前饋型線性功放尋優模型自適應對消控制方法和裝置的製作方法
2023-07-22 05:43:31 2
專利名稱：前饋型線性功放尋優模型自適應對消控制方法和裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種用於無線通信領域的前饋型線性功率放大器的對消控制方法和裝置，具體涉及一種採用尋優數學模型自適應算法的前饋型線性功率放大器的對消控制方法和裝置。
背景技術：
採用線性化技術提高功率放大器的線性是設計、生產功放的常用技術措施之一，而前饋技術則是目前線性功率放大器設計、生產所採用的主流技術。該技術從其輸出中提取互調失真信號並將其與反相的輸出信號混合，從而達到抵消失真信號，改進C/I之目的。參見
圖1，RF輸入信號被功分器1分配後分別加到主路徑節點NA和子路徑節點NA′。主路經輸入信號由主功放2放大，其輸出信號包含除RF信號之外的互調失真信號，該信號經延時線4、電調衰減器5、電調移相器6進行信號幅度和相位的調整/控制，在合路器7與主路徑定向耦合器3所耦合的信號進行合路(對消、抵消)，在NC點得到互調失真頻譜信號，該環路稱為主環調節環路；其電調衰減器8、電調移相器9調整/控制來自信號合路器7的互調失真信號，使功放10的輸出信號電平與由主功放2輸出的互調失真信號幅度相等、相位相差NTI(N為奇數)，其第二延時線11延遲主路徑的放大信號，以使該延遲信號和誤差放大器10的輸出信號同時到達功率組合器12，以消除互調信號，產生最終輸出信號，該環路稱為誤差環調節環路。
在目前所公開的前饋型線性功放技術中，尚存在某些弊端。例如一種採用導頻跟蹤的自適應對消控制方法(US6081156專利)，該方法實際操作性較差，其線性改善指標不理想；一種增加新載頻對消環自適應對消控制方法(US439618專利)，該方法檢測靈敏度較低，系統複雜，實現難度大；一種誤差環自適應對消控制方法(02112416專利)，該方法由於以採樣電壓而非採樣功率為判據並採用先調諧幅度差、後調諧相位差的方式以及缺乏對對消結果的評估措施，因此難以達到對互調信號的最佳抵消效果。
發明內容
本發明的目的是提供一種採用尋優數學模型自適應算法的前饋型線性功放對消控制方法和裝置。該方法和裝置採用數字下變頻技術和尋優數學模型自適應算法，以互調信號功率為判據，按照先對前饋型線性功放的主環進行調節後對誤差環進行調節、先相位參數調整後幅度參數調整的實際仿真順序，快速、簡易、而準確地尋求最佳對消控制點，並根據「二維參數調整呈凹函數且最小值兩邊自變域內呈單調函數」的性質對對消效果進行實時評估，最終尋找到電調移相器和電調衰減器的最優工作點，並快速使其穩定，達到對互調信號的最優對消效果，從而有效克服目前所採用的前饋線性功率放大器技術所存在的上述種種弊端。
本發明的上述目的是通過採用以數字處理晶片為核心的硬體和相應的控制軟體來實現的，其所有操作均由數字處理晶片及其輔助器件以及相應的最佳控制點尋優程序完成。其中，硬體部分由DSP晶片(13)、RF採集點(14)、控制信號(15)、模數變換器(16)、數模變換器(17)、存儲器(18、19)、SPI總線(20)、EEPROM(21)、邏輯電路(22)、電源模塊(23)、JTAG接口(24)等12部分構成。其工作過程為由DSP晶片(13)採集特定的RF信號(14)來獲得前饋型線性功放的當前工作狀態，即兩個環路的抵消效果，並根據需要產生一定的輸出信號(15)，通過調節前饋型線性功放的主環和誤差環的電調移相器和電調衰減器來控制RF環路，其RF電路接口的所有信號都經過模數變換器(16)和數模變換器(17)進行轉換，其程序及其運行數據由靜態存儲器(18)和(19)予以保存，通過SPI總線20所擴充的EEPROM(21)用以保證程序運行的關鍵數據在關機後不致丟失，其複雜可編程邏輯器件CPLD(22)提供系統所需要的各種選通和邏輯信號，由電源模塊(23)提供工作電壓，其CPLD和DSP的JTAG接口(24)通過外殼上的工藝口連到外部，以保證能在不用開啟線性功放盒體的情況下升級這些器件內的程序。其軟體部分的工作流程是①、對饋型線性功放的當前工作狀態進行定時採集；②、對採集量進行電壓到功率的變換，並以互調信號功率作為判據；③、按照先對饋型線性功放的主環進行調節後對誤差環進行調節、先相位參數調整後幅度參數調整的實際仿真順序，分別進行1到幾個步進的調整；④、適時與參數變更之前進行比較，以判定步進調整方向；⑤、適時在兩個方向分析並尋找更優點；⑥、進行控制補償，直至效果最佳。通過上述工作過程，最終尋找到電調移相器和電調衰減器的最優工作點，並快速使其穩定，達到對互調信號的最優對消效果。
上述技術方案進一步包括若不是初次調整，則判定其檢測對消效果是否滿足門限要求；若滿足對消門限，還需要進一步對整個頻譜進行掃描，以判定是結束進程還是進行進一步的調整；當判定所檢測到的互調信號功率增加時，則反映對消效果變差，其控制量應向相反方向變化，反之，則反映對消效果變好，其控制量應繼續向該方向變化，直至尋找到某一點，在該點向兩個方向變化時，其檢測效果均變差為止，則該點即為最佳控制點；採集不同頻率點的功率值，採用數字下變頻技術，在中頻對所提取的相應功率值進行判斷，並針對所識別出的不同的信號類型及中心頻率，確定其對消效果的檢測位置；為快速達到最佳控制效果，應先固定幅度電平偏差ΔA，調整相位角度電平偏差ΔΦ，即先從尋找相位參數最佳點開始；在首次調節時應先從主環路入手，當主環路調節完畢後，再進行誤差環路調節，但在已經調節過一次後其互調又進一步惡化的情況下，可先調節誤差環路，當達不到指標時，再進行主環路的調節；應循環兩次尋優過程尋求其最佳控制點，即在調整ΔΦ之前，先固定ΔA並使ΔΦ等於零，此時函數在最優點附近斜率最大，能容易找出最優點，以保證對每一參量的尋優均在另一參量調整相對較佳的情況下進行，從而充分保證其尋優效果。
本發明由於採用了二維參數尋優數學模型、數字下變頻和數字處理技術，以互調信號功率為判據，按照先主環調節後誤差環調節、先相位參數調整後幅度參數調整的實際仿真順序，並根據「二維參數調整呈凹函數且最小值兩邊自變域內呈單調函數」的性質對對消效果進行實時評估，因而能夠收到快速而準確地尋求最佳對消控制點，檢測靈敏度高，系統簡單，實現難度小，實際操作性強，軟體升級容易，線性指標改善理想的有益效果。
附圖簡要說明圖1的方框圖為公知技術的前饋型線性功率放大器原理框圖；圖2是本發明所提供的前饋型線性功放尋優模型自適應對消控制方法的流程圖；圖3是本發明以CDMA和雙音信號為例的信號類型識別的算法流程圖；圖4是本發明所提供的針對單環路對消控制的算法流程圖；圖5是本發明所提供的前饋型線性功放尋優模型自適應對消控制裝置的邏輯框圖；圖6是本發明的對消效果隨幅度誤差變化的仿真圖；圖7是本發明的對消效果隨相位誤差變化的仿真圖。
在上述附圖內，其附圖標記說明如下01信號耦合及功分器；02/03上下行共用旁路開關；04定向耦合器；05駐波告警檢測電路；06帶通濾波器BPF(TX)；07帶通濾波器BPF(RX1)；08低噪放LNA；09帶通濾波器BPF(RX2)；10環行器；11環形器檢測電路；12下行功放；13/147/16接頭。
1功分器；2、10功率放大器；3定向耦合器；4、11延時線；5、8電調衰減器；6、9電調移相器；12功率組合器；13DSP晶片；14RF採集點；15RF環路控制輸出信號；16ADC轉換器；17DAC轉換器；18程序靜態存儲器；19數據靜態存儲器；20DSP的SPI總線；21掉電數據保存EEPROM；22複雜可編程邏輯器件CPLD；23電源模塊；24CPLD/DSP的JTAG接口。
具體實施例方式
下面將結合附圖具體描述其
具體實施例方式圖2是本發明所提供的前饋型線性功放尋優模型自適應對消控制方法的流程圖。由前饋型線性功放的原理可知，誤差環對消控制必須建立在主環對消控制效果較好的基礎之上。如圖所示，在首次調節時應先從主環入手，且先進行相位參數調整，後進行幅度參數調整，當主環調節完畢後，再進行誤差環的調節；但在已經調節過一次後互調又進一步惡化的情況下，由於對主環調節會引起功放性能較大波動，而此時通過進行誤差環的調節就有可能達到指標，所以在這種情況下，可先對誤差環進行調節，且先進行相位參數調整，後進行幅度參數調整，當達不到指標時，再進行主環的調節。
圖3描述了本發明以CDMA和雙音信號為例的識別信號類型的算法流程。在對線性功放對消效果進行控制時，對於對消效果的檢測應以互調失真信號的功率作為判據。針對於不同的信號類型及中心頻率，其檢測對消效果的位置將不同，例如對雙音信號需檢測其3階及5階互調信號，對單載波CDMA信號需檢測其ACPR。所以在進行對消控制前，需先對所放大的信號類型進行判定。在進行信號識別時，需採集不同頻點的功率值，採用數字下變頻技術，在中頻對所提取的不同頻率點的對應功率值進行判斷。若信號產生的互調失真信號過大時，會使信號識別產生誤判，所以應保證信號的互調調節在相對較好的狀態下進行。
圖4是本發明針對單環路對消控制的算法流程圖。在尋優過程中，對於固定其它控制量，只改變某一控制量時，檢測效果會以凹函數形式出現，並且在最小值的兩邊自變域內均為單調函數，所以對其最優點的找尋應先判定當控制量變化時所採集的檢測功率的狀態，當判定檢測功率增加時(反映對消效果變差)，則控制量向相反方向變化；反之，當判定檢測功率減少時(反映對消效果變好)，則繼續向該方向調整，直到判定向兩個方向變化時，檢測效果都變差為止，則認為找到了最優控制點。該圖的控制算法流程包括如下步驟①、對前饋線性功放的當前工作狀態進行定時採集；②、對採集量進行電壓到功率的變換，並以互調信號功率作為判據；③、按照先主環調節後誤差環調節、先相位參數調整後幅度參數調整的實際仿真順序，分別進行1到幾個步進的調整；④、適時與參數變更之前進行比較，以判定步進調整方向；⑤、適時在兩個方向進行分析並尋找更優點；⑥、進行控制補償，直至效果最優。通過上述工作過程，最終尋找到電調移相器和電調衰減器的最優工作點，並快速使其穩定，達到對互調信號的最優對消效果。上述步驟進一步包括①、若不是初次調整，則判定其檢測對消效果是否滿足門限要求；②、若滿足對消門限，還需要進一步對整個頻譜進行掃描，以判定是結束進程還是進行進一步的調整；③、當判定所檢測到的互調信號功率增加時，則反映對消效果變差，其控制量應向相反方向變化，反之，則反映對消效果變好，其控制量應繼續向該方向變化，直至尋找到某一點，在該點向兩個方向變化時，其檢測效果均變差為止，則該點即為最佳控制點。
圖5所提供的是前饋型線性功放尋優模型自適應對消控制裝置的邏輯圖。其所有操作均由其中的DSP晶片(13)及其輔助器件以及相應的控制程序完成。該晶片通過採集特定的RF信號(14)來獲得前饋型線性功放的當前工作狀態，即兩個環路的抵消效果，並根據需要產生一定的輸出信號(15)，通過調節前饋型線性功放的主環和誤差環的電調移相器和電調衰減器來控制RF環路。與RF電路接口的所有信號都經過ADC(16)和DAC(17)完成模/數和數/模轉換。為便於系統調試，在DSP的外部擴充了靜態存儲器(18)和(19)，用以保存程序及程序運行時的相關數據。為保證程序運行的某些數據在關機後不至丟失，使用DSP的SPI總線(20)擴充了具有掉電保存功能的EEPROM(21)。系統工作期間所需要的各種選通和邏輯信號由一片複雜可編程邏輯器件CPLD(22)完成。其所需工作電壓由電源模塊(23)提供，為提高效率、減小體積，該組電壓由開關電源電路對輸入直流電壓(25)進行電轉換而獲取。為方便控制單元的升級，將CPLD和DSP的JTAG接口(24)通過外殼上的工藝口連到外部，以保證能在不用開啟線性功放盒體的情況下升級這些器件內的程序。
圖6和圖7分別描述了本發明的各調整量對於對消效果的影響，該影響通過MATLAB仿真，被明顯地顯現出來。其中，對消效果隨幅度偏差變化的仿真結果如圖6所示，對消效果隨相位偏差變化的仿真結果如圖7所示。從圖6、圖7可以看出，對於每一調整量，其對應於對消效果的函數都呈凹函數性質，從而可以得出單獨對幅度偏差和角度偏差進行尋找，都可找出其對消效果最佳點；但同時從仿真結果也可看出，幅度偏差與角度偏差之間對於曲線的凹陷程度有很大影響，且當相位沒有對準時，從幅度參數所尋找的最佳點將有所偏差，但當從幅度參數沒有尋找到最優點時，從相位參數尋找在理論上一定能找到最優點。所以，當進行尋優時應先從相位尋找，以得到最佳控制效果；同時，從圖6、圖7的比較中還可以看出，當固定ΔA並使ΔΦ等於零時，函數在最優點附近斜率最大，比較容易找出最優點，所以需循環兩次尋優過程尋求最佳控制點，以保證對於每一個參量的尋優都是在另外一個參量調整相對較好的情況下進行，從而充分保證其尋優效果。
權利要求
1.一種前饋型線性功放尋優模型自適應對消控制方法，其特徵在於對前饋型線性功放的當前工作狀態進行定時採集；對採集量進行電壓到功率的變換，並以互調信號功率為判據；按照先主環調節後誤差環調節、先相位參數調整後幅度參數調整的實際仿真順序，分別進行1到幾個步進的調整；實時與參數變更之前進行比較，以判定步進調整方向；實時在尋優數學模型的兩個方向分析並尋找更優點；進行控制補償，直至效果最佳；通過上述工作過程，最終尋找到前饋型線性功放電調移相器和電調衰減器的最優工作點，並快速使其穩定，實現對互調信號的最優對消。
2.如權利要求1所述的前饋型線性功放尋優模型自適應對消控制方法，其特徵在於通過建立最佳控制點二維參數尋優數學模型尋求最佳對消控制點，並根據「二維參數調整呈凹函數且最小值兩邊自變域呈單調函數」的性質評估其對消效果，進而反覆尋找直至找到最優點。
3.如權利要求1所述的前饋型線性功放尋優模型自適應對消控制方法，其特徵在於若不是初次調整，則判定其檢測對消效果是否滿足門限要求；若滿足對消門限，還需要進一步對整個頻譜進行掃描，以判定是結束進程還是進行進一步的調整。
4.如權利要求1所述的前饋型線性功放尋優模型自適應對消控制方法，其特徵在於當判定所檢測到的互調信號功率增加時，則反映對消效果變差，其控制量應向相反方向變化，反之，則反映對消效果變好，其控制量應繼續向該方向變化，直至尋找到某一點，在該點向兩個方向變化時，其檢測效果均變差為止，該點即為最佳控制點。
5.如權利要求1所述的前饋型線性功放尋優模型自適應對消控制方法，其特徵在於採集不同頻率點的功率值，採用數字下變頻技術，在中頻對所提取的相應功率值進行判斷，並針對所識別出的不同的信號類型及中心頻率，確定其對消效果的檢測位置。
6.如權利要求1所述的前饋型線性功放尋優模型自適應對消控制方法，其特徵在於為快速達到最佳控制效果，應先固定幅度電平偏差ΔA，調整相位角度電平偏差ΔΦ，即先從尋找相位參數最佳點開始。
7.如權利要求1所述的前饋型線性功放尋優模型自適應對消控制方法，其特徵在於在首次調節時應先從主環路入手，當主環路調節完畢後，再進行誤差環路調節，但在已經調節過一次後其互調又進一步惡化的情況下，可先調節誤差環路，當達不到指標時，再進行主環路的調節。
8.如權利要求7所述的前饋型線性功放尋優模型自適應對消控制方法，其特徵在於其尋優步驟為應循環兩次尋優過程尋求其最佳控制點，即在調整ΔΦ之前，先固定ΔA並使ΔΦ等於零，此時函數在最優點附近斜率最大，能容易找出最優點，以保證對每一參量的尋優均在另一參量調整相對較佳情況下進行，從而充分保證其尋優效果。
9.一種前饋型線性功放尋優模型自適應對消控制裝置，其特徵在於該裝置由DSP晶片(13)、RF採集點(14)、控制信號(15)、DAC(16)、ADC(17)、存儲器(18)、(19)、SPI總線(20)、EEPROM(21)、邏輯電路(22)、電源模塊(23)、JTAG接口(24)，以及相應的控制軟體構成；其程序及其運行數據由靜態存儲器(18)和(19)予以保存，其EEPROM(21)用以保證程序運行的關鍵數據在關機後不致丟失，其複雜可編程邏輯器件CPLD(22)提供系統所需要的各種選通和邏輯信號，其CPLD和DSP的JTAG接口(24)通過外殼上的工藝口連到外部，以保證能在不用開啟線性功放盒體的情況下升級這些器件內的程序。
全文摘要
一種前饋型線性功放尋優模型自適應對消控制方法和裝置。該方法定時採集前饋型線性功放當前工作狀態；對採集量進行電壓到功率的變換；按照先主環調節後誤差環調節、先相位差調整後幅度差調整順序依次進行調控；與參數變更前比較，判定步進調整方向；在尋優數學模型的兩個方向尋找更優點；進行控制補償，並對整個頻譜進行掃描，直至效果最佳。其裝置由DSP晶片13、RF採集點14、控制信號15、DAC16、ADC17、存儲器18、19、SPI總線20、EEPROM21、邏輯電路22、電源模塊23、JTAG接口24，以及相應的控制軟體構成。本發明能準確尋找到電調移相器和電調衰減器的最優工作點，並快速使其穩定，達到對互調信號的最優對消效果，且檢測靈敏度高，系統簡單，易於操作。
文檔編號H03F3/20GK1671044SQ20051006941
公開日2005年9月21日 申請日期2005年4月29日 優先權日2005年4月29日
發明者潘栓龍, 劉雪峰 申請人:京信通信系統(廣州)有限公司