CN1390382A - 高频放大器的线性化方法 - Google Patents

Abstract

必须线性化的高频放大器(VV)前置一个预矫器(PD),在该预矫器中适配地如此改变预矫系数,尽可能好地补偿放大器(VV)的非线性。根据本发明首先从高频方法器(VV)的输出信号(z(t))和预矫器(PD)的输入信号中形成商。然后从信号商中确定一个平均值。对于预矫系数(gPD)形成一个校正项,其依赖于平均增益与额定值相比的偏差,并且如此适配地改变预矫系数,使校正项最小。

Description

说明书 高频放大器的线性化方法

                     技术状况

本发明涉及高频放大器的线性化方法，该高频放大器前置一个预矫器，在该预矫器中适配地如此改变预矫系数，即在高频放大器的输出信号和预矫器的输入信号之间存在一个线性关系。

高频放大器的传输特性显著依赖于其静态电流(偏置电压)。静态电流越高，在通常情况下放大器线性越好。随着静态电流放大器的功率吸收上升或者放大器的效率下降。特别是在高频功率放大器中这可能导致在电源、冷却等等中可观的费用。如果放弃放大器的高线性，则可以以较低的静态电流驱动该放大器，如此当然降低在电源和放大器的冷却中的费用。可以放弃放大器在其线性动态范围内的运行，如果放大器前置一个预矫器，则该预矫器尽可能地补偿放大器的失真。从文献中、例如从IEEE通信学报、45卷第10章、1997年10月、1167-1171页中已知用于高频放大器预矫器。在该文章中描述的适配数字预矫器如下工作。必须预矫的信号的数值与一个实数值相乘，并且就相位加上一个实数值，以便平衡放大器的非线性影响。从一个表中读出数值和相位的相应值，从必须预矫的信号的幅度中确定其地址。分开适配数值和相位。控制数值适配的校正值是放大器输出信号和必须预矫的信号的数值的差。相位适配的校正值是放大器输出信号和必须预矫信号的相位的差。

本发明基于这个任务，给出一种开始提到的形式的方法，以该方法可以达到高频方器的尽可能好的线性化。

                   本发明的优点

以权利要求1的特征由此解决上述任务，首先从高频放大器的输出信号和预矫器的输入信号中形成一个商，然后从信号商中确定一个平均的增益。对于在预矫器中形成的预矫系数形成一个校正项，该项依赖于平均增益与额定值相比的偏差。最后适配地如此改变预矫系数，使该校正项最小。根据本发明，不必象在引用的现技术状况中一样计算信号的数值和相位，而是形成信号的商，由此以最小的计算费用能够确定匹配的校正项。

以该方法适配调整预矫器的特性，也可以补偿依赖温度和依赖老化的增益变化。此外预矫器在连续运行中的自动匹配使在生产时预矫器的平衡变为多于。

从属权利要求中的给出本发明的有益改进。

由此调整在预矫器的匹配中特别好的接近，从匹配常量与在反演的平均增益和1之间的差的积中形成预矫系数的校正项。

这是适当的，即从预矫器的输入信号中形成功率或从中推导出的数值，然后线性量化功率或从中推导出的数值，给每个可能的量化级分配预矫系数的一个值，对每个量化级确定一个平均增益，并且对于每个给量化级分配的校正系数形成一个依赖于就当时量化级确定的平均增益的校正项、通过预矫系数的适配变化使该校正项最小。有益地由此确定每个量化级的平均增益，即经过确定的时间间隔从高频放大器的输出信号和预矫器的输入信号的时间离散和值离散的取样值中形成增益值，累加所有与当时量化级一致的增益值，并且对于每个量化级在时间间隔的结尾由累加产生的增益值除以累计步骤的数目。

匹配常量主要拥有一个依赖于当时分配给预矫系数的量化级。

由此实现对于预矫系数的一个最佳匹配速度，即选择二个之中较小的值作为匹配常量，其中一个值为0.5并且另一个值依赖于在相关量化级中增益值累计的数目。

                    实施例的说明

下面根据在图中描述的实施详细阐述本发明。

附图的唯一图指出了一个高频放大器VV-在下面称作放大器-和一个预值的预矫器PD。以x(t)表示预矫器的输入信号，以y(t)表示分配给放大器输入端的、预矫器的输出信号，以z(t)表示放大器VV的输出信号。输入信号x(t)和二个另外的信号x(t)和z(t)是完全解析的，也就是说其拥有实数部分和虚数部分。输入信号x(t)可以是基带信号或在中频范围或高频范围内的信号。对于基带信号的正交分量变换为中频或者高频范围通常使用正交混频器。当然如果在中频范围或高频范围存在信号x(t)，该信号同样具有正交分量，描述的由预矫器PD和放大器VV形成的布置也可以用在中频范围或者高频范围。当然如果在中频范围或高频范围存在一个信号x(t)，则该信号仅仅具有实数部分，如此借助于Hilbert滤波器、其主要仅仅实施相位偏移90°、从信号的实数部分中获得缺乏的虚数部分。在该电路下面的阐述中以在基带中的输入信号x(t)为出发点。

根据等式(1)描述在放大器VV的输入信号y(t)和其输出信号z(t)之间的关系z(t)＝gVV(Ay(t))·y(t)                        (1)

其中Ay(t)＝|y(t)|。以gVV(Ay(t))表示复数的增益系数，其仅仅依赖于复数的输入信号y(t)的幅度Ay(t)。输入信号y(t)分解为数值和相位，当然对于输出信号z(t)根据等式(2)得到：z(t)＝fAM，VV(Ay(t))e^{[fPM，VV(Ay(t))+Φy(t)]} (2)

复数输出信号z(t)的幅度Az(t)和相位Φz(t)当然根据等式(3)和(4)：Az(t)＝fAM，VV(Ay(t))                         (3)Φz(t)＝fPM，VV(Ay(t))+Φy(t)                 (4)

在等式(2)、(3)、(4)中以fAM，VV表示幅度-幅度变换，以fPM，VV表示幅度-相位变换、由放大器VV产生的不希望的方式。等式(1)与等式(2)的比较提供根据等式(5)的增益系数。 $\mathrm{gVV}\left(\mathrm{Ay}\left(t\right)\right)=\frac{\mathrm{fAM},\mathrm{VV}\left(\mathrm{Ay}\left(t\right)\right)}{\mathrm{Ay}\left(t\right)}\·e^{\mathrm{jfPM},\mathrm{VV}\left(\mathrm{Ay}\left(t\right)\right)}...\left(5\right)$

预矫器PD象放大器一样是非线性元件。如此调整由预矫器产生的预矫系数gPD，其补偿后面放大器VV的增益系数gVV的非线性。在等式(6)中描述了在预矫器PD的输入信号x(t)和输出信号y(t)之间的关系。y(t)＝gPD(Ax(t))·x(t)                        (6)

预矫系数gPD单独依赖于复数输入信号x(t)的幅度Ax(t)。象在图中描述的电路一样得知，由此产生预矫器PD的输出信号y(t)，乘法器M使输入信号x(t)与预矫系数gPD相乘。根据等式(7)和(8)说明预矫器PD的复数输出信号y(t)的幅度Ay(t)和相位Φy(t)。Ay(t)＝fAM，PD(Ax(t))                        (7)Φy(t)＝fPM，PD(Ax(t))+Φx(t)                (8)

在等式(7)和(8)中以fAM、PD表示幅度-幅度变换，以fPM、PD表示预矫器PD的幅度-相位变换。如果在等式(3)和(4)中代入等式(7)和(8)，则在理想线性的补充条件下，也就是说Az(t)＝Ax(t)并且Φz(t)＝Φx(t)，获得在等式(9)和(10)中复述的、在放大器VV中和在预矫器PD中在幅度-幅度变换和幅度-相位变换之间的关系。fAM，PD(Ax(t))＝f^-1AM，VV(Ax(t))              (9)fPM，PD(Ax(t))＝-fPM，VV(f^-1AM，VV(Ax(t))     (10)

在证明等式(9)和(10)中，比如必须塑造的预矫器PD，如此补偿放大器VV的非线性，f^-1指的是f的反函数。放大器VV的线性也仅仅在增益特性曲线的可逆明确的范围内是可能。fAM，PD因此同样是明确可逆的。

象在图中描述的预矫器PD的方框图中指出的，在第一个功能模块P中输入信号x(t)的二个正交分量平方并相加，如此在输出端上存在输入信号x(t)的功率Px(t)。也就是适用Px(t)＝|x(t)|²。在下一个功能模块L中功率Px(t)明确变换为一个另外的数值Lx(t)。该另外数值例如可以是logPx(t)。可是功率Px(t)不必转变为新数值Lx(t)，而是可以直接供给下个功能模块Q。在这个模块Q中线性量化输入量Lx(t)-或者直接量化功率Px(t)。在下个功能模块A中、在该模块中进行预矫系数gPD的匹配、主要就每个可能的量化级在一个表中保存预矫系数gPD的一个值。下面通过gPD(K(t))表明预矫系数对量化级的依赖。当然量化级表明表的地址，在该表中保存预矫系数gPD(K(t))。

功能模块A包含具有预矫系数gPD(K(t))的表并进行预矫系数的匹配。为此向功能模块一方面供给预矫器PD的输入信号x(t)并另一方面供给放大器VV的输出信号z(t)。由测量接收机MV接收放大器VV的输出信号，该测量接收机的任务主要在于，放大器VV的输出信号z(t)再度反变换为频率状态，在该状态中实现预矫器。在此假设，测量接收机MV可以看作理想的。这意味着，其应当产生比放大器明确低的失真，由于测量接收级MV的明确较小的信号电平这容易满足。功能模块A首先从放大器VV的输出信号z(t)和预矫器PD的输入信号x(t)中形成商。二个信号x(t)和z(t)作为时间离散和值离散的取样值存在，因此其在下面作为x(n)和z(n)描述。N表示在预定时间内取样值的循环变量。商z(n)/x(n)是在包括预矫器PD和放大器VV的布置的取样时刻n的瞬间增益。

正如在等式(11)中描述的，累加属于相同量化级的信号商z(n)/x(n)，这样经过输入信号x(n)的预定时间间隔对于每个存在的量化级K确定在通过量化级K可寻址的表中保存的增益值。 $V\left(K\right)=V\left(K\right)+\frac{z\left(n\right)}{x\left(n\right)}.......\left(11\right)$

在等式(12)中对每个量化级K累计的数目计数；在此对于每个量化级K也可能提及采取频度T(K)。

T(K)＝T(K)+1                        (12)

象在等式(13)中给出的，如果在预定的时间间隔的结尾存在的增益V(K)除采取频度T(K)，则在时间间隔的结尾对于当时量化级K获得平均增益。 $W\left(K\right)=\frac{V\left(K\right)}{T\left(K\right)}......\left(13\right)$

dPDm(k)是在第m个时间间隔第K个量化级的预矫系数。Wm(K)是第K个量化级的在第m个时间间隔中计算的平均增益。

平均值W(K)与额定值的偏差用作校正值，以便匹配预矫系数gPD(K)，直到使校正值最小。如果通过预矫系数gPD(K)的匹配校正值理想为0，则完全补偿了增益系数gVV(K)的非线性。以匹配等式(14)实现在匹配预矫系数gPD(K)时较好地接近一个保证整个布置高线性的值。

gPDm+1(K)＝gPDm(K)[1+Δ(K)(W^-1m(K)-1)          (14)

匹配等式(14)表明，从叠加校正值gPDm(K)·Δ(K)(W^-1m(K)-1)的、前面的时间间隔m的预矫系数gPD(K)中表明当前时间间隔m+1的预矫系数gPDm+1(K)。在校正项中Δ(K)是依赖于量化级K的匹配常量。此外通过平均值与额定值的偏差确定校正项。在特殊情况下，象从等式(14)中推断出的，校正值依赖于反演的平均增益W-1m(k)与1的偏差。强调，通过如此形成的校正值预矫系数gPD(K)在匹配过程期间表明好的接近特性。对于匹配常量Δ(K)适用，其越小，预矫系数gPD(K)对补偿放大器VV的非线性补偿的值的匹配持续越长。越长的匹配过程表明，其经过多个时间间隔接近，这等同于长的持续平均过程，如此更好抑制例如由于热噪声的干扰。对于匹配过程注意，从一个时间间隔到下一个时间间隔不十分显著地改变预矫系数。因此这证明是有意义的，匹配常量Δ(K)依赖于在等式(12)给出的采取措施的数目T(K)。象对于平均值W(K)等式(13)明确的，对于这个量化级K增益的平均最强的，对于该量化级按照等式(12)的采取定额是最高的。这是有意义的，匹配常量越大增益W(K)的平均或者各个量化级k的采取定额T(K)越强。在等式(15)中描述了匹配常量的可能的给定值。

Δ(K)＝min{0，01T(K)；0，5}              (15)

该等式(15)说明，对于当时量化级K匹配常量Δ(K)等同于二个值中较小的值，其中一个值为0.5，另一个值与当时量化级K的采取定额T(K)的百分之一一致。对此以此为出发点，大约10000个取样值属于一个时间间隔，对于该时间间隔确定平均增益W(K)和采取定额。

Claims (6)

1.高频放大器的线性化方法，该高频放大器前置一个预矫器(PD)，在该预矫器中适配地如此改变预矫系数，即在高频放大器(VV)的输出信号(z(t))和预矫器(PD)的输入信号之间存在线性关系，其特征在于，从高频放大器(VV)的输出信号(z(t))和预矫器(PD)的输入信号中形成商，从信号商中确定平均增益，对于预矫系数(gPD)形成一个校正项，其依赖于平均增益与额定值相比的偏差，并且适配地改变预矫系数(gPD)，如此使校正项最小。

2.按照权利要求1的方法，其特征在于，从匹配常量与在反演的平均增益和1之间的差的积中形成校正项。

3.按照权利要求1或2之一的方法，其特征在于，从预矫器(PD)的输入信号(x(t))中形成功率(Px(t))或从中推导出的数值(Lx(t)，线性量化功率(Px(t))或从中推导出的数值(Lx(t)，给每个可能的量化级(K(t))分配校正系数(gPD)的一个值，对每个量化级确定一个平均值，并且对于每个分配给量化级的预矫系数(gPD)形成一个依赖于就当时量化级确定的平均增益的校正值，通过预矫系数(gPD)的适配改变使该校正值最小。

4.按照权利要求3的方法，其特征在于，由此对每个量化级确定平均增益，即经过确定的时间间隔从高频放大器(VV)的输出信号(z(t))和预矫器(PD)的输入信号(x(t))的时间离散和值离散的取样值中形成增益值，累加所有与当时量化级一致的增益值，对于每个量化级在时间间隔的结尾从累加中产生的增益值除以累加步数。

5.按照权利要求2和3的方法，其特征在于，匹配常量拥有一个依赖于分配给预矫系数(gPD)的当时量化级的值。

6.按照权利要求4和5的方法，其特征在于，选择二个值中较小的值作为匹配常量，其中一个值为0.5，另一个值依赖与在相关量化级中增益值累加的数目。

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