CN1726636A - 用罚值和底值进行优化控制的前馈放大器系统 - Google Patents

Abstract

公开一种利用新的自适应控制器的前馈放大器和方法。该控制器调节第一抵消环的增益调节器(108)和相位调节器(109)。相位调节器(109)可按标准方法调节。然而，增益调节器(108)故意地偏移，形成不完全的抵消，增加通过误差放大器(145)的信号功率。假如增益调节器(108)向低方向偏移，低于为达到最大载波抵消所要的增益调节，主放大器(145)输出的峰值功率被减小，而第二环路维持不变的系统输出功率。通过控制增益调节器偏离第一环路完全抵消状态，可以为主放大器(115)和误差放大器(145)的功率处理能力而优化前馈放大器。

Description

用罚值和底值进行优化控制的前馈放大器系统

相关申请信息

本申请要求2002年12月18日提出的序号为60/434,825的临时申请之权益，本申请参照其全部内容而结合该申请。

发明背景

1.发明领域

本发明涉及RF功率放大器和放大方法。本发明尤其涉及前馈放大器和控制前馈放大器的方法。

2.现有技术描述及有关背景信息

RF放大器是复制在输入端存在的RF信号并产生具有更高功率输出信号的器件。从输入至输出的功率增加称为放大器的“增益”。当增益在输入信号动态范围为常数时，该放大器称为是“线性”的。放大器在功率提供方面其容量是受限的，因为增益和相位变化，尤其是大功率饱和状态下，这使得所有实际放大器在输入功率变化时都呈非线性。所产生的失真功率相对输出信号功率之比是放大器非线性的量度。

在RF通讯系统中，放大器的最大可允许非线性是由政府机构(例如FCC或ITU)规定的。因为放大器运行在饱和状态附近固有地呈非线性，线性要求往往成为对额定功率提供能力的限制。一般说，当运行在饱和状态附近时，因为放大器输出的信号功率增加从比例上小于所产生的失真功率增加，放大器的线性迅速变坏。

传统上运用各种补偿方法来减小系统输出的失真，转而提高额定功率提供能力，前馈补偿是其中被优选采用的方法。在前馈RF功率放大器中使用误差放大器来放大主放大器的失真分量，该分量又与主放大器输出异相合成，以抵消主放大器失真分量。一般说，前馈补偿提供主放大器的功率能力和误差放大器的线性。

前馈放大器的性能一般可以根据二个抵消环路来分析。环路1称为载波抵消环，包括RF输入和主放大器。除提供主放大器信号输出之外，该环路1还提供从主放大器输出取样并与RF输入信号的一个异相取样合成获得的失真信号。传统上，环路1信号的增益和相位受控而理想地提供输入RF载波分量被完全抵消而只余下失真分量的失真信号。环路2一般称为误差抵消环或辅助通路环。在环路2中，从环路1来的失真分量经误差放大器放大，在误差耦合器处送回主通路，以抵消主通路中失真分量，理想地在输出端提供无失真信号。

这种传统的环控制方案中存在的一个问题是误差耦合器损失。误差耦合器将误差通路信号与(经延迟)主通路信号合成，由于误差耦合器中的损失，系统的输出功率能力降低。为了减少这耦合器损失，可改变第一环路增益调节。然而，当增益变化而离开最优载波抵消时，误差放大器要承载更多的负载。在某些情况这可能需要更大的误差放大器，这会增加系统成本。

因此，需要一种经改善的前馈放大器和控制抵消环路的方法，从而可以解决在系统性能优化中存在的这样的以及相关的问题。

发明概要

本发明第一方面提供一种前馈放大器，其中包括：接收RF信号的输入；接收和放大RF信号的主放大器；以及连接在RF输入和主放大器之间的增益调节器。前馈放大器还包括：主放大器输出取样耦合器；与输入相连并提供延迟的RF信号的第一延迟器；以及将延迟RF信号耦合至来自主放大器的被取样输出的载波抵消合成器。还设有一个用以对载波抵消合成器的输出取样的测试耦合器。前馈放大器还包括接收和放大载波抵消合成器输出的误差放大器。第二延迟器与主放大器输出端相连，误差耦合器将误差放大器的输出和来自第二延迟器的经延迟主放大器输出合成，从而抵消由主放大器引入的失真。输出与误差耦合器输出相连，并提供经放大的RF信号。前馈放大器还包括与测试耦合器相连的自适应控制器，用于控制增益调节器设定值以提供增益调节，增益调节器设定值偏移于使载波抵消合成器中载波抵消最大化的增益调节，通过改变增益调节成本函数的底值可调节该偏移。

在一优选实施例中，前馈放大器还可以包括用于对加在输入端的RF信号取样的输入基准耦合器。自适应控制器与输入基准耦合器相连，并由测试耦合器和输入基准耦合器的信号求得第一环路增益。前馈放大器还可利用连接在输入基准耦合器和控制器之间的第一信号功率检测器和第一A/D变换器和连接在测试耦合器和控制器之间的第二信号功率检测器和第二A/D变换器。前馈放大器还可以包括连接在输入端和主放大器之间的相位调节器。控制器可以控制相位调节器，以提供使载波抵消合成器中载波抵消最大的相位调节。在一优选实施例中，自适应控制器包括实现成本最小搜索算法的处理器。成本最小搜索算法最好包括基于增益调节方向的罚值。前馈放大器也可以使用注入主放大器之前的信号通路的导频信号。导频信号检测器与输出端相连，控制器接收检测到的导频信号。前馈放大器也可以包括连接在载波抵消合成器和误差放大器之间的第二增益调节器和第二相位调节器，控制器根据检测的导频信号调节第二增益调节器和第二相位调节器的设定值。

依照本发明的另一方面，提供一种前馈放大器，它包括接收RF输入信号的输入端和与输入端相连的第一控制环。第一控制环包括主放大器、取样耦合器、延迟器和抵消合成器，第一控制环具有增益。前馈放大器还包括与第一控制环连接的第二控制环，它包括延迟器、误差放大器和误差耦合器。输出与误差耦合器相连。前馈放大器还包括检测第一控制环增益的装置和与该检测装置相连并控制第一控制环增益的装置，从而将控制环增益稳定在偏离环增益控制函数最小值的一值上。

在一优选实施例中，控制装置包括在第一控制环中连接在输入和主放大器之间的增益调节器和实现环控制算法并向增益调节器提供可变的调节器设定值的处理器。检测装置最好包括与输入端相连的输入基准耦合器和与载波抵消合成器输出端相连的测试耦合器。检测装置也可以包括与输入基准耦合器连接的第一信号功率检测器和与测试耦合器相连的第二信号功率检测器。检测装置还可以包括与第一信号功率检测器连接并输出第一数字功率信号至处理器的第一A/D变换器和与第二信号功率检测器连接并输出第二数字功率信号至处理器的第二A/D变换器。处理器可以从第一和第二数字功率信号求得第一控制环增益。处理器和算法最好通过计算与调节器设定值结合的成本函数控制第一环路增益，该成本函数从检测的第一控制环增益和该成本函数的预置底值求得。处理器和算法使用成本函数改变调节器设定值，将所算的成本函数向预置底值移动。在成本函数处于底值和调节器设定值朝向不希望方向移动时，处理器和算法还可以在成本函数上加上罚值。取决于特定的实现方式，不希望方向可对应于增加增益调节器设定值或减少增益调节器设定值。

依照本发明的另一方面，提供一种利用前馈补偿来放大RF输入信号的方法。该方法包括接收一个RF输入信号、用主放大器放大该RF输入信号和对主放大器输出抽样。该方法还包括延迟RF输入信号、提供经延迟的RF输入信号，并将经延迟的RF输入信号耦合至来自主放大器的被取样输出，从而抵消来自主放大器的被取样输出的载波分量的至少一部分，提供具有载波分量和失真分量的载波已抵消的信号。该方法还包括用误差放大器放大载波已抵消的信号，产生误差信号，延迟主放大器的输出，将误差信号与经延迟的主放大器输出合成，从而抵消由主放大器引入的失真，提供经放大的RF信号。该方法还包括通过一个可变的增益设定值调节输入到主放大器的信号的增益，通过使用具有与调节方向有关的罚值和底值的增益控制成本函数，调节信号增益至偏离于使载波抵消信号中载波分量最小的设定值的稳态设定值。

在一个使用前馈补偿放大RF输入信号的方法的优选实施例中，罚值与信号增益的增加相关，稳态设定值偏移在使载波抵消信号中载波分量最小的设定值之下。在一可选实施例中，罚值与信号增益的减小相关，稳态设定值偏移在使载波抵消信号中载波分量最小的设定值之上。成本函数的底值规定多个具有相同成本的增益设定值，稳态设定值最好包含多个具有相同成本的增益设定值中的一个。例如，取决于应用，稳态设定值可以包含具有相同成本的最低增益设定值或具有相同成本的最高增益设定值。增益控制成本函数可以视为具有由底值定义的下界，下界有第一和第二边缘。稳态设定值最好对应于成本函数的下界的第一和第二边缘中的一个。

依照本发明另一方面，提出一种用于控制一放大器系统的环路的自适应控制器。该自适应控制器包括接收环路输入功率电平的第一输入端和接收环路输出功率电平的第二输入端，以及与第一和第二输入端相连并用环路控制算法编程的处理器，根据输入功率电平和输出功率电平提供一个输出调节器的设定值。环路控制算法包含一个具有底值和与设定值调节方向相关的罚值的成本函数。

依照本发明另一方面，提供一种控制具有控制环路的放大器系统的方法，该控制环路包括控制环输入端、含放大器的主信号通路和控制环输出端。该方法包括从在控制环输入端和控制环输出端的信号电平求得环路增益，并将环路增益与一底值比较。假如环路增益大于所述底值，设定环路控制成本函数等于环路增益，而假如环路增益小于底值，设定环路控制成本函数等于底值。该方法还包括确定环路控制调节方向，假如环路控制在不希望的方向上调节，给底值加上罚值以导出新成本函数。该方法还包括调节主信号通路增益，以使成本函数的值最小。

依照本发明另一方面，提供一种调节放大器系统控制环路的稳态控制设定值的方法。该方法包括：将环路控制成本函数的初始底值设定为靠近成本函数的最小可能值的第一值；根据控制设定值调节的方向在环路控制成本函数上加上罚值；以及控制环路使包含底值和罚值的环路控制成本函数为最小。该方法还包括当监测放大器系统性能时增加环路控制成本函数的底值。环路控制成本函数的最终底值设定为接近这样的值，这个底值进一步增加会引起放大器性能恶化。

依照本发明另一方面，提供一种对放大器系统控制环路进行控制的方法。该方法包括：检测放大器控制环路的可控信号特性，该信号特性具有最小可达到值；调节控制环路控制参数的值以调节可控信号特性到在最小可达到值以上的所要值，可控信号特性的所要值对应多个不同的控制参数值。该方法还包括将控制参数的值调节到包括所述多个控制参数值之一的稳态值。

更多的特点和优点将在以下本发明的详细说明中介绍。

附图的简单说明

图1是本发明的前馈补偿功率放大器的方框示意图。

图2是本发明的前馈检测和控制系统的方框示意图。

图3是本发明的第一环路控制处理算法的示意方框图。

图4是本发明的第一环路增益控制处理算法的示意方框图。

图5是本发明的第一环路相位控制处理算法的示意方框图。

图6是本发明的控制成本处理算法的示意方框图。

图7是本发明的控制改善确定算法的示意方框图。

图8是图解本发明的控制系统和方法的三维控制成本图。

图9是图8的三维控制成本图的二维切片。

本发明的详细说明

图1和图2表示本发明优选实施例的前馈补偿功率放大器(PA)系统的方框图。图1表示基本的前馈放大器，图2表示控制器。

如图1所示，前馈放大器具有使用二个控制环的传统结构。环路1包含信号输入端103、取样耦合器106、增益调节器108、相位调节器109、导频信号输入端112(备选)、主放大器115、主取样耦合器118、输入基准耦合器130、延迟器133、抵消合成器136和环路1测试耦合器139。环路2包含主取样耦合器118、主通路延迟器121、误差耦合器124、载波抵消合成器136、环路2增益调节器141、环路2相位调节器142、误差放大器145、环路2测试耦合器148和输出端127。如图2所示，控制器可以包括以下详述的实现成本最小搜索算法的处理器203。D/A变换器206、208将数字控制信号变换为供给图1中的增益和相位调节器的模拟信号。信号功率检测器215和218以及A/D变换器209和212依次将被取样的信号以数字形式提供给处理器203。

首先介绍基本工作原理。控制环路1涉及各自标以α1和φ1的增益调节器108和相位调节器109的调节，以减少如图1所示从输入基准耦合器130到环路1测试耦合器139所测得的环增益(130-139)。该增益和相位调节器值在文中称为“调节器设定值”。正如文中所使用，增益调节器设定值可包括可变衰减值或是可变增益值，这取决于增益调节器的实现方式，这两种可替换的增益调节器实现方式已为本领域专业人士所熟知。对于环路2，增益和相位调节器(141和142)的分别标以α2和φ2的要求设定值将使在环路2的测试端148处测量的失真最小。导频信号112可以作为已知的失真在主放大器115之前注入，这使得环路2调节器更易控制。也可以按本领域专业人士熟知的方式，在输入耦合器106和主放大器115之间加入前置补偿器，以减小由主放大器引入的失真。

如上指出，传统的前馈控制器的工作使得在第一环路测试耦合器139处的第一环路载波最小。第一环路载波最小化也称为第一环路抵消。在该传统控制方法中，主放大器输出115包括信号加失真两者。使测试耦合器139处载波最小，在误差通路中产生只代表主放大器115的失真输出分量的信号。如上所述，该误差信号之后在第二环受到控制，以在前馈误差耦合器124中产生将主放大器输出115的失真分量抵消的混合。

如上指出，传统控制方案的一个问题是误差耦合器损失。系统输出功率能力由于误差耦合器124的终端负载123(即降压负载(dumpload))上损失而下降，误差耦合器124将误差通路信号与经121延迟的主通路信号再合成。为了减小该耦合器损失，主通路中的增益调节器108可以被偏移在减小的增益方向。该环路1增益调节器的偏移将信号功率注入误差通路，该误差通路与经延迟的主信号同相耦合，从而减小误差耦合器124的耦合损失。因此增益调节器在减小方向的偏移将从主放大器115产生输入信号功率的负担转移到误差放大器145上。减小的增益调节器108偏移的另一好处是主放大器输出功率的减小。这种减小使得平均和峰值输出功率均减小的更线性的主放大器成为可能。

然而，增益调节器在减小方向的偏移是有成本的。这个成本就是误差通路中峰值功率的增加。当将增益调节器108在减小方向偏移时，注入误差通路的信号功率峰值与主放大器115中产生的失真信号的峰值同相相加。误差通路，特别是误差放大器145一定要能无失真地放大这些误差通路信号峰值。在主放大器115产生的失真被第二环路抵消，但是由误差放大器145产生的失真耦合至前馈输出127。前馈系统的线性由误差放大器145和由第一环路抵消调节产生的误差信号的线性决定。

有关误差通路峰值功率产生的上述讨论提示，通过将增益调节器108在增加的增益方向偏移，可能减小误差通路中的峰值功率。当在增加的方向偏移增益调节器108时，注入误差通路的信号功率的峰值与主放大器115产生的失真信号的峰值异相地相加。减小的误差通路峰值功率可改善误差放大器145的线性，其代价是增加了对主放大器115的功率输出要求。

以上，介绍了各种第一环路增益调节器控制方案的益处和成本。这些益处和成本来自增益调节器设定值对传统前馈系统中所用的载波抵消方法的偏移。本发明提供一种经改善的前馈放大器和控制器和方法，用以对任何想要的增益调节器偏移提供第一环路的稳态控制。该想要的增益调节器偏移可加以选择，以适合减小的主放大器115峰值功率输出，其代价为较高的误差放大器145的峰值功率输出，或者相反。那么偏移值和方向的选择可以由特定系统的主放大器115和误差放大器145的输出功率和线性容量(linearity capabilities)确定。在偏移选择时要考虑的另一个参数是输入信号103。当对特定的使用在特定时间优化前馈系统时，也可以考虑例如峰值对均值比和信号带宽等的输入信号特性。

本发明容许第一环路增益调节器设定值以重复和受控的方式被偏移。运用底值和罚值偏移稳态增益调节器设定值，修改了传统的第一环路载波最小化方法。在传统方法中，环路增益调节控制函数具有与所要调节器设定值对应的明确最小值。在本发明方法中所测的环路增益被限辐到下限即底值，以产生一组有相等值的最小控制结果。如图8和图9所示(在以下讨论)选择底值，将所要增益偏置在最小底值的边缘。为了确保从这组有相等值的最小控制结果选出正确的增益调节器偏移，增加一个基于控制方向的罚值。通过同时包括底值和罚值，所述增益调节器稳态偏移将被控制在最小底值的边缘。

以下请阅图1-9，介绍本发明的特定实施例。本发明提供一种使用控制器的前馈放大器和方法，用以将第一环路增益调节器108控制在偏离传统的第一环路抵消增益调节器设定值的一个增益设定值上。本发明是对若干现有的装置和方法的修改。本发明可用于所有这些当前可供使用的装置和方法。为简短起见，本发明以在一个通常使用的装置和方法中的应用进行描述。本领域专业人士容易明白本发明同样适用于其他普遍使用的第一环路抵消装置和方法。

环路控制是在调节器设定值(增益和相位)的二维空间搜索的迭代过程。提供最小环路增益的调节器设定值就是想要的稳定值。一种普遍使用的增益最小化搜索算法以坐标的下降为基础。应用于一种前馈放大器的第一环路增益最小化任务的坐标搜索，只要一次沿其中一个坐标方向进行调节，在增益和相位之间交替地进行。同样，本发明可以相同地应用于同相(I)和直角相位(Q)调节器，控制器可以作出相应的有效增益和相位设定值。

控制调节步长是环路控制的另一方面。一般说，大的步长容许有较快的收敛性，但是有较大的不稳定可能性和较高的稳态误差。小的步长有较好的稳态性能，但是收敛很慢。有效控制算法动态地调节步长，以提供迅速的收敛、稳定性和小的稳态控制误差。普遍使用的步长选择方法根据环路增益最小化速率的需要而调节步长。

请阅图1所示前馈放大器方框图。第一环路的主通路包括信号输入端103、增益调节器108、相位调节器109和主放大器115。主放大器115输出的耦合取样值(118)和输入信号103经延迟(133)的耦合取样值(106)合成。该合成完成了第一环路。增益调节器108和相位调节器109的调节将提供各种程度的信号抵消。信号抵消通过对输入基准耦合器130和环路1测试耦合器139的功率检测和取样来测量，然后计算第一环路增益。图2示出的控制器，同时对第一环路增益控制器108和相位调节器109进行控制，并对输入基准耦合器130和环路1测试耦合器139进行取样。图8表示以增益调节器和相位调节器控制为变量的环路1抵消的理想三维映射。该映射也可以称为环路控制成本函数。一些传统前馈系统控制增益和相位调节器，以产生最小成本。本发明通过包含底值和罚值根据成本函数来改变环路增益。通过包含底值和罚值，将达到对稳态增益调节器偏移的控制。

图3是基于座标的环路控制算法的方框图。该算法在303，先设定环路1增益调节器108和相位调节器109的初始值。接着在306，选择增益调节器和相位调节器的初始步长。此后，该算法在迭代相位调节309和迭代增益调节312之间进行。迭代相位调节框309中，含有图5所示的相位调节优化算法。迭代增益调节框312中，含有图4所示增益调节优化算法。增益和相位调节算法两者均包括步长控制方法。图3中没有包含“退出”。在实用系统中，对于输入信号幅度不足以在图2的检测器215或218中产生可检测到的信号的情况，可能需要添加“退出”。设置“退出”的策略取决于具体应用，本领域专业人士理应明白对于特定应用的“退出”的实现。

图4包含增益调节器控制算法312。该算法中的步骤提供步长控制成本函数最小化算法。一进入该算法，在403从存储器下载现在的增益调节器值和增益控制步长。然后在406设定控制计数器，该计数器监视总调节次数“I”和连续调节改善的次数“M”。此后在412中，测量第一环路成本。(图6给出成本函数算法的框图)。在415，取得增益步长，之后进行第二次控制成本测量。在421中，用这二次成本测量值确定环路控制是否改善。假如控制确实改善，在433中，总“I”计数器和改善“M”计数器均加一。然后在442中，将总调整计数器“I”与最大调节常数“L”比较。假如已达到最大调节常数，在445中存储增益调节器值和控制步长，退出该循环，进入相位调节。假如没有达到最大调节常数“L”，则在436中再将改善计数器“M”与用户定义的控制阻尼常数“N”比较。假如改善计数器“M”小于“N”，则在418中将第一成本测量设定为等于第二成本测量，控制循环返回415，进行另外的增益步长控制。假如在436中连续改善次数等于“N”，那么增益步长乘2但以最大增益步长(S_Gmax)为限，在439中改善计数器“M”被复位到零。在步长改变和改善计数器复位439之后，在418中第一成本测量设为等于第二成本测量，控制循环返回415，进行另外的增益步长控制。假如二次测量成本评价412确定环路调节没有改善，增益恢复到前值424。在将增益还原后，将增益步长除以2，但限于最小增益步长(S_Gmin)427，然后将增益步向反转430。最后在445中，存储当前增益调节器控制值和当前步长，退出该循环，进入相位调节。

在上述增益控制算法中，每当达到N次连续环路控制改善，增益步长就乘以2。阻尼常数“N”确定增益控制如何快地加速趋向想要的调节设定值。如果取“N”＝1，则增益调节器控制步长就会每次改善就加倍。这种控制就会很快，但可能不稳定，或者大过所要稳态值。如果取“N”为很大数，则步长很少增加，使得收敛很慢。一般“N”在2至4的范围内取值较为理想。

在上述增益控制算法中，在“L”次增益调节以后停止增益调节。包含退出方法是为了防止无限次控制循环的可能性。例如：“L”可以设定为阻尼常数“N”的3至5倍。

在上述增益控制算法中，每当遇到不利的控制调节，增益步长就减半并反转方向。算法假定先前的增益步长已越过所要控制设定值。通过每遇到不利控制调节，就控制步长减半，每个接着的过调就会比上次过调减小。所述算法也表明在一次不利的增益调节控制步长后就马上转向相位调节。作为一种选择，可以在每次不利的增益调节步长之后改变步向，而在计数一定次数的方向改变之后再将增益步长减半，并转向相位调节。这种方法对于第一增益步长确实有用，假如该步长引起不利的调节。然而一般说，将不利的调节次数增加到超过1，就会使收敛放慢。若增加一个这样的计数器，则在增益步长减半并退出循环而转向相位调节之前，不利调节的次数应会决不超过2。

图5表示相同的相位控制过程309。只要将相位调节器109的值和相位步长代替增益调节器108的值和增益步长，那么相位调节器109控制的描述就与增益调节器控制的描述完全一样。相位和增益控制的不同在于如何确定环路控制成本和环路改善。

图6给出了环路控制成本计算器。在进入成本计算器后，根据前馈放大器进行功率测量。从这些测量求得环路控制成本。首先，处理器203设定增益调节器108和相位调节器109。然后，该处理器使用检测器215、218和A/D变换器209、212测量在前馈输入耦合器130和环路1测试耦合器139处的功率。图6中的框603和606就表示这些功率测量。二个功率测量在时间上应同一时刻进行，然而模拟和数字信号处理可以容许小的时间差异。从这些功率测量可以算出环路增益609。假如成本计算器按相位算法309工作，则控制成本设为等于环路增益627，然后该计算器退出。假如成本计算器按增益算法312工作，则在615中环路增益与一成本底值比较。假如环路增益大于该底值，则将成本设为等于该环路增益627，然后退出该成本计算器。假如环路增益小于底值，则将成本设为等于底值618。接着，在621中确定所要的控制偏移方向。(若例如增益调节当前正在减小的增益调节方向步进，而减小的增益调节偏移是所要的，即为减小主放大器峰值功率的调节偏移，则在621中确定为YES)。若增益调节当前正在所要的控制方向移动，则退出该成本计算器。假如控制正在所要偏移的相反方向移动，则在成本上加一罚值624，然后退出该成本计算器。

图8和图9表示成本计算器是如何工作的。图8是表示理想的第一环路成本函数的三维图。增益和相位设定值这二者决定环路增益。增益调节器108和相位调节器109两者均可被调节，以增加或减小环路增益。当调节相位时控制成本直接从环路增益图求得。当控制增益调节器108时在一特定的环路增益电平上设置一底值。图8给出一个无罚值的成本曲线，其中增益调节器108被改变而相位调节器109保持恒定，稍微偏离最佳相位调节。这二个曲线复制在图9中。图9中还给出了包含一个用以增加增益调节即增加增益调节器设定值的罚值之成本效应。这种罚值将有利于减小方向的增益调节器设定值偏移。罚值本来可用来减小增益调节器设定值，这在图9中同样作了描述。假如罚值用于减小增益调节，则底值和罚值的成本最小值就会已被置于底值边界的较高的调节器设定值增益边缘。

最后，图7表示控制改善计算器。控制改善计算器主要在第二次测量成本低于第一次测量成本时确定环路控制有改善。然而，假如第一次和第二次测量成本相等，则可能引起问题。控制改善计算器根据控制步进方向和所要的增益调节器设定值偏移方向确定控制改善是否发生703。假如增益调节当前正步进在所要的偏移方向，则相等的第二次测量视为有改善的控制709。假如增益调节器控制当前正步进在所要的偏移方向的相反方向，则相等的第二次测量视为不利的控制706。通过以这种方法确定相同成本的情况，当步进在所要的方向的反方向时设置一无限小的罚值。这仅是为将控制偏移推向所要的方向。然而，如图6所示，仍要加上一个较大的固定罚值，以在存在噪声的情况下避免控制混乱。有了图6所描述的添加的罚值，对连续的相同成本总是给予改善性能的控制计算器能在大多数情况毫无问题地运行。但是，图7给出的控制改善计算器也消除对于相同成本的任何控制不定性。

一般说，在上述控制算法中使用的罚值可以设定为任意的大值。假如增益控制将成本正好设定在底值界限，而没有加罚值，则增益调节器设定值离开罚值方向的步长应该始终产生比在罚值方向步进引起的成本增加小的成本增加。因为如图4所示步长可以变化，目标应该是设定罚值成本高于由最大可容许增益调节器设定值在罚值的相反方向的步长所产生的成本。

底值可以根据所要结果进行计算。例如为了克服误差耦合器124损失，由减小的增益调节器108设定值偏移引起的信号漏出量可以根据误差耦合器124的耦合值进行计算。在该漏出值已知时，可以计算增益调节器108在减小方向的设定值偏移量。一般说，并不需要这样做。取而代之是底值可以先设定为一非常低的值。罚值方向可以设定为增加增益调节器设定值。于是，前馈放大器就会被控制在最小环路增益设定值。然后，底值可在监视放大器线性的同时慢慢增加。放大器的线性应该改善，因为随着增加底值，增益调节器设定值在减少方向的偏移量也增加。在某点上，误差放大器145的线性将兼顾前馈性能。然后，底值可以减小，以提供一些误差放大器145的净空(headroom)。在一个甚小误差放大器的例中，除了罚值将被设定在减小调节器设定值的方向以外，程序是相同的。现在因为底值增加了，主放大器115将被更强地驱动，以通过在增加方向偏移增益调节器108的设定值减小误差通路峰值功率。在该小误差放大器145情况，在某点上主放大器115的线性能兼顾前馈线性。在这样的点上，底值会被减少以提供主放大器115的净空。

本发明已结合所提的优选实施例详细叙述，然而，本领域专业人士要理解在本发明范围内可以做出各种变化和修改，数量之多难以一一详述。因此上述详细说明应仅视为说明而非在本质上加以限定。

Claims (33)

1.一种前馈放大器，其中包括：

接收RF信号的输入端；

接收并放大所述RF信号的主放大器；

连接在RF输入端和主放大器之间的增益调节器；

主放大器输出取样耦合器；

与输入端相连并提供经延迟RF信号的第一延迟器；

将经延迟RF信号耦合至主放大器的取样输出的载波抵消合成器；

对载波抵消合成器输出取样的测试耦合器；

接收并放大载波抵消合成器的输出的误差放大器；

与主放大器输出端相连的第二延迟器；

将误差放大器输出和来自第二延迟器的经延迟的主放大器输出合成以抵消由主放大器引入的失真的误差耦合器；

与误差耦合器输出端相连并提供经放大的RF信号的输出端；以及

与测试耦合器相连的自适应控制器，它用于控制增益调节器设定值以提供从使载波抵消合成器中载波抵消最大化的增益调节偏移的增益调节，该偏移可通过改变增益调节成本函数的底值调节。

2.如权利要求1所述的前馈放大器，其特征在于：还包括对加到输入端的RF信号取样的输入基准耦合器，其中，所述自适应控制器连接于输入基准耦合器，并从测试耦合器和输入基准耦合器的信号求得第一环路增益值。

3.如权利要求2所述的前馈放大器，其特征在于：还包括连接在输入基准耦合器和控制器之间的第一信号功率检测器和第一A/D变换器和连接在测试耦合器和控制器之间的第二信号功率检测器和第二A/D变换器。

4.如权利要求1所述的前馈放大器，其特征在于：还包括连接在输入端和所述主放大器之间的相位调节器。

5.如权利要求4所述的前馈放大器，其特征在于：所述控制器控制相位调节器，以提供使载波抵消合成器上的载波抵消最大的相位调节。

6.如权利要求1所述的前馈放大器，其特征在于：所述自适应控制器包括实现成本最小搜索算法的处理器。

7.如权利要求6所述的前馈放大器，其特征在于：所述成本最小搜索算法包括基于增益调节的方向的罚值。

8.如权利要求1所述的前馈放大器，其特征在于：还包括领示信号源和领示信号检测器，领示信号被注入所述主放大器之前的信号通路中，领示信号检测器与输出端相连，其中，所述控制器接收检测到的领示信号。

9.如权利要求8所述的前馈放大器，其特征在于：还包括连接在载波抵消合成器和误差放大器之间的第二增益调节器和第二相位调节器，其中，所述控制器根据检测的领示信号调节第二增益调节器和第二相位调节器的设定值。

10.一种前馈放大器，其中包括：

接收RF输入信号的输入端；

与输入端相连的第一控制环路，它包括主放大器、取样耦合器、延迟器和抵消合成器，第一控制环路具有增益；

与第一控制环路连接的第二控制环路，它包括延迟器、误差放大器和误差耦合器；

与误差耦合器相连的输出端；

检测第一控制环路增益的检测装置；以及

与检测装置相连的控制装置，该装置控制第一控制环路增益以将所述控制环路增益稳定在一个偏离环路增益控制函数的最小值的值上。

11.如权利要求10所述的前馈放大器，其特征在于：所述控制装置包括在所述输入端和主放大器之间的所述第一控制环路中的增益调节器，以及实现环路控制算法并向所述增益调节器提供可变的调节器设定值的处理器。

12.如权利要求11所述的前馈放大器，其特征在于：所述检测装置还包括与所述输入端相连的输入基准耦合器和与载波抵消合成器的输出端相连的测试耦合器。

13.如权利要求12所述的前馈放大器，其特征在于：所述检测装置还包括与所述输入基准耦合器相连的第一信号功率检测器和与所述测试耦合器相连的第二信号功率检测器。

14.如权利要求13所述的前馈放大器，其特征在于：所述检测装置还包括与第一信号功率检测器连接并输出第一数字功率信号至所述处理器的第一A/D变换器和与第二信号功率检测器连接并输出第二数字功率信号至所述处理器的第二A/D变换器。

15.如权利要求14所述的前馈放大器，其特征在于：所述处理器从第一和第二数字功率信号求得所述第一控制环路增益。

16.如权利要求10所述的前馈放大器，其特征在于：所述处理器和算法计算与调节器设定值有关的成本函数，该成本函数从检测的第一控制环路增益和该成本函数预设的底值求得。

17.如权利要求16所述的前馈放大器，其特征在于：所述处理器和算法利用所述成本函数改变所述调节器设定值，以将算出的成本函数移向预设的底值。

18.如权利要求17所述的前馈放大器，其特征在于：若成本函数处于底值且调节器设定值朝向非所要方向移动，则所述处理器和算法在成本函数上加上一罚值。

19.如权利要求18所述的前馈放大器，其特征在于：非所要方向对应于增益调节器设定值的增加。

20.如权利要求18所述的前馈放大器，其特征在于：非所要方向对应于增益调节器设定值的减小。

21.一种利用前馈补偿放大RF输入信号的方法，包括以下步骤：

接收RF输入信号；

用主放大器放大所述RF输入信号；

对主放大器输出进行取样；

延迟所述RF输入信号并提供延迟的RF输入信号；

将延迟的RF输入信号耦合至来自所述主放大器的被取样输出，从而抵消来自主放大器的所述取样输出的至少一部分载波分量，提供具有载波分量和失真分量的载波被抵消信号；

用误差放大器放大所述载波被抵消信号来产生误差信号；

延迟所述主放大器的输出；

将所述误差信号和所述主放大器的延迟输出合成，从而抵消由主放大器引入的失真，提供经放大的RF输出；

通过可变的增益设定值，调节输入到所述主放大器的信号的增益；

通过利用具有底值和与所述调节的方向有关的罚值的增益控制成本函数控制信号增益的所述调节，控制到一个从使所述载波被抵消信号中载波分量最小的设定值偏移的稳态设定值。

22.如权利要求21所述的利用前馈补偿放大RF输入信号的方法，其特征在于：所述罚值与信号增益的增加相关，所述稳态设定值被偏移到使所述载波被抵消信号中载波分量最小的设定值以下。

23.如权利要求21所述的利用前馈补偿放大RF输入信号的方法，其特征在于：所述罚值与信号增益的减少相关，所述稳态设定值被偏移到使所述载波被抵消信号中载波分量最小的设定值以上。

24.如权利要求21所述的利用前馈补偿放大RF输入信号的方法，其特征在于：所述成本函数的底值确定多个具有相等成本的增益设定值。

25.如权利要求24所述的利用前馈补偿放大RF输入信号的方法，其特征在于：所述稳态设定值包含具有相等成本的所述多个增益设定值中的一个。

26.如权利要求25所述的利用前馈补偿放大RF输入信号的方法，其特征在于：所述稳态设定值包含具有相等成本的最低增益设定值。

27.如权利要求25所述的利用前馈补偿放大RF输入信号的方法，其特征在于：所述稳态设定值包含具有相等成本的最高增益设定值。

28.如权利要求21所述的利用前馈补偿放大RF输入信号的方法，其特征在于：所述增益控制成本函数具有由所述底值确定的下界，所述下界具有第一和第二边缘。

29.如权利要求28所述的利用前馈补偿放大RF输入信号的方法，其特征在于：所述稳态设定值对应于成本函数的所述下界的所述第一和第二边缘中的一个。

30.一种控制放大器系统环路的自适应控制器，其中包括：

接收环路输入功率电平的第一输入端；

接收环路输出功率电平的第二输入端；以及

与所述第一和第二输入端相连并用环路控制算法编程的处理器，它提供基于环路输入功率电平和环路输出功率电平的调节器设定值作为输出，该环路控制算法包含一个具有底值和与设定值调节方向相关的罚值的成本函数。

31.一种控制具有控制环路的放大器系统的方法，该控制环路包括控制环路输入、含放大器的主信号通路和控制环路输出端，所述方法包括以下步骤：

根据控制环路输入端和控制环路输出端的信号电平求得环路增益；

将环路增益与一底值比较；

若所述环路增益大于所述底值，则将环路控制成本函数设成等于环路增益；

若所述环路增益小于所述底值，则将环路控制成本函数设成等于所述底值；

确定环路控制的调节方向；

若环路控制在非所要方向上调节，则给所述底值加上罚值导出一新的成本函数；以及

调节主信号通路的增益以使所述成本函数的值最小。

32.一种调节放大器系统的控制环路的稳态控制设定值的方法，包括以下步骤：

将环路控制成本函数的初始底值设为靠近成本函数最小可能值的第一值；

基于控制设定值调节的方向在环路控制成本函数上加一罚值；

对环路进行控制，使包含底值和罚值的环路控制成本函数成为最小；

边监测所述放大器系统的性能边增加环路控制成本函数的底值；以及

将环路控制成本函数的最终底值设在一个这样的值附近，若再增加该值则会引起放大器性能的降低。

33.一种控制放大器系统控制环路的方法，包括以下步骤：

检测放大器系统的控制环路的可控信号特性，该信号特性具有一个最小可达到值；

调节控制环路的控制参数值，以调节可控信号特性到所述最小可达到值以上的所要值，可控信号特性的所述所要值对应于多个不同的控制参数值；以及

进一步调节所述控制参数的值至包含所述多个控制参数值之一的稳态值。

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