CN1302476A - 移动无线通讯系统中的功率放大器线性化的装置和方法 - Google Patents

Abstract

一种通过补偿包括在系统发射级中的有效单元的非线性特性使移动无线通讯系统中的功率放大器的特性线性化的装置和方法,该装置包括:差错检测器,用于通过比较反馈输出信号和输入信号检测功率放大器的输入输出信号之间的差错;预失真查询表,用于存储预失真数据;预失真查询表控制器,用于通过将差错检测器输出的差错信号加入到预失真查询表的输出中更新对应于当前输入数据位置的预失真查询表的数据;前馈查询表,用于存储前馈控制数据;前馈查询表控制器,用于通过检测差错信号的大小输出对应的前馈查询表的前馈控制数据;线性化器,用于按照预失真数据失真输入信号以及然后按照前馈控制数据控制输入信号的增益;以及功率放大器,用于功率放大线性化器的输出。

Description

移动无线通讯系统中的功率放大器 线性化的装置和方法

                本发明领域

本发明涉及移动无线通讯系统，特别涉及通过补偿包括在系统发射级中的有效单元的非线性特性使移动无线通讯系统中的功率放大器的特性线性化的装置和方法。

                 现有技术说明

移动无线通讯系统中用于发射模拟数据或数字数据的高功率放大器要求高频谱效率以及高功率效率以在有限频带内构造低功耗系统。为满足系统中的一般要求，已有具有高频谱效率的如QPSK和QAM的基带数据调制方法被使用。而且，如C类放大器的高效功率放大器也被用来改善系统中的发射机功率效率。此类高效功率放大器通常具有强非线性特性，结果，产生了失真现象，如输出频谱中旁瓣再生。这种现象在不具有恒定包络特性的QPSK或QAM信号之类的调制信号通过非线性特性的功率放大器的情况下很常见。

已提出了各种功率放大器的因功率放大器非线性特性造成的输出频谱失真的防止方法。其中之一的方法是通过适应性跟踪功率放大器的非线性特性，以及以与功率放大器非线性特性造成的失真相反的方式预先失真基带数据补偿高功率放大器的非线性特性。

图1是说明使用上述自适应预失真方法的传统功率放大器的结构的方框图。

参考图1，由编码器(未示出)编码的K-比特数据被输入到移位寄存器10和调制选择ROM52。移位寄存器10具有L-符号宽的长，其输出具有LK比特的大小。此时，如果没有系统中存在的滤波器(未示出)的滤波操作造成的非线性失真，一个符号的长度对移位寄存器10的长度L足够，同时，如果存在系统滤波造成的线性失真，移位寄存器10的长度应长于一个符号。

移位寄存器10的LK比特输出被输入到预失真RAM12。该预失真RAM12存储了为移位寄存器10的输出数据映射的预失真数据。预失真数据被按照输入出错数据更新。从移位寄存器10收到数据时，预失真RAM12按照接收数据输出预失真数据。即，预失真RAM12使用与发射信号失真相反相位错误数据预失真从移位寄存器10输出的数据，以使射频发射部件检测发射信号失真和补偿检测失真。预失真RAM12的输出被转换成模拟信号分别用于I信道数模转换器14和Q信道数模转换器16的发射。由I信道数模转换器14和Q信道数模转换器16转换的模拟信号通过低通滤波器18和低通滤波器20低通滤波，以及然后被输入到正交调制器22。输入到正交调制器22中的模拟信号与第一中频振荡器32的输出混合，以及之后在正交调制器22中被调制成中频信号。由正交调制器22调制的中频信号由第一中频振荡器32确定，以及由混合器24与第二中频振荡器28的输出混合，以转换成最后射频发射频率。从混合器24输出的射频信号被功率放大器26最终放大，以及通过天线发射。

功率放大器26的输出的一部分被信号耦合器54反馈至混合器30，以及反馈信号被混合器30与第二中频振荡器28的输出混合，以转换成第一中频信号。转换的中频信号之后被正交解调器34使用第一中频振荡器32输出的局部振荡信号转换成基带数据。

由正交解调器34转化的基带信号与数模转换器48和数模转换器50的每一输出信号比较，该输出信号分别由模拟加法器40和模拟加法器42用作产生错误信号的参考信号。在此，调制选择ROM52的输出信号被输入到数模转换器48和数模转换器50，以及被用作与反馈信号比较以更新预失真RAM12的值的参考信号。在模拟加法器40和模拟加法器42中相加的参考信号和反馈信号被分别转换成数字信号，以及然后由数字加法器36和数字加法器46加入到预失真RAM12的数字信号中以更新预失真RAM12的值。从数字加法器36和数字加法器46输出的错误数据被通过数据总线输入到预失真RAM12，以及然后存储在移位寄存器10确定的地址上以按照基带数据完成预失真过程。

然而，图1的传统的预失真方法有一些缺点。首先，必须使用产生地址的移位寄存器10和获得用于产生错误信号的参考信号的调制选择ROM52。而且，必须使用获得错误信号的高效加法器40和42以更新预失真RAM12的值。构造这类高精确模拟加法器是困难的，以及依赖高精确性。另外，众所周知，预失真方法获得的性能低于前馈方法获得的性能。

                      本发明概述

因此，本发明提出两个目的以克服上述现有技术的缺点，本发明的一个目的是提供一种装置和方法，用于通过补偿包括在系统发射级中的有效单元的非线性特性使移动无线通讯系统中的功率放大器的特性线性化。

本发明的另一个目的是提供一种装置和方法，用于通过预失真和前馈方法补偿移动无线通讯系统中的功率放大器的非线性特性。

为达到上述目的，按照本发明，提供了一种移动无线通讯系统中的功率放大器的线性化的装置，包括：差错检测器，用于通过比较反馈输出信号和输入信号检测功率放大器的输入输出信号之间的差错；预失真查询表，用于存储预失真数据；预失真查询表控制器，用于通过将差错检测器输出的差错信号加入到预失真查询表的输出中更新对应于当前输入数据位置的预失真查询表的数据；前馈查询表，用于存储前馈控制数据；前馈查询表控制器，用于通过检测差错信号的大小输出对应的前馈查询表的前馈控制数据；线性化器，用于按照预失真数据预失真输入信号以及然后按照前馈控制数据控制输入信号的增益；以及功率放大器，用于功率放大线性化器的输出。

附图说明

以下结合附图详细说明后，本发明的上述目的和优点将更加明显。

图1是现有技术功率放大器的方框图；

图2是按照本发明实施例的功率放大器的线性化装置的方框图。

优选实施例说明

下面将参照附图对本发明的优选实施例进行详细说明，为简明和突出本发明的特点，各图中相同或相似部件用相同标号指示，公知的结构和功能在此不再说明。

按照本发明实施例的移动无线通讯系统中的功率放大器的特性线性化的方法和装置使用了预失真算法，用于基带信号，使用了前馈方法，用于射频调制信号以补偿活跃部件，如包括在系统的发射级中的功率放大器的非线性特性，以减小射频信号的输出频谱的失真现象。

产生预失真数据的查询表的地址被按照输入数字数据的大小直接产生。用于产生参考信号的输入的数字数据通过使用数字数据的算法延迟调节延迟时间与反馈接收信号同步，该参考信号用于与反馈信号比较。调制信号由前馈方法处理，以及因此，可以获得预失真算法所获得的性能改善之外的性能改善。换言之，与仅使用基带预失真算法的方法相比，通过对调制信号使用前馈方法可以进一步改善系统的性能。

图2是按照本发明优选实施例的功率放大器的线性化装置的方框图。

参照图2，数字整形滤波器100接收输入信号和产生基带的I信道和Q信道信号。乘法器102和乘法器104分别接收从数字整形滤波器100输出的I信道和Q信道信号，同时从预失真查询表170接收对应于I信道和Q信道的预失真数据。乘法器102和乘法器104输出分别将I信道和Q信道信号和预失真数据相乘所获得的乘积。数模转换器106和数模转换器108将从乘法器102和乘法器104输出的数字数据转换成模拟数据。低通滤波器110和低通滤波器112分别将不必要成分从数模转换器106和数模转换器108的输出信号中消除。正交调制器114按照低通滤波器110和低通滤波器112的输出信号使用从振荡器132输出的局部振荡频率执行正交调制。振荡器132输出局部振荡频率至正交调制器114和正交解调器144。

第一方向耦合器116耦合从正交调制器114输出的调制信号的一部分以施加耦合信号至相移器126，以及提供其输出的一部分至带通滤波器118以仅通过发射频带信号。例如，当从正交调制器114输出的调制信号的功率是10dBm时，调制信号的9dBm分量被发送至带通滤波器，与此同时，余下的1dBm分量被发送至相移器126。带通滤波器118仅通过第一方向耦合器116的输出信号导出的发射频带信号。带通滤波器118的输出由延迟176与前馈电路部分相位匹配，以及然后输入到预放大器174。预放大器174功率放大延迟176的输出。第二方向耦合器120耦合预放大器174的输出至自动增益控制放大器130的输出，如本文后述。功率放大器122最后功率放大第二方向耦合器120的输出。

第三方向耦合器124反馈功率放大器122的一部分输出，类似于第一方向耦合器120。衰减器142衰减第三方向耦合器124的输出至需要的电平。正交解调器144按照衰减器142的输出基于其接收的振荡器132的输出，以及I信道和Q信道信号，执行正交解调。低通滤波器146和低通滤波器148分别低通滤波从正交解调器144输出的I信道和Q信道信号。模数转换器150和模数转换器152分别转换低通滤波器146和低通滤波器148的模拟输出成数字输出。

延迟158延迟从数字整形滤波器100输出的I信道和Q信道信号。比较器154和比较器156分别接收从延迟158输出的输入信号的I信道和Q信道信号，与此同时，分别接收模数转换器150和模数转换器152输出的反馈输出信号的I信道和Q信道信号。比较器154和比较器156比较接收的信号。乘法器160和162将比较器154和比较器156对应的输出分别与适应常数μi和μq相乘。加法器164和加法器166将对应的乘法器160和乘法器162的输出加至预失真查询表170的I信道和Q信道信号，以及输出相加的信号至预失真查询表170。地址产生器168使用从数字整形滤波器100输出的对应的I信道和Q信道信号产生预失真查询表170的地址。预失真查询表170被与预失真数据存储用于其中的输入数据。预失真查询表170还接收地址产生器168输出的地址以及存储加法器164和加法器166的输出至接收的地址。即，预失真查询表170更新对应于地址产生器168产生地址的预失真数据。当加法器164和加法器166的输出具有0值时，不更新预失真查询表170中的预失真数据。

平方块140平方和相加比较器154和比较器156的输出。归一化块172归一化平方块140的输出以调节平方块140的输出信号大小至前馈查询表138的地址范围，如本文后述。前馈查询表138与前馈补偿数据存储以用于归一化块172的输出。从归一化块172接收信号后，前馈查询表138输出对应于接收信号的前馈补偿数据。数模转换器136转换从前馈查询表138输出的补偿数据。电平移位器134接收和移位数模转换器136的输出至自动增益控制放大器130的增益控制电压范围。带阻滤波器128从相移器126的输出信号中去除发射频带的信号。自动增益控制放大器130接收和以电平移位器134的增益控制电压确定的增益放大带阻滤波器128的输出，以及输出放大信号至第二方向耦合器120。

下面参照图2详细说明按照本发明上述实施例的功率放大器线性化装置的操作。数字整形滤波器100分别执行基带I信道和Q信道数字信号的脉冲整形。数字整形滤波器100脉冲整形的信号被输入到乘法器102和乘法器104以分别被预失真查询表170的对应输出相乘。数字整形滤波器100的输出信号被输入到地址产生器168以用于产生预失真查询表170的地址。

数字整形滤波器100的输出被用于产生与反馈信号比较的参考信号。此时，为了对与发射数据一样的接收数据使用预失真算法，比较发射数据和接收数据的时间点必须与合适的时间延迟吻合以补偿发射和接收级产生的延迟。延迟158延迟数字整形滤波器100的输出信号。如果系统中采用了数字信号处理器，该延迟操作可以用算法实现。

为了更新预失真查询表170的值，从延迟158输出的I信道和Q信道信号分别与模数转换器150和模数转换器152的输出比较以计算差错信号。差错信号然后被与适应常数μi和μq相乘以确定乘法器160和乘法器162中的算法的收敛速度和稳定性。之后，信号由加法器164和加法器166被加至存储在预失真查询表170中的值，以及相加的信号被然后存储在如由地址产生器168确定的预失真查询表170的地址位置。由于乘法器102和乘法器104相乘的信号先于预失真查询表170的更新，施加于后面数据的预失真量由先于采样的输入数据的特性确定。乘法器102和乘法器104的输出信号被数模转换器106和数模转换器108转换成模拟信号，以及，模拟信号通过低通滤波器110和低通滤波器112输入至正交调制器114以去除不需要的高频成分。

正交调制器114的一部分输出，在通过第一方向耦合器116后，被输入至带通滤波器118，与此同时，其其它部分被输入至相移器126。此时，相移器126用于按照180度移动调制信号的相位，以必须以此产生用于前馈方法的预失真数据。相移器126输出的相位反向信号被带阻滤波器128滤波，以去除发射基带信号，但去除发射基带的信号通过带阻滤波器128以输入到自动增益控制放大器130。第一方向耦合器116的输出由带通滤波器118滤波以仅通过发射频带信号，由延迟176延迟以补偿前馈电路造成的延迟，以及然后由预放大器174放大。预放大器174的输出由第二方向耦合器120加至自动增益控制放大器130的输出，以及相加的信号被最后输入至功率放大器122。

功率放大器122的一部分输出由第三方向耦合器124耦合，由衰减器142衰减，以及然后由正交解调器144解调。解调信号分别通过低通滤波器146和低通滤波器148滤波，以及滤波信号由模数转换器150和模数转换器152转换成数字信号。模数转换器150和模数转换器152的输出由比较器154和比较器156与延迟158的延迟的输入信号比较以产生差错信号。该差错信号不仅用于更新预失真查询表170的值，还用作按照本发明的前馈电路输入信号。特别是，比较器154和比较器156的输出由平方块140平方和相加，以及平方块140的输出被输入至归一化块172，以使平方块140的输出的大小被调节在前馈查询表138的地址范围内。归一化的信号然后被施加至前馈查询表138的地址。

前馈查询表138的输出由数模转换器136转换成模拟信号以输入到电平移位器134。这是将数模转换器136的输出电压与自动增益控制放大器130的增益控制电压范围相匹配所要求的。自动增益控制放大器130的增益由自动增益控制放大器130的控制电压调节，并且是电平移位器134的输出，以及这导致发射信号的大小被按照反馈信号的失真量反向放大。特别是，如果发射信号和反馈信号之间的差错大，失真信号也大。在这种情况下，发射带宽以外的反向信号的大小因增加自动增益控制放大器130的增益而变大。如果发射信号和反馈信号之间的差错小，失真信号也小。在这种情况下，发射带宽以外的反向信号的大小因减小自动增益控制放大器130的增益而变小。

按照上述方法，存在于发射频带外的，由自动增益控制放大器130输出的不需要反相信号，被第二方向耦合器120与原发射信号耦合，以及最后通过功率放大器122发射。按照本发明实施例的该系统通过预失真基带数据补偿功率放大器122的非线性特性，以及然后通过使用调制信号的前馈方法进一步补偿频谱失真现象。因此，与仅使用数据预失真算法的功率放大器线性化的系统相比，系统性能可以被改善。

如上所述，按照本发明的实施例的功率放大器的线性化装置，产生预失真数据的查询表的地址按照输入数字数据的大小直接产生。与反馈信号相比的产生参考信号的输入数字数据通过使用数字数据的延迟调节延迟时间与反馈接收信号同步。而且，调制信号由前馈方法处理。以及在预失真算法获取的性能改善之外还可获得性能改善。换言之，与仅使用基带预失真算法的方法相比，通过对调制信号使用前馈方法可以进一步获得系统性能改善。

以上以优选实施例方式说明了本发明。但本发明不限于此实施例。应当理解，本技术领域人员在由后附权利要求书定义的本发明的实质和范围内还可对本发明作各种替代和修改。

Claims (13)

1．一种移动无线通讯系统中的功率放大器的线性化的装置，包括：

差错检测器，用于通过比较反馈输出信号和输入信号检测功率放大器的输入输出信号之间的差错；

预失真查询表，用于存储预失真数据；

预失真查询表控制器，用于通过将差错检测器输出的差错信号加入到预失真查询表的输出中更新对应于当前输入数据位置的预失真查询表的数据；

前馈查询表，用于存储前馈控制数据；

前馈查询表控制器，用于通过检测差错信号的大小输出对应的前馈查询表的前馈控制数据；

线性化器，用于按照预失真数据失真输入信号以及然后按照前馈控制数据控制输入信号的增益；以及

功率放大器，用于功率放大线性化器的输出。

2  如权利要求1所述的线性化装置，其中差错检测器包括：

延迟器，用于延迟输入信号；

反馈块，用于反馈和衰减功率放大器的输出；

比较器，用于将反馈块和延迟器的输出比较以检测差错信号；

乘法器，用于通过将比较器的输出与适应常数相乘产生差错信号。

3．如权利要求1所述的线性化装置，其中预失真查询表控制器包括：

地址产生器，用于使用输入信号产生预失真查询表的地址；以及

加法器，用于将差错信号加入预失真查询表的输出以存储对应于地址的更新的预失真查询数据至对应于地址的预失真查询表中。

4．如权利要求1所述的线性化装置，其中前馈查询表控制器包括：

平方块，用于通过平方差错信号获得差错信号的大小；以及

归一化块，用于归一化平方块的输出和输出归一化的输出至前馈查询表。

5．如权利要求1所述的线性化装置，其中线性化器包括：

乘法器，用于通过将输入信号与预失真数据相乘预失真输入数据，以及输出预失真信号至功率放大器；

相移器，用于相移乘法器的输出；

带阻滤波器，用于从带阻滤波器的输出去除信号频带；以及

自动增益控制放大器，用于按照前馈控制数据控制带阻滤波器的输出的增益，以及耦合增益控制输出至功率放大器。

6．一种移动无线通讯系统中的功率放大器的线性化的方法，该移动无线通讯系统具有用于存储预失真数据和前馈控制数据的查询表，该方法包括：

使用存储的预失真数据通过失真输入信号线性化输入信号和按照存储的前馈控制数据控制预失真输入信号的增益；

功率放大和输出线性化输入信号；

通过比较输出信号的反馈产生的信号与延迟的输入信号产生差错信号；以及

通过将差错信号加入预失真数据更新预失真查询表和存储相加的数据在输入数据确定的预失真查询表中，以及将差错信号施加于前馈查询表控制器的地址。

7．如权利要求6所述的线性化方法，其中线性化步骤包括子步骤：

通过将输入信号与预失真数据相乘产生预失真信号；

相移预失真信号；

从相移信号去除信号频带；以及

按照前馈控制数据控制带阻信号的增益以及耦合增益控制信号至预失真信号。

8．如权利要求6所述的线性化方法，其中差错信号产生步骤包括步骤：

延迟输入信号；

通过比较输出信号和延迟信号检测差错信号；以及

通过将检测的差错信号和适应常数相乘产生差错信号。

9．如权利要求6所述的线性化方法，其中预失真数据更新步骤还包括步骤：将差错数据加入查询表的输出所更新的预失真数据存储在对应地址的预失真查询表中。

10．如权利要求6所述的线性化方法，其中前馈控制数据产生步骤包括步骤：

平方差错信号获得差错信号的大小；以及

归一化差错信号的大小和输出归一化差错信号至前馈查询表。

11．一种移动无线通讯系统中的功率放大器的线性化的装置，包括：

预失真查询表，用于存储预失真数据；

前馈查询表，用于存储前馈控制数据；

地址产生器，用于使用输入信号产生预失真查询表的地址；

通过预失真数据失真输入信号的装置；

调制预失真信号的正交调制器；

延迟调制信号的调制块；

线性化器，用于按照前馈控制数据耦合延迟信号，增益控制滤波信号去除信号频带，以及然后耦合增益控制信号至调制器的输出；

功率放大器，用于功率放大线性化器的输出；

正交解调器，用于通过耦合解调功率放大信号；

差错检测器，用于通过比较解调器的输出和延迟输入信号检测差错；

预失真查询表控制器，用于通过将差错检测器输出的差错信号加入到预失真查询表的输出中更新对应于当前输入数据位置的预失真查询表的数据；

前馈查询表控制器，用于通过检测差错信号的大小输出对应的前馈控制数据以控制前馈查询表。

12．如权利要求11所述的线性化装置，其中差错检测器包括：

延迟器，用于延迟输入信号；

比较器，用于通过比较功率放大器的输出和延迟的输出检测差错信号；

乘法器，用于通过将比较器的输出与适应常数相乘产生差错信号。

13．如权利要求11所述的线性化装置，其中前馈查询表控制器包括：

平方块，用于通过平方差错信号获得差错信号的大小；以及

归一化块，用于归一化平方块的输出和输出归一化的输出至前馈查询表。

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