移動無線通訊系統中的功率放大器線性化的裝置和方法
2023-08-01 08:59:21
專利名稱：移動無線通訊系統中的功率放大器線性化的裝置和方法
技術領域：
本發明領域本發明涉及移動無線通訊系統，特別涉及通過補償包括在系統發射級中的有效單元的非線性特性使移動無線通訊系統中的功率放大器的特性線性化的裝置和方法。
現有技術說明移動無線通訊系統中用於發射模擬數據或數字數據的高功率放大器要求高頻譜效率以及高功率效率以在有限頻帶內構造低功耗系統。為滿足系統中的一般要求，已有具有高頻譜效率的如QPSK和QAM的基帶數據調製方法被使用。而且，如C類放大器的高效功率放大器也被用來改善系統中的發射機功率效率。此類高效功率放大器通常具有強非線性特性，結果，產生了失真現象，如輸出頻譜中旁瓣再生。這種現象在不具有恆定包絡特性的QPSK或QAM信號之類的調製信號通過非線性特性的功率放大器的情況下很常見。
已提出了各種功率放大器的因功率放大器非線性特性造成的輸出頻譜失真的防止方法。其中之一的方法是通過適應性跟蹤功率放大器的非線性特性，以及以與功率放大器非線性特性造成的失真相反的方式預先失真基帶數據補償高功率放大器的非線性特性。
圖1是說明使用上述自適應預失真方法的傳統功率放大器的結構的方框圖。
參考圖1，由編碼器(未示出)編碼的K-比特數據被輸入到移位寄存器10和調製選擇ROM52。移位寄存器10具有L-符號寬的長，其輸出具有LK比特的大小。此時，如果沒有系統中存在的濾波器(未示出)的濾波操作造成的非線性失真，一個符號的長度對移位寄存器10的長度L足夠，同時，如果存在系統濾波造成的線性失真，移位寄存器10的長度應長於一個符號。
移位寄存器10的LK比特輸出被輸入到預失真RAM12。該預失真RAM12存儲了為移位寄存器10的輸出數據映射的預失真數據。預失真數據被按照輸入出錯數據更新。從移位寄存器10收到數據時，預失真RAM12按照接收數據輸出預失真數據。即，預失真RAM12使用與發射信號失真相反相位錯誤數據預失真從移位寄存器10輸出的數據，以使射頻發射部件檢測發射信號失真和補償檢測失真。預失真RAM12的輸出被轉換成模擬信號分別用於I信道數模轉換器14和Q信道數模轉換器16的發射。由I信道數模轉換器14和Q信道數模轉換器16轉換的模擬信號通過低通濾波器18和低通濾波器20低通濾波，以及然後被輸入到正交調製器22。輸入到正交調製器22中的模擬信號與第一中頻振蕩器32的輸出混合，以及之後在正交調製器22中被調製成中頻信號。由正交調製器22調製的中頻信號由第一中頻振蕩器32確定，以及由混合器24與第二中頻振蕩器28的輸出混合，以轉換成最後射頻發射頻率。從混合器24輸出的射頻信號被功率放大器26最終放大，以及通過天線發射。
功率放大器26的輸出的一部分被信號耦合器54反饋至混合器30，以及反饋信號被混合器30與第二中頻振蕩器28的輸出混合，以轉換成第一中頻信號。轉換的中頻信號之後被正交解調器34使用第一中頻振蕩器32輸出的局部振蕩信號轉換成基帶數據。
由正交解調器34轉化的基帶信號與數模轉換器48和數模轉換器50的每一輸出信號比較，該輸出信號分別由模擬加法器40和模擬加法器42用作產生錯誤信號的參考信號。在此，調製選擇ROM52的輸出信號被輸入到數模轉換器48和數模轉換器50，以及被用作與反饋信號比較以更新預失真RAM12的值的參考信號。在模擬加法器40和模擬加法器42中相加的參考信號和反饋信號被分別轉換成數位訊號，以及然後由數字加法器36和數字加法器46加入到預失真RAM12的數位訊號中以更新預失真RAM12的值。從數字加法器36和數字加法器46輸出的錯誤數據被通過數據總線輸入到預失真RAM12，以及然後存儲在移位寄存器10確定的地址上以按照基帶數據完成預失真過程。
然而，圖1的傳統的預失真方法有一些缺點。首先，必須使用產生地址的移位寄存器10和獲得用於產生錯誤信號的參考信號的調製選擇ROM52。而且，必須使用獲得錯誤信號的高效加法器40和42以更新預失真RAM12的值。構造這類高精確模擬加法器是困難的，以及依賴高精確性。另外，眾所周知，預失真方法獲得的性能低於前饋方法獲得的性能。
本發明概述因此，本發明提出兩個目的以克服上述現有技術的缺點，本發明的一個目的是提供一種裝置和方法，用於通過補償包括在系統發射級中的有效單元的非線性特性使移動無線通訊系統中的功率放大器的特性線性化。
本發明的另一個目的是提供一種裝置和方法，用於通過預失真和前饋方法補償移動無線通訊系統中的功率放大器的非線性特性。
為達到上述目的，按照本發明，提供了一種移動無線通訊系統中的功率放大器的線性化的裝置，包括差錯檢測器，用於通過比較反饋輸出信號和輸入信號檢測功率放大器的輸入輸出信號之間的差錯；預失真查詢表，用於存儲預失真數據；預失真查詢表控制器，用於通過將差錯檢測器輸出的差錯信號加入到預失真查詢表的輸出中更新對應於當前輸入數據位置的預失真查詢表的數據；前饋查詢表，用於存儲前饋控制數據；前饋查詢表控制器，用於通過檢測差錯信號的大小輸出對應的前饋查詢表的前饋控制數據；線性化器，用於按照預失真數據預失真輸入信號以及然後按照前饋控制數據控制輸入信號的增益；以及功率放大器，用於功率放大線性化器的輸出。
以下結合附圖詳細說明後，本發明的上述目的和優點將更加明顯。
圖1是現有技術功率放大器的方框圖；圖2是按照本發明實施例的功率放大器的線性化裝置的方框圖。
優選實施例說明下面將參照附圖對本發明的優選實施例進行詳細說明，為簡明和突出本發明的特點，各圖中相同或相似部件用相同標號指示，公知的結構和功能在此不再說明。
按照本發明實施例的移動無線通訊系統中的功率放大器的特性線性化的方法和裝置使用了預失真算法，用於基帶信號，使用了前饋方法，用於射頻調製信號以補償活躍部件，如包括在系統的發射級中的功率放大器的非線性特性，以減小射頻信號的輸出頻譜的失真現象。
產生預失真數據的查詢表的地址被按照輸入數字數據的大小直接產生。用於產生參考信號的輸入的數字數據通過使用數字數據的算法延遲調節延遲時間與反饋接收信號同步，該參考信號用於與反饋信號比較。調製信號由前饋方法處理，以及因此，可以獲得預失真算法所獲得的性能改善之外的性能改善。換言之，與僅使用基帶預失真算法的方法相比，通過對調製信號使用前饋方法可以進一步改善系統的性能。
圖2是按照本發明優選實施例的功率放大器的線性化裝置的方框圖。
參照圖2，數字整形濾波器100接收輸入信號和產生基帶的I信道和Q信道信號。乘法器102和乘法器104分別接收從數字整形濾波器100輸出的I信道和Q信道信號，同時從預失真查詢表170接收對應於I信道和Q信道的預失真數據。乘法器102和乘法器104輸出分別將I信道和Q信道信號和預失真數據相乘所獲得的乘積。數模轉換器106和數模轉換器108將從乘法器102和乘法器104輸出的數字數據轉換成模擬數據。低通濾波器110和低通濾波器112分別將不必要成分從數模轉換器106和數模轉換器108的輸出信號中消除。正交調製器114按照低通濾波器110和低通濾波器112的輸出信號使用從振蕩器132輸出的局部振蕩頻率執行正交調製。振蕩器132輸出局部振蕩頻率至正交調製器114和正交解調器144。
第一方向耦合器116耦合從正交調製器114輸出的調製信號的一部分以施加耦合信號至相移器126，以及提供其輸出的一部分至帶通濾波器118以僅通過發射頻帶信號。例如，當從正交調製器114輸出的調製信號的功率是10dBm時，調製信號的9dBm分量被發送至帶通濾波器，與此同時，餘下的1dBm分量被發送至相移器126。帶通濾波器118僅通過第一方向耦合器116的輸出信號導出的發射頻帶信號。帶通濾波器118的輸出由延遲176與前饋電路部分相位匹配，以及然後輸入到預放大器174。預放大器174功率放大延遲176的輸出。第二方向耦合器120耦合預放大器174的輸出至自動增益控制放大器130的輸出，如本文後述。功率放大器122最後功率放大第二方向耦合器120的輸出。
第三方向耦合器124反饋功率放大器122的一部分輸出，類似於第一方向耦合器120。衰減器142衰減第三方向耦合器124的輸出至需要的電平。正交解調器144按照衰減器142的輸出基於其接收的振蕩器132的輸出，以及I信道和Q信道信號，執行正交解調。低通濾波器146和低通濾波器148分別低通濾波從正交解調器144輸出的I信道和Q信道信號。模數轉換器150和模數轉換器152分別轉換低通濾波器146和低通濾波器148的模擬輸出成數字輸出。
延遲158延遲從數字整形濾波器100輸出的I信道和Q信道信號。比較器154和比較器156分別接收從延遲158輸出的輸入信號的I信道和Q信道信號，與此同時，分別接收模數轉換器150和模數轉換器152輸出的反饋輸出信號的I信道和Q信道信號。比較器154和比較器156比較接收的信號。乘法器160和162將比較器154和比較器156對應的輸出分別與適應常數μi和μq相乘。加法器164和加法器166將對應的乘法器160和乘法器162的輸出加至預失真查詢表170的I信道和Q信道信號，以及輸出相加的信號至預失真查詢表170。地址產生器168使用從數字整形濾波器100輸出的對應的I信道和Q信道信號產生預失真查詢表170的地址。預失真查詢表170被與預失真數據存儲用於其中的輸入數據。預失真查詢表170還接收地址產生器168輸出的地址以及存儲加法器164和加法器166的輸出至接收的地址。即，預失真查詢表170更新對應於地址產生器168產生地址的預失真數據。當加法器164和加法器166的輸出具有0值時，不更新預失真查詢表170中的預失真數據。
平方塊140平方和相加比較器154和比較器156的輸出。歸一化塊172歸一化平方塊140的輸出以調節平方塊140的輸出信號大小至前饋查詢表138的地址範圍，如本文後述。前饋查詢表138與前饋補償數據存儲以用於歸一化塊172的輸出。從歸一化塊172接收信號後，前饋查詢表138輸出對應於接收信號的前饋補償數據。數模轉換器136轉換從前饋查詢表138輸出的補償數據。電平移位器134接收和移位數模轉換器136的輸出至自動增益控制放大器130的增益控制電壓範圍。帶阻濾波器128從相移器126的輸出信號中去除發射頻帶的信號。自動增益控制放大器130接收和以電平移位器134的增益控制電壓確定的增益放大帶阻濾波器128的輸出，以及輸出放大信號至第二方向耦合器120。
下面參照圖2詳細說明按照本發明上述實施例的功率放大器線性化裝置的操作。數字整形濾波器100分別執行基帶I信道和Q信道數位訊號的脈衝整形。數字整形濾波器100脈衝整形的信號被輸入到乘法器102和乘法器104以分別被預失真查詢表170的對應輸出相乘。數字整形濾波器100的輸出信號被輸入到地址產生器168以用於產生預失真查詢表170的地址。
數字整形濾波器100的輸出被用於產生與反饋信號比較的參考信號。此時，為了對與發射數據一樣的接收數據使用預失真算法，比較發射數據和接收數據的時間點必須與合適的時間延遲吻合以補償發射和接收級產生的延遲。延遲158延遲數字整形濾波器100的輸出信號。如果系統中採用了數位訊號處理器，該延遲操作可以用算法實現。
為了更新預失真查詢表170的值，從延遲158輸出的I信道和Q信道信號分別與模數轉換器150和模數轉換器152的輸出比較以計算差錯信號。差錯信號然後被與適應常數μi和μq相乘以確定乘法器160和乘法器162中的算法的收斂速度和穩定性。之後，信號由加法器164和加法器166被加至存儲在預失真查詢表170中的值，以及相加的信號被然後存儲在如由地址產生器168確定的預失真查詢表170的地址位置。由於乘法器102和乘法器104相乘的信號先於預失真查詢表170的更新，施加於後面數據的預失真量由先於採樣的輸入數據的特性確定。乘法器102和乘法器104的輸出信號被數模轉換器106和數模轉換器108轉換成模擬信號，以及，模擬信號通過低通濾波器110和低通濾波器112輸入至正交調製器114以去除不需要的高頻成分。
正交調製器114的一部分輸出，在通過第一方向耦合器116後，被輸入至帶通濾波器118，與此同時，其其它部分被輸入至相移器126。此時，相移器126用於按照180度移動調製信號的相位，以必須以此產生用於前饋方法的預失真數據。相移器126輸出的相位反向信號被帶阻濾波器128濾波，以去除發射基帶信號，但去除發射基帶的信號通過帶阻濾波器128以輸入到自動增益控制放大器130。第一方向耦合器116的輸出由帶通濾波器118濾波以僅通過發射頻帶信號，由延遲176延遲以補償前饋電路造成的延遲，以及然後由預放大器174放大。預放大器174的輸出由第二方向耦合器120加至自動增益控制放大器130的輸出，以及相加的信號被最後輸入至功率放大器122。
功率放大器122的一部分輸出由第三方向耦合器124耦合，由衰減器142衰減，以及然後由正交解調器144解調。解調信號分別通過低通濾波器146和低通濾波器148濾波，以及濾波信號由模數轉換器150和模數轉換器152轉換成數位訊號。模數轉換器150和模數轉換器152的輸出由比較器154和比較器156與延遲158的延遲的輸入信號比較以產生差錯信號。該差錯信號不僅用於更新預失真查詢表170的值，還用作按照本發明的前饋電路輸入信號。特別是，比較器154和比較器156的輸出由平方塊140平方和相加，以及平方塊140的輸出被輸入至歸一化塊172，以使平方塊140的輸出的大小被調節在前饋查詢表138的地址範圍內。歸一化的信號然後被施加至前饋查詢表138的地址。
前饋查詢表138的輸出由數模轉換器136轉換成模擬信號以輸入到電平移位器134。這是將數模轉換器136的輸出電壓與自動增益控制放大器130的增益控制電壓範圍相匹配所要求的。自動增益控制放大器130的增益由自動增益控制放大器130的控制電壓調節，並且是電平移位器134的輸出，以及這導致發射信號的大小被按照反饋信號的失真量反向放大。特別是，如果發射信號和反饋信號之間的差錯大，失真信號也大。在這種情況下，發射帶寬以外的反向信號的大小因增加自動增益控制放大器130的增益而變大。如果發射信號和反饋信號之間的差錯小，失真信號也小。在這種情況下，發射帶寬以外的反向信號的大小因減小自動增益控制放大器130的增益而變小。
按照上述方法，存在於發射頻帶外的，由自動增益控制放大器130輸出的不需要反相信號，被第二方向耦合器120與原發射信號耦合，以及最後通過功率放大器122發射。按照本發明實施例的該系統通過預失真基帶數據補償功率放大器122的非線性特性，以及然後通過使用調製信號的前饋方法進一步補償頻譜失真現象。因此，與僅使用數據預失真算法的功率放大器線性化的系統相比，系統性能可以被改善。
如上所述，按照本發明的實施例的功率放大器的線性化裝置，產生預失真數據的查詢表的地址按照輸入數字數據的大小直接產生。與反饋信號相比的產生參考信號的輸入數字數據通過使用數字數據的延遲調節延遲時間與反饋接收信號同步。而且，調製信號由前饋方法處理。以及在預失真算法獲取的性能改善之外還可獲得性能改善。換言之，與僅使用基帶預失真算法的方法相比，通過對調製信號使用前饋方法可以進一步獲得系統性能改善。
以上以優選實施例方式說明了本發明。但本發明不限於此實施例。應當理解，本技術領域人員在由後附權利要求書定義的本發明的實質和範圍內還可對本發明作各種替代和修改。
權利要求
1．一種移動無線通訊系統中的功率放大器的線性化的裝置，包括差錯檢測器，用於通過比較反饋輸出信號和輸入信號檢測功率放大器的輸入輸出信號之間的差錯；預失真查詢表，用於存儲預失真數據；預失真查詢表控制器，用於通過將差錯檢測器輸出的差錯信號加入到預失真查詢表的輸出中更新對應於當前輸入數據位置的預失真查詢表的數據；前饋查詢表，用於存儲前饋控制數據；前饋查詢表控制器，用於通過檢測差錯信號的大小輸出對應的前饋查詢表的前饋控制數據；線性化器，用於按照預失真數據失真輸入信號以及然後按照前饋控制數據控制輸入信號的增益；以及功率放大器，用於功率放大線性化器的輸出。
2 如權利要求1所述的線性化裝置，其中差錯檢測器包括延遲器，用於延遲輸入信號；反饋塊，用於反饋和衰減功率放大器的輸出；比較器，用於將反饋塊和延遲器的輸出比較以檢測差錯信號；乘法器，用於通過將比較器的輸出與適應常數相乘產生差錯信號。
3．如權利要求1所述的線性化裝置，其中預失真查詢表控制器包括地址產生器，用於使用輸入信號產生預失真查詢表的地址；以及加法器，用於將差錯信號加入預失真查詢表的輸出以存儲對應於地址的更新的預失真查詢數據至對應於地址的預失真查詢表中。
4．如權利要求1所述的線性化裝置，其中前饋查詢表控制器包括平方塊，用於通過平方差錯信號獲得差錯信號的大小；以及歸一化塊，用於歸一化平方塊的輸出和輸出歸一化的輸出至前饋查詢表。
5．如權利要求1所述的線性化裝置，其中線性化器包括乘法器，用於通過將輸入信號與預失真數據相乘預失真輸入數據，以及輸出預失真信號至功率放大器；相移器，用於相移乘法器的輸出；帶阻濾波器，用於從帶阻濾波器的輸出去除信號頻帶；以及自動增益控制放大器，用於按照前饋控制數據控制帶阻濾波器的輸出的增益，以及耦合增益控制輸出至功率放大器。
6．一種移動無線通訊系統中的功率放大器的線性化的方法，該移動無線通訊系統具有用於存儲預失真數據和前饋控制數據的查詢表，該方法包括使用存儲的預失真數據通過失真輸入信號線性化輸入信號和按照存儲的前饋控制數據控制預失真輸入信號的增益；功率放大和輸出線性化輸入信號；通過比較輸出信號的反饋產生的信號與延遲的輸入信號產生差錯信號；以及通過將差錯信號加入預失真數據更新預失真查詢表和存儲相加的數據在輸入數據確定的預失真查詢表中，以及將差錯信號施加於前饋查詢表控制器的地址。
7．如權利要求6所述的線性化方法，其中線性化步驟包括子步驟通過將輸入信號與預失真數據相乘產生預失真信號；相移預失真信號；從相移信號去除信號頻帶；以及按照前饋控制數據控制帶阻信號的增益以及耦合增益控制信號至預失真信號。
8．如權利要求6所述的線性化方法，其中差錯信號產生步驟包括步驟延遲輸入信號；通過比較輸出信號和延遲信號檢測差錯信號；以及通過將檢測的差錯信號和適應常數相乘產生差錯信號。
9．如權利要求6所述的線性化方法，其中預失真數據更新步驟還包括步驟將差錯數據加入查詢表的輸出所更新的預失真數據存儲在對應地址的預失真查詢表中。
10．如權利要求6所述的線性化方法，其中前饋控制數據產生步驟包括步驟平方差錯信號獲得差錯信號的大小；以及歸一化差錯信號的大小和輸出歸一化差錯信號至前饋查詢表。
11．一種移動無線通訊系統中的功率放大器的線性化的裝置，包括預失真查詢表，用於存儲預失真數據；前饋查詢表，用於存儲前饋控制數據；地址產生器，用於使用輸入信號產生預失真查詢表的地址；通過預失真數據失真輸入信號的裝置；調製預失真信號的正交調製器；延遲調製信號的調製塊；線性化器，用於按照前饋控制數據耦合延遲信號，增益控制濾波信號去除信號頻帶，以及然後耦合增益控制信號至調製器的輸出；功率放大器，用於功率放大線性化器的輸出；正交解調器，用於通過耦合解調功率放大信號；差錯檢測器，用於通過比較解調器的輸出和延遲輸入信號檢測差錯；預失真查詢表控制器，用於通過將差錯檢測器輸出的差錯信號加入到預失真查詢表的輸出中更新對應於當前輸入數據位置的預失真查詢表的數據；前饋查詢表控制器，用於通過檢測差錯信號的大小輸出對應的前饋控制數據以控制前饋查詢表。
12．如權利要求11所述的線性化裝置，其中差錯檢測器包括延遲器，用於延遲輸入信號；比較器，用於通過比較功率放大器的輸出和延遲的輸出檢測差錯信號；乘法器，用於通過將比較器的輸出與適應常數相乘產生差錯信號。
13．如權利要求11所述的線性化裝置，其中前饋查詢表控制器包括平方塊，用於通過平方差錯信號獲得差錯信號的大小；以及歸一化塊，用於歸一化平方塊的輸出和輸出歸一化的輸出至前饋查詢表。
全文摘要
一種通過補償包括在系統發射級中的有效單元的非線性特性使移動無線通訊系統中的功率放大器的特性線性化的裝置和方法,該裝置包括:差錯檢測器,用於通過比較反饋輸出信號和輸入信號檢測功率放大器的輸入輸出信號之間的差錯;預失真查詢表,用於存儲預失真數據;預失真查詢表控制器,用於通過將差錯檢測器輸出的差錯信號加入到預失真查詢表的輸出中更新對應於當前輸入數據位置的預失真查詢表的數據;前饋查詢表,用於存儲前饋控制數據;前饋查詢表控制器,用於通過檢測差錯信號的大小輸出對應的前饋查詢表的前饋控制數據;線性化器,用於按照預失真數據失真輸入信號以及然後按照前饋控制數據控制輸入信號的增益;以及功率放大器,用於功率放大線性化器的輸出。
文檔編號H03F1/32GK1302476SQ99801313
公開日2001年7月4日 申請日期1999年8月5日 優先權日1998年8月6日
發明者河智元 申請人:三星電子株式會社