用于减少多载波信号的峰均功率比的方法和装置的制作方法

专利名称：用于减少多载波信号的峰均功率比的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明一般涉及通信领域，尤其涉及多载波通信。
背景技术：
发射机和接收机之间的通信信道可以通过一束几个载波来发送。载波在发送前会被组合和放大。用于对发送信号进行放大的功率放大器会具有有限的线性工作范围。一般而言，功率放大器在其线性工作范围内的操作减少了可能在放大器内产生的不期望的互调产物。为了将功率放大器维持在其线性工作范围内，输入信号的峰均比(PAR)被保持在一个低电平。在美国专利第6,044,103和6,310,869号以及美国专利申请第2001/0038065号中公开了一种或多种方法和装置，所有这些专利和专利申请都通过引用被结合于此。在多载波传输的情况下，如果没有对每个单独载波信号和组合信号的实质处理，则不能控制组合信号的PAR。因此，需要一种用于减少多载波传输系统中组合信号的PAR的方法和装置。

发明内容
公开了用于减少多载波组合信号的峰均功率比的方法和装置。控制系统确定多载波信号中的多个载波，确定用于扩展所述多个载波的扩展序列的码片时间，以及根据所确定的多个载波和所确定的码片时间而为多个载波的每一个确定延时。延迟块将所述多个载波延迟所确定的延时。组合器将经延迟的载波组合以产生一峰均功率比减少的多载波信号。发射机发送所述峰均功率比减少的多载波信号。发射机会包括用于在发送前对峰均比减少的多载波信号进行放大的放大器。


通过下面提出的结合附图的详细描述，本发明的特征、性质和优点将变得更加明显，附图中相同的元件具有相同的标识，其中图1描述了能按照本发明各实施例工作的通信系统；
图2描述了用于接收数据并对接收数据进行解码的通信系统接收机；图3描述了用于发送数据的通信系统发射机；图4描述了单载波信号和多载波信号的示例性频谱；图5描述了按照本发明各方面的发射机系统；图6描述了能按照本发明各实施例工作的收发机系统；以及图7说明了按照本发明各方面、用于确定多载波信号中每个载波的延时的各个步骤。
具体实施例方式
本发明的各个实施例可以结合在按照码分多址(CDMA)技术工作的无线通信系统中，所述CDMA技术已经在电信工业联盟(TIA)和其它标准组织出版的各个标准中公开和描述。这种标准包括TIA/EIA-95标准、TIA/EIA-IS-2000标准、IMT-2000标准、UMTS标准和WCDMA标准，所有标准都通过引用被结合于此。一种用于数据通信的标准也在“TIA/EIA/IS-856 cdma2000 High Rate Packet Data Air InterfaceSpecification”中详述，该标准通过引用被结合于此。这些标准的拷贝可通过访问万维网址http://www.cdg.org来获得，或通过写信给TIA标准和技术部(2500Wilson Boulevard，Arlington，VA 22201，美国)来获得。一般被标识为UMTS标准的标准(通过引用被结合于此)可能通过联系3GPP支持当局(650 Route desLucioles-Sophia Antipolis，Valbonne-France)来获得。
一般而言，本发明各方面允许以减少的峰均功率比(PAR)产生多载波信号。按照本发明的至少一方面，在组合信号以前，使用延迟元件把多载波信号的每个载波延迟一个延迟量。所产生的信号具有减少的PAR。在使功率放大器能保存在其线性工作范围内时，功率放大器会放大所产生的信号。
这里描述的一个或多个示例性实施例是在数字无线通信系统的上下文中提出的。虽然用在该环境中是有利的，然而本发明的不同实施例可以结合在不同的环境或配置中。此外，本发明的各个实施例可涉及按照频分多址(FDMA)技术工作的通信系统。在FDMA系统中，处在不同频率下的几个载波可组合形成一个多载波信号。该多载波信号可用于通信。通常，这里描述的各个系统可以用软件控制的处理器、集成电路或离散逻辑形成。上述应用中可能涉及的数据、指令、命令、信息、信号、码元和码片可以方便地用电压、电流、电磁波、磁场或其粒子、光场或其粒子或它们的组合来表示。此外，每个框图中示出的方框会代表硬件或方法步骤。
图1说明了在结合本发明各实施例的同时、能按照任一码分多址(CDMA)通信系统标准工作的通信系统100的一般框图。通信系统100可用于语音、数据或两者的通信。一般而言，通信系统100包括基站101，它在诸如移动站102-104这样的多个移动站之间提供通信链路，并且在移动站102-104以及公共交换电话和数据网105之间提供通信链路。图1的移动站可称为数据接入终端(AT)，基站称为数据接入网络(AN)，这不背离本发明的主要范围和各个优点。基站101可包括多个组件，比如基站控制器和基收发机系统。为了简洁未示出这种组件。基站101可与其它基站通信，比如基站160。移动交换中心199会控制通信系统100的各个工作方面，并且与网络105及基站101和160间的回程197有关。
基站101经由从基站101发出的前向链路信号与在其覆盖区域内的每个移动站进行通信。指向移动站102-104的前向链路信号可相加形成一前向链路信号106。前向链路信号106可以是多载波前向链路信号。接收前向链路信号106的每个移动站102-104对前向链路信号106解码以提取指向其用户的信息。基站160也能经由从基站160发出的前向链路信号与在其覆盖区域内的移动站通信。移动站102-104经由相应的反向链路与基站101和160通信。每个反向链路都由一反向链路信号维持，比如对应于相应的移动站102-104的反向链路信号107-109。尽管反向链路信号107-109可指向一个基站，然而它们也能在其它基站处被接收。
基站101和160可同时传送到一共同移动站。例如，移动站102会在基站101和160附近，它能维持与基站101和160两者的通信。在前向链路上，基站101在前向链路信号106上发送，基站160在前向链路信号161上发送。在反向链路上，移动站102在要被基站101和160两者所接收的反向链路信号107上发送。为了将一数据分组发送到移动站102，可以选择基站101和160之一来把该数据分组发送到移动站102。在反向链路上，基站101和160都尝试对来自移动站102的话务数据传输进行解码。
通信系统100也能采用导频信道对各个信道进行正确解码。导频信道包含一系列预定义的数据。接收机接收该导频信道以确定传播信道的各个特征。特征之一会是导频信道的载波对干扰比(Ec/Io)。导频信道可用于对其它接收信道进行解码。前向和反向链路会有导频信道。在前向链路上，基站会为在其覆盖区域内的所有移动站发送导频信道。在反向链路上，每个移动站会将所述反向链路与导频信道组合。
图2说明了用于处理和解调接收到的CDMA信号的接收机200的框图。接收机200可用于对反向和前向链路信号上的信息进行解码。接收到的(Rx)采样可以被保存在RAM 204中。接收采样由射频/中频(RF/IF)系统290和天线系统292生成。RF/IF系统290和天线系统292可以包括用于接收多载波信号并且对接收信号进行RF/IF处理的一个或多个组件。例如，RF/IF系统290可以包括RF/IF系统290A和290B，每个都被视为一个接收机链。也可以使用多于两个接收机链。天线系统292的每个元件都接收多载波信号，并将接收到的多载波信号传送到RF/IF系统290中的接收机链。每个接收机链可以被调谐到一特定的载波频率来处理接收到的载波信号中的一个或多个载波。RF/IF系统290可以是任何常规的RF/IF接收机。RF/IF系统290可以是“零”中频(ZIF)接收机。接收到的RF信号经滤波、下变频和数字化以形成基带频率下的RX采样。采样被提供给多路分解器(demux)202。多路分解器202的输出被提供给搜索器单元206和指元件208。控制系统210耦合到那里。组合器212把解码器214耦合到指元件208。控制系统210可以是由软件控制的微处理器，并且可位于相同的集成电路或单独的集成电路上。解码器214中的解码器功能可按照turbo解码器或任何其它适当的解码算法。
在操作期间，接收到的采样被提供给多路分解器202。多路分解器202将采样提供给搜索器单元206和指元件208。控制系统210配置指元件208以便根据来自搜索器单元206的搜索结果对不同时偏处的接收信号执行解调和解扩展。信道的解扩展通过以下执行把接收采样与PN序列和在单独定时假设处分配的Walsh函数的复共轭相乘，并且通常用集成和转储累加器电路(未示出)对所产生的采样进行数字滤波。这一技术是本领域公知的。搜索器206可以对导频信道解码以确定信道条件，比如确定Ec/Io。如果发射源的导频信道的Ec/Io高于一阈值，控制系统210就决定分配指元件208以处理来自相同源的其它接收信道。在移动站中，保持具有足够导频信道Ec/Io的各个基站列表。所述列表包括基站活动列表、基站候选列表、基站相邻列表和基站剩余列表。基站列表可以按照接收到的Ec/Io级别而组织。活动列表中的基站会有最强的接收Ec/Io。接收机200可用于基站101和160的接收机部分中，用于处理从移动站接收到的反向链路信号，以及用于任一移动站的接收机部分中，用于处理接收到的前向链路信号。
图3说明了用于产生信号399的发送信道处理块300的框图，信号399包括两个或多个信道的组合。信号399可以为前向链路或反向链路上多载波传输中的载波之一使用。用于传输的信道数据被输入调制器301用于调制。调制可以按照任一公知的调制技术，比如正交调幅(QAM)、相移键控(PSK)或二进制相移键控(BPSK)。数据以一数据速率在调制器301中被编码。数据速率可由数据速率和功率电平选择器303进行选择。数据速率选择可以基于从接收目的地接收到的反馈信息。接收目的地会是移动站或基站。反馈信息会包括最大允许的数据速率。最大允许的数据速率可以按照各种公知的算法来确定。在其它所考虑的因素中，最大允许的数据速率通常基于信道条件。数据速率和功率电平选择器303从而选择调制器301中的数据速率。调制器301的输出通过一信号扩展操作并且在方框302中被放大用于传输。数据速率和功率电平选择器303还按照反馈信息为发送信号的放大级选择一功率电平。所选的数据速率和功率电平的组合能够在接收目的地处对发送信号进行正确解码。发送功率电平可被限制在预定义的范围内。导频信号也在方框307中产生。导频信号在方框307中被放大到一适当电平。导频信号功率电平会按照接收目的地处的信道条件。导频信号在组合器308中与信道信号组合。所产生的组合信号399可用于经由多载波信号而传输。
图4说明了单载波和多载波信号的频谱，它们有助于理解本发明的各个方面。当信号399在载波频率“fc”处被上变频时，载波频谱呈现为曲线461。例如，信号的带宽会等于1.25MHz。如果使用三载波的信号，那么三个信号，比如信号399的每一个都被上变频为不同的频率以便形成一多载波信号。多载波信号之一的频率会处在“fc”，另一个处在“fc-fo”，还有一个处在“fc+fo”。结果，曲线460、461和462示出多载波频谱。多载波信号中每个载波的带宽可以相同或不同。
图5描述了按照本发明各方面的多载波发射机系统500的框图。为了由三个载波组成的多载波系统而示出多载波发射机系统500。可以使用较少或较多数量的载波。方框300A、300B和300C可按照图3所示方框300的各个工作方面而操作，以产生信号399A、399B和399C。信号300A-C经调制，并且带有每个相应载波信号的信道数据。每个信号都通过一脉冲整形滤波器，比如对于相应的已调信号399A、399B和399C分别为滤波器501A、501B和501C。所产生的信号在组合器502中被组合。然而，在组合前，信号或者通过、或者经上变频以创建一组合信号503，组合信号503会通过在上变频器513处载波频率“fc”下的单个上变频过程。所产生的信号504的频谱由曲线460、461和462表示。为了产生具有相应频谱的信号504，滤波器501A、501B和501C的输出处的信号之一会直接通过而不经过任何上变频。其它两个信号在方框511B和511C中经过上变频。按照本发明各方面，在组合器502中被组合以前，三个信号中的两个被延迟。延迟量根据多载波信号504中的载波数来选择。例如，如果多载波信号504中有三个载波，则延迟块512B中的延迟量可以被设为近似等于系统中使用的码片时间三分之一所表示的时间量。码片时间等于方框300A、300B和300C的扩展过程中使用的PN序列频率的倒数。例如，可以使用1.2288Mcps的PN序列。相应地，延迟块512C内的延迟量被设为近似等于系统中使用的码片时间的三分之二。这样，组合器502处的信号彼此延迟。按照本发明各方面，所产生的多载波信号504具有减少的PAR。因此，放大器520可以被维持工作在其线性工作范围内。本领域的普通技术人员会理解，所表示的信号可以是同相和正交信号所表示的复数形式。
当载波信号由两个载波组成时，被延迟信号的延迟量被设为等于码片时间的一半。因此可概括，延迟量等于“一个码片时间/N”，其中N等于多载波信号中的载波数。这一概括用于以减少的PAR产生多载波信号。然而，如果滤波器501A、501B和501C没有对称的脉冲形状，延迟量就不会在码片时间或码元时间内的时间上等间隔。按照滤波器脉冲形状的不对称特性，一个码片时间或码元时间上延迟时间的间隔将会偏斜。天线521可用于把经放大的信号发送到目的地。信号可以是被发送到通信系统100中多个移动站的前向链路信号。
发射机系统500在图6所示的收发机系统400中与接收机200组合，用于在基站内进行操作。处理器401耦合到接收机200和发射机500以处理接收的和发送的数据。接收机200和发射机500的各方面是共同的，即使接收机200和发射机500分开示出。一方面，接收机200和发射机500会共享用于RF/IF接收和发送的公共本地振荡器和公共天线系统。
在发送端，发送数据处理块403准备数据用于在各个发送信道上传输。发射机500接收用于在输入端405上传输的数据，并且从天线系统发出所述数据。在接收端，在对接收数据解码后，经解码的数据在输入端404处被处理器400接收。接收数据在处理器401中的接收数据处理块402中被处理。处理器401的各个操作可集成在单个或多个处理单元中。收发机400会连到另一设备。收发机400可以是设备的完整部分。设备可以是计算机或者类似于计算机操作。设备可连到数据网络，比如因特网。在基站内结合收发机400的情况下，基站可通过几个连接连到一网络，比如因特网。按照本发明各方面，处理器401能根据多载波信号504中的载波数来控制延迟块512B和512C中的延迟量。
参照图7，描述了用于确定延迟块512B和512C的延时的流程图700。在步骤701中，处理器401会确定多载波信号504中的载波数。在步骤702中，处理器401会确定在方框300中使用的PN序列的码片时间。在步骤703中，处理器401能根据所确定的码片时间以及多载波信号504中的载波数来确定多载波信号中每个载波的延时。载波之一根本不被延迟。对于由例如三个载波组成的多载波信号，其它载波的延时为码片时间的1/3和2/3。发射机系统500会是一数字发射机系统。为了确定延时并且对延迟块512B和512C中的载波信号进行延迟，信号的数字采样需要经过抽取或内插的过程，以便对于延迟过程有正确的采样数。延迟过程会基于多个信号采样。例如，如果信号在每个码片两个采样的采样频率上产生，所述的采样用因数3内插并且用因数2抽取以便产生每码片三个采样的信号。在该情况下，载波之一被延迟一个采样，另一个载波被延迟两个采样，从而产生经延迟的信号。因此，经延迟的信号分别被延迟1/3码片时间和2/3码片时间。
在使用FDMA技术的系统中，每个信号的延迟基于多载波信号中的载波数以及数据码元持续时间。例如，在三载波的多载波信号中，延迟被设为码元时间的1/3和2/3。
本领域的技术人员能进一步理解，结合这里所公开的实施例所描述的各种说明性的逻辑块、模块、电路和算法步骤可以为电子硬件、计算机软件或两者的组合来实现。为了清楚说明硬件和软件间的互换性，各种说明性的组件、框图、模块、电路和步骤一般按照其功能性进行了阐述。这些功能性究竟作为硬件还是软件来实现取决于特定的应用对总体系统设计上的约束。熟练的技术人员可能对于每个特定应用不同的方式来实现所述功能，但这种实现决定不应被解释为就此背离本发明的范围。
结合这里所描述的实施例来描述的各种说明性的逻辑块、模块和算法步骤的实现或执行可以用通用处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、场可编程门阵列(FPGA)或其它可编程逻辑器件、离散门或晶体管逻辑、离散硬件组件或者为执行这里所述功能而设计的任意组合。通用处理器可能是微处理器，然而或者，处理器可以是任何常规的处理器、控制器、微控制器或状态机。处理器也可以用计算设备的组合来实现，如，DSP和微处理器的组合、多个微处理器、结合DSP内核的一个或多个微处理器或者任意其它这种配置。
结合这里所公开实施例描述的方法或算法的步骤可能直接包含在硬件中、由处理器执行的软件模块中或在两者当中。软件模块可以驻留在RAM存储器、闪存、ROM存储器、EPROM存储器、EEPROM存储器、寄存器、硬盘、可移动盘、CD-ROM或本领域中已知的任何其它形式的存储媒质中。示例性存储媒质与处理器耦合，使得处理器可以从存储媒质读取信息，或把信息写入存储媒质。或者，存储媒质可以与处理器整合。处理器和存储媒质可能驻留在ASIC中。ASIC可能驻留在用户终端中。或者，处理器和存储媒质可能作为离散组件驻留在用户终端中。
提供上述优选实施例的描述为了使本领域的技术人员能制造或使用本发明。这些实施例的各种修改对于本领域的技术人员来说是显而易见的，这里定义的总的原则可以被应用于其它实施例中而不使用创造能力。因此，本发明并不要限于这里示出的实施例，而要符合与这里揭示的原理和新颖特征一致的最宽泛的范围。
权利要求
1.一种以减少的峰均功率比产生多载波信号的装置，包括控制系统，用于确定所述多载波信号中的多个载波，确定用于扩展所述多个载波的扩展序列的码片时间以及根据所述所确定的多个载波和所确定的码片时间为所述多个载波的每一个确定延时；用于把所述多个载波延迟所述所确定的延时的装置；组合器，用于对经延迟的载波进行组合以产生峰均功率比减少的多载波信号。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于还包括用于发送所述峰均功率比减少的多载波信号的发射机。
3.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述发射机包括一功率放大器，用于在发送前放大所述峰均功率比减少的多载波信号。
4.一种以减少的峰均功率比产生多载波信号的方法，包括确定所述多载波信号中的多个载波，确定用于扩展所述多个载波的扩展序列的码片时间以及根据所述所确定的多个载波和所确定的码片时间为所述多个载波的每一个确定延时；把所述多个载波延迟所述所确定的延时；对经延迟的载波进行组合以产生峰均功率比减少的多载波信号。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于还包括发送所述峰均功率比减少的多载波信号。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述发送包括在所述发送前放大所述峰均功率比减少的多载波信号。
7.一种以减少的峰均功率比产生多载波信号的装置，包括多个调制器，用于调制在所述多载波信号上发送的数据，从而产生相应的多个已调载波信号；将所述多个已调载波信号的每一个延迟一个所确定的延时的装置，其中所述延时基于所述多个已调载波信号中的多个载波、以及用于扩展所述多个已调载波信号的扩展序列的码片时间；组合器，用于对经延迟的多个已调载波信号进行组合以产生峰均功率比减少的多载波信号。
8.如权利要求7所述的装置，其特征在于还包括发射机，用于发送所述峰均功率比减少的多载波信号。
9.如权利要求8所述的装置，其特征在于，所述发射机包括一功率放大器，用于在发送前放大所述峰均功率比减少的多载波信号。
10.一种以减少的峰均功率比产生多载波信号的方法，包括调制在所述多载波信号上发送的数据，从而产生相应的多个已调载波信号；将所述多个已调载波信号的每一个延迟一个所确定的延时，其中所述延时基于所述多个已调载波信号中的多个载波、以及用于扩展所述多个已调载波信号的扩展序列的码片时间；用于对经延迟的多个已调载波信号进行组合以产生峰均功率比减少的多载波信号。
11.如权利要求10所述的方法，其特征在于还包括发送所述峰均功率比减少的多载波信号。
12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述发送包括在所述发送前放大所述峰均功率比减少的多载波信号。
13.一种以减少的峰均功率比产生多载波信号的装置，包括控制系统，用于确定所述多载波信号中的多个载波，确定所述多个载波的调制码元时间，以及根据所述所确定的多个载波和所确定的码元时间为所述多个载波的每一个确定延时；将所述多个载波延迟所述所确定的延时的装置；组合器，用于对经延迟的载波进行组合以产生峰均功率比减少的多载波信号。
14.如权利要求13所述的装置，其特征在于还包括发射机，用于发送所述峰均功率比减少的多载波信号。
15.如权利要求14所述的装置，其特征在于，所述发射机包括一功率放大器，用于在发送前放大所述峰均功率比减少的多载波信号。
16.一种以减少的峰均功率比产生多载波信号的方法，包括确定所述多载波信号中的多个载波，确定所述多个载波的调制码元时间，以及根据所述所确定的多个载波和所确定的码元时间为所述多个载波的每一个确定延时；将所述多个载波延迟所述所确定的延时；对经延迟的载波进行组合以产生峰均功率比减少的多载波信号。
17.如权利要求16所述的方法，其特征在于还包括发送所述峰均功率比减少的多载波信号。
18.如权利要求17所述的方法，其特征在于，所述发送包括在所述发送前放大所述峰均功率比减少的多载波信号。
19.一种以减少的峰均功率比产生多载波信号的装置，包括多个调制器，用于调制在所述多载波信号上发送的数据，从而产生相应的多个已调载波信号；将所述多个已调载波信号的每一个延迟一个所确定的延时的装置，其中所述延时基于所述多个已调载波信号中的多个载波、以及所述多个已调载波信号的调制码元时间；组合器，用于对经延迟的多个已调载波信号进行组合以产生峰均功率比减少的多载波信号。
20.如权利要求19所述的装置，其特征在于还包括发射机，用于发送所述峰均功率比减少的多载波信号。
21.如权利要求20所述的装置，其特征在于，所述发射机包括一功率放大器，用于在发送前放大所述峰均功率比减少的多载波信号。
22.一种以减少的峰均功率比产生多载波信号的方法，包括调制在所述多载波信号上发送的数据，从而产生相应的多个已调载波信号；将所述多个已调载波信号的每一个延迟一个所确定的延时，其中所述延时基于所述多个已调载波信号中的多个载波、以及用于所述多个已调载波信号的调制码元时间；对经延迟的多个已调载波信号进行组合以产生峰均功率比减少的多载波信号。
23.如权利要求22所述的方法，其特征在于还包括发送所述峰均功率比减少的多载波信号。
24.如权利要求23所述的方法，其特征在于，所述发送包括在所述发送前放大所述峰均功率比减少的多载波信号。
全文摘要
提供了一种装置和方法，用于产生处在减少的峰均功率比下的多载波信号。控制系统(401)确定多载波信号中的多个载波，确定用于扩展所述多个载波的扩展序列的码片时间，以及根据所确定的多个载波和所确定的码片时间而为多个载波的每一个确定延时。延迟块(512B，512C)将所述多个载波延迟所确定的延时。组合器(502)将经延迟的载波组合以产生一峰均功率比减少的多载波信号(504)。发射机(500)发送所述峰均功率比减少的多载波信号(504)。发射机(500)会包括用于在发送前对峰均比减少的多载波信号(504)进行放大的放大器(520)。
文档编号H04L5/02GK1656764SQ03812210
公开日2005年8月17日 申请日期2003年4月25日 优先权日2002年4月26日
发明者J·蒙托乔, P·J·布莱克 申请人:高通股份有限公司