CN101036289B - 模拟预失真器及其调节方法以及补偿信号变化的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及具有可调节振幅扩展(60)和/或相位扩展(80)的模拟预失真器(100)。预失真器(100)包括耦合器(110)，该耦合器具有输入端口(112)、输出端口(114)、相隔90度的第一耦合端口(116)和第二耦合端口(118)。第一补偿电路(120A)连接到第一耦合端口(116)，并包括线性电路元件(132A)和非线性电路元件(131A)的第一组合(130A)和用于调整非线性电路元件(131A)看到的阻抗的第一阻抗调整单元(140A)。第二补偿电路(120B)连接到第二耦合端口(118)，并包括线性电路元件(132B)和非线性电路元件(131B)的第二组合(130B)和用于调整所述非线性电路元件(131B)看到的阻抗的第二阻抗调整单元(140B)。通过调整非线性电路元件(131A、131B)看到的阻抗，可调节预失真器(100)的振幅扩展(60)和/或相位扩展(80)。

Description

模拟预失真器及其调节方法以及补偿信号变化的方法

技术领域

本发明一般涉及预失真器，并且具体地，涉及具有可调节复增益扩展的模拟预失真器。

背景

今天，在多种应用中使用放大器放大不同的信号。在例如无线电通信系统中，功率放大器一般在发射机中将射频(RF)信号放大后传输到接收机。

功率放大器的一个基本问题是它们何时在其饱和电平或接近其饱和电平操作。在此类高功率需求的电平(接近放大器的饱和功率限制)，放大器可能遇到振幅特性和相位特性的剧烈变化，从而增大了互调(IM)失真。另外，经常要求无线电通信系统中的放大器同时放大几个不同的载波信号。因此，生成可能干扰发射信号处理的非线性互调分量。

图1A和图1B以示意图方式分别示出了典型功率放大器在不同(输入)功率电平的振幅(增益)转移特性和相位转移特性。正如在图中看到的一样，转移特性由线性部分50、70及后面处于高驱动电平(大于非线性功率点Ps)的非线性部分60、80或复增益(振幅增益或相位)压缩组成。因此，通过降低放大器的功率输出，可减小此非线性放大器行为。然而，此类功率输出降低会降低信号电平和传输效率。

因此，提供到放大器的信号优选是经过处理，使它们变为计及非线性(互调)效应。此类信号处理的一个示例是预失真技术。在此技术中，通过生成在振幅和相位两个方面与如图1A和图1B所示的放大器的转移特性相反的补偿特性，改变提供到放大器的信号，并将此改变的信号提供到放大器。因此，线性操作部分50、70优选延伸到高功率电平中，因而互调分量被消除或至少被减少。

专利文档US 6326843公开了一种模拟反射式预失真器，它用于补偿由在或接近饱和状态操作的功率放大器的一个或多个非线性转移特性施加在输入信号上的相位和振幅变化。此预失真器包括具有信号输入和输出端子和相隔90度的两个相对相位端子的电桥耦合器(hybrid)。相应的补偿电路连接到每个端子。此类补偿电路包括与一对电阻和电容并联的肖特基二极管对。相应的偏置网络耦合到电桥耦合器的输入和输出端子以设置偏置电平，以使补偿电路的补偿特性在放大器的非线性行为点(图1A和图1B中的Ps)开始或启动。另外，补偿电路中的电容值和二极管对与电阻之间的线路长度确定预失真器的相位扩展。预失真器的振幅预失真根据电阻值来确定。

概述

虽然如专利文档US 6326843中所述，可通过小心选择补偿电路中的组件来选择现有技术的预失真器的相位和振幅预失真，但一旦执行了此类组件选择，相位和振幅预失真便已固定且无法进一步调整。因此，需要具有可调节复增益扩展的可调节预失真器。

本发明克服了现有技术的布置的这些和其它缺陷。

本发明的一般目的是提供一种可调节预失真器。

本发明的另一目的是提供一种具有可调节复增益扩展的预失真器。

本发明实施例的一个特殊目的是提供一种具有可调节振幅增益和/或相位扩展的模拟预失真器。

这些和其它目的由如随附专利权利要求书限定的本发明实现。

简而言之，本发明涉及具有可调节相位和/或增益扩展的模拟预失真器。这由本发明提供一种预失真器而得到解决，该预失真器具有耦合器，耦合器的输入端口适用于接收输入信号，例如输入RF信号，并且输出端口适用于输出预失真的输出信号。另外，相应的补偿电路连接到耦合器的两个耦合端口中的每个端口。这些补偿电路一般包括线性电路元件和非线性电路元件的组合，这些元件以线性电路元件和非线性电路元件并联和/或串联连接的方式提供。在一个特殊实施例中，非线性元件优选是体现为一个或多个并联连接的二极管(优选是肖特基二极管)或晶体管。线性元件优选是体现为一个或至少两个并联连接的电阻。

相应的阻抗变化单元连接到预失真器的补偿电路。提供这些阻抗变化单元用于改变补偿电路的例如肖特基二极管等非线性电路元件看到的负载阻抗，而这又将控制和调节预失真器的相位和/或振幅增益扩展。视实际的阻抗调整(增大或减小)而定，可独立于振幅(相位)扩展来调整预失真器的相位(振幅)扩展。另外，通过阻抗调整，组合的相位和振幅增益扩展调节也是可能的。

在本发明的一个特殊实施例中，阻抗变化单元可实施为具有变化或可调整电抗或电容的电路元件或电路，优选是电可调整的电抗或电容。根据本发明可使用的此类电路元件的一个示例是变容二极管，优选是电偏置的变容二极管。

为调整预失真器的此相位和/或振幅扩展，更改变容二极管遇到的偏置。偏置更改又调整二极管的电容，这影响了非线性电路元件看到的负载阻抗。由于此负载阻抗更改，预失真器的相位和/或振幅扩展得以更改。

在特殊的实施例中，预失真器还可包括相应的偏置电路，以向补偿电路和补偿电路的非线性电路元件提供可变偏置。在此类情况下，还可调整预失真器的非线性复增益扩展起始处的功率电平。由于预失真器的非线性补偿特性的起始功率点和非线性补偿特性的实际形状可以调整，因此，此实施例提供特别高的自由度。

在本发明的利用多个非线性电路元件的特殊实施例中，每个补偿电路可实施多个阻抗变化单元。例如，二极管对的每个肖特基二极管可连接到相应的阻抗变化单元并且使其遇到的负载阻抗由相应的阻抗变化单元控制。

本发明提供以下优点：

-允许独立和/或组合调整预失真器的振幅增益和相位扩展而无需更换包括的电路元件；

-可电调节预失真器的振幅和/或相位扩展；

-允许独立改进预失真的放大器的振幅和相位饱和行为，这在输出功率与互调之间提供了更佳的关系；

-在调整预失真器方面及因此在非线性转移特性的线性化方面提供特别高的自由度；以及

-可通过便宜且简单的电路解决方案实现。

通过阅读以下本发明实施例的说明，将理解本发明提供的其它优点。

附图简述

通过结合附图，参照以下说明，可很好地理解本发明及其其它目的和优点，其中：

图1A是以示意图方式示出功率放大器在不同功率电平的振幅增益转移特性的图；

图1B是以示意图方式示出功率放大器在不同功率电平的相位转移特性的图；

图2A是根据本发明的无线电通信单元的实施例的示意方框图；

图2B是根据本发明的无线电通信单元的另一实施例的示意方框图；

图3A是以示意图方式示出根据本发明的预失真器在不同功率电平的可调节振幅增益转移特性的图；

图3B是以示意图方式示出根据本发明的预失真器在不同功率电平的可调节相位转移特性的图；

图4是根据本发明的预失真器的通用实施例的示意方框图；

图5是根据本发明的预失真器的另一通用实施例的示意方框图；

图6是根据本发明的预失真器的实施例的示意方框图；

图7是根据本发明的预失真器的另一实施例的示意方框图；

图8是根据本发明的预失真器的仍有的另一实施例的示意方框图；

图9是根据本发明的预失真器的又一实施例的示意方框图；

图10A是以示意图方式示出根据本发明的预失真器在不同功率电平的可调节振幅增益转移特性的另一图形；

图10B是以示意图方式示出根据本发明的预失真器在不同功率电平的可调节相位转移特性的另一图形；

图11是根据本发明的预失真器的还有的另一实施例的示意方框图；

图12A是以示意图方式示出图11的预失真器在不同功率电平的可调节振幅增益转移特性的图；

图12B是以示意图方式示出图11的预失真器在不同功率电平的可调节相位转移特性的图；

图13A是以示意图方式示出每个补偿电路具有两个非线性电路元件和阻抗变化单元的预失真器在不同功率电平的可调节振幅增益转移特性的图；

图13B是以示意图方式示出每个补偿电路具有两个非线性电路元件和阻抗变化单元的预失真器在不同功率电平的可调节相位转移特性的图；

图14是示出根据本发明调节预失真器的方法的流程图；

图15是更详细地示出图14的阻抗调整步骤的实施例的流程图；

图16是示出根据本发明补偿非线性信号变化的方法的流程图；以及

图17是示出图16的补偿方法的其它步骤的流程图。

详细说明

在所有附图中，相同的标号将用于对应的或类似的元件。

本发明涉及具有可调整补偿转移特性或预失真的预失真器。根据本发明，可在操作期间调整或调节预失真器的振幅增益和/或相位扩展(在本文表示为复增益扩展)，而不更换预失真器中包括的组件。根据本发明，预失真器的操作特性的这种可调节性允许(独立)改进放大器或其它电路的振幅和相位饱和行为，非线性转移特性得到补偿或预失真。这又在放大器的输出功率与互调之间提供了更佳的关系。

图2A以示意图方式示出部分无线电通信单元或发射机1，包括具有根据本发明的预失真器100的信号处理单元10。发射机1包括将例如RF信号等信号提供到信号处理单元10的放大器30的信号源20。放大器30的信号输出提供到天线40以传输到接收机。根据本发明的预失真器或线性化电路100在处理单元10中提供，优选是位于信号源20与放大器30之间，以使信号源20的输出信号在到达放大器30前通过预失真器100。可调节预失真器100随后可对放大器输入信号进行预失真，以补偿放大器30的振幅和/或相位非线性。另外，通过允许组合调整预失真器100的相位和振幅扩展，预失真器100将补偿放大器100的操作特性的变化。

本发明预计处理单元10的放大器30可更换为具有可引起信号相位和/或振幅变化的非线性转移特性的另一电路元件或电路。另外，处理单元10和信号源20可布置在除发射机1外的另一终端中。随后，预失真且放大的信号从处理单元10转发到除天线40外的某个其它单元或电路。

图2B以示意图方式示出根据本发明的无线电通信单元或发射机1的另一实施例。在此实施例中，根据本发明的两个预失真器100A、100B已放置在信号源20与放大器30之间。可选的缓冲放大器35可布置在预失真器100A与100B之间。在此实施例中，预失真器100A、100B之一具有可调节或可调整振幅增益扩展，而另一预失真器因而优选是具有可调节相位扩展。因此，预失真器100A、100B在此实施例中可独立调整相位和振幅增益扩展，优选是相位和振幅扩展形状。

图2A和图2B公开的发射机1当然可在从信号源20到天线40的信号线路中包括另外的单元。例如，可前馈连接信号处理单元10以进一步抑制任何互调效应。

根据本发明的发射机1可布置在任一类型的(无线电)通信单元中，包括诸如基站等固定单元和诸如移动电话、移动终端和移动通信器等移动单元。

图3A和图3B是示出根据本发明的预失真器的转移或补偿特性的图。正如通过比较这些图形与图1A和图1B可看到的一样，很明显预失真器的补偿特性理想地应是预失真器要线性化的放大器(或其它电路)的对应转移特性的反量。因此，补偿特性一般包括线性部分50、70及后面处于较高功率电平(图中大于Ps)的非线性或扩展部分60、80。根据本发明，复增益扩展即振幅增益60和/或相位80扩展的可调节性产生了如图3A和图3B以示意图方式示出的一系列(振幅/相位)特性或曲线60-64、80-84。因此，可围绕初始或基本相位和振幅扩展60、80来调整相位和振幅扩展(对应于转移特性的非线性部分)。因此，本发明的预失真器的可调整性允许相位和振幅扩展达到介于最小扩展曲线62、82与最大扩展曲线64、84之间的值。初始振幅和相位扩展60、80根据预失真器中包括组件的选择来设置或定义，这在下面将更详细地论述。本发明因此允许调整非线性部分中的实际行为或预失真器相位和/或振幅之间的关系及非线性部分的功率电平。这基本上对应于更改图3A和图3B中转移特性的非线性部分的斜率或形状，或在非线性行为点旋转非线性部分。

图4是根据本发明的预失真器100的通用实施例的示意方框图。预失真器100一般包括耦合器110，该耦合器优选是90度(正交)耦合器或电桥耦合器，这表示相对耦合端口(有时称为相位或已调端子或端口)相差90度。在预失真器100操作期间连接耦合器110的输入端口或端子112以接收输入信号，例如，输入RF信号。对应地，在操作期间连接输出或隔离端口114以输出预失真的输出信号，例如，预失真的输出RF信号。当输入信号施加到耦合器110的输入端口112时，信号分割成到达第一耦合端口116的第一信号和到达第二耦合端口118的第二信号。第一和第二信号优选具有90度的相位差，并且幅度相等。

第一补偿或反射电路120A连接到第一耦合端口116。对应的第二补偿或反射电路120B又连接到耦合器110的第二耦合端口118。在根据本发明的优选实施例中，这两个补偿电路120A、120B在其电组件的布置方面是相同的，因而提供基本上平衡的电路。在下述内容中，将只详细描述第一补偿电路120A的组件，但应理解该说明也适用于第二补偿电路120B。第二补偿电路120B的组件通过与第一补偿电路120A的那些组件相同的标号标识，但用符号B替代A。

补偿电路120A一般包括线性电路元件132A和非线性电路元件131A的组合130A。在此实施例中，非线性元件或电路131A和线性元件或电路132A并联连接，并且它们相应的第一末端或端子与第一耦合端口116连接而第二末端与电接地150连接。

根据本发明，可在补偿电路120A中使用引起非线性转移特性和相位和/或振幅扩展的任一非线性电路元件或电路131A。合适的此类非线性电路元件131A包括无源电路元件，如二极管，优选是肖特基二极管或其它类型的二极管。虽然诸如肖特基二极管等无源电路元件由于其低成本和低复杂性原因而在某些实施例中是优选的，但根据本发明，诸如晶体管等非无源电路元件也可用作非线性电路元件131A。例如，双极型晶体管的基极-发射极电极可用作非线性电路元件131A中的二极管。此外，根据本发明可采用包括但不限于场效应晶体管(FET)等其它晶体管类型。正如本领域的技术人员理解的，多个即至少两个(可能不同的)无源电路元件的组合、多个(可能不同的)非无源电路元件的组合或无源和非无源电路元件的组合也可用作补偿电路120A中的非线性电路131A。

线性元件132A可以是任一线性电路元件或线性电路元件的组合。一般情况下，在补偿电路120A中适用的此类线性元件132A包括电阻器或多个(可能不同的)电阻器(包括具有可变或可调整电阻的电阻器)的组合。

如上所述且在图3A和图3B中表示为60和80的预失真器100的初始或基本振幅增益和相位扩展随后根据所用线性电路元件132A和非线性电路元件131A的选择来定义。在此实施例中，复增益扩展分别根据线性电路元件132A的(结果)电阻值和非线性电路元件131A与线性电路元件132A之间的线路长度来确定。

为调节或调整预失真器100的此复增益扩展(振幅和/或相位扩展)，补偿电路120A包括阻抗变化单元或元件140A。此阻抗变化单元140A优选连接在耦合端口116与接地150之间，并配置为改变非线性电路元件131A看到或遇到的负载阻抗，而这又将控制预失真器100的复增益扩展，即相位和/或振幅扩展，如图3A和图3B以示意图方式所示。

可操作阻抗变化单元140A以手动调整非线性电路元件131A看到的阻抗。这可通过使用具有可调整电抗或电容的电路或电路元件作为阻抗变化单元140A而实现。在此类情况下，操作员可手动地、例如机械地调整此阻抗变化单元140A的电抗或电容，而这又调整非线性电路元件131A遇到的阻抗，并因此调整预失真器100的相位和/或振幅扩展。

或者，可电操作阻抗调整单元140A，以使通过将电信号施加到阻抗调整单元140A而改变或调节非线性电路元件131A看到的阻抗，这在下面更详细地论述。

本发明并不限于如图4所示的预失真器100，该预失真器带有相应的补偿电路120A、120B，而补偿电路具有与阻抗调整单元140A、140B并联连接的线性电路元件132A、132B和非线性电路元件131A、131B的组合130A、130B。正如图5中进一步公开的一样，根据本发明，线性电路元件132A、132B和阻抗变化单元140A、140B的串联连接也是可能的。在此类情况下，非线性电路元件131A的第一末端与耦合器的第一耦合端口116连接而第二末端与接地150连接。对应地，线性电路元件132A的第一末端与第一耦合端口116连接而第二末端与阻抗变化单元140A连接。

如上结合图4所述的类似电路元件也可用作此实施例的线性电路元件132A和非线性电路元件131A。对应地，通过电路元件的这种选择来设置预失真器100的基本相位和振幅扩展。

阻抗变化单元140A布置在补偿电路120A中以调整非线性电路元件131A看到的负载阻抗，而阻抗变化单元140A又调整预失真器100的相位和/或振幅扩展。

正如本领域的技术人员所熟知的一样，可使用四分之一波长变换器将并联电路转化或变换为串联电路。例如，假设在图4的补偿电路120A的组合电路130A中提供了此类四分之一波长变换器，例如，在线性电路元件132A与非线性电路元件131A电路元件之间提供。假定R表示线性电路132A的结果电阻，而X表示阻抗变化单元的电抗，则线性电路元件132A和阻抗变化单元140A的组合阻抗Z_L可表示为

如果Z_tr表示四分之一波长变换器的阻抗，则非线性电路元件131A看到的结果阻抗Z_res将为

因而，获得了如图5所示的串联连接。图5中的线性电路元件132A因而将具有

的电阻，并且图5中阻抗变化单元140A的电抗将为

当参照实施为线性电路元件132A和阻抗变化单元140A(及非线性电路元件131A)并联(串联)连接的补偿电路120A论述和公开本发明时，对应的串联(并联)电路也在本发明的范围之内。此类电路解决方案之间的交换可通过如上所述引入四分之一波长变换器而实现。大约20mm的线路长度一般表示RF应用中的四分之一波长变换器。

图6示出根据本发明的可调节预失真器100的实施例。在此实施例中，(无源)非线性元件体现为二极管131A，优选是肖特基二极管，其阴极端与耦合器110的耦合端口116连接，而其阳极端与电接地150连接。线性元件体现为与肖特基二极管131A并联连接的电阻或电阻器132A，即第一末端与耦合器110的耦合端口116连接，而第二相反末端与接地150连接。如上所述且在图3A和图3B中表示为60和80的预失真器100的初始或基本增益和相位扩展随后分别根据电阻132A的值和二极管131A与电阻132A之间线路133A的长度来确定。

阻抗变化单元140A布置在补偿电路120A中，以通过改变肖特基二极管131A看到的负载阻抗而调节或调整预失真器100的振幅和/或相位扩展。

在本发明的一个替代实施例中，肖特基二极管131A可布置为其阳极端与耦合器110的耦合端口116连接，而其阴极端连接到接地150。此外，可在补偿电路120A中使用多个并联连接的肖特基二极管131A。这些二极管因而优选是以头靠头配置方式连接，其相应的阴极端与耦合端口116连接，而阳极端连接到接地150。然而，相反的头靠头配置(阴极连接到接地150，而阳极连接到耦合端口116)或头靠尾配置也是可能的。

对应于多个肖特基二极管131A的使用，补偿电路120A可包括多个并联连接的电阻或电阻器132A。此类情况下，预失真器100的初始振幅增益扩展取决于这多个电阻的值。

图7示出根据本发明的可调节模拟预失真器100的另一实施例。此实施例具有电操作的阻抗变化单元140A。耦合器110、具有肖特基二极管131A、131B和电阻132A、132B的组合电路130A、130B类似于如上结合图6所述的实施例，因而不再描述。

在此实施例中，阻抗变化单元140A实现为由优选是可变电压源148A电偏置且控制的变容二极管142A。补偿电路120A优选还包括布置在变容二极管142A的阴极端与电阻132A和肖特基二极管131A的并联电路130A之间的电容或电容器122A。此电容122A将充当直流(DC)耦合块。具有此DC耦合功能的任何其它电路元件可替代电容122A。由于(可变)电压源148A而产生的DC偏置通过串联电感器144A馈入变容二极管142A，串联电感器144A通过电容器146A旁路到接地150。

在本发明的此实施例中，预失真器100的初始或基本振幅增益扩展根据电阻132A的值来确定。对应的初始相位扩展又根据肖特基二极管131A和电阻132A之间的线路133A的长度和电容122A的值来定义。

要调整根据选定电路元件的值定义的此初始相位和/或振幅扩展，优选是调整电压源148A提供的电压。电压源148A的电压可手动调整或者基于从在与预失真器100相同的信号处理单元或发射机中提供的某个其它单元提供的电压更改信号而进行调整，这在下面更详细地论述。任一情况下，电压调整会更改变容二极管142A遇到的DC偏置或电压。偏置更改又调整二极管142A的电容，这影响肖特基二极管131A看到的负载阻抗。由于此负载阻抗更改，预失真器110的相位和/或振幅扩展得以更改。视施加到变容二极管142A的偏置电平而定，可独立于振幅(相位)扩展而更改预失真器110的相位(振幅)扩展。另外，对于某些偏置电平和偏置电平更改，获得组合的相位和增益扩展调整。

在某些实施例中，可能的是，使用优选是并联连接的多个变容二极管142A的组合，其相应的阴极端可能经电感器144A连接到可变电压源148A，而阳极端连接到接地150。

阻抗变化单元140A、140B的可变电压源148A、148B可实施为两个单独的电压源。在某些实施中，特别是在这两个补偿电路120A、120B包括相同的电路元件时，单个电压源148A可用于向这两个阻抗变化单元140A、140B中的变容二极管142A、142B提供相同的可变电压或偏置。

图8示出根据本发明的可调节预失真器110的又一实施例。此预失真器110除使用不同的阻抗变化单元140A外，类似于上面图7中公开且描述的预失真器。

阻抗变化单元140A的此实施例具有将调整肖特基二极管131A看到的阻抗的可变电抗。可变电抗通过可变电阻145A与电抗元件147A(在图中以非限制性方式体现为电感器)和四分之一波长变换器143A的组合而实现。通过使用具有机械可调整或可能电可调整电阻的可变电阻器145A，可获得可变电阻功能。在替代实施中，可变电阻器可更换为或补充有正-本征-负(PIN)二极管和/或FET晶体管或其它类似的元件。此类情况下，通过向PIN二极管或FET晶体管提供可变DC电压或偏置，可电更改或调整电阻。对应于上面的阻抗计算，阻抗变化单元140A的阻抗及因此肖特基二极管131A看到的阻抗Z_res可表示为

其中，R表示(可变)电阻145A，X是电感器147A的电抗，并且Z_tr是四分之一波长变换器142A的阻抗。随后，通过改变电阻R，可更改阻抗变化单元140A的电抗X_tot，而阻抗变化单元140A的电阻R_tot保持相当恒定或只稍微地变化。例如，假设X＝1Ω、Z_tr＝1Ω且0.5Ω≤R≤2Ω，则R_tot将围绕值0.45Ω(0.40Ω≤R_tot≤0.50Ω)稍微变化，而电抗X_tot可在0.20Ω和0.80Ω之间调整。

提供这个极为简单的示例只是用于示出一种可能性，即通过改变图8公开的阻抗变化单元140A的电阻145B而提供阻抗调整单元140A的可变电抗并因此提供肖特基二极管131A看到的可变阻抗和预失真器100的可调整相位和/或振幅扩展。本发明预计上面给出的其它电阻和电抗值只是出于说明性和非限制性的目的。

图9示出根据本发明的预失真器100的仍有的另一实施例。在此实施例中，补偿电路120A包括两个并联的头靠头连接的肖特基二极管131A，而不是就图6到图8的实施例而言的单个二极管。另外，补偿电路120A包括与如上结合图7所述实施例类似的电路元件。此预失真器100包括相应的连接到耦合器110的输入端口112和输出端口114的偏置网络或电路160A、160B。在偏置电路160A、160B的此简单实现中，(可变)电压源162A、162B调节通过电感器164A、164B用于补偿电路120A、120B的DC偏置电平。在一个替代偏置电路实现中，电阻可布置在电压源160A、160B与阻抗164A、164B之间。另外，随后可在接地150和电阻与阻抗164A、164B之间的连接之间连接电容或电容对。

任一情况下，偏置电路160A、160B提供的偏置电平控制预失真器100的非线性行为点(图3A和图3B中的Ps)。因此，在本发明的此实施例中，可通过改变电压源162A、162B提供的电压而调整预失真器100的非线性相位和振幅增益行为开始处的功率电平。另外，通过改变从可变电压源148A、148B提供到变容二极管142A、142B的偏置，也可调整相位和/或振幅扩展。因此，在调节预失真器100及因此在调节由预失真器100进行预失真的放大器时，本发明提供了另一自由度。

图10A和图10B是示出可如何调节如上结合图9所述的预失真器实施例的图。如上文所述的一样，预失真器具有基本或初始补偿特性，含线性振幅增益50和相位70部分及后面高于起始功率电平P_s ^k-1的复增益扩展61、81。此非线性行为起始点的功率值P_s ^k-1和初始振幅61和相位81扩展的形状由预失真器的补偿电路中的组件定义。

参照图9、图10A和图10B，在调节预失真器100时，优选是先通过改变偏置电路160A、160B提供的偏置而执行粗调节。此粗调节将预失真器100的非线性行为点从以前的起始功率电平P_s ^k-1移到(正确的)当前功率电平P_s ^k。此正确的功率电平P_s ^k一般由预失真器100应线性化的已连接放大器或其它电路定义。一旦此粗调节已进行，结果补偿特性便分别体现为图10A和图10B中的线条50、63和70、83。

现在可通过改变变容二极管142A、142B遇到的偏置而调整预失真器100的非线性相位特性(扩展)83和振幅特性(扩展)63。随后，调整变容二极管偏置(电压源148A、148B提供的电压)，直至预失真器100的非线性振幅扩展60和相位扩展80和行为等于或接近放大器的振幅增益和相位(压缩)特性的反量。

在一些实施例中，可能需要迭代过程，其中，先控制电压源162A、162B以产生正确的非线性行为点P_s ^k，然后控制电压源148A、148B以获得正确的相位和/或振幅扩展。然后可能需要通过调整电压源162A、162B而重新校正饱和功率电平，之后调整电压源148A、148B。

通过从例如预失真器100的初始补偿特性50、61和70、81开始，然后以小步长调整不同的可变电压源162A、162B、148A、148B，并检测放大器(或具有非线性增益压缩的其它电路)的输出信号以查看放大器是否已更加线性化，可实现调整。偏置电压的(小)变化会继续，直至已获得(接近)最大或至少足够的线性化。此过程可由随后调查放大器输出并基于此信号输出调查而调整提供的DC偏置的操作员手动执行。在一个替代实施中，可使用自动调整。此类情况下，布置了用于检测放大器输出并基于此输出检测生成电压调整命令或信号的单元。调整命令随后转发到相应的可变电压源162A、162B；148A、148B，这些电压源将基于调整命令来调整输送的DC偏置。

此外，可采用更完善的方法和技术、如Monte Carlo模拟或神经网络来调整和提供正确的偏置，这些偏置将生成令人满意的预失真器100的相位和振幅扩展。

图11示出根据本发明的预失真器100的又一实施例。此实施例类似于如上结合图9所述的预失真器。然而，在图11的预失真器100中，通过偏置电路160A中提供的相应的可变电压源161A、162A来对补偿电路140A中的(肖特基)二极管131A独立进行偏置。在此实施例中，偏置电路160A包括第一可变电压源161A，其第一末端与电接地150连接，而其第二末端与第一电感器163A连接，该电感器通过第一电容器165A旁路到接地150。正如本领域中所熟知的一样，电感器163A用作交流(AC)去耦元件，并布置为对来自DC电源电压161A的(RF)信号进行滤波，即，阻止(RF)信号到可变电压供应或源161A的传输并同时提供电流路径。此电感器163A可替换为实现类似AC滤波功能的其它电路元件，例如，电阻器、低频信号滤波电路。

在此实施例中，第二可变电压源162A的第一末端与第一电压源161A的第二末端连接，而其第二末端与第二电感器164A连接，该电感器通过第二电容器166A旁路到接地150。

因此，提供第一电压源161A用于将第一可变DC偏置输送到二极管对131A的第一肖特基二极管，而第二电压源162A将第二可变DC偏置提供到二极管对131A的第二肖特基二极管。另外，这两个二极管131A优选是通过诸如电容器134A等DC阻隔元件隔离其阴极端。

本发明预计偏置电路160A及其包括的元件的实际设计可不同于图11公开的设计。根据本发明，可采用可提供两个单独的DC偏置的任一偏置电路，补偿电路120A的每个肖特基二极管131A一个此类DC偏置。

在一些实施例中，可采用单个偏置电路160A将可变DC偏置提供到这两个补偿电路120A、120B的肖特基二极管131A、131B。此类情况下，第一电压源161A将可调整DC偏置输送到两个二极管对131A、131B中的第一二极管。第二电压源162A将类似地将可变DC电压偏置提供到两个二极管对131A、131B中的第二二极管。

为补偿电路120A、120B的肖特基二极管或其它非线性电路元件131A、131B使用单独DC偏置的这种想法可延伸到在每个补偿电路120A、120B中使用不止两个肖特基二极管(非线性电路元件)时的情况。例如，假设补偿电路120A、120B各自包括优选是由图11所示DC阻隔元件134A分隔的N个(并联)连接的肖特基二极管131A、131B，则偏置电路161A、161B各自优选是包括最多N个(可变)电压源161A、162A；16IB、162B，其中，N≥1。然而，对图11的实施例每个补偿电路120A、120B添加又一个二极管、DC阻隔元件和可变电压源的增益较小。因此，在大多数应用中，每个补偿电路120A、120B使用两个独立偏置的肖特基二极管131A、131B将是足够的。

图12A和图12B中示出图11的预失真器实施例的典型复增益扩展。由于单独偏置的二极管，因此，补偿特性曲线的非线性部分60、80将一般包括两个部分60A、60B；80A、80B。如上所述，非线性行为在根据补偿电路中电路元件的选择并根据提供到每个二极管对中第一二极管的DC偏置确定的功率电平Ps开始。振幅扩展曲线60A和相位扩展曲线80A的第一部分的形状将由这些第一二极管的操作而产生。然而，在削波功率电平Pc，这两个二极管对的第二二极管将开始运行。因此，高于此功率电平Pc的扩展曲线60B、80B的部分的形状一般不同于在功率间隔Ps到Pc中曲线60A、80A的形状或斜率。通过采用不止两个单独偏置的肖特基二极管，非线性扩展曲线60、80将由不止两个此类子曲线60A、60B；80A、80B构成。

振幅扩展60和/或相位扩展80随后可如结合图10A和图10B所述进行调整。因此，通过调整偏置电路中第一电压源的电压，非线性行为起始点Ps可移到另一功率电平。调整偏置电路中第二电压源的电压将控制削波点Pc，即可调整削波行为起始时的功率电平。随后可通过改变阻抗调整单元中电压源提供的电压，在最小曲线限制62、82与最大曲线限制64、84之间调整扩展曲线60、80的形状，因而调整曲线60、80的斜率。

本发明预计可组合如上所述且在图4-9和11中公开的预失真器的不同实施例或至少部分不同实施例。

每个补偿电路采用多个例如肖特基二极管等非线性电路元件的任一上述公开的预失真器实施例的每个补偿电路可配有不止一个阻抗变化单元。例如，如果每个补偿电路包括N个肖特基二极管(可能由DC阻隔元件分隔并可选地单独偏置)，则每个此类补偿电路可包括M个阻抗变化单元，其中，N≥2且1≤M≤N。此类情况下，每个肖特基二极管(非线性电路元件)或每个由至少一个肖特基二极管组成的组可通过阻抗变化单元连接和控制。这意味着不同的二极管或二极管组可能遇到不同的负载阻抗。

图13A和图13B以示意图方式示出预失真器的可能的复增益扩展，该预失真器的每个补偿电路具有两个非线性电路元件(肖特基二极管)，且其中每个非线性电路元件连接到单独的阻抗变化单元且遇到来自单独的阻抗变化单元的负载阻抗。类似于图12A和图12B，补偿特性曲线的非线性部分60、80包括两个部分。第一部分62A、64A；82A、84A的形状由于第一二极管和阻抗变化单元而产生。此曲线部分可通过改变第一阻抗变化单元施加且由第一二极管看到的阻抗负载而达到介于最小扩展曲线62A、82A与最大扩展曲线64A、84A之间的值。对应地，第二部分可通过改变第二阻抗变化单元施加且由第二二极管看到的负载阻抗而采用介于最小扩展曲线62B、82B与最大扩展曲线64B、84B之间的值。这种独立的负载阻抗调整一般允许预失真器实现更大范围的可达增益/相位值，并由此允许更大的补偿范围。

图14是根据本发明调节模拟预失真器的流程图。在第一步骤S1中，选择要在这两个补偿电路中使用的线性和非线性电路元件的组合。在一个优选实施例中，优选是在这两个补偿电路中使用类似的此类线性和非线性电路元件以便可将它们视为彼此的反射。此电路元件选择将定义预失真器的基本或初始补偿特性和非线性复增益扩展。在下一步骤S2中，调整补偿电路中非线性电路元件看到的阻抗以改变或调整预失真器的复增益扩展，即振幅和/或相位扩展。视实际的阻抗调整(增大/减小)而定，独立调整预失真器的振幅扩展或相位扩展将是可能的。另外，还可获得组合的振幅和相位扩展调整。

阻抗调整可通过调整阻抗调整单元中电路元件或电路的电抗或电容而实现。此类电容或电抗调整可以机械或电方式执行。前一情况下，可变电容器的电容或可变电阻器的电阻可由操作员手动(且机械地)调整。在电调整中，调整的DC偏置可施加到不同的电路元件，如变容二极管、PIN二极管、FET晶体管，以获得可变电抗或电容。

优选是继续或重复此阻抗调整，图中由线条L1示意示出，直至获得将使具有非线性转移特性(复增益压缩)的已连接放大器或其它电路线性化的足够预失真。一旦已获得满意的预失真器的补偿特性，该方法便结束，并且预失真器可开始操作以对要输入放大器的、优选是RF信号的信号进行预失真。

图15是更详细地示出图13的阻抗调整步骤的实施例的流程图。该方法从步骤S1继续。在下一步骤S10中，调整补偿电路中的DC偏置，优选是通过使用可变电压源。这些DC偏置将控制振幅和相位扩展曲线中非线性扩展行为起始处的功率电平和/或不同削波点的功率电平。因此，在此实施例中，可在此步骤S10中调整每个补偿电路的单个DC偏置或多个不同的DC偏置。优选是调整可变电压源提供的偏置，直至扩展起始功率点相当于放大器(或预失真器应线性化的其它电路)复增益压缩或非线性行为起始处的功率点或电平。通过调整提供的DC电压，削波点也可移到不同的功率电平，使得预失真器的复增益扩展将尽可能接近放大器的复增益压缩的反量。

一旦完成此粗调整，便在步骤S11中调整连接到补偿电路的阻抗调整单元的阻抗。在此实施例中，通过调整到例如阻抗调整单元变容二极管的偏置而获得此阻抗调整。此类DC偏置更改将调整变容二极管的电容，而这又更改补偿电路的非线性电路元件看到的负载阻抗，从而产生相位和/或振幅扩展调整。

在每个补偿电路具有至少两个阻抗变化单元和变容二极管的情况下，可将到变容二极管的偏置调整为不同的DC偏置电平以便获得所需的复增益扩展。这两个步骤S10和S11可重复几次，由线条L2和L3示意表示，直至获得所需的预失真器的相位和振幅增益扩展曲线和补偿特性。另外，在预失真器操作期间，预失真器应线性化的放大器的转移特性可能例如由于老化和/或温度漂移而更改。此类情况下，可能需要或至少希望进行预失真器的新调整。此类情况下，步骤S10和S11或至少其中一个步骤再次执行以进行调整来补偿转移特性的变化。该方法随后结束。

图16是示出根据本发明补偿至少一个非线性转移特性引起的信号变化的方法的流程图。在第一步骤S20中，调整预失真器的补偿特性以补偿非线性转移特性。此补偿特性调整至少部分是基于调整预失真器中补偿电路的非线性电路元件看到的阻抗。此步骤S20与图13的步骤S2基本上相同，因而不再论述。

一旦获得了满意的补偿特性，最重要的是一旦获得了满意的相位和振幅扩展，则在步骤S21中将诸如输入RF信号的输入信号提供到预失真器的耦合器。在下一步骤S22中，预失真器通过连接到耦合器第一耦合端口的第一补偿电路和连接到耦合器第二耦合端口的第二补偿电路来处理输入信号。在步骤S23中，预失真器基于来自第一和第二补偿电路的已处理信号在输出端口产生输出信号。此预失真的输出信号随后提供到具有非线性转移特性的单元或电路，例如，放大器。该方法结束。

图17是更详细地示出图16中阻抗调整步骤的实施例的流程图。在第一步骤S30中，调整到补偿电路的偏置。此步骤S20与图15的步骤S10基本上相同，因而不再论述。在下一步骤S31中，通过调整到阻抗调整单元的偏置，调节非线性电路元件看到的负载阻抗并因此调节预失真器的复增益扩展。此步骤S20与图15的步骤S12基本上相同，因而不再论述。这两个步骤S30和S31可重复几次，由线条L5和L6示意示出。一旦获得满意的补偿特性，该方法继续到图16的步骤S21。

本领域的技术人员将理解，在不脱离随附权利要求书限定的本发明范围的情况下，可对本发明进行各种修改和更改。

Claims (23)

1.一种模拟预失真器(100)，包括：

-具有输入端口(112)、输出端口(114)、相隔90度的第一耦合端口(116)和第二耦合端口(118)的耦合器(110)；

-连接到所述第一耦合端口(116)的第一补偿电路(120A)，并且包括：

-一个线性电路元件(132A)和以头靠头配置方式连接的第

一对并联二极管(131A)的第一组合(130A)；以及

-用于调整所述第一组合(130A)的所述第一对并联二极管(131A)看到的阻抗的第一阻抗调整单元(140A)；以及

-用于控制所述第一组合(130A)中的偏置电平的第一偏置控制电路(160A)；

-连接到所述第二耦合端口(118)的第二补偿电路(120B)，并且包括：

-线性电路元件(132B)和以头靠头配置非线性方式连接的第二对并联二极管(131B)的第二组合(130B)；以及

-用于调整所述第二组合(130B)的所述第二对并联二极管(131B)看到的阻抗的第二阻抗调整单元(140B)；以及

-用于控制所述第二组合(130B)中的偏置电平的第二偏置控制电路(160B)。

2.如权利要求1所述的预失真器，其中，操作所述第一阻抗调整单元(140A)和所述第二阻抗调整单元(140B)以通过阻抗调整而调节所述预失真器(100)的复增益扩展。

3.如权利要求2所述的预失真器，其中，操作所述第一阻抗调整单元(140A)和所述第二阻抗调整单元(140B)以通过所述阻抗调整而调节至少以下之一：

-所述预失真器(100)的相位扩展(80)；

-所述预失真器(100)的振幅增益扩展(60)。

4.如权利要求1所述的预失真器，其中，所述第二补偿电路(120B)包括与所述第一补偿电路(120A)相同的电路元件。

5.如权利要求1所述的预失真器，其中，所述第一阻抗调整单元(140A)具有可调整电抗，并且所述第二阻抗调整单元(140B)具有可调整电抗，所述阻抗调整单元(140A、140B)的所述可调整电抗控制所述第一对并联二极管(131A)和所述第二对并联二极管(131B)看到的负载阻抗。

6.如权利要求1所述的预失真器，其中，所述第一阻抗调整单元(140A)具有可调整电容，并且所述第二阻抗调整单元(140B)具有可调整电容，所述阻抗调整单元(140A、140B)的所述电容控制所述第一对并联二极管(131A)和所述第二对并联二极管(131B)看到的负载阻抗。

7.如权利要求1所述的预失真器，其中，操作所述第一阻抗调整单元(140A)以电调整所述第一组合(130A)的所述第一对并联二极管(131A)看到的所述阻抗，以及操作所述第二阻抗调整单元(140B)以电调整所述第二组合(130B)的第二对并联二极管(131B)看到的所述阻抗。

8.如权利要求1所述的预失真器，其中，所述第一阻抗调整单元(140A)包括第一变容二极管(142A)，以及所述第二阻抗调整单元(140B)包括第二变容二极管(142B)。

9.如权利要求8所述的预失真器，其中，所述第一阻抗调整单元(140A)包括将可变直流DC偏置提供到所述第一变容二极管(142A)的第一可变电压源(148A)，以及所述第二阻抗调整单元(140B)包括将可变DC偏置提供到所述第二变容二极管(142B)的第二可变电压源(148B)。

10.如权利要求9所述的预失真器，其中，所述可变DC偏置控制所述变容二极管(142A、142B)的电容，所述电容又控制所述第一对并联二极管(131A)和所述第二对并联二极管(131B)看到的负载阻抗。

11.如权利要求1所述的预失真器，其中，所述第一补偿电路(120A)包括布置在所述第一阻抗调整单元(140A)与所述第一组合(130A)之间的第一DC阻隔电路元件(122A)，以及所述第二补偿电路(120B)包括布置在所述第二阻抗调整单元(140B)与所述第二组合(130B)之间的第二DC阻隔电路元件(122B)。

12.如权利要求1所述的预失真器，其中，所述第一对并联二极管(131A)和所述第二对并联二极管(131B)是肖特基二极管。

13.如权利要求1所述的预失真器，其中，所述第一组合(130A)的所述线性电路元件(132A)包括至少一个并联连接到所述第一组合(130A)的所述第一对并联二极管(131A)的电阻器(132A)，以及所述第二组合(130B)的所述线性电路元件(132B)包括至少一个并联连接到所述第二组合(130B)的所述第二对并联二极管(131B)的电阻器(132B)。

14.一种信号处理单元(10)，包括：

-用于放大信号的放大器(30)；以及

-如权利要求1所述的用于补偿所述放大器(30)的非线性转移特性在所述信号中引起的信号变化的预失真器(100)。

15.一种发射机(1)，包括：

-用于发射射频信号的天线(40)；以及

-如权利要求14所述的用于处理输入到所述天线(40)的所述射频信号的信号处理单元(10)。

16.一种包括如权利要求15所述的发射机(1)的基站。

17.一种包括如权利要求15所述的发射机(1)的移动单元。

18.一种调节模拟预失真器(100)的方法，所述预失真器包括：

-具有输入端口(112)、输出端口(114)、相隔90度的第一耦合端口(116)和第二耦合端口(118)的耦合器(110)；

-连接到所述第一端口(116)并且包括一个线性电路元件(132A)和以头靠头配置方式连接的第一对并联二极管(131A)的第一组合(130A)的第一补偿电路(120A)；

-用于控制所述第一组合(130A)中的偏置电平的第一偏置控制电路(160A)；

-连接到所述第二耦合端口(118)并且包括一个线性电路元件(132B)和以头靠头配置方式连接的第二对并联二极管(131B)的第二组合(130B)的第二补偿电路(120B)；以及

-用于控制所述第二组合(130B)中的偏置电平的第二偏置控制电路(160B)，所述方法包括以下步骤：

-通过第一阻抗调整单元(140A)调整所述第一补偿电路(120A)的所述第一对并联二极管(131A)看到的阻抗，并且通过第二阻抗调整单元(140B)调整所述第二补偿电路(120B)的所述第二对并联二极管(131B)看到的阻抗，其中，阻抗调整调节所述预失真器(100)的复增益扩展；以及

-调整所述第一补偿电路(120A)和所述第二补偿电路(120B)中的偏置电平，其中，所述偏置电平控制所述预失真器(100)的所述复增益扩展的起始功率电平(Ps)。

19.一种补偿由至少一个非线性转移特性引起的信号变化的方法，所述方法包括以下步骤：

-引导输入信号通过模拟预失真器(100)的耦合器(110)，所述耦合器(110)具有输入端口(112)、输出端口(114)和相隔90度的第一耦合端口(116)和第二耦合端口(118)；

-通过所述预失真器(100)的第一补偿电路(120A)和所述预失真器(100)的第二补偿电路(120B)处理所述输入信号；所述第一补偿电路连接到所述第一耦合端口(116)并且包括一个线性电路元件(132A)和以头靠头配置方式连接的第一对并联二极管(131A)的第一组合(130A)；所述第二补偿电路连接到所述第二耦合端口(118)并且包括一个线性电路元件(132B)和以头靠头配置方式连接的第二对并联二极管(131B)的第二组合(130B)；

-基于所述处理的输入信号在所述输出端口(114)生成输出信号；

-调整所述第一对并联二极管(131A)和所述第二对并联二极管(131B)看到的阻抗，其中，阻抗调整调节所述预失真器(100)的复增益扩展以补偿所述信号变化；以及

-调整所述第一补偿电路(120A)和所述第二补偿电路(120B)中的偏置电平，其中，所述偏置电平控制所述预失真器(100)的所述复增益扩展的起始功率电平(Ps)。

20.如权利要求18或19所述的方法，其中，所述阻抗调整调节至少以下之一：

-所述预失真器(100)的相位扩展(80)；

-所述预失真器(100)的振幅增益扩展(60)。

21.如权利要求18或19所述的方法，其中，所述预失真器(100)包括：第一阻抗调整单元(140A)，用于调整所述第一补偿电路(120A)的所述第一对并联二极管(131A)看到的阻抗；以及第二阻抗调整单元(140B)，用于调整所述第二补偿电路(120B)的所述第二对并联二极管(131B)看到的阻抗；以及所述调整步骤包括调整所述第一阻抗调整单元(140A)和所述第二阻抗调整单元(140B)的电容，所述电容调整所述第一对并联二极管(131A)和所述第二对并联二极管(131B)看到的负载阻抗，而所述负载阻抗又调节所述预失真器(10))的所述复增益扩展。

22.如权利要求18或19所述的方法，其中，所述调整步骤包括电调整所述第一对并联二极管(131A)和所述第二对并联二极管(131B)看到的所述阻抗。

23.如权利要求22所述的方法，其中，所述第一补偿电路(120A)和所述第二补偿电路(120B)中的每个包括变容二极管(142A、142B)，以及所述调整步骤包括调整到所述变容二极管(142A、142B)的直流DC偏置，所述DC偏置控制所述变容二极管(142A、142B)的电容，而所述电容控制所述第一对并联二极管(131A)和所述第二对并联二极管(131B)看到的负载阻抗，所述负载阻抗又调节所述预失真器(100)的所述复增益扩展。

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