CN101090380A

CN101090380A - 用于线性包络消除与恢复发射机的系统、方法、以及装置

Info

Publication number: CN101090380A
Application number: CN 200710110602
Authority: CN
Inventors: 禹王命; 李彰浩; 张在浚; 金学善
Original assignee: Samsung Electro Mechanics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electro Mechanics Co Ltd
Priority date: 2006-06-04
Filing date: 2007-06-04
Publication date: 2007-12-19
Anticipated expiration: 2027-06-04
Also published as: CN101090382A; CN101090381A; CN101090382B; CN101090380B

Abstract

本发明提供了用于线性包络消除与恢复发射机的系统、方法及装置，其基于与正交递归预失真技术相结合的极性调制操作。极性调制技术通过动态地调整偏压电平增强了电池寿命。此外，模拟正交递归预失真有效校正了射频(RF)功率放大器(PA)中的振幅和相位误差，并且增强了PA输出能力。另外，偶次失真分量用于以乘法方式对输入信号进行预失真，使得大大提高了有效校正带宽。此外，使用瞬时反馈包络失真信号的预失真方案允许校正可发生在包括包络记忆效应的校正环路带宽内的任何失真。

Description

用于线性包络消除与恢复发射机的系统、方法、以及装置

相关申请

本申请要求于2006年6月4日提交的主题为“Systems，Methods，and Apparatuses for Linear Polar Transmitters”的美国临时申请第60/803,871号的优先权，其全部内容结合于此作为参考。

技术领域

本发明涉及一种包络消除与恢复(EER)发射机，更具体地，涉及用于射频(RF)功率放大器的性能增强的系统、方法、以及装置。

背景技术

在代价敏感移动发射机中，必须小心地管理性能折中，从而以所需的增益和线性实现高效率和高输出功率。通过本征非线性功率放大器(PA)自身，实现更好线性操作的唯一方法就是将信号的动态范围限制为PA总能力的一小部分。不幸地，由于需要尺寸非常大且消耗很多功率的放大器的结构，所以这种限制动态范围来实现更加线性的操作的效率远远不够。

随着增加数据传输速率和通信能力的需求，已经在现有GSM(全球移动通信系统)规范和基础设施中引入增强数据率GSM演进(EDGE)。GSM基于高斯最小频移键控(GMSK)的恒包络调制方案，而EDGE基于主要改善频谱效率的3π/8频移的8相位频移键控(8-PSK)的包络变化调制方案。由于这种包络变化调制方案，EDGE发射机对PA非线性非常敏感，这可能显著并负向影响EDGE听筒的性能。此外，宽带码分多址(WCDMA)是具有比EDGE的数据率(384kbps)高很多的数据率(～2Mbps)的另一种通信技术。主要的全球无线宽带标准将如视频会议、成像和视频、3D游戏和高端立体声的3G多媒体应用提供给移动用户。在单代价敏感系统架构上的GSM/EDGE和WCDMA的组合为移动用户提供了更加严密的体验，因为它们在两种技术都能应用的网络内漫游同时利用可用的最高网络连接速率。还通过在单系统上组合主要的移动无线和多媒体技术还可以使移动装置设计复杂性最小化。然而，对于EDGE，WCDMA基于混合移项键控(HPSK)的包络变化调制方案。结果，WEGDE(WCDMA和EDGE)发射机需要有效、精确的振幅和相位控制，通过附加块补偿由PA非线性特性和非恒包络变化所引起的失真。

为了提供有效地放大信号传输，已经提出了具有数字预失真方案的开环或具有模拟反馈方案的闭环形式的许多EER发射机架构。

首先，在传统的具有数字预失真方案的开环中，PA的特征在于包括功率、温度、和频率的校准数据。然后将校准数据存储在查找表(LUT)中。通过数字逻辑选择来自LUT的用于操作条件的校正系数，并将其应用于预失真(predistortion)。基于DSP的线性化可以提供精确、稳定的操作，以及易于通过软件编程的能力进行调制。然而，该技术需要对生产线进行耗时校准以补偿部件之间的变化，并且不能容易地校正系统中的任何老化效应。当包括检查PA输出变化的反馈通路时，电路变得昂贵并且消耗大量的DC功率。

其次，闭环包络反馈控制通常用于模拟线性化。在这种反馈控制结构中，必须在发射机中包括精确的接收机，以及控制环带宽应该大大超过信号带宽。此外，负反馈中的固有增益减小的特性可能引起对不具有足够发射增益的放大器的严格限制。此外，传统的闭环系统不仅反馈失真也反馈信号功率，从而减小了闭环系统的稳定性。类似地，用在这些传统极性调制系统的功率放大器为了效率而以高度非线性开关模式运行，使得去除高阶失真分量变得更加重要。

发明内容

本发明的实施例可提供使用正交递归预失真技术的模拟线性EER发射机架构。该发射机架构可以以低功率模式运行，并且通过反馈回低频偶次失真分量(即，线性增益的偏移)实现了更大的带宽。此外，失真分量可不被添加到输入信号中作为反馈，而是可用于以乘法方式对输入信号进行预失真。具体地，当低频偶次失真分量与基波信号相乘时可生成奇次带内失真项。因此，这种架构可固有地比传统加法极性(additive polar)环路系统更加稳定。

根据本发明的实施例，提供了用于提供线性包络消除与恢复发射机的方法。该方法可包括生成输入振幅信号和输入相位信号，其中，输入振幅信号和输入相位信号是输入信号的正交分量，并且输入振幅信号和输入相位信号生成在相应的第一和第二信号通道上。该方法还包括：使用振幅误差信号沿第一信号通道处理输入振幅信号以生成预失真振幅信号，使用相位误差信号沿第二信号通道处理输入相位信号以生成预失真相位信号；以及沿第一信号通道提供预失真振幅信号和沿第二信号通道提供预失真相位信号给功率放大器，以生成输出信号。该方法进一步包括将第一对数放大器应用于功率放大器的输出信号以获得对数检测(log-detected)输出信号，以及将第二对数放大器应用于预失真振幅信号以获得对数检测预失真振幅信号。该方法还包括将第一限幅器应用于功率放大器的输出信号以获得限幅输出信号，以及将第二限幅器应用于预失真相位信号以获得限幅预失真相位信号，其中，通过至少对数检测输出信号与对数检测预失真振幅信号的比较生成振幅误差信号，以及通过至少限幅输出信号与限幅预失真相位信号的比较生成相位误差信号。

根据本发明的实施例，提供了用于提供线性包络消除与恢复发射机的系统。该系统可包括输入振幅信号和输入相位信号，其中，输入振幅信号和输入相位信号是输入信号的正交分量，并且输入振幅信号和输入相位信号设置在相应的第一和第二信号通道上。该系统还可包括：第一预失真模块，使用反相(inverse)振幅误差信号沿第一信号通道处理输入振幅信号以生成预失真振幅信号；第二预失真模块，使用反相相位误差信号沿第二信号通道处理输入相位信号以生成预失真相位信号；以及功率放大器，沿第一信号通道接收预失真振幅信号以及沿第二信号通道接收预失真相位信号，并基于预失真振幅信号和预失真相位信号生成输出信号。该系统可进一步包括：至少一个对数放大器，从功率放大器的输出信号中获得对数检测输出信号以及从预失真振幅信号中获得对数检测预失真振幅信号；以及至少一个限幅器，从功率放大器的输出信号中获得限幅输出信号以及从预失真相位信号中获得限幅预失真相位信号，其中，通过至少对数检测输出信号与对数检测预失真振幅信号的比较生成振幅误差信号，以及通过至少限幅输出信号与限幅预失真相位信号的比较生成相位误差信号。

根据本发明的实施例，提供了用于提供线性极化发射机的系统。该系统可包括输入振幅信号和输入相位信号，其中，输入振幅信号和输入相位信号是输入信号的正交分量，并且输入振幅信号和输入相位信号设置在相应的第一和第二信号通道上。该系统还可包括：第一装置，用于使用反相振幅误差信号沿第一信号通道处理输入振幅信号以生成预失真振幅信号；第二装置，用于使用反相相位误差信号沿第二信号通道处理输入相位信号以生成预失真相位信号；以及功率放大器，沿第一信号通道接收预失真振幅信号以及沿第二信号通道接收预失真相位信号，并基于预失真振幅信号和预失真相位信号生成输出信号。该系统可进一步包括：第三装置，用于从输出信号和预失真振幅信号中生成反相振幅误差信号；以及第四装置，用于从输出信号和预失真相位信号中生成反相相位误差信号。

附图说明

现在，将参照附图用一般术语描述本发明，其中，附图不需要按比例绘制，在附图中：

图1A和图1B示出了根据本发明实施例的示例性EER发射机系统的功能框图；

图2示出了根据本发明实施例的振幅调制误差校正环路；

图3示出了根据本发明实施例的相位调制误差校正环路；

图4示出了根据本发明实施例的振幅调制方案；

图5A和图5B分别示出了根据本发明实施例的不具有预失真和具有预失真的仿真功率放大器(PA)特性；

图6A和图6B示出了根据本发明实施例的不具有预失真(EVMrms：14.0％)和具有预失真(EVMrms：0.07％)的WCDMA信号的仿真星座结果；以及

图7A和图7B示出了根据本发明实施例的WCDMA信号的仿真频谱结果。

具体实施方式

以下，将参照附图更加全面地描述本发明，在附图中示出一些但不是所有的实施例。当然，这些发明可以许多不同的形式实施，并不限于本文所描述的实施例，相反，提供这些实施例使得本公开满足可应用的法律要求。通篇中相同的标号表示相同的元件。

本发明的实施例可提供线性EER发射机，其基于使用用于振幅和相位的两个正交通道的极性调制技术和模拟正交递归预失真线性化技术。极性调制技术可通过动态地调节偏压电平增强电池寿命。此外，模拟正交递归预失真可在RF PA中提供振幅和相位误差的充分瞬时校正，从而增强PA的线性输出功率能力和效率。此外，本发明的实施例可利用偶次失真分量，来以乘法方式对输入信号进行预失真，其允许校正发生在包括包络记忆效应的校正环路带宽内的任何失真。

图1A示出了根据本发明实施例的示例性EER发射机系统100的简化功能框图。如图1A所示，EER发射机系统100可包括振幅预失真模块118、相位预失真模块120、放大器功率控制(APC)模块110、APC模块110输入处的基于二极管的包络检测器111、功率放大器模块112、振幅调制误差检测模块114、以及相位调制误差检测模块116。在EER发射机系统100的运行期间，可通过两个正交基带输入信号(一个表示输入信号的振幅，一个表示输入信号的相位)调制复RF信号。可将该复RF信号提供给振幅预失真模块118用于振幅线性化以及提供给相位预失真模块120用于相位线性化。应该理解，虽然两个正交输入信号分别与振幅和相位相关，但本发明的其它实施例可利用用于Cartesian系统的I和Q分量。此外，在不背离本发明实施例的情况下，可以利用其它正交输入信号。

现在，将参照图1B讨论振幅预失真模块118和相位预失真模块120，图1B提供了图1A的EER发射机系统100的更为详细的功能框图。如图所示，振幅预失真模块118可以是可变增益放大器(VGA)，以及相位预失真模块120可以是诸如压控可变相位(VVP)偏移器的相位加法器。功率放大器模块112可包括具有转移函数G{}的功率放大器124。此外，功率放大器模块112还可包括一个或多个输入匹配(IM)电路122和输出匹配(OM)电路126。IM电路122可提供在功率放大器124输入处匹配的阻抗，而OM电路126可提供在功率放大器124输出处匹配的阻抗。

仍然参照图1B，振幅调制误差检测模块114可包括如差分误差放大器的减法装置132、具有1/a₁衰减的衰减器128、分别生成振幅预失真模块118的输出raz(t)的对数检测值z_A(t)以及PA模块112的对数检测输出y_A(t)的对数放大器140、130。相位调制误差检测模块116可包括乘法器136以及分别生成相位预失真模块120的限幅输出rz_P(t)和PA模块112的限幅输出ry_P(t)的限幅器138、134。

如将在下面进一步详细描述的，振幅预失真模块118和相位预失真模块120可用于分别对输入RF信号rx(t)的振幅信号和相位信号进行预失真。具体地，可通过来自振幅调制误差检测模块114的反相振幅误差信号e_A(t)对RF信号rx(t)的振幅正交部分x_A(t)进行预失真，以生成振幅预失真RF信号raz(t)。为了生成反相振幅误差信号e_A(t)，振幅调制误差检测模块114通常执行预失真模块118的输出raz(t)的对数检测输出z_A(t)与PA模块112的输出ry(t)的对数检测输出y_A(t)的比较。根据本发明的实施例，可通过将对数检测输出z_A(t)减去对数检测输出y_A(t)来确定反相振幅误差信号e_A(t)。该过程可被递归执行以使预失真线性化最佳。

类似地，可通过来自相位调制误差检测模块116的反相相位误差信号e_P(t)对RF信号rx(t)的相位正交部分x_P(t)进行预失真，以生成相位预失真RF信号rpz(t)。为了生成反相相位误差信号e_P(t)，相位调制误差检测模块116通常执行预失真模块120的输出rpz(t)的限幅输出rz_P(t)与功率放大器模块112的输出ry(t)的限幅输出ry_P(t)的比较。根据本发明的实施例，可通过限幅输出rz_P(t)与限幅输出ry_P(t)的相乘来确定反相相位误差信号e_P(t)。

在图1B中，EER发射机系统100可提供线性化方案，以查找PA输出ry(t)的任何变化以及几乎瞬时地对输入信号rx(t)进行预失真。更具体地，根据本发明实施例的预失真机构可利用关于PA 124的预失真信号作为递归预失真的基准，使得调制误差检测模块114、116的输出e_A(t)和e_P(t)可仅仅是PA 124转移函数G{}的倒数。因此，可通过模拟分量执行预失真函数的计算。

假设两个通道完全同步，可如下定义PA 124的复基带输入信号z(t)：

z(t)＝z_A(t)∠z_P(t)

＝{x_A(t)·e_A(t)}∠{x_P(t)+e_P(t)} (1)

＝x(t)·e(t)

其中，x_A(t)和x_P(t)分别是正交基带振幅和相位输入信号。类似地，e_A(t)和e_P(t)分别是振幅调制误差检测模块114和相位调制误差检测模块116的输出。当为了简单使用复形式分析时，如下描述PA 124的基带输出y(t)：

e(t)＝a₁·G^-1{|z_A′(t)|}， (2)

y(t)＝z(t)·G{|z_A′(t)|}

(3)

＝[x(t)·e(t)]·G{|z_A′(t)|}，

其中，G{}是PA 124转移函数，e(t)为复调制误差信号，x(t)是复系统输入信号，z(t)是预失真PA输入信号，y(t)是复PA输出信号，z_A′(t)是用于驱动功率控制器110的二极管测量振幅信号。作为从上述等式(1)至(3)获得的结果，可通过这种架构简单地生成线性放大信号a₁.x(t)。

振幅误差校正。将参照图2详细描述包括振幅调制误差检测模块114的振幅误差校正环路。可通过对数放大器140从振幅预失真模块118(例如，可变增益放大器(VGA))的RF信号输出raz(t)中提取振幅预失真信号z_A(t)。此外，通过对数放大器130提取通过衰减器128的RF PA 112输出ry(t)的振幅信号y_A(t)。然后，使用诸如差分误差放大器的减法装置132将振幅预失真信号z_A(t)与振幅信号y_A(t)进行比较，以获得振幅误差信号e_A(t)。然后，通过振幅预失真模块118(例如，VGA)将振幅误差信号e_A(t)对数地与RF输入rx(t)的正交振幅x_A(t)相加，以生成振幅预失真RF信号raz(t)。即，在振幅预失真模块118处，可将振幅误差信号e_A(t)线性地与输入RF信号rx(t)的振幅x_A(t)相乘。

相位误差校正。图3示出了包括相位调制误差检测模块116的相位误差校正环路。如图3所示，可从分别通过限幅器138、134的相位预失真模块120(例如，移相器)的限幅输出rz_P(t)与PA输出ry(t)的限幅输出ry_P(t)的比较获得相位误差信号e_P(t)。然后，可将相位误差信号e_P(t)与RF输入rx(t)的正交相位x_P(t)相加，以生成相位预失真RF信号rpz(t)。

振幅调制。在诸如GSM/EDGE的TDMA通信系统中，PA的功率控制需要满足所需的时间范围(mask)，同时保持电源的效率。可通过使用线性调节器、开关调节器、或组合结构来进行。不同于GSM系统，根据本发明实施例的EDGE或WCDMA系统需要RF包络信号的跟踪以及功率控制。跟踪包络信号需要更宽的操作带宽。图4示出了可用于功率效率和宽带操作的组合PA控制器110方案。如图4所示，DC-DC转换器404可提供DC和低频负载电流，而AB类线性放大器402可提供高频负载电流，保持跟踪环路闭合。可通过AB类放大器402的输出电流控制DC-DC转换器404。DC-DC转换器404的滞后(hysteric)电流控制器可试图使AB类放大器402的输出电流最小，以使总效率最大。架构的输出电容428可以很低以维持AB类放大器402环路的高带宽。此外，可主要通过结合反馈环路运行的AB类线性放大器402吸收DC-DC转换器404的纹波电流。因此，可期望该线性辅助架构具有较高的包络跟踪带宽，保持较好的线性化和效率。

仿真结果。图5A和图5B中所示的时域信号测试示出了根据本发明实施例的PA 124的改进性能。具体地，图5A显示了没有使用线性化电路所获得的结果，而图5B示出了使用根据本发明实施例设置的预失真所实现的线性化电路的结果。如图5B所示，具有接通的线性化电路的PA 124的输出很好地跟踪原始输入信号，并且即使通过功率显示离散PA 124特性的记忆效应的情况下，振幅和相位中的非线性也被很好地线性化。

误差矢量幅度(EVM)测量提供了表征由在宽动态范围内的PA非线性行为引入的幅度和相位变化的手段。在图6A和图6B所示的比较结果中，EVM仿真结果显示通过使用本发明实施例提供的预失真获得均方根(RMS)13.9％的改善。图7A和图7B示出了频谱结果。如图7A所示，在没有预失真的情况下，产生了大量的互调失真。另一方面，如图7B所示，具有预失真的仿真显示失真几乎被校正和去除。

对于具有在前面的描述和相关附图中所呈现的技术优点的这些发明，本领域的技术人员可想到本文阐述的实施例的许多修改和其它实施例。因此，应该理解，本发明不用于限制所披露的特定实施例，所以，各种修改和其它实施例应该在所附权利要求的范围内。虽然本文使用了具体的术语，但是它们仅是一般和描述性的，而不是用于限制的目的。

Claims

1.一种用于提供线性包络消除与恢复发射机的方法，包括：

生成输入振幅信号和输入相位信号，其中，所述输入振幅信号和所述输入相位信号是输入信号的正交分量，并且所述输入振幅信号和所述输入相位信号生成在相应的第一信号通道和第二信号通道上；

使用振幅误差信号沿所述第一信号通道处理所述输入振幅信号，以生成预失真振幅信号；

使用相位误差信号沿所述第二信号通道处理所述输入相位信号，以生成预失真相位信号；

沿所述第一信号通道提供所述预失真振幅信号以及沿所述第二信号通道提供所述预失真相位信号给功率放大器，以生成输出信号；

将第一对数放大器应用于所述功率放大器的所述输出信号以获得对数检测输出信号，以及将第二对数放大器应用于所述预失真振幅信号以获得对数检测预失真振幅信号；以及

将第一限幅器应用于所述功率放大器的所述输出信号以获得限幅输出信号，以及将第二限幅器应用于所述预失真相位信号以获得限幅预失真相位信号，其中，通过至少所述对数检测输出信号与所述对数检测预失真振幅信号的比较生成所述振幅误差信号，以及其中，通过至少所述限幅输出信号与所述限幅预失真相位信号的比较生成所述相位误差信号。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，处理所述输入振幅信号包括将所述输入振幅信号与所述振幅误差信号相乘。

3.根据权利要求2所述的方法，其中，使用可变增益放大器将所述输入振幅信号与所述振幅误差信号相乘。

4.根据权利要求1所述的方法，其中，使用压控可变相位(VVP)偏移器将所述输入相位信号与所述相位误差信号相加。

5.根据权利要求1所述的方法，其中，生成输入振幅信号和输入相位信号包括生成所述第一信号通道上的输入振幅矢量以及所述第二信号通道上的输入相位矢量。

6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述振幅误差信号包括所述功率放大器的近似反相增益。

7.根据权利要求1所述的方法，其中，通过从所述对数检测预失真振幅信号中减去所述对数检测输出信号生成所述振幅误差信号。

8.根据权利要求7所述的方法，其中，使用差分误差放大器从所述对数检测预失真振幅信号中减去所述对数检测输出信号。

9.根据权利要求1所述的方法，其中，通过将所述限幅输出信号与所述限幅预失真相位信号相乘生成所述相位误差信号。

10.一种用于线性包络消除与恢复发射机的系统，包括：

输入振幅信号和输入相位信号，其中，所述输入振幅信号和所述输入相位信号是输入信号的正交分量，并且所述输入振幅信号和所述输入相位信号设置在相应的第一信号通道和第二信号通道上；

第一预失真模块，使用反相振幅误差信号沿所述第一信号通道处理所述输入振幅信号，以生成预失真振幅信号；

第二预失真模块，使用反相相位误差信号沿所述第二信号通道处理所述输入相位信号，以生成预失真相位信号；

功率放大器，沿所述第一信号通道接收所述预失真振幅信号以及沿所述第二信号通道接收所述预失真相位信号，并基于所述预失真振幅信号和所述预失真相位信号生成输出信号；

至少一个对数放大器，从所述功率放大器的所述输出信号中获得对数检测输出信号以及从所述预失真振幅信号中获得对数检测预失真振幅信号；以及

至少一个限幅器，从所述功率放大器的所述输出信号中获得限幅输出信号以及从所述预失真相位信号中获得限幅预失真相位信号，其中，通过至少所述对数检测输出信号与所述对数检测预失真振幅信号的比较生成所述振幅误差信号，以及其中，通过至少所述限幅输出信号与所述限幅预失真相位信号的比较生成所述相位误差信号。

11.根据权利要求10所述的系统，其中，所述第一预失真模块通过将所述输入振幅信号与所述振幅误差信号相乘来处理所述输入振幅信号。

12.根据权利要求10所述的系统，其中，所述第一预失真模块包括用于将所述输入振幅信号与所述振幅误差信号相乘的可变增益放大器。

13.根据权利要求10所述的系统，其中，所述第二预失真模块包括用于将所述输入相位信号与所述相位误差信号相加的压控可变相位(VVP)偏移器。

14.根据权利要求10所述的系统，其中，所述输入振幅信号包括所述第一信号通道上的输入振幅矢量，以及其中，所述输入相位信号包括所述第二信号通道上的输入相位矢量。

15.根据权利要求10所述的系统，其中，所述振幅误差信号包括所述功率放大器的近似反相增益。

16.根据权利要求10所述的系统，其中，通过从所述对数检测预失真振幅信号中减去所述对数检测输出信号生成所述振幅误差信号。

17.根据权利要求16所述的系统，进一步包括差分误差放大器，用于从所述对数检测预失真振幅信号中减去所述对数检测输出信号。

18.根据权利要求10所述的系统，其中，通过将所述限幅输出信号与所述限幅预失真相位信号相乘生成所述相位误差信号。

19.一种用于提供线性极化发射机的系统，包括：

第一装置，用于使用反相振幅误差信号沿所述第一信号通道处理所述输入振幅信号，以生成预失真振幅信号；

第二装置，用于使用反相相位误差信号沿所述第二信号通道处理所述输入相位信号，以生成预失真相位信号；

第三装置，用于从所述输出信号和所述预失真振幅信号中生成所述反相振幅误差信号；以及

第四装置，用于从所述输出信号和所述预失真相位信号中生成所述反相相位误差信号。

20.根据权利要求19所述的系统，其中，所述第三装置包括至少一个对数放大器，用于从所述功率放大器的所述输出信号中获得对数检测输出信号以及从所述预失真振幅信号中获得对数检测预失真振幅信号，以及其中，所述第四装置包括至少一个限幅器，用于从所述功率放大器的所述输出信号中获得限幅输出信号以及从所述预失真相位信号中获得限幅预失真相位信号。