利用极化调制产生线性已调信号的方法及装置

本发明涉及一利用极化调制技术的通信系统，特别是涉及一种在蜂窝通信 系统中的远程站利用极化调制产生线性已调信号的方法和装置。

现代通信系统，例如蜂窝和卫星无线电系统，其都采用不同的运行方式(模 拟、数字、双重方式等)和储如为频分多址技术(FDMA)、时分多址技术 (TDMA)、码分多址技术(CDMA)和这些技术混用的存取技术。

图1是典型的蜂窝移动无线电话系统的方框图，该系统包括典型基站110 和移动站120。基站包括控制和处理单元130，该控制和处理单元130与移动 交换中心(MSC)140相连，移动交换中心140依次与公共电话交换网络(PSTN) (未示出)相连。现有技术中这种蜂窝无线电话系统的一般特点是已知的。基 站110通过话频信道收发机150处理多个话频信道，电话频信道收发机150由 控制和处理单元130所控制。此外，每个基站包括控制信道收发设备160，其 也能处理多个控制信道。控制信道收发机160由控制和处理单元130所控制。 控制信道收发机160通过基站或单元的控制信道向那些控制信道被锁定的移动 装置广播控制信息。可以理解的是，能将收发机150和160作为象话频和控制 收发机170那样的信号装置，以便与共用同一无线电载波的控制和通信信道一 起使用。

在例如作为移动站120的典型收发机中，基带通信信号是载波信号上调制 的相位、频率或振幅，调制信号由收发机发射。

现有多种调制技术。正交幅度调制技术(QAM)和相移键控技术(PSK) 是线性调制技术的示例。这些技术通常采用如图1B所示的正交(I-Q)幅度 调制器。基于要发射的信息100，数字信号处理器101产生数字化的同相(I) 和正交(Q)分量。然后利用D/A转换器102a和b将这些数字化的I和Q分 量转换成模拟信号。模拟信号在低通滤波器103a和b内进行低通滤波。滤波 器103a和b的输出利用倍增器104a和b分别调制以90°相位分离的载波信号 105a和b。倍增器104a和b的输出在加法器106内求和，以形成要在功率放 大器内要被放大的信号107并将发射信号107。

通常认为更有效的另一项调制技术是极化调制技术。如美国专利5430416 中示例所公开，并如图2所示，该技术是基于基带信号的极性表示法。根据该 技术，利用极性分量(即振幅(r)和相位(Ψ)分量)代替I和Q成分量。 根据要发射的信息200，数字信号处理器201产生振幅分量202和相位分量203。 相位分量203在相位调制器205中调制载波信号，获得具有恒定包迹的相位调 制。振幅分量202在D/A转换器204内被转换成模拟信号，然后馈通调整器206， 调整器206调整信号的电流或电压，并根据模拟信号和输出信号208将功率放 大器207的功率控制到目标功率值。经调整的模似信号在功率放大器207中通 过控制功率放大器的功率调制相位已调载波信号。然后输出用于发射的所得放 大信号208。

为了利用振幅分量调制相位已调信号，有必要使振幅分量的相位与载波信 号所经受的相位改变相一致。传统极化调制装置中，在例如为功率放大器的部 件内产生相位失真，这导致在振幅分量和相位已调载波信号之间不能重合。由 此，最后得到的振幅和相位已调载波信号与所希望的已调载波信号不一致。

为解决该问题已经作了各种尝试，包括美国专利4972440中公开的技术。 根据该专利，通过向载波信号提供相应相位失真来补偿功率放大器中引入的相 位失真。

除功率放大器产生的相位失真之外，还存在由相位调制器产生的相位失 真，该相位调制器包括实质作为低通滤波器的部件。通常假定相位调制器为理 想状态，即假定相位调制器不会产生相位失真。然而，在实际应用过程中，相 位调制器不是理想状态，它会产生引起振幅分量和相位已调载波信号之间不重 合的相位失真。这将导致失真的输出信号，该信号的频谱比所希望的输出信号 频谱要宽得多。由于该失真输出信号的宽频谱，从而无法满足发射信号所需的 频谱。用于补偿功率放大器产生的相位失真的已有技术不能解决相位调制器产 生的相位失真的问题。

因此，就需要一种方法和装置，用以补偿极化调制系统中由相位调制产生 的相位失真。

因此本发明的一个目的是补偿极化调制系统中相位调制器产生的相位失 真，以产生线性已调信号。本发明的另一个目的是，在利用极化调制效能的同 时满足发射信号所需的频谱。

根据示范实施例，通过一种装置和方法能达到这些和其它目的，这种装置 和方法能在极化调制系统中产生线性已调信号，即QAM或PSK信号。用于发 射的信号被分成相位分量和振幅分量，将载波信号用相位分量进行相位调制。 相位调制器产生相位失真，该相位失真通过修改振幅分量得到补偿。利用经补 偿的振幅分量对相位已调信号进行振幅调制，以产生线性已调信号。

通过阅读该说明书并结合附图将更清楚本发明的特征、目的和优点，在附 图中相同附图标记适用于相同部件，其中：

图1A表示蜂窝通信系统；

图1B表示传统I-Q正交振幅调制器；

图2表示传统极化调制器；

图3表示根据本发明的利用极化调制产生线性已调信号的示范装置；以及

图4表示根据本发明利用极化调制产生线性已调信号的示范方法。

为了达到说明的目的，下列描述针对蜂窝无线电通信系统，但可以理解的 是本发明不局限于此，它还可以应用于其它类型的通信系统中。

根据本发明的示范实施例，由极化调制系统中相位调制器产生的相位失真 得到补偿，以便得到线性已调信号，即QAM或PSK信号。图3示出了根据本 发明的示范极化调制系统。

如图3所示，要发射的信息300(即二进制信息)首先在数字波形滤波器 301内被转换成数字波形，然后在数字信号处理器302内被分成相位和振幅分 量。相位分量馈入调制载波信号的相位调制器305，得到恒定包迹的相位调制。 相位调制器可以是任意一种通用相位调制器，例如I-Q相位调制器或∑Δ fractional-N PLL调制器。这种调制器的例子公开在共同未决的美国专利申请 08/931430和08/931302(申请号)中，以及公开在T.Riley et al.“A Simplified Continuous Phase Modulator Technique”，IEEE Transactions on Circuits and Systems-II，Vol.41，pp.321-326(1994)和T Riley et al.“Delta-sigma Modulation in Fractional-n frequency Synthesis”，IEEE Transactions on SolidState Circuits，Vol.28，pp. 553-559(1993)中，在此将其结合进来作为参考文献。相位调制器305产生相位 已调载波信号中的相位失真。

为校正该相位失真并提供线性已调信号，将振幅分量馈送到补偿器303， 该补偿器303修改振幅分量以便补偿由相位调制器305产生的相位失真。例如， 补偿器303基于相位调制器305中经受的延迟以及理想相位分量和失真相位分 量(即包括由相位调制器产生的相位失真的相位分量)得出补偿函数。补偿器 303将该补偿函数施于振幅分量。补偿器303能以任何执行这些函数的方式执 行。例如，补偿器303包括一个查阅表和非线性数字滤波器，查阅表用于确定 如何修改振幅分量(即确定补偿函数)，而非线性数字滤波器用于将补偿函数 施于振幅分量。可以选择的是，微型计算机可执行其部分或全部函数。

经补偿的数字振幅分量在D/A转换器304中被转换成模拟信号。所得模 拟信号馈通调整器307，调整器307调整信号的电流或电压，并依据模拟信号 和输出信号308将功率放大器306的功率控制到目标值。最后，经调整的模拟 信号在功率放大器306中通过控制功率放大器的功率来调制相位己调载波信 号，并输出经放大的信号308。

为便于理解补偿器303如何工作，假设所希望的线性已调基带信号sb(t) 可表示为：

      sb(t)＝I(t)+jQ(t)                   (1)

其中I(t)为所希望的线性己调基带信号的同相成分量，而Q(t)为其正 交分量。由下式给出基带信号的极性表达式： (2)

然后，所希望的发射信号s(t)可表示为：

  s(t)＝r(t)cos(ω0t+t)

      ＝r(t))costcosω0t-r(t)sintsinω0t.            (3) 其中Ψt为要发射信号的相位分量，r(t)为要发射信号的振幅分量，ω0为载 波频率。

然后，由相位调制器305输出的信号为： (4)

其中τ为由相位调制器305中相位分量经受的延迟，而Ψt-τ为失真的相 位分量。

依据理想相位分量和从相位调制器305输出的信号，补偿器303导出补偿 函数c(t)，该函数由下式给出： (6)

其中q-τ为延迟算子(即q-τx(t)＝x(t-τ)，选择函数A(t)以使|c(t)|＜∞，t，即， 使补偿c(t)函数的绝对值对于所有的t都小于无穷。可以看出，如果ω0＝0，即 对于基带信号，等式4为最佳补偿函数。

假设H调整器(f)＝1f，即假设对于所有频率调制器的转换函数H调整器(f)为1， 则发射信号可写为： (7)

现在，假定失真相位分量Ψt由下式给出： (6)

其中εt表示相位误差，即失真相位分量与理想相位分量之间的相位失真。 假设εt与Ψt相比很小，然后通过利用三角恒等式和泰勒展开式，存在下面的 关系式： (7)

其中O(εt)为噪声分量。由此，可将补偿发射信号st(t)写为：

st(t)＝r(t)A(t)costcosω0t-r(t)A(t)sintsinω0t+O(εt)sinω0t.

 ＝s(t)+O(εt)sinω0t                                  (8)

从等式8中可以看出，通过利用等式4的补偿函数，发射信号包括所希望 的信号加上很小的限带噪声分量。该噪声分量很小，可被忽略。因此，补偿信 号st(t)具有能满足发射信号所需的频谱的频谱。

图4表示根据本发明的示范方法，该方法能利用极化调制系统产生线性已 调信号。该方法开始于步骤400，在该步骤中，要发射的信息被滤波以产生数 字波形。接着，在步骤410，经滤波的信号被分成振幅和相位分量。在步骤420， 相位分量调制载波信号。在步骤430，例如，通过非线性滤波器将补偿函数施 于振幅分量来修正振幅分量，以补偿相位调制产生的相位失真。在步骤440中， 将经补偿的振幅分量转换成模拟信号，在步骤450中，依据模拟信号和输出信 号调整功率放大器的功率电平。在步骤460中，对相位已调载波信号进行振幅 调制，以便产生线性已调信号。然后，输出要发射的线性已调信号。

根据一个示范实施例，一种装置和方法通过补偿相位调制中的相位失真、 利用极化调制产生线性已调信号。这就提供了一种有效线性调制器的数字仪 器。

本领域普通技术人员应意识到，本发明能以其它的特殊形式得以体现，而 不会脱离其必要特征。因此应认为上述实施例都涉及说明性而不是限制性的。