CN1248521C - 移动通讯中线性功放输出失真分量的检测装置及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明移动通讯中线性功放输出失真分量的检测装置和方法，专用于检测3G(3rd Generation)线性功放失真分量的大小。该装置的特征是，包括一第一耦合器、第一衰减器、第一延迟器、功率放大器、第二耦合器、第三耦合器、第二延迟器、第四耦合器、第五耦合器、误差功放器、以及窄带接收机和自动控制单元。本发明的检测方法是在线性功放中(包括前馈及自适应预失真功放等)采用窄带接收机对互调分量直接进行多点的采样，并根据测量结果和协议的要求对各采样点分别进行加权处理，提供给自动控制单元作为自适应控制的依据。无需采用导频，从而避免了导频泄漏、频带内不一致等问题，为3G线性功放的自适应提供依据，而且扩大了自适应检测的场所。

Description

移动通讯中线性功放输出失真分量的检测装置及其方法

技术领域

本发明涉及一种第三代移动通讯中发射基站所用线性功率放大器，尤其涉及第三代移动通讯中线性功放输出失真分量的检测装置及其方法。

背景技术

在前馈线性功放中，因输入的信号频率、调制方式等都是未知的，为了检测功放输出的失真分量，通常采用的是使用导频的方法。但使用导频也会有一些问题，如导频泄漏、频带内不一致等问题。还有无法使用导频进行自适应检测的场所，如预失真放大器就无法通过加导频的方法来实现自适应。

例如，3G信号的特点是频带宽、峰均比PAR(Peak to Average Ratio)较大，如WCDM信号的带宽为3.84MHz，每个载波占用的频带宽度为5MHz，峰均比随单载波和多载波的不同而不同，通常在7～12之间。要对这样的信号进行放大，原来的第二代移动通讯的功率放大器显然是不能胜任的。因此全球的通讯设备厂家研制了许多种类的针对3G信号的专用线性功放，在这些功放产品中，前馈技术是用的最多也是最成熟的技术，图1所示为典型的采用导频检测的双环前馈线性功放检测的原理结构框图，该功放检测装置包括：一第一耦合器11、第二耦合器12、第一衰减器13、第一延迟器14、功率放大器15、第三耦合器16、第四耦合器17、第二延迟器18、第五耦合器19、第六耦合器20、误差功放器21、第二衰减器22、第七耦合器23、检波器24、导频源25以及窄带接收机3和自动控制单元4。

由于放大器的非线性，多载波信号经过放大器后，会产生有害的交调分量IMD(Intermodulation Distortion)。在上图中主功放(MPA)15是待改善线性的放大器，为了改善它的线性需要增加一个功率比较小的误差功放(EPA)21和主要由第一、第二延迟器14、18，第一、第二矢量衰减器13、22构成的环路。矢量衰减器可以改变信号的幅度，又可以改变信号的相位。从上图可以看到，我们把前馈系统分为三个部分：LOOP1、LOOP2以及导频检测、控制部分(从第六耦合器20、第七耦合器23耦合出来到自动控制部分)。LOOP1实现的功能主要是提取信号通过主功放MPA产生的交调(IMD)，LOOP2实现的功能放大IMD抵消载波中的IMD，使输出的信号较为纯净，从而改善放大器的线性度。

多载波信号51为待放大的信号，通过第一耦合器11分为两路送入LOOP1。其中一路通过第二耦合器12把导频源25产生的导频信号(反映LOOP2的IMD抵消情况)耦合进来，一起送入放大器MPA15。由于MPA15的非线性，输出信号52便有了杂散IMD。经过第三耦合器16取出一部分信号与从第一延迟器14送来的没有杂散的载波在第四耦合器17会合。调节第一矢量衰减器13的幅度和相位D1、D2，使到达第四耦合器17的两路载波信号幅度相等相位相反，这样LOOP1就提供给我们信号53，理论上它只是含有IMD。实际过程中，信号53的精度主要取决于矢量衰减器的D1、D2的精细调节，而D1、D2的值是由自动控制单元4根据第七耦合器17耦合到检波器24的对消后的载波功率的信息进行计算、处理得到的。所提取的IMD信号通过误差放大器EPA21进行放大后通过第五耦合器19和被放大过的带有IMD的载波进行抵消，得到被消除IMD的、被放大的载波信号54，其抵消精度通过检测接收机3接收导频，送入自动控制单元4处理来调节第二矢量衰减器22的D3、D4，使到达第五耦合器19的IMD信号和载波信号中含有的IMD信号幅度相等相位相反。最后达到改善主功放输出的交调的目的。导频由一个独立的锁相环产生。

但对于通讯系统来说，增加的导频信号对通讯信号是一种干扰信号，因此必须在发射机的输出端将其减小到通讯协议规定的电平以下，在3G系统中，协议对这种杂散干扰的要求是小于-26dBm，随之而来的问题是：由于发射机的有用信号最大输出功率一般都在46dBm以上，就要求导频检测系统有能力在高于被检测信号70dB以上的强“干扰”(指载波，对导频检测而言是干扰，下同)环境中检测出导频信号的幅度大小，而且通常被检测的导频信号是被噪声淹没的，“干扰”信号的频率、数量也不确定，这样就给导频信号的检测带来了困难。

为了解决这个问题，根据资料显示，目前采用的有下面几种方法：

1)导频扩频法

该导频扩频法采用伪随机序列码对导频进行扩频，使之铺满整个工作频段，在接收端再用该伪随机序列码对导频进行解扩。由于导频扩频后能量分布在整个频带，因此对该频段内的任意一个载波的干扰较小，解扩后导频的能量也易于检测。图2显示的是导频扩频法检测的频曲线谱图。

2)带外法

该带外法将导频放在工作频段之外，因此幅度可以较大，易于检测。通过在功放后加滤波器将导频滤掉。图3显示的是带外法检测的频曲线谱图。

3)超外差法

该超外差法类似于传统的超外差接收机，采用混频器将导频变换到中频，经过滤波、中放将导频信号选频放大，最后用检波器检测出导频的幅度，超外差法的灵敏度可以做得比较高，因此用这种方法可以将导频放在工作频带内，导频的抵消程度较好地反映了整个工作频带内载波(第一环)或交调(第二环)的抵消程度。图4显示的是超外差法检测的频曲线谱图。

虽然以上技术有各自的优点，但它们也有各自比较致命的缺点，使前馈线性功放的技术指标受到各种限制而不能完全满足我们的要求。

导频扩频法的好处是能反映整个工作频带内载波(第一环)或交调(第二环)的抵消程度，但它同时也在整个工作频带内加上了干扰信号，对每个载波信号都会有干扰，有可能会在通讯中造成高的误码率。而且导频系统构成较复杂，成本高。

带外法的优点是易于检测，但要求外加高性能的滤波器，增加了成本，同时对载波也有损耗，带外法的另一个缺点是因导频处于工作频带外，就要求整个环路的带宽要增加，这对于主功放、误差功放等部件来说非常困难，如果环路的带宽不能做宽或在宽带情况下平坦度稍差，导频就不能正确反映环路的抵消状况，最终会造成前馈功放的交调指标不能满足要求。图5显示了该带外法检测时的环路的对消状况，在导频点处对消程度最大，偏离导频越远对消越差，因此把导频放在带外不能在整个工作频带内取得最佳的对消效果。

超外差法虽然有灵敏度高等优点，但其致命的弱点是抗干扰能力差，这是因为中频滤波器不可能做到很窄，矩形系数也有一定的限制，因此当载波靠近导频时就会对导频检测电路产生严重的干扰，以至于使电路无法正常工作。

以上方法都采用了导频，电路比较复杂，对电路的隔离度要求非常高，同时导频的存在多少也会对输出谱的纯度有一定恶化。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有功放输出失真分量的检测装置及其方法的缺点，而提出的一种新的专用于检测3G(3rd Generation)线性功放失真分量的大小的第三代移动通讯中线性功放输出失真分量的检测装置及其检测方法，该方法无需采用导频，从而避免了导频泄漏、频带内不一致等问题，为3G线性功放的自适应提供依据，而且扩大了自适应检测应用的场所，例如以前无法采用导频的预失真功放也可以用该方法来检测功放的失真，从而可以根据检测到的失真分量进行自适应控制。

为了实现本发明的目的，本发明采取的技术方案是：移动通讯中线性功放输出失真分量的检测装置，其特点是，包括一第一耦合器、第一衰减器、第一延迟器、功率放大器、第二耦合器、第三耦合器、第二延迟器、第四耦合器、第五耦合器、误差功放器、以及窄带接收机和自动控制单元；所述的第一耦合器接收输入信号，分别输出到第一衰减器和第一延迟器；第一衰减器的输出与功率放大器的输入端连接，功率放大器的输出与第二耦合器的输入端连接，第二耦合器分两路输出，一路到第二延迟器，另一路到第三耦合器，同时第一延迟器的输出也送到第三耦合器；第三耦合器输出的信号经第二衰减器后送到误差功放器，经误差功放器输出到第四耦合器；同时第二延迟器的输出也到第四耦合器，然后送到第五耦合器输出；同时，第五耦合器还输出一路信号到窄带接收机，经窄带接收机的窄带功率检测后送到自动控制单元。

移动通讯中线性功放输出失真分量的检测方法，其特点是，包括以下步骤：

a、检测装置的第一耦合器接收输入信号，分别输出到第一衰减器和第一延迟器；第一衰减器的输出通过功率放大器功能放大后输出到第二耦合器；

b、第二耦合器分两路输出，一路通过第二延迟器延迟后输出到第四耦合器；另一路通过第三耦合器、第二衰减器及误差功放器后输出到第四耦合器；通过第四耦合器将信号送到第五耦合器输出；

c、第五耦合器耦合出互调对消后的信号送入窄带接收机；

d、窄带接收机采用跳频工作方式分别接受功放输出信号的邻道、隔道和第二隔道的互调信号，将互调信号的大小转换成直流信号送给该窄带接收机；

e、窄带接收机通过中频的多级窄带滤波器，偏离接受中心频率；

f、自动控制单元控制本振源的频率使得窄带接收机的接收频带落在功放输出信号的互调分量上；

g、自动控制单元根据该直流信号的大小，来调整第二衰减器的控制信号，将互调分量对消到最小；

h、重复步骤g，使线性功放输出始终保持最小的互调分量。

上述移动通讯中线性功放输出失真分量的检测方法，其中，步骤e所述的通过中频的多级窄带滤波器，偏离接受的中心频率为偏离中心频率2MHz处的频率。

上述移动通讯中线性功放输出失真分量的检测方法，其中，步骤e所述的接收机偏离载波的中心频率可通过控制本振源的频率来改变。

上述移动通讯中线性功放输出失真分量的检测方法，其中，在线性功放中窄带接收机对互调分量直接进行多点的采样，并根据测量结果和协议的要求对各采样点分别进行加权处理，提供给自动控制单元作为自适应控制的依据。

上述功率失真检测的方法，其中，窄带接收机对互调分量进行多点采样，并将该多点采样的功率平均处理后提供给自动控制单元。

由于本发明采用了以上的技术方案，取消了导频，消除了功放输出中的导频干扰；简化了电路，可以降低成本，减少体积，增加产品的可靠性，而且对电路的隔离度要求也大大下降；可直接检测互调份量，使得控制电路对环路的优化达到最佳。

附图说明

本发明的特征性能通过以下的附图和实施例进一步描述。

图1为现有技术典型的前馈线性功放的结构框图。

图2是现有技术导频扩频法检测频谱曲线图。

图3是现有技术带外法检测频谱曲线图。

图4是现有技术超外差法检测频谱曲线图。

图5是现有技术超外差法的功放检测时的环路对消状况曲线图。

图6是本发明不用导频的第三代移动通讯中线性功放输出失真分量的检测装置结构框图。

图7是本发明检测装置在四个频率采样点进行检测的功放输出频谱曲线图。

图8是本发明检测装置在二个频率采样点进行检测的功放输出频谱曲线图。

具体实施方式

本发明的检测方法是在线性功放中(包括前馈及自适应预失真功放等)采用窄带接收机对互调分量直接进行多点的采样，并根据测量结果和协议的要求对各采样点分别进行加权处理，提供给自动控制单元作为自适应控制的依据。

请参阅图6。图6是本发明不用导频的第三代移动通讯中线性功放输出失真分量的检测装置结构示意图。该结构去掉了上述传统前馈功放中的导频源和导频检测装置，代之以窄带接收机对互调分量直接进行多点的采样，从而根据该互调的大小对环路进行控制。本发明第三代移动通讯中线性功放输出失真分量的检测装置，包括一第一耦合器61、第一衰减器62、第一延迟器63、功率放大器64、第二耦合器65、第三耦合器66、第二延迟器67、第四耦合器68、第五耦合器69、误差功放器70、第二衰减器71、以及窄带接收机3和自动控制单元4。第一耦合器61接收输入信号，分别输出到第一衰减器62和第一延迟器63；第一衰减器62的输出与功率放大器64的输入端连接，功率放大器64的输出与第二耦合器65的输入端连接，第二耦合器65分两路输出，一路到第二延迟器67，另一路到第三耦合器66，同时第一延迟器63的输出也送到第三耦合器66；第三耦合器66输出的信号经第二衰减器71后送到误差功放器70，经误差功放器70输出到第四耦合器68；同时第二延迟器67的输出也到第四耦合器68，然后送到第五耦合器69输出；同时，第五耦合器69还输出一路信号到窄带接收机3，经窄带接收机3的窄带功率检测后送到自动控制单元4。

与有导频的装置相比，该装置取消了导频源、导频馈入耦合器等部件，使得电路简化。同时因采用简单的检波检测，对电路的隔离度要求也大大下降。在一些无法使用导频进行自适应控制的线性功放中，例如预失真的线性功放中也可以使用该方法来进行自适应控制。

本发明的检测方法是在线性功放中(包括前馈及自适应预失真功放等)采用窄带接收机对互调分量直接进行多点的采样，并根据测量结果和协议的要求对各采样点分别进行加权处理，提供给自动控制单元作为自适应控制的依据，包括以下步骤：

a、在功放的输出端第五耦合器69耦合出互调对消后的信号送入窄带接收机3。

b、窄带接收机3采用跳频工作方式分别接受功放输出信号的邻道、隔道和第二隔道的互调信号，将互调信号的大小转换成直流信号送给该窄带接收机3，该窄带接收机3实际上就是一个超外差的接收机，带宽为200KHz左右。

c、通过中频的多级窄带滤波器，偏离接受中心频率2MHz处的抑制可以达到80dB，控制本振源31的频率可以改变接收机的接收中心频率。例如中频多级窄带滤波器的中心频率为Fi，带宽为Bwi，主功放放大载波的中心频率为Fc，那么本振Fo的频率为Fo＝Fi+Fc+Bwi/2+F△，F△是互调分量相对载波信号的偏移量，在WCDMA体制的功放中偏移量F△可以取2MHz～3MHz。

d、根据WCDMA信号的特点，自动控制单元4可以控制本振源的频率使得窄带接收机的接收频带落在功放输出信号的互调分量上，如图7所示(图7是4载波情况下的功放输出频谱图)。

e、自动控制单元根据该直流信号的大小，来调整第二衰减器的控制信号，将互调分量对消到最小；这个过程在线性功放正常工作时不断循环、重复，始终保持线性功放输出最小的互调分量。

请参阅图7、图8。图7是本发明检测装置在四个频率采样点进行检测的功放输出频谱曲线图。图中：两CL1、两CL2、两C0、两CU1、两CU2之间均表示的是测量带宽；图中右上角表示的是测量结果。由于本振的频率可以非常方便地由自动控制单元进行改变，因此窄带接收机可以快速地在图7中的1、2、3、4点(分别间隔5MHz，带宽200KHz)进行接收采样，通常第一邻道(图7中的“1”点)互调功率最大，第一邻道的抑制指标是关键，但3G通信协议对第一邻道、第二邻道甚至远端的杂散都有明确的规定，如果只测量控制第一邻道的互调功率，当出现图8(图8是在2载波的情况下，功放输出的频谱图)中的情况时，第二邻道的杂散互调功率就会不受控制地变得很大，使得功放的输出不满足协议的要求。因此，考虑到多载波的应用情况，在图7中采用了4点采样，将4个点的功率平均处理后送给自动控制单元作为控制环路对消的依据，可以消除频谱左右不对称产生的问题。自动控制单元根据该直流信号的大小，来调整第二衰减器71的控制信号D3、D4，使得在第四耦合器68中将互调分量对消到最小，也就是窄带接收机3送给自动控制单元4的直流信号最小。这个过程在线性功放正常工作时不断循环、重复，始终保持线性功放输出最小的互调分量。

本发明为了进一步提高交调改善效果，还可以根据实际的互调测量结果和协议模板中对各邻道的互调抑制要求，对图7中1、2、3、4点的采样值分别进行加权，使得关键点的采样值对控制电路的影响最大，这样可以让最临界的指标留有一定的余量。

Claims (6)

1、移动通讯中线性功放输出失真分量的检测装置，其特征在于，包括一第一耦合器、第一衰减器、第一延迟器、功率放大器、第二耦合器、第三耦合器、第二延迟器、第四耦合器、第五耦合器、误差功放器、以及窄带接收机和自动控制单元；所述的第一耦合器接收输入信号，分别输出到第一衰减器和第一延迟器；第一衰减器的输出与功率放大器的输入端连接，功率放大器的输出与第二耦合器的输入端连接，第二耦合器分两路输出，一路到第二延迟器，另一路到第三耦合器，同时第一延迟器的输出也送到第三耦合器；第三耦合器输出的信号经第二衰减器后送到误差功放器，经误差功放器输出到第四耦合器；同时第二延迟器的输出也到第四耦合器，然后送到第五耦合器输出；同时，第五耦合器还输出一路信号到窄带接收机，经窄带接收机的窄带功率检测后送到自动控制单元。

2、移动通讯中线性功放输出失真分量的检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

a、检测装置的第一耦合器接收输入信号，分别输出到第一衰减器和第一延迟器；第一衰减器的输出通过功率放大器功率放大后输出到第二耦合器；

b、第二耦合器分两路输出，一路通过第二延迟器延迟后输出到第四耦合器；另一路通过第三耦合器、第二衰减器及误差功放器后输出到第四耦合器；通过第四耦合器将信号送到第五耦合器输出；

c、第五耦合器耦合出互调对消后的信号送入窄带接收机；

d、窄带接收机采用跳频工作方式分别接受功放输出信号的邻道、隔道和第二隔道的互调信号，将互调信号的大小转换成直流信号送给该窄带接收机；

e、窄带接收机通过中频的多级窄带滤波器，偏离接受中心频率；

f、自动控制单元控制本振源的频率使得窄带接收机的接收频带落在功放输出信号的互调分量上；

g、自动控制单元根据该直流信号的大小，来调整第二衰减器的控制信号，将互调分量对消到最小；

h、重复步骤g，使线性功放输出始终保持最小的互调分量。

3、根据权利要求2所述的移动通讯中线性功放输出失真分量的检测方法，其特征在于，步骤e所述的通过中频的多级窄带滤波器，偏离接受的中心频率为偏离中心频率2MHz处的频率。

4、根据权利要求2所述的移动通讯中线性功放输出失真分量的检测方法，其特征在于，步骤e所述的接收机偏离载波的中心频率可通过控制本振源的频率来改变。

5、根据权利要求2所述的移动通讯中线性功放输出失真分量的检测方法，其特征在于，在线性功放中窄带接收机对互调分量直接进行多点的采样，并根据测量结果和协议的要求对各采样点分别进行加权处理，提供给自动控制单元作为自适应控制的依据。

6、根据权利要求5所述的移动通讯中线性功放输出失真分量的检测方法，其特征在于，所述的窄带接收机对互调分量进行多点采样，并将该多点采样的功率平均处理后提供给自动控制单元。

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