專利名稱：在調(diào)制系統(tǒng)限制信號(hào)幅度的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及一種用于限制從數(shù)字調(diào)制器輸出的信號(hào)幅度的方法。本發(fā)明尤其涉及處理在矩形平面上排列的信號(hào)點(diǎn)。
背景技術(shù)：
最近幾年，碼分多址(CDMA)系統(tǒng)已經(jīng)在移動(dòng)無(wú)線通信領(lǐng)域得到了廣泛關(guān)注。寬帶碼分多址(WCDMA)和窄帶碼分多址CDMA系統(tǒng)都已提出。WCDMA使用比窄帶系統(tǒng)更寬的信道，這樣就能提高頻率分集效果，由此降低衰落問(wèn)題。
在CDMA系統(tǒng)中的調(diào)制方法為正交調(diào)幅QAM。這個(gè)術(shù)語(yǔ)用于描述正交組合兩個(gè)幅度和相位調(diào)制的載波。正交指兩個(gè)載波之間的相差為90°。其中一個(gè)載波稱為同相載波，而另一載波稱為正交載波。一個(gè)載波可以是經(jīng)數(shù)字調(diào)制的正弦波，而另一載波可以是經(jīng)數(shù)字調(diào)制的相同頻率的余弦波。因此，每個(gè)QAM調(diào)制器的任務(wù)是執(zhí)行[1(n)，Q(n)]的圓周旋轉(zhuǎn)。
圖1示意了一種在WCDMA系統(tǒng)的數(shù)字調(diào)制器。擴(kuò)展和加擾的復(fù)值物理信道利用復(fù)合加法在加法器10組合。結(jié)果產(chǎn)生的復(fù)值碼片序列被應(yīng)用于分路器11。分路器將該復(fù)值碼片序列分為兩個(gè)并行分支。在上一分支和下一分支中的信號(hào)都為實(shí)數(shù)值信號(hào)。通常在上一分支中的信號(hào)代表I信號(hào)，而在下一分支中的信號(hào)代表Q信號(hào)。
該調(diào)制為QPSK(正交相移鍵控)，其中I信號(hào)在乘法器14與一個(gè)頻率為fL的余弦信號(hào)相乘，而Q信號(hào)在乘法器15與一個(gè)頻率同樣為fL的正弦信號(hào)相乘。接著，產(chǎn)生的信號(hào)在加法器16相加，其中和信號(hào)為該調(diào)制器的輸出信號(hào)。通常I信號(hào)和Q信號(hào)都在整形濾波器(未示出)被整形。
圖2描繪了在2-維平面上表示的一個(gè)I-信號(hào)和一個(gè)Q-信號(hào)的構(gòu)象點(diǎn)。這個(gè)平面稱為同相和正交平面，簡(jiǎn)稱為I-Q平面。從圖中可看出，該構(gòu)象點(diǎn)離原點(diǎn)的距離可視為從兩個(gè)分量，即Q分量和I分量，構(gòu)成的向量的頂端。該構(gòu)象點(diǎn)在I-Q平面上的位置，即該向量的長(zhǎng)度和角度，取決于該I和Q值，而這兩個(gè)值又取決于所用的調(diào)制方案。
當(dāng)該調(diào)制器的連續(xù)輸出信號(hào)表示為s(t)，I-信號(hào)表示為I(n)，而Q-信號(hào)表示為Q(n)時(shí)，輸出信號(hào)可根據(jù)下述公式表示s(t)＝I(n)cos(ωt)+Q(n)sin(ωt) (1)輸出信號(hào)s(t)的最大幅度為max{s(t)}=I(n)2+Q(n)2---(2)]]>注意這個(gè)幅度與圖2所示的向量長(zhǎng)度相同。
在數(shù)字域，數(shù)字調(diào)制信號(hào)的幅度點(diǎn)構(gòu)成I-Q平面上的構(gòu)象點(diǎn)。在I-Q平面上，信號(hào)點(diǎn)的構(gòu)象對(duì)信噪(S/N)比和傳輸差錯(cuò)率有很大影響。傳輸差錯(cuò)率取決于這些信號(hào)點(diǎn)之間的距離。如果這個(gè)距離太小，在接收機(jī)提取一個(gè)與真實(shí)信號(hào)點(diǎn)相鄰的信號(hào)點(diǎn)時(shí)可能出錯(cuò)。另一方面，構(gòu)象的形狀影響發(fā)射機(jī)的操作。在技術(shù)上我們知道，基于I-Q平面上一個(gè)信號(hào)點(diǎn)的調(diào)制信號(hào)的功率與該信號(hào)點(diǎn)和該I-Q平面的原點(diǎn)之間的距離平方成正比。換言之，信號(hào)點(diǎn)距離原點(diǎn)越遠(yuǎn)，對(duì)應(yīng)該點(diǎn)的調(diào)制信號(hào)的功率越高。
由于若干原因?qū)崝?shù)型調(diào)制器的構(gòu)象點(diǎn)不是最佳的，通常一些輸出向量太大。因此，在現(xiàn)有技術(shù)中，必須通過(guò)某一方式限制調(diào)制器的輸出向量。
最直截了當(dāng)?shù)姆绞绞侵豢s短太長(zhǎng)的輸出向量。這個(gè)任務(wù)是限制二維向量的幅度為一定值，而且保持其原有方向。通常這意味著首先必須計(jì)算該向量的幅度，如果這個(gè)幅度超過(guò)限值，原向量將按比例縮小。這個(gè)過(guò)程包括諸如乘、平方根和除的運(yùn)算，利用類似ASIC或FPGA或數(shù)字信號(hào)處理器DSP的數(shù)字邏輯很難有效實(shí)現(xiàn)這些運(yùn)算。這意味著必須采用近似方法。然而由于數(shù)字邏輯的特征，很難保持原向量的方向，這樣做將引起錯(cuò)誤。
圖3描繪了64-級(jí)調(diào)制方案的信號(hào)點(diǎn)的矩形構(gòu)象。在這個(gè)例子中，構(gòu)象中的每個(gè)點(diǎn)表示一個(gè)調(diào)制符號(hào)，它由一個(gè)唯一的六位組合構(gòu)成。沿橫軸的點(diǎn)表示單個(gè)余弦載波的所有可能調(diào)制，而沿縱軸的點(diǎn)表示單個(gè)正弦載波的所有可能調(diào)制。這種構(gòu)象可通過(guò)所謂的方形(square)削波實(shí)現(xiàn)，在此每個(gè)向量的分量x，y被獨(dú)立限制(削波)。
rresult＝xresultex+yresultey，其中 在上述公式中，ex為Q軸的單位向量，而ey為I軸的單位向量。
這種削波很容易利用硬件實(shí)現(xiàn)，但其質(zhì)量不是很高。其幅度差在0≤G<20log2dB≈3dB]]>的范圍內(nèi)，而角度差被限制為|θ|＜45°。
然而，矩形構(gòu)象不是一種好的形式，因?yàn)檫吔翘幍男盘?hào)點(diǎn)遠(yuǎn)離原點(diǎn)。類似圖3中的信號(hào)點(diǎn)1的這些信號(hào)點(diǎn)具有很大能量。因此，我們知道排列該構(gòu)象以構(gòu)成一個(gè)六邊形，如圖3中的虛線描繪。
該構(gòu)象的最佳形式將為一個(gè)圓，使每個(gè)符號(hào)的平均能量最小。圓形構(gòu)象的效果比六邊形好0.7dB，而比矩形好約3dB。然而遺憾的是，實(shí)際應(yīng)用中很難實(shí)現(xiàn)排列該構(gòu)象為一個(gè)圓，而且效率的提高大大增加了調(diào)制器的難度。
然而，當(dāng)使用矩形或六邊形構(gòu)象形狀時(shí)，由于邊角處的高功率調(diào)制的信號(hào)，發(fā)射機(jī)的輸出容易飽和。由此，發(fā)射機(jī)的最大輸出功率將根據(jù)邊角點(diǎn)限制。因此，其他點(diǎn)的輸出功率不象發(fā)射機(jī)將允許的那樣高。因此，發(fā)射機(jī)的容量使用沒(méi)有達(dá)到最佳。然而，矩形構(gòu)象廣泛使用但具有一個(gè)功率控制電路，調(diào)制器的輸出信號(hào)施加到這個(gè)電路。這就減輕了由構(gòu)象形狀導(dǎo)致的缺陷。
現(xiàn)有技術(shù)方法的缺點(diǎn)是難于限制發(fā)射機(jī)的峰值發(fā)射功率。利用矩形或六邊形構(gòu)象的限制實(shí)際上很難，因此它必須基于反復(fù)試驗(yàn)方法。另一缺點(diǎn)是難于保持向量的原方向。已知方法要求相對(duì)復(fù)雜的實(shí)現(xiàn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)目的是設(shè)計(jì)一種方法，使數(shù)字調(diào)制器產(chǎn)生的信號(hào)幅度低于一個(gè)預(yù)定限值但仍保持該向量的原方向。
本發(fā)明的另一目的是設(shè)計(jì)一種方法，使得在調(diào)制器簡(jiǎn)單和精確地實(shí)現(xiàn)向量削波。
這些目的的實(shí)現(xiàn)使得不是處理數(shù)字調(diào)制器的輸出向量或其分量向量，而是在調(diào)制之前，即，在分別與一個(gè)正弦信號(hào)和一個(gè)余弦信號(hào)相乘之前，對(duì)基帶I和Q信號(hào)進(jìn)行處理。
I-和Q信號(hào)被施加到削波電路的輸入端。預(yù)定限值也施加到該削波電路的另一輸入端。削波電路在I-Q平面上旋轉(zhuǎn)I-和Q信號(hào)的值，即，終止于構(gòu)象點(diǎn)I、Q的向量，到終止于該限值的向量。同時(shí)，終止于限值的向量向終止于構(gòu)象點(diǎn)I、Q的向量旋轉(zhuǎn)。旋轉(zhuǎn)利用Cordic算法實(shí)施。完成旋轉(zhuǎn)后，終止于構(gòu)象點(diǎn)I、Q的向量與旋轉(zhuǎn)前終止于限值的向量成一條直線，而終止于限值的向量與旋轉(zhuǎn)前終止于構(gòu)象點(diǎn)I、Q的向量成一條直線。
現(xiàn)在比較旋轉(zhuǎn)后I-Q向量的長(zhǎng)度與該限值向量。如果旋轉(zhuǎn)后I-Q向量短于該限值向量，那么原I-Q向量被接受，而且從削波電路中輸出原I-和Q-信號(hào)。因此，利用原I-和Q信號(hào)執(zhí)行載波調(diào)制。
但如果旋轉(zhuǎn)后I-Q向量長(zhǎng)于該限值向量，那么原向量將被丟棄，而被旋轉(zhuǎn)后的限值向量取代。因此，利用旋轉(zhuǎn)后的限值向量具有的I-和Q信號(hào)值執(zhí)行載波調(diào)制。
本發(fā)明的一個(gè)要點(diǎn)是正確選擇該限值。即，選擇終止于該限值的向量以便它在Q軸或I軸方向上。因此，該向量始于原點(diǎn)，并且沿正Q軸或沿正I軸伸展。該向量的預(yù)定長(zhǎng)度與削波電路的削波限值相同。


現(xiàn)在參考附圖更詳細(xì)地描述本發(fā)明，其中圖1為QAM調(diào)制器的原理圖；圖2描繪了I-Q平面上的I-Q向量；圖3示出了一種矩形構(gòu)象；圖4示意了削波電路在調(diào)制器中的位置；圖5描繪了信號(hào)點(diǎn)的再定位；圖6示意了向量的旋轉(zhuǎn)；圖7示意了在Cordic旋轉(zhuǎn)之前的向量；圖8示意了在Cordic旋轉(zhuǎn)之后的向量；以及圖9為該方法的簡(jiǎn)化框圖。
具體實(shí)現(xiàn)方式圖4示意了該削波電路在調(diào)制器中的位置。從圖中可看出，它位于分路電路11以及乘法器14和15之間。因此，來(lái)自該分路電路的I-和Q信號(hào)為削波電路的輸入信號(hào)。該削波電路的其他輸入信號(hào)為兩個(gè)限值。來(lái)自削波電路11的輸出信號(hào)表示為I*和Q*。信號(hào)I*施加到乘法器14，而信號(hào)Q*施加到乘法器15。
圖5示出了削波電路如何對(duì)幅度太大的信號(hào)點(diǎn)進(jìn)行處理。包含一個(gè)I-信號(hào)和一個(gè)Q-信號(hào)的每個(gè)信號(hào)對(duì)在I-Q平面上構(gòu)成一個(gè)信號(hào)點(diǎn)，稱為構(gòu)象點(diǎn)。一些信號(hào)點(diǎn)在圖中表示為黑點(diǎn)。始于原點(diǎn)且終止于信號(hào)點(diǎn)(I，Q)的向量的長(zhǎng)度S為S=I2+Q2---(4)]]>下文中稱這些向量為I-Q向量。
前面提及的限值，也施加到削波電路的輸入端，它們表示為ILIMIT和QLIMIT。在I-Q平面上，限制可視為始于原點(diǎn)且終止于信號(hào)點(diǎn)ILIMIT，QLIMIT的限值向量。因此該限值向量的長(zhǎng)度SLIMIT為SLIMIT=IILIMIT2+QLIMIT2---(5)]]>當(dāng)長(zhǎng)度SLIMIT固定時(shí)，滿足上述公式的所有ILIMIT，QLIMIT值對(duì)沿一個(gè)半徑為SLIMIT的圓排列(見(jiàn)圖5)。下文中稱所有始于原點(diǎn)且終止于該圓的向量為限值向量。
再參考圖5，削波電路的作用使得能縮短端點(diǎn)位于半徑SLIMIT的圓外的任何I-Q向量，端點(diǎn)(I，Q)以這個(gè)縮小量沿該向量移向這個(gè)圓，并得到新的I和Q值。例如，具有值I、Q的信號(hào)點(diǎn)1被位于半徑SLIMIT的圓上且具有值I*和Q*的一個(gè)新信號(hào)點(diǎn)取代。這可根據(jù)下面的限制條件表示如果I2+Q2>SLIMIT]]>則向量S縮短到端點(diǎn)(I*Q*)，這樣(I*)2+(Q*)2≤SLIMIT]]>有效。
實(shí)際上，每當(dāng)從分路電路接收到一個(gè)新信號(hào)點(diǎn)值(I，Q)，不能總是輸入新的限值，因?yàn)樵谙鞑ㄖ芷谥?，信?hào)點(diǎn)值是未知的，即，每個(gè)I-Q向量的長(zhǎng)度和角度隨向量而異。
因此，限值ILIMIT，QLIMIT被選擇為恒值，此外使得ILIMIT或QLIMIT為0。因此，限值為ILIMIT，0或0，QLIMIT。這意味著限值向量在I-Q平面的I軸或Q軸上。這樣選擇限值的優(yōu)點(diǎn)在后面將很明顯。
削波電路通過(guò)應(yīng)用CORDIC算法對(duì)I-Q向量和限值向量圓周旋轉(zhuǎn)來(lái)執(zhí)行上面提及的限制條件。在參考文獻(xiàn)J.E.Volder“CORDIC三角法計(jì)算技術(shù)”，IRE電子計(jì)算機(jī)學(xué)報(bào)，Vol.EC-8，No.3，PP.330-334，1959年9月，描述了所述算法。
CORDIC(協(xié)調(diào)旋轉(zhuǎn)數(shù)字計(jì)算機(jī))計(jì)算技術(shù)是特別為實(shí)時(shí)數(shù)字計(jì)算機(jī)的使用開(kāi)發(fā)的，其中大部分計(jì)算涉及導(dǎo)航公式的三角法關(guān)系的不連續(xù)、編程解決方案，以及坐標(biāo)變換的三角法關(guān)系的高解決速率。在該算法中，采用一個(gè)條件加法和減法序列。給定一個(gè)向量的坐標(biāo)分量和旋轉(zhuǎn)角度，計(jì)算在旋轉(zhuǎn)給定角度后原向量的坐標(biāo)分量。
因此，利用CORDIC算法能有效實(shí)現(xiàn)本發(fā)明中所用的圓周旋轉(zhuǎn)，該算法是一種用于計(jì)算許多基本功能的迭代算法。
現(xiàn)在，簡(jiǎn)要描述CORDIC算法的原理。本發(fā)明的削波方法的主要任務(wù)是執(zhí)行[I(n)，Q(n)]T的圓周旋轉(zhuǎn)。
這個(gè)過(guò)程在圖6示意，其中原向量的坐標(biāo)為I、Q。原向量旋轉(zhuǎn)一個(gè)在此由ANG表示的角度。因此，原向量的坐標(biāo)由I和Q變?yōu)镮′和Q′。
在數(shù)學(xué)上這可表示為I′＝I·cos(ANG)+Q·sin(ANG)(7)Q′＝Q·cos(ANG)-I·sin(ANG)上述公式可重新組合如下I′＝cos(ANG)·[I+Q·tan(ANG)] (8)Q′＝cos(ANG)·[Q-I·tan(ANG)]通過(guò)執(zhí)行一系列連續(xù)的較小基本旋轉(zhuǎn)可得到任意角度的旋轉(zhuǎn)。限制旋轉(zhuǎn)角度以便tan(Angi)＝±2-i，式中i＝0，1，2...，因此與正切項(xiàng)的相乘被減化為該實(shí)現(xiàn)電路中的二進(jìn)制移位操作。
現(xiàn)在根據(jù)公式(9)可表示出迭代旋轉(zhuǎn)
Ii+1＝Ki[Ii+Qidi2-i]Qi+1＝Ki[Qi-Iidi2-i] (9)Ki＝cos(tan-1(2-i))式中Ki為比例常數(shù)，而di＝-1或+1，取決于旋轉(zhuǎn)的方向。
沒(méi)有比例常數(shù)的話，這兩個(gè)向量分量很快達(dá)到滿刻度。然而，從迭代公式(9)中去除比例常數(shù)Ki將得到一個(gè)簡(jiǎn)單的用于向量旋轉(zhuǎn)的移位加算法。通過(guò)縮短(按比例降低)原向量可去除比例常數(shù)。CORDIC旋轉(zhuǎn)算法的增益約為g＝1.647，因此如果原向量在任何一個(gè)坐標(biāo)軸上，利用增益最便于執(zhí)行比例縮放。
去除比例常數(shù)后得到公式(10)Ii+1＝[Ii+Qidi2-i] (10)Qi+1＝[Qi-Iidi2-i]di＝-1或+1，取決于旋轉(zhuǎn)的方向。
公式(10)用于執(zhí)行這些向量的旋轉(zhuǎn)。
圖7示意了削波電路對(duì)從分路器接收的每個(gè)I-Q信號(hào)執(zhí)行的操作，目的是實(shí)現(xiàn)圖5所示的結(jié)果。以基帶調(diào)制速率，例如16MHz，產(chǎn)生I-Q信號(hào)對(duì)。這些信號(hào)對(duì)被視為向量，其中接收的每個(gè)向量的長(zhǎng)度和角度隨向量而異。此外，為清晰起見(jiàn)，我們假設(shè)信號(hào)點(diǎn)1在圖7對(duì)應(yīng)圖5的信號(hào)點(diǎn)1。
重參考圖7，其中示出了原向量和按比例縮小后的限值向量的位置。原向量始于原點(diǎn)終止于信號(hào)點(diǎn)1。應(yīng)注意的是，由于利用Cordic旋轉(zhuǎn)可達(dá)到的總旋轉(zhuǎn)角被限制為約±90°，可能要求首先旋轉(zhuǎn)180°。因此，如果原向量的端點(diǎn)為點(diǎn)A，則該向量必須首先旋轉(zhuǎn)180°角，以便信號(hào)點(diǎn)A變?yōu)樾盘?hào)點(diǎn)1。由此，如果另一原向量的端點(diǎn)為點(diǎn)B，則該向量必須首先旋轉(zhuǎn)180°角，以便信號(hào)點(diǎn)B變?yōu)樾盘?hào)點(diǎn)C。由于只要通過(guò)改變?cè)蛄糠至康姆?hào)就可實(shí)現(xiàn)初始化，因此初始化很容易。
限值ILIMIT，QLIMIT也被視為一個(gè)向量。如前所述，選擇這些值，以便這對(duì)值為ILIMIT，0或0，QLIMIT。在圖中，這對(duì)值為0，QLIMIT，其中該限值向量始于原點(diǎn)，沿Q軸伸展，且終止于點(diǎn)QLIMIT。接著，通過(guò)將該削波限值向量除以增益g＝1.647，將該限值向量以Cordic旋轉(zhuǎn)的增益為比例縮小?，F(xiàn)在經(jīng)縮小的限值向量的起始位置從原點(diǎn)開(kāi)始，終止于點(diǎn)D。
現(xiàn)在，開(kāi)始向量的Cordic旋轉(zhuǎn)。迭代旋轉(zhuǎn)的目的是，原I-Q向量將從信號(hào)點(diǎn)1向Q軸旋轉(zhuǎn)，直到到達(dá)縮小后的限值向量的原方向。同時(shí)縮小后的限值向量旋轉(zhuǎn)相同量，但反方向旋轉(zhuǎn)，即，朝向原I-Q向量，直到到達(dá)原向量的方向。旋轉(zhuǎn)方向如圖7的箭頭所示。
圖8示意了在執(zhí)行Cordic旋轉(zhuǎn)步驟后向量的位置。因此，完成預(yù)定的旋轉(zhuǎn)步驟后原向量與Q軸平行或幾乎平行。但由于Cordic算法的特征，該向量的長(zhǎng)度在旋轉(zhuǎn)期間增大了增益g，其中旋轉(zhuǎn)后原向量的頂端到達(dá)Q軸上的點(diǎn)PUNSCALED。因此，通過(guò)將值PUNSCALED除以Cordic旋轉(zhuǎn)的增益g可得到旋轉(zhuǎn)后原向量的真正幅度。結(jié)果，旋轉(zhuǎn)后原向量的真正頂端將在Q軸上的點(diǎn)PSCALED。
現(xiàn)在，選擇限值以便限值向量沿Q軸(或沿I軸)伸展的原因就很明顯了。這是因?yàn)闊o(wú)需計(jì)算原向量旋轉(zhuǎn)后的長(zhǎng)度；該長(zhǎng)度就是在點(diǎn)PSCALED上的Q值。
在原I-Q向量旋轉(zhuǎn)的同時(shí)，縮小的限制向量旋轉(zhuǎn)到平行于原I-Q向量。在旋轉(zhuǎn)期間，縮小的向量的長(zhǎng)度增大。執(zhí)行旋轉(zhuǎn)后，該向量增大Cordic旋轉(zhuǎn)的增益g。但由于限值向量在旋轉(zhuǎn)前已按比例縮小了因子g，結(jié)果使得旋轉(zhuǎn)后限值向量的長(zhǎng)度在理想情況下與該圓半徑相同，即，限值QLIMIT。旋轉(zhuǎn)后限制向量的坐標(biāo)值在圖8表示為IL、QL。
現(xiàn)在，削波電路判斷從該電路輸出的值I*和Q*是什么(見(jiàn)圖4)。旋轉(zhuǎn)和縮小后的原向量與限值向量相比較。由于比較點(diǎn)PSCALED在Q軸上的Q-值與值QLIMIT就夠了，因此很容易實(shí)現(xiàn)。如果原向量的長(zhǎng)度比限值向量長(zhǎng)，即，點(diǎn)PSCALED在Q軸上的Q值大于值QLIMIT，則原向量的長(zhǎng)度超過(guò)限值。因此，旋轉(zhuǎn)后的限值向量將用作削波電路的輸出向量，即，旋轉(zhuǎn)后的限值向量的坐標(biāo)值IL、QL用作從削波電路輸出的值I*，Q*。
但如果旋轉(zhuǎn)和縮小后的原向量的長(zhǎng)度短于限制向量，即，點(diǎn)PSCALED在Q軸上的Q值小于值QLIMIT，則原I-Q向量的I和Q值將用作從削波電路輸出的值I*，Q*。
圖9描繪了削波電路執(zhí)行的主要步驟。該方法以接收I和Q信號(hào)(步驟91)和接收限值(步驟90)開(kāi)始。接著，對(duì)應(yīng)限值的限值向量以Cordic旋轉(zhuǎn)的增益為比例縮小，以便該向量的幅度在旋轉(zhuǎn)后不會(huì)超過(guò)旋轉(zhuǎn)前所述向量的幅度(步驟92)。自然，按比例縮小限值向量只能執(zhí)行一次，而且結(jié)果存儲(chǔ)在一個(gè)存儲(chǔ)器中，由此可以讀出結(jié)果。
現(xiàn)在，開(kāi)始向量的Cordic旋轉(zhuǎn)(步驟93)。迭代旋轉(zhuǎn)的目的是旋轉(zhuǎn)原I-Q向量以便其到達(dá)縮小的限制向量的原方向。同時(shí)，縮小的限值向量旋轉(zhuǎn)相同量但反方向旋轉(zhuǎn)，即朝向原I-Q向量，這樣就能到達(dá)原I-Q向量的原方向。
由于旋轉(zhuǎn)后原向量的幅度在旋轉(zhuǎn)期間已增大，它必須除以Cordic旋轉(zhuǎn)的增益g(步驟94)。接著旋轉(zhuǎn)和縮小后的原向量與限值向量相比較(步驟95)。如果旋轉(zhuǎn)和縮小后的原向量的長(zhǎng)度短于限制向量，則旋轉(zhuǎn)后限值向量的頂端坐標(biāo)I*，Q*將被用作削波電路的輸出信號(hào)值(步驟98)。但如果旋轉(zhuǎn)和縮小后的原向量長(zhǎng)度短于限制向量，則原I和Q信號(hào)將被用作削波電路的輸出信號(hào)值(步驟99)。
本發(fā)明基于CORDIC的削波器可利用一串互連的加法器/減法器實(shí)現(xiàn)。因此利用現(xiàn)有FPGA中的基本邏輯結(jié)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)。最好，用于對(duì)應(yīng)XilinxXC4000族的可配置邏輯塊(CLB)以及特別是Altera’sFLEX設(shè)備的邏輯元件(LE)。該方法還可利用ASIC或數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)實(shí)現(xiàn)。
如果假設(shè)是無(wú)限精確計(jì)算，那么角度和幅度精度完全由Cordic旋轉(zhuǎn)中使用的迭代步驟數(shù)確定。角度誤差被限制為最后一個(gè)旋轉(zhuǎn)步驟角度的值|θ|＜arctan2-N+1。例如，如果有8個(gè)迭代，角度精度為±0.45°。幅度誤差被限制為0dB≤G＜-20log[cos(arctan2-N+1)]dB。如果使用8次迭代，最大幅度誤差的一個(gè)例子為小于0.0003dB。顯然總精度也很依賴于計(jì)算中使用的精度，甚至在幾乎任何現(xiàn)行解決方案中是主要因素。本發(fā)明方法的最大好處是只通過(guò)增加迭代步驟就可使實(shí)現(xiàn)降低到任何所需精度。盡管本發(fā)明的方法要求乘除操作，但除數(shù)和乘數(shù)是固定的(Cordic旋轉(zhuǎn)增益)，而且這些操作很容易實(shí)現(xiàn)。
權(quán)利要求
1.一種用于處理數(shù)字調(diào)制器產(chǎn)生的I和Q信號(hào)的方法，這些信號(hào)被視為在包括Q軸和I軸的矩形坐標(biāo)平面上的一個(gè)原始I-Q向量的正交向量分量，包括步驟指定兩個(gè)限值，確定一個(gè)始于原點(diǎn)終止于該限值的限值向量；通過(guò)利用Cordic旋轉(zhuǎn)算法，以多個(gè)步驟逐步向該限值向量旋轉(zhuǎn)原I-Q向量，直到旋轉(zhuǎn)后的原向量與該限值向量近似成一條直線；通過(guò)利用Cordic旋轉(zhuǎn)算法，以相同數(shù)量的步驟逐步向原I-Q向量旋轉(zhuǎn)限值向量；比較旋轉(zhuǎn)后的原I-Q向量的長(zhǎng)度與限值向量的長(zhǎng)度；如果旋轉(zhuǎn)后的原向量短于限值向量，則應(yīng)用原I和Q信號(hào)到數(shù)字調(diào)制器；而如果旋轉(zhuǎn)后的I-Q向量長(zhǎng)于限值向量，則應(yīng)用旋轉(zhuǎn)后的限值向量的I和Q坐標(biāo)值到數(shù)字調(diào)制器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，還包括步驟設(shè)置任何一個(gè)限值為0，其中該限值向量或沿Q-軸或沿I-軸伸展。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其中當(dāng)限值向量沿Q-軸伸展時(shí)，限值向量的長(zhǎng)度和旋轉(zhuǎn)后原I-Q向量的長(zhǎng)度設(shè)置所述向量的Q坐標(biāo)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其中當(dāng)限值向量沿I-軸伸展時(shí)，限值向量的長(zhǎng)度和旋轉(zhuǎn)后原I-Q向量的長(zhǎng)度設(shè)置所述向量的I坐標(biāo)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，還包括步驟通過(guò)將所述向量除以Cordic旋轉(zhuǎn)算法的增益，在旋轉(zhuǎn)前按比例縮小該限值向量，其中在旋轉(zhuǎn)期間該縮小的限值向量的長(zhǎng)度增大到限值向量的原長(zhǎng)度。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或5的方法，還包括步驟通過(guò)將所述向量的長(zhǎng)度除以Cordic旋轉(zhuǎn)算法的增益，按比例縮小旋轉(zhuǎn)后的原I-Q向量，其中旋轉(zhuǎn)和縮小后的原向量的長(zhǎng)度與限值向量的長(zhǎng)度相比較。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中同時(shí)執(zhí)行原I-Q向量的旋轉(zhuǎn)和限值向量的旋轉(zhuǎn)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中當(dāng)原向量位于利用Cordic旋轉(zhuǎn)可到達(dá)的總旋轉(zhuǎn)角外時(shí)，通過(guò)改變向量分量的符號(hào)，原I-Q向量和限值向量首先旋轉(zhuǎn)角度180°。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中旋轉(zhuǎn)步驟的數(shù)量預(yù)先固定。
10.一種削波電路，用于在應(yīng)用原I和Q輸入信號(hào)到數(shù)字調(diào)制器之前對(duì)這些信號(hào)進(jìn)行處理，輸入的I和Q信號(hào)被視為在包括Q軸和I軸的矩形坐標(biāo)平面上的一個(gè)原始I-Q向量的正交向量分量，包括用于輸入限值的另一個(gè)輸入端，所述限值確定一個(gè)始于原點(diǎn)終止于該限值的限值向量；第一Cordic旋轉(zhuǎn)裝置，用于以預(yù)定數(shù)量的步驟逐步向該限值向量旋轉(zhuǎn)原I-Q向量，直到旋轉(zhuǎn)后的原向量與該限值向量近似成一條直線；第二Cordic旋轉(zhuǎn)裝置，用于以預(yù)定數(shù)量的步驟逐步向原I-Q向量旋轉(zhuǎn)限值向量，直到旋轉(zhuǎn)后的限值向量與原向量近似成一條直線；用于比較旋轉(zhuǎn)后的原I-Q向量的長(zhǎng)度與限值向量的長(zhǎng)度的裝置；選擇裝置，用于如果旋轉(zhuǎn)后的原I-Q向量短于限值向量，則應(yīng)用原I和Q信號(hào)到數(shù)字調(diào)制器，而如果旋轉(zhuǎn)后的原向量長(zhǎng)于限值向量，則應(yīng)用旋轉(zhuǎn)后的限值向量的I和Q坐標(biāo)值到數(shù)字調(diào)制器。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的削波電路，該電路還包括縮小裝置，通過(guò)將所述向量除以Cordic旋轉(zhuǎn)算法的增益，在旋轉(zhuǎn)前按比例縮小該限值向量。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的削波電路，該電路還包括另一縮小裝置，通過(guò)將所述向量除以Cordic旋轉(zhuǎn)算法的增益，按比例縮小旋轉(zhuǎn)后的原I-Q向量，其中旋轉(zhuǎn)和縮小后的原I-Q向量與限值向量相比較。
13.根據(jù)權(quán)利要求11的削波電路，其中第一Cordic旋轉(zhuǎn)裝置和第二Cordic旋轉(zhuǎn)裝置適用于同時(shí)旋轉(zhuǎn)向量。
14.根據(jù)權(quán)利要求13的削波電路，其中第一Cordic旋轉(zhuǎn)裝置的輸出被耦合回所述裝置的輸入端，而第二Cordic旋轉(zhuǎn)裝置的輸出被反饋回所述裝置的輸入端，其中每個(gè)旋轉(zhuǎn)步驟由相同裝置執(zhí)行。
15.根據(jù)權(quán)利要求11的削波電路，其中第一和第二Cordic旋轉(zhuǎn)裝置是利用現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列(FPGA)實(shí)現(xiàn)的。
16.根據(jù)權(quán)利要求11的削波電路數(shù)字調(diào)制器，其中第一和第二Cordic旋轉(zhuǎn)裝置是利用數(shù)字信號(hào)處理器實(shí)現(xiàn)的。
全文摘要
能限制(削波)數(shù)字調(diào)制器產(chǎn)生的信號(hào)幅度,以便不處理數(shù)字調(diào)制器的輸出向量或其分量向量,而是在調(diào)制之前對(duì)基帶I和Q信號(hào)進(jìn)行處理。I－和Q－信號(hào)作為削波電路的輸入。預(yù)定限值也被施加到削波電路的另一輸入端。削波電路朝限值向量旋轉(zhuǎn)I－Q向量。同時(shí)限值向量朝I－Q向量旋轉(zhuǎn)。旋轉(zhuǎn)利用cordic算法實(shí)施。完成旋轉(zhuǎn)后,旋轉(zhuǎn)后的I－Q向量與原限值向量成一條直線,而旋轉(zhuǎn)后的限值與原I－Q向量成一條直線。接著比較旋轉(zhuǎn)后I－Q向量的長(zhǎng)度與原限值向量。如果旋轉(zhuǎn)后I－Q向量短于限值向量,則從削波電路的輸出信號(hào)為原I－Q信號(hào)。但如果旋轉(zhuǎn)后I－Q向量長(zhǎng)于限值向量,則原I－Q信號(hào)將被丟棄,而被旋轉(zhuǎn)后的限值向量的坐標(biāo)值取代。
文檔編號(hào)H04L27/20GK1387718SQ00812318
公開(kāi)日2002年12月25日 申請(qǐng)日期2000年12月14日 優(yōu)先權(quán)日2000年12月14日
發(fā)明者吉莫·塔斯基寧 申請(qǐng)人:諾基亞公司