專利名稱：相位調制器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及相位調制器以及相位調制方法。具體地，本發(fā)明涉及
BP-PWM調制(帶通脈沖寬度調制)。
背景技術：
目前，無線發(fā)射器發(fā)展中的一個趨勢是向著軟件可配置的多模式 設備發(fā)展。為了滿足嚴格的多無線電要求，必須開發(fā)新的架構性方法。 該趨勢在朝著無線發(fā)射器的進一步數(shù)字化發(fā)展。
作為BP-PWM調制的背景，首先參考圖1討論PWM調制。其目 標是通過相位控制來控制輸出數(shù)字脈沖106,該脈沖106是在調制器 的低頻部分形成的。這可以通過使用具有高頻時鐘的相位累加器來實 現(xiàn)。相位累加器的輸出是數(shù)字據(jù)齒形波形100，其頻率可以通過饋送 至累加器的相位字(phase word)來控制。將據(jù)齒形信號100與源自 低頻部分的相位信號102相加。將所獲得的信號饋送至比較器，其比 較點由圖1中的參考104示出。比較的輸出是方波106，其占空比(duty cycle)與相位值成比例。
在數(shù)字實現(xiàn)中，數(shù)字相位和幅度信號用于控制相位調制器。相位 調制在載波頻率信號上進行，其中載波頻率信號通常具有大約 l-2GHz的頻率。經調制信號的質量與輸出信號相位的解析度成比例。 基于系統(tǒng)仿真，實踐中控制信號需要8位精度，以滿足WCDMA信 號(寬帶碼分多址)的要求。對于2GHz載波信號而言，這對應于1.4 度的相位精度。對于數(shù)字實現(xiàn)來說，這意味著約2皮秒(ps)的時間 解析度。這數(shù)字延遲線中，需要500GHz的時鐘頻率，對于數(shù)字實現(xiàn) 這是不利的。
使用BP-PWM型調制的發(fā)射器最近開發(fā)了新的架構性方法。系統(tǒng)仿真已經顯示在完全的數(shù)字實現(xiàn)中，某些關鍵部件具有非常嚴格
的要求，使得這些要求是非常難以實現(xiàn)的。
在BP-PWM調制中，將攜帶調制信息的調制信號轉換到極坐標 域，轉換為相位信號和幅度信號。首先對調制信號進行預失真，繼而 將其用于控制BP-PWM信號沿的放置。換言之，將信號的相位和幅 度編碼到這些信號沿中。 一般地，可以使用任意類型的數(shù)字或者模擬 相位調制器來控制相位邊緣，只要其具有所需的控制帶寬和輸出解析 度。目前，沒有針對高度優(yōu)選的完全數(shù)字化實現(xiàn)的可行方案。
US 6,993,087公開了一種現(xiàn)有技術的數(shù)字化方法，通過參考將其 在此并入。圖2也示出了這種方法，其中，提供有來自系統(tǒng)時鐘200 的時鐘信號。時鐘信號被饋送至延遲線，以提供用于時鐘信號的16 個不同的延遲值。對于每個時鐘周期，選擇16種可能性其中之一， 并且經由總線204將延遲高頻信號傳送至復用器206,以便將延遲高 頻信號與調制信號復用。
用于提供經過相移的BP-PWM信號的已知數(shù)字方法的一個缺點 是需要高頻時鐘。為了實現(xiàn)良好的調制質量，時鐘需要是載波頻率的 大約256倍，這例如意味著要在WCDMA實現(xiàn)中2皮秒級的時鐘周 期。

發(fā)明內容
由此，本發(fā)明的目的是提供一種無需高頻時鐘的精確相位調制器。
在本發(fā)明的一個方面中，提供一種調制器，包括輸入單元，其 被配置為接收調制信號；控制單元，其被配置為基于調制信號來提供 控制信號；振蕩單元，其被配置為提供載波頻率信號的至少兩個相位 分量的多個實例；相位選擇器，其被配置為基于控制信號來選擇相位 分量實例的組合，從而獲得表示調制信號的信息內容的輸出信號；以 及合成器，其被配置為對所選的相位分量實例進行合成，以形成經過 調制的輸出信號。在本發(fā)明的另一方面中，提供一種調制器，其包括用于接收調 制信號的裝置；用于根據(jù)調制信號來提供控制信號的裝置；用于提供 載波頻率信號的至少兩個相位分量的多個實例的裝置；用于基于控制 信號來選擇相位分量實例的組合從而獲得表示調制信號的信息內容 的輸出信號的裝置；以及用于對所選的相位分量實例進行合成以形成 經過調制的輸出信號的裝置。
在本發(fā)明的又一方面中，提供一種調制方法，包括步驟接收調
制信號；基于調制信號來提供控制信號；提供載波頻率信號的至少兩 個相位分量的多個實例；基于控制信號來選擇相位分量實例的組合， 從而獲得表示調制信號的信息內容的輸出信號；以及對所選的相位分 量實例進行合成，以形成經過調制的輸出信號。
在本發(fā)明的又一方面中，提供了一種包含在計算機可讀介質上的 計算機程序，該計算機程序包括指令，所述指令用于接收調制信號； 基于調制信號來提供控制信號；提供載波頻率信號的至少兩個相位分 量的多個實例；基于控制信號來選擇相位分量實例的組合，從而獲得 表示調制信號的信息內容的輸出信號；以及對所選的相位分量實例進 行合成，以形成經過調制的輸出信號。
在從屬權利要求中公開了本發(fā)明的優(yōu)選實施方式。 本發(fā)明的方法和布置在不需要高頻時鐘的情況下提供了用于 BP-BMW調制器的精確相位調制器。


下面將參考附圖，借助于優(yōu)選實施方式來更為詳細地描述本發(fā) 明，其中
圖1著重示出了已經公開的PWM脈沖生成；
圖2示出了已經公開的現(xiàn)有技術的PWM調制的布置；
圖3著重示出了高層的發(fā)射器和接收器操作；
圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的裝置的一個實施方式；
圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的裝置所提供的信號的一個示例；圖6示出了根據(jù)本發(fā)明的裝置的一個實施方式；
圖7示出了根據(jù)本發(fā)明的裝置的 一部分的實施方式；
圖8示出了根據(jù)本發(fā)明的裝置的一部分的實施方式；
圖9示出了根據(jù)本發(fā)明的裝置的一部分的實施方式；
圖10示出了連續(xù)相位旋轉從而獲得預期輸出相位的實施方式；
以及
圖11示出了根據(jù)本發(fā)明的方法的一個實施方式。
具體實施例方式
圖3在總體水平上示出了 WCDMA移動系統(tǒng)中的無線發(fā)射器和 接收器對的原理，其中WCDMA移動系統(tǒng)是能夠應用本發(fā)明的無線 系統(tǒng)的一個例子。無線發(fā)射器可以位于基站或者訂戶終端中，并且無 線接收器也位于訂戶終端或者基站中。圖3的上半部分示出了無線發(fā) 射器的基本功能，而下半部分示出了無線發(fā)射器所執(zhí)行功能的一般性 結構。例如通過塊編碼或者巻積編碼在信道編碼器302中對將要發(fā)射 的信息300進行編碼。然而，并不對將要發(fā)射的導頻位進行信道編碼， 因為本意是要發(fā)現(xiàn)信道給信號造成的失真。在信道編碼之后，在交織 器304中對信息進行交織。在交織中，以特定的方式將不同服務的位 混合在一起，由此，無線路徑上的瞬時衰落確實不一定會使所傳送的 信息不可標識。在塊306中，通過擴頻碼對經過交織的位進行擴頻。 繼而將信號提供給調制器308,此后，在信號經由天線310發(fā)射到無 線路徑上之前，仍對信號進行放大和濾波。
所發(fā)射的無線信號由接收器天線320從無線路徑上接收。在濾波 之后，對接收到的信號在塊322中進行解調，在塊324中進行解擴， 并且在塊326中進行解交織。在信道解碼器328中對在該發(fā)射中所使 用的信道編碼進行解碼，此時，在最優(yōu)情況下，所接收的數(shù)據(jù)330與 所發(fā)射的數(shù)據(jù)300相同。
圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的BP-PWM調制器400的一個示例。該 調制器例如可以在無線網絡的基站中或者移動終端(例如移動電話)中使用。例如，該調制器可以包含在芯片集上，并且本發(fā)明可以通過 軟件芯片集上實現(xiàn)。調制器的輸入單元將原始數(shù)據(jù)信號的I和Q信號
作為輸入。在轉換單元402中將輸入信號轉換到極坐標域，也即，執(zhí) 行該轉換以提供振幅a(t)信號和相位phi(t)信號。
在PWM控制單元404中對極坐標域中的信號進行預失真。在一 個實施方式中，通過a、t)-phi(t)/n+(arcsin(a(t))/n)來形成預失真的振幅 信號a*(t),并且通過phi氣thphi(t)/n-arcsin(a(t))/n來形成預失真的相 位信號phi*(t),其中n是將調制映射到的諧波信號(harmonic signal)。 將預失真的控制信號饋送到數(shù)字相位調制器408和410，數(shù)字相位調 制器408和410還從本地振蕩器406接收振蕩信號。分支合成器412 將兩個經過PPM調制的信號合成為一個BP-PWM信號，從而獲得由 控制信號指示的輸出信號。除求和之外，同樣可以根據(jù)如何形成脈沖 的過程來應用其他算術操作。經過調制的信號被轉發(fā)給發(fā)射器的后續(xù) 部分，諸如功率放大器414。
由此，圖4的調制系統(tǒng)被配置為提供兩個經過脈沖位置調制 (PPM)的脈沖序列(pulse train),其中， 一個脈沖序列是基于預失 真的振幅信號提供的，而另一個脈沖序列是基于預失真的相位信號提 供的。BP-PWM信號由脈沖對的差異形成，其包括每個PPM脈沖序 列的一個PPM脈沖。
圖5示出了圖4的BP-PWM調制器所提供的信號的一個示例。 將各自的數(shù)字相位調制器所提供的信號XI和X2求和為信號X1+X2, 其由此提供三級輸出。
圖6示出了根據(jù)本發(fā)明的數(shù)字相位調制器610的實施方式。VCO (壓控振蕩器)606的輸出被分為多個輸出相位分量。圖4示出了彼 此以90度隔開的4個分量(0度、90度、180度、270度)。這4個 分量僅僅是作為例子而示出的。分量的數(shù)目可以是大于或者等于2的 任意數(shù)目。優(yōu)選地，不同分量的數(shù)目是3或者更大，從而獲得輸出相 位的足夠精度，例如QPSK調制中就是這種情況。增加分量分支或者 相位分量的數(shù)目將改進輸出信號的質量，但也增加了選擇分支的控制邏輯的數(shù)量。
相位選擇編碼塊620將相位控制字作為輸入，該相位控制字已經
基于調制信號而被構造。相位選擇編碼塊620將相位選擇控制作為輸 出提供給相位控制字。相位選擇控制用于控制相位選擇塊622中相位 分量分支的選擇。在合成器624中對所選的相位分量進行合成，以提 供表示調制信號的、經過PPM調制的信號。
圖7說明了相位選擇編碼塊620的實現(xiàn)。首先在轉換塊730( Phase To Rectangular Conversion )中將輸入的相位控制字轉換為I信號和Q 信號。I信號和Q信號分別是通過采用控制字的數(shù)學cos函數(shù)和sin 函數(shù)而形成的。這例如可以通過使用cordic算法或者查詢表來實現(xiàn)。 當需要高精度時，cordic算法是優(yōu)選的。
相位編碼塊732將I信號和Q信號編碼為相位選擇信號。這意味 著，由輸入I信號和Q信號表示的輸出相位^皮形成為可用相位信號分 量(在此情況中，是O度(I)、 90度(Q)、 180度(I+PI)和270度(Q+PI) 的相移信號分量)的組合。作為簡單示例，可以通過選擇0度和90 度相位信號分量二者的N個實例來形成45度的輸出相位。由此，塊 732作為輸出提供了在相位分量的合成中需要哪些分量以及需要每個 分量的多少實例。如杲輸出相位大于預期的最大相位分量(在此示例 中，是270到360度)，則可以使用來自前一周期的270度的相位分 量以及來自下一周期的0度的相位分量。
在相位編碼塊732之后，使用DEM算法(動態(tài)元素匹配，dynamic element match ) 734來任意地選擇所使用的相位分量分支。為了消除 由一個相位分量分支所引入的誤差，結合DEM算法是有益的。使用 DEM算法的原因在于由于模擬的非理想性，相位分量的N個分支 彼此稍有不同。如果總是使用相同的分支，則將產生靜態(tài)誤差，其對 于某個相位角度總是相同的。例如，如果某個相位分量(例如，90 度)具有10個分支，并且某個輸出相位需要這10個分支中的4個， 則有益地是從這10個分支中隨機選擇4個分支。
圖8說明了相位選擇塊622。相位選擇塊622的輸入是來自VCO
10606的相位分量以及來自相位選擇編碼塊620的相位選擇控制信號。 每個相位分量被劃分為N個分支，這N個分支由對應于每個相位分 量(0度、90度、180度、270度)的反相器單元840A到840D驅動。
圖9中所示的反相器可以包括PMOS開關和NMOS開關以及限 流電阻器Rup和Rd。wn。通過由相位選擇信號842控制的開關844來使 能對反相器950的輸入。每個塊840A到840D的輸入是所需數(shù)目的 相位分量分支，對這些相位分量分支一起進行求和以實現(xiàn)所想要的輸 出相位。原則上，可以使用任意類型的開關電流源來替換反相器950。 可以在諧振器(reasonator)線圏處對相位分量分支一起進行求和，從 而使電流脈沖的相位確定線圏的共振頻率。還可以使用能夠對電流分 支一起進行求和的任何其他類型的求和電路。
圖10給出了在執(zhí)行連續(xù)相位旋轉時如何執(zhí)行控制的示例。存在 四個不同的相位分量1000到1006。分量的振幅給出了該特定相位的 有效(active)分支的數(shù)目。當所有數(shù)目的相位分量分支均為0度相 位分量分支時，輸出相位為0。當90度相位分量分支的數(shù)目和O度分 支的數(shù)目相同時，輸出相位為45度。對所有相位分量分支使用相同 模擬，可以執(zhí)行輸出的完全旋轉。
圖11示出了根據(jù)本發(fā)明的方法的一個實施方式。在1100中，將 包含I信號分支和Q信號分支的調制信號作為輸入。在1102中，將 調制信號轉換為極坐標信號，也即，表示調制信號的振幅和相位的信 號。在1104中，以BP-PWM調制所需的方式對經過轉換的信號進行 預失真。在1106中，提供振蕩信號的至少兩個不同相位分量的多個 實例。有益地，在QPSK調制中，提供多于三個的相位分量。
在1108中，生成控制信號，以用于控制對相位分量的數(shù)目的選 擇，從而針對經過PPM調制的脈沖獲得預期的輸出相位。在一個實 施方式中，根據(jù)兩個PPM(脈沖位置調制)信號來形成經過BP-PWM 調制的信號。脈沖位于50-50比率，并且將信息編碼到脈沖的位置中。 當把兩個脈沖的位置(脈沖來自每個PPM信號)彼此相減時，獲得 了 BP-PWM脈沖的持續(xù)時間/寬度。在1110中，對所選信號進行合成，從而提供表示調制信號的信息內容的經過BP-P WM調制的信號。
在一個實施方式中，本發(fā)明是通過在處理器上可執(zhí)行的軟件來實 現(xiàn)的。該軟件可以打包到計算機程序產品中，該產品可以存儲在獨立 的存儲介質上，其可以由無線發(fā)射器中的計算機來讀取和執(zhí)行。除了
軟件，本發(fā)明可以由硬件來實現(xiàn)，像是ASCI (專用集成電路)或者
獨立的邏輯部件。
對于本領域技術人員易見的是，隨著技術的進步，可以通過各種 方式來實現(xiàn)本發(fā)明的概念。本發(fā)明及其實施方式不限于所描述的示 例，而是可以在權利要求書的范圍內變化。
權利要求
1. 一種調制器，包括輸入單元，其被配置為接收調制信號；控制單元，其被配置為基于所述調制信號來提供控制信號；振蕩單元，其被配置為提供載波頻率信號的至少兩個相位分量的多個實例；相位選擇器，其被配置為基于所述控制信號來選擇所述實例的組合，以提供表示所述調制信號的信息內容的輸出信號；以及合成器，其被配置為對所選實例進行合成，以形成經過調制的輸出信號。
2. 根據(jù)權利要求1所述的調制器，其中所述輸入單元被配置為接 收數(shù)據(jù)信號的I信號和Q信號。
3. 根據(jù)權利要求1所述的調制器，其中所述控制單元包括 極坐標轉換器，其被配置為將所述I輸入信號和Q輸入信號轉換為相位信號phi(t)以及振幅信號a(t)。
4. 根據(jù)權利要求3所述的調制器，其中所述控制單元進一步包括預失真器，其被配置為對所述相位信號和所述振幅信號進行預失真。
5..根據(jù)權利要求4所述的調制器，其中所述相位選擇器被配置為 提供經過脈沖位置調制的兩個脈沖序列，其中，基于經過預失真的振 幅信號來提供所述兩個脈沖序列的第 一 脈沖序列，并且基于經過預失 真的相位信號來提供所述兩個脈沖序列的第二脈沖序列。
6. 根據(jù)權利要求4所述的調制器，其中所述預失真器被配置為提 供經過預失真的振幅信號a*(t)=phi(t)/n+(arcsin(a(t))/n),其中，t是時 間，而n是調制所映射到的諧波信號。
7. 根據(jù)權利要求4所述的調制器，其中所述預失真器被配置為提 供經過預失真的相位信號phi*(t)=phi(t)/n-arcsin(a(t))/n，其中，t是時間，而n是調制所映射到的諧波信號。
8. 根據(jù)權利要求1所述的調制器，其中所述調制器被配置為提供 帶通脈沖寬度調制信號作為所述經過調制的輸出信號。
9. 根據(jù)權利要求8所述的調制器，其中所述帶通脈沖寬度調制信號由兩個經過脈沖位置調制的信號的差異來提供。
10. 根據(jù)權利要求8所述的調制器，其中所述振蕩單元被配置為提供至少三個相位分量。
11. 一種基站，包括權利要求1所述的調制器。
12. —種移動終端，包括權利要求1所述的調制器。
13. —種調制器，包括 用于接收調制信號的裝置；用于基于所述調制信號來提供控制信號的裝置； 用于提供載波頻率信號的至少兩個相位分量的多個實例的裝置； 用于基于所述控制信號來選擇所述實例的組合以提供表示所述 調制信號的信息內容的輸出信號的裝置；以及用于對所選實例進行合成以形成經過調制的輸出信號的裝置。
14. 一種調制方法，包括 接收調制信號；基于所述調制信號來提供控制信號； 提供載波頻率信號的至少兩個相位分量的多個實例； 基于所述控制信號來選擇所述實例的組合，以提供表示所述調制 信號的信息內容的輸出信號；以及對所選實例進行合成，以形成經過調制的輸出信號。
15. —種包含在計算機可讀介質上的計算機程序，所述計算機程 序被配置為接收調制信號；基于所述調制信號來提供控制信號；提供載波頻率信號的至少兩個相位分量的多個實例；基于所述控制信號來選擇所述實例的組合，以提供表示所述調制信號的信息內容的輸出信號；以及對所選實例進行合成，以形成經過調制的輸出信號
全文摘要
一種調制器(610)，包括輸入單元，其被配置為接收調制信號；控制單元，其被配置為基于該調制信號來提供控制信號；振蕩單元(606)，其被配置為提供載波頻率信號的至少兩個相位分量的多個實例；相位選擇器(622)，其被配置為根據(jù)控制信號來選擇相位分量實例的組合，從而獲得表示調制信號的信息內容的輸出信號；以及合成器(624)，其被配置為對所選的相位分量實例進行合成，以形成經過調制的輸出信號。
文檔編號H03C3/00GK101432963SQ200780014881
公開日2009年5月13日 申請日期2007年4月23日 優(yōu)先權日2006年4月24日
發(fā)明者A·維朗德爾, J·莫尼克塞拉, M·斯瓦爾德 申請人:諾基亞公司