CN1308473A - 在宽的频带上线性化包括功率放大器的传输链的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及在宽频带工作的电信系统的传输设备,它包括:一个信号分支(32),与前馈线性化电路相关的功率放大器(14′),包括:第一减法器(16′),具有第一输入(16′₂),接收代表该放大器的输入的信号,和代表这个放大器的输出的第二输入(16′₁),剩余误差放大器(20′),和第二减法器(22′),该信号分支包括预失真装置(40),它根据该功率放大器的输出信号提供校正信号。该设备包括一个基准分支(30)，提供一个信号给第一个减法器(16′)的第一个输入(16₂′),该信号是与该信号分支的预失真无关的。

Description

在宽的频带上线性化包括 功率放大器的传输链的方法

本发明涉及在宽的频带上线性化包括功率放大器的传输链的方法。

在通信现场恒定的增加业务增加了该设备不容易解决的新问题。更具体地说传输设备必须在增加的频率带宽上操作，以便能够同时地发送工作在不同的频率和/或者以不同的码的大量的信道。实际上在电信系统中，每个发射机可以工作在频分多址(FDMA)模式或者工作在码分多址(CDMA)模式或者工作在二者的组合。在CDMA情况下调制是在几个MHz的频带上扩展的。在这里回想一下，在CDMA中每个码元诸如比特被叠加一个码，该码是在更高频率的一个序列。

发送的信道的数量的增加的结果还增加传输设备的发送功率。

解决随频率带宽的增加一起的这种功率增加的最困难的问题是传输链的线性化，特别地是功率放大器的线性化。

一般地功率放大器是接近饱和使用的，以便获得这种放大器的最有效的使用。但是每个放大器接近饱和具有非线性特性，即与小的输入信号比较对于高输入信号该增益严厉地减少了；此外由于已知的调辐-调相变换，即调幅到调相的变换，输出信号相位失真了。

当几个信道同时地发送时，由于对应于这些不同的信道，即不同的频率的信号的和通常存在不恒定的包络，即这种信号的和随时间变化的事实，线性化的困难增加了。一方面，不恒定的包络必须正确地，即以线性工作的放大器按顺序正确地发送以便发送具有好的质量的信号，另一方面，防止将污染相同的或者其它经营者的频谱的干扰传输。

由于频率越高，放大器的增益越低，问题的困难也增加了。

几个技术用于线性化功率放大器。但是没有常规的技术能够提供一个传输链，该传输链可以以合理的费用和/或者以合理的体积制造，并且它能够最小化干扰传输。

对于宽频带放大器，最小化干扰传输的能力特征在于SFDR参数，即“伪自由动态范围”。这个参数是以分贝表示的。它是最高的有用的发射功率和有用的频带中的最大的杂散的信号之间的比率。在GSM标准中这个SFDR参数必须至少等于75dB，而在UMTS未来的标准中这个SFDR增益设置为至少70dB。

到目前为止在不恒定的包络信号的宽的频带上线性化已知的主要的解决方案是在其中不提供反馈环路的前馈技术。这个技术实时地校正非线性，即使它们是频率相关的。通过与放大之前的线性信号比较测量非线性，并且它们从该放大器的输出信号的相反相位中减去以便线性化。

常规的前馈线性化电路图解地表示在图1：

发送的数字信号首先由数字输入处理器10处理，处理的数字信号通过模拟链12发送到功率放大器14的输入。为了这种放大器的线性化，通过衰减器18发送该输出信号给第一减法器16的第一输入16₁。减法器16的第二输入16₂接收放大器14的输入信号。第一减法器16的输出由剩余误差放大器20放大，它的输出连接到第二减法器22的输入22₁，它的另一输入22₂，通过延迟装置24接收放大器14的输出。

具有减法器16与22和放大器20的前馈电路的目的是线性化放大器14本身。

但是在发送设备中，非线性也由模拟链12和误差放大器20引入，限制了整个线性化效果。

为了校正由模拟链12引入的非线性，已知的方法是提供具有实现数字预失真的数字校正装置的电路10。这些校正装置例如包括查找表，从放大器14的输出看，它提供预失真值。如图1所示的，放大器14的输出连接到电路10的相应的输入10₁。

电路10中的预失真装置的目标是以放大器14校正模拟链12的组合的非线性，但是不独立地校正由模拟链12引入的失真，放大器20接收非线性化的信号，因为在放大器14的输入的信号是由模拟链12失真的。因此剩余误差放大器20的输入信号是在一个相当高电平，大约是放大器14的输入的信号电平的10％。此外，正如已经提到的，非线性化的放大器20本身可能引入非线性。

简言之，在图1表示的电路是消耗功率的并且不能提供对于宽的频带传输是足够的质量。

本发明克服了这些缺点。

本发明还提供用于蜂窝电信系统的基站的传输设备，它可以根据不同的标准发送和接收例如具有多个载波和具有多个码的信号。

根据本发明的发送电路包括：

具有从功率放大器的输出接收输入信号的预失真装置的输入数字处理装置，

这些数字处理装置通过一条模拟链连接到该功率放大器的输入，和

该功率放大器是与包括第一减法器的前馈线性化装置相关的，第一减法器产生代表该放大器的输入信号的信号和代表这个放大器的输出信号的信号之间的差值，这个差值由剩余误差放大器放大，以便从该功率放大器的输出信号中减去。

这个发送电路特征在于：它包括一个基准分支，为了产生代表该放大器的输入信号的信号，提供给该前馈装置的第一减法器，这个基准分支提供与该功率放大器的输出信号无关的信号。

换句话说，用于该前馈电路的基准分支是与该信号或者功率的预失真或者预校正无关的，分支包括数字处理装置和模拟链．因此提供给第一减法器的基准信号通过在该信号分支中预失真是不失真的，并且第一减法器的输出可以在比表示在图1的常规的电路中的相应的减法器16的输出更低的电平(例如大约20dB)。此外该误差表示该基准信号和预失真的放大信号之间的剩余的差值；因此预失真越好，这个剩余误差越低。因为这些原因，放大的剩余误差的功率可以急剧地减少并且以较低的功率级误差放大器改善这个剩余误差放大器的输出信号的质量。

该基准分支可以类似于该信号分支，即它可以包括数字处理装置和一条模拟链。

在一个实施例中，该基准分支的数字信号处理装置包括预失真装置，它从这个基准分支的模拟链的输出接收它们的输入信号。在这里应该指出，该基准分支的这些预失真装置保持该前馈电路和该信号分支的预失真装置之间独立。该基准分支的这些预失真装置进一步可以在该基准输出减少20dB的寄生电平(从-60减少到-80dBc)。

虽然该信号或者功率，分支和该基准分支是独立的，它们最好具有共同的单元，诸如取样振荡器和/或者本机振荡器以便保证在第一减法器的输出信号的相位匹配，因此最小化在该误差上的剩余信号表示(例如低于输入电平50dB)。与常规的前馈比较，这个特性有助于降低误差放大器的尺寸。

在一个优选的实施例中，该功率分支包括均衡装置，用于传输信道的放大器和/或者衰减器。这些均衡装置有利地包括在该功率分支的数字处理装置中。它们提供对于每个频率或者每个频率子频带的校正，以便最小化有用信号对剩余误差信号的作用。这些均衡装置也可以依照该基准信号用于调节每个载波或者子频带的电平。

这些均衡装置可以在工厂预调节。但是，它们最好经常调整，即通过一方面该数字处理装置的输入信号和另一方面在该功率放大器的输出的信号之间的比较进行更新。

这个更新可以通过用于调节该均衡装置的数据的选择来改善；这个选择是通过剩余误差的分析完成的，它在于剩余误差频谱的分析或者根据相关的分析。例如必须选择用于更新的数据是不同于有用频率的频率存在的互调干扰的数据。

预失真装置还可以以类似的方式周期地更新。

虽然该前馈电路是与该传输信道的线性化独立的，可以使用这个电路以便改善由该均衡或者预失真装置提供的线性化。例如可以选择该前馈电路的工作范围以便补偿在该信号分支中的漂移的影响。在这种情况下，可以增加分开该预失真和/或者均衡装置的两个连续的更新的周期。

还可以选择该前馈电路的工作范围以便补偿该功率分支的其它缺点，诸如直流偏移，本机振荡器和频率图象的绝缘的缺点以及正交缺点。

在另一个实施例中，有用信号对剩余误差的作用可以通过调节在该前馈电路的第一减法器输入提供的基准信号的相位来减少。例如通过提供可编程序的延迟电路获得这个相位调整，该可编程序的延迟电路可以安装在该基准分支的数字信号处理装置的输出。

利用本发明的实施例的确定的说明，本发明的其它特性和优点将明显了，这个说明是参考其中附加的附图进行的，其中：

已经描述的图1是常规传输设备的示意图，

图2是根据本发明的发射机的类似于图1的图，和

图3表示本发明的更详细的实施例。

在图2出现的本发明的示意表示中，类似于图1的单元具有带撇号(′)的相同的标号。

如图所示的，在图1表示的常规的发射机和在图2表示的根据本发明的发射机之间的主要差别是：第一减法器16′的基准输入16′₂不接收功率放大器14′的输入但是接收该基准分支30的输出。

这个基准分支30提供一个信号，它是用于该信号或者功率，分支32，该放大器14′的上游的输入信号S的真实的表示法。

基准分支30类似于信号分支32，即它包括一个数字信号处理器34和连接在处理器34的输出与减法器16的输入16′₂之间的一条模拟链。

正如在图1的实施例中那样，在信号分支32中，数字处理器10′包括数字预失真装置，数字预失真装置例如包括具有连接到功率放大器14′输出的一个输入10′₁的查找表。

由于在该信号分支32中存在这样的预失真装置，它的作用是校正由模拟链12和功率放大器14′的组合引入的非线性，功率放大器14′的输入(即模拟链12′的输出)不是输入信号S的真正的表示法。

在它的输出，即在减法器16′的该输入16′₂，基准分支30提供输入信号S的真正的表示法。

因此包括减法器16′、放大器20′和第二减法器22′的该前馈电路的基准信号也是该输入信号的真正的表示法并且提供用于这个前馈电路的一个理想的或者几乎理想的基准信号。相对于常规的设备(图1)，在减法器16′的输出的信号显著地减少了并且放大器20′的功率可以比相应的放大器20的功率小的多。

除了预失真装置40之外，数字处理器10′具有用于均衡电平和在功率分支32中的所有的信道的相位的均衡装置42。信道对应于一个载频(FDMA)或者频带或者子频带(CDMA)。此外该均衡装置42可以用于调节每个载波或者子频带的电平。

这些均衡装置可以在工厂预调节或者周期地调整，即更新。这个更新是基于放大器14′的输入信号和输出之间的比较。这个更新最好是仅仅对选择的数据，即仅仅对提供校正更新的数据执行。这个选择是根据在减法器16′的输出或者在放大器20′的输出的剩余误差信号的频谱的分析。选择标准是根据发送信号的总的功率，因为它不需要对其中互调产物可能太低的小信号的更新预失真或者前馈的校准。该选择抑制落入其它有用信号子频带和导致测量误差的互调产物。

也对该信号分支和基准分支(它将在后面描述)的预失真查找表执行相应的更新。

均衡和/或者预失真的这个周期的更新可以实现如下：时常在放大器14′的输出和在减法器16′的输入的信号(对于基准分支的预失真)与信号S比较。

用于更新的数据的选择是通过信号S的频谱与减法器16的输出的频谱的比较或者通过相关执行的。

例如如果互调信号是在与有用信号相同的频率，将不选择该相应的测量数据。当测量提供正确的结果时，通过瞬间的预测进行选择也是可能的。选择还可以考虑发送信号的总的功率：只当这个总功率高于给定阈值时才选择该测量的数据。

基准分支30的数字处理器34也包括具有查找表的预失真装置46，该查找表具有连接到模拟链36的输出的输入46₁。

在这个实施例中，延迟装置48插入在数字处理器34的输出和模拟链36的输入之间。这个延迟装置48是可编程序的，以便考虑可能的信号放大链的附加的延迟，加在减法器16′的输入16′₂的基准信号R₂具有正确的相位。

虽然与信号分支32独立的前馈电路可以用来补偿信号分支32的剩余的非线性。换句话说，前馈电路是信号分支32的缺点的“后清洁器”。

在图3表示的实施例中，共同的取样振荡器50用作分支32和30的数/模转换器。相同的本机振荡器52也用于分支30和32。

在这个实施例中，前馈电路54、信号分支32以及基准分支30是可以与功率放大器14′独立地使用的模块。

在图2或者图3表示的传输设备可以用于GSM类型和/或者UMTS类型的第二和/或者第三代的数字电信系统。它在宽的频带上正确地发送多个信道，每个信道对应于一个给定的频率(载波)或者对应于CDMA情况下的一个子带。这个发射机特别可以用于基站中，该基站具有发送几种标准的能力，例如经常基站可以通过无线电编程以便适应不同的标准。

图2和3的实施例的另外的优点是在该功率放大器之前的信号链中的任何安装误差由该前馈链“后清洁器”校正，因为没有任何既定的模型，它好象作为相对于该基准信号的差。例如如果对射频直接变换的基带和复合数字调制器一起使用，该固有的本机振荡器引线和该调制器的增益以及相位失配将被校正，只要它们是在该前馈校准的SFDR“增益”范围之内。

通过使用这个前馈校准单元获得前馈校准，该前馈校准单元包括用于延迟装置24′的一个调整单元和用于放大器20′的增益及相位调整装置。这个调整是通过在减法器22′的该输出信号和减法器16′的该输入16′₁之间的比较控制的。

在一个实施例中，提供根据放大器14′的输出用于调整放大器输出的20′的增益的装置，还提供根据放大器14′的输出调整衰减器10′的衰减的装置。因此，可能使用具有不同的功率输出的功率放大器14′的前馈线性化电路，而没有改变该基准电平和它的预失真。

在另外的实施例中，在参考分支中提供平衡装置，以便补偿诸如这个基准分支的模拟链的非平坦的频率响应的缺陷。

还可能提供用于该前馈线性化电路的群延迟，增益和相位的调整装置。

更可取地前馈线性化电路的调节是基于在剩余误差放大器的输出和/或在第二减法器的输出的信号的测量。

在这种情况下，当低电平和长的伪噪声序列注射在该基准或信号分支时，测量在该剩余误差放大器的输出与/或在第二减法器(22′)的输出的信号。

Claims (18)

1．一种用于在宽频带工作的电信系统的传输设备，这个设备包括：

一个信号分支(32)，包括数字信号处理装置(10′)和一条模拟链(12′)，

与前馈线性化电路相关的功率放大器(14′)，包括：

第一减法器(16′)，具有第一输入(16′₂)，接收代表该放大器的输入的信号，和代表这个放大器的输出的第二输入(16′₁)，

剩余误差放大器(20′)，它放大第一减法器的输出，和

第二减法器(22′)，它从功率放大器(14′)的输出中减去剩余误差放大器的输出，

该信号分支包括预失真装置(40)，它根据该功率放大器的输出信号提供校正信号，

其特征在于它包括一个基准分支(30)，提供一个信号给线性化该功率放大器(14′)的前馈电路的第一个减法器(16′)的第一个输入(16′₂)，该信号是与该信号分支的预失真无关的。

2．根据权利要求1的传输设备，特征在于该基准分支包括预失真装置(46)，以便校正这个基准分支的非线性。

3．根据权利要求2的传输设备，其特征在于该预失真装置包含一个查找表。

4．根据权利要求1,2或3的传输设备，其特征在于该基准分支包括数字信号处理装置(34)和一条模拟链(36)。

5．根据前面的任何一个权利要求的传输设备，其特征在于该基准分支包括一个可调节延迟装置(48)，用于调节该基准信号的相位，该基准信号加到该功率放大器的前馈线性化电路的第一个减法器(16′)的第一个输入。

6．根据前面的任何一个权利要求的传输设备，其特征在于该信号分支(32)包括均衡装置，用于各个地调节发送的信道的基准信号和用于最小化在该剩余误差放大器的输入的剩余误差能量。

7．根据该前面的任何一个权利要求的传输设备，其特征在于它包括更新装置，用于周期地调节该信号分支和/或基准分支的预失真装置，和/或用于周期性地调节该均衡装置(42)，这个更新装置包括比较该功率放大器的输入信号与输出信号的装置。

8．根据要求7的传输设备，其特征在于它包括用于选择在功率放大器(14′)输出的数据的装置，该数据被用于该更新。

9．根据要求8的传输设备，其特征在于比较该功率放大器的输入信号和输出信号的频谱，以便选择用于该更新的信号。

10．根据前面的任何一个权利要求的传输设备，其特征在于该功率放大器(14′)是可从发射机的其余部分移去的一个模块。

11．根据前面的任何一个权利要求的传输设备，其特征在于它包括一个本机振荡器(52)和/或一个取样振荡器(50)，它是该基准分支和该信号分支共有的。

12．根据前面的任何一个权利要求的传输设备，其特征在于它包括用于根据功率放大器(14′)的输出功率调节剩余误差放大器(20)的增益的装置。

13．根据要求12的传输设备，其特征在于它包括在功率放大器(14′)的输出和第一个减法器(16′)的第二输入(16′₁)之间的一衰减器(18′)，这个衰减器包括根据功率放大器(14′)的输出功率调节它的衰减的装置。

14．根据权利要求4的传输设备，其特征在于它包括在基准分支中的均衡装置，以便补偿诸如这个基准分支的模拟链的非平坦的频率响应的缺陷。

15．根据前面的任何一个权利要求的传输设备，其特征在于它包括用于该前馈线性化电路的群延迟、增益和相位的调节装置。

16．根据要求15的传输设备，其特征在于该前馈线性化电路的调节是基于在剩余误差放大器的输出和/或在第二减法器(22′)的输出的信号的测量。

17．根据权利要求16的传输设备，其特征在于当低电平和长的伪噪声序列注射在该基准或信号分支时，测量在该剩余误差放大器的输出与/和在第二减法器(22′)的输出的信号。

18．根据前面的任何一个权利要求的传输设备应用到蜂窝电信系统的基站。

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