CN104749513A - 通信系统及用于检测功率放大器的负载变化的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种通信系统，包括：天线；功率放大器，用于根据输入信号提供输出信号至所述天线；检测器，用于根据所述输出信号提供功率信息和电压信息；以及信号处理模块，用于根据所述功率信息和电压信息获得一负载变化，以及根据所述负载变化提供所述输入信号，且当所述负载变化超过一阈值时，所述信号处理模块对所述输入信号执行数字预失真校准。本发明还提供一种检测功率放大器的负载变化的方法，以动态调整通信系统的传输功率，并且提高预失真效果。

Description

通信系统及用于检测功率放大器的负载变化的方法

技术领域

本发明涉及通信系统，且特别涉及用于检测功率放大器的负载变化的方法。

背景技术

为了延长移动手持设备的电池寿命，对于无线移动通信系统的电源效率的要求已经变得越来越重要。具体来说，在一个收发器中，功耗最高的器件是具有非线性特性的功率放大器。同时，对非恒定包络信号的调制要求功率放大器具有高线性度。

此外，在数字信息的射频(RF)传输过程中，采样数据序列被转换为模拟信号，并随后被通过含有不想要的非线性特性的各种操作进行处理。非线性的主要来源是所述功率放大器。所述功率放大器(或其它设备)的非线性特性能够使用数字预失真(digitalpre-distortion，简称DPD)来补偿。也就是说，校准信号是先于功率放大器所采用的采样序列，以获得校准后的信号，所述校准后的信号用于补偿发射器的非线性模式。然而，所述数字预失真的效果对于负载变化非常敏感。

发明内容

有鉴于此，有必要提供一种通信系统及用于检测功率放大器的负载变化的方法，其能够解决上述技术问题。

在一实施例中，提供一种通信系统，包括：天线；功率放大器，用于根据输入信号提供输出信号至所述天线；检测器，用于根据所述输出信号提供功率信息和电压信息；以及信号处理模块，用于根据所述功率信息和电压信息获得一负载变化，以及根据所述负载变化提供所述输入信号，且当所述负载变化超过一阈值时，所述信号处理模块对所述输入信号执行数字预失真校准。

在另一实施例中，提供一种检测功率放大器的负载变化的方法，包括：对所述功率放大器的输入信号执行第一数字预失真校准；当执行所述第一数字预失真校准时，获得所述功率放大器的第一负载阻抗；获得所述功率放大器的第一负载阻抗后，根据所述功率放大器的输出信号获得第一功率信息和第一电压信息；根据所述第一功率信息和第一电压信息获得所述功率放大器的一第二负载阻抗；以及根据所述第一负载阻抗和第二负载阻抗，获得所述功率放大器的负载变化。

在又一实施例中，提供一种检测功率放大器的负载变化的方法，用于一通信系统中。所述方法包括：对所述功率放大器的输入信号执行第一数字预失真校准；当执行所述第一数字预失真校准时，获得所述功率放大器的第一负载阻抗；监测所述通信系统的传输状态；当所述传输状态指示传输性能变差时，根据所述功率放大器的输出信号，获得第一功率信息和第一电压信息；根据所述第一功率信息和第一电压信息获得所述功率放大器的一第二负载阻抗；以及根据所述第一负载阻抗和第二负载阻抗，获得所述功率放大器的负载变化。

本发明的通信系统中，根据功率放大器的输出信号获得功率信息和电压信息，并进一步根据所述功率信息和电压信息获得功率放大器的负载变化，使得所述通信系统的传输功率能够根据所述负载变化进行动态调整，并且提高了预失真效果。

附图说明

图1是本发明一实施例提供的通信系统；

图2是本发明一实施例提供的图1的功率放大器和检测器；

图3是本发明一实施例提供的检测功率放大器的负载变化的方法的流程图；

图4是本发明另一实施例提供的检测功率放大器的负载变化的方法的流程图；

图5是本发明一实施例提供的各种条件下的从输入功率振幅调制到输出功率相位调制(AM-PM)的非理想效应示意图；

图6是本发明一实施例提供的图1中的信号处理模块的示意图；

图7是本发明实施例提供的检测功率放大器的电流信息的方法，所述方法可用于图1的通信系统中。

具体实施方式

为使本发明之所述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举一较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。

图1示出了根据本发明一实施例提供的通信系统100。所述通信系统100包括信号处理模块110、低噪声放大器(LNA)120、带通滤波器(BPF)130、TX/RX开关140、天线150、功率放大器(PA)160以及检测器170。所述功率放大器160用于将来自所述信号处理模块110的信号V_IN进行放大，并提供输出信号V_OUT至所述TX/RX开关140和所述检测器170。因此，在所述通信系统100的发射时隙，控制所述TX/RX开关140以耦接所述功率放大器160和天线150，使得所述功率放大器160能够通过所述TX/RX开关140将所述输出信号V_OUT发射到所述天线150。此外，在所述通信系统100的接收时隙，控制所述TX/RX开关140以耦接所述带通滤波器130和天线150，使得所述带通滤波器130能够通过所述TX/RX开关140接收并过滤来自所述天线150的信号S1。接着，根据所述信号S1，所述带通滤波器130提供信号S2至所述低噪声放大器120。如此，根据信号S2，所述低噪声放大器120提供信号S3至所述信号处理模块110。在本实施例中，所述信号处理模块110能够与相关单元(例如混频器、降频转换器或升频转换器)一起执行射频(RF)信号处理。此外，所述检测器170检测所述信号V_OUT，以提供功率信息P_det和电压信息V_det至所述信号处理模块110。根据所述电源信息P_det和电压信息V_det，所述信号处理模块110能够获得所述天线150的阻抗信息，并根据所述天线150的阻抗信息，提供信号V_IN。在一般情况下，导电测量(conductive measurement)期间的负载是50欧姆。在一实施例中，所述功率放大器160和所述TX/RX开关140之间的匹配网络是将50欧姆转换为在功率放大器160的输出端的低阻抗的其中一种选择。在另一个实施例中，所述信号处理模块110、低噪声放大器120、带通滤波器130、TX/RX开关140和功率放大器160集成在同一个芯片上来实现。此外，所述信号处理模块110可根据在不同时间点获得的阻抗信息来获取负载变化。因此，所述通信系统100的发射功率能够根据负载变化/阻抗来补偿，如表1所示：

负载	发射功率变化
		25欧姆	+1dB
50欧姆	0
		75欧姆	-0.5dB
100欧姆	-1dB

表1

但应当注意的是，表1只是一个示例，并不限制本发明，而且所述负载和发射(TX)功率变化之间的关系是根据各种应用来确定的。此外，所述信号处理模块110能够根据所述功率信息和电压信息获得电流信息，并且所述通信系统100的传输功率也能够根据所述电流信息进行调整。

图2示出了图1的功率放大器160和检测器170的一实施例。请参考图1和图2，所述功率放大器160包括放大单元210、输入电容器C_IN和输出电容器C_OUT。所述输入电容器C_IN耦接在图1的信号处理模块110和所述放大单元210之间，其中，所述输入电容C_IN用于接收来自所述信号处理模块110的输入信号V_IN。所述输出电容器C_OUT耦接在所述放大单元210和检测器170之间，所述输出信号V_OUT通过所述输出电容器C_OUT输出至所述检测器170和图1的TX/RX开关140。在本实施例中，所述输出信号V_OUT是根据以下公式获得的：

V_OUT＝I_O×Z_L   (1)

其中，I_O表示流经所述放大单元210的电流，Z_L表示所述功率放大器160的负载阻抗。此外，所述检测器170包括电压检测器230和功率检测器240。所述电压检测器230耦接到所述输出电容器C_OUT，并检测所述输出信号V_OUT以提供电压信息V_det到图1的所述信号处理模块110。类似地，所述功率检测器240耦接到所述输出电容器C_OUT，并检测所述输出信号V_OUT，以提供功率信息P_det至图1的信号处理模块110。

如图2所示，所述功率信息P_det由功率检测器240根据下面的公式(2)获得：

P_det＝K₁×V_OUT×I_O   (2)

其中，K₁表示一个恒定增益。更进一步的，所述电压信息V_det由所述电压检测器230根据下列公式获得：

V_det＝K₂×V_OUT   (3)

其中，K₂也表示一个恒定增益。根据公式(1)和(3)，可将公式(2)改写为下述公式(4)：

$\begin{array}{c}{P}_{\det }=K_1\×\frac{V_{\det }}{K_2}\×\frac{V_{\mathrm{OUT}}}{Z_L}=\frac{K_1}{K_2}\×V_{\det }\×\frac{\frac{V_{\det }}{K_2}}{Z_L}\\ =\frac{K_1}{K_2^2}\×\frac{V_{\det }^2}{Z_L}\end{array}---\left(4\right)$

因此，所述功率放大器160的负载阻抗Z_L可根据下述公式(5)获得：

$\begin{array}{c}{Z}_L=K_1\×\frac{V_{\det }}{K_2}\×\frac{V_{\mathrm{OUT}}}{Z_L}=\frac{K_1}{K_2}\×V_{\det }\×\frac{\frac{V_{\det }}{K_2}}{Z_L}\\ =\frac{K_1}{K_2^2}\×\frac{V_{\det }^2}{P_{\det }}\end{array}---\left(5\right)$

其中，K1和K2是常数。因此，根据所述电压信息V_det和功率信息P_det，所述信号处理模块110能够获取所述功率放大器160的负载阻抗Z_L。接下来，所述信号处理模块110根据所述负载阻抗Z_L获得一负载变化，并根据所述负载变化提供所述输入信号V_IN。

图3示出了根据本发明的一个实施例的检测功率放大器的负载变化的方法。请结合参考图1和图3，在步骤S310中，对输入信号V_IN的数字预失真(DPD)校准由信号处理模块110执行。根据所述输入信号V_IN，所述功率放大器160提供输出信号V_OUT。响应于来自功率放大器160的输出信号V_OUT，所述检测器170提供电压信息V_det和功率信息P_det到所述信号处理模块110。因此，根据公式(5)，当进行DPD校准时，所述信号处理模块110获得功率放大器160的负载阻抗Z_L1。接着，在步骤S320中，当DPD校准完成之后，所述信号处理模块110根据由检测器170随后提供的电压信息V_det和功率信息P_det，计算所述功率放大器160的负载阻抗Z_L2，并根据所述负载阻抗Z_L1和Z_L2进一步求出负载变化Z_D。在步骤S330中，所述信号处理模块110确定所述负载变化Z_D是否超过一个阈值Z_T，如果所述负载变化Z_D不超过所述阈值Z_T，则所述信号处理模块110根据由检测器170随后提供的电压信息V_det和功率信息P_det，计算所述功率放大器160的负载阻抗Z_L2，并根据所述负载阻抗Z_L1和Z_L2进一步求出负载变化Z_D(步骤S320)。相反，如果所述负载变化Z_D超过阈值Z_T，则所述信号处理模块110确定所述负载变化Z_D将使得通信系统100的误差向量幅度(error vector magnitude，简称EVM)变差(步骤S340)。接着，所述DPD校准由信号处理模块110重新执行，以重新获得所述负载阻抗Z_L1(步骤S310)。在一个实施例中，初始DPD校准是在通信系统100电源开启后执行的。此外，在其他实施例中，为了能够实时调整通信系统100的传输性能，可连续监测所述功率放大器160的负载变化，并根据所述监测到的负载变化控制所述通信系统100的传输功率。

图4示出了根据本发明另一实施例的检测功率放大器的负载变化的方法流程图。请结合参考图1和图4，在步骤S410中，对于输入信号V_IN的数字预失真(DPD)校准由信号处理模块110执行。根据所述输入信号V_IN，所述功率放大器160提供输出信号V_OUT。响应于来自功率放大器160的所述输出信号V_OUT，检测器170提供电压信息V_det和功率信息P_det到所述信号处理模块110。因此，根据公式(5)，当进行DPD校准时，所述信号处理模块110获得功率放大器160的负载阻抗Z_L1。接着，在步骤S420中，通信系统100的传输状态由通信系统100中的一个处理器进行监测。接着，在步骤S430中，当处理器监测到传输状态指示传输性能变差时，所述信号处理模块110根据电压信息V_det和功率信息P_det计算所述功率放大器160的负载阻抗Z_L2，其中，所述检测器170在传输性能变差时获得所述电压信息V_det和功率信息P_det。在一个实施例中，所述通信系统100是一个移动站，其通过天线150与一蜂窝式通信单元待接，并且所述通信系统100的处理器可确定，当信号处理模块110经由天线150没有接收到来自蜂窝式通信单元的应答时，传输性能是变差的。在另一实施例中，所述通信系统100的处理器可确定当信号的误差比特率(bit error ratio，BER)超过特定的比例时，传输性能变差，其中，所述信号由所述信号处理模块110经由天线150从所述蜂窝式通信单元接收。接着，在步骤S440中，所述信号处理模块110根据所述负载阻抗Z_L1和Z_L2获得一个负载变化Z_D。在步骤S450中，所述信号处理模块110确定所述负载变化Z_D是否超过一个阈值Z_T，如果所述负载变化Z_D不超过所述阈值Z_T，则所述信号处理模块110确定不是所述通信系统100的负载变化Z_D引起传输性能变差；相反，如果负载变化Z_D超过阈值Z_T，则所述信号处理模块110确定所述负载变化Z_D将会使得通信系统100的误差向量幅度(error vectormagnitude，EVM)变差(步骤S460)。接着，所述DPD校准由所述信号处理模块110重新执行，以重新获得所述负载阻抗Z_L1(步骤S410)。在一个实施例中，初始DPD校准是在通信系统100的电源开启后才进行的。此外，在其他实施例中，为了能够实时调整通信系统100的传输性能，可连续监测所述功率放大器160的负载变化并根据所述监测到的负载变化控制所述通信系统100的传输功率。

图5是本发明一实施例提供的各种条件下的从输入功率振幅调制到输出功率相位调制(AM-PM)的非理想效应示意图。在图5中，曲线S510表示初始DPD校准的AM-PM曲线，其中，所述初始DPD校准是在所述通信系统100的电源开启之后进行的。所述曲线S520表示具有一个较大负载变化的AM-PM曲线，所述较大负载变化会导致传输性能变差。如上所述，当所述较大负载变化超过阈值Z_T时，会进行新的DPD校准。由此，能够获得更好的误差矢量幅度(EVM)，如图中曲线S530所示。

图6示出了根据本发明一实施例的图1中的信号处理模块110。所述信号处理模块110包括预失真单元610、功率控制单元615、数模转换器620、中频(intermediate frequency，简称IF)单元625、射频(RF)单元、另一IF单元650、模数转换器(ADC)655、负载检测单元660、功率控制单元665和RF增益控制单元670。所述预失真单元610接收一调制信号S_M，并根据来自所述负载检测单元660的控制信号Ctrl1对所述信号S_M进行数字预失真校准，以获得信号S4。所述功率控制单元615根据一控制信号Ctrl2控制所述信号S4的功率能量(power energy)，以获得信号S5。所述DAC620转换所述信号S5，以获得信号S6。所述IF单元625将信号S6混频，并根据一个控制信号Gain来放大混频后的信号S6，以获得中频信号IF1。本实施例中，所述控制信号Gain由所述RF增益控制单元670根据所述控制信号Ctrl2提供。所述RF单元630将中频信号IF1混频，并根据所述控制信号Gain来放大混频后的信号IF1，以获得所述RF信号V_IN。接着，所述功率放大器160根据所述控制信号Gain放大所述信号V_IN，以获得输出信号V_OUT。接着，所述检测器170检测所述信号V_OUT，以提供所述信号P_det(功率信息)和信号V_det(电压信息)至所述信号处理模块110的另一IF单元650。所述另一IF单元650将信号V_det混频，以获得一个中频信号IFV。此外，所述IF单元650还对信号P_det进行混频，以获得中频信号IFP。接着，所述ADC655分别将信号IFV和IFP转换为信号DV_det和DP_det。再接着，所述负载检测单元660接收到对应于电压信息V_det的信号DV_det以及对应于所述功率信息P_det的信号DP_det，然后根据公式(5)求出功率放大器160的负载阻抗Z_L。接下来，所述负载检测单元660根据所述负载阻抗Z_L，进一步求出负载变化Z_D，并提供所述控制信号Ctrl1至所述预失真单元610，以便重新做负载变化的校准。此外，所述负载检测单元660根据所述负载阻抗Z_L提供控制信号Ctrl3至所述功率控制单元665。接下来，所述功率控制单元665根据所述控制信号Ctrl3提供控制信号Ctrl2，以便对负载变化Z_D进行功率控制。因此，所述功率控制单元615可根据控制信号Ctrl2调整信号S4的功率能量(power energy)，以获得信号S5。此外，所述RF增益控制单元670根据所述控制信号Ctrl2产生所述控制信号Gain，以便减少传输功率来进行电流保护。

图7示出了根据本发明一实施例的检测功率放大器的电流信息的方法，所述方法可用于图1的通信系统中。请结合参考图6和图7，在步骤S710中，对应于电压信息V_det的信号DV_det和对应于所述功率信息P_det的信号DP_det是由所述负载检测单元660接收的，以便连续监测/统计所述功率放大器160的电流I_D。因此，所述功率放大器160的电流I_D可根据下面的公式求出：

$I_D=\frac{P_{\det }}{V_{\det }}\×\frac{K_2}{K_1}---\left(6\right)$

在步骤S720中，所述负载检测单元660确定电流I_D是否超过一阈值I_T，如果电流I_D不超过阈值I_T，则所述负载检测单元660保持所述控制信号Ctrl1和Ctrl3，使得所述通信系统100的传输功率是正常的(步骤S730)。相反地，如果电流I_D超过阈值I_T，则所述负载检测单元660调整所述控制信号Ctrl1和Ctrl3，以便减少通信系统100的传输功率来进行电流保护(步骤S740)。

在前面详细的描述中，通过参考本发明描述的特定实施例，本领域技术人员可以理解的是，在没有背离本发明的精神的情况下可以做出各种修改。且前面详细的描述以及附图应所述理解为是为了清楚的阐述发明，而不是作为本发明的限制。

Claims (18)

1.一种通信系统，包括：

天线；

功率放大器，用于根据输入信号提供输出信号至所述天线；

检测器，用于根据所述输出信号提供功率信息和电压信息；以及

信号处理模块，用于根据所述功率信息和电压信息获得一负载变化，以及根据所述负载变化提供所述输入信号，

且当所述负载变化超过一阈值时，所述信号处理模块对所述输入信号执行数字预失真校准。

2.如权利要求1所述的通信系统，其特征在于，所述信号处理模块根据所述功率信息和电压信息获得第一负载阻抗，且所述负载变化等于所述第一负载阻抗与对应于前一次数字预失真校准的一第二负载阻抗之差。

3.如权利要求1所述的通信系统，其特征在于，所述通信系统的传输功率根据所述负载变化进行补偿。

4.如权利要求1所述的通信系统，其特征在于，根据所述功率信息和所述电压信息获得电流信息，且所述通信系统的传输功率是根据所述电流信息来调整的，当所述获得的电流信息超过一阈值时，降低所述通信系统的传输功率。

5.一种检测功率放大器的负载变化的方法，用于一通信系统中，所述方法包括：

对所述功率放大器的输入信号执行第一数字预失真校准；

当执行所述第一数字预失真校准时，获得所述功率放大器的第一负载阻抗；

获得所述功率放大器的第一负载阻抗后，根据所述功率放大器的输出信号获得第一功率信息和第一电压信息；

根据所述第一功率信息和第一电压信息获得所述功率放大器的一第二负载阻抗；以及

根据所述第一负载阻抗和第二负载阻抗，获得所述功率放大器的负载变化。

6.如权利要求5所述的检测功率放大器的负载变化的方法，进一步包括：当所述负载变化超过一阈值时，对所述输入信号执行第二数字预失真校准。

7.如权利要求5所述的检测功率放大器的负载变化的方法，其特征在于，所述获得所述功率放大器的第一负载阻抗的步骤进一步包括：

当执行所述第一数字预失真校准时，获得第二功率信息和第二电压信息；以及

根据所述第二功率信息和所述第二电压信息获得所述功率放大器的第一负载阻抗。

8.如权利要求5所述的检测功率放大器的负载变化的方法，其特征在于，所述负载变化是所述第一负载阻抗和所述第二负载阻抗之差。

9.如权利要求5所述的检测功率放大器的负载变化的方法，其特征在于，通过一检测器获得所述第一功率信息和第一电压信息，所述功率放大器和检测器在所述通信系统中实现，且所述通信系统的传输功率是根据所述负载变化进行补偿的。

10.如权利要求5所述的检测功率放大器的负载变化的方法，进一步包括：

根据所述第一功率信息和所述第一电压信息获得电流信息，且所述通信系统的传输功率是根据所述电流信息进行调整的，当获得的所述电流信息超过一阈值时，降低所述通信系统的传输功率。

11.如权利要求5所述的检测功率放大器的负载变化的方法，进一步包括：

连续监测所述功率放大器的负载变化；以及

根据所述监测到的负载变化控制所述通信系统的传输功率。

12.一种检测功率放大器的负载变化的方法，用于一通信系统中，所述方法包括：

对所述功率放大器的输入信号执行第一数字预失真校准；

当执行所述第一数字预失真校准时，获得所述功率放大器的第一负载阻抗；

监测所述通信系统的传输状态；

当所述传输状态指示传输性能变差时，根据所述功率放大器的输出信号，获得第一功率信息和第一电压信息；

根据所述第一功率信息和第一电压信息获得所述功率放大器的一第二负载阻抗；以及

根据所述第一负载阻抗和第二负载阻抗，获得所述功率放大器的负载变化。

13.如权利要求12所述的检测功率放大器的负载变化的方法，进一步包括：

当所述负载变化超过一阈值时，对所述功率放大器的输入信号执行第二数字预失真校准。

14.如权利要求12所述的检测功率放大器的负载变化的方法，其特征在于，所述获得所述功率放大器的第一负载阻抗的步骤进一步包括：

当执行所述第一数字预失真校准时，获得第二功率信息和第二电压信息；以及

根据所述第二功率信息和所述第二电压信息获得所述功率放大器的所述第一负载阻抗。

15.如权利要求12所述的检测功率放大器的负载变化的方法，其特征在于，所述负载变化是所述第一负载阻抗和所述第二负载阻抗之差。

16.如权利要求12所述的检测功率放大器的负载变化的方法，其特征在于，所述通信系统的传输功率是根据所述负载变化进行补偿的。

17.如权利要求12所述的检测功率放大器的负载变化的方法，进一步包括：

根据所述第一功率信息和所述第一电压信息获得电流信息，且所述通信系统的传输功率是根据所述电流信息进行调整的，当获得的所述电流信息超过一阈值时，降低所述通信系统的传输功率。

18.如权利要求12所述的检测功率放大器的负载变化的方法，进一步包括：

连续监测所述功率放大器的负载变化；以及

根据所述监测到的负载变化控制所述通信系统的传输功率。