CN1512688A - 消除通信中的互调产物 - Google Patents

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Abstract

消除通信设备的放大器电路系统内的互调产物。在放大器电路的第一主支路内处理原载波。通过第一信号分路器将原载波耦合到第二支路。互调产物是由通过第二支路耦合的部分原载波产生的。然后，使互调产物耦合回主支路，以产生输出信号，将该输出信号送到发射机。

Description

消除通信中的互调产物
本专利申请是2002年12月27日提交的第10/329,992号美国专利申请的继续部分，在此特地引用该专利申请的内容供参考。
技术领域
本发明一般地涉及通信。更具体地说，本发明涉及用于通信系统的放大器电路系统。
背景技术
在通信中，在通过传输系统的放大器电路系统对基频进行处理时，可能产生互调产物。请参考图1，如果不进行抑制，则这些互调产物可能会干扰传送信号并使传送信号失真。
抑制互调产物的现有方法有几种，例如滤波、降低功率放大器的工作效率以及前馈控制系统。这些方法均具有缺点。在诸如EDGE调制系统的某些系统中进行滤波难以消除三次互调产物(IM3)，因为IM3产物非常接近(各)预定信号的原载波(primary carrier)。降低放大器的工作效率可以防止产生互调产物，但是会降低特定级的放大率，并且产生更多的热量，这些热量扩散到周围系统中。
图2示出在反馈通路中采用反向二极管配置的现有技术单回路前馈控制电路。其原理是，在使用反向二极管电路以压缩方式或接近压缩方式工作时，再现被放大器消波的信号部分。然后，可以将复制的信号重新插入主通路中以泵送原载波，这样使得互调产物看上去较小。除非放大器接近压缩方式工作，否则反馈配置不能工作。换句话说，在信号从压缩方式复原时，它对互调产物无效。此外，该配置的缺点在于在反馈通路中要求延迟线。
双回路反馈控制电路的第一回路用于，通过将延迟的原载波与具有互调分量的被调相、被放大的原载波进行比较，将(各)原载波降到零。请参考图3，通过比较获得的互调产物被送到第二回路。以可以抑制(消除或减小)主放大器的互调产物的方式，将这些互调产物的振幅和相位进行调节，并插入具有延迟的原载波的主通路中。
双回路反馈系统可以抑制互调产物，但是对信号进行微调、采样和合并所需的延迟线和多个耦合器降低效率，并且显著增大尺寸。如果要求宽带宽(＞1MHz)，则延迟线必须大。电路的效率非常重要，但是在下一代多载波系统中，电路的大小也非常重要。
发明内容
下面各优选实施例的目的是提高发射机电路系统抑制高次谐波互调产物的能力。优选实施例使用相对较少的单元，而无需延迟线，从而降低电路的成本和尺寸，同时在下一代多载波蜂窝式通信系统中提供优化操作。
根据第一方面，本发明的优选实施例包括放大器电路，该放大器电路包括：第一支路；第二支路；信号分路器，该信号分路器将具有含有基频的原载波的输入信号分离为第一信号和第二信号，所述第一信号和第二信号分别送到第一支路和第二支路，第一支路放大所述信号分路器输出的所述第一信号以获得放大信号，第二支路对所述第二信号进行乘法以产生含有高次互调产物的信号；以及耦合器，该耦合器将第一支路输出的放大信号与第二支路输出的、含有高次互调产物的信号组合在一起以产生输出信号。
根据第二方面，本发明的优选实施例包括一种用于无线通信系统的基站，该基站包括：发射机，所述发射机与至少一台用户设备通信；以及放大器电路，所述放大器电路包括：第一支路；第二支路；信号分路器，该信号分路器将具有含有基频的原载波的输入信号分离为第一信号和第二信号，所述第一信号和第二信号分别送到第一支路和第二支路，第一支路放大所述信号分路器输出的所述第一信号以获得放大信号，第二支路对所述第二信号进行乘法以产生含有高次互调产物的信号；以及耦合器，该耦合器将第一支路输出的放大信号与第二支路输出的、含有高次互调产物的信号组合在一起以产生输出信号，将所述输出信号送到所述发射机。
附图说明
以下对典型实施例所做的详细说明和权利要求均属于本发明的一部分，在结合附图阅读它们时，本发明的以上内容将变得更加明显，并且可以更好地理解本发明。尽管以上和以下书面描述和说明的公开主要集中在披露本发明的典型实施例，但是应该清醒地认识到，它们仅用于说明问题和作为例子，并且本发明并不局限于此。
图1是放大器互调产物的示意图。
图2示出用于放大器的现有技术的单回路前馈控制电路。
图3示出用于放大器的现有技术的双回路前馈控制电路。
图4是其中可以实现优选实施例的典型下一代蜂窝式通信系统的体系结构的方框图。
图5示出根据本发明实施例的互调产物消除电路。
图6A和6B是对图3所示互调产物消除电路的结果所做的比较。
图7是示出作为频率的函数的、互调产物消除电路的结果的图表。
具体实施方式
在开始详细说明本发明的优选实施例之前，做以下陈述是适当的。参考典型的下一代多载波蜂窝式通信网内的网络单元，说明本发明的优选实施例。然而，优选实施例并不局限于下一代多载波蜂窝式通信网。它们可以应用于任意无线通信系统或诸如有线电视系统的任意有线通信系统，以方框图形式示出典型蜂窝式系统的配置和实施例，但是为了避免使本发明模糊不清，还鉴于本技术领域内的普通技术人员知道对这种系统的实现过程制定的技术规范并且该技术规范取决于环境，所以在本专利申请中，未对它们做过详细的说明。换句话说，这些技术规范是可变的，并且应该在本技术领域内的熟练技术人员的知识范围内。在为了说明本发明的典型实施例而对具体细节进行说明时，本技术领域内的熟练技术人员应该明白，不需要这些具体细节，或者对这些具体细节进行变更，仍可以实现本发明。
图4是其中可以实现优选实施例的典型下一代蜂窝式通信系统的体系结构的方框图。第一用户设备(UE)11和第二UE 12通过Uu无线电接口分别连接到UTRAN 40的第一和第二基站21、22。各基站参与无线电资源信令和管理，并通过发射机，与UE 11和UE 12实现无线电连接。UTRAN 40至少包括一个基站控制器30，该基站控制器30通过Iub接口连接到基站21、22，并且UTRAN 40负责管理和控制其区域(即，连接到它的基站控制器21、22)内的无线电资源。RNC 30可以是UTRAN 40提供给核心网(未示出)的所有业务的业务接入点。图4还示出通过Iub接口连接到基站23和24的第二RNC 35。在RNC 30与RNC 35之间设置Iur接口。为了便于说明问题，图4仅示出两个基站控制器。当然，在无线电接入网中，可以存在任意数量的基站和基站控制器。同样，也未示出基站的发射机。
本发明的优选实施例优先应用于下一代多载波蜂窝式通信系统中。然而，并不限制优选实施例的应用，可以在各种各样设备的发射机电路系统中实现该优选实施例。
图5示出根据本发明优选实施例的放大器电路级。该优选实施例可以应用于发射机链(transmitter chain)中的任意级。进入该级的输入信号存在两个基频f1和f2。第一信号分路器501将该输入信号分到两个支路。
第一主支路上的信号含有原载波的基频f1和f2，并被至少一个非线性单元502处理。非线性单元502可以是混合器、放大器或混合器和放大器的组合。如上所述，非线性单元502的输出是具有三次互调产物和原始基频f1和f2的信号。三次互调产物出现在频率2Zf1-Zf2和22f2-Zf2。Z是可变转换因数。
第二支路根据部分原载波产生三次调制产物。从第一信号分路器501进入第二支路的输入信号含有基频f1和f2，然后，被第二信号分路器503分离为含有基频f1和f2的第一和第二复制信号。倍频电路504将第一信号的基频加倍为具有二次谐波2f1和2f2的倍频信号。倍频电路可以是例如倍频器或混频器。
乘法电路505将倍频电路504输出的倍频信号乘以第二信号分路器503输出的第二信号，而结果信号具有频率为2Zf1-Zf2和2Zf2-Zf1的三次互调产物(为了简化起见，该图中未示出转换因数“Z”)。乘法电路505可以使用例如乘法器或混合器。
然后，可以在调节电路506内调节产生的产物的增益、振幅、频率以及相位，以致输出信号消除了非线性单元502输出的信号中的固有三次产物。调节电路506取决于非线性单元502。如果非线性单元502是放大器，则调节电路506至少调节振幅和相位。如果非线性单元502是混合器或混合器和放大器的组合，则调节电路506至少调节频率、振幅和相位。它可以简单包括用于调节频率的混合器和用于校正振幅的放大器。在任何一个实施例中，可以需要，也可以不需要增益调节器。附加增益调节器仅是一种设计选择，并且只在第二通路中的损耗使得要求附加增益以实现所需的振幅时，才需要附加增益调节器。
信号组合器507将调节电路506的输出信号与第一支路输出的信号组合在一起。因此，信号组合器507的输出信号仅含有基频f1和f2。
最好充分抑制三次互调产物，以满足在减少的功率补偿(powerbackoff)情况下RF驱动器放大器级的EDGE调制要求。图6A示出从没有任何消除电路系统的放大器获得的基线模拟结果。图6B示出从含有图5所示电路系统的放大器获得的模拟抑制结果。如图所示，对于该基线，左输出IP3是36.208，而右输出IP3是36.204。在有IM3消除时，左输出IP3是59.099，而右输出IP3是59.570。
图7是含有作为输入基频的函数、消除电路系统的结果的表。它示出对于1880MHz(1.880E9)与1925MHz(1.925E9)之间的频率范围，输出在56.0以上。换句话说，消除电路系统获得了合理的带宽(在45MHz上的20 dB IP3/40 dB IM3改善)。
尽管图5所示电路系统的目标是三次产物，但是可以将它调节为可以消除五次或某些更高次产物的修改电路系统。通过将混合器变更为或者将倍频电路504变更为更高次频率发生器以获得高次谐波，可以实现所述修改。
消除电路系统比现有技术具有优势，因为它不需要双回路，并且不包括大延迟线。因为只有一个回路并且不需要延迟线，所以该系统可以制造得较小，并且需要较少电路。特别地，宽带宽可能需要大延迟线。如果没有延迟线，则该电路可以作为集成电路的一部分包括在单个半导体芯片中。作为一种选择，可以在印刷电路板(有时称为印刷布线板)上实现该电路，或者将该电路实现为位于诸如低温钴烧结陶瓷(Low Temperature Co-Fired Ceramic(LTTCC))的高级衬底上的集成电路。例如，请参考National Semiconductor出版的Design Rules For Physical Layout of Low Temperature Co-FiredCeramic Modules，Revision 8.1，1/5/2000，在此引用它供参考。如果不能将耦合器设置到半导体芯片上，则例如可以采用LTCC实现过程，将耦合器的尺寸降低到最小。

Claims (22)

1.一种信号处理电路，该信号处理电路包括：
第一支路，包括至少一个非线性单元；
第二支路；
第一信号分路器，该第一信号分路器将具有含有基频的原载波的输入信号分离为第一信号和第二信号，所述第一信号和第二信号分别送到第一支路和第二支路，第一支路处理所述第一信号分路器输出的所述第一信号以产生包括第一组互调产物的处理信号，第二支路具有第二信号分路器、倍频器、混合器以及调节电路，被配置为产生含有与第一组互调产物接近相同的频率、振幅和相反相位的第二组互调产物的控制信号；
以及
耦合器，该耦合器将处理信号与控制信号组合在一起。
2.根据权利要求1所述的信号处理电路，其中所述非线性单元包括放大器。
3.根据权利要求2所述的信号处理电路，其中调节电路包括振幅调节器和相位调节器。
4.根据权利要求2所述的信号处理电路，其中调节电路包括振幅调节器、相位调节器以及增益调节器。
5.根据权利要求1所述的信号处理电路，其中所述非线性单元包括混合器。
6.根据权利要求5所述的信号处理电路，其中调节电路包括频率调节器、相位调节器以及振幅调节器。
7.根据权利要求5所述的信号处理电路，其中调节电路包括频率调节器、相位调节器、振幅调节器以及增益调节器。
8.根据权利要求1所述的信号处理电路，其中非线性单元包括混合器和放大器。
9.根据权利要求8所述的信号处理电路，其中调节电路包括频率调节器、相位调节器以及振幅调节器。
10.根据权利要求8所述的信号处理电路，其中调节电路包括频率调节器、相位调节器、振幅调节器以及增益调节器。
11.一种用于无线通信系统的基站，该基站包括：
发射机，所述发射机与至少一台用户设备通信；以及
信号处理电路，所述放大器电路包括：
第一支路，包括至少一个非线性单元；
第二支路；
第一信号分路器，该第一信号分路器将具有含有基频的原载波的输入信号分离为第一信号和第二信号，所述第一信号和第二信号分别送到第一支路和第二支路，第一支路处理所述第一信号分路器输出的所述第一信号，第二支路具有乘法电路，该乘法电路被配置为对所述第二信号进行乘法，从而产生含有第一组高次互调产物的处理信号，第二支路具有第二信号分路器、倍频器、混合器以及调节电路，被配置为产生含有与第一组互调产物接近相同的频率、振幅和相反相位的第二组互调产物的控制信号；
以及
耦合器，该耦合器将处理信号与控制信号组合在一起。
12.根据权利要求11所述的基站，其中所述非线性单元包括放大器。
13.根据权利要求12所述的基站，其中调节电路包括振幅调节器和相位调节器。
14.根据权利要求12所述的基站，其中调节电路包括振幅调节器、相位调节器以及增益调节器。
15.根据权利要求11所述的基站，其中所述非线性单元包括混合器。
16.根据权利要求15所述的基站，其中所述调节电路包括频率调节器、相位调节器以及振幅调节器。
17.根据权利要求15所述的基站，其中调节电路包括频率调节器、相位调节器、振幅调节器以及增益调节器。
18.根据权利要求11所述的基站，其中非线性单元包括混合器和放大器。
19.根据权利要求18所述的基站，其中调节电路包括频率调节器、相位调节器以及振幅调节器。
20.根据权利要求18所述的基站，其中调节电路包括频率调节器、相位调节器、振幅调节器以及增益调节器。
21.一种消除具有含有基频的原载波的输入信号内的互调产物的方法，该方法包括：
将输入信号分离为第一信号和第二信号，所述第一信号和第二信号分别送到第一支路和第二支路；
在第一支路的非线性单元内处理第一信号，以产生包括第一组互调产物的处理信号；
在所述第二支路内调节所述第二信号以产生含有第二组高次互调产物的控制信号，所述第二组高次互调产物与第一组互调产物的频率、振幅接近相同，相位相反；以及
将处理信号与控制信号组合在一起。
22.根据权利要求21所述的方法，其中所述在所述第一支路内处理所述第一信号的过程包括放大所述第一信号。
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