利用一個補償的多輸出信號源的方法和設備的製作方法
2023-04-26 02:39:56 1
專利名稱:利用一個補償的多輸出信號源的方法和設備的製作方法
技術領域:
本發明一般涉及要求已知道多信號路徑間關係的信號處理電路,比如要求放大路徑間相位和幅度平衡關係的放大電路。
許多信號處理電路有需要在橫越多信號路徑的信號間保持已知的關係。但實際上,電路內的不完美性能夠影響這些關係並且不利於該電路的性能。一個重要的例子是使用非線性元件(LINC)技術作線性放大的放大器。在一個典型的LINC放大器中,要放大的信號被分解為兩路信號,兩者具有相等和不變的包絡。大家知道這是使用基帶同相(I)和正交(Q)信號調製一個射頻(RF)載波信號來獲得兩路信號。分解的信號被分別地放大然後合成來形成一個線性放大的信號。LINC放大器是有吸引力的,因為要放大的信號有一個不變的包絡,因而能夠將高效的非線性射頻(RF)功率放大器用於放大。由於要求兩個信號具有相等的幅度和合宜的相位關係,所以在每個放大路徑內用作信號處理的相位和增益要平衡是很重要的。
對LINC放大器的願望尚未完全實現,部分是因為對於利用單獨放大路徑的放大信號,研製保持相位和增益平衡電路的困難性。例如,可能要求對連接功率的鄰近通道實現幅度信號精度為-65dBc的水平,而對於橫越不同放大路徑的信號,相位和增益的分辯率在0.5%以內。在放大電路中製造的不完美性使得這些平衡要求難於實現。
現有技術說明了許多方法論述這些電路的不完美性。在一種方法中,對RF信號進行相位和功率測量,而這些測量結果用來調節信號路徑的不平衡性。調節通常包含沿著RF信號路徑的相位和幅度校正。一般說,相位測量和調節往往是複雜的並難於絕對精確地實現。在另一種現有的方法中,使用了一種反饋環路,它要求RF信號的採樣和處理與原始基帶I和Q信號相比較。這種方法通常要求複雜的穩定性分析來處理阻抗負載的變化以及其它因素。
由於元件的不完美性和能在信號處理中引起不希望的變化的工作環境,因此希望在電路中提供一些差異。這就有可能實現LINC放大器和其它電路,它們要求在一個電路的不同部分所處理的信號間保持一個精確的關係。所以需要一種新的方法來補償電路的不完美性。
圖1是按照本發明利用補償的信號源的電路設備方框圖。
圖2是按照本發明利用電路補償的LINC放大器的方框圖。
圖3是按照本發明圖2的LINC放大器的部分電路圖,它強調了與一個笛卡爾LINC系統有關的不平衡性的貢獻者。
圖4表示在LINC放大器中信道正交相位不平衡性與信道正交信號的合成電壓間的關係,圖5表示按照本發明在信道相位不平衡性和一個LINC放大器的電壓輸出之間的關係。
圖6是按照本發明補償一個電路中的不完美性的程序概要。
圖7是按照本發明的一個無線通信裝置的方框圖,該裝置使用了一個帶有補償的信號源的LINC放大電路。
本發明利用一個補償的信號源來校正一個特殊電路內的不完美性。這個方法在橫越多信號路徑的信號間要求保持一個已知關係的電路中是特別有用的。使用非線性元件(LINC)放大器的線性放大就是這樣的一個例子。補償的信號源最好是利用基帶信號和一個射頻(RF)載波信號來產生一組源輸出信號,它們以一種開環組態連接到該特殊電路。信號源工作於表示特徵的狀態,它可以使用一個訓練組態或測試組態,這些組態是設計成用來強調在信號源內和特殊電路內的不完美性。在使用訓練組態時,測量源輸出信號和一個或多個來自特殊電路的輸出來研究表示不完美性的參量。信號源工作於正常狀態,這裡根據所測量的參量應用補償來說明不完美性。通過控制基帶信號,至少是部分地應用補償。
圖1是按照本發明的一個簡化的方框圖,它說明一個普通的補償電路設備100。該補償電路設備100包括一個補償模塊110,一個信號調製器120,一個信號檢測器130,以及一個應用電路140。補償模塊110和信號調製器120一起組成一個補償的信號源。該電路設備100工作在一種組態或表示特徵的狀態,這裡表徵電路設備中的不完美性。電路設備100是輪流地工作於正常工作狀態或應用狀態,其中輸入信號102受到處理產生一個輸出信號145。在表示特徵狀態中,信號檢測器130測量信號125和測量信號145,前者來源於信號調製器120並連接到電路140,後者來自電路140的輸出。信號檢測器130有一個輸出135連接到補償模塊110。信號檢測器130的輸出135用於按照一個誤差模型來設計參量,該模型表示電路設備100內可能的不完美性。在正常工作狀態,當處理輸入信號102時,使用在表示特徵狀態期間所設計出的補償值,並將補償的信號115施加到信號調製器120。補償模塊110根據特殊的應用也可能被用於直接控制電路140。
圖2是按照本發明的一個LINC放大器電路200的方框圖,它處理一個輸入信息信號202來產生一個放大器輸出信號255。LINC放大電路200利用由補償模塊210和信號調製器220所組成的補償信號源來補償開環組態中電路的不完美性。補償模塊210包括一個數字-模擬(D/A)變換器211,一個存貯器212,和一個基帶信號發生器213。補償模塊210輸入信息信號202,輸出一組基帶信號216,217,218,219,並將它們連接到信號調製器220。信號調製器220利用基帶信號216,217,218,219和一個射頻信號源221來產生兩個有著相等並不變包絡的RF源信號226和227。RF源信號226和227組成輸入信號送到一對放大電路230和240。放大電路230,240被設計成獨立地放大各自的RF源輸入信號226,227,並以一種相同的方式來產生被放大信號235,245。在放大的信號235,245和輸入信號226,227之間最好保持著相位和幅度關係。因此,放大電路230,240具有增益和相位平衡電路來處理它們各自的有著相等而不變包絡的輸入信號是非常重要的。已放大的信號235,245用一加法器或合成器250合成來產生放大器輸出信號255。
為了表徵不完美性的目的,放大電路200有一個信號檢測器,在優選的實施例中,它構成功率檢測器272,274,276。功率檢測器272,274,276分別地連接到RF源信號226,227以及已放大信號255,並且有選擇地運用來檢測各自的信號電平。功率檢測器272,274,276連接到補償模塊210來提供信號電平信息。為了補償目的,放大器電路200包括增益調節器262,264,他們分別地連接到放大電路230,240。增益調節器262,264連接到提供操作控制的補償模塊。
LINC放大器200工作於表示特徵狀態或正常工作狀態。當工作於表示特徵狀態時,一個訓練組態應用於信號源210,220來強調信號源210,220內放大電路230,240和加法器內的不完美性。最好是通過控制基帶信號輸入,應用訓練組態來產生預先定義的測試條件。應用功率檢測器272,274,276來測量到放大電路230,240輸入端以及表示已放大信號的輸出端255的信號電平。補償模塊210研究出誤差模型的參量,該模型表示放大器電路200內的不完善性。應用功率電平測量結果來導出存在存貯器212內的幅度和相位校正值。實際上,產生的數據表徵通過放大電路230,240表示的放大路徑間幅度和相位的不平衡性,以及信號源210,220內的不完美性。
當LINC放大器工作在正常工作狀態,補償模塊處理信息信號202來產生基帶輸入信號,修改該信號來調整信號源210,220,放大電路230,240,以及加法器250內幅度和相位不平衡的信號處理。
圖3是一電路圖,它是LINC放大器電路200的重點部分,從這裡研究出表徵電路不完美性的誤差模型的參量。在一個使用笛卡爾RF信號處理實現的信號調製器220中,使用基帶信號216,217,218,219來調製一個來自RF源221的信號以便產生源或信道信號226,227。一個信號分離器310將來自RF源221的工作在兩倍於本地振蕩頻率(2×LO)的RF信號分解為信號分量(LO1,LO2)311,312,它們具有相等的幅度但有90°相位差。表示同相分量(I1)和正交分量(Q1)的基帶信號216,217與RF載波信號LO2,LO1在混頻器322,323進行混頻。合成的混頻信號326,327輸入到加法器331,它輸出信道信號226。同樣地,基帶信號218,219組成同相分量(I2)和正交分量(Q2),它們與RF載波信號LO2,LO1在混頻器324,325進行混頻。合成的混頻信號328,329輸入到加法器332,它輸出信道信號227。
當I1和LO2的乘積相對於Q1和LO1的乘積不具有相等的幅度和準確的90°相位差時,就產生了正交平衡誤差現象。當分別來自放大器230,240的輸出信號E,F由於放大器230,240間的不平衡性,而不具有如同放大器輸入信號226,227那樣的相同幅度和相移關係時,就產生了信道不平衡現象。可以利用有關不平衡的源的知識來導出一組方程式,對於各種加法器輸入信號它描述增益和相位不平衡間的關係。因此,在加法器331,332的輸入端和加法器250的輸入端就能識別出信號參量A,B,C,D,E和F,從這裡可以發現電路不完美性的特徵表示。根據所描述的電路組態,從以下公式可以導出相對的增益和相位不平衡性A=COS(ωLO(t))B=G1Sin(ωLO(t)+φ1)C=COS(ωLO(t))D=G2Sin(ωLO(t)+φ2)E=(A+B)GAF=G〔COS(ωLO(t)+θ)+G2Sin(ωLO(t)+φ2+θ)在以上公式中,ωLO是本地振蕩器產生的頻率的一半,GA是放大器230的增益。G1和φ1表示信號B相對於信號A的增益和相位的不平衡。G2和φ2表示信號C相對於信號D的增益和相位的不平衡。G和θ表示信號F相對於信號E的信道增益和相位的不平衡。使用這些關係作為一個誤差模型,一個特徵表示或校正過程就可用來幫助調整不平衡。
在優選實施例的特徵表示過程中,建立一個第一測試條件,這裡I1是用在它期望的峰值,功率放大器230的功率設置調節為所希望的輸出電平。同樣地,I2是用在它期望的峰值電平,而功率放大器240的功率設置調節為所希望的功率電平。這樣,用功率放大器230,240獨立的功率設置就把增益不平衡性G考慮進去了。人們希望信號A和B有著相同的幅度,並且信號C和D也有著相同的幅度。為了實現這些幅度條件,Q1的值設為1而調節相乘因子G1來實現一個希望的輸出功率,如同用功率檢測器272決定的那樣,等於當I1的值設為1而Q2設為0時的值。對於信號Q2和相對於信號I2的相乘因子G2,重複在以上過程中設置的幅度。此時確定因子G,G1和G2,並且當用G,G1,和G2補償四個信號I1,Q1、I2,Q2中的任一個信號的值設為1時,輸出功率應該處在所希望的電平上。在已經考慮到相位不平衡之後,電平維持在幅度為1的I和Q信號的合成也將會有一個固定的輸出功率。信號A和C是對於每個信道的同相參考項,並被用來確定信道相位不平衡項θ。
參考圖4,為了實現信道正交平衡,信道分量I1和Q1應用相等值,I1=1和Q=1,並且G1補償用於Q1。用功率檢測器272測量合成的信道信號功率(P1),它表示為矢量V(A+B)。然後,設置Q1為-1,用功率檢測器272測量信號電平(P2),它表示為矢量V(A-B)。從以下的功率比的關係可以確定分解正交相位的不平衡性Sinφ=1-P1/P2利用相對的功率測量結果確定相位不平衡是很重要的,因為它避免了相位測量的費用和複雜性。通過給I1基帶同相項加一個附加項,正交相位不平衡就得到了補償。用下列關係對I1和Q1進行預處理,就完成了補償的信道信號226(A+B)A+B=(I1-Q1Sinφ1)COS(ωLO(t))+(G1)-1Secφ1COS(ωLO(t))。
同樣地,確定信道信號227的正交相位不平衡,並補償如下參考圖5,用於信道信號226的同相參考信號+I1和一個與I1相反的矢量,同相參考信號(-I2)227用作一個測試條件下的信道信號來確定信道相位不平衡θ。注意從上述方程中,用於這個測試條件的基帶項是I1=1,I2=-1,Q1=0,和Q2=0;A+B=I1COS(ωLO(t));和C+D=-GI2COS(ωLO(t))。
功率比再次被用來確定信道相位不平衡項θCOSθ=1-2P0/Pref;這裡P0是I2=-1,而I1=1時,功率檢測器276測出的功率,Pref是I1=1,而I2=0時或I2=1,而I1=0時,功率檢測器276測出的功率。這個功率P0相應於圖5中的電壓矢量V0。相對於信道與235使用以下基帶關係,應用相位不平衡項θ來補償信道信號245;Iθ=I2COSθ-Q2Sinθ;
Qθ=I2Sinθ+Q2COSθ;這裡Iθ和Qθ表示考慮到補償的信道相位。通過把信道相位不平衡用於圖5測試條件,並且倒轉θ的符號來使得276的功率為0,就能確定信道相位不平衡項的符號。
總的不平衡補償的基帶項如下I1′=I1-Q1Sinφ1Q2′=G1-1Secφ1Q1I2′=G(Iθ-QθSinθ2)=G〔I2COSθ-Q2G2Sinφ2COSθ-Q2G2-1Secφ2Sinθ〕Q2′=G(G2-1QθSecφ2)=G〔I2Sinθ-Q2G2Sinφ2COSθ+Q2G2-1Secφ2Cosθ〕這裡I1,Q1,I2和Q2是時變值,它由輸入相位和幅度調製的信息信號202的笛卡爾變換所確定,而I1′,Q1′,I2′,Q2′是從補償模塊輸出的補償的基帶信號。
在一個LINC組態中某些實行方法可能不具有一種措施,在那裡可以斷形一個信道如在功率設置測試裝置中描述的那樣。通過首先應用從272和274處的測量結果來的補償項G1,G2,φ1和φ2,單獨的LINC信道功率可用兩個信道設置。利用圖5的測試條件,項G和θ可以重複使用於276處輸出功率測量結果為0的情況。另一方面,在放大器230和240使用功率調節262和264能夠調節G。對於放大器230和240的非線性或壓縮操作的利用,功率設置調節262和264是有用的。
圖6是一補償的電路設備的概括過程的流程圖,該設備利用一個補償的信號源來考慮電路內的不完美性。一個信號源產生RF源信號,它們被連接到一個特殊電路來產生一個輸出,步驟610,620。RF源輸出信號最好由RF載波信號上的調製基帶信號產生。在優選的實施例中,特殊電路是一個具有第一和第二放大路徑的LINC放大器電路。RF源輸出兩個不變包絡的RF信號。它們具有相同的幅度和偏離相位關係,這表示一個信息信號。兩個輸出信號連接到第一和第二放大路徑,而總的放大信號相加組成一個放大器輸出信號。
補償的電路設備工作在表徵狀態和正常狀態。表徵狀態用來確定應用在正常狀態期間的電路補償參量。因此,該設備在表徵狀態和正常狀態之間選擇,步驟630。在表徵狀態時,基帶信號以這樣方式受到調製。即應用一個訓練組態或預定的測試條件來強調信號源內和特殊電路內的不完美性,步驟640。使用訓練組態時,至少有些參量在RF源的輸出處測量,並且至少一個參量在特殊電路的輸出處測量,步驟650。這些參量是用來研究一個表示不完美性的誤差模型。在優選實施例中,電路的不完美性往往是與幅度和相位的信號處理有關。因此,功率電平是在放大電路輸入端和在合成器輸出端測量的,而幅度和相位校正值是從功率電平測量結果,導出的。研製成功後,對於一個給定的電路組態和工作條件,補償值往往是固定的。
當補償的電路設備選擇正常工作狀態時,步驟630,由參量導出的信息用來控制基帶信號以補償電路的不完美性,步驟660。當產生RF源輸出信號時,通過修正基帶信號的幅度進行補償。在優選實施例中,有選擇地運用補償信息來調節一個或多個放大電路的增益以平衡兩個兩個放大路徑間的增益。
圖7是按照本發明的一個通信裝置700的方框圖。通信裝置700是一個輕便式雙向元線電臺,它具有通信電路系統730,740用於通過射頻信道進行通信。無線電臺包括耦合部件。一個接收機730,一個發射機740,一個控制器710,存貯器720,一個發射/接收開關750和一個天線760。發射機740使用一個LINC放大器742,744,它包括按照本發明組成的放大電路742和補償的信號源744。
無線電臺的工作由控制器710管理,它是在連接的存貯器720內存貯的指令控制下來完成接收和發射工作。對於接收工作,發射/接收開關750有選擇地連接天線到接收機730。對於發射工作,發射/接收開關750連接發射機740來發射/接收開關。對於LINC放大器742,744,控制器710控制發射機在表示特徵狀態和正常工作狀態之間作出選擇。在組態方式時,補償的信號源和放大電路得到表徵來確定LINC放大器742,744內電路的不完美性。在正常狀態當處理信號要發射時,使用從電路不完美性的表徵中導出的信息。
本發明提供的許多重要優點超過了現有技術。所描述的補償方法可被用來調節由於元件的不完美性和會在信號處理中引起不希望變化的工作條件所產生的電路差異。因此,在一個電路的不同部分,例如一個LINC放大器,處理的信號間要求保持一個精確關係的應用得以實現。各種其它應用也在考慮中。例如圖1的電路140可組成一個Doherty放大器或電路測量和表徵設備。在這些應用中,利用類似於上述那樣的分析能夠設計出一種誤差模型。本發明的一個重要特點就是不需要在直接相位測量的條件下,有設計相位補償調節的能力。在優選的實施例中,進行相位調節只利用在開環組態的功率測量結果,因而避免了在現有技術中的複雜性和不穩定性的問題。
儘管已經圖示和說明了本發明的優選實施例,但很清楚本發明是不受此限的。在不偏離由附加權利要求書所限定的本發明精神和範圍的條件下,本領域的技術人員對於本發明可能含有許多修正、改動、變化、替換等。
權利要求
1.利用信號源的一種方法,該信號源具有連接到一個特殊電路的多個信號輸出,它包括以下步驟為了突出信號源內和特殊電路內的不完美性,提供一個訓練組態給該信號源;在使用訓練組態期間,測量參量來設計一個表示不完美性的誤差模型,那裡至少有些參量是在多個信號輸出處測量的;以及根據這些參量對該信號源進行補償,這個補償影響到多個信號輸出並補償不完美性。
2.權利要求1的方法,其中特殊電路有一個輸出,而且測量參量的步驟還包含至少一個參量是在特殊電路輸出處測量的步驟。
3.權利要求1的方法,其中不完美性與幅度和相位的信號處理有關。
4.權利要求3的方法,其中測量參量的步驟還包含測量功率電平來確定參量的步驟。
5.該方法包含以下步驟通過用基帶信號調製一個RF載波信號,由一個信號源產生多個射頻(RF)信號;連接多個RF信號到特殊電路來產生一個輸出;使信號源輪流地工作在表徵狀態和正常狀態;在表徵狀態時按照一個預先定義的組態通過控制基帶信號表徵特殊電路內的不完美性;測量多個射頻(RF)信號和特殊電路的輸出以便設計表示特殊電路內不完美性的參量;以及在正常狀態時根據從參量導出的信息控制基帶信號,以便補償特殊電路內的不完美性。
6.權利要求5的方法,其中特殊電路包含一個放大電路。
7.權利要求6的方法,其中放大電路包含一個用非線性元件(LINC)放大器的線性放大,該放大器具有連接到多個RF信號的第一和第二RF信號的第一和第二放大路徑。
8.權利要求7的方法,其中表徵不完美性的步驟還包括產生在第一和第二放大路徑間表徵幅度和相位不平衡性的數據。
9.工作於表徵狀態和正常狀態的一個設備包括一個信號源,它具有多個基帶信號和一個射頻(RF)載波信號作為輸入,並且具有從多個基帶信號和RF載波信號的合成所導出的第一和第二源信號作為輸出;一個特殊電路以第一和第二源信號作為輸出並且具有一個輸出信號;當工作在表徵狀態,該設備按照一個預先定義的組態,通過控制多個基帶信號表徵特殊電路內的不完美性;以及測量第一和第二源信號和輸出信號以便設計表示特殊電路內不完美性的參量;以及當工作在正常狀態該設備根據從參量導出的信息來控制多個基帶信號以便補償特殊電路內的不完美性。
10.一個無線電臺包括通信電路;以及一個連接到通信電路的發射機,發射機包括一個LINC放大器,它包含一個信號源,它具有多個基帶信號和一個射頻(RF)載波信號作為輸入,並且具有從多個基帶信號和RF載波信號的合成所導出的第一和第二源信號作為輸出;放大電路,它具有第一和第二源信號作為輸入並且具有一個輸出信號;當LINC放大器工作於第一狀態按照一個預先定義的組態,通過控制多個基帶信號表徵放大電路內的不完美性;以及測量第一和第二源信號以及輸出信號,以便設計表示放大電路內不完美性的參量;以及當LINC放大器工作於第二狀態根據從參量導出的信息控制多個基帶信號,以便補償放大電路內的不完美性。
全文摘要
一個補償的信號源(210,220)利用基帶信號和一個射頻載波信號來產生一組連接到特殊電路(230,240,250)的源輸出信號(226,227)。信號源(210,220)工作於表徵狀態時,應用一種測試組態並且測量來自信號源和特殊電路的輸出,以便設計表示信號源內和特殊電路內不完美性的參量。信號源(210,220)工作於正常狀態時,根據所測量的參量進行補償電路的不完美性。
文檔編號H04L27/36GK1190286SQ97125369
公開日1998年8月12日 申請日期1997年12月10日 優先權日1996年12月11日
發明者羅伯特·E·斯藤格爾, 斯科特·A·奧爾森 申請人:摩託羅拉公司