CN102428644A - 具有量化噪声补偿的发射机 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种发射机(300，400，600)，包括脉冲编码器(305)，用于根据针对所述发射机的输入信号的幅度来产生脉冲，补偿信号生成器(315)，用于消除所述脉冲编码器(305)引起的量化噪声，混频器或I/Q调制器(307)，用于将所述脉冲编码器的输出与针对发射机的输入信号的相位混合，放大器(320)，用于产生来自发射机的输出信号。在所述发射机(300，400，600)中，用于控制放大器(320)的功能的控制信号(CA)包括来自补偿信号生成器(315)的输出信号、以及针对放大器(320)的输入信号包括调制(340)至所期望的频率的、来自所述混频器(307)的输出。

Description

具有量化噪声补偿的发射机
技术领域
本发明公开了具有提高的效率的发射机。
背景技术
发射机一般地包括至少一个放大器，可以通过脉冲调制(即将调制后的通信信号映射至脉冲串的特性(例如持续时间、位置或密度))的方式来提高其效率。在这种发射机中，脉冲用作针对放大器的输入。利用脉冲串驱动放大器的目的是使放大器更多的时间在其高效操作点进行操作。通过使用脉冲串，仅在两个高效区域(深度压缩或完全关闭)之一中操作功率放大器。
然而，当产生脉冲时，诸如上述的脉冲调制方案将引入量化噪声导致的不期望的信号失真，这需要通过带通滤波器(所谓的重构滤波器)来处理。由于量化噪声的特性，需要窄带滤波器以在传送之前对信号进行重构。这些类型的滤波器在微波频率处具有大的插入损失，这导致滤波器中增加的功率消耗，因而降低了发射机的功率效率。
发明内容
如上所述，需要可以在使用脉冲作为针对发射机中放大器的输入的发射机中抑制量化噪声的解决方案。具体地，该解决方案能够抑制射频(RF)、载波中或周围的这种噪声，因为在这些地方，噪声会引起最大的“损害”。
通过本发明的解决方案公开了这种解决方案，该解决方案公开了一种发射机，包括：
脉冲编码器，用于根据针对所述发射机的输入信号的幅度来产生脉冲，
补偿信号生成器，用于消除所述脉冲编码器引起的量化噪声，
混频器或I/Q调制器，用于将所述脉冲编码器的输出与针对发射机的输入信号的相位混合，
放大器，用于产生来自发射机的输出信号。
在本发明的发射机中，用于控制放大器功能的控制信号包括来自补偿信号生成器的输出信号，以及针对放大器的输入信号包括来自所述混频器或I/Q调制器的输出。
正如将在以下详细描述中所示，当用来降低来自脉冲编码器的量化噪声时，本发明的发射机是有利的。
在一个实施例中，本发明的发射机还包括放大器的输出处的带通滤波器。
在一个实施例中，控制信号用于控制的放大器中的功能是放大器的最大输出幅度，所谓“幅度调制”。
在一个实施例中，控制信号用于控制的放大器中的功能是包括在放大器中的输出匹配网络的阻抗，所谓“负载调制”。
在一个实施例中，本发明的发射机还包括延迟电路，用于在混频器的输出用作针对放大器的输入之前延迟混频器的输出，以补偿补偿信号生成器中的延迟。
在一个实施例中，本发明的发射机还包括在延迟电路的输出处连接的数模转换器。
附图说明
结合附图，将更详细地描述本发明，其中：
图1示出了通过本发明解决的问题，以及
图2示出了针对该问题的现有技术解决方案，以及
图3示出了本发明的第一实施例，以及
图4示出了本发明的第二实施例，以及
图5示出了通过本发明获得的结果，以及
图6示出了本发明的第三实施例。
具体实施方式
图1示出了通过本发明解决的问题：可以写做x[n]＝A[n]*ejΦ(n)的信号x[n](例如以模拟信号的形式)用作针对发射机的输入信号，所述发射机包括放大器(通常为功率放大器)。
在用作针对发射机中的放大器的输入之前，输入信号x[n]的幅度分量A[n]经过脉冲编码器，所述脉冲编码器将该信号“映射”到N-bit表示上(或者一般情况下映射到一些离散的信号电平上)，以便更有效地使用功率放大器。N-bit表示通常是1-bit表示，并产生脉冲作为脉冲编码器的输出。
然而，脉冲编码器也引入误差项(通常标为量化噪声)，该误差项在频域中主要以要发射的RF载波为中心。
针对发射机的输入信号x[n]＝A[n]*ejΦ(n)在图1中示为x[n]，以及放大器的输出信号示为图1中的y[n]。正如图1中所清楚地看出的，输出还包括以输出频率为中心的量化噪声(示为q[n])，从而输出信号可以写做(A[n]+q[n])*ejΦ(n)。
在图2中，示出了用于降低量化噪声q[n]的现有技术方案：带通滤波器可以应用在放大器的输出处(该带通滤波器的特性示为图2中的“带通”)，这将导致图2中示出的输出信号y[n]。然而，正如在图2中显而易见的，量化噪声的残余q[n]仍将保留在滤波后的输出信号中，因为带通滤波器将不能具有足够窄带以去除所有量化噪声(尤其是不能去除与所期望的信号-即，调制后的RF载波-紧邻的量化噪声)的滤波特性。
因而，正如之前所述，本发明的目的是获取对于具有将脉冲串作为其输入信号的放大器的发射机的输出信号中的量化噪声的问题的解决方案。
在以下，本发明将通过发射机的三个实施例进行描述。
图3示出了基于本发明原理的发射机的第一实施例300。发射机300被设置为接收复数值输入信号(这里表示为
Figure BDA0000105153880000031
)。输入信号被设置为反馈至信号分量分离器305，所述信号分量分离器将复数值输入信号分为相位和幅度分量。幅度分量表示为A[n]，以及相位分量表示为
Figure BDA0000105153880000032
或
Figure BDA0000105153880000033
信号分离器305将所述幅度分量A[n]发送至脉冲编码器310，即，响应于输入信号A[n]的幅度来生成脉冲作为其输出的组件。正如之前所提及，脉冲编码器310也将生成以所谓的量化噪音形式的信号失真，从而来自编码器310的输出信号可以写做A[n]+q[n]，其中q[n]代表量化噪声。
来自脉冲编码器310的输出信号A[n]+q[n]在混频器307中与来自信号分量分离器305的相位信号
Figure BDA0000105153880000041
相混合，从而来自混频器307的输出(这里表示为S[n])可以写做
Figure BDA0000105153880000042
(这也可以写做
Figure BDA0000105153880000043
Figure BDA0000105153880000044
)。然后信号S[n]在混频器340中与来自本机振荡器LO(未在图3中示出)的射频信号(RF载波)混合，从而将信号z[n]调制到期望的RF频率。在一些实施例中，混频器307可以被所谓的I/Q调制器取代。
然后，将调制后的信号用作针对放大器320的输入，以将来自发射机的输出信号放大至期望电平。因而，针对放大器320的输入信号包括来自混频器307的、已经被调制到期望频率的输出。将在本文中描述的本发明的发射机的其它实施例的情况也是如此。
根据本发明，正如在图3中所示，发射机电路300中的放大器320被设置为接收来自补偿信号生成器315的输出信号作为控制信号(CA)。控制信号CA通过控制所述放大器的最大输出信号幅度来控制放大器的功能(在这种情况下是放大器320的放大)。这也可以表述为：由于因使用脉冲编码器而导致放大器的输入信号或接通或断开，所以通过控制信号CA来管理针对“接通状态”的所产生的放大器输出幅度。
现在开始针对补偿信号生成器315进行更详细地描述，在图3中示出的本发明的实施例中的该组件的输入是两个信号，其中一个是来自信号分量分离器305的幅度信号A[n]，以及另一个是来自脉冲编码器310的输出信号，即A[n]+q[n]。
换言之，针对补偿信号生成器315的输入信号之一是“纯”幅度信号A[n]，以及另一个输入信号是来自脉冲编码器310的输出，即A[n]+q[n]。如之前所解释的，来自补偿信号生成器315的输出(这里表示为CA[n])用作针对放大器320的控制信号。因而，来自补偿信号生成器315的输出信号用于控制放大器320的功能，在这种情况下是针对放大器320的调制后的输入信号的放大。
补偿信号生成器315的特性和功能的更确切的描述如下：应该在每个瞬时选择补偿信号CA，从而放大器的输出信号是针对考虑了重构滤波器的发射机的输入信号的线性拷贝。这可以表示为：
Figure BDA0000105153880000051
其中f[k-n]是来自在发射机的输出处使用的滤波器(所谓的重构滤波器)的脉冲响应。
本发明将来自补偿信号生成器315的输出信号用作放大器320的控制信号是有利的，因为如果给定重构滤波器，在获取最终输出信号的过程中引入额外的自由度，这将可以使发射机的功率效率最大化。可以在所谓的“深度饱和模式”中保持放大器的RF输入信号，从而确保优化效率，而针对放大器的控制信号将设定放大器输出处的正确的信号电平。
图4示出了本发明的发射机的第二实施例400。具有与图3中的实施例300中的相同基本功能的组件保留了它们在图3中的参考号。
除了图3的发射机300的组件之外，图4中示出的发射机400包括延迟电路430，以确保用做针对放大器320的输入的信号与用于控制放大器320的信号“同步”。因而，延迟电路430的延迟应该适合地与补偿信号生成器315的“处理时间”相对应，即，通过补偿信号生成器315引入的延迟。
在图4中表示为z[n]的延迟电路的输出经过数模转换器DAC 335，然后在混频器340中与来自本机振荡器LO(在图4中未示出)的射频信号(RF信号)混合，从而将信号z[n]调制至所期望的RF频率。
如图4中所示，该实施例中的发射机电路400包括放大器320的输出处的带通滤波器425(如上所述的所谓重构滤波器)，以去除放大器的输出信号中不期望的分量。
图5示出了通过本发明获得的结果：在图5中示出了图4的电路400的输入信号x[n]，以及来自电路400的输出信号y[n]。正如所见，输出信号y[n]具有明显减少的量化噪声的内容q[n](作为参考，通过虚线在图5中示出)。因而，本发明减少了“所期望的”输出信号x[n]周围的尖锐区域中的输出信号中的量化噪声，这与电路输出处利用窄带通滤波器的解决方案相比是明显的改善。剩余的量化噪声示为q’[n]，以及正如可以看出的，q’[n]位于输出信号y[n]的频谱的外面。
图5中也通过箭头“A”示出了通过本发明所获得的量化噪声的抑制，如所提及的，图5中将输出信号中的“带外”量化噪声示为q’[n]。
图6示出了本发明实施例的另一示例。具有与图3中实施例300和图4中的实施例400中的基本功能相同的组件保留了它们的参考号，以及正如从图6中所看出的，实施例600在许多方面与图3和图4的实施例300和400类似。因而，实施例600包括信号分量分离器305、脉冲编码器310、放大器320、以及补偿信号生成器315、以及用作放大器320的控制信号的输出CA。
实施例600的补偿信号生成器315具有两个输入信号，其中之一是输入信号x[n]，以及另一个信号是来自混频器307的输出(表示为S[n])。因而，图5中针对补偿信号生成器315的两个输入信号是x[n]和
Figure BDA0000105153880000061
Figure BDA0000105153880000062
通过在分量分离器305之前将输入信号x[n]“分开”来实现使用输入信号x[n]作为补偿信号生成器315的输入信号之一，从而x[n]的一个“分支”与补偿信号生成器315相连接，以及x[n]的另一个“分支”用作信号分量分离器305的输入信号。
正如以上所述，在图5的实施例中，也将来自混频器307的输出S[n]分开，从而S[n]的一个“分支”用作补偿信号生成器315的输入，以及S[n]的一个“分支”用作第一延迟电路630的输入。
与之前示出和描述的实施例相反，实施例600的补偿信号生成器315产生第一和第二补偿信号(这里表示为CA[n]和CRF[n])。在经过第二延迟电路631之后，第一补偿信号CA[n]用作放大器320的控制信号。第二延迟电路630用于将输入信号与不同的分量(在时间上)对齐。
在加法器607中，将来自第一延迟电路630的输出与来自电路315的第二补偿信号(CRF[n])相加，加法器607的和输出(在图6中表示为z’)，经过数模转换器435，接下来被设置为通过外部LO调制到所期望的RF频率，然后用作放大器320的输入信号。第二补偿信号CRF的目的是对应于来自放大器的特定输出信号，产生对电路600的效率进行精细调谐的其它可能。
如下选择补偿信号CA和CRF的组合：
Figure BDA0000105153880000063
本发明不限于以上描述的以及在附图中示出的实施例的示例，但是可以在所附权利要求的范围内随意改变。例如，控制信号CA[n]也可以用于控制发射机中放大器的输出匹配网络的阻抗(这称为“负载调制”)，而不是用作通过供给调制来控制放大器的输出幅度的方式。在这种实施例中，在放大器中适合地包括匹配网络。

Claims (8)

1.一种发射机(300，400，600)，包括：
-脉冲编码器(305)，用于根据针对所述发射机的输入信号的幅度来产生脉冲，
-补偿信号生成器(315)，用于消除所述脉冲编码器(305)引起的量化噪声，
-混频器或I/Q调制器(307)，用于将所述脉冲编码器的输出与针对发射机的输入信号的相位混合，
-放大器(320)，用于产生来自发射机的输出信号，
所述发射机(300，400，600)的特征在于：用于控制放大器(320)的功能的控制信号(CA)包括来自补偿信号生成器(315)的输出信号，以及特征在于：针对放大器(320)的输入信号包括已调制(340)至所期望的频率的、来自所述混频器(307)或I/Q调制器的输出。
2.如权利要求1所述的发射机(400，600)，还包括：所述放大器(320)的输出处的带通滤波器(425)。
3.如权利要求1或2所述的发射机，其中所述控制信号(CA)用于控制的放大器中的功能是放大器的最大输出幅度。
4.如权利要求1或2所述的发射机，其中所述控制信号(CA)用于控制的放大器中的功能是包括在放大器中的输出匹配网络的阻抗。
5.如权利要求1-4中任一权利要求所述的发射机(400，600)，还包括延迟电路(430，630)，用于在混频器(307)的输出用作针对放大器(320)的输入之前，延迟所述混频器(307)的输出，以补偿补偿信号生成器(315)中的延迟。
6.如权利要求5所述的发射机(400，600)，还包括在所述延迟电路(430)的输出处连接的数模转换器(435)。
7.如权利要求1-6中任一权利要求所述的发射机(300，400，600)，其中，针对所述补偿信号生成器(315)的第一输入信号包括针对所述发射机的输入信号的幅度部分，以及针对所述补偿信号生成器(315)的第二输入信号包括在所述脉冲编码器(310)中产生的脉冲，所述脉冲包括在脉冲生成器(310)中产生的量化噪声。
8.如权利要求1-6中任一权利要求所述的发射机(600)，其中，针对所述补偿信号生成器(315)的第一输入信号包括针对所述发射机的输入信号，以及针对所述补偿信号生成器(315)的第二输入信号包括在所述脉冲编码器(310)中产生的脉冲，所述脉冲包括与所述输入信号的相位部分相乘的、在脉冲生成器(310)中产生的量化噪声。
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