功率放大裝置的製作方法
2023-10-05 10:54:44
專利名稱：功率放大裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及用於無線電通信裝置等裝置中的功率放大裝置。
背景技術：
圖4顯示現有功率放大裝置的示意圖。如圖所示，功率放大裝置由RC(Raised Cosine，升餘弦)濾波器110、DA轉換器(下文稱DAC)120i、120q、平滑濾波器(下文稱SMF)130i、130q、正交調製部件140和線性功率放大器150配置而成。
數字RC濾波器110對輸入信號的同相分量(下文稱I信號)和正交分量(下文稱Q信號)分別進行基帶頻帶限制。DA轉換器120i、120q分別將從數字RC濾波器110輸出的I信號和Q信號轉換成數位訊號。SMF 130i、130q分別從DAC 120i、120q的輸出信號中去混疊(alias)。
正交調製部件140對SMF 130i、130q的輸出進行正交調製，並將經過調製的輸出上變換(up-convert)為RF信號。可用的正交調製方法有使用正交調製器和混頻器的超外差(superheterodyne)法、直接調製法等方法。線性功率放大器150放大來自正交調製部件140的經過調製的信號。以此方法，獲得功率放大裝置的輸出。
在圖4所示的功率放大裝置中，由於使用線性功率放大器作為放大器150，因此存在輸出信號相對於輸入信號的效率較低的情況。
因此，使用非線性功率放大器來實施線性放大的LINC(LinearAmplification with Nonlinear Components，用非線性元件實現線性放大)方法引人注目。在LINC方法中，由於使用非線性功率放大器，因而提高了輸出信號相對於輸入信號的效率。
圖5顯示使用LINC方法的功率放大裝置。如圖所示，使用LINC方法的功率放大裝置由信號轉換電路210、壓控振蕩器(下文稱VCO)220和非線性功率放大器230配置而成。
信號轉換電路210將輸入信號的I信號和Q信號從直角坐標系轉換為極坐標系，並輸出極坐標系信號的振幅分量A(t)和相位分量θ(t)。下式(1)表示從直角坐標繫到極坐標系的這種轉換I(t)+jQ(t)＝A(t)exp(jθ(t)) (1)此外，信號轉換電路210通過使用相位分量θ(t)對VCO 220直接實施調製。VCO 220根據θ(t)進行相位調製，並輸出經過調製的信號。經VCO 220調製的信號輸入到非線性功率放大器230中，同時為了補償VCO控制信號還輸入到信號轉換部件210中。
此外，信號調製部件210根據振幅分量A(t)控制非線性功率放大器230的增益。
基於從信號轉換部件210輸出的振幅分量A(t)，非線性功率放大器230放大從信號轉換部件210輸出的振幅分量A(t)和從VCO 210輸出的經過調製的信號。
根據圖5所示的配置，經過相位調製的信號具有很低的峰值平均功率比(下文稱PAR)，因此即使在使用非線性功率放大器時也不會失真。因此，可以使用非線性功率放大器，並且可以使其輸出信號相對於輸入信號的效率比使用線性功率放大器時的情形高。此外，信號轉換部件210可以集成在一個晶片中，並且可以使功率放大裝置和安裝有功率放大裝置的通信終端裝置小型化並降低其成本。
然而，在將圖5所示配置的功率放大裝置應用到具有高動態範圍的信號的情況下，將不能保持增益控制的線性度。因此，存在這樣的一種情況，即此種功率放大裝置不能應用於使用CDMA等系統的第三代通信系統中的基站，或不能應用於需要高動態範圍信號的第四代通信系統(使用OFDM系統等)中的基站和移動站。
此外，在將功率放大裝置應用到寬帶系統的情況下，例如，第三代通信系統中的基站或第四代通信系統中的基站和移動站，VCO的響應速度跟不上。因而存在這樣一種情況，即經過相位調製的信號發生失真，且失真特性諸如相鄰信道洩露功率比(adjacent channellockage power ratio，ACLR)特性被惡化。
發明內容
考慮上述情況而實施了本發明。本發明的目的是提供可以應用於使用寬帶高動態信號的通信系統的功率放大電路。
本發明的功率放大裝置是使用非線性功率放大器進行線性放大的功率放大裝置，其中所述裝置包括信號轉換部件，其將直角坐標系的輸入信號轉換為極坐標系的振幅信號和相位信號，然後將相位信號轉換為直角坐標系的直角坐標相位信號，並輸出所述振幅信號和所述直角坐標相位信號；調製部件，其對直角坐標相位信號進行正交調製，並將經過調製的信號輸出到非線性功率放大器；和校正部件，其輸出用於非線性功率放大器的增益控制信號，所述校正部件具有根據非線性功率放大器的輸出信號和直角坐標系的輸入信號產生的校正表，並基于振幅信號根據校正表輸出所述增益控制信號。
根據所述配置，可以提供適用於寬帶通信系統的功率放大裝置，所述裝置即使在應用於具有高動態範圍的信號時也能進行保持高線性度的增益控制，且更有效。
此外，本發明的功率放大裝置是使用非線性功率放大器進行線性放大的功率放大裝置，其中所述裝置包括信號轉換部件，其將直角坐標系的輸入信號轉換為極坐標系的振幅信號和相位信號，然後校正相位信號，將經過校正的相位信號轉換為直角坐標系的直角坐標相位信號，並輸出所述振幅信號和所述直角坐標相位信號；調製部件，其對經過校正的所述直角坐標相位信號進行正交調製，且將經過調製的信號輸出到非線性功率放大器；和校正部件，其輸出用於非線性功率放大器的增益控制信號和用於在所述信號轉換部件中校正相位信號的所述相位校正信號，所述校正部件具有根據非線性功率放大器的輸出信號和直角坐標系的輸入信號產生的校正表，並基于振幅信號根據校正表輸出所述增益控制信號和所述相位校正信號。
根據所述配置，可以提供適用於寬帶通信系統的功率放大裝置，所述裝置即使在應用於具有高動態範圍的信號時也能進行保持高線性度的增益控制，並且更有效。此外，所述功率放大裝置能補償相位分量的失真。
此外，在本發明的功率放大裝置中，信號轉換部件、調製部件和校正部件中至少有一個部件集成在一個晶片中。
根據所述配置，可使功率放大器小型化。
此外，在本發明的功率放大裝置中，校正表中存儲表示使用LMS算法計算獲得的非線性放大特性的逆特性的數據。
根據所述配置，可以提供穩定的具有高線性度的功率放大裝置。
圖1顯示圖解說明本發明一個實施例的傳輸電路的示意圖；圖2顯示本發明所述實施例中的AM-AM特性校正實例的圖；圖3顯示本發明所述實施例中的AM-PM特性校正實例的圖；圖4顯示現有功率放大裝置的示意圖；並且圖5顯示使用LINC方法的現有功率放大裝置的示意圖。
在各圖中，附圖標記1表示放大控制/調製部件，2表示放大部件，3表示信號處理部件，10表示基帶部件，20表示信號轉換部件，21表示第一轉換部件，22表示相位校正部件，23表示第二轉換部件，30表示正交調製部件，31i和31q表示DA轉換器，32i和32q表示平滑濾波器，33表示第一正交調製器，34表示本地振蕩器，35表示第二正交調製器，36i和36q表示AD轉換器，40表示校正部件，41表示存儲器，而42表示校正表。
具體實施例方式
圖1是圖解說明本發明一個實施例的功率放大裝置的示意圖。如圖所示，第一實施例的功率放大裝置包括放大控制/調製部件1、放大部件2和信號處理部件3，其中放大控制/調製部件1具有基帶部件10、信號轉換部件20、正交調製部件30和校正部件40。本實施例的功率放大裝置是使用LINC方法的功率放大裝置，其中放大部件2中使用非線性功率放大器。
基帶部件10由數字RC濾波器及其類似器件構成，其對輸入信號的同相分量(下文稱I信號)和正交分量(下文稱Q信號)中的每一個分量實施基帶頻帶限制，並分別輸出同相分量和正交分量信號Id、Qd。數字RC濾波器1的輸出信號Id、Qd是直角坐標系的信號。
信號轉換部件20包括第一轉換部件21、相位校正部件22和第二轉換部件23。
第一轉換部件21將從基帶部件10輸出的信號Id、Qd轉換為極坐標系的振幅信號A和相位信號θ。下式(2)到(4)表示所述轉換Id+jQd＝A·exp(jθ) (2)A＝(Id+Qd)1/2(3)θ＝arg(Qd/Id)(4)
由第一轉換部件21輸出的振幅分量A輸入到校正部件40中，而相位分量θ則與來自校正部件40的相位校正信號PC(稍後將描述)一起輸入到相位校正部件22中。
基於從第一轉換部件21輸出的相位信號θ和從校正部件40輸出的相位校正信號PC，相位校正部件22將經過校正的相位信號θpc輸出到第二轉換部件23。
第二轉換部件23再次將從相位校正部件22輸出的相位信號θpc轉換為直角坐標系，並將Iθ、Qθ輸出到正交調製部件30。
正交調製部件30包括DA轉換器(下文稱DAC)31i、31q、平滑濾波器(下文稱SMF)32i、32q、第一正交調製器33、本地振蕩器34、第二正交調製器35和AD轉換器(下文稱ADC)36i、36q。
DAC 31i、31q將從信號轉換部件20輸出的信號Iθ、Qθ分別轉換為模擬信號，而SMF 32i、32q則從DAC 31i、31q的輸出信號中去混疊。
第一正交調製器33和本地振蕩器34通過直接正交調製法對從SMF 32i、32q輸出的信號進行正交調製。經過正交調製的信號表示為exp(jθ+PC)。經過正交調製的信號從第一正交調製器33輸出到放大部件2。
第一正交調製器33使用正交調製LSI或其類似器件。由於直接正交調製方法的發展，已開發出基帶調製帶寬大於300MHz的正交調製LSI。當使用此種正交調製LSI或其類似器件時，功率放大裝置可適用於寬帶系統。如上所述，正交調製可以通過將相位分量再轉換為直角坐標系來實現。因此，VCO無需進行直接相位調製，且功率放大裝置可適用於寬帶系統。
由於經過正交調製的信號只有相位分量，因此放大部件2中可以使用非線性功率放大器。因此，可以提供能應用於寬帶系統的使用LINC方法的放大裝置。當使用輸出信號相對於輸入信號的效率較高的非線性功率放大器時，可以降低功率消耗。尤其是在放大裝置應用於移動終端裝置的情況下，可以延長電池的壽命。
為了反饋功率放大部件2的輸出信號，第二正交調製器35和本地振蕩器34通過直接正交調製法實現正交調製，並輸出監控信號的同相信號IOBS和正交信號QOBS。在獲得反饋用監控信號IOBS、QOBS而進行的正交調製中使用的本地振蕩器34也可用作對放大用相位信號進行正交調製中所使用的本地振蕩器34。第二正交調製器35採用與第一正交調製器33相同的方式使用正交調製LSI或其類似器件。
從第二正交調製器35輸出的監控信號IOBS、QOBS通過ADC 36i、36q轉換為數位訊號，然後輸入到校正部件40中。
校正部件40包括存儲器41和校正表(下文稱校正LUT)42，並進行諸如自適應預失真(下文稱APD)的反饋控制以補償失真，所述失真是輸出信號相對於輸入信號的AM-AM特性和AM-PM特性的非線性放大特性。存儲器41和校正LUT 42由RAM或其類似器件配置而成。
在本實施例中，將舉例描述一種通過反饋控制來補償失真的方法，在此方法中，通過使用LMS(Least Mean Square，最小均方)算法來估算AM-AM特性和AM-PM特性的逆特性。LMS算法具有穩定性好、且計算複雜度小的優點。
存儲器41中存儲從基帶部件10輸出的信號Id和Qd、以及從信號轉換部件20輸出的信號IOBS和QOBS。
校正LUT 42使用從第一轉換部件21輸出的振幅信號A作為LUT地址，並存儲通過信號處理部件3根據存儲在存儲器41中的Id和Qd以及IOBS和QOBS所計算的校正數據。信號處理部件3比較Id和Qd與IOBS和QOBS，並使用LMS算法計算出最小方差最小的校正數據。
校正數據包括輸出到放大部件2的校正增益控制信號CAGC、和輸出到信號轉換部件20的相位校正信號PC。校正增益控制信號CAGC對應於AM-AM特性的逆特性，而相位校正信號PC對應於AM-PM特性的逆特性。圖2顯示AM-AM特性及其逆特性，而圖3顯示AM-PM特性及其逆特性。
校正增益控制信號CAGC和從正交調製部件30輸出的信號exp(jθ+PC)輸入到放大部件2中。基於這些信號，進行放大處理，並獲得功率放大裝置的輸出信號。
根據本發明的本實施例的功率放大裝置，輸入到信號轉換部件20的信號被轉換為振幅信號和相位信號，且相位信號被轉換為直角坐標系，藉此使得能夠直接正交調製相位信號。由於直接正交調製法的發展，已開發出基帶調製帶寬大於300MHz的正交調製LSI。因此，可將使用LINC方法的功率放大裝置應用於寬帶系統而無需新開發具有高控制響應速度的VCO。
向振幅信號A施加諸如APD的反饋控制，藉此能夠提供即使在應用於具有高動態範圍的系統時也保持增益控制的線性度的使用LINC方法的功率放大裝置。
校正部件40產生相位校正信號PC，藉此可以消除由相位信號的再轉換所引起的失真。然而，從保持增益控制的線性度的角度來說，不必進行相位校正信號PC的失真補償。
信號轉換部件20和正交調製部件30每個都可以集成在一個晶片中。此外，整個功率控制部件1可以集成在一個晶片中。因此，可以使傳輸電路小型化。
根據本發明的本實施例的功率放大裝置包括信號轉換部件20，其將直角坐標系的輸入信號轉換為極坐標系的振幅信號和相位信號，然後將相位信號轉換為直角坐標系的直角坐標相位信號，並輸出所述振幅信號和所述直角坐標相位信號；調製部件30，其對直角坐標相位信號進行正交調製，並將經過調製的信號輸出到非線性功率放大器2；和校正部件40，其輸出用於非線性功率放大器2的增益控制信號。校正部件40具有根據非線性功率放大器2的輸出信號和直角坐標系的輸入信號而產生的校正LUT，並基于振幅信號根據校正LUT輸出增益控制信號。根據所述配置，功率放大裝置可適用於寬帶通信系統，且即使在應用於具有高動態範圍的信號時，仍能使增益控制保持高線性度。
舉例而言，放大裝置可應用於諸如CDMA系統的第三代通信系統中的基站，諸如OFDM系統的第四代通信系統中的基站和移動站，以及諸如無線LAN等的傳輸系統。
在本實施例中，描述了使用LMS算法作為通過反饋控制來補償失真的方法的情況。然而，本發明並不僅限於此，而是可以使用各種自適應算法及其類似算法。
儘管已參考特定實施例詳細描述了本發明，但所屬領域的技術人員明白，在不脫離本發明的精神和範圍的情況下可進行各種變化和修改。
本發明是以2003年6月19日申請的日本專利申請(第2003-174957號)為基礎的，且該申請案的內容以引用的方式併入。
工業實用性
本發明提供了在使用寬帶高動態信號的寬帶通信系統中也可以應用的功率放大裝置及其類似裝置。
權利要求
1.功率放大裝置，其通過使用非線性功率放大器進行線性放大，所述功率放大裝置包括信號轉換部件，其將直角坐標系的輸入信號轉換為極坐標系的振幅信號和相位信號，然後將所述相位信號轉換為所述直角坐標系的直角坐標相位信號，並輸出所述振幅信號和所述直角坐標相位信號；調製部件，其對所述直角坐標相位信號進行正交調製，並將經過調製的信號輸出到所述非線性功率放大器；和校正部件，其輸出用於所述非線性功率放大器的增益控制信號，其中所述校正部件具有根據所述非線性功率放大器的輸出信號和所述直角坐標系的所述輸入信號產生的校正表，並基於所述振幅信號根據所述校正表輸出所述增益控制信號。
2.功率放大裝置，其通過使用非線性功率放大器進行線性放大，所述裝置包括信號轉換部件，其將直角坐標系的輸入信號轉換為極坐標系的振幅信號和相位信號，然後校正所述相位信號，將所述經過校正的相位信號轉換為所述直角坐標系的直角坐標相位信號，並輸出所述振幅信號和所述直角坐標相位信號；調製部件，其對所述經過校正的直角坐標相位信號進行正交調製，並將經過調製的信號輸出到所述非線性功率放大器；和校正部件，其輸出用於所述非線性功率放大器的增益控制信號和用於在所述信號轉換部件中校正所述相位信號的相位校正信號，其中所述校正部件具有根據所述非線性功率放大器的輸出信號和所述直角坐標系的輸入信號產生的校正表，且基於所述振幅信號根據所述校正表輸出所述增益控制信號和所述相位校正信號。
3.根據權利要求1或2所述的功率放大裝置，其中所述信號轉換部件、所述調製部件和所述校正部件中至少有一個部件集成在一個晶片中。
4.根據權利要求1至3中任一權利要求所述的功率放大裝置，其中所述校正表中存儲表示使用LMS算法計算獲得的非線性放大特性的逆特性的數據。
全文摘要
功率放大裝置具有信號轉換部件(20)，其將直角坐標系的輸入信號轉換成極坐標系的振幅信號和相位信號，然後將相位信號轉換成直角坐標系的直角坐標相位信號，並輸出所述振幅信號和所述直角坐標相位信號；調製部件(30)，其對所述直角坐標相位信號進行正交調製，並將經過調製的信號輸出到非線性功率放大器(2)；和校正部件(40)，其輸出用於所述非線性功率放大器(2)的增益控制信號。所述校正部件(40)具有根據所述非線性功率放大器(2)的輸出信號和所述直角坐標系的輸入信號產生的校正LUT，並基於所述振幅信號根據校正LUT輸出所述增益控制信號。
文檔編號H03F1/32GK1809957SQ20048001722
公開日2006年7月26日 申請日期2004年3月1日 優先權日2003年6月19日
發明者板原弘 申請人:松下電器產業株式會社