CN1550064A - 自适应信号调节系统的校准 - Google Patents

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Abstract

本发明对于自适应信号调节系统实现可靠的非侵入式校准，自适应信号调节系统具有在到信号转换系统(220)的信号路径中的信号调节模块(210)和包括多个反馈元件(230)以便借助于参数自适应模块(260)对信号调节中使用的参数进行自适应处理的反馈路径。为了校准反馈路径，将定义明确的参考信号插入反馈路径，然后系数校准器(240)响应于接收的参考信号确定一个合适的校准系数。将校准系数提供给补偿器(250)，有效地补偿了由于环境温度变化和元件老化等因素引起的反馈路径的传输特性的变化。因此，在校准的反馈路径上(230、250)传送的反馈信号将是信号转换系统(220)的输出信号的准确表示形式。

Description

自适应信号调节系统的校准
技术领域
本发明一般来说涉及一种自适应信号调节系统和校准这样一种系统的方法，以及在功率放大器系统和多频段发送器系统中实施自适应信号调节技术的方案。
背景技术
在电子学和通信的所有领域中都可以找到自适应信号调节系统，自适应信号调节系统一般情况下用于对输入到例如放大器链或者任何其它合适的系统之类的信号转换系统的输入信号进行自适应调节，以连续提供整个系统的期望的输出信号。
预失真失真是一种信号调节技术。用于例如功率放大器和发送器系统方面，如参考文献1-9所示。预失真的主要目的是利用功率放大器的失真特性的“反向(inverse)”、通过使输入到功率放大器的输入信号预先发生失真来补偿由功率放大器或类似的系统引起的失真。理想的情况下，功率放大器的反向失真函数和传递函数的级联响应结果导致总的线性的增益和相位传递函数。一般说来，反向预失真函数或互补预失真函数基于由幂级数模拟的放大器的近似，其特征在于它的AM-AM(AM即幅度调制)和AM-PM(PM即相位调制)特性。
反向预失真函数还可包括较高阶的效应，如功率晶体管的热性质和/或由于偏置和匹配电路引起的频率相关性质。然而，因为由功率放大器引起的失真由于诸如环境温度变化和部件老化之类的因素可能会随时间而变，所以所用的自适应预失真方案要保持线性。一般说来，自适应预失真方案需要从功率放大器和相关的自适应控制单元的输出端来的反馈，来跟踪功率放大器的传递特性的变化和对应作出响应适应预失真函数。
图1是表示应用在一个功率放大器方面的典型的自适应数字式预失真系统的示意方块图。输入信号SIN提供给信号调节模块110。这里假定输入信号是数字信号，已经经过了常规的基带处理。信号调节模块110实现预失真函数并按照预失真函数修改基带信号。然后，在数—模转换器(DAC)120中把最终得到预失真信号转换到模拟域，并且在上变频器130中上变频至射频带。最后，由功率放大器(PA)140将上变频的信号放大成输出信号SOUT，输出信号SOUT通过一个天线150发送出去。
在信号路径中，在信号调节模块110后面串联连接的数—模转换器120、上变频器130、和功率放大器140一般情况下看作是一个信号转换系统。在信号调节模块110中实现的预失真函数通常表示的是完整的信号转换系统或它的适当部分的失真特性的反向。在大多数情况下，功率放大器150就代表了失真特性的主要部分，因此预失真函数通常是作为功率放大器的失真特性的反向提供的。
为了使预失真函数的自适应成功执行，要安排一个反馈路径，以便响应于功率放大器的输出信号SOUT提供一个观察信号SOBS。反馈路径包括用于探测功率放大器输出的探针160、下变频器170、和模—数转换器(ADC)180。观察的反馈信号SOBS提供给参数自适应单元190，参数自适应单元190根据观察信号SOBS以及输入信号SIN经过延迟模块195的一个延迟信号对于预失真函数的参数进行自适应处理。
只要观察信号SOBS是输出信号SOUT的准确代表，参数自适应处理将能保持前向传递路径的准确和线性的响应。然而，在实际上，由于温度和频率的变化，反馈路径的传输特性要发生动态变化使得在反馈路径的输出端的观察信号SOBS不再是输出信号SOUT的准确代表。这可能严重叠地影响自适应预失真技术的总体性能。事实上，反馈路径传输特性的动态变化是影响任何自适应信号调节系统的核心的一个关键问题。
例如，这个问题表现为在功率放大器或类似的信号转换系统的输出端需要保持特定的信号电平。再次参照附图1，可以看出，输出信号SOUT是以下述方式与输入信号SIN和传输增益GTX关联的：
SOUT＝SIN×GTX        (1)
因此，可以看出，要求保持特定的输出电平可以按照另一种方式表示为保持恒定的传输增益GTX。
如以上所述，自适应预失真技术依赖反馈路径以及参数自适应处理，反馈路径用于在响应输出信号SOUT时提供观察信号SOBS，在参数自适应处理中观察信号SOBS与输入信号SIN的一个延迟信号进行比较，其目的在于使SOBS等于SIN。在实际中，反馈路径有一个增益GRX，观察信号SOBS和输出信号SOUT之间的关系可以表示为：
SOBS＝SOUT×GRX        (2)
组合等式(1)和(2)，可以获得观察信号和输入信号之间的如下关系：
SOBS＝GRX×GTX×SIN      (3)
由于参数自适应处理的目的是使SORS等于SIN，所以只要下式成立：
GRX×GTX＝1，            (4)，
则对于增益的参数自适应处理就能正确地进行。
只要GRX和GTX二者不变，输出信号SOUT就能保持在特定的电平。然而，在实践中，由于诸如温度变化和元件老化之类的因素，GRX和GTX二者都要改变。增益因子GRX和GTX可能发生这样的变化，以使GRX×GTX＝1。虽然这不会影响预失真参数自适应处理，但可能导致不正确的输出信号，因为已经改变的传输增益GTX＝(GTX初始+GTX变化)将是不正确的。当然，增益因子GRX和GTX还可能这样改变，以使GRX×GTX不等于1。这还将导致不正确的输出信号SOUT。
在大多数应用中，系统对于输出功率准确度的要求使对输出信号电平进行控制成为必须作的工作。例如，无线电发送器一般情况下要求：输出信号电平应该准确到±0.5至±3分贝的范围之内。在CDMA系统中，这个准确度尤为重要，在CDMA系统中，必须将基站或终端的输出功率控制得极其准确，才可能不牺牲系统的容量。因为无线电发送器要承受环温度的巨大变化，而且还包括其它的效应如老化、发送频率改变、和电源变化，所以有必要校正增益GRX和GTX的变化。
利用自适应预失真方案，一般情况下可使问题简化，或者可以保持GRX为常数或者可以保持GTX为常数，因为参数自适应处理能够保持其它的增益因子为常数。然而，如果GRX和GTX这二者都变化，就需要附加的信息和相应的自适应处理来校正第二增益变化。
在这方面，一项简单的技术就是在制造期间按照已知的变量如温度和传输频率将传输路径或反馈路径全面特征化，然后借助于一个增益补偿装置来补偿增益变化。公知的办法是使用在操作期间要访问的查找表为这个增益补偿装置提供所需的校正系数。另一种选择方案则简单地就是选择一个合适的无源的衰减器来补偿增益变化。
然而，这种预先特性化是有缺点的：存在某些不确定性，即，随着许多相关的元件的老化，这种增益补偿是否仍旧保持准确。另一个问题是，完成特征化和/或者说计算补偿系数在生产中是需要时间的。
在市场上可以从Ericsson得到的无线电基站RBS1107/1127中使用的一种较为先进的技术涉及传输功率跟踪回路，它使用专用的功率检测器并根据功率放大器输出功率的实际测量值和自适应预失真系统的输入功率来保持传输路径的增益不变。以此方式，由于传输路径是按照增益校准的，所以参数自适应处理能够保持反馈路径的增益为常数。然而，功率检测器还必须针对所有已知的相关变量如功率、温度、和频率进行校准。虽然与完整的传输路径相比，功率检测器补偿所占比例较少，但这表明这种补偿仍有与先前描述过的补偿有相同的缺点，其中包括老化的不确定性和在生产中需要时间。
发明内容
本发明克服了现有技术装置的这些和其它缺点。
本发明的一个总的目的是提供一种改进的自适应信号调节系统。
本发明的另一个目的是提供一种对自适应信号调节系统进行可靠有效校准的一种机构。
本发明的下一个目的是提供一种功率放大器系统和多频段发送器系统，如自适应天线系统或发送分集系统，其中可实施可靠校准的自适应信号调节系统。
通过附加的专利权利要求书限定的本发明可以实现这些目的和其它的目的。
按照本发明的总体构思是：在反馈路径中有选择性地插入一个清楚限定的参考信号、并根据这个参考信号校准反馈路径，从而可以对自适应信号调节系统提供可靠和有效的校准。使用参考信号校准反馈路径意味着，有效地去除了由于诸如环境温度变化和元件老化之类的因素引起的反馈路径的传输特性的变化的结果。以此方式，在经过校准的反馈路径上传送的反馈信号将是反馈路径的输出信号的精确代表，从而可以进行准确的自适应信号调节。
可以根据反馈路径上参考信号的相应信号特征的变化的测量值、针对反馈路径的任何影响信号的性质如增益、相位移、或延迟来校准反馈路径。
因为使用的是预先确定的和稳定的参考信号，所以插入的参考信号的标称信号特性通常都是已知的。因此，反馈路径的传输特性的任何变化一般情况下都可通过在反馈路径输出端测量的参考信号特性与已知的信号特性的简单的比较揭示出来。
为了保证参考信号的预先确定的标称信号特性随时间保持不变，在本发明的优选实施例中，利用了参考信号特性对各个变量如温度和频率的直接测量或预先特性化。
一般情况下，本发明可以应用到要求准确的自适应信号调节的任何系统，并且可与这个系统一起实施。例如，本发明可与一个功率放大器系统一起实施，以维持一个绝对准确和线性的输出响应。就此而论，针对增益校准自适应信号调节系统的反馈路径、从而保持功率放大器系统的输出功率准确，这可能是极具魅力的。另一个重要的实例涉及多频段发送器系统，如自适应天线系统或发送分集系统，其中实施了本发明，对于增益、相位、和/或延时进行了准确的控制。在自适应天线系统中，可以使用按照本发明的校准来提供准确的增益和相位控制。在发送分集系统中，使用本发明来准确延迟不同传输分支之间的匹配。
本发明可以提供以下的优点：
—可靠和有效的校准；
—非侵入式校准，由于这种校准不破坏整个系统的前向通路的正常操作；
—在操作期间自动校准；
—减少生产期间对于昂贵校准过程的需求；
—在功率放大器系统中的绝对功率准确度；
—在自适应天线系统中的准确的增益和相位控制；
—在发送分集系统中准确的延迟匹配。
在阅读了下面对本发明的实施例的描述后，将会理解本发明的其它优点。
附图说明
参照结合附图的下面的描述，将能清楚理解本发明及其其它的目的和优点。
图1是示意方块图，表示一个用于功率放大器方面的典型的自适应预失真系统；
图2是示意方块图，表示用于任意的信号转换系统方面的按照本发明的通用的自适应信号调节系统；
图3是是示意方块图，表示自适应信号调节系统，其中利用了参考信号的基于开关的插入；
图4是按照本发明的一个优选实施例校准自适应信号调节系统的方法的示意流程图，其中包括信号调节系统的校准操作；
图5是本发明为准确保持参考信号特性而使用的一个参考信号发生器模块的示意图；
图6是表示按照本发明的优选实施例的自适应功率放大器系统的示意方块图；
图7表示一个系数校准器的实例，用于自适应信号调节系统的反馈路径的增益校准；
图8是表示按照本发明的优选实施例的一个自适应天线系统的示意方块图；
图9是按照本发明的一个可替换实施例的自适应天线系统的示意方块图；
图10是说明按照本发明的优选实施例的一个发送分集系统的示意方块图；
图11表示本发明的另一个多频段发送器系统。
具体实施方式
通用的自适应信号调节系统的校准
图2是表示按照本发明的一个应用于任意信号转换系统的通用的自适应信号调节系统的示意方块图。在一个到信号转换系统220的输入信号路径中，提供一个信号调节模块210，用于预调节要由信号转换系统220转换的信号。换言之，信号调节模块210接收输入信号S1N并按照特定的应用改变这个输入信号。然后再把最终的经过改变的输入信号传送到信号转换系统220，信号转换系统220把经过改变的输入信号转换成输出信号SOUT。信号转换系统220可以是本领域中公知的任何信号转换系统，执行信号转换，如放大、衰减、频率转换、相位移动、或影响预调节输入信号的信号特性的任何其它的滤波。
为了能够对由信号调节模块210执行的信号调节进行自适应处理，安排一个反馈路径，以便在响应信号转换系统220的输出信号SOUT时可提供一个观察信号SOBS。一般情况下，反馈路径包括一个或多个操作有效的反馈元件230，用于把反馈信号归一化成与输入信号SIN相同的通用格式(模拟/数字的，相同的频率域，等)，以提供输出信号SOUT的适当的表示形式，这个表示形式可以在信号调节中使用的参数的自适应处理期间与输入信号SIN进行比较。然而，反馈元件230的信号传输特性由于例如元件老化和温度及频率的变化通常总是动态变化的，于是对于自适应信号调节技术的核心产生了不利的影响。
按照本发明，通过在反馈路径中选择性地插入一个参考信号并根据这个参考信号校准反馈路径，有效地消除了传输特性的这些动态变化带来的不利影响。应该认识到，通过检测参考信号的信号特性在反馈路径上的变化就可确定反馈路径的传输特性的变化。为此目的，最好安排一个系数校准器240，以便在参考信号通过反馈元件230传送时接收这个参考信号并且确定所说参考信号的信号特性从这一点开始的变化。在一种直接的应用中，这可以通过简单地比较由系数校准器240测量的信号特性和插入的参考信号的公知的标称信号特性来实现。系数校准器240然后根据确定的参考信号特性的变化计算一个或多个校准系数。然后，将计算的校准系数(一个或多个)送到反馈补偿器250，反馈补偿器250对于反馈信号中反馈元件传输特性的变化进行了有效的补偿。
最后，将经过补偿的观察信号SOBS与输入信号SIN的一个延迟信号一起提供给参数自适应模块260。使用延迟模块270延迟输入信号SIN以补偿反馈路径引入的延迟。参数自适应模块260然后根据观察信号SOBS和延迟的输入信号SIN对于信号调节模块210使用的参数进行自适应处理。
借助于按照本发明的校准过程，观察信号将是信号转换系统的输出信号的极其准确的表示形式，这是因为反馈路径已经通过校准而变得稳定的缘故。为了维持稳定的反馈路径，校准过程最好重复选定的次数，或者在由环境或操作参数指示需要重复时重复校准过程。提供准确的输出信号表示形式的校准的反馈路径对于高质量性能应用中的自适应信号调节是特别重要的。
应该理解，反馈路径的校准可以针对任何影响信号的性质根据反馈路径上参考信号的相应信号特性的变化的测量值进行，如反馈路径的增益、相移、或延迟。这当然意味着，系数校准器240和反馈补偿器250的实施方案必须适用于特定的应用场合。例如，系数校准器240可以与用于增益校准的信号电平检测器一起提供，与用于相位校准的相位检测器一起提供，或与用于延迟校准的延迟检测器一起提供。反馈补偿器250可以是用于增益校正的一个简单的乘法器，用于相位校正的相位调节器，用于相位和增益校正的复数乘法器，用于延迟校正的延迟滤波器(也称之为时间移位滤波器)，或者甚至于是用于处理与频率有关的相位和增益变化的复数滤波器。
参考信号可以是一个简单的正弦波信号、较复杂的信号如CDMA或多频声信号、或者其性质允许确定增益、相位、和延迟中的至少一个的特性的任何其它的信号。参考信号不一定必须是连续信号，还可以是脉冲信号形式。使用脉冲形式的参考信号对于延迟校准肯定是特别有用的。此外，参考信号最好是为探讨中的特定应用定制的，并且应能适应操作参数如传输频率，或者能够适应在反馈路径中使用的反馈元件(一个或多个)的特性。
如果将参考信号直接插入到正常操作的反馈信号上以形成一个组合信号(反馈信号和参考信号)，校准器240应能适用于提取用在校准中的所说的组合信号的参考信号部分。一般情况下，这还意味着，补偿器250消除了组合信号中的参考信号部分，从而可以向参数自适应模块260提供一个准确的观察信号。换句话说，补偿器250不仅补偿了反馈传输特性，而且消除了来自于组合信号(反馈信号和参考信号)的参考信号。
虽然系数校准器240和补偿器250通常被认为是校准的反馈路径的一部分，但应该理解，系数校准器240和补偿器250还可以在参数自适应模块260中按照合乎逻辑的方式和/或按照物理方式实施。
然而，按照另外的方式，可以使用开关来选择性地切换参考信号进入反馈路径以便代替信号转换系统的输出信号，并且选择性地切换参考信号到系数校准器，如下面参照附图3的方块图所描述的。
图3是表示自适应信号调节系统的示意方块图，其中利用了参考信号基于开关的插入。图3的方块图与图2的方块图类似，只是在反馈路径中有两个开关335和345。第一开关335接收信号转换系统320的输出信号以及参考信号，以便在反馈路径中有选择地前向传送信号转换系统的输出信号或者参考信号。第二开关345接收反馈元件330的输出信号，以便有选择地传送这个信号或者到系数校准器340或者到反馈补偿器350。
在校准期间，参考信号通过第一开关335切换进入反馈路径，并且通过第二开关345切换到校准器。以此方式，允许参考信号通过反馈元件330并且到达校准器340，从而可以确定来自于插入点的参考信号特性的变化。校准器340然后根据确定的参考信号特性的变化确定一个适当的校准系数。
在正常操作中，操作第一开关335，使信号转换系统的输出信号在反馈路径上传送。现在，操作第二开关345，将反馈信号从反馈元件直接送到反馈补偿器350，然后实现校准。
图4是按照本发明的优选实施例校准自适应信号调节系统的方法的示意流程图，其中包括信号调节系统的校准操作。如图4所示的方法包括第一校准阶段和第二操作阶段。通过在自适应信号调节系统的反馈路径内插入完全确定的参考信号(步骤401)，启动校准阶段选定的次数，这个次数由整个系统确定，例如在规则的时间间隔启动。接下来，通过测量在反馈路径的相关部分上的参考信号的信号特性的变化(步骤402)，估算反馈路径的传输特性的变化。根据这些测量值，确定用于补偿反馈路径的传输特性的变化的校准设定值(步骤403)。在随后的校准操作阶段，使用刚刚确定的校准设定值补偿反馈信号中的反馈传输特性的变化(步骤404)，直到确定一个新的更新的校准设定值时为止。在信号调节系统的参数自适应处理中使用校准的反馈信号，可保证正确的和准确的信号调节(步骤405)。
保持参考信号的标称信号特性
只要保持插入的参考信号的标称信号特性随时间不变，按照本发明的校准过程就能完美无缺的工作。如果不能保持参考信号本身不变，由于影响参考信号发生器的各种因素的存在，整个反馈校准的准确度将要发生漂移。在许多应用中，这不是关键所在，但在某些应用中可能必须校准参考信号。现在参照附图5描述可以与本发明一起使用的参考信号校准的一个实例。
图5是可由本发明的所有实施例使用的参考信号发生器模块的示意图，用于准确地保持标称的参考信号特性不变，如信号电平、相位、和/或延迟各参考信号特性。参考信号发生器模块500大体上包括：一个信号发生器510，如稳定的正弦波发生器；补偿器520；和，信号调节控制器530。补偿器520按照来自于信号调节控制器530的命令调节来自于信号发生器510的参考信号，以保持参考信号的标称信号特性不变。优选地，补偿器520的信号调节是根据参考信号特性针对诸如温度、频率、和时间之类的变量的预先特征化完成的。为此，要将与不同变量相关的参考信号特性的变化特征化。在一个典型的实施方案中，信号调节控制器530利用查找表532，其中存储有预特征化的校正系数。在操作期间，对于查找表进行寻址，使这些查找表可以向补偿器520提供所需要的校正系数，以保证标称信号特性随时间不变。将补偿的参考信号提供给自适应信号调节系统的反馈路径以便可以进行校准。
按照另一种方式，信号调节可以基于参考信号特性的直接测量来实现。例如，为此，可以在补偿器520的输出端测量信号特性，并借助于校准器534调节补偿器520的操作。
如以上所述，本发明一般情况下可以为了不同的目的应用于在不同的应用中的自适应信号调节系统的校准。例如，可利用本发明保持功率放大器系统的准确和线性的输出响应，准确控制自适应天线系统中的增益和相位，或者保持发送分集系统中不同传送分支之间的延迟匹配的期望的准确度，下面对所有这些还要作更加详细的描述。
在功率放大器系统中的实施方案
图6是表示按照本发明的优选实施例的自适应功率放大器系统的示意方块图。在到天线馈加信号的转换系统620的输入信号路径中安排一个数字失真前置补偿器610，用于使输入信号SIN预先发生失真，以便能够补偿总的信号转换系统620或它的适当部分的失真特性。在此例中，信号转换系统620包括：数模转换器(DAC)622、上变频上变频器624、和功率放大器(PA)626。
在失真前置补偿器610中实施的预失真函数通常代表DAC622、上变频上变频器624、和功率放大器626的整个串联连接失真特性的反向特性(也称之为互补特性)，或者只代表功率放大器的失真特性的反向特性。优选地，失真前置补偿器基于常规的笛卡儿坐标或平面复数增益预失真，并且预失真函数借助于包含复数增益校正因子的查找表来实施。查找表通常是根据输入信号SIN的信号特性(一般情况下是信号幅度或功率电平)来寻址的。使用对于数字输入信号SIN的特定采样产生的地址从查找表中选择一个互补的复数增益，然后在一个复数乘法器中处理所选的复数增益以及初始的输入采样值，从而产生预失真信号。在文献中，如在参考文献计献10-14中可以找到有关数字预失真的常规内容的附加通用信息。
然后，在DAC622中，将最终的预失真信号转换至模拟域，并在上变频器624中将其上变频至射频带。最后，通过功率放大器626将上变频的射频信号放大成输出信号SOUT，通过天线628发送这个输出信号。
功率放大器626的输出信号SOUT由高阻抗探针或射频耦合器631探测，并将其传送到反馈路径上以提供功率放大器输出信号的表示形式SOBS，功率放大器输出信号的表示形式SOBS在参数自适应处理期间可以与输入信号SIN＝进行比较。在反馈路径中加入一个开关635，用于从参考信号发生器636(校准)向下变频器632和随后的模数转换器(ADC)634有选择地传送或者功率放大器626探测的输出信号(正常操作)、或者预先确定的参考信号。ADC 634的输出连接到另一个开关645，开关645有选择地或者向系数校准器640或者向复数乘法器650传送ADC 634的数字输出信号。复数乘法器650最后连接到参数自适应模块660。
为了确定观察信号SOBS确实是功率放大器输出信号的SOUT一个准确的表示形式，最好在由这个系统确定的规则时间间隔校准这个反馈路径。校准期间，参考信号由开关635切换进入反馈路径，并使其通过下变频器632和ADC634传送到开关645，开关645将参考信号切换到系数校准器640。以此方式，允许参考信号通过下变频器632和ADC634到系数校准器640。这就意味着，从开关635的插入点到系数校准器640的参考信号的信号电平和相位的变化可由系数校准器640确定。为此目的，系数校准器640要设置有信号电平检测器和相位检测器，并且还要保存有关来源于参考信号发生器636的参考信号的正常相位和信号电平的信息。系数校准器640然后根据检测到的参考信号的信号电平和相位的变化确定一个复数增益系数GCORR，并将这个校准系数传送到复数乘法器650。
在正常操作中，假定已经确定了复数校准系数，操作开关635以使探测到的功率放大器的输出信号在反馈路径上传送。下变频器632和ADC634要能确保探测到的模拟输出信号SOUT转换成与原始输入信号SIN频率相同的数字信号。现在，再操作开关645，在ADC634和复数乘法器650之间提供直接路径。复数乘法器650通过处理下变频的数字反馈信号和复数校准系数实现了校准，提供经过校准的观察信号SORS。
经过校准的观察信号SOBS然后提供给参数自适应模块660，参数自适应模块660根据对于经过校准的观察信号SOBS和输入信号SIN经过使用延迟模块670延迟的一个延迟的输入信号的分析、并通过更新失真前置补偿器610的查找表的各个项目对于预失真函数进行自适应处理。
虽然所说的失真前置补偿器是作为在基带操作的数字失真前置补偿器描述的，但应该理解，失真前置补偿器可以应用于射频或中间频率，称之为模拟的预失真处理。
如果已经保持反馈路径的相移不变或者不需要再保持了，则只相对于增益校准反馈路径从而可以保持功率放大器系统的输出功率准确度就足够了。在这种情况下，要为系数校准器640提供幅度电平检测器来测量参考信号的幅度/电平。系数校准器640根据测量的信号电平和参考信号的标称的信号电平确定一个增益校正系数。通过在一个简单的乘法器中(不必用复数乘法器)组合标称的反馈信号和校正系数，可以实现信号补偿或校准。以此方式，按照本发明的校准过程可以保持反馈路径的增益GRX不变，同时自适应预失真技术的参数自适应处理能够保持传输增益GTX不变。这就意味着，获得了输出功率的绝对准确度。
图7表示一个系数校准器的实例，系数校准器用于自适应信号调节系统的反馈路径的增益校准，其目的在于保持输出功率的绝对准确度。系数校准器740主要包括：一个功率计算器，用于根据参考信号的I分量和Q分量计算参考信号的信号功率电平；和，一个输出乘法器720，用于将信号功率电平乘以归一化常数以产生校准系数。计算接收的参考信号的功率电平的通用方法是：使用乘法器712、714求所说的I分量和Q分量的平方，在加法器716中将所得到的I分量和Q分量的平方相加，在平均值计算器718中计算功率电平在指定的时间周期的平均值。然后，在乘法器720中将所得的信号乘以归一化常数，产生增益校正系数。归一化常数将标称参考信号电平和反馈路径的期望的增益考虑在内，并且通常在生产期间使其特征化。如果参考信号在反馈路径上是从模拟形式转换成数字形式，那么最好将这个系数校准器实施成一个完全的数字实施方案。
当要求反馈路径对于在反馈路径的带宽上与频率有关的增益和相位进行补偿的时候，需要有另一种实施方案。在这种情况下，可以以多频声信号的形式提供参考信号，其中用固定的频率偏差将多个单音分开。这些多频声必须具有已知的相对增益和相位关系。现在，系数计算器首先计算所接收的每个单声的增益和相位，计算的方法例如是经过一个分立的傅里叶变换(DFT)把接收的时间域信号变为频率域信号。确定反馈路径的增益和相位的频率响应，并且由此计算均衡的频率响应。与反馈路径响应组合的均衡响应给出一个与频率无关的增益和相位响应。实践中，将这个均衡响应转换成用在补偿器中的系数。优选地，将补偿器实施成一个有限脉冲响应(FIR)滤波器，使用最小二乘法(LMS)算法从导出的均衡响应计算补偿的FIR滤波器的系数。
在自适应天线系统中的实施方案
图8是表示按照本发明的优选实施例的自适应天线系统的示意方块图。图8的自适应天线系统主要包括一系列N个传输分支。在这个例中，每个传输分支包括：信号源802、基带处理模块804、信号调节模块810、数模转换器822、上变频上变频器824、和连接到天线元件828的功率放大器826。天线元件828-1至828-N形成一个天线阵列。通过使用自适应天线算法在每个传输分支正确地设置传输信号的相位和/或幅度，并同时从多个天线元件828-1至828-N发送传输信号，天线阵列可以产生期望的组合辐射图形。自适应天线算法模块805在一般情况下控制基带处理模块804-1至804-N，以提供期望的各个传输信号。
然而，由于元件老化和温度及传输频率在操作期间的变化、以及在生产中正确设定传输分支的标称线性增益和相移中碰到的困难，不同传输分支之间的相对线性增益和/或相位的准确度远没有达到优化(即使传输分支都呈线性关系亦是如此)。这就意味着，在操作期间必须经常调节/校准不同的传输分支的线性增益和/或相移，才能控制相对线性增益和相位的准确度。为此，通常要求反馈路径可以进行由信号调节模块810-1至810-N使用的参数的自适应处理，从而才可以准确控制传输信号的相位和/或幅度。在图8的实施例中，所有的天线馈电传输分支交替地共享一个公共的反馈路径，在反馈路径中进行从每个功率放大器的输出端到开关装置835的反馈连接。这就意味着，开关装置835交替地将不同的传输分支连接到反馈路径，以便可以依次对传输信号进行自适应处理。
遗憾的是，反馈路径的增益和/或相移通常也要受到温度和频率的变化以及元件老化的影响。因此，本发明不仅建议对传输信号的相位和/或幅度的准确控制进行自适应信号调节，而且建议使用预先确定的参考信号经常反复校准反馈路径以满足相位和幅度的准确度的要求。
为此目的，开关装置835适于选择性地切换参考信号使其进入反馈路径。此外，ADC834的输出连接到另一个开关845，开关845选择性地传送ADC834的数字输出信号或者到系数校准器840或者到复数乘法器850。优选地，系数校准器840以与图6的系数校准器相似的方式操作，向复数乘法器850提供复数增益校正系数GCORR。复数乘法器850连接到参数自适应模块860，向自适应模块提供相应的功率放大器的输出信号的一个经过校准的准确的表示形式。
参数自适应模块860比较经过校准的反馈信号与相应的输入信号的一个延迟信号(图8中没有明显表示出这个延迟模块)，然后根据比较结果对于相应的信号调节模块的操作进行自适应处理。实现参数自适应处理主要是为了调节相应的传输分支的传输信号的相位和/或幅度，但最好还能预失真相应的传输信号以消除可能的失真并且线性化相应的功率放大器的输出信号。
通过操作开关装置835以便在反馈路径内插入参考信号，从而可以启动典型的校准过程。开关装置845传递所传送的参考信号至系数校准器840，系数校准器840然后确定用于相位和增益校准的一个适当的复数增益校准系数。
优选地，任意地选择用于相位校准的相移，从而可以在-180°和180°之间的任何位置为反馈路径指定一个固定的相移。在实践中，这就意味着，包含在系数校准器中的相位检测器测量的是参考信号的相位。相位测量的结果与参考信号的标称相位进行比较，以确定参考信号在反馈路径上经受的相移。系数校准器然后设定复数增益系数，以使复数乘法器或者常规的相位调节器可以针对所选的相移来调节反馈路径的相移。
一旦校准了反馈路径，开关装置835就将第一传输分支的输出信号切换到经过校准的反馈路径。第一传输分支的参数自适应处理可以保证：这个传输分支的相移与经过校准的反馈路径的相移大小相等并且方向相反，而且正确地调节了这个传输分支的增益。现在，开关装置835将下一个传输分支的输出信号切换到反馈路径，相应的参数自适应处理调节这个传输分支的相移和增益。这个过程一直继续，直到所有的传输分支都有相同的经过校准的相移和增益，于是就可保证在不同传输分支的传输信号之间可以准确地保持期望的相位和幅度关系。
图9是表示按照本发明的另一个实施例的自适应天线系统的示意方块图。图9的自适应天线系统与图8的自适应天线系统类似，只是现在每个传输分支(图中只表示出两个传输分支)都与它自已的专用反馈路径和参数自适应模块相关联。这就意味着，由信号源902-1、基带处理模块904-1、信号调节模块910-1、DAC922-1、上变频器924-1、放大器926-1确定的第一传输分支有它自己的反馈路径，这个反馈路径由开关935-1、下变频器932-1、ADC934-1、开关元件945-1、系数校准器940-1、和复数乘法器950-1确定，反馈路径引到参数自适应模块960-1。类似地，由信号源902-2、基带处理模块904-2、信号调节模块910-2、DAC922-2、上变频器924-2、放大器926-2确定的第二传输分支有它自己的反馈路径，这个反馈路径由开关935-2、下变频器932-2、ADC934-2、开关元件945-2、系数校准器940-2、和复数乘法器950-2确定，反馈路径引到参数自适应模块960-2。这种安排的优点是，使用相同的校准信号对于相同的绝对相位和/或增益校准了所有的反馈路径。
在发送分集系统中的实施方案
对于在移动通信系统如WCDMA(宽带码分多址)中使用的发送分集系统，通常经过两个或多个基站天线传输分支发送下行链路信号，其中使用了空间或极化分集。
来自于发送分集的性能增益通常称之为改进的下行链路容量，可以再细分为相干的组合增益和快速衰落的分集增益。因为天线分支发送的信号是相干组合的，所以获得相干的组合增益，而干扰是不相干地组合的。利用2个天线从理想的相干组合得到的增益是3分贝。发送分集也提供快速衰落的增益，这个增益大于多路分集较少时的增益。就此而论，重要的是要记住在多路分集和发送分集之间的差别。在CDMA中，多路分集减小了下行链路代码的正交性，而发送分集则保持下行链路代码在平直的衰落信道内是垂直的。为了使限制干扰的下行链路容量变得最大，最好是避免多路传播以保持码的垂直性，并为分集提供发送天线分集。按照另一种方式，可将发送分集增益用于改善下行链路覆盖范围，同时可保持负载不变。
用在发送分集系统中的天线分支对于延迟匹配有严格的要求。如果不能满意地达到这些要求，发送分集实现的容量增益就可能损失，或者使实际的系统容量下降的情况变得更糟。
图10是表示按照本发明的优选实施例的发送分集系统的示意方块图。图10的发送分集系统主要包括两个(或多个)天线传输分支。在此例中，每个天线传输分支包括：信号源1002、基带处理模块1004、信号调节模块1010、数模转换器1022、上变频器1024、和连接到天线元件1028的功率放大器1026。信号调节模块1010现在包括一个时间移位滤波器，相应的参数自适应处理必须为这个传输分支确定必要的延迟调节。在这个特定的例子中，各个传输分支共享同一个反馈路径。提供一个开关装置1035，以便将不同的传输分支交替地连接到这个反馈路径，或者有选择地将参考信号从参考信号发生器1036切换到反馈路径。反馈路径主要包括一个下变频器1032和一个ADC 1034。ADC 1034的输出连接到另一个开关1045，开关1045选择性地传送ADC1034的数字输出信号或者到延迟校准器1040或者到时间移位滤波器1050。时间移位滤波器1050连接到参数自适应模块1060，用于向这个自适应模块提供相应的功率放大器的输出信号的经过延迟校准的表示形式。在延迟校准的情况下，实现参数自适应处理主要是为了调节在信号调节模块1010中相应的传输分支的传输信号的延迟，以保证在不同的传输分支之间的准确的延迟匹配。
对于反馈路径的延迟校准，借助于一个复位信号使参考信号发生器1036和延迟校准器1040在时间上同步，从而使它们两者都从同一个时间基准开始工作。重要的还有，参考信号包含使其能够区别时间的信息。例如，提供的参考信号可以是频带限制的扩展频谱信号，在延迟校准器1040中这个频带限制的扩展频谱信号可以失去关联性，以分辨反馈路径的时间延迟。延迟校准器1040计算延迟校正系数，时间移位滤波器1050相对于已知的固定时间延迟调节反馈路径的延迟。这就是说，可以计算每个传输分支的绝对时间延迟。
一旦相对于固定时间延迟校准了反馈路径，开关装置1035就交替地连接不同的传输分支到这个校准的反馈路径。以此方式，通过相应的参数自适应处理，就可以准确地调节不同的传输分支的延迟，从而可以保持不同传输分支的传输信号之间的期望的延迟关系。
图11是表示按照本发明的下一个多频段发送器系统的示意方块图。与如图8-10所示的每个天线都具有一个单独的传输分支不同，现在将两个或多个传输分支组合起来，以提供用于天线传输的输出信号。在此例中，将输入信号分为两个或多个传输分支，这可能发生在整个信号调节模块1110-M中任意的信号调节之后。每个单独的传输分支通常包括一个分支信号调节模块1110和一个信号转换系统1120。通常将不同传输分支的输出信号组合起来，或者直接组合，或者在某种类型输出网络上(未示出)组合，使它们成为由天线1128传输的一个公共的信号。每个传输分支都与一个反馈路径相关联，以便能够对相应的分支信号调节模块使用的参数进行自适应处理。通过使用开关1135将参考信号有选择性地切换进反馈路径，借助于另外的开关1145、系数校准器1140、和反馈补偿器1150，如以上所述，就可以对反馈路径进行校准。这就允许更加准确的自适应信号处理，并且能够更好地控制增益、相位、和/或不同传输分支传输信号之间的延迟关系。
还可能提供一个反馈路径，用于自适应处理由整个信号调节模块1110-M使用的参数，并且使用这个参考信号来校准这个反馈路径。在这种情况下，通过开关1135-M把参考信号插入反馈路径，使其在所需的反馈元件1130-M上传送并在校准模块1140-M内校准。校准模块1150-M通常包括相同的功能单元1140、1145、1150，以此作为用于每个单独的反馈路径的校准机构。这就意味着，用于整个信号调节模块1110-M的参数自适应模块1160-M接收校准的反馈信号。
如图11所示的体系结构特别适合用于效率提高技术，如多赫蒂技术、异相技术、EER(包洛线消除和恢复)技术、偏置自适应技术、或其它的用于准确地控制系统中不同传输分支之间的增益、相位、和/或延迟的关系的类似技术。例如，对于基于多赫蒂技术的系统，一个传输分支包括主放大器，而另一个传输分支包括一个辅助放大器，并且在一个多赫蒂输出网络上组合不同传输分支的输出信号。例如在参考文献15中可以找到有关射频功率放大器的效率加强技术的详细信息。在参考文献15中，虽然没有明确表示出这种技术是自适应的，但是鉴于本发明的公开内容，从非自适应到自适应效率加强技术的发展是十分简单的事情。
上述的实施例只是作为实例给出的，应该理解，本发明不局限于此。例如，可以实现所述的实施例的各种综合。保留这里公开的并要求保护的基体原理的进一步的改进、变化、和改善都在本发明的范围之内。
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Claims (38)

1.一种自适应信号调节系统，在到信号转换系统(220、320、620、822-826、922-926、1022-1026、1120)的信号路径上包括一个信号调节器(210、310、610、810、910、1010、1110)，和响应于所说的信号转换系统的输出信号以便允许对所说的信号调节器使用的参数进行自适应处理的反馈路径，
其特征在于所说的信号调节系统还包括：
用于在所说的反馈路径中选择性地插入参考信号的装置；
根据所说的参考信号校准所说反馈路径的装置(240、250；。340、350；640、650；840、850；940、950；1040、1050；1140、1150)。
2.根据权利要求1所述的自适应信号调节系统，其特征在于所说的校准装置针对增益、相移、和延迟中的至少一个校准所说的反馈路径。
3.根据权利要求1或2所述的自适应信号调节系统，其特征在于所说的参考信号插入装置包括选择性地切换参考信号使其进入所说的反馈路径以代替所说的信号转换系统的输出信号的装置(335、635、835、935、1035、1135)。
4.根据权利要求1所述的自适应信号调节系统，其特征在于所说的校准装置包括根据在所说的反馈路径上所说的参考信号的信号特性的变化的测量值补偿所说反馈路径的传输特性的变化的装置(250、350、650、850、950、1050、1150)。
5.根据权利要求1所述的自适应信号调节系统，其特征在于所说的校准装置包括：
用于响应于所说插入的参考信号在所说反馈路径的输出端测量信号特性的装置；
用于确定根据所说插入的参考信号的测量的信号特性和标称的信号特性设定的校正系数的装置；
用于根据所说设定的校正系数校准所说反馈路径的装置。
6.根据权利要求5所述的自适应信号调节系统，其特征在于所说的信号调节系统还包括用于根据针对可变的温度、频率、和时间中的至少一个对于参考信号特性的预特征化结果保持所说的插入的参考信号的标称信号特性不变的装置(530、532)。
7.根据权利要求5所述的自适应信号调节系统，其特征在于所说的信号调节系统还包括用于根据参考信号的信号特性的直接测量结果保持所说的参考信号的标称信号特性不变的装置(530、534)。
8.根据权利要求4-7中任何一个所述的自适应信号调节系统，其特征在于信号特性包括信号电平、信号相位、和信号延迟中的至少一个。
9.根据权利要求1所述的自适应信号调节系统，其特征在于所说的信号转换系统包括功率放大器。
10.根据权利要求1所述的自适应信号调节系统，其特征在于所说的信号调节系统包括多个信号调节器(810、910、1010、1110)，每个信号调节器都设置在到相应的信号转换系统的信号路径上，每个所说的信号调节器都与一个参考信号校准的反馈路径相关联，反馈路径从相应的信号转换系统的输出端开始，从而可以对信号调节器使用的参数进行自适应处理。
11.根据权利要求1所述的自适应信号调节系统，其特征在于所说的反馈路径从所说的信号转换系统(220、320、620、822-826、922-926、1022-1026、1120)的输出开始延伸到一个参数自适应模块(260、360、660、860、960、1060、1160)，所说的参数自适应模块是可以操作的，以便响应于在校准的反馈路径上传送的反馈信号和输入信号的表示形式自适应处理信号调节器的参数。
12.根据前述权利要求之任何一个所述的自适应信号调节系统，其特征在于所说的参考信号包括多个信号分量。
13.一种用于自适应信号调节系统的校准方法，所说的自适应信号调节系统具有一个设在到信号转换系统的信号路径上的信号调节器，和一个反馈路径，反馈路径响应于信号转换系统的输出信号以便可以对信号调节器使用的参数进行自适应处理，其特征在于所说的方法包括如下步骤：
在所说的反馈路径上有选择性地插入参考信号(401)；和
根据所说的参考信号校准所说的反馈路径(402-404)。
14.根据权利要求13所述的校准方法，其特征在于所说的反馈路径是针对增益、相移、和延迟中的至少一个校准的。
15.根据权利要求13或14所述的校准方法，其特征在于所说的参考信号插入步骤还包括如下步骤：在所说的反馈路径中有选择性地切换参考信号，以便代替所说信号转换系统的输出信号。
16.根据权利要求13所述的校准方法，其特征在于所说的校准步骤还包括如下步骤(404)：根据在所说的反馈路径上对所说参考信号的信号特性的变化的测量结果(402)补偿所说反馈路径的传输特性的变化。
17.根据权利要求13所述的校准方法，其特征在于所说的校准步骤还包括如下步骤：
响应于所说插入的参考信号在所说反馈路径的输出端测量信号特性；
确定根据所说插入的参考信号的测量的信号特性和标称的信号特性设定的校正系数；
根据所说的设定的校正系数校准所说的反馈路径。
18.根据权利要求17所述的校准方法，其特征在于所说的校准方法还包括如下步骤：根据针对可变的温度和频率中的至少一个对于参考信号特性进行的预特征化结果，保持所说的插入的参考信号的标称信号特性不变。
19.根据权利要求17所述的校准方法，其特征在于所说的校准方法还包括如下步骤：根据参考信号的信号特性的直接测量结果，保持所说的参考信号的标称信号特性。
20.根据权利要求16-19所述的校准方法，其特征在于所说的信号特性包括信号电平、信号相位、和信号延迟中的至少一个。
21.根据权利要求13所述的校准方法，其特征在于所说的信号转换系统包括功率放大器。
22.一种功率放大器系统，包括：一个功率放大器(626)、设置在到功率放大器的信号路径上的一个失真前置补偿器(610)、和响应于功率放大器的输出信号允许对失真前置补偿器使用的参数进行自适应处理的反馈路径，其特征在于所说的功率放大器系统进一步包括：
用于在所说的反馈路径内有选择性地插入参考信号的装置；
用于根据所说的参考信号针对增益和相移中的至少一个校准(640、650)所说反馈路径的装置。
23.根据权利要求22所述的功率放大器系统，其特征在于所说的参考信号插入装置包括在所说的反馈路径内有选择性地切换参考信号以代替功率放大器输出信号的装置(635)。
24.根据权利要求22或23所述的功率放大器系统，其特征在于所说的校准装置包括根据在所说的反馈路径上所说的参考信号的相应信号特性的变化的测量值来补偿反馈增益和反馈相移中的至少一个的变化的装置(650)。
25.根据权利要求22所述的功率放大器系统，其特征在于所说的校准装置包括：用于响应于所说插入的参考信号在所说反馈路径的输出端测量所说信号电平和所说信号相位中的至少一个的装置；
用于确定根据所说插入的参考信号的测量的信号电平/相位和已知的信号电平/相位设定的校正系数的装置；
用于根据所说设定的校正系数校准所说反馈路径的增益/相移的装置。
26.根据权利要求25所述的功率放大器系统，其特征在于所说的功率放大器系统还包括用于根据针对可变的温度和频率中的至少一个对于参考信号特性的预特征化结果保持所说的插入的参考信号的已知的信号特性不变的装置(530、532)。
27.根据权利要求25所述的功率放大器系统，其特征在于所说的功率放大器系统包括用于根据参考信号的信号特性的直接测量结果保持所说的参考信号的已知的信号特性不变的装置(530、534)。
28.根据权利要求22所述的功率放大器系统，其特征在于所说的校准装置针对增益校准所说的反馈路径，以便允许针对信号电平对于失真前置补偿器参数进行自适应处理，保持功率放大器系统的输出功率准确度不变。
29.根据权利要求22所述的功率放大器系统，其特征在于所说的反馈路径从所说的功率放大器(626)的输出开始延伸到一个参数自适应模块(660)，所说的参数自适应模块是可以操作的，以便响应于在校准的反馈路径上传送的反馈信号和输入信号的表示形式自适应处理失真前置补偿器的参数。
30.一种发送器系统，包括：
多个信号传输分支(802-826、902-926、1002-1026、1110、1120)，每个传输分支包括一个信号调节器(810、910、1010、1110)；和
响应于至少一个传输分支的输出信号以便允许对相应的信号调节器使用的参数进行自适应处理的至少一个反馈路径，
其特征在于所说的发送器系统还包括：
用于在所说的至少一个反馈路径中选择性地插入参考信号的装置；
根据所说的参考信号校准所说至少一个反馈路径的装置(850；950；1050；1150)。
31.根据权利要求30所述的发送器系统，其特征在于所说的传输分支交替地共享一个公共的反馈路径，从每个传输分支的输出到所说公共的反馈路径进行反馈连接，并且所说的参考信号插入所说公共的反馈路径以便对其进行校准。
32.根据权利要求30所述的发送器系统，其特征在于每个传输分支都与它自己的反馈路径相关联，所有的反馈路径都使用相同的参考信号进行校准。
33.根据权利要求30所述的发送器系统，其特征在于所说的校准装置包括根据在所说的反馈路径上所说的参考信号的信号特性的变化的测量值补偿所说反馈路径的传输特性的变化的装置(850、950、1050、1150)。
34.根据权利要求30所述的发送器系统，其特征在于所说的发送器系统是一个自适应天线系统，所说的校准装置针对增益和相移中的至少一个校准至少一个反馈路径。
35.根据权利要求30所述的发送器系统，其特征在于所说的发送器系统是一个发送分集系统，所说的校准装置针对延迟校准至少一个反馈路径，以便允许对在传输分支中信号调节器使用的参数进行自适应处理，保持传输分支之间的延迟匹配准确度不变。
36.根据权利要求30所述的发送器系统，其特征在于每个所说的传输分支都在到天线(828、928、1028)的输入信号路径中包括一个功率放大器。
37.根据权利要求30所述的发送器系统，其特征在于每个所说的传输分支都与它自己的天线(828、928、1028)相连。
38.根据权利要求30所述的发送器系统，其特征在于组合多个所说的传输分支以提供由天线(1128)传输的输出信号。
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