專利名稱：具有使用非均勻極化量化器的Sigma－Delta調(diào)制器的發(fā)射機及其方法
背景技術(shù)：
E類功率放大器通常實現(xiàn)比傳統(tǒng)的B類或C類功率放大器之效率更高的效率。因為E類功率放大器作為接通/斷開開關(guān)操作，所以需要一個恒定的包絡(luò)驅(qū)動器信號。然而，在某些蜂窩式通信標準中，例如增強型通用分組無線業(yè)務(wù)(EGPRS)和寬帶碼分多址(WCDMA)中，基帶調(diào)制信號通常包括振幅變化。
過采樣的Sigma-Delta正交相移鍵控(QPSK)調(diào)制器可以用來從任何振幅變化信號中產(chǎn)生恒定的包絡(luò)信號。因此，具有E類功率放大器的無線電設(shè)備可以使用此調(diào)制器，以從振幅變化基帶調(diào)制信號中產(chǎn)生用于E類功率放大器的恒定的包絡(luò)驅(qū)動器信號。因為調(diào)制器可以在遠離載波的頻率上增加噪聲，所以帶通濾波器可以位于E類功率放大器的輸出和射頻天線之間。
驅(qū)動器信號可以是一數(shù)字時鐘，該數(shù)字時鐘在射頻上具有四種可能相位轉(zhuǎn)變0°、90°、-90°和180°。帶通濾波器可以在以前的相位存儲能量。然而，當(dāng)在驅(qū)動器信號中發(fā)生相位轉(zhuǎn)變時，一些由帶通濾波器存儲的能量可能丟失。相位轉(zhuǎn)變越大，通過帶通濾波器丟失的能量越多。
實際上，對于QPSK，對Sigma-Delta QPSK調(diào)制器之一半采樣頻率的帶寬，集電極效率可以跌至60％，而對1/4采樣頻率的帶寬，可以跌至40％。通常，需要小于1/4采樣頻率的帶寬，以衰減噪聲，這樣具有E類功率放大器、Sigma-Delta QPSK調(diào)制器和帶通濾波器的無線電設(shè)備的效率可能低于具有傳統(tǒng)的AB功率放大器的無線電設(shè)備的效率。
附圖簡述在說明書的結(jié)束部分，特別指出并清楚地要求本發(fā)明的主題。然而，通過參考附圖所閱讀的下面詳細說明，可以更好地理解本發(fā)明的結(jié)構(gòu)和操作方法，以及其目的、特征和優(yōu)勢，其中

圖1是按照本發(fā)明實施例的發(fā)射機的簡化方框圖；圖2是按照本發(fā)明若干實施例的Sigma-Delta N相移鍵控(PSK)調(diào)制器的簡化方框圖；圖3是按照本發(fā)明若干實施例的用于正交相移鍵控(QPSK)的非均勻極化量化器的示例圖；圖4是按照本發(fā)明若干實施例的用于8-PSK的非均勻極化量化器的示例圖；和圖5和圖6分別是具有均勻量化器和示例性非均勻量化器的第一級Sigma-Delta QPSK調(diào)制器之輸出頻譜密度的示例圖。
應(yīng)該理解，為了圖例簡化和清晰起見，在圖中示出的元件沒有必要按比例繪制。例如，為了清楚起見，一些元件的尺寸可以相對于其它元件被夸大。此外，在認為合適的地方，參考標記可以在圖中被重復(fù)，以表示相應(yīng)或相似的元件。
發(fā)明的詳細描述在下面的詳細說明中，闡述了多個具體細節(jié)，以便提供對本發(fā)明的全面理解。然而，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)該理解，沒有這些具體細節(jié)也可以實現(xiàn)本發(fā)明。在其它實例中，沒有詳細描述眾所周知的方法、程序和部件，以免模糊本發(fā)明。
應(yīng)該理解，本發(fā)明可以被用于各種應(yīng)用中，包括但不局限于移動通信設(shè)備。雖然本發(fā)明在這方面不作限制，但是在此公開的電路可以被用于許多設(shè)備中，例如無線電系統(tǒng)的發(fā)射機中。僅僅舉例來說，企圖包括在本發(fā)明范圍內(nèi)的無線電系統(tǒng)包括蜂窩無線電話通信系統(tǒng)、雙向無線電通信系統(tǒng)、單向?qū)ず魴C、雙向?qū)ず魴C、數(shù)字系統(tǒng)發(fā)射機、模擬系統(tǒng)發(fā)射機、個人通信系統(tǒng)(PCS)等等。
確定為在本發(fā)明范圍內(nèi)的蜂窩式無線電話通信系統(tǒng)的類型包括但不局限于，直接序列-碼分多址(DS-CDMA)蜂窩式無線電話通信系統(tǒng)、寬帶碼分多址(WBCDMA)和CDMA2000蜂窩式無線電話系統(tǒng)、通用分組無線業(yè)務(wù)(GPRS)蜂窩式無線電話系統(tǒng)、增強型通用分組無線業(yè)務(wù)(EGPRS)蜂窩式無線電話系統(tǒng)、個人數(shù)字蜂窩(PDC)蜂窩式無線電話通信系統(tǒng)、全球移動通信系統(tǒng)(GSM)蜂窩式無線電話系統(tǒng)、北美數(shù)字蜂窩(NADC)蜂窩式無線電話系統(tǒng)、時分多址(TDMA)系統(tǒng)、GSM增強數(shù)據(jù)演化(EDGE)和通用移動通信系統(tǒng)(UMTS)。
圖1是按照本發(fā)明實施例的發(fā)射機的方框圖。發(fā)射機可以是移動通信設(shè)備的一部分，雖然本發(fā)明的范圍并不局限在這方面。發(fā)射機可以包括N個振蕩器100，能夠產(chǎn)生N個具有相同頻率和不同相位的載波信號，這里N通常是2、4、8、16或32；一個Sigma-Delta N相移鍵控(N-PSK)調(diào)制器102；一個前置放大器和一個開關(guān)放大器104；一個耦合到開關(guān)放大器104的帶通濾波器106；和一個耦合到帶通濾波器106的天線108?？商鎿Q地，盡管沒有在圖1中示出，發(fā)射機可以包括代替N個振蕩器100的一個振蕩器和(N-1)個相移器，或者振蕩器和相移器的任何合理組合，以便產(chǎn)生具有相同頻率和不同相位的N個載波信號。盡管本發(fā)明的范圍并不局限于這方面，但N個載波信號的頻率可能是一射頻。
開關(guān)放大器104可以包括一E類功率放大器，盡管本發(fā)明的范圍并不局限于這方面。
天線108可能是一個偶極天線、一個發(fā)射(shot)天線、一個雙天線、一個全向天線、一個環(huán)路天線，或者與移動站發(fā)射機一起使用的任何其它天線類型(如果需要的話)，盡管本發(fā)明的范圍并不局限于這方面。
調(diào)制器102可以接收一個復(fù)合基帶振幅變化調(diào)制信號(I(t)，Q(t))作為輸入。調(diào)制器102可以在采樣頻率fs上過采樣輸入信號，并執(zhí)行相位量化，因而產(chǎn)生表示一組N個符號之一的數(shù)字信號。
發(fā)射機同時可以包括一個選擇器103，選擇器103可以基于調(diào)制器102的數(shù)字輸出選擇N個載波信號中的一個。選擇器103的輸出可以是在射頻上具有變化相位的恒定的包絡(luò)信號，盡管本發(fā)明的范圍并不局限于這方面。
選擇的載波可以由前置放大器和開關(guān)放大器104放大，并由天線108發(fā)射。調(diào)制器102可以在接近于載波的頻率上減少噪聲，以及在遠離載波的頻率上增加噪聲。因此，帶通濾波器106可以耦合到開關(guān)放大器104的輸出，以便在遠離載波的頻率上過濾噪聲。
圖2是按照本發(fā)明的若干實施例的調(diào)制器102的方框圖。Sigma-Delta N-PSK調(diào)制器102可以包括加法器200、積分器202和量化器204。積分器202可以是一階積分器或可以是更高階的積分器。如上文中關(guān)于圖1所述，到調(diào)制器102的輸入可以是一復(fù)合基帶振幅變化調(diào)制信號(I(t)，Q(t))。調(diào)制器102可以包括一反饋回路，以便加法器200從輸入信號中減去量化器204的輸出。如果輸入信號是模擬信號，則反饋回路可以包括一個數(shù)-模(D/A)轉(zhuǎn)換器206。因此，加法器200的輸出可以是一個差信號e(I(t)，Q(t))。差信號e(I(t)，Q(t))可以被送到積分器202，其可以產(chǎn)生一個積分信號u(I(t)，Q(t))，積分信號的值可以位于復(fù)平面的任何地方。然后積分信號u(I(t)，Q(t))可以被送到量化器204，它的輸出是代表一組符號中的一個的數(shù)字信號yi(I(t)，Q(t))。量化器204可以在采樣頻率fs上輸出數(shù)字信號。
按照本發(fā)明的若干實施例，量化器204可以是一個非均勻極化量化器。對于N-PSK調(diào)制，復(fù)平面可以被分割為N個單元，不是所有單元都具有相同大小，并且符號可以與分割的每個單元相關(guān)聯(lián)。N個非均勻單元可以以不重疊的方式完全覆蓋復(fù)平面。
圖3是按照本發(fā)明的若干實施例的用于正交相移鍵控(QPSK)的非均勻極化量化器的示例圖。復(fù)合I-Q平面被分成四個單元，標記為(I)，(II)，(III)和(IV)，每個單元具有一個位于其中的符號。在 處，單元邊界是非對稱的，因此單元不都是相同大小的。量化器204可以根據(jù)u(I(t)，Q(t))所屬的單元，輸出一個數(shù)字信號yi(I(t)，Q(t))。在QPSK中，符號組可以是諸如組{(1，0)；(0，1)；(-1，0)；(0，-1)}，但是代替地，可以使用其它四個符號(每個單元一個)的組。因為信號隨后的值可以屬于不同的單元，所以可能發(fā)生從一個符號到另一個符號的相位轉(zhuǎn)變。在QPSK中可能相位轉(zhuǎn)變的組可以是0°、90°、-90°和180°，雖然，代替地，可以使用其它可能的相位轉(zhuǎn)變組。
一旦已經(jīng)發(fā)生了相位轉(zhuǎn)變，可以重新定義單元，以便單元邊界隨著量化器目前的狀態(tài)而旋轉(zhuǎn)。單元邊界的重新定義可以以硬件方式實現(xiàn)，例如借助于將單元邊界與目前狀態(tài)相聯(lián)系起來的查詢表，或可以以軟件方式實現(xiàn)或任何硬件和軟件結(jié)合的方式實現(xiàn)。例如，如果一個從符號(1，0)到符號(0，-1)的-90°相位轉(zhuǎn)變發(fā)生，那么單元邊界重新定義為 圖4是按照本發(fā)明的若干實施例的用于8-PSK的非均勻極化量化器的示例圖。復(fù)合I-Q平面被劃分成八個單元，標記為(I)-(VIII)，每個單元具有位于其中的一個符號。在 單元邊界是不對稱的，因此，單元不都是相等大小的。量化器204可以輸出按照u(I(t)，Q(t))所屬的單元表示一個符號的數(shù)字信號yi(I(t)，Q(t))。在8-PSK中，符號組可以是例如如[(1，0)；(1，1)；(0，1)；(-1，1)；(-1，0)；(-1，-1)；(0，-1)；(1，-1)]，但是替換地，可以使用其它的八個符號組(每單元一個)。因為信號u(I(t)，Q(t))隨后的值可以屬于不同的單元，所以可能發(fā)生從一個符號到另一個符號的相位轉(zhuǎn)變。在8-PSK中可能相位轉(zhuǎn)變的組可以是0°，45°，-45°，90°，-90°，135°，-135°和180°，但是替換地，可以使用其它可能相位轉(zhuǎn)變組。
一旦一個相位轉(zhuǎn)變已經(jīng)發(fā)生，可以重新定義單元，以便單元邊界隨著量化器目前的狀態(tài)而變化。例如，如果從符號(1，0)到符號(1，-I)的-45°相位轉(zhuǎn)變發(fā)生，那么該單元邊界可以被重新定義為 非對稱的單元邊界之選擇可以影響相位轉(zhuǎn)變的統(tǒng)計。特別地，同那些均勻極化量化器相比，某些不對稱的單元邊界可以減少較大相位轉(zhuǎn)變的發(fā)生。換句話說，包括非均勻極化量化器的Sigma-Delta N-PSK調(diào)制器與包括均勻極化量化器的Sigma-Delta N-PSK調(diào)制器相比可以具有更少的較大相位轉(zhuǎn)變。大的相位轉(zhuǎn)變之?dāng)?shù)目的減少可以導(dǎo)致發(fā)射機的集電極效率的增加，該發(fā)射機包括具有這樣的一個非均勻極化量化器的Sigma-Delta N-PSK調(diào)制器。
本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將能夠理解，通過增加符號的數(shù)目，相位轉(zhuǎn)變的分布可以集中在低的相位轉(zhuǎn)變值，這可以進一步增加發(fā)射機的集電極效率，該發(fā)射機包括一個具有這樣的非均勻極化量化器的Sigma-DeltaN-PSK調(diào)制器。
不對稱的單元邊界之選擇也可以影響一個具有非均勻量化器的Sigma-DeltaN-PSK調(diào)制器的噪聲整形頻譜。圖5和圖6分別示出具有均勻量化器和示例性非均勻量化器的一階Sigma-Delta QPSK調(diào)制器的輸出頻譜密度。示例性的非均勻極化量化器具有在 的單元邊界。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)該理解，通過利用某些非對稱的單元邊界，可以在低頻區(qū)減少噪聲，而在高頻區(qū)增加噪聲。
因為高頻率可能比低頻率濾波簡單，所以使用已知的方法，可能有許多傳輸應(yīng)用，其中可能希望使用一個包括按照本發(fā)明的實施例的非均勻極化量化器的Sigma-Delta調(diào)制器。這些應(yīng)用可以包括移動電話，數(shù)字音頻和非對稱數(shù)字用戶環(huán)線(ADSL)。
雖然在此圖示說明和描述了本發(fā)明的某些特征，但對于本領(lǐng)域的那些普通技術(shù)人員來說，許多修改，替換，改變，和等效物將會發(fā)生。因此，應(yīng)該理解，所附權(quán)利要求企圖覆蓋所有這些落在本發(fā)明的真正精神內(nèi)的修改和改變。
權(quán)利要求
1.一種便攜式通信設(shè)備，包括具有非均勻極化量化器的Sigma-Delta N相移鍵控調(diào)制器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的便攜式通信設(shè)備，其中，所述N是從包括2、4、8、16和32的組中選出的。
3.一種便攜式通信設(shè)備，包括Sigma-Delta N相移鍵控調(diào)制器，用于將一基帶輸入信號轉(zhuǎn)換成一量化的輸出信號，該調(diào)制器包括加法器，用于從所述基帶輸入信號中減去所述量化的輸出信號，從而產(chǎn)生一差信號；積分器，用于對所述差信號進行積分，以產(chǎn)生一積分信號；和非均勻極化量化器，用于產(chǎn)生所述量化的輸出，以便它表示一符號，該符號根據(jù)所述積分信號的相位所屬的一組N個非均勻單元中的一個從一組N個符號中選出，所述N個非均勻單元以不重疊的方式完全覆蓋復(fù)平面。
4.按照權(quán)利要求3的便攜式通信設(shè)備，其中，所述N是從包括2、4、8、16和32的組中選出的。
5.一種發(fā)射機，包括偶極天線；耦合到所述偶極天線的Sigma-Delta N相移鍵控調(diào)制器，所述調(diào)制器包括非均勻極化量化器。
6.按照權(quán)利要求5的發(fā)射機，進一步包括耦合到所述調(diào)制器和所述偶極天線的開關(guān)放大器。
7.按照權(quán)利要求6的發(fā)射機，其中，所述開關(guān)放大器包括一E類功率放大器。
8.按照權(quán)利要求6的發(fā)射機，進一步包括耦合到所述開關(guān)放大器的輸出和耦合到所述偶極天線的帶通濾波器。
9.按照權(quán)利要求5的發(fā)射機，其中所述N是從包括2、8、16和32的組中選出的。
10.一種移動電話機，包括偶極天線；和耦合到所述偶極天線的Sigma-Delta N相移鍵控調(diào)制器，所述調(diào)制器包括非均勻極化量化器。
11.按照權(quán)利要求10的移動電話機，進一步包括耦合到所述調(diào)制器和所述偶極天線的開關(guān)放大器。
12.按照權(quán)利要求11的移動電話機，其中，所述開關(guān)放大器包括一E類功率放大器。
13.按照權(quán)利要求11的移動電話機，進一步包括耦合到所述開關(guān)放大器的輸出和耦合到所述偶極天線的帶通濾波器。
14.按照權(quán)利要求10的移動電話機，其中，所述N是從包括2、4、8、16和32的組中選出的。
15.一種方法，包括從一基帶輸入信號中減去一量化的輸出信號，從而產(chǎn)生一差信號；對所述差信號進行積分，以產(chǎn)生一積分信號；和通過根據(jù)所述積分信號的相位所屬的一組N個非均勻單元中的一個從一組N個符號中選擇出一符號，來產(chǎn)生所述量化的輸出，所述N個非均勻單元以不重疊的方式完全覆蓋復(fù)平面。
16.按照權(quán)利要求15的方法，其中，所述基帶輸入信號是模擬的，并進一步包括在從所述基帶輸入信號中減去所述量化的輸出信號之前，把所述量化的輸出信號從數(shù)字轉(zhuǎn)換成模擬。
17.按照權(quán)利要求15的方法，其中，所述N是從包括2、4、8、16和32的組中選出的。
18.按照權(quán)利要求15的方法，進一步包括使用所述量化的輸出信號來選擇N個載波信號中的一個，所述N個載波信號每個具有一頻率和N個相位中不同的一相位，從而在所述頻率產(chǎn)生一個具有可變相位的恒定的包絡(luò)信號，和放大、濾波和發(fā)射所述恒定包絡(luò)信號。
19.按照權(quán)利要求18的方法，其中，所述頻率是一射頻。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種具有非均勻極化量化的Sigma－Delta N相位鍵控調(diào)制器。按照本發(fā)明的一個實施例，量化器產(chǎn)生量化的輸出，以便它根據(jù)所述積分信號的相位所屬的一組N個非均勻單元中的一個來表示從一組N個符號中選擇出的一個符號，所述N個非均勻單元以不重疊的方式覆蓋復(fù)平面。這可以減少較大相位轉(zhuǎn)變的發(fā)生，從而可以導(dǎo)致增加效率。非對稱的單元邊界之選擇也可以影響Sigma－DeltaN－PSK調(diào)制器的噪聲整形頻譜。本發(fā)明還涉及一種N相位鍵控調(diào)制方法和包括如上所述調(diào)制器的移動電話機或發(fā)射機。
文檔編號H03M3/02GK1611006SQ02826325
公開日2005年4月27日 申請日期2002年11月25日 優(yōu)先權(quán)日2001年12月27日
發(fā)明者雅伊梅·哈森 申請人:D.S.P.C.技術(shù)有限公司