[发明专利]利用内插减小低溅散峰值/平均值信号

说明书

本发明涉及对射频发送信号的限幅，包括但不限于上有低射频溅散(low TF splatter)的限幅。

在线性无线电通信系统中，通信信号的峰值／平均值的比值(即信号包括峰值功率信号／平均功率的比值)对于无线电线性功率放大系统的成本、复杂性和尺寸大小是至关重要的。从表面上看来，稍微减小峰值／平均值的比值便能显著地影响上述的每个系统特性。

线性功率放大器设计中有一个问题是，发送信号的峰值／平均值的比值对性能的影响。随着峰值／平均值的比值(PAK)增大，功率放大器的适当的溅散性能所需的补偿成比例地增大。因而，十分希望控制放大器输入信号的PAR。然而，不是利用线性的处理功能(即非线性信号处理)，对于减小标称的PAR的任何尝试，均会产生溅散。所谓溅散，是指信号能量扩散到分配给信号的频带以外，因为溅散会干扰邻信道的通信，所以溅散是很不希望有的。

减小PAR的一种方法是硬限幅，它使超过限幅门限的信号值减小到预定的幅度值，通常为门限值。硬限幅由于其工作特性陡峭而引起很大溅散。

减小PAR的另一种方法是“软”算法，它将所需信号施加到限制信号峰值的一个非线性装置上。输入样值的很大比例必定被改变，造成很大的能量溅散入邻信道。

一种减小PAR而不产生很大溅散的方法在1994年2月15日公布Mark Birchler的美国专利5，287，387中已有描述，该专利的名称为“LOW SPLATTER PEAK-TO-AVERAGE SIGNAL RE-DUCTION”该专利具有与本发明相同的受让人。

下面，介绍美国专利5，287，387中所述的有效控制PAR而不产生很大溅散的设备和方法。该方法包含一种窗口限幅算法，通过将诸如反汉明窗口(inverse Hanning window)之类的衰减窗口加到处在限幅门限以上的信号峰值为中心的有限数目信号样值上，提供出一种减小信号峰值的低溅散机理。

图1示出在预定限幅门限以上在时间Tmax处具有局部最大值的一个输入信号的定时图。因为超过限幅门限的任何信号值会引起功率放大器工作到其非线性区产生溅散，所以应使功率放大器的最大输入信号限幅到限幅门限值。以时间Tmax为中心也即以输入信号局部最大时刻为中心的反汉明窗口定时图，如图2所示。在对输入信号采用反汉明窗口后，所得的信号示于图3的定时图。应当注意，超过限幅门限的信号值已衰减为不再大于限幅门限，从而防止功率放大器进入非线性工作区而产生溅散。这一处理在本专利申请中称作窗口限幅或窗口限幅算法。

图4示出限幅量值与瞬时信号功率的关系图。当瞬时信号功率低于Tclp时，不发生限幅，这里Tclp为预定的限幅门限功率电平及不能触发窗口限幅算法的最大允许峰值信号功率值。当瞬时信号功率高于Tclp但低于Tsat时，则发生可变的限幅，这里Tsat为预定的限幅饱和门限功率电平。当瞬时信号功率高于Tsat时，发生恒定的限幅。

图5示出具有窗口限幅的发射机方框图。虽然，在美国专利5，287，387的优选实施例中传送的是一种正交16QAM信号，但窗口限幅过程可以成功地用于其它信号类型。将4个正交16QAM子信道处理器501、503、505和507的输出组合送入求和器509。信号t(n)为正交16QAM发送子信道求和器输出端的复值信号流。信号t(n)输入窗口限幅处理方框511，该处理方框511将窗口限幅的信号tw(n)送入内插和抽取滤波器513，该滤波器513的输出送入正交上变频器／发射机515，以便经由天线517以预定方式例如正交16QAM方式发送信号。

图6示出窗口限幅算法的方框图。虽然，窗口长度一般为9、11或13，但为了减小图示的复杂性图中示出长度L=5的窗口，这里，长度为L的窗口表示有L级延迟和由窗口限幅处理器修正的L个样值。窗口限幅算法由超过Tclp的局部最大样值触发。延迟线的三个中心元(center element)P(n)、P(n-1)和P(n+1)用来检查算法的触发，这里，p(n)=t(n-[L-1]／2)，是一个复数量。若|P(n)|²小于Tclp，则不需要进一步的逻辑运算，即不必要限幅。