專利名稱：用于調(diào)制數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種有效數(shù)字傳輸技術(shù)，尤其是涉及一種用于調(diào)制數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的方法和裝置。
數(shù)字通信依賴于多種相關(guān)但不同形式的數(shù)字調(diào)制，諸如移相鍵控(PSK)，二相移相鍵控(BPSK)，四相移相鍵控(QPSK或者4-PSK)，以及正交振幅調(diào)制(QAM)。
BPSK將參照

圖1進(jìn)行描述。如圖所示，基準(zhǔn)載波的幅度是固定的，并且發(fā)送0或者1，其相位被“鍵控”或者在0°和180°之間切換。接收機(jī)根據(jù)接收載波的相位，來判定是0還是1被發(fā)送，并且產(chǎn)生原始的數(shù)據(jù)流。利用這個簡單的方案，1比特的信息是與每態(tài)或者每個符號一起發(fā)送，以便載波相位以數(shù)據(jù)速率進(jìn)行鍵控。圖1也示意了BPSK的構(gòu)像。如圖所示，BPSK構(gòu)像圖在I-Q面上包括兩個點(diǎn)，其中I表示同相(例如相位基準(zhǔn))，Q代表90°相移(例如90°異相)。BPSK構(gòu)像圖中的這兩個點(diǎn)代表在“定時實(shí)例”中的信號位置。該定時實(shí)例是何時接收機(jī)來解釋該信號。信號每次只能在一個位置，但是可以認(rèn)為構(gòu)像具有持續(xù)性，以便出現(xiàn)所有合適的狀態(tài)。諸如圖1的構(gòu)像圖一般不示出狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)移，并且應(yīng)當(dāng)指出的是，這種轉(zhuǎn)移需要有限的時間。但是為了清楚起見，沒有示出轉(zhuǎn)移，否則，連接兩個狀態(tài)之間的軌跡將會弄亂該圖。
圖2示意了QPSK的構(gòu)像圖。如圖所示，四個不同的狀態(tài)以相位值45°,135°,225°,315°存在于QPSK圖中。如進(jìn)一步所示出的，每個狀態(tài)對應(yīng)于一個符號，該符號代表兩比特。因?yàn)閿?shù)據(jù)每次占用兩比特以形成一個符號，所以符號率是比特率的一半。結(jié)果，對于相同的比特率，QPSK需要BPSK帶寬的一半。
調(diào)制數(shù)據(jù)的傳送通常要求產(chǎn)生放大的調(diào)制信號。不利的是，放大可以引入失真，失真改變了信號的帶寬。許多多址通信技術(shù)，諸如時分多址(TDMA)，要求將傳送的信號保持在一個狹窄的頻帶內(nèi)以增加容量。為此，當(dāng)使用這種多址通信技術(shù)時，線性放大器一般已經(jīng)被用于放大調(diào)制信號。線性放大器在放大調(diào)制信號的同時，也保持信號的頻率，并給出較好的窄帶精度。使用窄帶，意味著載波信號的頻帶大于信號的頻帶。
然而，線性放大器消耗大量的電能。電能在無線通信系統(tǒng)中尤其成為問題，在該系統(tǒng)中，各個移動站是由有限的電源供電的。因此，非常需要一種有利地延長這種電源壽命的技術(shù)。
根據(jù)本發(fā)明的用于調(diào)制數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的方法和裝置利用了非線性放大器。非線性放大器有時也被稱為開關(guān)或者高頻放大器，并且通常稱為(但不限于)D,E,F,G,H類，該非線性放大器精確地再生信號的相位，而不是包絡(luò)(與線性放大器相反)。非線性放大器比線性放大器消耗少的多的電能，但是由于它們引入了失真，一般不符合窄頻帶的要求。然而，根據(jù)本發(fā)明的用于調(diào)制數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的方法和裝置在使用非線性放大器的同時，也符合窄頻帶的要求。
該調(diào)制器包括一個產(chǎn)生信號的振蕩器，每個信號具有不同的相位。選擇器在該調(diào)制器中，當(dāng)由選擇器所接收的數(shù)字信號改變邏輯狀態(tài)時(例如從0到1或從1到0)，選擇器向第一非線性放大器發(fā)送第一多個這種信號，并且當(dāng)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)改變邏輯狀態(tài)時，向第二非線性放大器發(fā)送第二多個信號。第一和第二非線性放大器的輸出被累加，以產(chǎn)生一個射頻數(shù)據(jù)，該射頻輸出一般不會經(jīng)受由非線性放大器所引入的失真。
本發(fā)明通過下文給出的詳細(xì)描述以及僅借助于圖解說明給出的附圖而變得更加容易理解，其中相同的附圖標(biāo)記表示各個附圖中的對應(yīng)部分，其中圖1示意了用于二相移相鍵控的基準(zhǔn)載波、鍵控基準(zhǔn)載波以及構(gòu)像圖；圖2示意了用于四相移相鍵控的構(gòu)像圖；圖3示意了根據(jù)本發(fā)明的用于執(zhí)行BPSK調(diào)制的調(diào)制器；
圖4A-4B示意了接收的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)以及圖3所示調(diào)制器的輸出；圖5示意了由圖3調(diào)制器中的振蕩器所產(chǎn)生的不同相移信號以及RF輸出相量軌跡；圖6示意了根據(jù)本發(fā)明的用于執(zhí)行QPSK調(diào)制的調(diào)制器；圖7示意了由圖6調(diào)制器中的振蕩器所產(chǎn)生的不同相移信號，從同相調(diào)制器電路輸出的相量軌跡，從四相調(diào)制器電路輸出的相量軌跡以及RF輸出的相量軌跡。
圖3示意了根據(jù)本發(fā)明的用于執(zhí)行BPSK調(diào)制的調(diào)制器。如圖所示，環(huán)形振蕩器10包括串聯(lián)的第一到第N個反向器12-1到12-N，并且第N個反向器12-N的輸出連接到反向器12-1的輸入。第一到第N個反向器12-1到12-N諧振，以便每個第一到第N個反向器12-1到12-N的輸出是不同的相移信號。
選擇器14接收用于調(diào)制的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)以及來自環(huán)形振蕩器10的輸出。根據(jù)該數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，選擇器14選擇性地向第一非線性功率放大器16和第二非線性功率放大器施加來自環(huán)形振蕩器的輸出。加法器20累加第一和第二非線性功率放大器16和18的輸出，以在射頻產(chǎn)生調(diào)制后的信號用以傳輸。
圖1所示調(diào)制器的工作將參照圖4A-5進(jìn)行詳細(xì)描述。環(huán)形振蕩器10產(chǎn)生多個不同相移的信號。這些不同相移信號的一個實(shí)施例示于圖5中。圖5示意了一個坐標(biāo)平面，其帶有作為實(shí)軸的水平軸，以及作為虛軸的垂直軸。如內(nèi)圓30所示，每個不同相移的信號具有相同的幅度A0。如內(nèi)圓30上十字形所代表的，振蕩器30產(chǎn)生16個不同相移的信號(即N=16)，其中沿著內(nèi)圓30的相鄰不同相移信號之間的相位差是相同的。也就是說，不同相移信號包括多個具有相位0,Ⅱ/8,Ⅱi/8,…,15Ⅱ/8的信號。
然而，這些不同相移信號被選擇器14看作第一和第二多個不同相移信號。具有0,Ⅱ/8,…,Ⅱ的不同相移信號認(rèn)作第一多個不同相移信號，具有0,15Ⅱ/8,7Ⅱ/4,…,Ⅱ的不同相移信號認(rèn)作第二多個不同相移信號。
如圖4A所示，首先假定選擇器14接收代表-1的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。這時，選擇器14選擇具有相位Ⅱ的不同相移信號作為第一輸出信號CE1和第二輸出信號CE2，并且分別向第一和第二非線性放大器16和18發(fā)送第一和第二輸出信號CE1和CE2。加法器20將第一和第二非線性放大器16和18的輸出相加，以產(chǎn)生示于圖4B的RF輸出信號。
當(dāng)進(jìn)入選擇器14的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)改變符號時，選擇器14被觸發(fā)，開始以相反方式圍繞環(huán)形振蕩器步進(jìn)，以產(chǎn)生第一和第二輸出信號CE1和CE2。也就是說，選擇器14以步進(jìn)的方式將第一多個不同相移信號提供為第一輸出信號CE1，將第二多個不同相以信號提供為第二輸出信號CE2。相應(yīng)地，第一非線性放大器16接收具有相位7Ⅱ/8,3Ⅱ/4,…,0的不同相移信號，第二非線性放大器18接收具有相位9Ⅱ/8,5Ⅱ/4,…,0的不同相移信號。
圖5示意了當(dāng)不同相移信號具有被分別選擇作為第一和第二輸出信號CE1和CE2的相位3Ⅱ/4和5Ⅱ/4時，第一和第二輸出信號CE1和CE2的相量。忽略由第一和第二非線性放大器16和18所提供的放大，產(chǎn)生的RF輸出的相量被示于圖5中。如該實(shí)施例所示意的，表示RF輸出的相量的軌跡駐留在實(shí)軸上。圖5還示出了表示RF輸出的相量在時間上的投影。如圖所示，數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的階躍轉(zhuǎn)移隨著時間而平滑。而且，通過累加第一和第二非線性放大器16和18的輸出，由每個相應(yīng)的放大器所引入的失真被去除(即過濾掉)。
當(dāng)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)再次改變狀態(tài)時，選擇器14向第一和第二非線性放大器16和18提供第一和第二多個不同相移信號。但是這時，不同相移信號從帶由0相位的信號前進(jìn)到帶有Ⅱ相位的信號。圖4B示意了在時間軸上相對于圖4A所示的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的調(diào)制器的輸出。
盡管圖1所示調(diào)制器的環(huán)形振蕩器被描述為可以提供16個不同相移的信號，但是應(yīng)當(dāng)理解的是，也可以施加少于或多于16個的不同相移信號。而且，除了提供不同相移的信號(其中相鄰的不同相移信號在相位上相差相同的相位值)，諸如內(nèi)插器的中間處理電路(未示出)設(shè)置在振蕩器10和選擇器14之間，以便選擇器14接收不同相移的信號，其中相鄰的不同相移信號在相位上相差不同的數(shù)值。這允許調(diào)制器的設(shè)計(jì)者在傳送之前，實(shí)現(xiàn)過濾數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的任何需要方法。
如上所示，圖1的調(diào)制器施加到BPSK。然而，根據(jù)前面和后面公開的內(nèi)容，將會理解如何利用圖1的電路作為基本組成部件，為諸如QPSK的其他調(diào)制技術(shù)提供電路。圖6示出了根據(jù)本發(fā)明的用于QPSK的調(diào)制器實(shí)例。如圖所示，同相數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)和四相數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)每個被施加到圖1的相同電路，其中振蕩器10被共用。
唯一的操作性差別在于(1)用于四相數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的選擇器14將Ⅱ/2和Ⅱ/4之間的不同相移信號提供作為第一和第二多個不同相移信號，以及(2)加法器20的輸出與另一個加法器50的輸出相加，以產(chǎn)生QPSK調(diào)制器的輸出。圖7示意了用于同相數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的、來自加法器20的I-RF輸出，用于四相數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)、來自加法器20的Q-RF輸出，以及加法器50的RF輸出的相位圖以及可能的相量軌跡。
如圖1所示意的，由振蕩器10所產(chǎn)生的不同相移信號的數(shù)量不限于16，并且不同相移信號不限于具有相差相同數(shù)值的不同相移信號。在后一種情況下，可能需要用于四相數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)電路的另一種振蕩器，這取決于所使用的濾波器技術(shù)，并且處理電路設(shè)置于選擇器14于振蕩器10之間。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明的調(diào)制器提供了利用非線性放大器的低功率消耗的好處，并且滿足了一般要求使用線性放大器的窄頻帶要求。
權(quán)利要求
1．一種調(diào)制數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的方法，包括a)提供第一和第二多個不同相移信號；b)接收該數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)；c)當(dāng)所述接收數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)改變狀態(tài)時，將所述第一和第二多個不同相移信號分別施加到第一和第二非線性放大器；d)累加來自第一和第二非線性放大器的輸出。
2．根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述第一和第二多個不同相移信號都包括一個第一和第二基準(zhǔn)相位信號，所述第一多個不同相移信號的第一基準(zhǔn)相位信號和第二基準(zhǔn)相位信號相差相應(yīng)的第一多個相差值，所述第二多個不同相移信號的第一基準(zhǔn)相位信號和第二基準(zhǔn)相位信號相差相應(yīng)的第二多個相差值，并且第一多個相差值在幅度上等于所述第二多個相差值，在符號上與第二多個相差值相反。
3．根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其中所述第一多個相差值與所述第一基準(zhǔn)相位信號遞增地相差一個相同的負(fù)增量，所述第二多個相差值與所述第一基準(zhǔn)相位信號遞增地相差一個正增量，該正增量在幅度上等于所述的負(fù)增量。
4．根據(jù)權(quán)利要求3的方法，其中所述第一基準(zhǔn)相位信號和所述第二基準(zhǔn)相位信號在相位上相差180°。
5．根據(jù)權(quán)利要求4的方法，其中所述步驟c)當(dāng)所述接收的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)從第一狀態(tài)轉(zhuǎn)移到第二狀態(tài)時，將所述第一和第二多個不同相移信號從所述第一基準(zhǔn)相位信號施加到所述第二基準(zhǔn)相位信號，當(dāng)所述接收的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)從第二狀態(tài)轉(zhuǎn)移到第一狀態(tài)時，將所述第一和第二多個不同相移信號從所述第二基準(zhǔn)相位信號施加到所述第一基準(zhǔn)相位信號。
6．根據(jù)權(quán)利要求3的方法，其中所述步驟c)當(dāng)所述接收的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)從第一狀態(tài)轉(zhuǎn)移到第二狀態(tài)時，將所述第一和第二多個不同相移信號從所述第一基準(zhǔn)相位信號施加到所述第二基準(zhǔn)相位信號，當(dāng)所述接收的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)從第二狀態(tài)轉(zhuǎn)移到第一狀態(tài)時，將所述第一和第二多個不同相移信號從所述第二基準(zhǔn)相位信號施加到所述第一基準(zhǔn)相位信號。
7．根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其中所述第一基準(zhǔn)相位信號和所述第二基準(zhǔn)相位信號在相位上相差180°。
8．根據(jù)權(quán)利要求7的方法，其中所述步驟c)當(dāng)所述接收的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)從第一狀態(tài)轉(zhuǎn)移到第二狀態(tài)時，將所述第一和第二多個不同相移信號從所述第一基準(zhǔn)相位信號施加到所述第二基準(zhǔn)相位信號，當(dāng)所述接收的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)從第二狀態(tài)轉(zhuǎn)移到第一狀態(tài)時，將所述第一和第二多個不同相移信號從所述第二基準(zhǔn)相位信號施加到所述第一基準(zhǔn)相位信號。
9．根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其中所述步驟c)當(dāng)所述接收的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)從第一狀態(tài)轉(zhuǎn)移到第二狀態(tài)時，將所述第一和第二多個不同相移信號從所述第一基準(zhǔn)相位信號施加到所述第二基準(zhǔn)相位信號，當(dāng)所述接收的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)從第二狀態(tài)轉(zhuǎn)移到第一狀態(tài)時，將所述第一和第二多個不同相移信號從所述第二基準(zhǔn)相位信號施加到所述第一基準(zhǔn)相位信號。
10．一種用于調(diào)制數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的裝置，包括一個第一非線性放大器；一個第二非線性放大器；一個用于產(chǎn)生第一和第二多個不同相移信號的振蕩器電路；一個接收數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的選擇電路，并且當(dāng)所述接收的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)改變狀態(tài)時，分別將所述第一和第二多個不同相移信號施加到第一和第二非線性放大器；一個累加第一和第二非線性放大器輸出的加法器。
11．根據(jù)權(quán)利要求10的裝置，其中所述第一和第二多個不同相移信號都包括一個第一和第二基準(zhǔn)相位信號，所述第一多個不同相移信號的第一基準(zhǔn)相位信號和第二基準(zhǔn)相位信號相差相應(yīng)的第一多個相差值，所述第二多個不同相移信號的第一基準(zhǔn)相位信號和第二基準(zhǔn)相位信號相差相應(yīng)的第二多個相差值，并且第一多個相差值在幅度上等于所述第二多個相差值，在符號上與第二多個相差值相反。
12．根據(jù)權(quán)利要求11的裝置，其中所述第一多個相差值與所述第一基準(zhǔn)相位信號遞增地相差一個相同的負(fù)增量，所述第二多個相差值與所述第一基準(zhǔn)相位信號遞增地相差一個正增量，該正增量在幅度上等于所述的負(fù)增量。
13．根據(jù)權(quán)利要求12的裝置，其中所述第一基準(zhǔn)相位信號和所述第二基準(zhǔn)相位信號在相位上相差180°。
14．根據(jù)權(quán)利要求13的裝置，其中當(dāng)所述接收的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)從第一狀態(tài)轉(zhuǎn)移到第二狀態(tài)時，將所述第一和第二多個不同相移信號從所述第一基準(zhǔn)相位信號施加到所述第二基準(zhǔn)相位信號，當(dāng)所述接收的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)從第二狀態(tài)轉(zhuǎn)移到第一狀態(tài)時，將所述第一和第二多個不同相移信號從所述第二基準(zhǔn)相位信號施加到所述第一基準(zhǔn)相位信號。
15．根據(jù)權(quán)利要求12的裝置，其中當(dāng)所述接收的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)從第一狀態(tài)轉(zhuǎn)移到第二狀態(tài)時，將所述第一和第二多個不同相移信號從所述第一基準(zhǔn)相位信號施加到所述第二基準(zhǔn)相位信號，當(dāng)所述接收的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)從第二狀態(tài)轉(zhuǎn)移到第一狀態(tài)時，將所述第一和第二多個不同相移信號從所述第二基準(zhǔn)相位信號施加到所述第一基準(zhǔn)相位信號。
16．根據(jù)權(quán)利要求11的裝置，其中所述第一基準(zhǔn)相位信號和所述第二基準(zhǔn)相位信號在相位上相差180°。
17．根據(jù)權(quán)利要求16的裝置，其中當(dāng)所述接收的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)從第一狀態(tài)轉(zhuǎn)移到第二狀態(tài)時，將所述第一和第二多個不同相移信號從所述第一基準(zhǔn)相位信號施加到所述第二基準(zhǔn)相位信號，當(dāng)所述接收的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)從第二狀態(tài)轉(zhuǎn)移到第一狀態(tài)時，將所述第一和第二多個不同相移信號從所述第二基準(zhǔn)相位信號施加到所述第一基準(zhǔn)相位信號。
18．根據(jù)權(quán)利要求11的裝置，其中當(dāng)所述接收的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)從第一狀態(tài)轉(zhuǎn)移到第二狀態(tài)時，將所述第一和第二多個不同相移信號從所述第一基準(zhǔn)相位信號施加到所述第二基準(zhǔn)相位信號，當(dāng)所述接收的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)從第二狀態(tài)轉(zhuǎn)移到第一狀態(tài)時，將所述第一和第二多個不同相移信號從所述第二基準(zhǔn)相位信號施加到所述第一基準(zhǔn)相位信號。
19．根據(jù)權(quán)利要求10的裝置，其中所述振蕩器電路為一環(huán)形振蕩器。
全文摘要
調(diào)制器包括一個產(chǎn)生信號的振蕩器以及一個接收數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的選擇器,每個信號具有一個不同的相位,。當(dāng)由選擇器所接收的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)改變邏輯狀態(tài)時,選擇器將由振蕩器所產(chǎn)生的第一和第二多個信號分別施加到第一和第二非線性放大器。加法器接著累加每個放大器的輸出,以產(chǎn)生一個射頻輸出。
文檔編號H04L27/34GK1310880SQ00800501
公開日2001年8月29日 申請日期2000年5月3日 優(yōu)先權(quán)日1999年5月4日
發(fā)明者杰克·格拉斯, 維德莫·I·普羅丹諾夫, 莫里斯·J·塔西亞 申請人:朗迅科技公司