CN104300915B - 利用自适应包络跟踪的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

利用自适应包络跟踪的通信系统,包括发射路径、反馈接收器、参数部件和包络跟踪部件。发射路径被配置为生成发射信号。反馈接收器被配置为根据发射信号生成反馈信号。参数部件被配置为根据反馈信号和基带信号生成线性度参数。包络跟踪部件被配置为生成具有时间延迟调整的供电控制信号。

Description

利用自适应包络跟踪的系统和方法
技术领域
本发明涉及利用自适应包络跟踪的系统和方法。
背景技术
通信系统利用功率放大器来在发射(诸如经由天线发射)之前增强信号。在这样的系统中使用的放大器的两个重要特性是增益和功率效率。
放大器的增益是放大器根据输入信号增加输出信号的能力的度量。增益处于适当值是重要的。此外,重要的是,针对变化的输入值和频率,增益是相对恒定的。增益中的变化可能导致发射时的失真信号。因此,在没有根据输入信号值的变化的情况下,需要相对恒定的增益。
功率效率是输出功率与输入功率之比。一些放大器可以仅在输入信号具有高值时是高效的。在其它放大器中,效率可以依赖于频率。
放大器设计者面对的挑战是提供恒定增益同时也具有高功率效率。经常,改进增益以功率效率为代价,并且改进功率效率以不具有恒定增益为代价。
发明内容
根据本发明的第一方面,提供了一种利用自适应包络跟踪的通信系统,所述系统包括:发射路径,被配置为根据基带信号生成发射信号;反馈接收器,被配置为根据发射信号生成反馈信号;参数部件,被配置为根据反馈信号生成线性度参数;以及包络跟踪部件,被配置为基于线性度参数生成具有时间延迟调整的供电控制信号。
根据本发明的第二方面,提供了一种包络跟踪系统,包括:第一部件,被配置为根据基带信号和线性度参数生成跟踪幅度调制的控制信号;以及时间延迟部件,被配置为根据至少线性度参数生成针对控制信号的时间延迟调整。
根据本发明的第三方面,提供了一种执行具有时间延迟跟踪的自适应包络跟踪的方法,所述方法包括:生成包括标称时间调整的初始供电控制信号;从反馈信号获得针对当前时间段的一个或多个线性度参数;在所述参数超过阈值时,生成具有时间延迟调整的控制信号;以及在所述参数处于可接受范围内时,生成不具有时间延迟调整的控制信号。
附图说明
图1是图示利用具有时间延迟跟踪的包络跟踪的通信系统的框图。
图2是图示针对功率放大器的等增益曲线和调整的曲线图。
图3是图示通过一系列时间段的自适应、迭代包络跟踪的示例的曲线图。
图4是图示通信系统中使用等增益曲线映射的包络跟踪部件的框图。
图5是图示通信系统中使用等增益曲线和/或预失真系数的包络跟踪部件的框图。
图6是图示执行具有时间延迟跟踪的自适应包络跟踪的方法的流程图。
具体实施方式
现在将参考附图来描述本发明,在附图中,自始至终,相似的附图标记用于指代相似的元件,并且在附图中,所图示的结构和装置不一定按比例绘制。
公开了利用自适应包络跟踪(包括时域跟踪)的系统和方法。它们包括测量/跟踪副本发射信号的一个或多个参数以进一步配置用于功率放大器的DCDC供电信号。该系统测量诸如下列各项之类的参数:邻近线性度、信道泄漏比(ACLR)、误差向量量值(EVM)降级、幅度调制对幅度调制(AMAM)曲线、幅度调制对相位调制(AMPM)曲线、存储器行为和时变失真等等。利用这些测量参数来适配包络跟踪,相应地,包括时间对准。
通常,包络跟踪(ET)是通过快速DCDC转换器给功率放大器供电的技术,该快速DCDC转换器具有作为幅度调制的函数随时间变化的输出电压。在调制峰值期间,功率放大器尽可能接近于饱和进行操作,并且当瞬时幅度信号低时,功率放大器尽可能接近于较低电压进行操作。因此,功率放大器效率被提高。
包络跟踪存在一些挑战。功率放大器的增益受DCDC电压影响。因此,简单地跟随幅度调制信号的峰值导致增益变化,增益变化导致失真。另外,可能发生幅度调制相位调制(AM/PM)现象,这损害调制质量,从而导致杂散发射(邻近信道中的不需要的能量)或误差向量量值(EVM)降级。
要注意,DCDC电压和RF路径中信号的包络之间的时间对准是重要的。这个时间对准还称为同步。操作期间同步的任何漂移导致不需要的信号失真。这个不需要的信号失真在常规系统中不可检测。
一种用于缓解对调制信号的失真的技术是准确选择DCDC控制电压的轨迹以使得增益保持恒定。要注意,随着信号电平增加以及放大器接近饱和,其瞬时增益减小。如上面所陈述的,当幅度调制信号经历峰值时,增加DCDC电压,然而,增加DCDC电压通常导致增益增加。通过组合这两种效果,可以获得抵消,因此限制不需要的信号失真。为了这种技术起作用,由功率放大器引入的AM/PM必须是可忽略的。
另一技术是通过足够地预失真对功率放大器的供电输入来补偿AM/AM和AM/PM失真。这个技术可以利用闭环和开环架构。闭环架构需要极宽的带宽以便不以双工器偏移造成过度噪声,且可能不可行。开环架构需要知道功率放大器的特性。
一种用于获得功率放大器特性的方法是利用等增益等值线和作为瞬时DCDC电压的函数的AM/AM和AM/PM曲线的知识。
然而,校准等增益等值线是成问题的。其延长例如工厂处的针对功率放大器校准时间的校准时间。等增益等值线必须存储在存储器中。另外,等增益等值线对于功率放大器的某些特性来说是固定的。如果那些特性改变,则等增益等值线可能不适用于或匹配于功率放大器的当前特性。
图1是图示利用具有时间延迟跟踪的包络跟踪的通信系统100的框图。系统100利用反馈接收器114学习和/或更新线性度参数以缓解放大器增益变化和功率消耗。系统100利用例如等增益等值线和预失真系数等来修改对功率放大器的DC供电。不同于上面描述的其它技术,系统100的包络跟踪是自适应的,因此其随时间调整。
系统100包括基带信号部件102、发射部件108、功率放大器110、耦合器112、包络跟踪部件104、DCDC转换器106、反馈接收器114和参数计算部件116。
基带信号部件102在其输出处提供基带信号x(t)。基带信号由发射部件108接收。发射部件108可以包括数字和/或模拟发射链。发射部件108根据基带信号生成调制信号124并把调制信号124提供给功率放大器110。
功率放大器110根据调制信号124生成发射信号y(t)。功率放大器110由DCDC供电信号122供电,DCDC供电信号122根据包络跟踪而变化。DCDC供电信号122如下面描述的那样被校准以包括包络跟踪,该包络跟踪包括时间延迟跟踪或时间同步。
发射信号y(t)通常具有一些量的失真存在。该失真归因于幅度调制对相位调制现象、幅度调制对幅度调制现象、放大器110的非线性度或饱和、不准确的时间对准等。
耦合器112根据发射信号y(t)生成耦合的发射信号118。发射信号y(t)由功率放大器110提供。耦合的发射信号118是发射信号的衰减副本。发射信号经过耦合器并能够经由天线和/或其它适合的机构(未示出)来发射。
反馈接收器114在基带中解调并分析该发射信号。也在该基带处生成反馈信号126。在一个示例中,反馈信号126包括实分量和虚分量Real(y)和Imag(y)。
参数计算部件116接收反馈信号126和基带信号102,并形成参数信号120。通常,参数计算部件116学习和/或更新用于包络跟踪的线性度参数。通过比较基带信号102和反馈信号126来学习/更新该参数,并且该参数指示发射信号的线性度。然后,这些参数被用于生成参数信号120。
参数计算部件116被配置为测量和/或识别线性度参数。这些可以包括线性度的指示符,其包括邻近线性度、信道泄漏比(ACLR)、误差向量量值(EVM)降级、幅度调制对幅度调制(AMAM)曲线、幅度调制对相位调制(AMPM)曲线、存储器行为和时变失真等。部件116生成参数信号120,参数信号120具有测量和/或识别的参数。在一个示例中,参数信号120可以包括涉及时间延迟的系数,时间延迟等。在另一示例中,参数信号120仅包括针对当前时间段的所测量的线性度参数。参数信号120促进DCDC信号122与发射信号的RF包络的对准。
通常,包络跟踪部件104把基带信号102的幅度映射到DCDC供电信号122。包络跟踪部件104提供控制信号128给DCDC供电106,其中控制信号128包括(一个或多个)时间延迟调整。包络跟踪部件104根据基带信号102和参数信号120来生成控制信号128。基带信号102促进向基带信号102的幅度的映射,并且参数信号120促进基于所测量的参数的进一步调整,这在下面被进一步详细描述。控制信号128促进DCDC信号122与发射信号的RF包络的对准。
在一个示例中,包络跟踪部件104利用查找表来生成控制信号128。一个或多个参数被用于查找时间延迟调整,该时间延迟调整被合并到控制信号128中。查找表可以包括系数等。在另一示例中,针对每个时隙或时间段学习和更新系数。
在另一示例中,在不存储系数的情况下使用缓慢学习来做出时间延迟调整。在这个示例中,初始时隙以高DCDC电压和低包络跟踪深度开始,这产生了受限的功率效率但产生了高增益。在每个时隙期间,观察信号120的线性度参数并且估计与饱和的接近度。然后,信号128的时间延迟调整分量被相应地调整。
在又一示例中,包络跟踪部件104确定时间延迟调整。初始或标称时间延迟是通过校准来识别的并考虑线性度和能量消耗。将线性度参数与阈值相比较。当该参数超过阈值时,在方向和/或量上变更时间延迟调整。由于超过阈值,该参数和发射信号已降级超过界限。
调整120中的改变的方向可以是通过分析系统特性和/或调查随时间的参数趋势进展来确定的。特性包括温度、天线阻抗等中的一个或多个。可以从传感器等(未示出)提供这样的特性。以其他方式,通过调整120是改进还是降级(一个或多个)参数来确定方向。如果调整使参数变差,则可以假定该方向是不正确的。
DCDC部件106根据控制信号128生成DCDC供电信号122。DCDC供电信号122通常跟踪发射信号的包络。DCDC供电信号122跟踪或跟随发射信号的幅度调制分量以使得功率放大器110的增益相对恒定。
因此,系统100自适应地调整用于功率放大器110的DCDC供电信号以缓解线性度变化和功率消耗。另外,通过随时间适配,系统100适配于变化的操作系统特性,包括环境条件等。
图2是图示功率放大器的等增益曲线和调整的曲线图200。曲线图200是出于说明的目的而提供的。功率放大器可以包括上面描述的功率放大器110。
等增益曲线表示由恒定电压供电的功率放大器的行为。通常,功率放大器具有线性区域/范围和饱和区域/范围。在线性区域中,输出功率与输入功率具有线性关系。在饱和区域中,输出功率与输入功率具有非线性关系。包络跟踪部件(诸如上面描述的部件104)使对功率放大器的DCDC供电被补偿或预失真以便提供基本上线性的增益。
曲线图200包括x轴上的输入电压和y轴上的输出电压。曲线201示出示例。在基础或线性区域中,输出电压相对于输入电压是线性的。然而,在饱和区域中,非线性关系被示出。此时,输入电压已达到饱和点,并且,因此,输出电压没有适当地跟随。
如上面描述的,做出调整或补偿以便提供线性输出电压。在上面描述的系统100中,控制信号使输出电压增加。例如,在输入电压202处,曲线201将产生非线性输出电压,并因此在饱和区域中产生非恒定增益。做出调整以变更或移位到不同曲线,以使得针对输入202的输出电压从曲线201的线性区域部分线性跟随。类似地,在输出电压203处,曲线201将再次产生非线性输出电压和非恒定的增益。再次做出调整到另一不同曲线,以使得针对输入203的输出电压从曲线201的线性区域部分线性跟随。
图3是图示通过一系列时间段的自适应、迭代的包络跟踪的示例的曲线图300。曲线图300作为示例而提供来图示自适应调整给功率放大器(诸如上面描述的放大器110)的DCDC供电。
曲线图300描绘了x轴上的时间和y轴上的电压。曲线图300包括DCDC供电波形301和发射信号(诸如经由系统100生成的信号)的RF包络302。曲线图300示出4个连续的时间段,被标示为(1)到(4)。
在第一时间段(1)中,DCDC供电301稍微跟踪包络302。然而,可以看出,存在基本的未对准,这可能归因于非线性度或饱和。在第二时间段(2)中,系统100已合并了一些调整。因此,在(2)中,DCDC供电更紧密地跟踪包络302。在第三时间段(3)中,DCDC供电跟踪包络302。在第四时间段(4)中,DCDC供电301紧密地跟踪包络302。
图4是图示通信系统中使用等增益曲线映射的包络跟踪部件400的框图。部件400接收基带信号和参数信号120,并生成针对DCDC供电部件的控制信号128。
部件400可以被用作上面示出的包络跟踪部件104。部件400包括映射部件430和数模转换器432。映射部件430接收参数信号120和基带信号x(t)。参数信号120基于或包括发射信号的包络。
映射部件430存储或可访问多个等增益曲线,诸如图2中示出的曲线。映射部件430把参数信号120和基带信号映射到等增益曲线之一。映射部件430可以确定该包络是在线性区域内还是在饱和区域内。一旦被映射,部件430生成数字DCDC控制调整434。
数模部件432把数字调整434转换成控制信号128。信号128被提供给DCDC供电,诸如上面描述的供电部件106,该DCDC供电把瞬时DCDC供电供应到功率放大器。
图5是图示通信系统中使用等增益曲线和/或预失真系数的包络跟踪部件500的框图。部件500接收基带信号和参数信号120,并生成针对DCDC供电部件的控制信号128。
部件500包括曲线和/或预失真系数部件536、时间延迟部件538和数模转换器432。部件536接收参数信号120和基带信号。参数信号120包括发射信号的线性度测量。
部件536基于参数信号120确定是否需要调整。如果需要调整,则数字控制调整被生成且提供到时间延迟部件538。
时间延迟部件538接收数字信号调整和参数信号120,并被配置为把时间同步调整合并到数字控制信号540中。数字控制信号540被数模转换器432转换成模拟控制信号128。然后,模拟控制信号128可以被提供给DCDC供电部件,诸如上面描述的DCDC供电部件106,该DCDC供电部件把瞬时DCDC供电供应到功率放大器。
图6是图示执行具有时间延迟跟踪的自适应包络跟踪的方法600的流程图。方法600可以至少部分地使用一个或多个上面描述的系统而执行。
方法600在框602开始,其中通过校准来生成初始供电控制信号。初始供电控制信号是可被供应给DCDC供电部件(诸如上面描述的那些)的信号。初始供电控制信号包括已通过校准而确定的标称时间延迟调整。标称时间延迟调整包括线性度和能量消耗之间的折衷。
DCDC供电部件向功率放大器提供供电,该功率放大器放大来自发射路径的经调制的信号。发射路径根据基带信号来生成经调制的信号。
在框604,在时间段或时隙期间从反馈信号获得(一个或多个)线性度参数或测量。反馈信号由反馈接收器生成并表示发射信号的特性。线性度参数是通过将反馈信号与基带信号相比较来生成的。因此,线性度参数表示发射信号的线性度的测量。参数包括例如ACLR、EVM等。
在框606,当参数超过阈值时,生成控制信号。控制信号包括时间延迟调整,该时间延迟调整包括时间延迟量和改变的方向。时间延迟量可以是根据查找表、系数等生成的。改变的方向包括增加或减小。在一个示例中,方向是根据参数来确定的。在另一示例中,方向是至少部分地通过其它系统特性(包括但不限于温度、天线阻抗等)来确定的。在另一示例中,方向是根据基于先前时间段延迟调整的参数(诸如EVM)的趋势和/或进展来确定的。
在框608,当参数处于可接受范围内时,将控制信号中的另外的时间延迟调整设置为零或不再提供控制信号中的另外的时间延迟调整。因此,线性度处于可接受范围中。针对下一个时隙或时间段,该方法可以在框604继续。
虽然本文中提供的方法被图示和描述为一系列动作或事件,但是本公开不受这些动作或事件的图示顺序限制。例如,一些动作可以按不同的顺序发生和/或可以与除本文中图示和/或描述的那些动作或事件外的其它动作或事件同时发生。此外,不是所有所图示的动作都是所需要的,并且波形形状仅是说明性的,并且其它波形可以显著地不同于所图示的那些波形。另外,本文中描绘的动作中的一个或多个可以在一个或多个分离的动作或阶段中被执行。
要注意,可以使用标准编程和/或工程技术将要求保护的主题实施为方法、设备或制造品,以产生软件、固件、硬件或其任意组合,用于控制计算机实施所公开的主题(例如,上面示出的系统是可以用于实施所公开的方法和/或其变型的电路的非限制性示例)。本文中使用的术语“制造品”意图包含可从任何计算机可读装置、载体或介质访问的计算机程序。本领域技术人员将认识到,在不脱离所公开的主题的范围或精神的情况下可以对这个配置做出许多修改。
一种利用自适应包络跟踪的通信系统包括发射路径、反馈接收器、参数部件和包络跟踪部件。发射路径被配置为生成发射信号。反馈接收器被配置为根据发射信号生成反馈信号。参数部件被配置为根据反馈信号生成线性度参数。包络跟踪部件被配置为生成具有时间延迟调整的供电控制信号。
在一个变型中,通信系统还包括:耦合器,被配置为向反馈接收器提供发射信号的副本。
在另一变型中,任一系统包括:DCDC供电部件,被配置为根据供电控制信号提供供电信号。
任一上面的通信系统还可以包括由供电信号供电的功率放大器。功率放大器被配置为放大来自发射路径的发射信号。发射信号包括时间失真。
任一上面的通信系统还可以具有反馈信号,该反馈信号具有实分量和虚分量。
任一上面的通信系统,其中线性度参数包括下列各项中的一个或多个:邻近信道泄漏比、误差向量量值、幅度调制对幅度调制曲线、幅度调制对相位调制曲线、和时变失真。
任一上面的通信系统,其中参数部件被配置为根据基带信号和反馈信号来生成线性度参数。
任一上面的通信系统,其中包络跟踪部件包括:时间延迟块,被配置为生成时间延迟调整。
任一上面的通信系统,其中时间延迟调整包括时间延迟量和方向。
任一上面的通信系统,其中包络跟踪部件被配置为根据线性度和功率消耗的校准来生成初始供电信号。
任一上面的通信系统,其中包络跟踪部件被配置为在接续的时间段内跟踪线性度参数以便生成时间延迟调整。
任一上面的通信系统,其中包络跟踪部件被配置为接收传感器信号以生成时间延迟调整。
一种包络跟踪系统包括第一部件和时间延迟部件。第一部件被配置为根据基带信号和线性度参数生成跟踪幅度调制的控制信号。时间延迟部件被配置为根据至少线性度参数生成针对控制信号的时间延迟调整。
在包络跟踪系统的变型中,第一部件被配置为:通过把线性度参数和基带信号映射到等增益曲线来生成控制信号。
任一上面的包络跟踪系统,其中第一部件被配置为利用预失真系数来生成控制信号。
任一上面的包络跟踪系统,还包括:参数计算部件,被配置为生成线性度参数。
公开了一种执行具有时间延迟跟踪的自适应包络跟踪的方法。生成包括标称时间调整的初始供电信号。从反馈信号获得当前时间段的一个或多个线性度参数。在线性度参数超过阈值时,生成具有时间延迟调整的控制信号。在线性度参数处于可接受范围内时,生成不具有时间延迟调整的控制信号。
上面的方法,其中线性度参数包括误差向量量值和邻近信道泄漏比中的一个或多个。
任一上面的方法,其中标称时间调整基于线性度和功率消耗之间的折衷。
任一上面的方法,还包括:在获得一个或多个线性度参数之前根据发射信号生成反馈信号。
虽然已关于一个或多个实施方式图示并描述了本发明,但是在不脱离所附权利要求的精神和范围的情况下,可以对所图示的示例做出变更和/或修改。例如,虽然本文中描述的发射电路/系统可能已被图示为发射器电路,但是本领域普通技术人员将意识到,本文中提供的本发明也可以适用于收发器电路。另外,特别关于由上面描述的部件或结构(组件、装置、电路、系统等)执行的各种功能,除非另外指示,用于描述这样的部件的术语(包括对“装置”的引用)意图对应于执行所描述的部件的指定功能的任何部件或结构(例如,在功能上等同),即使与执行本文中说明的本发明示例性实施方式中的功能的所公开的结构在结构上不等同。此外,虽然可能已关于若干个实施方式中的仅一个来公开本发明的特定特征,但是如对于任何给定或特定应用来说可以期望且有优势的那样,这样的特征可以与其它实施方式的一个或多个其它特征组合。另外,就在详细描述和权利要求中的任一个中使用术语“包括”、“具有”、“带有”或其变型而言,这样的术语意图以类似于术语“包含”的方式是包括性的。

Claims (21)

1.一种利用自适应包络跟踪的通信系统,所述系统包括:
发射路径,被配置为根据基带信号生成发射信号;
反馈接收器,被配置为根据发射信号生成反馈信号;
参数部件,被配置为根据反馈信号生成线性度参数;以及
包络跟踪部件,被配置为基于线性度参数生成具有时间延迟调整的供电控制信号。
2.根据权利要求1的系统,还包括:耦合器,被配置为向反馈接收器提供发射信号的副本。
3.根据权利要求1的系统,还包括:DCDC供电部件,被配置为根据供电控制信号提供供电信号。
4.根据权利要求3的系统,还包括:功率放大器,由供电信号供电且被配置为放大来自发射路径的发射信号,其中发射信号包括时间失真。
5.根据权利要求1的系统,其中反馈信号包括实分量和虚分量。
6.根据权利要求1的系统,其中反馈接收器被配置为从反馈信号消除绝对相位。
7.根据权利要求1的系统,其中线性度参数包括下列各项中的一个或多个:邻近信道泄漏比、误差向量量值、幅度调制对幅度调制曲线、幅度调制对相位调制曲线、和时变失真。
8.根据权利要求1的系统,其中参数部件还被配置为根据基带信号和反馈信号生成线性度参数。
9.根据权利要求1的系统,其中包络跟踪部件包括:时间延迟块,被配置为生成时间延迟调整。
10.根据权利要求1的系统,其中时间延迟调整包括时间延迟量和方向。
11.根据权利要求1的系统,其中包络跟踪部件被配置为根据线性度和功率消耗的校准来生成初始供电信号。
12.根据权利要求1的系统,其中包络跟踪部件被配置为在接续的时间段内跟踪线性度参数以便生成时间延迟调整。
13.根据权利要求1的系统,其中包络跟踪部件被配置为接收传感器信号以生成时间延迟调整。
14.一种包络跟踪系统,包括:
第一部件,被配置为根据基带信号和线性度参数生成跟踪幅度调制的控制信号;以及
时间延迟部件,被配置为根据至少线性度参数生成针对控制信号的时间延迟调整。
15.根据权利要求14的系统,其中第一部件被配置为:通过把线性度参数和基带信号映射到等增益曲线来生成控制信号。
16.根据权利要求14的系统,其中第一部件被配置为:通过利用预失真系数来生成控制信号。
17.根据权利要求14的系统,还包括:参数计算部件,被配置为生成线性度参数。
18.一种执行具有时间延迟跟踪的自适应包络跟踪的方法,所述方法包括:
生成包括标称时间调整的初始供电控制信号;
从反馈信号获得针对当前时间段的一个或多个线性度参数;
在所述参数超过阈值时,生成具有时间延迟调整的控制信号;以及
在所述参数处于可接受范围内时,生成不具有时间延迟调整的控制信号。
19.根据权利要求18的方法,其中线性度参数包括误差向量量值和邻近信道泄漏比中的一个或多个。
20.根据权利要求18的方法,其中标称时间调整基于线性度和功率消耗之间的折衷。
21.根据权利要求18的方法,还包括:在获得一个或多个线性度参数之前根据发射信号生成反馈信号。
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