CN1263240C - 一种用于宽带码分多址系统的线性功放装置 - Google Patents

Abstract

一种涉及电通信技术的用于宽带码分多址系统的线性功放装置，包括电源模块，主功放模块，误差放大器模块和延时滤波器模块，主功放模块经过主路上的延时滤波器模块后输出，同时，由主功放模块分路输出的信号进入误差放大器模块进行载波抵消，误差信号经过误差放大器模块中的误差放大器放大后与主路上的输出信号进行误差抵消，其特征在于：还包括检测模块和自适应控制模块，所述的检测模块对信号进行载波抵消检测和频谱扩散分量抵消检测，有关检测信息送入自适应控制模块进行信号处理，通过自适应控制模块中的数字信号处理器处理后，产生载波抵消和频谱再生分量的自适应控制信号，反馈至主功放模块和误差放大器模块，从而完成多载波的线性功率放大。本发明成本低、性能好。

Description

一种用于宽带码分多址系统的线性功放装置

技术领域

本发明涉及电通信技术，尤其涉及一种用于宽带码分多址系统的线性功放装置。

背景技术

由于数字移动通信技术的发展，尤其是CDMA和第三代移动通信技术(即3G)的发展，对线性功放指标提出了新的要求。在CDMA或3G系统中，即使是单载频也需要采用线性功放装置，不然的话，其产生的频谱扩散就难以满足规范要求的频谱辐射模板Spectrum emission mask的要求。

在功放的线性化技术中，包括最常用的数字预失真或前馈技术，都必须先知道功放的频谱扩散状况，即先得到频谱扩散分量的幅度和相位信息，然后进行线性化。检测线性功放带外频谱扩散一般的方法是引入导频信号，靠检测导频信号来判别频谱扩散的程度。其具体做法是针对不同的技术，如GSM、W-CDMA等，设计一种对应的导频信号，然后在线性功放的输出检测导频信号，并用其来代替带外的频谱扩散分量，线性功放按照导频信号通过其内部的算法来控制矢量调制器，从而达到抵消由主功放引入的频谱扩散分量。

现有的带导频前馈线性功放如图1所示，由激励放大器101、末级放大器102、误差放大器105，与矢量调制器104等一起组成前馈电路的两个环路；控制接口103和导频音产生106、导频音接收107等组成自适应前馈控制系统。高线性射频信号从收发信机输出，到线性功放输入端，经功分器分为两路，一路作为主路信号，经激励放大器101和末级放大器102放大，由于功放电路非线性的影响，输出信号产生频谱扩散，由耦合器耦合出一小部分信号送入载频抵消回路，大部分信号则通过延迟线延迟后进入输出耦合器，与误差放大器105输出的误差信号进行抵消，从而得到符合要求的射频输出功率信号；由功分器分出的另一路输入信号经延迟线和矢量调制器104调整后进入耦合器，与耦合器耦合出的主路信号进行载频抵消，接入衰减器进行电平调整，抵消后的误差信号经矢量调制器104调整后进入误差放大器105，将误差信号放大到合适的电平，然后送入输出耦合器实现误差抵消功能。导频音产生器106、导频音接收器107是导频信号产生和接收的模块，如前所述，它们为指示频谱扩散分量而设，与控制接口103及两个环路一起，构成自适应线性功放，这种方案由于需要导频产生和接收模块，增加了系统的成本，相对于有用信号，导频信号是一种干扰信号，造成系统性能和精度降低，如果用简单的带外导频的技术方案，它能反映抵消效果，但精度不高，特别是对于象CDMA和WCDMA这样的宽频带系统，其不足之处尤为明显。

发明内容

本发明的目的在于提供一种成本较低且性能好的用于宽带码分多址系统的线性功放装置。

本发明所采用的技术方案为：这种用于宽带码分多址系统的线性功放装置，包括电源模块，主功放模块，误差放大器模块和延时滤波器模块，主功放模块接收输入信号，经过主路上的延时滤波器模块后输出，同时，由主功放模块分路输出的信号在幅度相位调整后进入误差放大器模块中的耦合器进行载波抵消，误差信号经过误差放大器放大后与主路的输出信号进行误差抵消，其特征在于：还包括检测模块和自适应控制模块，所述的检测模块对信号进行载频抵消检测和频谱扩散抵消检测，有关检测信息送入自适应控制模块进行信号处理，通过自适应控制模块中的数字信号处理器DSP处理后，产生载波抵消和系统频谱再生分量的自适应控制信号，反馈至主功放模块和误差放大器模块；

所述的检测模块包括载频抵消检测模块和频谱扩散抵消检测模块，所述的载频抵消检测模块直接采用检波器件对误差放大器的输入信号与经过主功放模块放大后通过延时滤波器模块输入的信号进行载波抵消检测，所述的频谱扩散抵消检测模块对通过延时滤波器模块输入系统的输出信号进行频谱扩散抵消检测；

所述的频谱扩散抵消检测模块连接耦合器和衰减器，取得系统的输出信号，该频谱扩散抵消检测模块包括接收部、频率源和检测部，接收部包括选通开关、混频器、声表和放大器；频率源通过锁相环提供一个锁相的本振信号，该本振信号与接收部所接收的输入信号经混频、中频放大后，由接收部输出信号至检测部；

所述的载频抵消检测模块中的接收部采用两级声表滤波器结构，所述的接收部由选通开关401、混频器402、声表403、中频放大404、衰减器PAD405、中频放大器406和声表407依次相连组成；

所述的频率源由锁相环PLL409、衰减器PAD410和放大器411依次相连组成，放大器411输出作接收的本振；

所述的载频抵消检测模块采用芯片AD8313，对输入信号检测后进行运算放大，输出的直流电压对应于载波抵消的幅度，然后由AD进行采样得出载波抵消效率的数字信息。

所述的频谱扩散抵消检测模块采用芯片AD8307，对系统产生的频谱再生分量抵消信号进行检测，然后经AD采样，输出交调抵消效率的数字信息；

所述的主功放模块由分路器301、移相器302、衰减器303和主功放304依次相连而成，输入信号经分路器301分为两路，其中，一路作为主路信号，输至主功放304，由主功放304输出信号至延时滤波器模块；另一路通过耦合器321和延迟线311与耦合器312相连，同时，主功放304输出的放大信号经过耦合器305连至耦合器312，由耦合器312输出误差信号至误差放大器模块；

所述的误差放大器模块由移相器314、衰减器315和误差放大器316相连组成；

所述的衰减器315为可调衰减器；

所述的耦合器305连接固定衰减器310至耦合器312；

所述的延时滤波器模块203包括耦合器305、延迟线306、耦合器307、耦合器308和环形器309并依次相连。

本发明的有益效果为：在本发明中，采用检测模块和自适应控制模块，所述的检测模块对信号进行载频抵消检测和频谱扩散抵消检测，有关检测信息送入自适应控制模块进行信号处理，通过自适应控制模块中的数字信号处理器DSP处理后，产生载波抵消和系统频谱再生分量的自适应控制信号，反馈至主功放模块，由于使用数字电路，表现为灵活性好，调试量少，与现有技术相比，节省了导频信号的产生、接收电路，降低了设计的复杂度，提高了检测频谱扩散分量的精度，如采用了数字信号处理器DSP、芯片AD8307、芯片AD8313等，这种模块化设计实现了由模拟电路向数字电路的过渡，取得了技术上的升级换代，简化了检测的复杂性，降低了成本，提高了可生产性。总之，本发明成本较低而且性能优良。

附图说明

图1是现有技术原理示意图；

图2是本发明原理示意图；

图3是本发明电路结构示意图；

图4是频谱扩散抵消检测模块电路结构示意图；

图5是相位幅度误差值曲线示意图；

图6是相位幅度的寻优示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明：

根据图2、图3和图4，如图2所示，本发明包括电源模块206，电源模块206对输入系统的一次电源进行DC/DC变换，输出的直流电源分别供各模块使用；主功放模块201和误差放大器模块202，主功放模块201接收输入信号，经过主路上的延时滤波器模块203后产生输出信号，同时，由主功放模块201分路输出的信号进入误差放大器模块202进行载波抵消，误差信号经过误差放大器模块202中的误差放大器放大后与主路的输出信号进行误差抵消，还包括检测模块204和自适应控制模块205，所述的检测模块204对信号进行载频抵消检测和频谱扩散抵消检测，有关检测信息送入自适应控制模块205进行信号处理，通过自适应控制模块205中的数字信号处理器DSP处理后，产生载波抵消和系统频谱再生分量，也称误差抵消的自适应控制信号，反馈至主功放模块201和误差放大器模块202。

如图3所示，主功放模块201由分路器301、移相器302、衰减器303和主功放304依次相连而成，输入信号经分路器301分为两路，其中，一路作为主路信号，输至主功放304，由主功放304输出信号至延时滤波器模块203；另一路通过耦合器321和延迟线311与耦合器312相连，同时，主功放304输出的放大信号经过耦合器305通过固定衰减器310连至耦合器312，在这里，为了使两路信号的幅度相等，一是在主路信号耦合出来后，接入固定衰减器310进行电平调整；二是由衰减器303进行实时的可调衰减；耦合器312输出误差信号至误差放大器模块202。对于具体的主功放模块201应用来说，也可以将主功放模块201分成前、后置单元的格式。

如图3所示，误差放大器模块202由移相器314、衰减器315和误差放大器316依次相连组成，衰减器315为可调衰减器。

如图3所示，延时滤波器模块203包括耦合器305，延迟线306、耦合器307、耦合器308和环形器309并依次相连，末级功放输出信号通过延迟线306延时后进入输出耦合器307，与误差放大器输出的误差信号进行误差抵消，得到符合要求的射频输出信号。

检测模块204包括载频抵消检测模块和频谱扩散抵消检测模块，载频抵消检测模块直接采用检波器件对输入信号与经过主功放模块201放大后的信号进行载频抵消检测，载频抵消检测可直接由RF检测器件检出，如用检波二极管，或诸如芯片AD8313，AD8362，AD8307等。本实施例中，载频抵消检测模块采用芯片AD8313，对输入信号检测后进行运算放大，输出的直流电压对应于载波抵消的幅度，然后由AD进行采样得出载波抵消效率的数字信息；载频抵消检测模块也可采用芯片AD8307，对经过主功放模块201的放大信号的频谱再生分量抵消信号进行检测，然后经AD采样，输出交调抵消效率的数字信息。对于载频抵消的检测相对简单些，因为即使抵消达到20-30dB，其输出端主载频的能量仍然占优势，因此只要测量出其输入端和输出端的功率差值便可确定载频抵消的dB数。

在CDMA和WCDMA系统中，因为信号的频谱较宽，功放的线性指标可以用邻道功率比ACPR或邻道功率泄漏比ACLR来表示。在CDMA系统里，对应于使用的载频数的不同，有上下750KHz、1.98MHz等多个偏移点；在W-CDMA系统里，对应于使用的载频数的不同，有上下5MHz、10MHz等多个偏移点。由于上下相同频率偏移信道频谱扩散的对称性，在实现时可以减少检测的信道，一般情况下，按时序进行单路检测，再运用算法平衡上下的偏移点。所以说单路检测已经能够满足大多数系统的应用，这里就以频谱扩散抵消检测的单路检测为例进行进一步说明，频谱扩散抵消检测模块对系统的输出信号进行频谱扩散抵消检测，频谱扩散分量的检测较复杂，需要滤除载频信号，取出频谱扩散分量，且其信号电平较低，考虑到功率放大的通用性，在本发明中采用中频检测的方法，频谱扩散抵消检测模块连接耦合器308和衰减器317，取得系统的输出信号频谱，频谱扩散抵消检测模块包括接收部、频率源和检测部，接收部包括选通开关、混频器、声表和放大器；频率源通过锁相环提供一个锁相的本振信号，该本振信号与接收部所接收的输入信号经混频、中频放大后，由接收部输出信号至检测部，如图4所示，接收部采用两级声表滤波器结构，由选通开关401、混频器402、声表403、中频放大404、衰减器PAD405、中频放大器406和声表407依次相连组成，选通开关401对两路信号进行选择，它用于确定载频位置的频率扫描，然后进行RF混频，对选通开关401要求低插损，高隔离，在基站系统告诉频率码的情况下，也可以省略该选通开关401，混频器402的作用是将射频下变频至中频，例如选用190MHz的中频，对于混频器402要求有低的变频损耗，高的截点值，混频器的截点值直接关系到接收单元的互调性能，在声表407之前，用中频放大器406进行放大，在此，可按增益指标的要求选择中放的级数，包括在声表407后再放大；如图3所示，频率源由锁相环PLL409、衰减器PAD410和放大器411依次相连组成，放大器411输出连至接收作本振信号。其中，选通开关401也可以由分配器替换，其余电路可根据不同的要求稍有区别。

中频放大的作用是补偿混频器402的变频损耗和声表滤波器403、407的插损，为后级提供足够的幅度信号，它要求有足够的增益，高的截点值。在混频器402后接一级中频IF滤波，中频IF滤波后接一级中频放大器404，中频IF滤波的作用是滤除无用的主载波信号和其它干扰信号，中频IF滤波器对邻道的抑制直接影响到检测的准确性。为了使导频信号的检测更加准确，必须对带外无用信号有足够的抑制，考虑到抑制的指标，所以在本发明中选用两级声表滤波器。

系统闭环控制依赖于上述载频和邻道功率比ACPR环路的抵消检测精确度，因此这两个参数的检测精度将直接影响到环路的调整效果，即环路的抵消结果。

在自适应控制模块205中，对接收到的检测信息进行信号处理，其主要的器件是数字信号处理器DSP，在此按一定的算法完成载波抵消和系统频谱再生分量的自适应控制抵消。

自适应抵消的算法要求是稳定性高、可靠性好，收敛时间短。因为对环路稳定时间的要求是愈短愈好，因此寻找一个良好的自适应控制方法十分必要。

无论是载频还是邻道功率比ACPR抵消环，其抵消效果均与抵消合成器或耦合器两输入支路的相位和幅度误差有关，由公式：

          Attn＝101g(1+10^ΔA/10-2*10^ΔA/20*COSΔΦ)可以画出一簇曲线如附图5所示，图5中横坐标表示相位误差，单位是度，纵坐标是幅度误差，单位是dB，该图中最大的一个环线表示抵消10dB时的相位和幅度误差，从外环到坐标原点的依次是抵消15、20、30、40、50dB时的相位和幅度误差值曲线。

实际的情形是，假定检测出环路抵消结果为某一数值时，由于多值的对应关系，我们不可能确切知道此时具体的相位和幅度误差数值，因此线性功放抵消环优化控制算法的数学模型应当是二维参数寻优问题。

对于二维参数寻优问题最简单的优化方法是：先将一维参数固定，优化另一维参数，即先固定相位对幅度优化，也可以反过来进行。由于前馈功放的特殊性，在实现时应先保持幅度不变，对相位先进行优化。其好处是优化的收敛速度快，优化算法简单。这样就可以将二维优化问题简化成一维问题。在大多数实际情形中，导致抵消效果不佳的原因是相位和幅度都有误差，极特殊情况只有幅度或相位一个参数存在误差，因此采用这种方法寻优收敛速度并非最佳，原因是在大多数情况下，优化相位和幅度中任一维参数并不能达到满意的抵消效果，因为单一参数即使达到最优值，也不能保证相位和幅度误差值点落入抵消效果满足要求的数值区域。

为了使相位和幅度误差值尽快落入满意抵消效果所要求的取值范围，可以采用两维参数交替优化方法，具体的作法是先固定一个参数如幅度，先对另一个参数如相位进行一步优化，然后再在该点固定另一个参数如相位对幅度参数进行一步优化，这样交替进行，效果最佳，收敛最快，因为优化的轨迹是寻着对角线进行的，如图6所示，右上角的圆点表示优化起始点，左下角的圆点表示优化收敛点，两点之间的优化轨迹近似为一条直线，所以收敛最快。

环路优化控制程序优化参数选取的步长总的趋势应是起始时较大，然后逐步减少，愈接近优化目标点参数选取步长愈小。

在上述实施例中讨论了有关WCDMA线性功放，但就其电路原理、结构和工作方式而言，完全适合于窄带CDMA线性功放，就其频谱扩散指标，工作频率及带宽而言，CDMA更加简单，此处不再赘述。

Claims (11)

1.一种用于宽带码分多址系统的线性功放装置，包括电源模块(206)，主功放模块(201)和误差放大器模块(202)，主功放模块(201)接收输入信号，经过主路上的延时滤波器模块(203)后产生输出信号，同时，由主功放模块(201)分路输出的信号进入误差放大器模块(202)进行载波抵消，误差信号经过误差放大器模块(202)中的误差放大器放大后与主路的输出信号进行误差抵消，其特征在于：还包括检测模块(204)和自适应控制模块(205)，所述的检测模块(204)包括载频抵消检测模块和频谱扩散抵消检测模块，所述的载频抵消检测模块直接采用功率检测器件对误差放大器的输入分路信号与经过主功放模块(201)放大后通过延时滤波器模块输入的信号进行载频抵消检测，所述的频谱扩散抵消检测模块对通过延时滤波器模块输入系统的输出信号进行频谱扩散抵消检测，检测模块(204)对信号进行载频抵消检测和频谱扩散抵消检测，有关检测信息送入自适应控制模块(205)进行信号处理，通过自适应控制模块(205)中的数字信号处理器DSP处理后，产生载波抵消和频谱再生分量抵消的自适应控制信号，分别反馈至主功放模块(201)和误差放大器模块(202)，进行幅度和相位的调整。

2.根据权利要求1所述的用于宽带码分多址系统的线性功放装置，其特征在于：所述的频谱扩散抵消检测模块连接耦合器(308)和衰减器(317)，取得系统的输出信号，该频谱扩散抵消检测模块包括接收部、频率源和检测部，接收部包括选通开关或分路器、混频器、声表和放大器等电路；频率源通过锁相环提供一个锁相的本振信号，该本振信号与接收部所接收的输入信号经混频、中频放大后，由接收部输出信号至检测部。

3.根据权利要求2所述的用于宽带码分多址系统的线性功放装置，其特征在于：所述的载频抵消检测模块中的接收部采用两级声表滤波器结构，所述的接收部由选通开关(401)、混频器(402)、声表(403)、中频放大(404)、衰减器PAD(405)、中频放大器(406)和声表(407)依次相连组成。

4.根据权利要求2所述的用于宽带码分多址系统的线性功放装置，其特征在于：所述的频率源由锁相环PLL(409)、衰减器PAD(410)和放大器(411)依次相连组成，放大器(411)输出作接收的本振。

5.根据权利要求1所述的用于宽带码分多址系统的线性功放装置，其特征在于：所述的载频抵消检测模块采用芯片AD8313，对输入信号检测后进行运算放大，输出的直流电压对应于载波抵消的幅度，然后由AD进行采样得出载波抵消效率的数字信息。

6.根据权利要求1所述的用于宽带码分多址系统的线性功放装置，其特征在于：所述的频谱扩散抵消检测模块采用芯片AD8307，对系统产生的频谱再生分量抵消信号进行检测，然后经AD采样，输出交调抵消效率的数字信息。

7.根据权利要求1所述的用于宽带码分多址系统的线性功放装置，其特征在于：所述的主功放模块(201)由分路器(301)、移相器(302)、衰减器(303)和主功放(304)依次相连而成，输入信号经分路器(301)分为两路，其中，一路作为主路信号，输至移相器(302)，衰减器(303)，再到主功放(304)，由主功放(304)输出信号至延时滤波器模块(203)；另一路通过耦合器(321)和延迟线(311)与耦合器(312)相连，同时，主功放(304)输出的放大信号经过耦合器(305)连至耦合器(312)，由耦合器(312)输出误差信号至误差放大器模块(202)。

8.根据权利要求1或7所述的用于宽带码分多址系统的线性功放装置，其特征在于：所述的误差放大器模块(202)由移相器(314)、衰减器(315)和误差放大器(316)依次相连组成。

9.根据权利要求8所述的用于宽带码分多址系统的线性功放装置，其特征在于：所述的衰减器(315)为可调衰减器。

10.根据权利要求7所述的用于宽带码分多址系统的线性功放装置，其特征在于：所述的耦合器(305)连接固定衰减器(310)至耦合器(312)。

11.根据权利要求1或7所述的用于宽带码分多址系统的线性功放装置，其特征在于：所述的延时滤波器模块(203)包括耦合器(305)、延迟线(306)、耦合器(307)、耦合器(308)和环形器(309)并依次相连。

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