分離放大振幅波形的低頻和高頻部分的功率調製系統和方法
2023-05-27 11:47:31 1
專利名稱：分離放大振幅波形的低頻和高頻部分的功率調製系統和方法
技術領域：
本發明涉及調製系統和方法，尤其涉及能夠有效地把信號調製到載波上的系統和方法。
背景技術：
調製系統和方法被廣泛用在發射機中，以用於把包括話音和/或數據的信息調製到載波上。載波可以是最終載波或中間載波。載頻可處於UHF、VHF、RF、微波或其它任意頻帶中。調製器也被稱作「混頻器」或「乘法器」。例如，在移動無線電話中，調製器被用在無線電話的發射機中。
在現代無線電話通信中，移動無線電話的尺寸要不斷減小，其成本和功耗也要不斷降低。為了達到這些目的，通常希望提供能夠提供高功率調製並在同時減少電池功耗量的調製系統和方法。遺憾的是，調製器的功率放大器由於其效率的限制而會消耗過量的功率。具體來說，現在已知提供的是其效率可低至30％或更小的線性A類或AB類放大器。因此，大量的電池功率會作為熱量浪費掉。
高效調製系統和方法的主要突破在下面的共同待審申請中被描述申請序列號為09/195,384，授予本發明的共同發明人Camp，Jr等人，題目為「用於線性化功率放大器中的調幅的電路和方法」；申請序列號為09/195,129，授予本發明的共同發明人Camp，Jr等人，題目為「使用獨立高效調幅的I/Q調製的電路和方法」；申請序列號為09/207,167，授予本發明的共同發明人Camp，Jr等人，題目為「在RF放大器中的調幅-調相取消方法」；及申請序列號為09/232,503，授予本發明的共同發明人Camp，Jr等人，題目為「功率I/Q調製系統和方法」。這些共同待審申請中的每一個均轉讓給本申請的受讓人，並且所有這些申請的公開均作為參考與本文結合在一起。這些申請描述了使用高效放大器分別調相和調幅的系統和方法。
圖1所示為根據上述共同待審申請分別放大振幅和相位的功率調製系統和方法的框圖。如圖1所示，這些功率調製系統和方法100包括波形發生器102，它通過多個數據符號108產生振幅波形G(A(t))104和相位波形F(φ(t))106。調相器110，如壓控振蕩器(VCO)和/或鎖相環(PLL)對相位波形106調相以產生調相波形112。RF驅動放大器114可被包括於其中以用於過驅動功率放大器116。功率放大器116優選為C類功率放大器，它包括電源輸入116a、信號輸入116b和功率輸出116c。調相波形112或者直接從調相器110或者經RF驅動放大器114提供給C類功率放大器116的信號輸入116b。
下面繼續圖1的描述，D類放大器120響應振幅波形104以把可變電源電壓提供給功率放大器116的電源輸入116a。模-數轉換器，如以時鐘頻率fc1工作的δ-σ調製器124把振幅波形104轉換為數位訊號，該數位訊號提供給了D類放大器120。D類放大器120的輸出隨後由低通濾波器126在頻率fc進行低通濾波。放大的振幅波形122提供給了功率放大器116的電源輸入116a，而且調相波形112提供給了功率放大器116的信號輸入116b，從而在功率輸出116c產生數據符號108的功率調製波形130。因此，圖1的功率調製系統和方法使用D類功率放大器120控制提供給C類功率放大器116的電源電壓，以保持高的總效率。
由於功率調製器是與不斷增高的頻率一起使用的，所以希望進一步擴展其頻率響應。例如，與地面無線電話通信系統相比，衛星無線電話通信系統以較高的頻率工作。因而希望擴展分別調相和調幅的功率調製系統和方法的頻率響應。
圖1的功率調製系統和方法的頻率響應可通過提高低通濾波器126的截止頻率fc來擴展。遺憾的是，如果提高低通濾波器的截止頻率，那麼δ-σ調製器124的噪聲可能會傳遞給功率調製波形。另外，較高的時鐘頻率fc1也可用於δ-σ調製器。遺憾的是，這樣可能會增加成本和/或降低δ-σ調製器124和/或D類放大器120的效率。因此還需要能夠在高頻率下分別調相和調幅的功率調製系統和方法。
發明概述本發明的一個目的是提供改進的功率調製系統和方法。
本發明的另一個目的是提供可以分別調幅和調相的改進的功率調製系統和方法。
本發明的又一個目的是提供能夠擴展分別調幅和調相的功率調製系統和方法的頻率響應的系統和方法。
通過分別放大振幅波形的低頻部分和振幅波形的高頻部分，這些目的及其它目的可根據本發明來提供。優選地，通常包含大部分調製能量的低頻部分以高效率放大，從而產生放大的低頻部分，而高頻部分以較低的效率放大，從而產生放大的高頻部分。放大的低頻部分和放大的高頻部分組合產生組合的放大振幅波形，該波形提供給了高效功率放大器的電源輸入端。
本發明源於下面的認識，即在傳統調幅頻譜中的能量-頻率通常隨著頻率的增加而快速減少。相應地，有效的調製被用于振幅波形的低頻部分。在該頻率之上的調幅頻率分量可利用更傳統的調製及放大的線性方法來提供。因此，大部分調幅功率可通過有效的放大來提供，而表示非常少的功率的剩餘頻率分量可通過較低效率但更方便的傳統線性控制電路來提供。其總體上的高效率可被保持，同時允許擴展的帶寬信號被調製。
具體來說，根據本發明的功率調製系統和方法通過多個數據符號產生振幅波形和相位波形。振幅波形包括低頻部分和高頻部分。相位波形被調相，從而產生調相波形。功率放大器優選為C類功率放大器，它包括電源輸入、信號輸入和功率輸出。調相波形提供給了該信號輸入端。振幅波形的低頻部分以高效率放大，從而產生放大的低頻部分。高頻部分以較低的效率放大，從而產生放大的高頻部分。放大的低頻部分和放大的高頻部分組合產生組合的放大振幅波形。該組合放大的振幅波形被提供給功率放大器的電源輸入端，以在功率放大器的功率輸出端產生數據符號的功率調製波形。
在本發明的優選實施例中，振幅波形的高通濾波被用來產生高頻部分。用於低頻部分的放大器在其中包括了低通濾波器。低通濾波器和高通濾波器具有相同的截止頻率，這樣就可獲得平坦的頻率響應。在另一個實施例中，低通濾波器的截止頻率可能會由於製造公差的變化和/或其它原因而發生變化。為了補償可變低通濾波，高通濾波器可具有能夠調節至與低通截止頻率相同的頻率的可調高通截止頻率。在一個實施例中，低通截止頻率可使用測試音或其它探測技術來確定。可調高通截止頻率則被調節為與如此確定的低通截止頻率相同。在另一個實施例中，振幅波形可在第一低通截止頻率下低通濾波，該第一低通截止頻率低於包含在低頻部分的放大器中的低通截止頻率。通過使用數字低通濾波器，該第一低通截止頻率可被精確控制，以使高通濾波器也可與數字低通濾波器精確匹配。
在本發明的其它實施例中，前置濾波可被用來擴展低頻放大器的頻率響應。特別是，低頻放大器中包括了具有低通截止頻率的低通濾波器。振幅波形的振幅在該低通截止頻率以上被提高，從而把該低通截止頻率擴展至高於該低通截止頻率的第二低通截止頻率。振幅波形在第二低通截止頻率進行高通濾波，從而產生高頻部分。可調高通濾波器可被使用並被調節至與第二低通截止頻率相同。
在本發明的另一個實施例中，振幅波形被前置濾波，以便根據作為低通濾波器的補充的頻率響應在低通截止頻率以上提高振幅波形的振幅，以便在該低通截止頻率以上整平低頻放大器的響應。具體來說，振幅波形被前置濾波，從而產生前置濾波的振幅波形。前置濾波的振幅波形被放大，從而產生放大的前置濾波振幅波形。該放大器中包括了具有第一截止頻率的低通濾波器。該前置濾波把振幅波形的振幅提高至高於第一低通截止頻率，從而把第一低通截止頻率擴展至高於該第一低通截止頻率的第二低通截止頻率。優選地，根據作為低通濾波器的補充的頻率響應，振幅波形的振幅在第一低通截止頻率以上被提高，從而在第一低通截止頻率以上整平低頻放大器的響應。在這種情況下，由高頻低效放大器放大的振幅波形的部分可以減少或消除。
在上面的所有實施例中，低頻部分最好在D類放大器中放大，高頻部分最好在線性放大器中放大，而且功率放大器是C類放大器。δ-σ調製器可耦合于波形發生器和D類放大器之間，以便提供模-數轉換。根據另一個方面，低頻放大器產生非線性失真，而且功率調製系統和方法通過振幅波形產生預失真的振幅波形，這樣，失真的振幅波形被放大以補償非線性失真。
相應地，高效率的功率調製系統和方法的頻率響應可通過使用傳統放大器放大高頻來擴展。由於大部分振幅調製功率是通過有效的功率放大來提供的，因此仍然可以獲得高效率。因此，不需要提供更貴的高頻δ-σ調製器和/或D類放大器並且不必在調製波形中引入額外的噪聲就可以擴展頻率響應。由此可向高性能高效率的功率調製系統和方法提供擴展的頻率響應。
附圖簡述圖1是分別放大振幅和相位的功率調製系統和方法的框圖。
圖2-4是根據本發明的功率調製系統和方法的實施例的框圖。
圖5A-5F和6A-6F示出了圖4中的各種實施例的頻率響應。
圖7-11表示根據本發明的功率調製系統和方法的其它實施例的框圖。
圖12和13表示可用在根據本發明的功率調製系統和方法中的組合器的實施例。
優選實施例的詳細描述參考附圖，下面將更充分地描述本發明，附圖所示為本發明的優選實施例。但本發明也能夠以多種不同的形式來體現，並且不應被認為是受限於這裡所述的實施例；相反，這些實施例的提供是為了使本公開透徹完整，並且將把本發明的範圍充分地傳達給本專業技術人員。在整個過程中，相似的數字表示相似的元件。
現在參考圖2，下面將描述根據本發明的功率調製系統和方法的框圖。功率調製系統和方法200包括波形發生器202，它通過多個數據符號208產生振幅波形G(A(t))204和相位波形F(φ(t))206。波形發生器202分別通過輸入數據流208和調製格式的其它特性如濾波器形狀和符號速率產生基帶調製信號振幅和相位波形204和206。相位波形206最好被標度並被格式化，從而在頻率F得到希望的調相射頻信號並被提供到調相器210，如壓控振蕩器(VCO)和/或鎖相環(PLL)，從而產生調相波形212。
仍然參考圖2，功率放大器216優選為高效率C類功率放大器，它包括電源輸入216a、信號輸入216b和功率輸出216c。調相波形212被提供給信號輸入216b。調相波形212可直接由信號輸入216b提供。另外，調相波形212可提供給任選的RF驅動放大器214，其輸出提供給功率放大器216的信號輸入216b。RF驅動放大器214可用於把信號電平增強至功率放大器216的信號輸入電平足以過驅動功率放大器216至飽和的點，由此保證該功率放大器以C類模式操作，並且其輸出響應其漏極或集電極的電壓電源的電平。
仍然參考圖2，波形發生器202還提供時間同步信號，它表示所希望的振幅波形204。振幅波形204包括低頻部分和高頻部分。低頻放大系統240以高效率放大低頻部分，從而產生放大的低頻部分242。低頻放大系統240最好包括把振幅波形轉換為數字波形的δ-σ調製器224和放大數字波形的D類放大器220。因此，D類放大器220產生二進位波形，其時間平均值跟蹤調幅波形。該時間平均值通過截止頻率為fc的低通濾波器226對D類放大器的輸出進行濾波來獲得。低通濾波器226還去除δ-σ調製器224的輸出的噪聲。相應地，低頻放大系統220能夠以高效率放大大部分調幅功率，從而產生放大的低頻部分242。
仍然參考圖2，高頻放大系統250也被提供，它用於以較低的效率放大高頻部分，從而產生放大的高頻部分262。特別是，高頻放大系統250可包括任選的數字延遲單元251，它可用來把高頻部分延遲時間T，從而使經過低頻放大系統240和高頻放大系統250的信號同步。高通濾波器優選為數字高通濾波器254，它也可包括於其中，它具有與低通濾波器226相反的高通濾波器的頻率響應。可以理解，高通濾波器254可作為波形發生器202的一部分提供。
如圖2所示，高通濾波器254和低通濾波器226具有相同的截止頻率fc。因此，當被加在一起時，來自低頻放大系統240和高頻放大系統250的信號將產生平坦的頻率響應。
高頻放大系統250還包括數-模(D-A)轉換器256和第二低通濾波器258，該濾波器具有最好針對功率調製所希望的最高頻率fh進行設置的截止頻率。這個第二低通濾波器258可限制將進入輸出信號的噪聲。來自第二低通濾波器258的信號由諸如標稱為40％的效率的A類或AB類放大器的傳統線性放大器260放大，從而產生放大的高頻部分262。
組合器270組合放大的低頻部分242和放大的高頻部分262，從而產生組合放大的振幅波形272。組合放大的振幅波形272被提供給功率放大器216的電源輸入216a，從而在功率輸出216c產生數據符號208的功率調製波形230。該組合器可利用電容耦合來耦合放大的低頻部分242和放大的高頻部分262，同時把低頻放大系統240和高頻放大系統250彼此隔開。
相應地，功率調製系統和方法200的頻率響應可被擴展至超出可由δ-σ調製器的噪聲施加的上限。而且，該擴展的頻率響應能夠在總效率損失較小的情況下獲得，這是因為由高頻放大系統250提供的功率可處在用來對功率放大器216進行調幅的總功率的大約1％-5％之間。
圖3是根據本發明的功率調製系統和方法300的另一個實施例的框圖。可以理解，低通濾波器226的實際截止頻率fc可根據製造公差和/或其它真實世界的變化而進行變化。因而難以提供圖2所示的具有與低通濾波器226的實際截止頻率相匹配的截止頻率的高通濾波器254。圖3的實施例提供了可調數字高通濾波器354。另外還提供把可調數字高通濾波器354的可調高通截止頻率調節為等於低通濾波器226的截止頻率fc的裝置。具體來說，是提供用於確定低通濾波器的截止頻率fc以用於把可調數字高通濾波器354的可調高通截止頻率調節為等於如此確定的低通截止頻率的裝置。
具體來說，在圖3所示的實施例中，當需要時，波形發生器302還在特定的頻率產生測試音而不是產生調幅波形204。當產生測試音時，波形發生器302傳送信號使開關380打開。模-數轉換器382與組合器270的輸出耦合。取樣數據則由數字處理器384處理。數字處理器384調節可調數字高通濾波器354的截止頻率，以對應於低通濾波器226的測量截止頻率。
通過測量相對於低通濾波器226的截止區中各種頻率的音調對該濾波器的振幅和相位響應，數字處理器384可計算高通濾波器的精確反函數。可以理解，音調數可根據低通濾波器226中的極數來確定。還應當理解，低通截止頻率的確定以及可調高通截止頻率的調節可在模擬領域中進行。最後，可以理解，高頻放大系統的參數也可使用圖3的系統測量，其中音調被傳送給高頻放大系統250而不是低頻放大系統240，並且該響應是使用模-數轉換器382來測量的。這可被用來測量高頻放大系統250的增益和相移。但是，這些測量結果可能並不是必需的，這是因為高頻放大系統的分量由於它們是數字的原因而被良好地控制。
圖4示出了本發明的系統和方法400的其它實施例，它把數字前置濾波器410耦合在波形發生器202和低頻放大系統240和高頻放大系統250的至少之一之間。數字前置濾波器410可用於各種目的，這將在下面進行詳細描述。
在數字前置濾波器410的第一個用途中，數字前置濾波器410是低通數字前置濾波器，它具有比低通濾波器226低的截止頻率。通過在數字濾波器中包含較低的截止頻率，低通濾波器226的截止頻率fc的變化對系統的整個響應的影響可以減小，並且最好能夠消除。換言之，數字前置濾波器410起到了第二低通濾波器的作用，第二低通濾波器具有比低通濾波器226要低的截止頻率。由於該截止頻率是在數字領域中產生，因此它可以被良好地控制。相應地，數字高通濾波器254可匹配數字前置濾波器410的截止頻率而不是與低通濾波器226的截止頻率fc匹配。因此，對低通濾波器226中的變化的靈敏度可以減小，並且最好可以消除。
圖5A-5F示出了圖4的該實施例的頻率響應。如圖5A所示，低通濾波器226具有截止頻率f1。如圖5B所示，數字前置濾波器410具有截止頻率f3，f3低於f1。因此，如圖5C所示，低頻放大系統240的頻率響應受到前置濾波器410的頻率響應的控制。如圖5D所示，數字高通濾波器254具有與數字前置濾波器410相對應的截止頻率f3。低通濾波器258具有高截止頻率fh，它表示進行調製的最高頻率。相應地，圖5F中的組合響應被整平至希望的截止頻率fh。換句話說，數字前置濾波器410的截止頻率低於模擬低通濾波器226的截止頻率。因此，低頻放大系統240的頻率響應由數字前置濾波器410控制，該數字前置濾波器410具有會受到模擬低通濾波器226影響的群延遲。因此，高頻放大系統250中的數字高通濾波器254可被精確設計以便於匹配低頻放大系統240。當所有元件被組合在一起時，組合的頻率響應在圖5F中示出。
藉助圖6A-6F將描述圖4的數字前置濾波器410的第二個用途。如圖6A所示，圖4的低通濾波器226保持截止頻率f1。但是，如圖6B所示，在本實施例中，數字前置濾波器410是提高頻率的數字濾波器，它在低通濾波器的截止頻率f1以上提高振幅波形的振幅。如圖6C所示，該增加的振幅數字頻率因而把低頻放大系統的低通截止頻率擴展至高於原始低通截止頻率的第二低通截止頻率。
換句話說，數字前置濾波器410的作用在於減小損耗-頻率的斜率，這樣，高頻放大系統250中的數字高通濾波器354的級(order)可被減小。這在圖6D中所示為數字高通濾波器的響應-頻率的較低的斜率。低通濾波器258的響應在圖6E中示出。低頻放大系統240和高頻放大系統250的組合響應會產生平坦的頻率響應，該平坦的頻率響應是所希望的支持調幅的帶寬fh。由於組合的數字前置濾波器和低通濾波器的截止區的斜率較小，因此，與其匹配的數字高通濾波器的靈敏度也較小。但是，數字高通濾波器和高頻放大系統可表現出對第一低通濾波器258的頻率響應變化的一定的靈敏度。
比較而言，圖5A-5F和圖6A-6F的數字前置濾波器均可獲得非常相同的頻率響應。但是，對於圖5A-5F的數字前置濾波器來說，在低頻放大系統240和高頻放大系統250之間保持合適的相位和振幅關係的可能性會較高。事實上，唯一重要的變化可能是低頻放大系統240中的群延遲變化，這將由高頻放大系統250中的數字延遲252匹配。該延遲可能單單是由於模擬低通濾波器226引起的，並且與由於兩個放大系統之間的截止頻率失配所引起的延遲相比具有較小的影響。
在圖6B中，提高振幅的數字前置濾波器410被用來擴展低頻放大系統240的頻率響應。在圖7所示的本發明的另一個實施例中，數字前置濾波器710是與低通濾波器226相反的濾波器。換言之，數字前置濾波器710是具有與低通濾波器226相同的截止頻率和斜率的高通濾波器。因此，數字前置濾波器710可完全消除低通濾波器226的頻率響應的滾降。因而不再需要高頻放大系統250。
相應地，如圖7的系統和方法700所示，振幅波形204由數字前置濾波器710進行前置濾波，以產生前置濾波的振幅波形712。前置濾波的振幅波形隨後被放大，從而產生放大的前置濾波振幅波形272。放大系統740包括具有第一截止頻率fc的低通濾波器226。數字前置濾波器在第一低通截止頻率fc以上提高振幅波形204的振幅，從而把第一低通截止頻率擴展至高於第一低通截止頻率的第二低通截止頻率。優選地，振幅波形的振幅以作為低通濾波器226的補充的方式在第一低通截止頻率以上被提高，從而在第一低通截止頻率以上整平放大系統740的響應。可以理解，數字前置濾波器710最好還包括具有截止頻率fh的低通濾波器部分，以限制高於該頻率的噪聲。
應當理解，數字前置濾波器710的動態範圍可能會變得太大而不符合實際。例如，即使數字前置濾波器710可以在與波形發生器202相關的數字處理器中執行，但它可能會超過可獲得的數字分辯率。在這種情況下，該數字前置濾波器可用來取消第一低通濾波器226中的一些但不是全部的滾降，這已經結合圖6A-6F進行了描述。
圖8示出了根據本發明的功率調製系統和方法800的另一個實施例。圖8把圖3的截止頻率確定系統和圖4的數字前置濾波器組合在一起，以便減小低通濾波器226的截止頻率偏差的影響。這些系統中的每個系統均已結合圖3和4進行了詳細解釋，在此不再贅述。
C類功率放大器216可在電源電壓和輸出電平之間具有非線性關係，由此會引起失真。這种放大器也可能受到調幅-調相(AM-PM)轉換的影響，由此，調幅會產生不希望的相位調製。圖9所示為同樣補償這種非線性失真的功率調製系統和方法900。
參考圖9，輸出信號的振幅可使用功率檢測器910來測量，其結果由A-D轉換器912取樣並轉換為數字形式，並由功率-振幅轉換器914轉換為幅值。該取樣可以在非常慢的速率下發生。比較器功能916比較該振幅和振幅波形G(A(t))的值，以計算新的校正值。校正值被提供給校正表918。
取樣是與調幅鏈G(A(t))的輸入一致的，這樣，功率-振幅轉換的輸出可被比較。如果檢測到誤差，則可計算校正表918中輸入振幅的該值的新校正值。波形G(A(t))隨後由校正表918轉換為校正的波形，而且該校正波形被提供給數字前置濾波器410。該校正表採用希望的幅值並把校正值加入其中，這樣，淨輸出振幅是與振幅輸入值線性響應的。
由於所涉及的非線性可能會隨著溫度和/或負載的變化而緩慢變化，因此，該取樣以及校正表值的調整可以在低速率下進行，如每秒1-10次，而且在這種方式下，總的振幅響應值可被檢測。預補償系統和方法在上述共同待審且共同授權的專利申請中進行過詳細的描述，在此不必贅述。
圖10所示為在其中圖4的實施例與圖9的預失真補償組合在一起的另一個實施例。圖11所示為在其中圖3的實施例被改進為增加圖9的預失真補償的另一個實施例。圖10和11的詳細描述不再重複。
再次參考圖1，下面將描述根據本發明的組合器270的第一實施例。如圖12所示，組合器270』用來把低頻放大系統240和高頻放大系統250耦合到功率放大器216的信號輸入216b上。當數字高通濾波器254匹配模擬低通濾波器226時(舉例來說，如圖2、3、6A-6F、8、9、10和11所示)，該組合器可以是傳統的同向共用器，它包括含有電容器C2和電感線圈L2的高通濾波器和含有電感線圈L1和電容器C1的低通濾波器。數字高通濾波器254可被重調為較低的電容頻率，以避免使兩條路徑之和失配。優選地，L1的截止等於L2的截止並且斜率最好相等。其它傳統組合器可用來分別組合低頻放大系統和高頻放大系統240和250的輸出，同時減小並且最好是將這些系統之間的交互作用減至最小。
圖13所示為可在數字高通濾波器254匹配數字低通濾波器時使用的組合器270」的另一個實施例，其中該數字低通濾波器的截止頻率低於模擬低通濾波器226的截止頻率。例如，如圖5A-5F和9-11所示，數字前置濾波器410具有比低通濾波器226的截止頻率fc要低的截止頻率。如圖13所示，組合器270」包括線性控制器件1310，如場效應電晶體，其源極和漏極通過功率放大器210連接在低通濾波器236和信號輸入216之間。在由濾波器1312濾波時，線性控制器件1310的柵極與線性放大器260的輸出連接。該線性控制器件兩端的電壓V1和V2在線性比較器1314中比較，其輸出提供到線性放大器260的負輸入端。
因此，線性比較器1314輸出V1和V2之差。該環路包括比較器1314、線性放大器260、濾波器1312和線性控制器件1310，它使V2-V1跟蹤Vs，其中Vs是具有足夠DC分量以使Vs大於0的複合信號的高頻分量。DC分量最好被儘可能地減小，以便儘可能減小對整個DC-DC效率的影響。應當理解，在較低路徑中的控制信號可被標度以用於計算線性控制器件兩端的DC壓降。還應當理解，其它組合電路也可被提供。
在附圖和說明書中，已經公開了本發明的典型優選實施例，而且，儘管採用的是特定術語，但它們僅僅是以通用和描述性的含義來使用的，而且並不限制本發明，本發明的範圍在下面的權利要求中提供。
權利要求
1.一種功率調製系統，包括從多個數據符號中產生振幅波形和相位波形的裝置，該振幅波形包括低頻部分和高頻部分；對相位波形調相以產生調相波形的裝置；功率放大裝置，包括電源輸入、信號輸入和功率輸出，該調相波形被提供給該信號輸入；以高效率放大低頻部分以產生放大的低頻部分的裝置；以比該高效率低的效率放大高頻部分以產生放大的高頻部分的裝置；以及用於組合放大的低頻部分和放大的高頻部分以產生組合放大的振幅波形，並用於把組合放大的振幅波形提供給該電源輸入端，以在該功率輸出端產生數據符號的功率調製波形的裝置。
2.根據權利要求1的功率調製系統，還包括對振幅波形進行高通濾波以產生高頻部分的裝置。
3.根據權利要求2的功率調製系統，其中用於放大低頻部分的裝置包括在其中進行低通濾波的裝置，用於低通濾波的裝置和用於高通濾波的裝置具有相同的截止頻率。
4.根據權利要求2的功率調製系統，其中用於放大低頻部分的裝置包括在其中進行低通濾波的裝置，用於低通濾波的該裝置具有一個低通截止頻率，並且其中用於高通濾波的裝置包括在可調高通截止頻率下對振幅波形進行高通濾波的裝置；及調節可調高通截止頻率等於該低通截止頻率的裝置。
5.根據權利要求4的功率調製系統，其中該調節裝置包括確定低通截止頻率的裝置；和調節可調高通截止頻率等於如此確定的低通截止頻率的裝置。
6.根據權利要求1的功率調製系統，還包括對振幅波形進行低通濾波以產生低頻部分的裝置；和對振幅波形進行高通濾波以產生高頻部分的裝置。
7.根據權利要求6的功率調製系統，其中用於放大低頻部分的裝置包括在其中進行低通濾波的第二裝置，用於低通濾波的第二裝置具有第二低通截止頻率，且其中用於低通濾波的裝置包括用於在低於第二低通截止頻率的第一低通截止頻率對振幅波形進行低通濾波，從而產生低頻部分的裝置。
8.根據權利要求1的功率調製系統，其中用於放大低頻部分的裝置包括在其中進行低通濾波的裝置，用於低通濾波的該裝置具有一個低通截止頻率，其中該功率調製系統還包括在該低通截止頻率以上提高振幅波形的振幅，從而把該低通截止頻率擴展至高於該低通截止頻率的第二低通截止頻率的裝置；以及用於在第二低通截止頻率對振幅波形進行高通濾波以產生高頻部分的裝置。
9.根據權利要求8的功率調製系統，其中用於高通濾波的裝置包括用於在可調高通截止頻率對振幅波形進行高通濾波的裝置；以及用於把該可調高通截止頻率調節至等於第二低通截止頻率的裝置。
10.根據權利要求1的功率調製系統，其中功率放大裝置產生非線性失真，該功率調製系統還包括用於通過該振幅波形產生預失真振幅波形的裝置，放大低頻部分的裝置和放大高頻部分的裝置中的至少一個裝置響應該預失真振幅波形來補償該非線性失真。
11.根據權利要求1的功率調製系統，其中用於放大低頻部分的裝置包括D類放大器，其中用於放大高頻部分的裝置包括線性放大器，且其中用於功率放大的裝置包括C類放大器。
12.根據權利要求11的功率調製系統，其中用於放大低頻部分的裝置還包括耦合在發生裝置和D類放大器之間的δ-σ調製器。
13.根據權利要求1的功率調製系統，還包括耦合于振幅波形之間、用於放大低頻部分的裝置和用於放大高頻部分的裝置的數字前置濾波器，以產生低頻部分和高頻部分。
14.一種功率調製系統，包括從多個數據符號中產生振幅波形和相位波形的裝置；對相位波形調相以產生調相波形的裝置；功率放大裝置，包括電源輸入、信號輸入和功率輸出，該調相波形被提供給該信號輸入；對振幅波形進行前置濾波以產生前置濾波的振幅波形的裝置；以及放大該前置濾波的振幅波形以產生放大的前置濾波振幅波形的裝置，該放大裝置包括在其中進行低通濾波的裝置，該低通濾波裝置具有第一截止頻率，該放大的前置濾波振幅波形被提供到該電源輸入端，以便在該功率輸出端產生數據符號的功率調製波形；其中該前置濾波裝置包括在第一低通截止頻率以上提高振幅波形的振幅的裝置，從而把第一低通截止頻率擴展至高於該第一低通截止頻率的第二低通截止頻率。
15.根據權利要求14的功率調製系統，其中用於提高振幅的裝置包括根據作為低通濾波裝置的補充的頻率響應在第一低通截止頻率以上提高振幅波形的振幅的裝置，以便在第一低通截止頻率以上整平放大裝置的響應。
16.根據權利要求14的功率調製系統，其中用於前置濾波的裝置包括用於確定第一低通截止頻率的裝置和用於根據如此確定的第一低通頻率在第一低通截止頻率以上可調提高振幅波形的振幅的裝置，從而把第一低通截止頻率擴展至高於第一低通截止頻率的第二低通截止頻率。
17.根據權利要求15的功率調製系統，其中該提高裝置包括用於確定第一低通截止頻率並根據作為低通濾波裝置的補充的頻率響應以如此確定的第一低通頻率為基礎在第一低通截止頻率以上可調提高振幅波形的振幅的裝置，以便在第一低通截止頻率以上整平放大裝置的響應。
18.根據權利要求14的功率調製系統，其中功率放大裝置產生非線性失真，該功率調製系統還包括用於通過該振幅波形產生預失真振幅波形的裝置，放大裝置和前置濾波裝置中的至少一個裝置響應該預失真振幅波形來補償該非線性失真。
19.根據權利要求14的功率調製系統，其中放大裝置包括D類放大器，且其中功率放大裝置包括C類放大器。
20.根據權利要求19的功率調製系統，其中該放大裝置還包括耦合在前置濾波裝置和D類放大器之間的δ-σ調製器。
21.一種功率調製系統，包括波形發生器，通過多個數據符號產生振幅波形和相位波形，該振幅波形包括低頻部分和高頻部分；調相器，對相位波形調相以產生調相波形；功率放大器，包括電源輸入、信號輸入和功率輸出，該調相波形被提供給該信號輸入端；低頻放大系統，以高效率放大低頻部分，從而產生放大的低頻部分；高頻放大系統，以比該高效率低的效率放大高頻部分，從而產生放大的高頻部分；以及組合器，用於組合放大的低頻部分和放大的高頻部分以產生組合放大的振幅波形，並用於把組合放大的振幅波形提供給該電源輸入端，以在該功率輸出端產生數據符號的功率調製波形。
22.根據權利要求21的功率調製系統，還包括高通濾波器，它與振幅波形耦合以產生高頻部分。
23.根據權利要求22的功率調製系統，其中低頻放大系統中包含了低通濾波器，該低通濾波器和該高通濾波器具有相同的截止頻率。
24.根據權利要求22的功率調製系統，其中低頻放大系統中包含了低通濾波器，該低通濾波器具有一個低通截止頻率，並且該高通濾波器包括可調高通濾波器，具有一個可調高通截止頻率。
25.根據權利要求21的功率調製系統，還包括低通濾波器，與振幅波形耦合以產生低頻部分；和高通濾波器，與振幅波形耦合以產生高頻部分。
26.根據權利要求25的功率調製系統，其中該低頻放大系統中包括了第二低通濾波器，第二低通濾波器具有第二低通截止頻率，並且其中該低通濾波器具有低於第二低通截止頻率的第一低通截止頻率，從而產生低頻部分。
27.根據權利要求21的功率調製系統，其中低頻放大系統包括D類放大器，其中高頻放大系統包括線性放大器，並且其中功率放大器包括C類放大器。
28.一種功率調製系統，包括波形發生器，通過多個數據符號產生振幅波形和相位波形；調相器，對相位波形調相以產生調相波形；功率放大器，包括電源輸入、信號輸入和功率輸出，該調相波形被提供給該信號輸入；前置濾波器，對振幅波形進行前置濾波以產生前置濾波的振幅波形；以及放大系統，放大該前置濾波的振幅波形以產生放大的前置濾波振幅波形，該放大系統包括低通濾波器，該低通濾波器具有第一截止頻率，該放大的前置濾波振幅波形被提供到該電源輸入端，以便在該功率輸出端產生數據符號的功率調製波形；其中該前置濾波器在第一低通截止頻率以上提高振幅波形的振幅，從而把第一低通截止頻率擴展至高於第一低通截止頻率的第二低通截止頻率。
29.根據權利要求28的功率調製系統，其中該前置濾波器根據作為低通濾波器的補充的頻率響應在第一低通截止頻率以上提高振幅波形的振幅，以便在第一低通截止頻率以上整平放大系統的響應。
30.根據權利要求28的功率調製系統，其中放大系統包括D類放大器，並且其中功率放大器包括C類放大器。
31.一種功率調製方法，包括的步驟是通過多個數據符號產生振幅波形和相位波形，該振幅波形包括低頻部分和高頻部分；對相位波形調相以產生調相波形；以高效率放大低頻部分以產生放大的低頻部分；以比該高效率低的效率放大高頻部分以產生放大的高頻部分；組合放大的低頻部分和放大的高頻部分以產生組合放大的振幅波形；把組合放大的振幅波形提供給功率放大器的電源輸入端；以及把調相波形提供給該功率放大器的信號輸入端以產生數據符號的功率調製波形。
32.根據權利要求31的功率調製方法，還包括對振幅波形進行高通濾波以產生高頻部分的步驟。
33.根據權利要求32的功率調製方法，其中放大低頻部分的步驟包括在與高通濾波步驟相同的截止頻率下進行低通濾波的步驟。
34.根據權利要求32的功率調製方法，其中放大低頻部分的步驟包括在低通截止頻率下進行低通濾波的步驟，並且其中高通濾波的步驟包括在可調高通截止頻率下對振幅波形進行高通濾波；及調節可調高通截止頻率等於該低通截止頻率。
35.根據權利要求34的功率調製方法，其中該調節步驟包括確定低通截止頻率；和調節可調高通截止頻率等於如此確定的低通截止頻率。
36.根據權利要求31的功率調製方法，另外包括的步驟是對振幅波形進行低通濾波以產生低頻部分；和對振幅波形進行高通濾波以產生高頻部分。
37.根據權利要求36的功率調製方法，其中放大低頻部分的步驟包括在第二低通截止頻率下進行低通濾波的步驟，並且其中對振幅波形進行低通濾波的步驟包括在低於第二低通截止頻率的第一低通截止頻率對振幅波形進行低通濾波，從而產生低頻部分。
38.根據權利要求31的功率調製方法，其中放大低頻部分的步驟包括在低通截止頻率下進行低通濾波的步驟，並且其中該功率調製方法還包括在該低通截止頻率以上提高振幅波形的振幅，從而把該低通截止頻率擴展至高於該低通截止頻率的第二低通截止頻率；以及在第二低通截止頻率對振幅波形進行高通濾波以產生高頻部分。
39.一種功率調製方法，包括的步驟是通過多個數據符號產生振幅波形和相位波形；對相位波形調相以產生調相波形；對振幅波形進行前置濾波以產生前置濾波的振幅波形；放大並在第一截止頻率對前置濾波的振幅波形進行低通濾波，以產生放大的前置濾波振幅波形；以及把放大的前置濾波振幅波形提供給功率放大器的電源輸入端並把調相波形提供給該功率放大器的信號輸入端，以產生數據符號的功率調製波形；其中該前置濾波步驟包括在第一低通截止頻率以上提高振幅波形的振幅的步驟，從而把第一低通截止頻率擴展至高於該第一低通截止頻率的第二低通截止頻率。
40.根據權利要求39的功率調製方法，其中提高振幅的步驟包括根據作為低通濾波步驟的補充的頻率響應在第一低通截止頻率以上提高振幅波形的振幅的步驟，以便在第一低通截止頻率以上整平該放大和低通濾波步驟的響應。
全文摘要
功率調製系統和方法通過數據符號產生振幅波形和相位波形。振幅波形包括低頻部分和高頻部分。相位波形被調相,從而產生調相波形。功率放大器優選為C類功率放大器,它包括電源輸入、信號輸入和功率輸出。調相波形提供給了該信號輸入端。振幅波形的低頻部分以高效率放大,從而產生放大的低頻部分。高頻部分以較低的效率放大,從而產生放大的高頻部分。放大的低頻部分和放大的高頻部分組合產生組合的放大振幅波形。該組合放大的振幅波形被提供給功率放大器的電源輸入端,以在功率放大器的功率輸出端產生數據符號的功率調製波形。
文檔編號H03F3/38GK1361938SQ00810419
公開日2002年7月31日 申請日期2000年4月11日 優先權日1999年5月17日
發明者小W·O·坎普, B·林多夫 申請人:艾利森公司