩放字，后者要乘以相应载波信号的功率控制字。这样，所 述微控制器6就提供用所述频率相关比例缩放字乘以所述功率控制字 所获得的各组合数据。这样，就完成了所述功率控制字的比例缩放， 以补偿所述数模转换装置3的频率特性。

所述频率相关比例缩放装置71到7n所提供的比例缩放字以及所 述功率控制装置61到6n所提供的功率控制字可以通过读取在所述微 控制器6中提供的相应查询表而获得。

另外，所述频率相关比例缩放装置71到7n以及所述功率控制装 置61到6n不必须是硬件装置，而可以由存储在所述微机6的存储器 中的相应控制程序实现。

所述功率控制和比例缩放字不是必须单独查询然后相乘。相反地， 所述字可以组合数据的形式包含在一个由功率水平和频率索引的单一 查询表中。

在控制字字长16位，有9个功率级别和50个频率的情况下，则 对于控制字来说需要下述的存储容量：

i)包含组合控制字的单一查询表(即9×50个字)：

9×50×16/8＝900字节

ii)两个独立的查询表(即9+50个字)：

(9+50)×16/8＝118字节

应当理解，上述说明和附图仅用于解释本发明。所以，本发明的 装置和方法可以在所附权利要求的范围内进行一些变化。

在本说明书中描述了一种多载波发射装置和方法，其中，多个载 波信号在数字域中合并，然后提供给一个数模转换装置，用来将所述 合并的数字载波信号转换为待发射的模拟信号。用比例缩放装置对所 述数模转换装置的频率特性进行补偿，所述比例缩放装置用来对所述 多个载波信号中的各个信号在它们合并并提供给数模转换装置之前预 引比例因子。所述比例因子预引可以这样进行：用相应的频率相关的 数字比例缩放字乘以表示所述载波信号的数字数据。这样，就取消了 对信号处理强度高的数字滤波器或者效果不理想的模拟滤波器的需 要。在进行数字功率控制的情况下，所述比例缩放字可以与功率控制 字组合起来。