CN1285974A - 电信系统中的方法及装置 - Google Patents

Abstract

根据发明,提供了包括相位旋转器(50)和相位调整器(52)的笛卡儿控制装置(16)。使用根据发明的方法和装置,提供了相对非相位校准的无条件稳定系统,不管输入功率的变化、温度和部件的老化。不需要对控制系统提供某些条件以确保稳定性,即,系统是非妨碍性的而且不需要离线校准。在笛卡儿控制系统中包括相位旋转器(50)和相位调整技术使之得以实现。

Description

电信系统中的方法及装置

发明的技术领域

本发明涉及笛卡儿控制系统。

有关领域描述

在电信系统中，特别是在Rf应用中，需要线性化的有效方法以便使互调最小，其中一个原因是功率放大器中的非线性产生的失真。

在宽带系统中，有两种方法处理放大器的失真：预失真和前馈。预失真意味着可逆地模仿主放大器引入的失真并提供给放大器的输入，藉此产生完全理想地等于与功率无关的常数。

前馈技术基本上由两个独立步骤组成。第一步是提取主放大器在将要放大的信号上引入的失真。这称为提取误差信号。第二步是将这个误差信号反相并时间对准地注入前馈放大器的输出，藉此抵消失真。前馈技术的运用依赖于反相而且等幅度地正确加入旋转信号矢量的能力。

Powell等人的US专利5，257，346揭示了笛卡儿控制系统的前馈线性化器。这种情况下的笛卡儿控制是指复数笛卡儿相关检测器，跟随线性笛卡儿反馈控制的组合。Gailus的U.S专利5，134，718揭示了在输入信号和输入反馈信号之间的线性发射机中纠正初始相位关系、打开反馈环路(开环)、然后从特殊注入的训练信号中计算相位的方法和装置。打开反馈环路的方法本身具有中断反馈环路正常操作的缺点，因此扰乱系统。这种方法被认为是妨碍性方法，因为它中断了反馈环路的正常操作。

Bergsten和Nystrm的WO94/05078揭示了在笛卡儿反馈环路内中频纠正相位关系的方法。概述

在笛卡儿控制系统中，反馈和输入信号变化之间的相位随温度、部件老化以及输入功率等而变化。如果笛卡儿反馈和输入信号不是相位对准的，那么就会危害到稳定性。因此希望跟踪并调节这些相位变化以确保稳定性。

对温度、部件老化以及输入功率等的依赖可能交替为特征，而且系统参数修改的目的是能够更好地启动操作。这可以认为是妨碍性相位调整器技术，需要离线校准。如果大多数系统--例如前馈线性化器--的操作不能接受，这种对正常操作的中断是很不方便的。此外，这种修改将降低控制系统潜在的带宽或速度。此外，这些修改没有改变系统是条件稳定的事实，因此在操作过程中不稳定性还是会出现的。

因此，本发明的一个目的是提供一种用于笛卡儿控制系统的非妨碍性控制装置，所述控制装置对于反馈和输入信号之间的相位未对准提供非条件稳定性。

发明的另一个目的是提供用于笛卡儿控制系统的非条件稳定的非妨碍性方法和装置，同时不降低系统的带宽和精确度。

发明的又一个目的是在笛卡儿控制系统中提供保持反馈信号和输入信号相位对准的方法和装置。

本发明的另一个目的是为RF应用提供非条件稳定的前馈线性化器的方法和装置。

本发明的另一个目的是提供用于前馈线性化器的相位调整器技术的方法和装置，对于操作是非妨碍性的，即不需要离线校准。

本发明的另一个目的是提供非条件稳定的笛卡儿反馈发射机的方法和装置。

发明的另一个目的是提供用于笛卡儿反馈发射机的相位调整器技术的方法和装置，对于操作是非妨碍性的，即不需要离线校准。

这些目的是通过具有独立权利要求中的特征特性的方法和装置来实现的。发明的其它特性和改进在非独立权利要求中给出。

根据发明，提供的笛卡儿控制系统具有包括相位旋转器和相位调整器的线性笛卡儿环路反馈控制系统。具备了根据发明的方法和装置，就提供了针对非相位对准的非条件稳定的系统，不管输入功率变化、温度、制造分散、部件老化等因素。不需要对控制系统施加任何条件就能保证稳定性，而且系统是非妨碍性的，不需要离线校准。在笛卡儿控制系统中包括相位旋转器和相位调整技术使之得以实现。

因为反馈和输入笛卡儿信号保持相位对准，稳定性的边界要求可以降低。如果用于已知系统，用给定的稳定性边界可以实现更宽的带宽，即更快的控制技术。因此提供了非条件稳定的系统，同时不降低所述系统的带宽或精度。

附图的简要描述

为了更完整地理解本发明及其更多的目的和优点，现在结合附图参考如下描述，其中：

图1表示了具有根据发明实施例的控制系统的前馈线性放大器。

图2A表示包括具有控制器的监控环路的笛卡儿控制系统的实施例。

图2B表示包括具有控制器的监控环路的笛卡儿控制系统的另一个实施例。

图2C表示包括具有控制器的监控环路的笛卡儿控制系统的又一个实施例。

图3A、3B和3C表示包括具有控制器的监控环路的笛卡儿控制系统的另三个实施例。

图4表示根据发明实施例的相位调整方法的流图。

图5表示根据发明实施例的笛卡儿反馈发射机。

图6A和6B是说明根据发明方法的一个实施例的流图。

图7是控制器一个实施例的框图。

实施例的详细描述

图2A是表示笛卡儿控制系统一个实施例的框图。笛卡儿控制系统接收输入到减法器51、53的输入信号I_i、Q_i，它也接收反馈信号I_f、Q_f。减法器产生误差信号，传递到受控的相位旋转器50。输出I’e、Q’e传递到滤波器单元54，其输出传递到受控系统55。受控系统55的输出被分流，用于反馈信号I_f、Q_f并传递到减法器51、53，如上所述。上述单元构成笛卡儿控制系统中的控制环路。

根据发明的一个实施例，笛卡儿控制系统包括控制器16。控制器16连接到笛卡儿控制系统的控制环路，以便能够接收始于笛卡儿控制系统的第一位置T1的第一信号i，q，并接收始于笛卡儿控制系统第二位置T2的第二信号I、Q。图6

图6是说明补偿控制环路中相位旋转的方法的一个实施例的流图。

在第一步S600，测量或估计第一位置T1和第二位置T2上的信号之间的相位旋转。通过从位置T1接收第一信号对i，q(步骤S610)并从位置T2接收第二信号对I，Q来实现。伺候，产生一组差分信号值△i、△q、△I、△Q(步骤S630)。

相位参数θ根据差分信号值产生(步骤S640)。相位参数θ表示第一位置T1和第二位置T2之间的控制环路中的相位旋转。根据步骤S640的一个实施例，相位参数θ如下计算：

在随后的步骤S560中，产生第一相位值φ(n)。相位值φ(n)的计算根据相位参数θ。在步骤S650产生的第一相位值存储在存储器中，用于该方法的随后步骤(步骤S660)。

此后，在步骤S670，接收被旋转的信号对I_eQ_e。在步骤S680，旋转的第一信号I’根据第一相位值φ(n)产生而且信号I_e被旋转。旋转的第二信号Q’以相应的方式产生(步骤S690)。

步骤S670-S690提供的旋转是为了补偿所检测的相位旋转θ而进行的。

在步骤S700，控制器16接收两组新信号i，q和I，Q。此后，在步骤S710，控制器16产生差分信号值△i、△q和△I、△Q。根据差分信号值，产生新的估计θ。新估计θ可以用简化方式得到，允许更快的计算方法。

但是上述步骤S630中的相位参数θ可以使用反正切运算计算，根据步骤S720得到的简化估计只要求两次乘法和一次减法：

θ=△q×△I-△i×△Q

因此，这个简化的方法步骤S720可以比上述方法步骤S640更快地执行。

在随后步骤S730中，获得上述步骤S660存储的第一相位值φ(n)。此后(步骤S740)执行测试以便确定新估计的相位参数θ具有正符号还是负符号。如果步骤S720产生的相位参数的符号是正的，那么新相位值φ(n+1)被设置为比第一相位值φ(n)大的值。根据步骤S750，新相位值通过将适当的弧度数k加到所获得的相位值φ(n)上而得到。被加的值k可以只是一小部分弧度。

相反如果符号θ是负的，那么新相位值φ(n+1)被设置为比前一个相位值φ(n)小的值。

在新相位值φ(n+1)产生之后，在步骤S770存储这个值以便替代前面的相位值φ(n)。此后从上述步骤S670开始重复该方法，以便将待旋转的一对信号旋转新的相位值φ。图1

图1说明根据发明一个实施例的前馈线性化器。根据发明的第一实施例，线性化器包括三个控制器16、26、38。

根据发明第一实施例的控制器控制正交增益和相位调整器(QGPA)。注意在控制装置16、26、38之前需要产生笛卡儿误差信号的检测器方案，例如复数笛卡儿相关器或导频恢复以及正交下变频电路。在所说明的线性化器中有三个QGPA。

在以下描述中，不同实施例中类似或相同的特性将用相同的参照号表示。但是在某些情况下，用类似方式操作的特性有不同的参照号，例如控制装置16、26、38表示处于根据图1的前馈线性化器不同位置上的类似控制装置。

这里所示的根据发明实施例的控制装置控制所有三个QGPA，但是本领域技术人员很容易理解在其它实施例中，控制装置用于控制前馈线性化器中的一个或更多的QGPA。这里描述的发明是数字系统，但是对本领域技术人员显而易见的是发明的概念可以用于同样包括模拟器件的系统。

待线性化的多载波信号s_in通过线性化器的输入2馈入第一QGPA3。从信号可以进行增益和相位调整的第一QGPA 3出来，信号被转发到导频插入装置4，通过它将导频发生器5中产生的导频信号插入信号中。所得的信号被馈入MPA 7(主功率放大器)。信号在MPA 7中放大，然后在第一延迟装置6中延迟，随后馈入第一减法器8。输入信号s_in在第二延迟装置10中延迟，并在第二减法器12中与MPA 7的输出信号合并，在此之前MPA 7的输出信号在衰减装置14中衰减。从第二减法器12输出的合并信号馈入第二QGPA 11。

第二QGPA 11通过第一增益及滤波装置40控制，根据发明一个实施例，该装置被提供了来自第一控制装置16的笛卡儿控制信号I、Q。为第一控制装置16提供了来自变换装置18中执行的导频恢复和正交下变频的笛卡儿误差信号I_e、Q_e，所述变换装置从导频发生器5接收导频音。第二QGPA 11的输出信号馈入误差功率放大器EPA 13，在其中放大，所得信号馈入第一减法器8。第一减法器8将已经提供的两个信号合并，产生线性化输出信号S_out。第二QGPA 11与第一控制装置16及有关的电路组成前馈线性化器的环路LOOP_2。环路LOOP_2工作的目的是减少或抵消失真。

图1的线性化器包括两个另外的环路，LOOP_1抑制来自MPA输出信号的载波，LOOP_3抑制来自线性化器输出信号s_out的载波。在LOOP_1中(抑制来自MPA输出信号的载波)，在第二延迟装置10中延迟了的输入信号s_in，分别使用第一20和第二22耦合器在第二减法器12之前和之后被分接。这些分接的信号馈入第一复数笛卡儿相关器24。第一复数笛卡儿相关器24产生笛卡儿误差信号，根据发明提供给第二控制装置26。第二控制装置26产生笛卡儿控制信号，控制第一QGPA 3。所述笛卡儿控制信号通过第二增益和滤波器装置42馈入第一QGPA 3。

在LOOP_3中(抑制来自线性化器输出信号S_out的载波)，来自第二延迟装置10的延迟信号在第三延迟装置28中进一步延迟，然后馈入第三QGPA 29。从第三QGPA 29出来，信号转发到第三减法器30，在其中与线性化的输出信号S_out的抽样合并。这样合并的信号馈入变换装置18，进行导频恢复和正交下变频，为失真抵消环路LOOP_2中的第一控制装置16产生误差信号。信号在第三减法器30之前和之后被第三32和第四34耦合器分别分接，分接的信号馈入第二笛卡儿相关器36中。在第二笛卡儿相关器36中，产生第三控制装置38的控制信号。第三控制装置38用于控制LOOP_3(抑制来自线性化器输出信号的载波)中的第三QGPA 29，并产生笛卡儿控制信号，通过第三增益及滤波装置44馈入第三QGPA 29。图2

图2A、2B和2C表示笛卡儿控制系统的三个实施例，包括监控环路和根据发明实施例的控制装置16。笛卡儿输入和反馈信号被合并，构成笛卡儿误差信号，然后根据发明实施例，笛卡儿误差信号或笛卡儿反馈信号被旋转相移φ，以便在输入和反馈信号之间维持相位对准。这个旋转受到相位调整器52的控制。两组信号从笛卡儿控制系统中分接并馈入相位调整器。根据这两组信号被分接的位置，所得的相位参数或者是通过受控系统在分接点之间的大相移(图3)，或者是通过受控系统以及相位旋转器在分接点之间的差分相移(图2)。

在图2A中，控制装置16包括相位旋转器50和由相位参数获得装置252及相位调整装置352组成的相位调整器52。笛卡儿误差信号I_e和Q_e插入相位旋转器50，在其中进行相位旋转。这里通过减法器51、53提供输入信号I_i、Q_i以及反馈信号I_f、Q_f，也可以如本领域熟知地用一些其它方式提供笛卡儿误差信号，(例如图1中变换装置18的等效物)。在图2A中，相位旋转器50受相位调整器52的输出信号φ的控制。相位旋转的信号I’e和Q’e馈入增益及滤波器装置54。来自增益及滤波器装置54的输出信号馈入相位调整器52以及受控系统55。受控系统55的输出信号组成笛卡儿反馈信号I_f、Q_f。受控系统55在这里表示为具有两个输出，但是反馈信号可以(例如)在独立输出上提供。

图2B和2C表示将控制装置16应用于根据发明第二及第三实施例的环路的另一种方式，它们的功能与图2A中的相对应。在图2所示的所有实施例中，信号都是通过分接装置组T1-T6从受控系统周围分接，因此相位参数获得装置252估计差分相移。在图2中，分接装置T1-T6包括分接点，但是它们也可以包括耦合器20、22、32、34，如图1所示的前馈线性化器实施例。

相位旋转器50受相位调整器52控制，并对笛卡儿信号进行相位旋转。根据发明，自适应相位旋转器52纠正用于相位旋转器50的相移φ，使笛卡儿输入和反馈信号保持相位对准。相位调整器52的操作

相位调整器52如下操作：相位参数获得装置252使用下面说明的算法之一计算相位参数θ。相位参数θ再被相位调整装置352用于更新相位值φ。相位值φ从相位调整器52传送到相位旋转器50。相位旋转器50根据接收的相位值φ旋转误差信号I_eQ_e。这可以是迭代过程。在图2所示的实施例中，更新是通过如下公式之一实现的：

φ(n+1)=φ(n)+θ    (1)

或者

φ(n+1)=φ(n)-θ    (2)相位参数θ应该加上以前的相位值φ(n)，还是从以前的相位值φ(n)中减去，由分接点的选择来确定。

因此更新的相位值φ(n+1)根据以前的相位值φ(n)和相位参数θ得到。

根据本发明，相位调整技术包括在相位调整器52中。所述技术使用从笛卡儿控制系统分接的四个输入信号(见图2)，即它是非妨碍性的。因此在根据发明的系统中不需要离线校准。从增益及滤波器装置54之前分接的两个信号称为第一分接信号i和q(图2表示了作为例子这些信号可被分接的可能位置)，从增益及滤波器装置54之后分接的两个信号称为第二分接信号I和Q。根据发明的一个实施例，使用所述误差或反馈信号中任一个的相位旋转在笛卡儿输入信号和笛卡儿反馈信号之间维持相位对准，相位旋转基于在笛卡儿控制环路的两个不同位置分接的两组信号之间计算的相移。

相位参数获得装置252接收四个分接信号i、q、I、Q，并产生四个梯度信号△i、△q、△I、△Q。这些梯度用于估计相位参数θ。为了进一步改进相位参数θ，结果可以积分或平均。然后在这种情况(图2)下，相位参数θ加到当前相位φ上，或从中减去，产生新相位值φ(n+1)，该值随后用于控制相位旋转器50。根据发明的系统非妨碍地得到相位参数θ，无论系统状态(即稳定、收敛、经历变迁或不稳定)如何。

首先计算这些信号i、q、I、Q中每一个的梯度。模拟系统中信号梯度的产生是本领域技术人员熟知的，(例如)可以用微分电路进行。在数字系统中，(例如)可以通过减去存储的上一值进行：

△i=i(n)-i(n-1)如果分接的信号原点接近0，梯度可以使用当前值近似：△i=i(n)。

这些梯度信号再用于估计笛卡儿控制系统中的相位参数θ。根据发明实施例，相位参数θ根据四个梯度信号产生。

根据一个实施例，相位参数θ如下计算(技术1)：

根据另一个实施例，称为第二技术，相位参数θ如下计算(技术

式(5)提供了式(3)的近似。

根据另一个实施例，相位参数θ如下计算(技术3)：

根据另一个实施例(技术4)，作为技术3的近似计算相位参数θ： $\mathrm{\θ}=\frac{\mathrm{\Δq}\×\mathrm{\ΔI}-\mathrm{\Δi}\×\mathrm{\ΔQ}}{\sqrt{({\mathrm{\Δq}}^2+{\mathrm{\Δi}}^2)({\mathrm{\ΔQ}}^2+{\mathrm{\ΔI}}^2)}}------\left(8\right)$

根据另一个实施例，相位参数θ如下计算(技术5)：θ=△q×△I-△i×△Q    (9)式(9)是所有上述技术的简化，只使用了分子。

在所有上述式子(3)到(9)中，相位参数作为弧度表示。技术1和3是线性相位检测器函数而且可以用于产生相位参数。技术2和4分别是技术1和3的近似。它们产生绝对相位参数的近似，而且也可以限制分母为0地使用。技术5基本上是非线性相位检测函数。

按这些式子中的一个计算的相位参数θ也可以在相位调整装置352使用之前要求纠正。例如，在检测某些边界条件(例如分接信号的饱和等)时要求干预。

当使用这些式子时，也必须考虑相位参数θ落入哪个象限的正确说明。例如在技术1和2中，假如检查了分子和分母，所有四个象限都可以正确求解。在技术3、4和5中，由于分母总是正的，只有两个象限可以正确求解。

tan(-1/1)=＞θ=+135°在第二象限

tan(1/-1)=＞θ=-45°在第四象限

相位调整意味着使用相位参数θ更新相位φ。例如，在分接点产生差分相位估计的情况下(图1、2&5)，那么相位参数θ的定标量可以加到当前相位上：

φ(n+1)=φ(n)+kθ这里k是定标因子，必须对相位参数θ定标以便确保相位对准环路的稳定性。另一种可能性是取相位估计的符号，确定向哪个方向改变相位φ，并使用k作为给出改变大小的定标因子。

φ(n+1)=φ(n)+ksgn(θ)这里，对于θ＞=0，sgn(θ)=1

对于θ＜0，sgn(θ)=-1

根据发明的这个实施例，相位参数θ在被相位调整装置352使用之前，其估计也可以通过积分(平均)加以改善。

根据发明的相位调整器技术无论反馈环路是否稳定、收敛、正处于变迁态或目前不稳定(临时状态，因为最终相位都会被纠正，系统返回稳定态)，都可以继续工作。相位旋转器50

根据发明一个实施例的相位旋转器50包括执行复数乘法的设备，并参考图2A执行下式表示的运算：

I_e’=I_ecosφ-Q_esinφ

Q_e’=I_esinφ-Q_ecosφ

或者相位旋转器50可以包括所述式子的近似。

增益及滤波器装置54包括增益和低通滤波功能。其它本领域熟知的滤波方法也可以使用。它们与模拟电路一起掌握控制系统的时间常数(速度或带宽)。图3

图3表示根据发明对反馈环路提供控制装置的三种其它方式。图3A、3B和3C分别表示根据发明第四、第五和第六实施例的控制装置103、113、123。

在发明的这些实施例中，相位旋转器50受相位调整器102的控制并对笛卡儿信号进行相位旋转。根据发明的一个实施例，自适应相位调整器102纠正相位旋转器50中所用的相移φ，使笛卡儿输入和反馈信号保持相位对准。

相位调整器102对应于相位调整器52，区别在于，相位值调整装置552与上述相位调整装置352稍有不同。

相位参数获得装置252通过上述任一算法计算相位参数θ，或者它的近似。在图3所示实施例的情况下，如下条件施加于相位参数获得装置252。当使用技术1(式3)时，不进行限制。当θ在-45°到+45°范围内时技术2(式5)能够很好工作。当θ在135°到225°范围内时技术2(式5)也能够很好工作。

技术3(式6)工作在象限1和4中，即-90°&#60θ&#62+90°。

当θ在-45°到+45°范围内时技术4(式8)能够很好工作。

当θ在-45°到+45°范围内时技术5(式9)能够很好工作。

在这种情况下，为了理解简便的目的以度数提供角度值。但是，计算可以用弧度进行。式(5)得到的参数值用弧度表示。同样，式(8)和式(9)得到的参数值用弧度表示。

在图3所示的实施例中，相位值φ的更新通过下式实现：

φ(n+1)=+θ

或

φ(n+1)=-θ相位值φ(n+1)设置为+θ还是-θ由分接点的选择而定。

根据发明的这个实施例，相位调整技术包括在相位调整器102中。所述技术使用从笛卡儿控制信号路径分接的四个输入信号，即它是非妨碍性的。因此，根据发明的系统中不需要离线校准。两个信号i和q被分接(图3表示可能的位置，T7、T9、T12，(例如)这些信号可以从这里分接)，另两个信号I和Q从位置T8、T10、T11分接。根据发明，基于两个不同位置分接的两组信号之间计算的相移，使用所述误差或反馈信号的相位旋转，在笛卡儿输入信号和笛卡儿反馈信号之间维持相位对准。

四个分接信号用于产生四个梯度信号，△i、△q、△I和△Q。这些梯度用于估计相位参数θ。为了进一步改善相位参数θ，结果可以被积分或平均。根据结合图3描述的实施例，新相位值φ(n+1)设置等于估计相位参数θ的值。新相位值φ(n+1)随后用于控制相位旋转器50。无论系统状态如何，即无论系统是否稳定、收敛、正处于变迁态或不稳定，根据发明的系统都能非妨碍地得到相位参数θ。

相位参数获得装置252产生的估计相位参数θ也可以在被相位调整装置552使用之前要求纠正。例如，也可以要求发明检测某些边界条件，例如分接信号的饱和等。

如前面的讨论，当使用那些式子时，相位参数θ落入哪个象限的正确说明也必须考虑。

根据发明的这个实施例，在相位调整装置552使用相位参数θ之前，其估计可以通过积分(平均)来改善。

根据图2和3所示的实施例，监控环路的工作是监视反馈控制系统的主控环路中至少一个部件的相移。监控环路包括相位参数产生器252、相位值产生器352和552、相位旋转器50以及笛卡儿控制系统的主控环路中的至少一个部件。图4

图4表示根据发明一个实施例的相位调整器52、102中包括的相位调整方法的流图。在第一和第二分接点分接的信号在步骤400输入相位调整器52、102。

在步骤402，相位调整器52或102中包括的相位获得装置252使用上面给出的一个式子或者上面给出的一个式子的近似，估计相位参数θ。

如果必要，在步骤404纠正相位参数θ，然后纠正的相位参数θ被同样包括在相位调整器52或102中的相位调整装置352、552用于调整(步骤406)相位值φ，在步骤408，相位值φ从相位调整器52输出并馈入相位旋转器50中，用于旋转笛卡儿信号。

相位旋转器50操作以接收笛卡儿信号对并从相位调整器52接收相位值。相位旋转器50操作以便将笛卡儿信号旋转一个对应于相位值φ的角度。

在相位参数θ的纠正估计被相位调整装置352、552使用之前，可以通过在图4中没有表示的附加步骤中积分(平均)来改善。包括数字信号处理器的数字系统

正如上面提到的，根据发明的方法可以在数字系统中实现。根据发明的一个实施例，控制器16包括数字信号处理设备560、非易失存储器564以及易失存储器(图7)。非易失存储器564存储计算机程序，包括计算机可读的代码，控制数字信号处理器按照上面结合图2或3参考图4所描述的方法操作。非易失存储器564通过数据总线566连接到数字信号处理器560。数字信号处理器560可以包括一个、两个或几个数字信号处理器560A、560B，执行下面描述的功能。计算机程序可以在不同载体上提供，例如光盘，而且它可以通过数据总线安装到非易失存储器564上。图7所示的控制器适于在笛卡儿控制系统中连接，如上面图2所述。尽管数字信号处理设备560及其功能是参考图2和7描述的，但是应该理解也可以用于笛卡儿控制系统的其它

实施例。

相位调整器52或102接收第一信号对i、q以及第二信号对I、Q。在非易失存储器中记录的程序例程使数字信号处理器560B产生差分值△q，例如通过临时存储q信号的连续值q(n-1)、q(n)然后从后一值q(n)中减去前值q(n-1)：

△q=q(n)-q(n-1)

四个信号i、q、I、Q中每一个的差分值△i、△q、△I、△Q都用同样方式产生。

相位参数θ根据差分值△i、△q、△I、△Q产生。在该步骤中，信号处理器560B根据如上所述的式(3)-(9)进行计算。

此后，程序例程使数字信号处理器根据相位参数θ产生相位值巾。相位值φ作为相位旋转处理中的参考值。

待旋转的笛卡儿信号对I、Q由控制器16、103、113、123接收。在图7所示的实施例中，待旋转的信号对I、Q由处理器560A接收。程序例程使数字信号处理器560A根据相位值φ和接收的信号对I、Q产生旋转的笛卡儿信号对I’、Q’。旋转过程可以包括执行下式给出的乘法(参考图2A)：程序例程使数字信号处理器迭代地执行上述步骤。

在上述实施例中，数字信号处理器560B产生相位参数，其数值实际上用于控制相位值φ。根据发明的另一个实施例，程序例程使数字信号处理器分析结合式(4)使用式(3)的近似得到的相位参数θ的符号：正或负。或者结合式(7)使用式(6)近似。这种近似的例子分别由式(5)和(8)以及式(9)给出。通过使用近似使计算简化。根据这个实施例的优选版本，使用式(9)。简化计算使数据的数字处理更快而且更有效。此外，由于简化计算增加了信号处理速率，它也给出了非常有效的控制。

相位参数θ的符号：正或负，表示相位值φ是否需要增加或小。程序例程使数字信号处理器根据相位参数θ的符号改变相位值φ的数值。然后程序例程使数字信号处理器560A根据相位值φ和接收的信号对I、Q产生一对旋转的笛卡儿信号I’、Q’，如上所述。这些步骤被迭代或重复，以使相位参数值保持为0，或者接近0的值。

定标因子k可以用于确定在上述方法的一次迭代中相位值改变多少。φ(n+1)=φ(n)+ksgn(θ)；对于θ＞=0，sgn(θ)=1

对于θ＜0，sgn(θ)=-1图7所示的控制器实施例也可以用于执行上面参考图6所描述的方法

实施例。图5

图5表示根据发明的控制器62的实施例，并根据发明的另一个实施例用于笛卡儿反馈发射机。控制器62可以是执行参考图2A描述的步骤的控制器52。笛卡儿输入信号I_in Q_in以及笛卡儿反馈信号I、Q在第一和第二减法器140、142中合并。合并的信号馈入各个增益及滤波器装置144、146，其输出信号i、q馈入正交调制器148。调制器输出信号在功率放大器150中放大并转发到天线152。作为增益及滤波器装置144、146输出信号i、q的误差信号馈入相位调整器62。使用耦合器154对放大的调制器输出信号分接并馈入正交解调器156，在其中解调出所述笛卡儿反馈信号I、Q，馈入减法器140、142以及相位调整器62。基于输入到相位调整器的信号，根据发明估计相位参数，而且所述相位估计用于控制相位旋转器60，这样通过功分器161和相位旋转器60从本振160到达调制器148、并通过功分器161到达解调器156的信号使输入信号i、q和反馈信号I、Q相位对准或基本上相位对准。

参考图5，发射机的主控环路由包括减法器140和142、增益及滤波器装置144和146、正交调制器148、功率放大器150、耦合器154以及通过正交解调器156返回减法器140和142的信号路径而定义。在这种控制环路中，重要的是传递到减法器140、142的反馈信号I、Q与笛卡儿输入信号I_in、Q_in相位对准。

让我们为了简化对发明中逻辑的理解而考虑一个极端的例子：例如如果反馈信号I、Q相对于输入信号I_in、Q_in相移180度：那么反馈信号的极性会使减法器140、142实际上是加法器而不是减法器。本领域技术人员很清楚的是这样的系统整个是不稳定的。实际上，最好是保持反馈信号I、Q与笛卡儿输入信号I_in Q_in相位对准，即相位偏差最好保持为0，以便分别确保减法器140、142进行减法。

根据图5所示的发明实施例，提供了监控相位对准控制环路，由包括正交调制器148、功率放大器150、耦合器154、正交解调器156、相位调整器62以及通过相位旋转器60返回正交调制器148的信号路径所定义。

第一信号对i、q从主控环路的前向路径分接，第二信号对I、Q从主控环路的反馈路径分接。处于监控相位对准控制环路中的相位调整器62连续地或循环地接收第一信号对i、q以及第二信号对I、Q。根据第一和第二信号对，相位调整器62结合相位旋转器60操作，减少或消除主控环路中的任何相位偏差。主控环路中任何相位偏差的连续减少或消除确保了主控环路中稳定的负反馈。

Claims (41)

1．一种具有笛卡儿输入信号和笛卡儿反馈信号的控制环路的笛卡儿控制系统中的控制装置，该控制装置(16、26、38、103、113、123)包括

一相位旋转器50，实现笛卡儿信号的相位旋转；

一相位调整器(52、102)，具有使用从控制环路分接的信号(i、q、I、Q)得到至少一个相位参数θ的装置(252)，以便控制所述相位旋转器(50)，使笛卡儿输入信号和笛卡儿反馈信号基本上维持相位对准。

2．根据权利要求1的控制装置(16)，其中

所述相位参数获得装置(252)操作以便对从控制环路分接的信号(i、q、I、Q)差分，得到一组差分值(△i、△q、△I、△Q)；以及

所述相位参数获得装置(252)操作，以便根据所述差分值组(△i、△q、△I、△Q)产生相位参数值。

3．根据权利要求1或2的控制装置(16)，其中所述相位参数通过下式的等效或近似得到：

θ1=tan^-1θ₂；    其中， ${\mathrm{\θ}}_2=\frac{\mathrm{\Δq}\×\mathrm{\ΔI}-\mathrm{\Δi}\×\mathrm{\ΔQ}}{\mathrm{\Δq}\×\mathrm{\ΔQ}+\mathrm{\Δi}\×\mathrm{\ΔI}}$

4．根据权利要求1或2的控制装置(16)，其中所述相位参数通过下式的等效或近似得到： ${\mathrm{\θ}}_2=\frac{\mathrm{\Δq}\×\mathrm{\ΔI}-\mathrm{\Δi}\×\mathrm{\ΔQ}}{\mathrm{\Δq}\×\mathrm{\ΔQ}+\mathrm{\Δi}\×\mathrm{\ΔI}}$

5．根据权利要求1或2的控制装置(16)，其中所述相位参数通过下式的等效或近似得到：

θ₃=sin^-1θ₄；这里， ${\mathrm{\θ}}_4=\frac{\mathrm{\Δq}\×\mathrm{\ΔI}-\mathrm{\Δi}\×\mathrm{\ΔQ}}{\sqrt{({\mathrm{\Δq}}^2+{\mathrm{\Δi}}^2{}^{})({\mathrm{\ΔQ}}^2+{\mathrm{\ΔI}}^2)}}$

6．根据权利要求1或2的控制装置(16)，其中所述相位参数通过下式的等效或近似得到： ${\mathrm{\θ}}_4=\frac{\mathrm{\Δq}\×\mathrm{\ΔI}-\mathrm{\Δi}\×\mathrm{\ΔQ}}{\sqrt{({\mathrm{\Δq}}^2+{\mathrm{\Δi}}^2)({\mathrm{\ΔQ}}^2+{\mathrm{\ΔI}}^2)}}$

7．根据权利要求1或2的控制装置(16)，其中所述相位参数通过下式的等效或近似得到：θ₅=△q×△I-△i×△Q

8．根据前面任一权利要求的控制装置(16)，包括在前馈线性化器内的至少一个笛卡儿控制系统中。

9．线性笛卡儿反馈控制的控制方法，其中笛卡儿输入信号和笛卡儿反馈信号被合并以便构成笛卡儿误差信号，该方法包括：

-使用从反馈环路分接的信号得到至少一个相位参数；

-使用所述相位参数对笛卡儿环路内的信号进行相位旋转；

藉此在笛卡儿输入信号和所述笛卡儿反馈信号之间维持相位对准。

10．根据权利要求9的控制方法，其中对控制系统操作非妨碍地得到所述相位参数。

11．根据权利要求9或10的控制方法，其中所述相位参数通过下式的等效或近似得到：θ₁=tan^-1θ₂；其中， ${\mathrm{\θ}}_2=\frac{\mathrm{\Δq}\×\mathrm{\ΔI}-\mathrm{\Δi}\×\mathrm{\ΔQ}}{\mathrm{\Δq}\×\mathrm{\ΔQ}+\mathrm{\Δi}\×\mathrm{\ΔI}}$

12．根据权利要求9或10的控制方法，其中所述相位参数通过下式的等效或近似得到： ${\mathrm{\θ}}_2=\frac{\mathrm{\Δq}\×\mathrm{\ΔI}-\mathrm{\Δi}\×\mathrm{\ΔQ}}{\mathrm{\Δq}\×\mathrm{\ΔQ}+\mathrm{\Δi}\×\mathrm{\ΔI}}$

13．根据权利要求9或10的控制方法，其中所述相位参数通过下式的等效或近似得到：θ₃=sin^-1θ₄；这里， ${\mathrm{\θ}}_4=\frac{\mathrm{\Δq}\×\mathrm{\ΔI}-\mathrm{\Δi}\×\mathrm{\ΔQ}}{\sqrt{({\mathrm{\Δq}}^2+{\mathrm{\Δi}}^2)({\mathrm{\ΔQ}}^2+{\mathrm{\ΔI}}^2)}}$

14．根据权利要求9或10的控制方法，其中所述相位参数通过下式的等效或近似得到： ${\mathrm{\θ}}_4=\frac{\mathrm{\Δq}\×\mathrm{\ΔI}-\mathrm{\Δi}\×\mathrm{\ΔQ}}{\sqrt{({\mathrm{\Δq}}^2+{\mathrm{\Δi}}^2)({\mathrm{\ΔQ}}^2+{\mathrm{\ΔI}}^2)}}$

15．根据权利要求9或10的控制方法，其中所述相位参数通过下式的等效或近似得到：θ₅=△q×△I-△i×△Q

16．根据前面任一权利要求的控制方法，控制前馈线性化器内的至少一个笛卡儿控制系统。

17．具有笛卡儿输入信号(I_in、Q_in)和笛卡儿反馈信号(I_f、Q_f)的笛卡儿控制系统，包括：

-第一和第二减法器(51、53)，从笛卡儿输入信号中减去笛卡儿反馈信号，因此构成笛卡儿误差信号(I_e、Q_e)；

-相位旋转器(50)，实现笛卡儿误差信号(I_e、Q_e)或反馈信号(I_f、Q_f)的相位旋转；

-增益及滤波器装置(54)，放大所述相位旋转的笛卡儿信号；

-第一和第二组分接装置(T1、T2)，从笛卡儿控制环路分接信号(i、q、I、Q)；

-相位调整器(52)，使用所述分接信号(i、q、I、Q)得到至少一个相位参数，控制所述相位旋转器(50)；

-受控系统(55)；

其中，在笛卡儿输入信号(I_in、Q_in)和笛卡儿反馈信号(I_f、Q_f)之间维持相位对准。

18．根据权利要求17的笛卡儿控制系统，其中所述相位参数的获得对控制系统的操作是非妨碍性的。

19．笛卡儿反馈控制方法，包括：

-合并笛卡儿反馈信号(I_f、Q_f)和笛卡儿输入信号(I_in、Q_in)，构成笛卡儿误差信号(I_e、Q_e)；

-从笛卡儿控制环路分接两组信号(i、q、I、Q)；

-对所述笛卡儿误差信号(I_e、Q_e)或所述反馈信号(I_f、Q_f)进行相位旋转；

-放大所述相位旋转的笛卡儿误差信号(I_e、Q_e)或反馈信号(I_f、Q_f)；

-使用从笛卡儿控制环路分接的所述信号(i、q、I、Q)得到至少一个相位参数

-使用所述相位参数调整所述相位旋转；

-对所述放大的、相位旋转的笛卡儿信号滤波；

-从所述滤波的放大的相位旋转的笛卡儿信号中提供笛卡儿控制信号；

藉此，在所述笛卡儿输入信号(I_in、Q_in)和所述笛卡儿反馈信号(I_f、Q_f)之间维持相位对准。

20．根据权利要求19的笛卡儿环路反馈控制方法，其中所述相位参数的获得对控制系统的操作是非妨碍性的。

21．笛卡儿控制系统中的相位调整器(52)，包括：

-相位参数获得装置(252)，从笛卡儿信号组中获得至少一个相位参数；

-相位调整装置(352)，调整所述至少一个相位参数；藉此在所述笛卡儿信号之间维持相位对准。

22．根据权利要求21的相位调整器，对于正常系统操作是非妨碍性的。

23．根据权利要求21或22的相位调整器，其中所述相位参数通过下式的等效或近似得到：θ₁=tan^-1θ₂；    其中， ${\mathrm{\θ}}_2=\frac{\mathrm{\Δq}\×\mathrm{\ΔI}-\mathrm{\Δi}\×\mathrm{\ΔQ}}{\mathrm{\Δq}\×\mathrm{\ΔQ}+\mathrm{\Δi}\×\mathrm{\ΔI}}$

24．根据权利要求21或22的相位调整器，其中所述相位参数通过下式的等效或近似得到： ${\mathrm{\θ}}_2=\frac{\mathrm{\Δq}\×\mathrm{\ΔI}-\mathrm{\Δi}\×\mathrm{\ΔQ}}{\mathrm{\Δq}\×\mathrm{\ΔQ}+\mathrm{\Δi}\×\mathrm{\ΔI}}$

25．根据权利要求21或22的相位调整器，其中所述相位参数通过下式的等效或近似得到：θ₃=sin^-1θ₄；这里， ${\mathrm{\θ}}_4=\frac{\mathrm{\Δq}\×\mathrm{\ΔI}-\mathrm{\Δi}\×\mathrm{\ΔQ}}{\sqrt{({\mathrm{\Δq}}^2+{\mathrm{\Δi}}^2)({\mathrm{\ΔQ}}^2+{\mathrm{\ΔI}}^2)}}$

26．根据权利要求21或22的相位调整器，其中所述相位参数通过下式的等效或近似得到： ${\mathrm{\θ}}_4=\frac{\mathrm{\Δq}\×\mathrm{\ΔI}-\mathrm{\Δi}\×\mathrm{\ΔQ}}{\sqrt{({\mathrm{\Δq}}^2+{\mathrm{\Δi}}^2)({\mathrm{\ΔQ}}^2+{\mathrm{\ΔI}}^2)}}$

27．根据权利要求21或22的相位调整器，其中所述相位参数通过下式的等效或近似得到：θ₅=△q×△I-△i×△Q

28．根据前面任一权利要求的相位调整器，包括在前馈线性化器内的至少一个笛卡儿控制系统中。

29．笛卡儿控制系统中的相位调整方法，方法包括：

-得到笛卡儿信号组；

-使用所述信号得到至少一个相位参数；

-调整所述笛卡儿信号组中至少一个与所述至少一个相位参数的相位关系，使所述笛卡儿信号组之间的相位偏差最小化。

30．根据权利要求29的方法，对控制系统的操作是非妨碍性的。

31．根据权利要求29或30的方法，其中所述相位参数通过下式的等效或近似得到：θ₁=tan^-1θ₂；其中， ${\mathrm{\θ}}_2=\frac{\mathrm{\Δq}\×\mathrm{\ΔI}-\mathrm{\Δi}\×\mathrm{\ΔQ}}{\mathrm{\Δq}\×\mathrm{\ΔQ}+\mathrm{\Δi}\×\mathrm{\ΔI}}$

32．根据权利要求29或30的方法，其中所述相位参数通过下式的等效或近似得到： ${\mathrm{\θ}}_2=\frac{\mathrm{\Δq}\×\mathrm{\ΔI}-\mathrm{\Δi}\×\mathrm{\ΔQ}}{\mathrm{\Δq}\×\mathrm{\ΔQ}+\mathrm{\Δi}\×\mathrm{\ΔI}}$

33．根据权利要求29或30的方法，其中所述相位参数通过下式的等效或近似得到：θ₃=sin^-1θ₄；这里， ${\mathrm{\θ}}_4=\frac{\mathrm{\Δq}\×\mathrm{\ΔI}-\mathrm{\Δi}\×\mathrm{\ΔQ}}{\sqrt{({\mathrm{\Δq}}^2+{\mathrm{\Δi}}^2)({\mathrm{\ΔQ}}^2+{\mathrm{\ΔI}}^2)}}$

34．根据权利要求29或30的方法，其中所述相位参数通过下式的等效或近似得到： ${\mathrm{\θ}}_4\frac{\mathrm{\Δq}\×\mathrm{\ΔI}-\mathrm{\Δi}\×\mathrm{\ΔQ}}{\sqrt{({\mathrm{\Δq}}^2+{\mathrm{\Δi}}^2)({\mathrm{\ΔQ}}^2+{\mathrm{\ΔI}}^2)}}$

35．根据权利要求29或30的方法，其中所述相位参数通过下式的等效或近似得到：θ₅=△q×△I-△i×△Q

36．根据前面任一权利要求的控制方法，控制前馈线性化器内的至少一个笛卡儿控制系统。

37．在笛卡儿控制系统的控制环路中补偿相位旋转的方法；

该方法包括如下步骤：

接收第一信号对(i、q)，其信号值来源于控制环路的第一位置；

接收第二信号对(I、Q)，其信号值来源于控制环路的第二位置；

在第一信号对(i、q)和第二信号对(I、Q)之间估计相位差(θ)，所述差表示控制环路中的相位旋转(θ)；

根据所述相位旋转估计(θ)产生参考值(φ_(n)；φ)；

根据参考值(φ_(n)；φ)引起控制环路中的相位旋转，补偿所述相位旋转(θ)。

38．根据权利要求37的方法；其中

估计步骤包括：

对所述第一信号对(i、q)的信号求差分，对所述第二信号对(I、Q)的信号求差分，以便产生一组差分信号值(△i、△q、△I、△Q)；

根据所述差分信号值(△i、△q、△I、△Q)产生所述相位估计(θ)。

39．根据权利要求37或38的方法；其中

产生参考值(φ_(n)；φ)的步骤包括：

获得前一参考值(φ_(n))；

如果相位估计具有第一符号，通过增加前一参考值(φ_(n))的数值产生更新的参考值(φ_(n+1))；或者如果相位估计具有第二符号，通过减少参考值(φ_(n))的数值产生更新的参考值(φ_(n+1))。

40．根据权利要求37-49中任一个的方法，其中

重复根据权利要求37-49的方法步骤。

41．与包括控制环路和数字处理设备(560)的笛卡儿控制系统一起使用的计算程序产品；

计算机程序产品包括：

记录介质(564)；以及

计算机可读代码装置，记录在记录介质上，指示数字处理设备(560)接收第一信号对(i、q)；

计算机可读代码装置，记录在记录介质上，指示数字处理设备(560)接收第二信号对(I、Q)；

计算机可读代码装置，记录在记录介质上，指示数字处理设备(560)估计第一信号对(i、q)和第二信号对(I、Q)之间的相位差(θ)，所述差表示控制环路中的相位旋转(θ)；

计算机可读代码装置，记录在记录介质上，指示数字处理设备(560)根据所述相位旋转估计(θ)产生参考值(φ_(n)；φ)；

计算机可读代码装置，记录在记录介质上，指示数字处理设备(560)根据参考值(φ_(n)；φ)引起控制环路中的相位旋转，以便补偿所述相位旋转(θ)。

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