碼分多址系統的功率線性化電路及其方法
2023-06-13 11:48:56 3
專利名稱：碼分多址系統的功率線性化電路及其方法
技術領域：
本發明涉及一種CDMA系統，特別涉及CDMA系統的一種功率線性化電路。
相關工作背景一般來說，使用有源元件的無線頻帶放大器會根據功率電平的變化而產生許多不希望的失真成份。
尤其當放大器工作於飽和區附近時，會明顯地出現非線性現象以使輸出信號的幅度和相位產生畸變，而且當有兩個以上的信號被輸入時，在兩輸入信號之間會產生互調失真(IMD)成份，它對相鄰信道具有很強的影響。
IMD成份作為噪聲源，它會使通信系統的傳輸質量下降，並且可減少CDMA系統的容量。
圖1是現有技術CDMA系統的功率線性化電路的示意框圖。如圖1所示，現有技術的這種功率線性化電路包括輸入單元10，用於將數字輸入信號(s[n])轉換成模擬信號(s[t])；線性化放大控制器20，用於執行放大控制以消除功率放大器30的非線性特性；以及功率放大器30，用於在線性化放大控制器20的控制下對來自輸入單元10的輸入信號(s[t])進行放大。
輸入單元10含有一個乘法器11和一個數—模轉換器12，前者用於將數字輸入信號(s[t])與一傳輸增益信號(g[n])相乘起來，後者則用於將自乘法器11輸出的數位訊號轉換成模擬信號。
線性化放大控制器20含有一個乘法器21，它可將用於控制放大增減的功率控制信息(c[n])與一代表了增減的功率值的功率控制間隔(P)相乘起來。線性化放大控制器20還包括一個累加器22，用於對乘法器21的輸出信號進行累加；一個加法器23，用於將累加器22的數字輸出信號與一調整增益(a[n])相加以以消除功率放大器30的非線性特性；以及一個數—模轉換器24，用於將自加法器23輸出的數位訊號轉換成一個模擬形式的放大控制信號。
功率控制信息(c[n])含有一個數字形式的控制值1或2。其中一個控制值可將功率增高一指定值，而另一個控制值則可將功率降低一指定值。該指定功率值指的就是功率控制間隔(P)。
線性化放大控制器20的乘法器21將功率控制信息c[n]與功率控制間隔(P)相乘起來，而累加器22則對乘法器21的輸出信號進行累加。
加法器23將累加器22的輸出信號與調整增益(a[n])相加，並輸出一個放大控制信號，以控制功率放大器30的放大倍數，從而消除功率放大器30的非線性特性。調整增益a[n]是一個用於調整放大倍數以使非線性功率放大器30具有一定線性度的數值。用於產生放大控制信號以消除功率放大器30的非線性特性的a[n]的數值是十分關鍵的。
線性化放大控制器20的數/模轉換器24將加法器23的輸出信號轉換成模擬形式，並產生一個模擬放大控制信號(v[t])，以控制功率放大器30的放大水平。
輸入單元10的乘法器11將數字輸入信號(s[n])與傳輸增益信號(g[n])相乘起來，並且輸入單元10的數/模轉換器12將自乘法器11輸出的數位訊號轉換成模擬信號s[t]，並將其輸出給功率放大器30。
功率放大器30根據從線性化放大控制器20的數/模轉換器24輸出的模擬放大控制信號(v[t])對數/模轉換器12的輸出信號s[t]的功率進行放大。
圖2顯示了現有技術的放大器的功率線性化電路的功率特性曲線。如圖2所示，PA(V)代表功率放大器30的實際功率特性曲線，PB(V)代表需要的線性功率特性曲線，PC(V)則代表用以消除非線性特性的功率補償曲線。
在CDMA系統中，為了使對相鄰信道的影響降至最小並且增加客戶容量，各移動終端都應使用最小功率。
參考圖2，假設所需功率為P2，當功率放大器30具有線性特性時，V1將作為輸入信號的數值而被施加至功率放大器30。但是，當電壓V1被輸入時，功率放大器30將輸出與非線性特性相符的功率P1。
因此，應通過功率補償以獲得功率P2。即，如圖功率放大器30的輸出特性曲線所示，需要用輸入電壓V2來輸出精確的P2。
這樣，V1～V2的值就通過利用功率放大器30的放大控制信號V[t]的數值而得到補償，並且用於生成與放大控制信號V[t]相對應的調整增益a[n]的數值將被產生。
通過利用與用於輸出所需功率的線性化特性曲線相符的所需輸入電壓和與用於輸出所需功率的非線性特性曲線相符的實際輸入電壓之間的差值來計算出a[n]的數值。傳統的功率線性化電路以表格的形式含有調整增益a[n]，即，用於輸出所需功率的補償值。因此，通過線性地插入一個保存在表中的相應值就可計算出待在任意一點(輸入電壓)上補償的值。
現有技術的功率線性化電路具有許多問題。例如，傳統的功率線性化電路應含有一個用於插值的直線斜率以及一個偏移值，而且應計算出直線方程的任意位置上的功率補償值，從而使這種功率線性化電路的實現變得比較複雜。
另外，傳統的功率線性化電路是通過對放大器的放大控制信號進行調整以線性功率(所需功率)和非線性功率之間的誤差來補償功率的。在這種情況下，放大控制信號是以模擬信號的形式控制功率放大器的放大倍數。由於模擬信號易受到噪聲的幹擾，所以很難精確地控制功率。
本文引入了上述參考文獻中的適當附加或備選細節內容、特徵和/或技術背景以作為參考。
本發明的另一個目的是提供一種CDMA系統的功率線性化電路，它能夠精確並簡單地補償壓控功率放大器(VCA)的非線性度。
本發明的另一個目的是提供一種CDMA系統的功率線性化電路，它能夠通過控制VCA的數字增益以增加CDMA系統的容量。
為了至少全部或部分實現上述目的，並且根據本發明的目的，如本說明書中具體實施的和概括說明的那樣，本發明提供了一種功率線性化電路，包括功率放大器，它被設置用於將一補償模擬輸入信號放大為一個控制信號；線性化輸入電路，它被連接用於接收數字輸入信號並產生用於補償功率放大器的非線性特性的補償模擬輸入信號；以及放大倍數控制器，它用於控制功率放大器的放大倍數。
為了至少全部或部分實現上述目的，並且根據本發明的目的，如本說明書中具體實施的和概括說明的那樣，本發明提供了一種功率線性化電路，其包括加法器，它被設置用於將一個用來補償壓控功率放大器非線性特性的增益調整與一傳輸增益信號相加起來，並輸出一個數字增益信號；乘法器，它被設置用於將數字增益信號與一數字輸入信號相乘，以提供一個經補償的數字輸入信號；以及數/模轉換器，它被設置用於將經補償的數字輸入信號轉換成一個經補償的模擬輸入信號。
為了至少全部或部分實現上述目的，並且根據本發明的目的，如本說明書中具體實施的和概括說明的那樣，本發明還提供了一種功率線性化方法，包括為輸入電壓計算出線性功率(P2)與非線性功率(P1)之間的功率誤差值；對此功率誤差值進行平方根處理並計算出調整增益值；利用此調整增益值對傳輸增益信號進行調整；利用經調整的傳輸增益信號對數字輸入信號的電平進行補償；以及對經電平補償的輸入信號的功率進行放大並輸出線性化的功率信號。
為了至少全部或部分實現上述目的，並且根據本發明的目的，如本說明書中具體實施的和概括說明的那樣，本發明提供了一種功率線性化電路，包括用於為輸入電壓計算出線性功率(P2)與非線性功率(P1)之間的功率誤差值的裝置；可對所計算出的功率誤差值進行平方根處理並計算出調整增益值的裝置；可利用計算出的調整增益值對傳輸增益信號進行調整的裝置；可利用經調整的傳輸增益信號對數字輸入信號的電平進行補償的裝置；以及用於對經電平補償的輸入信號的功率進行放大並輸出線性化的功率信號的裝置。
為了至少全部或部分實現上述目的，並且根據本發明的目的，如本文中具體實施的和概括說明的那樣，本發明還提供了一種用於對功率放大器的非線性特性進行補償的方法，包括將數字補償信號與數字增益調整信號相加，以產生經調整的數字補償信號；將經調整的數字補償信號施加於數字輸入信號，以產生經調整的數字輸入信號；以及將經調整的數字輸入信號轉換成經調整的模擬輸入信號。
本發明的其它優點、目的和特徵將在下文中得到說明，並且對那些本領域中的普通技術人員來說，通過對下文的學習或從本發明的實踐中就可部分地掌握本發明的內容。如在所附權利要求中特別指出的那樣來實現和掌握本發明的目的和優點。
在優選實施例中，為了去掉非線性而具有線性，最好將輸入到功率放大器的電壓電平進行調節，而不對功率放大器的放大控制信號進行調節。
圖3是根據本發明一個優選實施例所述的CDMA系統的功率線性化電路的結構示意框圖。如圖3所示，一個調整增益(a[n])被與傳輸增益信號g[n]相加，從而在功率放大器中產生線性度。
參考圖3，功率放大器優選地包括線性化輸入單元100，它可通過補償一個輸入信號的電平以消除功率放大器300的非線性度；放大控制器200，它可控制功率放大器300的放大倍數；以及功率放大器300，它可在放大控制器200的控制下對從線性化輸入單元100的輸出的信號s(t)的功率進行放大。
線性化輸入單元100優選地含有一個加法器110，用以將調整增益(a[n])與傳輸增益信號(g[n])相加。調整增益a[n]優選地可消除功率放大器300的非線性特性，並且傳輸增益g[n]可調整數字增益。線性化輸入單元100還包括一個乘法器120，它可將從加法器110輸出的數字增益與數字輸入信號(s[n])相乘起來，並調整數字輸入信號的電平；以及一數/模轉換器130，它可將經過乘法器120的電平調整的數字輸入信號轉換成一個模擬信號。
放大控制器200優選地含有一個乘法器210，它可將用於控制放大增減的功率控制信息(c[n])與一代表了待增減的功率值的功率控制間隔(P)相乘起來。放大控制器200優選地還包括一用於對乘法器210的輸出信號進行累加的累加器220；以及一個數—模轉換器230，它用於將累加器220以數字形式輸出的放大控制信號(v[t])轉換成模擬形式，並利用該信號來控制功率放大器300。
圖4是根據本發明優選實施例的功率線性化方法所採用的功率特性曲線。如圖4所示，PA(V)代表功率放大器300的實際功率特性曲線，PB(V)則代表需要的線性功率特性曲線。
假設所需功率為P2，當功率放大器300根據PB(V)的線性功率特性曲線操作時，應優選地將輸入電壓V1加載給功率放大器300。但是，在這種情況下，功率放大器300可根據諸如PA(V)的非線性特性實際輸出一功率。
因此，當輸入電壓V1被施加給功率放大器300時，可輸出功率P1。這樣所需功率與實際輸出功率之差為P1-P2。在本實施例中，輸出功率的誤差(即，P1-P2)應優選地得到補償，以消除功率放大器300的非線性度。
圖5是根據本發明優選實施例的CDMA系統的功率線性化方法的流程圖。為了對相應於輸入電壓V1的實際非線性功率P1與所需線性功率P2之間的差值(功率誤差)進行補償，應優選地在步驟S11中計算出功率誤差|P1-P2|。
當對一個相應的輸入電壓計算出功率誤差時，在步驟S12中最好按照以下的公式(1)為功率誤差計算出調整增益a[n]。
a[n]＝-sqrt|P1-P2| (P1＞P2)＝sqrt|P1-P2| (P2＞P1)……公式1按照這種方式，根據本發明的功率線性化電路最好能夠通過利用輸入電壓與輸出電壓的特性曲線計算出有限數目輸入電壓的調整增益a[n]，並且將相應的輸入電壓和調整增益保存入一個查詢表內。
之後，將從查詢表中搜索到的用於當前輸入電壓的調整增益a[n]優選地輸入至線性化輸入單元100的加法器110。而加法器110則在步驟S13中將傳輸增益信號g[n]與調整增益a[n]相加起來。
經調整的傳輸增益被優選地輸入至乘法器120。然後，乘法器120在步驟S14中將當前數字輸入電壓s[n]與經調整的傳輸增益相乘，以調整數字輸入信號的電平。
在步驟S15中，經過電平調整的輸入信號優選地被輸入至數字/模擬轉換器130中，並且被轉換成模擬形式，然後被施加給功率放大器300。
功率放大器接收到經過電平調整以用於消除非線性度的模擬輸入信號並對功率進行放大。這樣，功率被放大的信號就獲得了線性特性。功率通過控制輸入信號的電平而得到補償，它比功率放大器的放大控制信號更能抵抗噪聲。因此，功率放大器的功率線性化就可得到更加精確和簡單的控制。
如上所述，根據本發明優選實施例的CDMA的功率線性化電路及其方法具有許多優點。例如，通過調整輸入至壓控功率放大器(VCA)的輸入端的電壓，VCA的非線性度就可得到精確的補償。另外，可更容易地進行功率補償。而且CDMA系統的容量也可以得到增加。
上述實施例和優點僅是示範性的，而不構成對本發明的限制。本發明的教導可被容易應用在各種其它類型的裝置上。對本發明所作的說明是解釋性的，而不是對權利要求範圍的限制。對本領域的技術人員可以明白各種替代、修改和變換。在權利要求中，裝置+功能的語句意在覆蓋能夠執行其所述功能的各種結構，不僅包含結構的等同，也包括等同的結構。
權利要求
1.一種功率線性化電路，其特徵在於包括線性化輸入電路，其被連接用於接收數字輸入信號並產生經補償的模擬輸入信號，以補償功率放大器的非線性特性；放大倍數控制器，其用於控制功率放大器的放大倍數；以及功率放大器，其能夠根據控制信號對經補償的模擬輸入信號進行放大。
2.如權利要求1所述的線性化電路，其特徵在於，上述線性化輸入電路包括加法器，其被設置為用於將用來消除功率放大器非線性特性的增益調整信號與傳輸增益信號相加，並輸出數字增益信號；乘法器，其被設置為用於將數字增益信號與數字輸入信號相乘，以提供經補償的數字輸入信號；以及數/模轉換器，它被設置用於將經補償的數字輸入信號轉換成一個經補償的模擬輸入信號。
3.如權利要求2所述的功率線性化電路，其特徵在於，上述增益調整信號是通過對線性功率(P2)與非線性功率(P1)之間的誤差值進行平方根處理而被計算出來的。
4.如權利要求3所述的功率線性化電路，其特徵在於，上述誤差值等於P1-P2的絕對值，當P1大於P2時，上述平方根處理的結果取誤差值平方根的負值，當P2大於P1時，上述平方根處理的結果取誤差值平方根的正值。
5.如權利要求3所述的功率線性化電路，其特徵在於，P2是希望得到的功率放大器的功率輸出，而P1則是功率放大器未經補償的功率輸出。
6.如權利要求1所述的功率線性化電路，其特徵在於，上述放大控制器包括乘法器，將用於控制放大增減的功率控制信息與一代表了增減的功率值的功率控制間隔相乘起來；累加器，用於對乘法器的輸出信號進行累加；以及數/模轉換器，用於將從累加器輸出的數字放大控制信號轉換成模擬形式以控制功率放大器。
7.一種功率線性化電路，其特徵在於包括加法器，其被設置用於將增益調整信號與傳輸增益信號相加起來，以產生數字增益信號，上述增益調整信號被用來補償壓控功率放大器的非線性特性；乘法器，其被設置用於將數字增益信號與數字輸入信號相乘，以產生經補償的數字輸入信號；以及數/模轉換器，它被連接用於將經補償的數字輸入信號轉換成經補償的模擬輸入信號。
8.如權利要求7所述的功率線性化電路，其特徵在於，還包括壓控功率放大器，被連接用來接收放大控制信號，並用於放大經補償的模擬輸入信號的功率。
9.如權利要求7所述的功率線性化電路，其特徵在於，還包括放大控制信號發生器，和於對壓控功率放大器進行控制。
10.如權利要求9所述的功率線性化電路，其特徵在於，上述放大控制信號發生器包括乘法器，將用於控制放大增減的功率控制信息與代表增減的功率值的功率控制間隔相乘起來；累加器，用於對上述乘法器的輸出信號進行累加；以及數/模轉換器，用於將從累加器輸出的數字放大控制信號轉換成模擬形式，以控制功率放大器。
11.如權利要求7所述的功率線性化電路，其特徵在於，上述增益調整信號是通過對線性功率(P2)與非線性功率(P1)之間的誤差值進行平方根處理而被計算出來的。
12.如權利要求11所述的功率線性化電路，其特徵在於，上述誤差值等於P1-P2的絕對值，當P1大於P2時，上述平方根處理的結果取誤差值平方根的負值，當P2大於P1時，上述平方根處理的結果取誤差值平方根的正值。
13.一種功率線性化電路方法，其特徵在於包括為輸入電壓計算出線性功率(P2)與非線性功率(P1)之間的功率誤差值；對上述功率誤差值進行平方根處理並計算出調整增益值；利用上述調整增益值對傳輸增益信號進行調整；利用經調整的傳輸增益信號對數字輸入信號的電平進行補償；以及對經電平調整的輸入信號的功率進行放大，以產生一個線性化功率信號。
14.如權利要求13所述的方法，其特徵在於，上述調整傳輸增益信號的步驟包括將多個輸入電壓的每一個及相應的調整增益值保存在表格中；從表格中為輸入電壓選擇調整增益值；以及將選定的調整增益值與傳輸增益相加，並對傳輸增益進行調整。
15.如權利要求13所述的方法，其特徵在於，上述誤差值等於P1-P2的絕對值，當P1大於P2時，上述平方根處理的結果取誤差值平方根的負值，當P2大於P1時，上述平方根處理的結果取誤差值平方根的正值。
16.如權利要求13所述的方法，其特徵在於，它還包括為功率放大器提供一放大控制信號，以控制經電平調整補償的輸入信號的放大倍數的步驟。
17.如權利要求16所述的方法，其特徵在於，上述提供一放大控制信號的步驟包括將用於控制放大增減的功率控制信息與代表增減的功率值的功率控制間隔相乘起來；對上述乘法器的輸出信號進行累加；以及將從累加器輸出的數字形式的放大控制信號轉換成模擬形式，並且利用上述放大控制信號對功率放大器進行控制。
18.一種功率線性化電路，其特徵在於包括用於為輸入電壓計算出線性功率(P2)與非線性功率(P1)之間的功率誤差值的裝置；對此計算出的功率誤差值進行平方根處理並計算出調整增益值的裝置；利用計算出的調整增益值對傳輸增益信號進行調整的裝置；利用經調整的傳輸增益信號對數字輸入信號的電平進行補償的裝置；以及用於對經電平補償的輸入信號的功率進行放大並輸出一個線性化的功率信號的裝置。
19.如權利要求18所述的功率線性化電路，其特徵在於，上述誤差值等於P1-P2的絕對值，當P1大於P2時，上述平方根處理的結果取誤差值平方根的負值，當P2大於P1時，上述平方根處理的結果取誤差值平方根的正值。
20.如權利要求18所述的功率線性化電路，其特徵在於，它還包括用於產生一放大控制信號並將此放大控制信號輸出給放大裝置的裝置。
全文摘要
一種CDMA系統的功率線性化電路,包括:線性化輸入單元,它用於對一輸入信號的電平進行補償以消除功率放大器的非線性特性;放大倍數控制器,它用於控制功率放大器的放大倍數;以及功率放大器,它能夠在放大控制器的控制下對經電平補償的輸入信號的功率進行放大。通過調整輸入至壓控功率放大器(VCA)的輸入端的電壓,VCA的非線性度就可得到精確的補償而且這種功率補償也易於實現。另外,CDMA系統的容量也可得到增加。
文檔編號H03F1/32GK1364006SQ01143999
公開日2002年8月14日 申請日期2001年12月30日 優先權日2000年12月30日
發明者陳敏鎬 申請人:Lg電子株式會社