CN102099999B - 功率放大器、功率放大器的非线性失真校正方法和无线电通信设备 - Google Patents

Abstract

本发明试图提供一种能够在多个放大器被以任何操作点使用的情况下通过与每个放大器相对应的线性化器来正确地校正失真的功率放大器。根据本发明的功率放大器包括：以多级方式连接的多个放大器(32、34)以及以多级方式连接并且对放大器(32、34)的非线性失真进行校正的多个线性化器(10、20)。在本发明中，前一级的放大器中的失真被后一级的线性化器校正。

Description

功率放大器、功率放大器的非线性失真校正方法和无线电通信设备

技术领域

本发明涉及在无线电通信设备的发送单元处放大发送信号的功率放大器，更具体而言涉及具有校正放大器的非线性失真(non-linear distortion)的功率放大器、功率放大器的非线性失真校正方法和无线电通信设备。

背景技术

另外，在微波数字固定无线电通信设备的发送器中使用了各种类型的调制方法。一些设备被配置为通过切换某些调制方法来使用这些调制方法。在这种情况下，每种调制方法具有对发送输出的不同的谱掩码标准，并且一般而言，低的多值(QPSK、BPSK等等)具有大的非线性失真的可接受值，而高的多值(128QAM、256QAM等等)具有小的可接受值。即，在低的多值中，在允许失真的同时可以获得大的发送功率。但是在高的多值中，由于失真的影响，不能获得大的发送功率。

对输出功率的调节经常是通过以下方式执行的：以多级方式连接多个放大器并改变每个放大器的操作点，从而根据谱掩码改变发送功率的最大值。当在低的多值中可以允许某一程度的失真时，前一级和后一级放大器的每个操作点被设置得较高，并且可以获得高的输出功率。当在高的多值中不能允许大的失真量时，一种可能的方法是前一级放大器的增益被设置得较低，而后一级放大器将输出功率放大到期望的值。

如上所述，在无线电通信设备的发送器中，当利用一个放大器不能获得期望的输出功率时，执行这样一种技术：其中放大器被以多级方式连接以获得期望的输出功率。另外，使用非线性校正电路(下文中称为线性化器(linealizer))来约束由放大器中的非线性失真引起的频带外的频率分量。作为线性化器，例如，在不使用来自发送输出的反馈的情况下使用前馈型线性化器。

公开了如上所述的与放大器和线性化器有关的技术的文献例如包括专利文献1和专利文献2。

引用列表

专利文献

专利文献1：日本未实审专利申请公布No.6-069731

专利文献2：日本未实审专利申请公布No.11-239190

发明内容

技术问题

在用于约束放大器的非线性失真并且不使用来自发送输出的反馈的前馈型线性化器中，放大器的逆特性(inverse characteristic)利用多项式等的近似来表示。然而，多项式仅可以表示一种类型的失真特性。因此，当使用以多级方式连接的多个放大器时，线性化器仅可以校正具有最显著的失真的最后一级放大器的失真。

如上所述，当以多级方式连接的多个放大器的操作点被设置为不同值时，具有一种类型的逆特性的前馈型线性化器不能响应于每一状况而执行校正。尤其是，存在以下问题：当期望获得高输出功率时在输出信号中留有失真。

(发明的目的)

本发明用来解决上述问题，并且本发明的目的是提供一种功率放大器、功率放大器的非线性失真校正方法和无线电通信设备，其中与每个放大器相对应的线性化器可以准确地校正失真，即使多个放大器是以任何操作点使用的也是如此。

对问题的解决方案

根据本发明的功率放大器被配置为包括：以多级方式连接的多个放大器；以及以多级方式连接并且对放大器的非线性失真进行校正的多个线性化器。在本发明的功率放大器中，前一级的放大器中的失真被后一级的线性化器校正。

根据本发明的功率放大器的非线性失真校正方法包括：以多级方式连接多个放大器，所述放大器放大功率；以及以多级方式连接多个线性化器，所述线性化器对放大器的非线性失真进行校正。在该方法中，前一级的放大器中的失真被后一级的线性化器校正。

根据本发明的无线电通信设备包括功率放大器，该功率放大器包括：以多级方式连接的多个放大器；以及以多级方式连接并且对放大器的非线性失真进行校正的多个线性化器。在无线电通信设备中，前一级的放大器中的失真被后一级的线性化器校正。

发明的有利效果

根据本发明，即使多个放大器是以任何操作点使用的，也可以利用与每个放大器相对应的线性化器来准确地校正失真。

附图说明

图1是示出根据本发明第一实施例的功率放大器的配置示例的框图；

图2是示出根据本发明第一实施例的功率放大器中配置的线性化器的框图；

图3A是说明根据本发明第一实施例的功率放大器的每个放大器的输入输出特性的示图；

图3B是说明根据本发明第一实施例的功率放大器的每个放大器的输入输出特性的示图；

图4A是示出根据本发明的示例的放大器的输出谱的状况的示图；

图4B是示出根据本发明的示例的放大器的输出谱的状况的示图；

图4C是示出根据本发明的示例的放大器的输出谱的状况的示图；以及

图5是示出根据本发明另一实施例的功率放大器的配置示例的框图。

具体实施方式

(第一实施例)

图1示出了在生成失真的两个放大器彼此相连的情况下根据本实施例的功率放大器的配置示例。

根据本实施例的功率放大器包括线性化器10和20、放大器电路30、逆特性系数记忆单元40和50以及操作点控制单元60和70。

线性化器10和20是向输入信号添加在放大器中发生的非线性失真的逆特性的部件。线性化器10和20的详细配置在图2中示出。这里示出的线性化器10和20具有这样一种配置：其中非线性特性的逆特性被划分为幅度特性和相位特性，并且每种特性被利用多项式进行近似。

参考图2，线性化器10和20中的每一个包括功率计算器11、乘法器12、幅度逆特性计算器13、相位逆特性计算器14、ROM 15、乘法器16、延迟器件17和复数乘法器(complex multiplier)18。

功率计算器11是通过对输入信号进行平方来求出输入信号的功率的电路。

乘法器12是确定非线性校正的强度的部件。乘法器12将来自操作点控制单元60或70的校正量乘以来自功率计算器11的输出，并将结果输出到幅度逆特性计算器13和相位逆特性计算器14。

幅度逆特性计算器13是针对从乘法器12接收的信号计算幅度校正值的部件。在本实施例中，示出了这样一个示例：其中利用多项式近似式(polynomial approximation expression)计算逆特性，并且从逆特性系数记忆单元40和50接收用于求出逆特性的近似式的系数。在幅度逆特性计算器13中计算出的幅度校正值被输出到乘法器16。

相位逆特性计算器14是针对从乘法器12接收的信号计算相位校正值的部件。以与幅度逆特性计算器13相同的方式，相位逆特性计算器14从逆特性系数记忆单元40和50接收用于求出逆相位特性的近似式的系数。在相位逆特性计算器14中计算出的相位校正值被输入到ROM 15。

ROM 15输出与相位信号θ(它是从相位逆特性计算器14输出的相位校正值)相对应的复数值cosθ+jsinθ，作为相位旋转信号。ROM 15是存储以下数据的ROM，其中相位信号θ和复数值cosθ+jsinθ彼此关联。该值在复数乘法器18处用于将输入信号的相位旋转相位θ。

乘法器16是将从ROM 15输出的相位旋转信号乘以从幅度逆特性计算器13输出的幅度校正值以生成供复数乘法器18执行相位校正的信号的部件。乘法器16的计算结果被输出到复数乘法器18。

延迟器件17是把要校正的信号延迟一以从功率计算器11到乘法器16的时间为单位生成的延迟以调节校正时间的部件。由线性化器10和20接收的信号被延迟器件17延迟，并且延迟后的信号被输出到复数乘法器18。

复数乘法器18是执行来自延迟器件17的输入和来自乘法器16的输入之间的复数乘法的部件。复数乘法器18从乘法器16接收用于校正幅度和相位的信号。因此，复数乘法器18对从延迟器件17接收的信号的幅度和相位进行校正。

输入到本实施例中描述的线性化器的基带信号连接到线性化器10的输入。线性化器20的输入连接到线性化器10的输出。

可变衰减器31连接到线性化器20的输出。可变衰减器31根据来自操作点控制单元60的增益调节信号改变增益并将其输出到放大器32。

放大器32是增益固定的放大器。放大器32放大可变衰减器31的输出并将其输出到可变衰减器33。

以与可变衰减器31相同的方式，可变衰减器33根据来自操作点控制单元70的增益调节信号改变增益并将其输出到放大器34。

以与放大器32相同的方式，放大器34是增益固定的放大器。放大器34放大可变衰减器33的信号并将其输出。

逆特性系数记忆单元40记忆表示放大器34的输入输出幅度特性和输入输出相位特性的逆特性的多项式的系数。另一方面，逆特性系数记忆单元50记忆表示放大器32的输入输出幅度和相位特性的逆特性的多项式的系数。

逆特性系数记忆单元40和逆特性系数记忆单元50将所记忆的多项式系数分别提供给线性化器10和线性化器20。

操作点控制单元60和70是设置线性化器10和20中的校正量以及可变衰减器31和33中的衰减量的部件。操作点控制单元60和70具有以下功能：调节包括可变衰减器31和33以及放大器32和34的放大器电路30的增益以在输出功率被指定时将输出功率设置为指定值，并在线性化器10和20的每一个中设置此时的非线性校正值。

操作点控制单元60设置线性化器20中的校正量和可变衰减器31中的衰减量，并且操作点控制单元70设置线性化器10中的校正量和可变衰减器33中的衰减量。

(第一实施例中的操作)

接下来，将说明根据如上所述地配置的本实施例的操作。

首先，将描述根据线性化器10和20中的每一个的操作。线性化器10校正放大器34中的非线性失真，并且线性化器20校正放大器32中的非线性失真。

在该示例中，提供每个放大器中的非线性特性的逆特性的多项式的系数被预先计算，并且计算出的多项式的系数被设置在逆特性系数记忆单元40和逆特性系数记忆单元50中。

线性化器计算接收信号的瞬时功率P和此时的校正值。在本实施例中，幅度的逆特性A(P)和相位的逆特性θ(P)是利用近似式计算出的。

校正量是调节当计算近似式的系数时放大器中的操作点和在放大器当前正使用的状况下的操作点之间的差异的值。例如，假定近似式的系数在校正量被设置为1.0且放大器的输出的输出功率被设置为最大的状况下被调节。在这种情况下，当放大器的输出是以最大值的一半被使用时，可以通过将校正量设置为一半或者说0.5来根据放大器的操作点的改变而执行非线性校正。

利用根据如上所述计算出的近似式的幅度的逆特性A(P)和相位的逆特性θ(P)，幅度和相位的预失真通过由下式(1)表示的方法被添加到输入信号：

$\left(\begin{array}{c}{I}_{\mathrm{out}}\\ Q_{\mathrm{out}}\end{array}\right)=A\left(P\right)\·\left(\begin{array}{cc}\cos \mathrm{\θ}\left(P\right)& \sin \mathrm{\θ}\left(P\right)\\ -\sin \mathrm{\θ}\left(P\right)& \cos \mathrm{\θ}\left(P\right)\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}{I}_{\mathrm{in}}\\ Q_{\mathrm{in}}\end{array}\right)---\left(1\right)$

接下来，将说明由操作点控制单元60在可变衰减器31中设置的值。

首先，例如，在逆特性系数记忆单元50中记忆的系数被调节到一值，利用该值，在校正值是1.0并且可变衰减器31的衰减量是将放大器32的输出设置为最大的值的状况下，可以准确地校正失真。在以上状况下，当放大器32的输出功率需要为一半时，可变衰减器31的衰减量被设置为加倍，并且对线性化器20的校正量被设置为一半，即0.5。因此，线性化器20可以准确地校正在输出功率变为一半的放大器32中生成的非线性失真。即，当需要将放大器32的输出功率乘以X时，可变衰减器31中的衰减量可以被乘以1/X，并且对线性化器20的校正量可以被乘以X。

以相同的方式，在线性化器10中，当需要将放大器34的输出功率乘以Y时，可变衰减器33的衰减量可以被乘以1/Y，并且对线性化器10的校正量可以被乘以Y。

通过串联连接这两个线性化器10和20，可以校正放大器32和34的每一个中的非线性失真。

通过线性化器20中的非线性校正，放大器32的输出可以具有与线性化器10相同的幅度或相位特性。即，可以获得放大器32的失真得到校正的状况。

因为线性化器10的输出对放大器34执行非线性校正，因此与其等同的放大器32的输出通过可变衰减器33被输入到放大器34，从而校正放大器34的输出中的非线性失真。

(根据第一实施例的优点)

根据本实施例，执行根据放大器32和34的每一个的非线性校正。因此，即使以任何操作点使用了多个放大器，也可以通过与每个放大器相对应的线性化器正确地校正失真。因此，即使在过去没有其他选择而是将发送功率设置为低(由于大的非线性失真)的情况下，也可以使用大的功率，从而使得能够高效地使用放大器的能力并有助于器件性能的提高。

示例

在能够使用多种调制方法的无线电通信设备中，存在这样一些情况：其中每种调制方法具有不同的发送输出的谱掩码的标准。可能有以下情况：谱掩码的限制是宽松的并且输出功率可以设置得较高的情况；以及谱掩码受限并且输出功率不能设置得如此高的情况，等等。因此，内部放大器中的级别图(level diagram)根据状况改变从而使得该放大器在最优状况下使用。

在该示例中，作为例子，假定这样一种情况：其中放大器以两级相连(如图1所示)，并且置于第二级放大器34的输入处的可变衰减器33控制发送功率，下面将给出说明。

放大器32和34的每个输入输出特性将在图3A和图3B中示出。图3A示出了第一级放大器32的输入输出特性，图3B示出了第二级放大器34的输入输出特性。

当谱掩码的限制是严格的并且不能允许在放大器30中有大的失真时，第一级放大器32的操作点被设置为图3A中的点A。在这种情况下，可变衰减器33的可变范围被反映，并且第二级放大器34的操作点被设置在图3B中的A范围中。

在这种情况下，输出功率变低但是在第一级中生成的非线性失真变小，并且仅第二级放大器34的非线性失真变为主导。因此，即使是根据现有技术的前馈型线性化器也可以充分地校正失真。

另一方面，在谱掩码的限制是宽松的并且发送功率需要增大(即使它引起了一定失真)的情况下，第一级放大器32的操作点被设置为图3A中的点B。此时，第二级放大器34的操作点被设置为图3B中的范围B。在这种情况下，输出功率变大，但是所生成的非线性失真也变大。另外，在第一级放大器32中也出现一定级别的非线性失真。

图4A至4C以谱状况的方式示出了上述状况。在图4A至4C中，从左侧起，示出了第一级放大器32的输出的谱(线性化器关闭)、第二级放大器34的输出的谱(线性化器关闭)以及第二级放大器34的输出的谱(线性化器开启)。

图4A示出了这样一种状况：其中失真仅在第二级放大器34中出现并且根据现有技术的线性化器适用于第二级放大器34。图4B示出了这样一种状况：其中失真在两个放大器32和34的每一个中都出现并且根据现有技术的线性化器适用于第二级放大器34。图4C示出了这样一种状况：其中两个放大器32和34中的每一个都具有失真并且采用了根据本实施例的线性化器。

如图4A所示，在失真仅在第二级放大器34中出现的状况下，即使根据现有技术的线性化器也可以通过向线性化器的特性赋予被调节到放大器34的系数来抑制非线性失真。在根据现有技术的线性化器被使用并且谱掩码的约束严格的情况下，这种方法被使用。然而，在这种情况下，输出功率不能被设置为太大。

如图4B所示，在谱掩码的约束相对宽松的情况下，设置这样一种方法：其中第一级放大器32的操作点被设置为某一高级别，并且第二级放大器34对其进一步放大。然而，在这种情况下，因为根据现有技术的线性化器适用于放大器34的特性，因此不对第一级放大器32执行校正。因此，在第一级放大器32中生成的失真保留在最终的输出谱中。

以这种方式，当具有单一类型的逆特性的根据现有技术的线性化器适用于被设计为分别设置每个放大器的操作点的放大器时，没有其他选择，而是只能设置线性化器的系数以便抵消处于失真的最主导的放大器(通常，这是最后一级放大器)的非线性失真。然而，其他放大器的非线性失真仍然没有校正。

在这种情况下，当与每个放大器相对应的线性化器被串联连接并且对每个线性化器设置单独的校正量(如在本实施例中一样)时，可以获得与每个放大器相对应的失真校正。

在图4C中，放大器32和34中的每一个在以下状况中被使用：放大器32和34中的每一个都生成失真。然而，因为出现在放大器32中的失真被线性化器20校正并且出现在放大器34中的失真被线性化器10校正，因此在校正非线性失真的同时可以使得输出功率更大。即，前一级放大器32的失真校正由后一线性化器20执行，并且后一级放大器34的失真校正由前一线性化器10执行。这可以如下说明。

假定前一级放大器32的传递函数是aG1(x)，对其进行校正的线性化器20的传递函数是G1’(x)，第二级放大器34的传递函数是bG2(x)，并且对其进行校正的线性化器10的传递函数是G2’(x)。注意，“a”表示放大器32的增益，“b”表示放大器34的增益，“x”表示输入信号。另外，假定线性化器的逆特性G1’和G2’完全校正了放大器的非线性失真，并且满足表达式aG1(G1’(x))＝ax和bG2(aG2’(X))＝abx。

每个部件中的信号如下所示。

第一级线性化器10的输出：G2’(x)

第二级线性化器20的输出：G1’(G2’(x))

第一级放大器32的输出：aG1(G1’(G2’(x))＝aG2’(x)

第二级放大器34的输出：bG2(aG2’(x))＝abx

如上所述，因为后一级线性化器20校正前一级放大器32的非线性失真，因此通过分开的线性化器可以校正每个放大器的非线性失真。这里，基本点在于第一级放大器32的输出是包括在线性化器10中生成的对放大器34的校正的信号。

如果前一级线性化器10执行前一级放大器32的非线性校正，则不能实现非线性校正，如下式所示。

第一级线性化器10的输出：G1’(x)

第二级线性化器20的输出：G2’(G1’(x))

第一级放大器32的输出：aG1(G2’(G1’(x))

第二级放大器34的输出：bG2(aG1(G2’(G1’(x)))

以上示例应按下述方式理解。其设计是前一级的放大器中的失真由后一级的线性化器校正，并且根据每一级中的放大器执行非线性校正。因此，即使当以任何操作点使用多个放大器时，与每个放大器相对应的线性化器也可以正确地校正失真。

(其他实施例)

在上述实施例中，描述了在两个放大器32和34串联连接的情况下线性化器的非线性失真校正。然而，本发明可以应用于三个或更多个放大器串联连接的情况。

图5示出了其他实施例中的配置示例，其中m个放大器串联连接(m是大于或等于3的整数)。其原理与图1所示的第一实施例中相同，并且对前一级放大器执行非线性失真校正的线性化器位于后一级处。

即，第(m-n+1)级线性化器校正作为第n级放大器的放大器32-n。注意，m等于或大于n。如上所述，因为前一级放大器的输出包括后一级放大器的非线性校正分量，因此需要执行前一级放大器的预失真以包括后一级放大器的校正分量。

上面已经采用了优选的示例性实施例和示例描述了本发明。然而，本发明并不一定限于上述实施例和示例，而是可以按各种方式进行修改，而不脱离本发明的技术精神。

本申请要求2008年7月15日提交的日本专利申请No.2008-183699的优先权，并且通过引用全部结合于此。

产业应用性

本发明适用于放大无线电通信设备的发送单元中的发送信号的功率放大器，并且更具体而言适用于功率放大器、功率放大器的非线性失真方法和具有校正放大器中的非线性失真的功能的无线电通信设备。

标号列表

10、20：线性化器

11：功率计算器

12：乘法器

13：幅度逆特性计算器

14：相位逆特性计算器

15：ROM

16：乘法器

17：延迟器件

18：复数乘法器

30：放大器电路

31、33：可变衰减器

32、34：放大器

40、50：逆特性系数记忆单元

60、70：操作点控制单元

Claims (11)

1.一种功率放大器，包括：

以多级方式连接的多个放大器；

以多级方式连接并且对所述放大器的非线性失真进行校正的多个线性化器；以及，

多个逆特性系数记忆单元，所述逆特性系数记忆单元记忆表示所述放大器的输入输出幅度特性和输入输出相位特性的逆特性的多项式的系数，这些系数被提供给所述多个线性化器，其中

前一级的放大器中的失真被后一级的线性化器校正，

每个所述线性化器包括：

功率计算器，所述功率计算器计算输入信号的功率；

第一乘法器，所述第一乘法器执行来自所述线性化器的校正量和所述功率计算器的输出之间的乘法并计算非线性校正的强度；

幅度逆特性计算器，所述幅度逆特性计算器根据来自所述逆特性系数记忆单元的系数计算来自所述第一乘法器的信号的幅度校正值；

相位逆特性计算器，所述相位逆特性计算器根据来自所述逆特性系数记忆单元的系数计算来自所述第一乘法器的信号的相位校正值；

存储器单元，所述存储器单元记忆作为与从所述相位逆特性计算器输出的相位校正值相对应的复数的相位旋转信号；

第二乘法器，所述第二乘法器执行来自所述存储器单元的相位旋转信号和所述幅度校正值之间的乘法；以及

复数乘法器，所述复数乘法器执行所述输入信号和来自所述第二乘法器的输出之间的复数乘法并对所述输入信号的相位和幅度进行校正。

2.如权利要求1所述的功率放大器，其中所述功率放大器被配置为通过将每个线性化器的校正量调节到每个放大器的操作点而应用于任何级别图。

3.如权利要求1所述的功率放大器，包括对所述多个线性化器中的每一个设置校正量的多个操作点控制单元。

4.如权利要求3所述的功率放大器，包括多个可变衰减器，每个可变衰减器连接到所述多个放大器中每一个的前一级，

其中所述可变衰减器根据由所述多个操作点控制单元设置的衰减量改变增益并将增益输出到所述放大器。

5.如权利要求1所述的功率放大器，其中所述多个放大器是增益固定的放大器。

6.一种功率放大器的非线性失真校正方法，包括：

以多级方式连接多个放大器，所述放大器对功率进行放大；以及

以多级方式连接多个线性化器，所述线性化器对所述放大器的非线性失真进行校正，

其中前一级的放大器中的失真被后一级的线性化器校正，

每个所述线性化器执行的校正包括：

由功率计算器计算输入信号的功率；

由第一乘法器执行所述线性化器的校正量和所述功率计算器的输出之间的乘法并计算非线性校正的强度；

由幅度逆特性计算器根据来自逆特性系数记忆单元的系数计算来自所述第一乘法器的信号的幅度校正值，所述系数是表示所述放大器的输入输出幅度特性和输入输出相位特性的逆特性的多项式的系数；

由相位逆特性计算器根据来自所述逆特性系数记忆单元的系数计算来自所述第一乘法器的信号的相位校正值；

将相位旋转信号作为与从所述相位逆特性计算器输出的相位校正值相对应的复数来记忆到存储器单元中；

由第二乘法器执行来自所述存储器单元的相位旋转信号和所述幅度校正值之间的乘法；以及

由复数乘法器执行所述输入信号和来自所述第二乘法器的输出之间的复数乘法并对所述输入信号的相位和幅度进行校正。

7.如权利要求6所述的功率放大器的非线性失真校正方法，包括将所述功率放大器设计成：通过将每个线性化器的校正量调节到每个放大器的操作点来应用于任何级别图。

8.如权利要求6所述的功率放大器的非线性失真校正方法，包括通过多个操作点控制单元中的每一个来设置所述多个线性化器中的每一个的校正量。

9.如权利要求8所述的功率放大器的非线性失真校正方法，包括将多个可变衰减器中的每一个连接到所述多个放大器中每一个的前一级，

其中所述可变衰减器根据由所述多个操作点控制单元设置的衰减量改变增益并将增益输出到所述放大器。

10.如权利要求6所述的功率放大器的非线性失真校正方法，其中所述多个放大器是增益固定的放大器。

11.一种包括如权利要求1所述的功率放大器的无线电通信设备。

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