CN1251399C - 用于补偿非线性失真的前馈放大设备 - Google Patents

Abstract

一种前馈型失真补偿放大设备包括：一个第一分隔单元，用于把输入信号分隔成为第一信道信号和第二信道信号；一个主放大器，用于放大第一信道信号；一个可变衰减单元，用于处理该第二信道信号以便提供一个幅度调整了的第二信道信号；一个延迟单元，用于延迟幅度调整了的第二信道信号；一个第二分隔单元，用于把主放大器的输出信号分成为第三信道信号和第四信道信号并从第三信道信号和延迟的第二信道信号之一中减去另外一个以便提取由主放大器引入的一个失真分量；和一个失真补偿单元，通过使用第二分隔单元提取的失真分量来用于消除由主放大器引入到第四信道信号的一个失真分量。

Description

用于补偿非线性失真的前馈放大设备

发明领域

本发明涉及一种非线性失真补偿放大设备，包括一个用于放大输入信号的主放大器和一个用于补偿由该主放大器产生的失真的前馈环路；并且尤其是涉及该装置和一种用于控制方法，用于把用于补偿由主放大器产生的失真的前馈环路最优化。

发明背景

在一个移动通信系统中，一个基站发射一个放大高频多载波信号，该放大高频多载波信号具有由不同的频带彼此分开并分别以正常方式调制的多载波。可是，因为具有差的线性的一个放大设备产生各种失真，例如，互调失真，需要使用于高频多载波信号放大中的放大设备在多载波信号所属的整个频带上表现出优良线性特性。

用于实现适合于例如多载波信号放大的极端低失真放大设备的各种已知方法之一是使用一种前馈(在下文中称为″FF″)失真补偿技术。

传统FF放大技术通过一个干线和一个FF环路来实现，该干线用于通过一个主放大器放大一个输入多载波信号并输出放大的多载波信号。FF环路包括一个失真检测环路，用于从放大的多载波信号中检测由主放大器产生的一个失真分量；和一个失真补偿环路，用于通过使用在失真检测环路中检测到的失真分量来消除放大的多载波信号中的失真分量。

一个利用此种FF放大技术的传统非线性失真补偿放大设备例如被公开在日本专利公开出版物No.1995-303050或1996-307161中。参考图3来描述此种传统非线性失真补偿放大设备的基本结构和操作，该设备包括一个输入端1，分隔器(divider)2、7和12，可变衰减器3和9，可变相位移相器4和10，一个主放大器5，同轴延迟线6和8，一个辅助放大器11，一个输出端13，一个控制单元14和一个控制信号产生电路15。

参见图3，通过分隔器2、主放大器5、分隔器7、同轴延迟线8和分隔器12从输入端1到输出端13的一条信号路径形成一条干线。在干线上，来自输入端1的输入信号(在这个实施例中是一个多载波信号)被分隔器2分成一个主分隔信号和一个辅助信号。主分隔信号通过可变衰减器3和可变相位移相器4被提供到主放大器5并被主放大器5高频放大。放大的多载波信号(信号A)被分隔器7分成一个主要分隔信号E和一个次要分隔信号(信号C)该主要分隔信号E被同轴延迟线8延迟一个第一预定量然后通过分隔器12输出到输出端13。

例如在主放大器5没有展现优良线性的情况下，在此种干线上出现多载波信号中的载波的互调。因此，例如包括由输入信号的多载波互调所引起的互调失真在内的各种失真就会产生，然后被混合到多载波信号中。

为了消除此类失真，FF环路的一个失真检测环路L1和一个失真补偿环路L2被设置在此类非线性失真补偿放大设备中。该失真检测环路L1检测一个失真分量，该失真分量由主放大器5产生，然后被混合到多载波信号中，而该失真补偿环路L2通过使用从失真检测环路L1中检测到的此类失真分量来消除混合到多载波信号中的失真分量。

失真检测环路L1由可变衰减器3、可变相位移相器4、主放大器5、同轴延迟线6和分隔器2与7配置而成。在此种结构的失真检测环路L1中，从输入端1中输入的多载波信号被提供到分隔器2并被分为主分隔信号和辅助信号，正如在上面所提及的。主分隔信号被提供到干线而辅助信号在同轴延迟线6中被延迟一个第二预定量然后被提供到分隔器7作为一个分隔信号B。

分隔器7作用是把主放大器5的输出信号A分成主要分隔信号E和次要分隔信号C并把输出信号A的主要分隔信号E提供到干线上的同轴延迟线8。分隔器7还用于从主放大器5提供的输出信号A的附属信号中减去同轴延迟线6的分隔信号B以便提供一个差值信号D。在减法处理中获得的差值信号D被提供到失真补偿环路L2的可变衰减器9。

在同轴延迟线6中的延迟量被设置为等于可变衰减器3、可变相位移相器4和主放大器5的延迟总量。以这样一种方式来设置可变衰减器3的衰减量以使由分隔器7从输出信号A中分出来的次要分隔信号C的幅度与同轴延迟线6的分隔信号B的幅度相同。另外，可变相位移相器4的相移量被如此设置以致次要分隔信号C的相位与分隔信号B的相位一致。

因此，从分隔器7中输出的差值信号D对应于作为主放大器5产生的互调失真的这种失真分量。可变衰减器3的衰减量和可变相位移相器4的相移量分别由来自控制单元14的控制信号产生电路15中产生的控制信号G1和θ1以差值信号D只包括该失真分量的这样一种方式来控制。

失真补偿环路L2由同轴延迟线8、可变衰减器9、可变相位移相器10、辅助放大器11和分隔器7与12配置而成。在此类结构的失真补偿环路L2中，主要分隔信号E，多载波信号，即，由分隔器7获得的、来自主放大器5的输出信号A的主信号在同轴延迟线8中被延迟第一预定量，然后被提供到分隔器12。

另外，由分隔器7获得的失真分量D通过可变衰减器9和可变相位移相器10被提供到辅助放大器11。对应于被辅助放大器11放大的失真分量D的一个失真分量F被提供到分隔器12。分隔器12具有一个减法功能，从而从同轴延迟线8的多载波信号E中减去辅助放大器11提供的失真分量F。因此，可获得不含有由主放大器5产生的失真分量的一个多载波信号G，然后被输出到输出端13。

在此，在同轴延迟线8上的延迟量被设置为等于可变衰减器9、可变相位移相器10和辅助放大器11的延迟总量。以这种形式来设置可变衰减器9的衰减量以使混合到从分隔器7中输出的多载波信号E中的失真分量的幅度等于辅助放大器11的失真分量的幅度。另外，以这样一种方式来设置移相器10的相移量以使辅助放大器11的失真分量F的相位关于混合到多载波信号中的失真分量的相位被反向。

因此，当所描述的设置数量被正确设置时，在分隔器12处获得多载波信号G，其中失真分量被消除掉。可变衰减器9的衰减量和可变相位移相器10的相移量分别由从控制单元14的控制信号产生电路15中产生的控制信号G2和θ2来控制，以使能够适当地实现失真分量的消除。

在日本专利公开出版物No.1996-307161中，当电源被应用在这样的FF放大设备中时，可变衰减器3和9的延迟量以及可变相位移相器4和10的相移被设置。为此，这里提供用于监控分隔器12的输出信号G的一个监视器，一个温度检测器，和一个存储器表格，该存储器表格具有控制信号，该控制信号相对于监视器的检测输出电平和温度检测器的检测温度来规定可变衰减器3和9的衰减量以及可变相位移相器4和10的相移量。对应于检测输出电平和检测温度的控制信号从存储器表格中被读出从而来控制可变衰减器3和9的衰减量以及可变相位移相器4和10的相移量。

因此，失真分量在电源应用开始时可以被抑制到最小。另外，在增益波动是在正常操作期间由主放大器5或辅助放大器11的错误所引起的情况下，就会在当前被使用的一个实际控制信号和对应于当前检测的输出电平和温度的、在存储器表格中规定的一个正常控制信号之间检测到一个偏差。基于该偏差的检测，发出一个告警信号，从而来通知该设备的错误状态。

另外，在日本专利公开出版物No.1995-303050中公开的传统技术通过使用导频信号来设置可变衰减器3和9的衰减量以及可变相位移相器4和10的相移，其中，组合形式的一个可变衰减器和一个可变相位移相器被称为一个向量调制器。

也就是说，在图3中，从输入端1中输入第一导频信号，而第二导频信号在主放大器5的输出端处被输入到分隔器7。从分隔器7中的差值信号D中提取第一导频信号以便检查失真检测环路L1并且以这样一种方式来控制失真检测环路L1的向量调制器，即，可变衰减器3和可变相位移相器4，以使差值信号D不含有第一导频信号。

另外，检查第二导频信号，看它是否包括在分隔器12的输出信号G中，并且失真补偿环路L2的向量调制器，即，可变衰减器9和可变相位移相器10被如此控制以便防止第二导频信号被包括在输出G中。

在日本专利公开出版物No.1995-303050中公开的传统技术中，如果实施适当的补偿，则第一和第二导频信号的检测电平可以几乎为零。可是，如果系统处于错误状态中，例如，如果主放大器5出了故障，则检测电平不会变为零，而可能超过一个预确定电平。然后该系统通知操作员或维护人员此种情况并同时切断电源。

如上所述，如果主放大器5正常地操作，如图3所示的传统FF放大设备能够以这样一种方式来设置可变衰减器3的衰减量和可变相位移相器的4相移量，以使从分隔器7中输出的差值信号D只包含失真分量。可是，如果主放大器5的增益被减少，例如由于主放大器5的分量错误造成的，则主放大器5的增益降低不可以被可变衰减器3的衰减量所补偿。也就是说，主放大器5的增益可以被降低以便超过可变衰减器3的可调衰减范围。

在此种情况，在日本专利公开出版物No.1996-307161中公开的传统技术公布一个有关检测这种错误状态的告警，而在日本专利公开出版物No.1995-303050中公开的传统技术通知该情况并同时切断电源。

可是，如果在检测到主放大器的故障之后切断电源，使用这种FF放大设备的一个移动通信基站和一个中继站被禁止，从而来不能执行移动通信。另外，如果只公布一个告警，同时按原样保持FF放大设备的操作，事实上如在日本专利公开出版物No.1996-307161中公开的，无法使主放大器5的输出信号A的次要分隔信号C的幅度与同轴延迟线6的分隔信号B的幅度一致。因此，从分隔器7中输出的差值信号D将包括多载波信号的载波以及失真分量。另外，由于在辅助放大器11的输出信号F中的失真分量的幅度不能等于同轴延迟线8上的多载波信号E中的失真分量的幅度，所以失真分量保持在分隔器12中的输出信号G中。

发明内容

因此，本发明的一个目的是提供一种前馈型非线性失真补偿放大设备，该设备在有效地减少由主放大器产生的失真分量的同时能够继续它的操作，即使在例如由于放大元件损坏引起的主放大器故障的情况中。

根据本发明的优选实施例，这里提供一种前馈型失真补偿放大设备，包括：一个第一分隔单元，用于把输入信号分隔成为第一信道信号和第二信道信号；一个第一可变衰减单元，用于衰减第一信道信号的幅度；一个可变相位移相器，用于移相经幅度衰减的第一信道信号；一个主放大器，用于放大可变相位移相器的输出信号；一个第二可变衰减单元，用于处理该第二信道信号以便提供一个幅度调整了的第二信道信号；一个延迟单元，用于延迟该幅度调整了的第二信道信号以便补偿第一信道信号的延迟；一个第二分隔单元，用于把主放大器的输出信号分成为第三信道信号和第四信道信号，并从第三信道信号和延迟的第二信道信号之一中减去另外一个以便提取由主放大器引入的一个失真分量；一个失真补偿单元，通过使用第二分隔单元提取的失真分量来用于消除由主放大器引入到第四信道信号的一个失真分量；以及一个控制器，当主放大器出现故障时，该控制器利用通过比较经幅度调整的第二信道信号和第三信道信号的幅度所获得的数据来顺序地控制第一可变衰减单元和第二可变衰减单元。

附图说明

从和附图一起给出的优选实施例的下列描述中，本发明上面的和其他目的和特征将变得显而易见，附图中：

图1示出了一个方框图，说明根据本发明第一优选实施例的一种前馈型非线性失真补偿放大设备；

图2描述了一个方框图，说明根据本发明第二优选实施例的一种前馈型非线性失真补偿放大设备；和

图3是一个方框图，说明一种传统前馈型非线性失真补偿放大设备。

最佳实施方式

图1示出了一个方框图，说明根据本发明第一优选实施例的一种前馈型非线性失真补偿放大设备。由于如图1所示的设备的一些元件与如图3所示的传统设备的那些相同，所以同一参考数字被用来表示和识别与传统设备的那些元件对应或相同元件并将省略它的重复描述。在此，参考数字16表示一个可变衰减器。

除了在一个失真检测环路L1中的分隔器2和同轴延迟线6之间设置的可变衰减器16之外，如图1所示的设备结构与如图3所示的相同。即使在由于在主放大器5中某个放大元件损坏而使主放大器5出故障的情况下，可变衰减器16使得同轴延迟线6的分隔信号B的幅度基本上等于由分隔器7从主放大器5的输出信号A中获得的次要分隔信号C的幅度，并且其结果是，主放大器5的增益降低太多而不能被可变衰减器3补偿。

由分隔器2将来自输入端1的输入多载波信号分隔而获得的一个分隔信号B′被可变衰减器16衰减。其后，衰减的信号被同轴延迟线6延迟，然后作为分隔信号B被提供给分隔器7，就象如图3所示的传统设备中的一样。其余处理与参考图3描述的传统技术的那些相同。

在可变衰减器16中，以这样一种方式来设置一个预确定初始值(例如，衰减的最小量)以使得可以通过使用来自控制单元14中的控制信号G3来增加可变衰减器16的衰减。在一个正常操作期间，初始值被保持在可变衰减器16处并且通过控制信号G1和θ1控制单元14以这样一种方式来控制可变衰减器3的衰减量以及可变相位移相器4的相移量，即，使来自主放大器5的输出信号A中的次要分隔信号C的幅度等于同轴延迟线6的分隔信号B的幅度。

例如，控制单元接收来自分隔器7中的分隔信号B和C然后监视它的幅度。如果幅度彼此不相同，则控制单元14通过使用控制信号G1来控制可变衰减器3的衰减量，以使信号B和C的幅度相等。

如果主放大器5的增益降低，例如由于在主放大器5中的放大元件的故障所引起的，控制单元14通过使用控制信号G1来减少可变衰减器3的衰减量，以使分隔信号B和C的幅度互相匹配。可是，如果即使将可变衰减器的衰减量被最小化，分隔信号B和C的幅度不能被控制成彼此一致，则控制单元14使用控制信号G3来控制(增加)可变衰减器16的衰减量，从而来减少分隔信号B的幅度。因此，分隔信号B和C的幅度可以被控制从而变成彼此相等。

即使从输出端13中获得的多载波信号G的幅度在这种情况下减少，也可以不必禁止放大操作就可获得一个消除了失真的多载波信号。

如果即使对于可变衰减器16的最大衰减也不能产生信号C的幅度以便与信号B的幅度相同，则无法获得具有有效抑制失真的多载波信号。在检测这样一个实例之后，控制单元14借助一个设备(未示出)切断电源，从而来终止放大操作。

图2描述了一个方框图，说明根据本发明第二优选实施例的一种前馈型非线性失真补偿放大设备。如图2所示的设备包括与如图1所示设备的那些元件相同的一些元件并且还包括一个P1和P2产生电路17和19，混频器18和20，一个P1和P2检测器21和22。与如图2所示设备相同的参考数字被用来表示和标识如图1所示设备的那些对应或相同元件并且将省略它的重复描述。

根据本发明第二实施例的图2的设备通过使用如使用在日本专利公开出版物No.1995-303050中公开的传统技术中的导频信号来监视主放大器5的增益。

在图2中，P1产生电路17产生一个具有频率f1的导频信号P1而混频器18把导频信号P1与来自输入端1中的一个多载波信号混合。混频信号被提供到一个失真检测环路L1。导频信号P1的频率f1与从输入端1中输入的多载波信号的任何载频不同。在失真检测环路L1中，导频信号P1和该多载波信号按照如图1的第一实施例中所描述的类似的方式一起进行处理。因此，在分隔器7处从次要分隔信号C中包含的信号中减去包括在分隔信号B中的导频信号P1，并且如果分隔信号B的幅度等于次要分隔信号C的幅度，则导频信号P1不包括在来自分隔器7中的差值信号D中。

用于从差值信号D中检测导频信号P1的P1检测器21提供一个检测结果到控制单元14。只要P1检测器21没有检测到导频信号P1，则控制单元14就继续断言同一组控制信号(G1，θ1，G3)，以把每个电路的相同设定值保持在失真检测环路L1中。可是，如果导频信号P1被P1检测器21检测到(即，导频信号P1的幅度≠0)，则控制单元14通过使用该控制信号G1来控制可变衰减器3的衰减量从而使由P1检测器21检测到的导频信号P1的检测幅度变成零。

不管可变衰减器3的衰减量的控制如何，例如，由于在主放大器5中的放大元件的损坏，被P1检测器21检测到的导频信号P1幅度可能没有被控制变成零。在这样一种情况中，通过使用控制信号G3来控制可变衰减器16的衰减量增加，同时将可变衰减器3的衰减最小化(即，将混合到主放大器5的输出信号A中的导频信号P1的幅度最大化)。因此，在P1检测器21处的导频信号P1的检测幅度能够变成零。

如果即使对于上述的控制处理，检测幅度没有变成零，则电源被一个设备(未示出)关掉以终止放大操作，与图1的第一优选实施例中的一样。

另外，为了控制一个失真检测环路L2，产生具有频率f2的导频信号P2的P2产生电路19被设置在主放大器5和分隔器7之间。频率f2与导频信号P1的频率f1以及多载波信号的载频中的任何一个都不同。导频信号P2被混频器20混合到主放大器5的输出信号A中，然后被提供到失真补偿环路L2的分隔器7，并且，由P2检测器22检测来自分隔器12的输出信号中的导频信号P2。

控制单元14接收P2检测器22的检测输出以便确定检测输出的幅度，并通过使用控制信号G2和θ2以这样一种方式来控制可变衰减器9的衰减量和可变相位移相器10的相移量，即，使P2检测器22的检测幅度变成零。

当从分隔器7中输出的差值信号D被控制成不包括多载波信号和导频信号P1时，差值信号D由主放大器5产生的失真分量和导频信号P2所组成。并且如果包括在分隔器7的输出信号E中的失真分量的幅度和相位被控制为与从一个辅助放大器11中输出的失真分量的幅度和相位相同，则包括在输出信号E中的导频信号P2和失真信号F变成具有一个相同的幅度和相位。输出信号E的导频信号P2和失真信号F的在分隔器12处被做减法处理，并因此P2检测器22不能检测到导频信号P2。

如上参考本发明第二实施例所述，首先以这样一种方式来控制失真检测环路L1中的可变衰减器3和16的衰减量和相位移相器4的相移量，即，使导频信号P1不能被P1检测器21检测。其后，在失真补偿环路L2中的可变衰减器9的衰减量和移相器10的相移量被如此设置以使导频信号P2不被P2检测器22检测。

虽然关于优选实施例已经示出了本发明，但是本领域技术人员应该理解，不偏离由下列权利要求中所定义的本发明的精神和范围可以进行各种改变和修改。

Claims (1)

1.一种前馈型失真补偿放大设备，包括：

一个第一分隔单元，用于把输入信号分隔成为第一信道信号和第二信道信号；

一个第一可变衰减单元，用于衰减第一信道信号的幅度；

一个可变相位移相器，用于移相经幅度衰减的第一信道信号；

一个主放大器，用于放大可变相位移相器的输出信号；

一个第二可变衰减单元，用于处理该第二信道信号以便提供一个幅度调整了的第二信道信号；

一个延迟单元，用于延迟该幅度调整了的第二信道信号以便补偿第一信道信号的延迟；

一个第二分隔单元，用于把主放大器的输出信号分成为第三信道信号和第四信道信号，并从第三信道信号和延迟的第二信道信号之一中减去另外一个以便提取由主放大器引入的一个失真分量；

一个失真补偿单元，通过使用第二分隔单元提取的失真分量来用于消除由主放大器引入到第四信道信号的一个失真分量；以及

一个控制器，当主放大器出现故障时，该控制器利用通过比较经幅度调整的第二信道信号和第三信道信号的幅度所获得的数据来顺序地控制第一可变衰减单元和第二可变衰减单元。

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