CN103812453A - 包络追踪系统的校准方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供一种包络追踪系统的校准方法及装置，应用于无线通信单元的RF发射机内的PA模块的电源电压，该方法包含：应用包含随时间而变化的包络的训练信号至该RF发射机模块的输入端；接收PA模块响应于训练信号的至少一瞬态输出信号值的至少一指示信息；至少部分基于接收到的瞬态输出信号值计算至少一瞬态增益值；校正将被该PA模块放大的波形信号的瞬态包络与该PA模块的电源电压之间的映射函数，以实现一大致恒定的PA增益。本发明实施例可以应用于板上的自动校准以及在不增加任何额外的测试成本的基础上对制件间变差进行补偿。

Description

包络追踪系统的校准方法及装置

【技术领域】

本发明是有关于一种包络追踪系统（envelope tracking system）的校准方法及装置，尤其是关于一种应用于无线通信单元的射频（radio frequency，简称RF）发射机内的功率放大器模块的电源电压的包络追踪系统的校准方法及装置。

【背景技术】

本发明主要涉及并应用于无线通信系统中使用的RF功率放大器领域。来自无线通信系统中可用频谱的有限性的持续压力迫使频谱效应的线性调制方案的发展。而由于这些线性调制机制中包络发生波动，这种现象导致天线所发射的平均功率远低于其最大功率，从而导致了功率放大器的低效率。因此，本领域致力于研究能够在功率放大器的“回退（back-off）”区（线性区）提供高性能的高效率拓扑结构。

线性调制机制需要对调制后的信号进行线性放大以最小化频谱再增长引起的不想要的带外辐射。但是，一典型RF放大装置中使用的有源器件本身便是非线性的。仅当已消耗的DC功率的一小部分转换为RF功率时，放大装置的转移函数才接近于一条直线，即才能如同运作为一理想的线性放大器。这种运作模式导致了DC至RF功率转换的低效率，而这一点正是手持（用户）无线通信单元所不可接受的。此外，低效率对于基站台来说也是一个问题。

另外，手持(用户)设备的重点在于增长电池使用寿命。为了同时实现线性度及高效率，所谓的直线化(linearisation)技术得以使用以改善高效率类别放大器(例如‘AB’类，‘B’类或‘C’类放大器)的线性度。大量各式各样的直线化技术应用于线性发射机，例如笛卡儿反馈(Cartesian Feedback)，前反馈(Feed-forward)以及自适应性预失真发射机的设计中。

线性放大器（例如AB类放大器）的输出端电压通常依据最终的RF功率放大器（PA）设备的需求而设定。通常来说，PA的最小电压远大于AB类放大器的输出端设备的所需电压。因此，这并非最有效率的放大技术。而由于PA的最小电源电压（Vmin）需求，发射机（主要是PA）的效率由输出端设备两端的电压，以及任意的下拉设备成分两端的过电压来决定。

为了提高发射上行链路通信通道的比特率，具有调幅（AM）成分的更大规模的星座调制机制得以研究并成为一种需求。该种调制机制，例如十六比特正交幅度调制（16-QAM），需要多个线性的PA并与调制包络波形的高“峰值（crest）”因子（即波动的程度）有关。相比于早期经常使用的恒定包络调制机制，该种类型的调制机制能够引起功率及线性的更大程度的下降。

为了克服这种功率及线性的下降，多种方法得以提出。其中一种已知的包络追踪技术涉及对PA电源电压的调制以匹配（追踪）由RF PA发射的RF波形的包络。经由这种包络追踪技术，无线电发射机的瞬态PA电源电压（VPA）将近似追踪已发射RF信号的瞬态包络（ENV）。因此，PA中的功率消耗将与PA的电源电压与输出电压之间的差值成比例关系，包络追踪技术能使能PA效率的增长，降低热消耗，对线性度进行改善以及提高最大输出功率，同时允许PA产生预期的RF输出。

图1所示为现有技术中的两种可选的PA电源电压技术的示意图100。其中第一种技术为PA提供了一固定的电源电压105，第二种技术通过调制PA的电源电压以追踪RF包络波形115。在第一种技术中，无论将要放大的调制后的RF波形的性质如何，仍存在PA的过电源电压净值110可以使用(因此可能存在潜在的浪费)。而在第二种技术中，PA的过电源电压净值120可通过对RF PA电源的调制而得以降低，从而使得PA电源能够准确的追踪到瞬态的RF包络。

ENV与VPA之间的映射函数是形成最佳性能的关键，该最佳性能包括效率、增益以及相邻信道功率（adjacent channel power，简称ACP）。以及对于系统性能来说，同样关键的还包括RF信号与PA的VPA之间的时序对准（timingalignment）。

包络追踪可以与对RF信号的数字预失真相结合以改善ACP的健壮性。由于ET系统通常实现为涉及多个功能方块的多芯片形式，该多个功能方块例如包括数字基带（BB）、模拟基带、RF接收机、功率管理以及PA，因此并不能保证ET系统的性能在硬件实现的所有器件上都是一致的。因此形成多个收发机校准级别以精确地映射及集中远离生产线的每个器件的ET性能成为一种需求。而为了使包络追踪成为更加经济化的一种技术，还需要最小化任何额外的生产校准时间和/或外部特性设备的使用。

因此，亟需一种更有效及节省成本的方法以解决ET系统校准的问题。尤其是，该方法能便于板上（on-board）的自动校准以及在不增加任何额外的测试成本的基础上对制件间变差（part-to-part variation）进行补偿。

【发明内容】

有鉴于此，本发明实施例旨在于提供一种应用于无线通信单元的RF发射机内的功率放大器模块的电源电压的包络追踪系统的校准方法及装置，以减缓、消除上述一个或多个问题。

根据本发明的一实施例，提供一种包络追踪系统的校准方法，应用于无线通信单元的RF发射机内的功率放大器模块的电源电压，该方法包含：应用一训练信号至该RF发射机模块的输入端，该训练信号包含随时间而变化的包络；接收该功率放大器模块响应于该训练信号的至少一瞬态输出信号值的至少一指示信息；至少部分基于接收到的该至少一瞬态输出信号值计算至少一瞬态增益值；校正将被该功率放大器模块放大的波形信号的至少一瞬态包络与该功率放大器模块的电源电压之间的映射函数，以实现一大致恒定的功率放大器模块增益。

根据本发明的另一实施例，提供一种通信单元，包含：RF发射机模块，包含用于该RF发射机模块内的功率放大器的电源电压的包络追踪系统；以及至少一信号处理模块，用于校准该包络追踪系统以及用于：

应用一训练信号至该RF发射机模块的输入端，该训练信号包含随时间而变化的包络；接收该功率放大器模块响应于该训练信号的至少一瞬态输出信号值的至少一指示信息；至少部分基于接收到的该至少一瞬态输出信号值计算至少一瞬态增益值；校正将被该功率放大器模块放大的波形信号的至少一瞬态包络与该功率放大器模块的电源电压之间的映射函数，以实现一大致恒定的功率放大器模块增益。

根据本发明的又一实施例，提供一种用于通信单元的集成电路，该通信单元包含RF发射机模块，该RF发射机模块包含用于该RF发射机模块内的功率放大器的电源电压的包络追踪系统；其中该集成电路包含：至少一信号处理模块，用于校准该包络追踪系统以及用于：

应用一训练信号至该RF发射机模块的输入端，该训练信号包含随时间而变化的包络；接收该功率放大器模块响应于该训练信号的至少一瞬态输出信号值的至少一指示信息；至少部分基于接收到的该至少一瞬态输出信号值计算至少一瞬态增益值；校正将被该功率放大器模块放大的波形信号的至少一瞬态包络与该功率放大器模块的电源电压之间的映射函数，以实现一大致恒定的功率放大器模块增益。

本发明实施例的包络追踪系统的校准方法及装置，提供了一种有效且节省成本的包络追踪系统的校准方法。该方法及装置可以应用于板上自动校准方法中，且能再不增加任何额外的测试成本的基础上对制件间差异进行补偿。

【附图说明】

图1所示为现有技术中的两种可选的PA电源电压技术的示意图；

图2所示为依据本发明一实施例的无线通信单元的结构示意图；

图3所示为依据本发明一实施例的无线通信单元中的RF收发机的部分模块的结构示意图；

图4所示为依据本发明一实施例的校准RF收发机内的包络追踪系统（至少校准一部分）的方法的流程图；

图5所示为依据本发明一实施例的PA模块的电源电压、输入功率以及输出功率之间的关系的曲线示意图；

图6所示为依据本发明另一实施例的PA模块的电源电压、输入功率以及输出功率之间的关系的曲线示意图；

图7所示为依据本发明一实施例的PA电源电压及PA输入功率相对于增益的关系的曲线示意图；

图8A与图8B所示为依据本发明一实施例的训练信号的示意图；

图9所示为依据本发明一实施例的经“反低槽”处理的PA模块的电源电压的曲线示意图；

图10所示为依据本发明一实施例的反映PA增益与电源电压包络追踪对准之间关系的曲线示意图；

图11所示为依据本发明一实施例的反映PA的增加相位与电源电压包络追踪对准之间关系的曲线示意图。

【具体实施方式】

在说明书及后续的权利要求当中使用了某些词汇来指称特定的元件。本领域技术人员应可理解，制造商可能会用不同的名词来称呼同样的元件。本说明书及后续的权利要求并不以名称的差异来作为区分元件的方式，而是以元件在功能上的差异来作为区分的准则。在通篇说明书及后续的权利要求项当中所提及的「包含」为一开放式的用语，故应解释成「包含但不限定于」。另外，「耦接」一词在本文中应解释为包含任何直接及间接的电气连接手段。因此，若文中描述第一装置耦接于第二装置，则代表该第一装置可直接电气连接于该第二装置，或通过其他装置或连接手段间接地电气连接至该第二装置。

本发明实施例以一个或多个用于无线通信单元中的集成电路为例予以描述，例如第三代合作伙伴项目（third generation partnership project，3GPP^TM）中的用户设备。但是，本领域技术人员需要了解的是，本文所描述的发明概念不局限应用于任何类型的包含或形成包络追踪系统的集成电路、无线通信单元或者无线发射机中。此外，由于本发明所示例实施例的一部分可能是使用本领域技术人员所熟知的电子元件或电路予以实现，因此为了使本领域技术人员能够更好的理解本发明的基本概念以及不对其产生错误的教示，在本文中对该部分电路将仅以图示的形式绘示而不会对其进行详尽的细节描述。

首先请参见图2，图2所示为依据本发明一实施例的无线通信单元的结构示意图，该无线通信单元例如可以是蜂巢式通信标准下的一用户单元(MS)或是第三代合作伙伴计划(3GPP^TM)通信系统中的一用户设备(UE)。该无线通信单元200包含一天线202，可选地耦接于一多工滤波器/天线开关204，该多工滤波器/天线开关204用以提供无线通信单元200中接收链及发射链之间的隔离。

如本领域技术人员所了解的，该接收链210包含接收机前端电路206(有效地提供接收、滤波以及中频或基频转换功能)。该接收机前端电路206可选地耦接至信号处理器208。信号处理器208的输出提供至一合适的用户接口（UI）230，该用户接口230包含例如一屏幕或者一扁平面板显示器等。一控制器214提供对用户单元的总控制并耦接至该接收机前端电路206与信号处理器208(通常通过一数字信号处理器（DSP）予以实现)。该控制器214还耦接于一存储器元件216，该存储器元件216储存各种运作机制，例如编码/解码功能、模式同步功能、码序列功能及类似功能。

在本发明实施例中，该存储器元件216还可储存调制数据，以及用于电源电压控制中以对通过无线通信单元200输出的无线电频率波形的包络进行追踪的供给功率数据。此外，一计时器218可选地耦接至该控制器214，用以控制无线通信单元200内各种操作时序，例如无线通信单元200内依赖于时间的信号的发射或接收的操作时序，以及发射链中PA电源电压的时间域变化检测的操作时序。

至于发射链220，其包含用户接口230，该用户接口230例如可以为一键盘或者一触摸屏，通过信号处理器228串接至发射机/调制电路222。该发射机/调制电路222处理发射的输入信号并调制及上变频该信号至一RF信号以输出至功率放大器模块/PA集成电路224进行放大。经功率放大器模块/PA集成电路224放大后的RF信号发射至天线202。该发射机/调制电路222、功率放大器/PA集成电路224以及PA电源模块225分别响应于控制器214予以运作，其中该PA电源模块225还额外响应于来自发射机/调制电路222的包络调制波形的再产生。

在一些实施例中，该发射链220中的信号处理器228可以实现为不同于接收链210中的信号处理器208。可选的，如图2所示，一单独的处理器也可以同时实现发射链与接收链中的处理功能。无线通信单元200中的不同元件可以通过分离元件或者整合元件的形式予以实现，其仅取决于具体应用或者设计选择。

此外，依据本发明的实施例，该发射机/调制电路222结合功率放大器224，PA电源模块225、存储器装置216，计时器218以及控制器214一起可以用于产生一可用于PA模块224的供给电源。例如，产生该供给电源以用于一宽频线性功率放大器，以及产生该供给电源用于追踪PA模块224的包络波形。

接下来请参见图3，图3所示为依据本发明一实施例的无线通信单元中的RF收发机300的部分模块的结构示意图，该无线通信单元例如为图2中所示的无线通信单元200。在发射方向，该收发机300包括发射机/调制电路222，可选的耦接在第一基带元件310（图3中标示为“BB”）与一PA模块224（图3中标示为“PA”）之间，该第一基带元件310例如可设置于图2中的信号处理器228和/或控制器214中。该PA模块224可选地经由一双重过滤器（DPX）与一天线开关模块（ASM）耦接至天线202（图3中标示为“ANT”），于图3中该双重过滤器（DPX）与天线开关模块（ASM）共同标示为204。一PA电源电压调制器320（图3中标示为“MOS”）用于通过一数模转换器（DAC）330从第二基带元件312（图3中同样标示为“BB”）接收信号，并依据该信号调制PA模块224的电源电压，该第二基带元件312例如可设置于图2所示的控制器214中。在此方式下，PA电源电压调制器320，DAC330以及第二基带元件312可以组合在一起以用于对提供至PA模块224的电源电压实施包络追踪调制，从而提供至PA模块224的电源电压可对即将被PA模块224放大的RF波形的一包络实施大致的追踪操作。因此，该PA电源电压调制器320，DAC330以及第二基带元件312可以组合形成该收发机300的一包络追踪系统，或至少形成该包络追踪系统的一部分。而在接收方向，该收发机300包括接收器前端电路206（图3中标示为“RX”），可选地耦接在双重过滤器DPX与第三基带元件314（图3中同样标示为“BB”）之间，该第三基带元件314例如可设置于图2的信号处理器208和/或控制器214中。

如前所述，即将被放大处理的RF波形的包络与PA电源电压的调制之间的映射函数是形成最优性能（例如效率，增益以及相邻信道功率（ACP））的关键。以及对于系统系能来说同样关键的还包括RF信号与PA的VPA之间的时序对准。为此，在本发明实施例中，图3所示的收发机300还包括一侦测元件350（图3中标示为“DET”），用于接收PA模块224输出信号的指示信息，并使能对包络追踪系统的映射及调整操作的侦测，关于这点，将在下文做详细的描述。

在本实施例中，该侦测元件350被示例为收发机300中的一分立元件，用于接收PA模块224输出信号的指示信息，并输出另一指示信息至第四基带元件316（图3中标示为“BB”）中，该另一指示信号用于指示对PA模块224的输出功率的侦测结果，以及该第四基带元件316例如可设置于图2的控制器214中。该侦测元件350可包含例如放大、下混频、模数转换等功能。在本实施例中，该侦测元件350可选地耦接至一天线耦合器（CPL）360，用于接收PA模块224输出信号的指示信息，该指示信息具体为提供至天线202的RF信号。优选地，通过使用提供至天线202的RF信号作为PA模块224输出信号的指示信息，该多重过滤器与天线开关模块204内发生的变化同样可以在随后执行的校准操作中得到补偿，该校准操作基于该侦测元件350产生的对输出功率信号的侦测结果而进行。

显而易见的是，本发明并不局限于图3所示的收发机结构的特定实施例，其同样可以应用至其他的收发机结构中。例如，在其他的收发机结构中，该侦测元件350可以直接耦接至PA模块224的输出，并用于直接接收PA模块224的输出信号的指示信息。以及在其他可选的收发机结构中，侦测元件350还可以至少部分地与接收器前端电路206合并，以及通过双重滤波器接收PA模块224输出信号的指示信息。在此方式下，该侦测元件350可以对接收器前端电路206中的部分功能进行再利用，例如ADC、基带功能等。

现在请参见图4，图4所示为依据本发明一实施例的校准RF收发机内的包络追踪系统（至少校准一部分）的方法的流程图400，该包络追踪系统例如为图3所示的包络追踪系统340。在图3所示的实施例中，图4的方法可以实作于一个或多个基带元件310，312，314或316中。

该校准方法起始于步骤405，接着移至步骤410对RF收发机的发射链执行传统的固定漏校准（fixed-drain calibration）操作，以校准PA以及模拟发射增益步骤。该固定漏校准操作可以进一步包含，例如使用通过一外部功率表370获得的至少一测量结果对侦测反馈路径（图3所示的CPL至DET的路径355）进行校准的步骤。一旦该侦测反馈路径355经由校准，以及其可提供精确的功率测量结果后，一查找表（LUT）可以予以创建，其中包含每一想要的输出功率范围，以及与其对应的基带、发射机/调制电路以及PA增益设置。此外，该包络追踪系统340的第二基带元件312内也将通过该侦测元件350创建一查找表，以用于储存恒定的PA电源电压值及分别与其对应的PA输出功率值。

需要注意的是，于本实施例的该阶段，于固定漏校准步骤得到的上述PA电源电压值是基于RF收发机内的固定PA电源电压，所谓固定PA电源电压是指与PA电源电压的瞬态包络追踪相反（或相对）。

固定漏校准操作执行之后，图4所示的方法将进入至下一阶段，即执行对包络追踪系统的初始校准（粗校准）。该粗校准阶段起始于步骤415，其中一个或多个基带元件产生一连续波形并通过收发机的发射链输出，以及该包络追踪路径被配置为运作在一特征模式（characterisation mode）。例如，该一个或多个基带元件可以产生以下连续波形：

z(t)＝A·exp(jω₀t)    （1）

如若需要，该连续波形可以是占空比可调的，从而以降低平均功率以及具有接近于场地环境的热环境。当PA电源电压并非来源于即将被放大的波形信号的包络，而是被设置为一参考电压（VPA_ref）时，可认为包络追踪路径处于一特征模式。参考电压VPA_ref可以是依据平台（platform-dependent）预先设置的电压值，该电压值基于系统中所使用的特定PA应用的特性或数据表数据而选择设定。实际应用中，PA电源的VPA_ref电压值通常会因为电源电压路径内的成分变化而发生变化，该电源电压路径例如为位于图3所示的电源电压调制器320，DAC 330以及对应的第二基带成分312内的路径。但是本发明实施例的校准方法可以克服上述变化所带来的影响，关于这部分将在下文进行详细描述。

通过配置该一个或多个基带元件以产生连续波形以及将包络追踪路径运作于特征模式（即将PA的电源电压VPA设置至恒定的参考电压VPA_ref）之后，本实施例的方法移至步骤420，其中将确定多个参考数据点值以用于确定PA模块的“回退”工作区（线性工作区）的上限位置，此时PA模块的效率将达到最高。因此，本实施例中，当PA电源电压被设置为一恒定的参考电压VPA_ref时，PA模块将输出一预定的参考输出功率信号Pout_ref，此时也可以得到输入至PA模块的参考输入功率信号（Pin_ref）。需要说明的是，该参考电压VPA_ref与该预定的参考输出功率信号Pout_ref可以被选择设置，从而PA模块可以偏向运作于回退工作区的上限位置。

本实施例中实际包含一重复运作过程，举例来说，如图3所示，PA模块224的输出功率经由侦测元件350及对应的第四基带元件316予以侦测，以及至少一指示信息反馈至第一基带元件310以用于通过发射机/调制电路222输出RF波形至PA模块224。在此方式下，该第一基带元件310可以响应于从侦测反馈路径（该侦测反馈路径包括侦测元件350及对应的第四基带元件316）接收到的输出功率指示信息，重复地校正通过该发射机/调制电路222提供至PA模块224的RF波形信号的输入功率，直至获得该预定的参考输出功率信号Pout_ref为止。例如，上述输入功率Pin可以通过下述方程式（2）得以重复地校正：

Pin(k)＝Pin(k-1)+(Pout_ref-Pout(k-1))    （2）

其中功率表示为以dBm为单位。可选的，上述方程式（2）可以表示为以mW或者其他为单位，以及上述重复的校正可以据此方程式予以执行。而恒定参考电压VPA_ref与参考输出功率信号Pout_ref的预定值可以根据所使用的特定的PA模块，多重过滤器以及天线开关模块予以选择。

举例来说，请参见图5，图5所示为依据本发明一实施例的PA模块的电源电压、输入功率以及输出功率之间的关系的曲线示意图。如图5所示，其中预定的PA电源电压设置为3.5V，以及所需的参考输出功率Pout_ref设置为27dBm。在初始输入功率级Pin（0）时，可侦测到的输出功率Pout为28dBm，从而接下来输入功率Pin将得到重复的校正（例如逐渐降低）直至获得所需的输出功率值27dBm为止。

假设使用一占空比可调的连续波形输入信号（例如用于降低平均功率及使热环境接近于场环境），上述目标输出功率将包含Pout_ref×占空比。

如前所述，参考电压VPA_ref与预定参考输出功率信号Pout_ref可以被预先选择设定，从而PA模块可以偏向运作于回退工作区的上限位置，以达到PA的最高工作效率。但是，由于各个单独元件具有各自的制造公差（manufacturingtolerance），实际的PA电源端的VPA_ref电压值通常会依据制件的不同而发生变化，以及实际中很难预测每个PA模块的回退工作区的具体上限位置。因此，在本实施例中，在确定用于定位PA模块的“回退”工作区（线性工作区）的上限位置的多个参考数据点值（包括设置Pin=Pin_ref，Pout=Pout_ref以及VPA=VPA_ref）之后，该方法移至步骤425，其中PA的输入功率维持在Pin_ref值，PA的电源电压为VPA_cmp_a以产生的PA的输出功率与Pou_ref减去一预定增益压缩因子ΔG相等，如下述方程式所示：

Pout＝Pout_ref-ΔG    （3）

其中功率以dBm为单位，ΔG以dB为单位。上述方程式（3）也可以等效实作为以其他的单位，例如mW或W来表示。如图4所示，该方程式同样可包含一重复运作流程。例如，PA电源电压VPA可以重复地基于下述方程式（4）予以校正：

$\mathrm{VPA}\left(k\right)=\mathrm{VPA}(k-1)+(\mathrm{Pout}\_\mathrm{tgt}-\mathrm{Pout}(k-1))\·\frac{\mathrm{\δV}}{\mathrm{\δP}}---\left(4\right)$

其中Pout_tgt=Pout_ref–ΔG，以及

可以在每次重复的校正期间基于上一校正过程的结果得到循环的校正。图6所示为依据本发明另一实施例的PA模块的电源电压、输入功率以及输出功率之间的关系的曲线示意图。如图6所示，于610处，输入功率Pin_ref维持不变，PA电源电压VPA_cmp_a产生的PA模块的输出功率与Pout_ref（27dBm）减去预定增益压缩因子ΔG（1dB）的结果相等，也就是说，PA电源电压VPA_cmp_a产生的PA模块的输出功率Pout=26dBm。需要注意的是，方程式（4）中的Pout值除了可以表示为以dBm为单位外，还可以以mW或W为单位。

通过以上述方式降低PA模块的电源供应电压以实现其输出功率降低一个增益压缩因子ΔG，PA模块可得到更有力的控制，从而可实现其下降一少量的值而到达压缩工作区，该少量的值取决于增益压缩因子ΔG的大小。如此一来，由于制造公差所引起的各个PA模块的回退工作区的上限位置的不同可得到克服。因此，对于一给定的参考输入功率Pin_ref，PA的电源电压的“可容忍的”的上限位置（VPA_cmp_a）可以达到输出功率（Pout_ref-ΔG）。而在上述运作条件下，可实现PA模块的有效增益。本发明实施例的方法可用于确保无论无线通信单元中的各PA模块实际的绝对增益如何，各PA模块均运作在相同的压缩等级。

上述增益压缩因子ΔG可以从任何合适的因子值中选取得到。举例来说，若GPA_ref-ΔG+Pin_max小于所需的最大峰值输出功率，ΔG的值会被认为过大，其中GPA_ref代表当Pin=Pin_ref，Pout=Pout_ref以及VPA=VPA_ref时PA模块的增益。

此外可选地，若最小输入功率对应的包络未被“反低槽”处理（de-troughed），且此时增益小于GPA_ref–ΔG，以及PA电源电压VPA等于VPA_max，ΔG的值则会被认为过小。

相反，若最小输入功率对应的包络未被“反低槽”处理，且增益大于GPA_ref–ΔG，以及PA电源电压VPA等于VPA_min，ΔG的值则会被认为过大。上述的“反低槽”处理是指，即便在最小输入功率下，包络的最小值也不会降至零值。

此外可选地，增益压缩因子ΔG还可以依据本发明实施例中的发射机/调制电路，PA模块，多重过滤器以及天线开关模块（ASM）来确定。这意味着由于制件不同而引起的PA增益变化将不能得到补偿。但是，这样能确保所有的器件运作在相同的增益压缩级别，以及确保由于制件间温度变化而引起的线性性能的变化以及相似性能的降低得到减少。此外可选的，该增益压缩因子ΔG还可以仅依据PA模块得到校正。此时由于制件不同而引起的PA增益变化可以得到补偿，但是不同的器件将运作在不同的增益压缩级别。

设定VPA=VPA_cmp_a，Pin=Pin_ref以及Pout=Pout_ref–ΔG可用于定义第一校准数据点，如上述步骤430所示。

在设定VPA_cmp_a以使PA的输入功率为Pin_ref时Pout=Pout_ref–ΔG，以及上述第一校准数据点确定之后，需要确定至少另一校准数据点以用于包络追踪系统的粗校准中。因此，本实施例的方法移至步骤435，其中PA模块的输入功率下降一预定值ΔP，以使下述方程式（5）得以成立（其中Pin与Pin_ref以dBm为单位，ΔP以dB为单位）：

Pin＝Pin_ref-ΔP    （5）

此时PA的电源电压为VPA_cmp_b，该电源电压使得PA模块的输出功率与Pout_ref减去预定增益压缩因子ΔG及预定电压值ΔP后得到的值相等：

Pout＝Pout_ref-ΔG-ΔP    （6）

如图4所示，本实施例的方法可包含一重复流程。举例来说，PA电源电压VPA可以基于上述方程式（4）得到重复的校正，其中Pout_tgt=Pout_ref–ΔG–ΔP，以及

可以基于前次校正的结果进行于本次循环中进行重复的校正。如图6所示，于620处，输入功率Pin被设置为与Pin_ref减去2dB的预定值ΔP后得到的值相等，以及PA的电源电压VPA_cmp_b产生的PA模块的输出功率等于Pout_ref（27dBm）减去预定的增益压缩因子ΔG（1dB）及预定值ΔP（2dB），也就是说，此时产生的输出功率Pout=24dBm。请注意，上述方程式（5）及（6）还可以以mW，W或者其他单位表示。

在此方式下，对于PA模块来说，PA电源电压VPA_cmp_b可维持在一大致恒定的增益值（GPA_ref–ΔG），以用于降低后的输出功率Pout=Pout_ref–ΔG–ΔP。因此，在本实施例中，将被功率放大器模块放大的波形信号的瞬态包络与功率放大器模块的电源电压之间的映射函数可以得到校正，以实现一大致恒定的功率放大器模块增益。在本文中，该大致恒定的功率放大器模块增益应包括在特定实作下仍处于合理且可接受的设计/工程公差范围之内的功率放大器模块增益。

上述设定值VPA=VPA_cmp_b，Pin=Pin_ref–ΔP及Pout=Pout_ref–ΔG–ΔP可以用于定义另一校准数据点，如步骤440所示。接着，至少部分基于上述获得的校准数据点可执行包络追踪系统的粗校准流程，包括于步骤445中，基于上述获得的校准数据点以建立一追踪包络VPA查找表。该校准过程可包括，对获得的校准数据点执行线性内插运作以定义一线性VPA映射文件。可选地，该校准过程还可包括对于一既定的PA模块，使用该获得的校准数据点以补偿（offset）和/或按比例缩放（sacle）一预定义的VPA映射文件。

如前所述，已发射RF信号的瞬态包络与PA电源电压之间的映射函数对于最佳性能（例如效率、增益以及相邻信道功率（ACP））显得尤为关键。图7所示为依据本发明一实施例的PA电源电压及PA输入功率Pin相对于增益的关系的曲线示意图。如图7所示，PA模块的增益由图中所示的多条等高线予以表示，而前述的初始校准（粗校准）中的一线性内插处理后的映射函数则表示为校准数据点VPA_cmp_a710与VPA_cmp_b720之间的一直线。

但是，如图7所示，PA模块的实际增益并非为理想的线性型，波形轨道也并非精确地位于（即使非常接近）27.4dB的恒定增益等高线上。因此，在执行完上述的包络追踪系统的粗校准过程之后，图4所示方法的下一阶段包括包络追踪系统校准的微调处理。该校准微调阶段开始于步骤450，其中一个或多个基带元件用于产生一包络调制波形信号，并由收发机的发射链输出，以及包络追踪路径运作于追踪模式，在该追踪模式下，PA电源电压VPA依据瞬态包络调制波形信号与PA电源电压VPA之间的已校准后的映射函数而设置。在本实施例中，该瞬态包络调制波形信号与PA电源电压VPA之间的映射函数定义于前述步骤445产生的查找表中，其中，Pin_ref对应至VPA_cmp_a，以及Pin_ref–ΔP对应至VPA_cmp_b。

该包络调制波形信号可以基于任意适当的训练信号。举例来说，训练信号可以定义为包含一低于为特定收发机应用设置的预期数据带宽的带宽，和/或定义为包含一峰值与平均功率比，该峰值与平均功率比等于为特定收发机应用设置的上行链路调制的峰值与平均功率比。输出功率的均方根（root mean square，RMS）从而可使系统的输出功率位于期望的窗口之内。图8A与图8B所示为依据本发明一实施例的训练信号的示意图，如图8所示，训练信号的一实例还可以通过下述的方程式（7）予以定义：

z(t)＝0.5(1+sin(ω₁t))exp(jω₂t)    （7）

其中I/Q信号的峰值与平均功率比（PAR_IQ）等于7dB，以及RF包络的峰值与平均功率比（PARR_RF）为4.3dB。

此外，依据VPA信号特征所需的任何包络调制设置均是可以被配置的，例如直流（DC）值，交流（AC）摆幅等。

接下来，于步骤455，PA模块的瞬态输出值可以通过例如图3所示的侦测元件350而获取，该瞬态输出值例如包括瞬态输出信号的功率及相位信息。接着在步骤460中，响应于该训练信号，PA模块的瞬态增益值得到计算。举例来说，该计算后的输出信号可以被对准及反旋转（de-rotated）至可以与输入训练信号进行比对。接着在本实施例中，调制后波形信号的瞬态包络与PA电源电压VPA之间的映射函数（例如上述步骤445中建立的查找表）于步骤465得到校正，以达到一大致恒定的增益。

如图4所示，本方法可以包含一重复的流程。举例来说，PA电源电压VPA可以基于下述方程式（8）得到重复的校正：

$\mathrm{VPA}\left(k\right)=\mathrm{VPA}(k-1)+(\mathrm{Gain}\_\mathrm{tgt}-\mathrm{Gain}(k-1))\·\frac{\mathrm{\δV}}{\mathrm{\δG}}---\left(8\right)$

其中Gain_tgt为目标恒定增益（例如GPA_ref–ΔG），以dB为单位，

可以于每个校正期间基于前次校正结果进行循环校正。如若需要，还可使用与上述方程式（8）等效的另一方程式，该等效方程式中可以以功率测量而并非增益测量为基准。同样的，在另一等效方程式中，增益还可以线性范围（linear domain）而并非dB来予以表示。

此外，为了避免PA电源电压VPA到达很低的水平，和/或限定PA电源电压VPA的AC摆幅，该VPA可被“反低槽”处理（de-troughed）至处于已发射RF信号的瞬态包络与PA电源电压之间的映射函数内，例如在如图9所示的910处，PA电源电压VPA被限制在已发射RF信号的瞬态包络与PA电源电压之间的映射函数内以达到一最小值，但该最小值不会降至零值。

同样如前所述，已发射RF信号的瞬态包络与PA电源电压调制之间的时序对准对于系统性能来说同样很关键。最初，于步骤450中，包络追踪路径被设置为包含与已调制波形输入信号相关的默认时序对准过程。若PA电源电压VPA与已发射RF信号的瞬态包络是完全对准的，如图9所示，PA在进入一低槽（trough）（如图示的920处）时的瞬态增益与离开该低槽（如图示的930处）时的瞬态增益是相等的。

但是在图10中，如图10所示，若PA电源电压VPA相对于已发射RF信号的瞬态包络是时序滞后的，该PA电源电压VPA则会在进入该低槽时过高，而在离开该低槽时过低。因此，PA模块的瞬态增益在进入该低槽时也会过高，同时在离开该低槽30时也会过低。与此相反，若PA电源电压VPA相对于已发射RF信号的瞬态包络是时序领先的，该PA电源电压VPA则会在进入该低槽时过低，而在离开该低槽时过高。相应地，PA模块的瞬态增益也在进入该低槽时过低，同时在离开该低槽30时过高。

基于这种增益对称，包络追踪系统的包络追踪路径与RF发射机模块的发射路径之间的时序对准设置可以基于下述方程式（9）得到重复的更新：

$\mathrm{Del}\left(k\right)=\mathrm{Del}(k-1)+(\mathrm{GPA}\_\mathrm{in}(k-1)-\mathrm{GPA}\_\mathrm{out}(k-1))\·\frac{\mathrm{\δD}}{\mathrm{\δG}}---\left(9\right)$

其中GPA_in为PA模块在进入一低槽时的瞬态增益，GPA_out为PA模块在离开低槽时的瞬态增益，以及

可以在每个循环周期内基于前一周期的校正结果得到再次校正。

请参见图11，图11示例了本发明一实施例的由PA作为一时序功能模块增加相位至方程式（7）的信号中，该PA的增加相位与电源电压包络追踪对准之间关系的曲线示意图。该增加的相位响应于输出的PA训练信号并与PA电源电压VPA的增益成类似对称关系。因此，可选地，举例来说，在同一时间，增益的大小得到校准，该输出PA训练信号的增加相位也得到校准，以及基于这种相位对称性，PA电源电压VPA与已发射RF信号的瞬态包络之间的时序对准程度可以基于下述方程式（10）得到重复的更新：

$\mathrm{Del}\left(k\right)=\mathrm{Del}(k-1)+(\mathrm{Phase}\_\mathrm{in}(k-1)-\mathrm{Phase}\_\mathrm{out}(k-1))\·\frac{\mathrm{\δP}}{\mathrm{\δG}}---\left(10\right)$

其中Phase_in代表输出PA训练信号于进入低槽时增加的相位，Phase_out代表输出PA训练信号在离开低槽时增加的相位，以及

可以在每个循环周期内基于前一周期的校正结果得到再次校正。

因此，请再参见图4，在本实施例的方法中，在步骤465的已调制波形信号的瞬态包络与PA电源电压之间的映射函数得到校正以实现一大致恒定的增益之后，该方法移至步骤470，其中PA模块的瞬态增益值和/或输出PA训练信号于进入和离开低槽时增加的相位得到计算。接着，发射路径中包络追踪系统的包络追踪路径的时序对准基于该功率放大器模块的瞬态增益值和/或输出PA训练信号的增加相位之间的对称性得到校正，以使包络追踪PA电源电压VPA对准于将被PA模块放大的波形信号的瞬态包络。

作为PA电源电压映射函数的包络与时序对准特性的“附带产生结果”，可以实现RF收发机结构的发射链的振幅调制至振幅调制（amplitude modulation toamplitude modulation，AM2AM）与振幅调制至相位调制（amplitude modulation tophase modulation，AM2PM）响应。若理想的恒定增益VPA映射得到实现，该AM2AM响应也将会是理想的（即线性的）。但是，该理想的恒定增益VPA映射却不能保证理想的（恒定的）AM2PM响应的实现。于本发明的一些实施例中，可以预见的是，假设前向路径具有充足的带宽，该AM2PM响应可以应用于RF信号的数字预失真（DPD）中。举例来说，该数字预失真可以应用于提供至PA模块的输入端之前的波形信号中，例如图3所示的第一基带成分310中。在一些实施例中，可以预见的是，AM2PM预失真处理还可以应用至图4所示方法的映射函数校准与对齐步骤中的微调过程所使用的训练信号中。举例来说，可以于步骤450的初始阶段设置及应用默认的AM2PM预失真处理。在此方式下，一旦恒定的增益映射得到实现，以及最优时序对准设置予以建立，AM2AM响应及AM2PM响应均可得到大致理想的实现。

于一些实施例中，例如依据图3所示实施例的PA电源电压调制器320的特性和/或依据RF发射机模块300的预期应用，图4所示方法的步骤455-475的校准及时序对准操作可能需要针对PA模块的不同输出功率范围重复地执行，从而需要不同的VPA信号等级。因此，一旦确定这些步骤需要重复地执行，于步骤480中，图4所示的方法将转回至步骤455，否则该方法将于步骤485结束。

虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，本领域任何技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可做些许更动与润饰，因此本发明的保护范围当视本发明的权利要求书所界定的范围为准。

本领域技术人员可以了解的是，本文对所有逻辑模块仅是做示例性的说明而并非限制，在其他可选实施例中，各逻辑模块或电路元件可以以合并或分解的方式，通过具有相同功能的其他的逻辑模块或电路元件予以实现。因此，可以了解的是，本文所描述的结构仅是示例性的说明，实际上可实现同样功能的其他结构也可应用于本发明中。

虽然透过一些实施例对本发明进行描述，但是这并意味着对本发明的具体实现形式的限制。本发明的保护范围仅本申请的权利要求予以限制。此外，虽然可能在一实施例中仅描述本发明的一个特性，但是本领域技术人员应该了解，各个所述实施例的各不同特性可以依据本发明得以结合。在权利要求项中，「包含」一词应解释成「包含但不限定于」，其并不排除没有列入至权利要求的其他元件或者步骤。

此外，虽然本发明中的方法、元件以及步骤均被单独地列出，但是该多种方法、多个元件或者多个方法步骤均可以通过例如一个单元或者一个处理器予以实现。此外，虽然在不同的权利要求项中保护了本发明的不同特性，但是这些特性也可以进行组合，不同的权利要求项的单独保护并不代表特性之间的组合是不可行和/或不好的。同时，权利要求项所描述包含的特性并非对权利要求的保护范畴的限定，该权利要求项所限定的特性在适当的情形下也可以应用于其他的权利要求项中。

此外，各权利要求项的排列顺序也并非暗示本发明的各特征必须按照该特定的顺序予以执行，尤其是并非暗示本发明所保护的方法中的步骤必须按照请求项中特定的顺序予以运行。相反地，各个步骤也可以通过其他适合的步骤运行。此外，本文中的唯一并不排除多个的情形，以及「一个」、「第一」、「第二」等词也并不排除多个的情形。

Claims (19)

1.一种包络追踪系统的校准方法，应用于无线通信单元的RF发射机内的功率放大器模块的电源电压，其特征在于，该方法包含：

应用一训练信号至该RF发射机模块的输入端，该训练信号包含随时间而变化的包络；

接收该功率放大器模块响应于该训练信号的至少一瞬态输出信号值的至少一指示信息；

至少部分基于接收到的该至少一瞬态输出信号值计算至少一瞬态增益值；

校正将被该功率放大器模块放大的波形信号的至少一瞬态包络与该功率放大器模块的电源电压之间的映射函数，以实现一大致恒定的功率放大器模块增益。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，该方法的下述步骤得到重复的执行：

接收该功率放大器模块响应于该训练信号的至少一瞬态输出信号值的至少一指示信息；

至少部分基于接收到的该至少一瞬态输出信号值计算至少一瞬态增益值；

校正将被该功率放大器模块放大的波形信号的至少一瞬态包络与该功率放大器模块的电源电压之间的映射函数，以实现一大致恒定的功率放大器模块增益。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，计算该至少一瞬态增益值的步骤包含：

对准及反旋转接收到的该至少一指示信息以与该训练信号进行比对。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，该方法包含至少部分基于下述方程式来校正该将被该功率放大器模块放大的波形信号的至少一瞬态包络与该功率放大器模块的电源电压之间的映射函数，以实现一大致恒定的功率放大器模块增益：

$\mathrm{VPA}\left(k\right)=\mathrm{VPA}(k-1)+(\mathrm{Gain}\_\mathrm{tgt}-\mathrm{gain}(k-1))\·\frac{\mathrm{\δV}}{\mathrm{\δG}};$

其中Gain_tgt为目标恒定增益，VPA(k)为该功率放大器模块的电源电压，

于每个校正期间内基于前次校正结果进行再次校正。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，该功率放大器模块的电源电压被限制在该映射函数的范围之内并达到一最小值，但该最小值不会降至零。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在应用一训练信号至该RF发射机模块的输入端之前，该方法还包含以下步骤：

设置该RF发射机模块的包络追踪路径为特征模式，在该特征模式下，该功率放大器模块的电源电压不依赖于接收到的波形信号的至少一瞬态包络；

应用一连续波形训练信号至该RF发射机模块的输入端，该连续波形训练信号包含一恒定的包络；

确定当该功率放大器模块包含第一增益时的第一校准数据点；

确定当该功率放大器模块包含第一增益时的至少一个第二校准数据点；

至少部分基于该第一校准数据点与该至少一个第二校准数据点，校准将被放大的一波形信号的至少一瞬态包络与该功率放大器模块的电源电压之间的映射函数。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，该至少部分基于该第一校准数据点与该至少一个第二校准数据点，校准将被放大的一波形信号的至少一瞬态包络与该功率放大器模块的电源电压之间的映射函数包含：

对获取到的校准数据点执行线性内插操作以定义一线性映射文件。

8.如权利要求6所述的方法，其特征在于，该至少部分基于该第一校准数据点与该至少一个第二校准数据点，校准将被放大的一波形信号的至少一瞬态包络与该功率放大器模块的电源电压之间的映射函数包含：

补偿和/或按比例缩放一预定义的映射文件。

9.如权利要求6所述的方法，其特征在于，该获取该第一校准数据点的步骤包含：

设置该功率放大器模块的输入功率至第一校准数据点输入功率；

确定该功率放大器模块的第一校准数据点电源电压，该功率放大器模块于该第一校准数据点电源电压时产生的输出功率与预设的第一校准数据点输出功率相等；

至少部分基于该第一校准数据点输入功率与该第一校准数据点电源电压获得该第一校准数据点。

10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，该方法还包含：

设置该功率放大器模块的电源电压为参考电源电压；

确定该功率放大器模块的参考输入功率，该功率放大器模块于该参考输入功率时产生的输出功率与预设的参考输出功率相等，其中该参考电源电压与该参考输出功率的选取值能使该功率放大器模块被偏向运作于回退工作区的上限位置；

配置该第一校准数据点输入功率等于该参考输入功率，以及该第一校准数据点输出功率等于该参考输出功率减去增益压缩因子ΔG。

11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，该增益压缩因子ΔG的选取至少部分基于下述条件中的一个：

GPA_ref-ΔG+Pin_max≥Pout_max，其中Pout_max代表所需的最大峰值输出功率，GPA_ref代表当该功率放大器的输入功率等于该参考输入功率，输出功率等于该参考输出功率以及电源电压等于该参考电源电压时的功率放大器模块增益；

当最小输入功率对应的包络未被反低槽处理，以及VPA=VPA_max时，Gain≥GPA_ref–ΔG；

当最小输入功率对应的包络未被反低槽处理，以及VPA=VPA_min时，Gain≤GPA_ref–ΔG，其中VPA代表该功率放大器模块的电源电压，Gain代表该功率放大器模块的增益，该反低槽处理代表经处理后的包络即便在最小输入功率下，其最小值也不会降至零值；

该RF发射机中的发射机/调制电路，该功率放大器模块，多重过滤器以及天线开关模块中的至少一个。

12.如权利要求10所述的方法，其特征在于，确定该第二校准数据点的步骤包含：

设置该功率放大器模块的输入功率为第二校准数据点输入功率，该第二校准数据点输入功率与该第一校准数据点输入功率减去一预定值ΔP相等；

确定该功率放大器模块的第二校准数据点电源电压，该功率放大器模块于该第二校准数据点电源电压时产生的输出功率与第二校准数据点输出功率相等，该第二校准数据点输出功率等于该第一校准数据点输出功率减去该预定值ΔP；

至少部分基于该第二校准数据点输入功率与该第二校准数据点电源电压获取该第二校准数据点。

13.如权利要求6所述的方法，其特征在于，在至少部分基于该第一校准数据点与该至少一个第二校准数据点，校准将被放大的一波形信号的至少一瞬态包络与该功率放大器模块的电源电压之间的映射函数之后，该方法还包含：

设置该RF发射机模块的该包络追踪路径至包络追踪模式，该包络追踪模式设置于该接收到的波形信号的至少一瞬态包络与该功率放大器模块的电源电压之间的已校准的映射函数的基础上。

14.如权利要求1所述的方法，其特征在于，基于下述条件的至少一个来定义该训练信号：

该训练信号的带宽低于为该RF发射机模块的特定应用设置的预定带宽；

该训练信号包含的峰值与平均功率比等于为该RF发射机模块的特定应用设置的上行链路调制的峰值与平均功率比；

该功率放大器模块的输出功率的均方根设置为能使该RF发射机模块的特定应用下的系统的输出功率位于期望的窗口之内；以及

该训练信号定义为：z(t)＝0.5(1+sin(ω₁t))exp(jω₂t)。

15.如权利要求1所述的方法，其特征在于，该方法还包含：

应用振幅调制至相位调制AM2PM预失真至该训练信号中。

16.如权利要求15所述的方法，其特征在于，该方法还包含，基于对下列操作的重复流程以改善该AM2PM预失真：

校正该将被放大的波形信号的至少一瞬态包络与该功率放大器模块的电源电压之间的映射函数，以实现一大致恒定的功率放大器模块增益；和/或

校正该包络追踪系统的该包络追踪路径与该RF发射机模块的发射机路径之间的时序对准，以对准该功率放大器的模块电源电压至该将被放大的波形信号的至少一瞬态包络。

17.如权利要求1所述的方法，其特征在于，该至少一瞬态输出信号值包含瞬态功率、瞬态包络及瞬态相位中的至少一者。

18.一种通信单元，其特征在于，包含：

RF发射机模块，包含用于该RF发射机模块内的功率放大器的电源电压的包络追踪系统；以及

至少一信号处理模块，用于校准该包络追踪系统以及用于：

应用一训练信号至该RF发射机模块的输入端，该训练信号包含随时间而变化的包络；

接收该功率放大器模块响应于该训练信号的至少一瞬态输出信号值的至少一指示信息；

至少部分基于接收到的该至少一瞬态输出信号值计算至少一瞬态增益值；

校正将被该功率放大器模块放大的波形信号的至少一瞬态包络与该功率放大器模块的电源电压之间的映射函数，以实现一大致恒定的功率放大器模块增益。

19.一种用于通信单元的集成电路，其特征在于，该通信单元包含RF发射机模块，该RF发射机模块包含用于该RF发射机模块内的功率放大器的电源电压的包络追踪系统；其中该集成电路包含：

至少一信号处理模块，用于校准该包络追踪系统以及用于：

应用一训练信号至该RF发射机模块的输入端，该训练信号包含随时间而变化的包络；

接收该功率放大器模块响应于该训练信号的至少一瞬态输出信号值的至少一指示信息；

至少部分基于接收到的该至少一瞬态输出信号值计算至少一瞬态增益值；

校正将被该功率放大器模块放大的波形信号的至少一瞬态包络与该功率放大器模块的电源电压之间的映射函数，以实现一大致恒定的功率放大器模块增益。

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