CN1236576C - 码分多址系统的功率放大器及其方法 - Google Patents

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Abstract

一种CDMA系统的具有提高的线性度的功率放大器，包括：功率放大单元，用于在控制信号的控制下执行功率放大；放大控制单元，用于通过产生控制信号而控制功率放大单元的放大；和线性补偿单元，用于根据调整增益信号的值调整待放大的信号的电平，以生成要提供给功率放大单元的经线性补偿的信号，其中调整增益信号指示功率放大单元相应于控制信号值的实际非线性功率与功率放大单元的所需线性功率之间的功率误差值。通过调整输入至压控功率放大器(VCA)的输入端的电压，VCA的非线性度就可得到精确的补偿而且这种功率补偿也易于实现。另外，CDMA系统的容量也可得到增加。

Description

码分多址系统的功率放大器及其方法
技术领域
本发明涉及一种CDMA系统，特别涉及CDMA系统的一种功率放大器。
背景技术
一般来说，使用有源元件的无线频带放大器会根据功率电平的变化而产生许多不希望的失真成份。
尤其当放大器工作于饱和区附近时，会明显地出现非线性现象以使输出信号的幅度和相位产生畸变，而且当有两个以上的信号被输入时，在两输入信号之间会产生互调失真(IMD)成份，它对相邻信道具有很强的影响。
IMD成份作为噪声源，它会使通信系统的传输质量下降，并且可减少CDMA系统的容量。
图1是现有技术CDMA系统的功率线性化电路的示意框图。如图1所示，现有技术的这种功率线性化电路包括：输入单元10，用于将数字输入信号(s[n])转换成模拟信号(s[t])；线性化放大控制器20，用于执行放大控制以消除功率放大器30的非线性特性；以及功率放大器30，用于在线性化放大控制器20的控制下对来自输入单元10的输入信号(s[t])进行放大。
输入单元10含有一个乘法器11和一个数-模转换器12，前者用于将数字输入信号(s[n])与一传输增益信号(g[n])相乘起来，后者则用于将自乘法器11输出的数字信号转换成模拟信号。
线性化放大控制器20含有一个乘法器21，它可将用于控制放大增减的功率控制信息(c[n])与一代表了增减的功率值的功率控制间隔(P)相乘起来。线性化放大控制器20还包括：一个累加器22，用于对乘法器21的输出信号进行累加；一个加法器23，用于将累加器22的数字输出信号与一调整增益(a[n])相加以以消除功率放大器30的非线性特性；以及一个数-模转换器24，用于将自加法器23输出的数字信号转换成一个模拟形式的放大控制信号。
功率控制信息(c[n])含有一个数字形式的控制值1或2。其中一个控制值可将功率增高一指定值，而另一个控制值则可将功率降低一指定值。该指定功率值指的就是功率控制间隔(P)。
线性化放大控制器20的乘法器21将功率控制信息c[n]与功率控制间隔(P)相乘起来，而累加器22则对乘法器21的输出信号进行累加。
加法器23将累加器22的输出信号与调整增益(a[n])相加，并输出一个放大控制信号，以控制功率放大器30的放大倍数，从而消除功率放大器30的非线性特性。调整增益a[n]是一个用于调整放大倍数以使非线性功率放大器30具有一定线性度的数值。用于产生放大控制信号以消除功率放大器30的非线性特性的a[n]的数值是十分关键的。
线性化放大控制器20的数/模转换器24将加法器23的输出信号转换成模拟形式，并产生一个模拟放大控制信号(v[t])，以控制功率放大器30的放大水平。
输入单元10的乘法器11将数字输入信号(s[n])与传输增益信号(g[n])相乘起来，并且输入单元10的数/模转换器12将自乘法器11输出的数字信号转换成模拟信号s[t]，并将其输出给功率放大器30。
功率放大器30根据从线性化放大控制器20的数/模转换器24输出的模拟放大控制信号(v[t])对数/模转换器12的输出信号s[t]的功率进行放大。
图2显示了现有技术的放大器的功率线性化电路的功率特性曲线。如图2所示，PA(V)代表功率放大器30的实际功率特性曲线，PB(V)代表需要的线性功率特性曲线，PC(V)则代表用以消除非线性特性的功率补偿曲线。
在CDMA系统中，为了使对相邻信道的影响降至最小并且增加客户容量，各移动终端都应使用最小功率。
参考图2，假设所需功率为P2，当功率放大器30具有线性特性时，V1将作为输入信号的数值而被施加至功率放大器30。但是，当电压V1被输入时，功率放大器30将输出与非线性特性相符的功率P1。
因此，应通过功率补偿以获得功率P2。即，如图功率放大器30的输出特性曲线所示，需要用输入电压V2来输出精确的P2。
这样，V1～V2的值就通过利用功率放大器30的放大控制信号V[t]的数值而得到补偿，并且用于生成与放大控制信号V[t]相对应的调整增益a[n]的数值将被产生。
通过利用与用于输出所需功率的线性化特性曲线相符的所需输入电压和与用于输出所需功率的非线性特性曲线相符的实际输入电压之间的差值来计算出a[n]的数值。传统的功率线性化电路以表格的形式含有调整增益a[n]，即，用于输出所需功率的补偿值。因此，通过线性地插入一个保存在表中的相应值就可计算出待在任意一点(输入电压)上补偿的值。
现有技术的功率线性化电路具有许多问题。例如，传统的功率线性化电路应含有一个用于插值的直线斜率以及一个偏移值，而且应计算出直线方程的任意位置上的功率补偿值，从而使这种功率线性化电路的实现变得比较复杂。
另外，传统的功率线性化电路是通过对放大器的放大控制信号进行调整以线性功率(所需功率)和非线性功率之间的误差来补偿功率的。在这种情况下，放大控制信号是以模拟信号的形式控制功率放大器的放大倍数。由于模拟信号易受到噪声的干扰，所以很难精确地控制功率。
本文引入了上述参考文献中的适当附加或备选细节内容、特征和/或技术背景以作为参考。
发明内容
本发明的一个目的是至少解决上述问题和/或缺点，并至少提供以下所述的优点。
本发明的另一个目的是提供一种CDMA系统的功率放大器，它能够精确并简单地补偿压控功率放大器(VCA)的非线性度。
本发明的另一个目的是提供一种CDMA系统的功率放大器，它能够通过控制VCA的数字增益以增加CDMA系统的容量。
为了至少全部或部分实现上述目的，并且根据本发明的目的，如本说明书中具体实施的和概括说明的那样，本发明提供了一种具有提高的线性度的功率放大器，其特征在于包括：功率放大单元，用于在控制信号的控制下执行功率放大；放大控制单元，用于通过产生控制信号而控制功率放大单元的放大；和线性补偿单元，用于根据调整增益信号的值调整待放大的信号的电平，以生成要提供给功率放大单元的经线性补偿的信号，其中调整增益信号指示功率放大单元相应于控制信号值的实际非线性功率与功率放大单元的所需线性功率之间的功率误差值。
为了至少全部或部分实现上述目的，并且根据本发明的目的，如本说明书中具体实施的和概括说明的那样，本发明提供了一种用于提高功率放大器的线性度的方法，该功率放大器包括用于在控制信号的控制下执行功率放大的功率放大单元和用于通过产生控制信号而控制功率放大单元的放大的放大控制单元。该方法包括：根据调整增益信号的值调整待放大的信号的电平，以生成要提供给功率放大单元的经线性补偿的信号，其中调整增益信号指示功率放大单元相应于控制信号值的实际非线性功率与功率放大单元的所需线性功率之间的功率误差值。
本发明的其它优点、目的和特征将在下文中得到说明，并且对那些本领域中的普通技术人员来说，通过对下文的学习或从本发明的实践中就可部分地掌握本发明的内容。如在所附权利要求中特别指出的那样来实现和掌握本发明的目的和优点。
附图说明
现在将参考以下附图对本发明进行详细说明，在附图中，相同的参考序号代表了相同的单元：
图1是现有技术CDMA系统的功率线性化电路的示意框图；
图2显示了现有技术的功率线性化电路的功率特性曲线；
图3是根据本发明一优选实施例的CDMA系统的功率线性化电路的结构示意框图；
图4是根据本发明优选实施例的功率线性化方法的功率特性曲线；
图5是根据本发明优选实施例的CDMA系统的功率线性化方法的流程图。
具体实施方式
在优选实施例中，为了去掉非线性而具有线性，最好将输入到功率放大器的电压电平进行调节，而不对功率放大器的放大控制信号进行调节。
图3是根据本发明一个优选实施例所述的CDMA系统的功率线性化电路的结构示意框图。如图3所示，一个调整增益(a[n])被与传输增益信号g[n]相加，从而在功率放大器中产生线性度。
参考图3，功率放大器优选地包括：线性化输入单元100，它可通过补偿一个输入信号的电平以消除功率放大器300的非线性度；放大控制器200，它可控制功率放大器300的放大倍数；以及功率放大器300，它可在放大控制器200的控制下对从线性化输入单元100的输出的信号s(t)的功率进行放大。
线性化输入单元100优选地含有一个加法器110，用以将调整增益(a[n])与传输增益信号(g[n])相加。调整增益a[n]优选地可消除功率放大器300的非线性特性，并且传输增益g[n]可调整数字增益。线性化输入单元100还包括：一个乘法器120，它可将从加法器110输出的数字增益与数字输入信号(s[n])相乘起来，并调整数字输入信号的电平；以及一数/模转换器130，它可将经过乘法器120的电平调整的数字输入信号转换成一个模拟信号。
放大控制器200优选地含有一个乘法器210，它可将用于控制放大增减的功率控制信息(c[n])与一代表了待增减的功率值的功率控制间隔(P)相乘起来。放大控制器200优选地还包括：一用于对乘法器210的输出信号进行累加的累加器220；以及一个数-模转换器230，它用于将累加器220以数字形式输出的放大控制信号(v[t])转换成模拟形式，并利用该信号来控制功率放大器300。
图4是根据本发明优选实施例的功率线性化方法所采用的功率特性曲线。如图4所示，PA(V)代表功率放大器300的实际功率特性曲线，PB(V)则代表需要的线性功率特性曲线。
假设所需功率为P2，当功率放大器300根据PB(V)的线性功率特性曲线操作时，应优选地将输入电压V1加载给功率放大器300。但是，在这种情况下，功率放大器300可根据诸如PA(V)的非线性特性实际输出一功率。
因此，当输入电压V1被施加给功率放大器300时，可输出功率P1。这样所需功率与实际输出功率之差为P1-P2。在本实施例中，输出功率的误差(即，P1-P2)应优选地得到补偿，以消除功率放大器300的非线性度。
图5是根据本发明优选实施例的CDMA系统的功率线性化方法的流程图。为了对相应于输入电压V1的实际非线性功率P1与所需线性功率P2之间的差值(功率误差)进行补偿，应优选地在步骤S11中计算出功率误差|P1-P2|。
当对一个相应的输入电压计算出功率误差时，在步骤S12中最好按照以下的公式(1)为功率误差计算出调整增益a[n]。
a[n]＝-sqrt|P1-P2|(P1＞P2)
      ＝sqrt|P1-P2|(P2＞P1)              ……公式1
按照这种方式，根据本发明的功率线性化电路最好能够通过利用输入电压与输出电压的特性曲线计算出有限数目输入电压的调整增益a[n]，并且将相应的输入电压和调整增益保存入一个查询表内。
之后，将从查询表中搜索到的用于当前输入电压的调整增益a[n]优选地输入至线性化输入单元100的加法器110。而加法器110则在步骤S13中将传输增益信号g[n]与调整增益a[n]相加起来。
经调整的传输增益被优选地输入至乘法器120。然后，乘法器120在步骤S14中将当前数字输入电压s[n]与经调整的传输增益相乘，以调整数字输入信号的电平。
在步骤S15中，经过电平调整的输入信号优选地被输入至数字/模拟转换器130中，并且被转换成模拟形式，然后被施加给功率放大器300。
功率放大器接收到经过电平调整以用于消除非线性度的模拟输入信号并对功率进行放大。这样，功率被放大的信号就获得了线性特性。功率通过控制输入信号的电平而得到补偿，它比功率放大器的放大控制信号更能抵抗噪声。因此，功率放大器的功率线性化就可得到更加精确和简单的控制。
如上所述，根据本发明优选实施例的CDMA的功率线性化电路及其方法具有许多优点。例如，通过调整输入至压控功率放大器(VCA)的输入端的电压，VCA的非线性度就可得到精确的补偿。另外，可更容易地进行功率补偿。而且CDMA系统的容量也可以得到增加。
上述实施例和优点仅是示范性的，而不构成对本发明的限制。本发明的教导可被容易应用在各种其它类型的装置上。对本发明所作的说明是解释性的，而不是对权利要求范围的限制。对本领域的技术人员可以明白各种替代、修改和变换。在权利要求中，装置+功能的语句意在覆盖能够执行其所述功能的各种结构，不仅包含结构的等同，也包括等同的结构。

Claims (9)

1.一种具有提高的线性度的功率放大器，其特征在于包括：
功率放大单元，用于在控制信号的控制下执行功率放大；
放大控制单元，用于通过产生所述控制信号而控制所述功率放大单元的功率放大；和
线性补偿单元，用于通过根据调整增益调整传输增益的电平来调整待放大信号的电平，以生成要提供给所述功率放大单元的经线性补偿的信号，其中所述传输增益用于调整所述待放大信号的电平，而调整增益表示所述功率放大单元相应于所述控制信号的值的实际非线性功率与所述功率放大单元的所需线性功率之间的功率误差值。
2.如权利要求1所述的功率放大器，其中所述线性补偿单元包括：
加法器，用于将所述调整增益与所述传输增益相加，以输出数字增益信号；
乘法器，用于将所述待放大信号与所述数字增益信号相乘，以提供经补偿的数字输入信号；以及
数/模转换器，将所述经补偿的数字输入信号转换成所述经线性补偿的信号。
3.如权利要求1所述的功率放大器，其中根据以下等式确定所述调整增益：
a[n]＝-sqrt|P1-P2|    (P1＞P2)
    ＝sqrt|P1-P2|     (P2＞P1)
其中P1和P2分别是所述功率放大单元相应于所述控制信号的实际功率和所述功率放大单元的所需线性功率，并且sqrt表示平方根。
4.如权利要求1所述的功率放大器，其中所述放大控制单元包括：
乘法器，将用于控制所述功率放大单元的放大增减的功率控制信息与代表了待增减的功率值的功率控制间隔相乘；和
累加器，用于累加来自所述乘法器的乘积以生成所述控制信号。
5.一种用于提高功率放大器的线性度的方法，该功率放大器包括用于在控制信号的控制下执行功率放大的功率放大单元和用于通过产生控制信号而控制功率放大单元的功率放大的放大控制单元；该方法包括：
通过根据调整增益调整传输增益的电平来调整待放大信号的电平，以生成要提供给所述功率放大单元的经线性补偿的信号，其中所述传输增益用于调整所述待放大信号的电平，而所述调整增益表示所述功率放大单元相应于所述控制信号的值的实际非线性功率与所述功率放大单元的所需线性功率之间的功率误差值。
6.如权利要求5所述的方法，其中调整待放大信号的步骤包括：
将所述调整增益与所述传输增益相加，以获得数字增益信号；
将所述待放大信号与所述数字增益信号相乘，以提供经补偿的数字输入信号；以及
将所述经补偿的数字输入信号转换成所述经线性补偿的信号。
7.如权利要求5所述的方法，其中根据以下等式确定所述调整增益：
a[n]＝-sqrt|P1-P2|    (P1＞P2)
    ＝sqrt|P1-P2|     (P2＞P1)
其中P1和P2分别是所述功率放大单元相应于所述控制信号的实际功率和所述功率放大单元的所需线性功率，并且sqrt表示平方根。
8.如权利要求5所述的方法，其中所述放大控制单元利用其所包括的乘法器将用于控制所述功率放大单元的放大增减的功率控制信息与代表了待增减的功率值的功率控制间隔相乘，并利用其所包括的累加器累加来自所述乘法器的乘积以生成所述控制信号。
9.如权利要求5所述的方法，其中相应于所述控制信号的值的调整增益被保存在查询表中并从该查询表中选择。
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