CN1367580A - 具有改进结构的线性功放装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种通讯领域中的具有改进结构的线性功放装置,包括激励放大器201、末级放大器202、误差放大器205、矢量调制器204、控制接口203、频谱扩散抵消检测装置207和载频抵消检测装置206,频谱扩散抵消检测装置207接收RF输出信号,将信号发送到矢量调制器204中;载频抵消检测装置206接收矢量调制器204的信号,处理后发送回矢量调制器204中,从而使得线性功放装置的成本低廉、结构简单并有较高的精度。
Description
本发明涉及移动通信领域，特别是涉及线性功放装置。
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，靠检测到导频信号的大小来判别频谱扩散的程度。其具体的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的能量，并用其来代替带外的频谱扩散分量，线性功放就是按照导频信号的能量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。这种方案虽然能够得到功放的频谱扩散状况，但是也存在着很多的不足之处，由于该装置需要导频产生和接收模块，大大增加了系统的成本；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，而且，用检测导频信号的方法的检测精度本身就比较低。
本发明的目的是提供一种成本较低、结构简单、精度高的具有改进结构的线性功放装置，以克服现有技术中的成本高、线性功放的检测精度低、线性功放的结构复杂的缺点。
为了实现上述目的，本发明构造了一种具有改进结构的线性功放装置，包括激励放大器201、末级放大器202、误差放大器205、矢量调制器204、控制接口203其特征在于，还包括频谱扩散抵消检测装置207，所述的频谱扩散抵消检测装置207接收RF输出信号(Radio Frequency，射频)，将检测后的信号发送到所述的矢量调制器204中；
所述的频谱扩散抵消检测装置207包括RF下变频装置、宽带模数转换器312、数字滤波器313和DSP处理器314；所述的RF下变频装置接收RF输出的模拟信号，并进行滤波、量化和放大处理，处理后的信号发送到所述的宽带模数转换器312；所述的宽带模数转换器312对接收到中频信号进行模数转换，输出数字信号到所述的数字滤波器313；所述的数字滤波器313包括多个数字滤波数字滤波装置，对接收到的数字信号进行滤波，并输出到所述的DSP处理器314；所述的DSP处理器314检测经所述的数字滤波器313处理的频谱扩散信号，并发送到所述的矢量调制器204。
采用本发明所述方法和装置，与现有技术相比，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，由于使用数字电路，有利于线性功放向数字化过渡，表现为灵活性好，调试量减少，可靠性增加，达到了线性功放线性功率放大器(LPA，Linear Power Amplifier)具有快速的检测性能；由于节省了导频信号的产生、接收电路，从而降低线性功放杂度和系统的成本，提高了检测频谱扩散的精度，为研制高性能的LPA打下了良好的基础。在改变部分硬件的基础上，软件无线电多载频检测可以通过软件的复的灵活配置，使检测器可用于不同的通讯制式，如GSM(Globe System for Mobile communication全球移动通信系统)、CDMA(Code Division Multi-Access码分多址)、WCDMA(Wideband Code Division Multi-Access宽带码分多址)等，其功能大大加强。
下面结合附图和实施例对本发明进行详细描述。
图1是现有的带导频前馈装置的线性功放装置结构框图；
图2是本发明所构造的具有改进结构的线性功放装置结构图；
图3是图2所示的多载波软件无线电接收机(检测器)的结构框图；
图4是图3所示的多通道DDC原理框图。
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。该方案的不足之处很明显，不仅需要额外的导频产生和接收模块，致使成本大大提高，而且相对于有用信号，导频信号是一种干扰信号，大大降低了检测的精度。
图2与图1的区别是省略了导频音产生电路和导频音接收电路，以数字检测电路取代现有的模拟电路。高线性射频信号输入后，经激励放大器201内的功分器分为两路。一路作为主路信号，经激励放大器201和末级放大器202放大。由于功放电路中非线性器件的影响，输出功率信号产生频谱扩散，由末级放大器202后面的耦合器耦合出部分信号送入矢量调制器204内的载频抵消回路，由功分器分出的另一路输入信号经延迟线时延后进入矢量调制器204内的耦合器，在此与主路信号进行载频抵消，为了使两路信号的幅度相等，主路信号耦合出来后，接入衰减器进行电平调整，抵消后的误差信号经移相器、衰减器调整后进入误差放大器205，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。末级功放202输出信号通过延迟线移相后进入输出耦合器，与误差放大器205输出的误差放大信号进行频谱扩散分量抵消，得到符合要求的射频输出功率信号。上下两路信号在第一环上进行载频抵消，载频抵消检测装置206可以反映载频抵消效果。控制接口(LCI，Liear power amplifiercontrol interface)203按载频抵消的状态去控制载频抵消环上的移相器和幅度衰减器。载频抵消后的误差信号经过放大、矢量调制等处理后与主功放产生的频谱扩散分量在线性功放的输出得以抵消。频谱扩散抵消检测装置207可以反映频谱扩散分量的抵消效果。控制接口203按频谱扩散的抵消状态去控制误差抵消环(第二环)内的移相器和幅度衰减器。载频抵消检测装置206和频谱扩散抵消检测装置207具有相同的结构。
图3是图2中所示的频谱扩散抵消检测装置207或载频抵消检测装置206的结构图。根据需要，可以在进行频谱扩散检测的同时，进行载频抵消检测。在GSM系统中，因为信号的频谱较窄，信号的频谱扩散可以用交调失真来描述，例如对信号会产生严重干扰的三阶、五阶交调，会使系统产生严重的失真；在CDMA和3G系统中，因为信号的频谱较宽，可以用参数邻道功率泄漏(ACLR，Adjacent Channel Leakage power Ratio)来表示：对应于CDMA系统，信号有上下750KHz和上下1.98MHz四个频率偏移点。对应于W-CDMA系统，信号有上下5MHz和上下10MHz四个偏移点。每两个偏移点内的带宽可构成一个处理信道，共M个信道(M的倍数即为偏移点的数量)。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，进行两路检测已经能够满足目前大多数的应用。下面就以两路检测为例进行进一步说明，频谱扩散抵消检测装置207或载频抵消检测装置206包括RF下变频装置、宽带模数转换器312、数字滤波器313和DSP处理器314；所述的RF下变频装置接收RF输出的模拟信号，并进行滤波、量化和放大处理，处理后的信号发送到所述的宽带模数转换器312，用来对RF下变频装置中的两路中频信号进行模数转换，宽带模数转换器312中的模数转换器个数视其接口而定，对宽带信号而言，需要一条所述RF下变频装置中的支路对应一个模数转换器；数字滤波器313由M路DDC(Digit down convert，数字下变频)构成，接收宽带模数转换器312输出的信号，并将处理后的频谱扩散信号输出到DSP处理器314中；DSP处理器314用来检测DDC处理后的频谱扩散信号的信息并将检测结果输出到主回路中的矢量调制器204中。RF下变频装置包括：一个宽带滤波器301，用来对多载波RF宽带信号进行滤波，滤除远端干扰；两路中频接收通道，每路中频接收通道都包括一个混频器302/307和一个接收本振源LO1/LO2(LO，Local oscillation)，通过控制接收本振源LO1/LO2的频率，将需要处理的RF信道信号(如频谱扩散信号)混频到中频ADC的量化频带内；两个声表滤波器303/308和305/310，用来对邻道模拟信号进行滤波；每个声表滤波器后各有一个中频放大器，为中频放大器304/309和中频放大器306/311，接收声表滤波器滤波后的信号，并进行放大。
图4所示的是图3中的数字滤波器313即多通道DDC的结构图，包括：一个多通道数据输入单元400，一个复数控本振(NCO，Numerically controlledoscillator)405/411和一个数字I、Q正交解调单元401/410，用来把数字信号分成正交的两路I、Q信号；一个梳形串联积分(CIC，Cascaded integrator comb FIRfilter)抽取滤波器402/412，用来对I、Q信号进行CIC滤波及数据抽取；一个可编程数字滤波器403/413，用来对I、Q信号进行数字滤波及数据抽取；一个数据输出格式转换单元404，根据需要对各通道I、Q信号进行串行或并行转换。ADC的量化精度为14位，工作速率为80MSPS，它能对多载波信号在中频70MHz进行采样，量化带宽大于20M。由Nyquist采样定理，采样速率是信号带宽的4倍，满足采样要求。对于一个W-CDMA的实例，信号带宽为5MHz信号，ADC采样后通过DDC数字滤波后提供大约：10lg(80M/5M)＝12dB的处理增益。下面根据图4描述多通道DDC的工作原理。首先对中频采样数据进行频谱搬移，完成数字解调：将输入到各通道DDC的数字中频信号通过复数控本振(NCO)405/411和数字I、Q正交解调单元401/410搬移到基带，数字中频信号与NCO的正交本振输出信号相乘即可得到数字I、Q信号，通过软件对复数控本振NCO的数值进行不同的设置可以将不同频率的中频信号搬移到基带。然后对数字I、Q信号进行CIC抽取滤波：通过复数控本振(NCO)405/411和数字I、Q正交解调单元401/410得到的I、Q信号，进入CIC抽取滤波器402/412进行CIC滤波及数据抽取，这一部分主要完成在降低数据通过率的同时又起到防混叠的作用，由于DDC输出的信号速率是一定的，加入CIC后可编程数字滤波器403/413的输入速率降低，这样数字滤波器的通带和过渡带都可以作得宽一些，这样在可编程数字滤波器级数一定的情况下带外抑制就可以加大。第三步就是对数字I、Q信号进行抽取滤波：由CIC抽取滤波器402/412输出的信号在数字抽取滤波器403/413完成基带滤波，数字滤波器具有模拟滤波器无法替代的功能，它是线性相位滤波器，其阶数、滤波带宽、带内起伏、通带及阻带特性等都可以通过软件实现，通过软件改变数字滤波器的特性，可使本检测器应用于不同的通讯制式，如GSM、CDMA、WCDMA等。最后将数据根据需要进行格式转换，选择并行或串行输出：对应于不同的后级电路(对输入数据格式要求不同的DSP处理器)，输出数据格式转换单元可对I、Q数据进行串行或并行转换，最终输出满足需要的基带I、Q信号。由于功放检测电路的多样性，以上步骤并不是每一步均需要，可以按需要进行删减。
Claims (8)
1、一种具有改进结构的线性功放装置，包括激励放大器(201)、末级放大器(202)、误差放大器(205)、矢量调制器(204)、控制接口(203)，其特征在于，还包括频谱扩散抵消检测装置(207)，接收RF输出信号，将检测后的信号发送到所述的矢量调制器(204)中；
所述的频谱扩散抵消检测装置(207)包括RF下变频装置、宽带模数转换器(312)、数字滤波器(313)和DSP处理器(314)；所述的RF下变频装置接收射频输出的模拟信号，并进行滤波、量化和放大处理，处理后的信号发送到所述的宽带模数转换器(312)；所述的宽带模数转换器(312)对接收到中频信号进行模数转换，输出数字信号到所述的数字滤波器(313)；所述的数字滤波器(313)对接收到的数字信号进行滤波，并输出到所述的DSP处理器(314)；所述的DSP处理器(314)检测经所述的数字滤波器(313)处理的频谱扩散信号，并发送到所述的矢量调制器(204)。
2、根据权利要求1所述具有改进结构的线性功放装置，其特征在于，所述的RF下变频装置还包括：宽带滤波器(301)和两路具有相同结构的中频接收通道：
第一路中频接收通道包括：接收本振源LO1；混频器(302)，通过控制接收本振源LO1的频率，将需要处理的RF信道信号混频到中频ADC的量化频带内；第一个声表滤波器(303)和第二个声表滤波器(305)，对邻道模拟信号进行滤波；在每个声表滤波器后各有一个中频放大器(304)和中频放大器(306)，接收声表滤波器滤波后的信号，并进行放大，将信号发送到所述的宽带模数转换器(312)；
第二路中频接收通道包括：接收本振源LO2；混频器(307)，通过控制接收本振源LO2的频率，将需要处理的RF信道信号混频到中频ADC的量化频带内；第一个声表滤波器(308)和第二个声表滤波器(310)，对邻道模拟信号进行滤波；在每个声表滤波器后各有一个中频放大器(309)和中频放大器(306)，接收声表滤波器滤波后的信号，并进行放大，最后将信号发送到所述的宽带模数转换器(312)。
3、根据权利要求2所述具有改进结构的线性功放装置，其特征在于，所述的数字滤波器(313)包括多个数字滤波装置，且所述的数字滤波装置与所述的所述RF下变频装置中的支路一一对应。
4、根据权利要求1所述具有改进结构的线性功放装置，其特征在于，所述宽带模数转换器(312)中的模数转换器的数目与所述RF下变频装置中的支路数目相同且一一对应。
5、根据权利要求1所述具有改进结构的线性功放装置，其特征在于，还包括载频抵消检测装置(206)，所述的载频抵消检测装置(206)接收所述的矢量调制器(204)输出的信号，将处理后的信号再发送回所述的矢量调制器(204)；
所述的载频抵消检测装置(206)包括RF下变频装置、宽带模数转换器(312)、数字滤波器(313)和DSP处理器(314)；所述的RF下变频装置接所述的矢量调制器(204)输出的信号，并进行滤波、量化和放大处理，处理后的信号发送到所述的宽带模数转换器(312)；所述的宽带模数转换器(312)对接收到中频信号进行模数转换，输出数字信号到所述的数字滤波器(313)；所述的数字滤波器(313)对接收到的数字信号进行滤波，并输出到所述的DSP处理器(314)；所述的DSP处理器(314)检测经所述的数字滤波器(313)处理的频谱扩散信号，并发送到所述的矢量调制器(204)。
6、根据权利要求5所述具有改进结构的线性功放装置，其特征在于，所述的RF下变频装置还包括：宽带滤波器(301)和两路具有相同结构的中频接收通道：
第一路中频接收通道包括：接收本振源LO1；混频器(302)，通过控制接收本振源LO1的频率，将需要处理的RF信道信号混频到中频ADC的量化频带内；第一个声表滤波器(303)和第二个声表滤波器(305)，对邻道模拟信号进行滤波；在每个声表滤波器后各有一个中频放大器(304)和中频放大器(306)，接收声表滤波器滤波后的信号，并进行放大，将信号发送到所述的宽带模数转换器(312)；
第二路中频接收通道包括：接收本振源LO2；混频器(307)，通过控制接收本振源LO2的频率，将需要处理的RF信道信号混频到中频ADC的量化频带内；第一个声表滤波器(308)和第二个声表滤波器(310)，对邻道模拟信号进行滤波；在每个声表滤波器后各有一个中频放大器(309)和中频放大器(306)，接收声表滤波器滤波后的信号，并进行放大，最后将信号发送到所述的宽带模数转换器(312)。
7、根据权利要求5所述具有改进结构的线性功放装置，其特征在于，所述的数字滤波器(313)包括多个数字滤波装置，且所述的数字滤波装置与所述的所述RF下变频装置中的支路一一对应。
8、根据权利要求5所述具有改进结构的线性功放装置，其特征在于，所述宽带模数转换器(312)中的模数转换器的数目与所述RF下变频装置中的支路数目相同且一一对应。
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