DE602004012671T2

DE602004012671T2 - System und Verfahren zur Reduktion der Dynamik und Erhöhung der Linearität in einem Verstärkersystem

Info

Publication number: DE602004012671T2
Application number: DE602004012671T
Authority: DE
Inventors: Ian Stuart Robinson
Original assignee: Northrop Grumman Corp
Current assignee: Northrop Grumman Systems Corp
Priority date: 2003-07-23
Filing date: 2004-07-22
Publication date: 2009-05-07
Anticipated expiration: 2024-07-23
Also published as: EP1501187B1; JP2005045817A; US7042287B2; US20050129140A1; DE602004012671D1; US7057455B2; US20050017800A1; EP1501187A1

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein elektronische Vorrichtungen und insbesondere ein System und ein Verfahren zum Verringern eines dynamischen Bereichs und zum Verbessern einer Linearität in einem Verstärkungssystem.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Funkfrequenz-("radio frequency"; RF-)leistungsverstärker, die für drahtlose Kommunikationssender verwendet werden, mit hocheffizienten Modulationsformaten benötigen eine hohe Linearität, um eine Modulationsgenauigkeit zu erhalten und eine spektrale Aufweitung zu beschränken. Typischerweise wird ein Linearverstärker vom Typ Klasse A, Klasse AB oder Klasse B verwendet, um Eingangssignale zuverlässig zu reproduzieren und die Verstärkerausgabe auf eine strikte Emissionsmaske zu begrenzen. Linearverstärker sind zu elektrischen (Gleichstromleistung ein zu Funkfrequenzleistung aus oder Gleichstrom-Funkfrequenz) Wirkungsgraden von 50% oder mehr in der Lage, wenn sie an ihrer Sättigung betrieben werden. Jedoch werden sie aufgrund der Anforderung, eine hohe Linearität bereitzustellen, allgemein nicht bei hohem Wirkungsgrad betrieben. Für Wellenformen mit konstanter Um- bzw. Einhüllender werden Linearverstärker oft unterhalb der Sättigung betrieben, um einen Betrieb in ihrem linearen Zustand zu gewährleisten. Sich zeitlich ändernde Hüllkurven stellen eine zusätzliche Herausforderung dar. Die allgemeine Lösung ist, die Spitzen der Wellenform nahe der Sättigung zu verstärken, was dazu führt, dass die durchschnittliche Leistung der Wellenform auf einem Pegel verstärkt wird, der weit von der Sättigung entfernt ist. Der Back-off-Pegel, auch als Ausgabeleistungs-Back-off ("output power back-off"; OPBO) bezeichnet, bestimmt den elektrischen Wirkungsgrad eines Linearverstärkers.
Beispielsweise sinkt der Wirkungsgrad eines Verstärkers der Klasse A mit der Ausgabeleistung relativ zu seinem Spitzenwert (EFF = P_out/P_peak). Der Wirkungsgrad von Verstärkern der Klasse B sinkt ebenfalls mit der Ausgabeleistung relativ zu ihrem Spitzenwert (EFF = P_out/P_peak)^1/2). Verstärker der Klasse AB weisen Ausgabeleistungsschwankungen auf, die zwischen diesen Werten liegen. Somit gibt es herkömmlicherweise in Verstärkerausgestaltungen eine inhärente Abwägung zwischen Linearität und Wirkungsgrad.
Moderne Sender für Anwendungen wie zelluläre, persönliche und Satellitenkommunikationen verwenden digitale Modulationstechniken wie beispielsweise Quadraturpha senmodulation ("quadrature phase-shift keying"; QPSK) in Kombination mit einer Codemultiplex-("code division multiple access"; CDMA-)Kommunikation. Ein Formen der Datenpulse verringert das Auftreten von Außerbandemissionen in benachbarten Kanälen, aber erzeugt sich zeitlich ändernde Umhüllende. Zusätzlich zu einem Verstärken individueller Wellenformen mit sich zeitlich ändernden Umhüllenden werden viele Sender (insbesondere in Basisstationen) dazu konfiguriert, mehrere Träger zu verstärken. Mehrträgersignale weisen eine breite Leistungspegelverteilung auf, die zu einem hohen Spitzen/Durchschnitt-Verhältnis ("peak-to-average ratio"; PAR) führt. Deshalb ist der Betrieb der Linearverstärker in diesen Arten von Signalen sehr ineffizient, da die Versorgungsspannung der Verstärker so bemessen werden muss, dass sie hohe Spitzenspannungen bewältigen, obwohl die Signale für einen wesentlichen Teil der Zeit viel kleiner sind. Zusätzlich sind die Größe und Kosten des Leistungsverstärkers allgemein proportional zur benötigen Spitzenausgabeleistung des Verstärkers. Techniken, die Außerband-("out-of-band"; OOB-)Emissionen beschränken, während der Verstärker bei Sättigung oder knapp darunter arbeitet, sind stark erwünscht.
Breitband-Codemultiplex ("Wideband Code Division Multiple Access"; WCDMA), orthogonales Frequenzmultiplex ("Orthogonal Frequency Division Multiplexing"; OFDM) und Mehrträgerversionen von GSM ("Global System for Mobile Communications") und CDMA 2000 ("Code Division Multiple Access 2000") sind drahtlose Standards und Anwendungen, die immer häufiger verwendet werden. Jeder benötigt eine Verstärkung einer Wellenform mit hohen PAR-Pegeln von in einigen Fällen über 10 dB. Das spärliche Maß an Spektrum, das erdgebundener drahtloser Kommunikation zugeteilt ist, macht es erforderlich, dass Übertragungen Außerband-(OOB-)Emissionen minimieren, um die Interferenzumgebung zu minimieren. Ein Linearverstärker, der verwendet wird, um eine Wellenform mit einem PAR von 10 dB oder mehr zu verstärken, stellt nur einen Wirkungsgrad von 5–10% Gleichstrom-Funkfrequenz ("DC-RF") bereit. Die Spitzenausgabeleistung für den Verstärker wird mittels der Spitzenwellenform bemessen. Die Kosten für den Verstärker skalieren mit seiner Spitzenleistung. Verschiedene andere Schaltungskosten, einschließlich Wärmesenken und Gleichstrom/Gleichstrom-Leistungsversorgungen, skalieren umgekehrt zur Spitzenleistung und abgegebenen Wärme (was von der elektrischen Ineffizienz herrührt). Zugehörige Basisstationskosten von Wechselstrom/Gleichstrom-Leistungsversorgungen, Reservebatterien, Kühlung und Schutzschaltern skalieren ebenfalls umgekehrt zum Wirkungsgrad, und ebenso die elektrischen Betriebskosten. Den Gleichstrom-Funkfrequenz-Wirkungsgrad zu verbessern, ist eindeutig ein Hauptkostensparfaktor sowohl für die Herstellung als auch den Betrieb.
Viele moderne digitale Kommunikationssysteme übertragen komplexe Wellenformen, die aus Mehrträgern, mehreren Codekanälen oder anderen Signalen bestehen, die große, selten auftretende Spitzen in der Signalleistung verursachen. Diese Signale sind, während sie reich an Informationsinhalt sind, teuer zu übertragen, was Hardware und elektrischen Verbrauch anbelangt. Jedes Schema, das die Größe bzw. Höhe der Spitzen verringert, ohne beträchtliche Fehlerpegel einzuführen, ist erwünscht. Die meisten heutigen Kommunikationsstandards begrenzen das Maß an Signalverzerrung und OOB-Emissionen stark, die in einer Signalübertragung auftreten können. Es gibt eine Vielzahl von Schemata, ein Signal abzuschneiden, was zu einem beträchtlichen Maß an Signalverzerrung und/oder OOB-Emissionen führt. Die strenge Regulierung von OOB-Emissionen ist oft der begrenzende Faktor bezüglich des Grads, bis zu welchem Signale mittels Abschneidens begrenzt werden können.
Linearisierungstechniken verbessern allgemein eine erwünschte Signalverzerrung und verringern OOB-Emissionen. Einige Linearisierungstechniken, wie eine digitale Vorverzerrung und Versionen von digitaler Überkreuzauslöschung, benötigen a-priori-Information über den Mechanismus, der die Verzerrung und OOB-Emissionen verursacht. Ein beabsichtigtes Abschneiden eines Signals führt zu OOB-Emissionen, die leicht vorhergesagt werden können. Die meisten Linearisierungstechniken arbeiten über einer beschränkten Bandbreite, aber diese können daran angepasst sein, in verschiedenen parallelen Kanälen mit größerer Wirksamkeit zu arbeiten. US-Patent 4,596,043 zeigt einen Verstärker mit Eingangssignalabschneidung und verringerten OOB-Emissionen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Das Folgende stellt eine vereinfachte Zusammenfassung der Erfindung dar, um ein grundlegendes Verständnis einiger Gesichtspunkte der Erfindung bereitzustellen. Diese Zusammenfassung ist kein ausführlicher Überblick über die Erfindung. Es wird weder beabsichtigt, wichtige oder entscheidende Elemente der Erfindung zu identifizieren, noch, den Umfang der Erfindung abzugrenzen. Ihr einziger Zweck ist es, einige Konzepte der Erfindung in einer vereinfachten Form als Auftakt zu der ausführlicheren Beschreibung, die später dargelegt wird, darzustellen.
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verstärkungssystem und -verfahren, das einem Eingangssignal zugehörige Spitzen verringert und dem spitzenverringerten Signal, das mit einer Signalverzerrung und/oder OOB-Emissionen behaftet ist, die von der Spitzenverringerung verursacht wurden, eine Korrektur bereitstellt. Dies stellt ein endgültiges verstärktes Ausgangssignal bereit, das im Wesentlichen frei von Signalverzerrung und/oder OOB-Emissionen ist. Das Korrektursignal kann mit dem spitzenverringerten Signal vor (z. B. Vorverzerrung) oder nach der Verstärkung des spitzenverringerten Eingangssignals (z. B. digitale Überkreuzauslöschung) kombiniert werden. Das Eingangssignal kann beispielsweise mittels eines Abschneidefilters abgeschnitten werden, um zum Eingangssignal gehörige Spitzen zu verringern. Das Korrektursignal kann berechnet werden, das eine Signalverzerrung und/oder OOB-Emissionen, die dem abgeschnittenen Eingangssignal zugeordnet sind, entfernt. Ein Gegenspitzensignal kann mit dem Eingangssignal kombiniert werden, um dem Eingangssignal zugeordnete Spitzen zu verringern. Das Korrektursignal, das mit dem spitzenverringerten Eingangssignal nach der endgültigen Verstärkung kombiniert wird, ist eines, das das "Gegenspitzen"-Signal geeigneterweise auslöscht. Das Gegenspitzensignal kann mit dem Eingangssignal vor oder nach einer Digital/Analog-Wandlung des Eingangssignals kombiniert werden.
Unter einem Gesichtspunkt der Erfindung wird das spitzenverringerte Eingangssignal mittels eines Kanalisierers in eine Vielzahl von Unterbändern aufgeteilt. Jedes Unterband ist mit einer zugeordneten Modifikationskomponenten ausgestattet, die eine Verstärkung, Phase und/oder Versatz des Unterbandsignals modifizieren kann, um die einem oder mehreren Unterbändern zugehörige Signalverzerrung und OOB-Emissionen vor der endgültigen Verstärkung zu dämpfen. Die Vielzahl von Unterbändern kann dann aggregiert werden, um ein aggregiertes Signal bereitzustellen. Die Aggregation kann vor oder nach der Digital/Analog-Wandlung stattfinden. Diese Technik kann allein als eine verbesserte (z. B. breitere Bandbreite) Vorverzerrungstechnik, als eine Vorverzerrungskomponente mit dem Korrektursignalverstärkungssystem oder als Teil des Korrektursignalverstärkungssystems verwendet werden.
Um die obigen und verwandte Zwecke zu erreichen, sind bestimmte illustrative Gesichtspunkte der Erfindung hierin in Verbindung mit der folgenden Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen beschrieben. Diese Gesichtspunkte geben jedoch nur wenige der verschiedenen Möglichkeiten an, in welchen die Prinzipien der Erfindung angewandt werden mögen, und es ist vorgesehen, dass die vorliegende Erfindung alle solchen Gesichtspunkte und ihre Äquivalente umfasst. Andere und neue Merkmale der Erfindung werden aus der nachfolgenden genauen Beschreibung der Erfindung in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen ersichtlich.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 stellt ein schematisches Blockdiagramm eines Verstärkungssystems gemäß einem Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung dar.
2 zeigt ein schematisches Blockdiagramm eines Verstärkungssystems, das ein Korrektursignal mit einem verstärkten spitzenreduzierten bzw. -verringerten Eingangssignal gemäß einem Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung kombiniert.
3 zeigt ein schematisches Blockdiagramm eines Verstärkungssystems, das ein Korrektursignal mit einem spitzenreduzierten oder abgeschnittenen Eingangssignal vor der Verstärkung gemäß einem Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung kombiniert.
4 zeigt ein schematisches Blockdiagramm eines Verstärkungssystems, das ein Eingangssignal in eine Vielzahl von Übertragungsunterbändern gemäß einem Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung aufteilt.
5 zeigt ein schematisches Blockdiagramm eines Verstärkungssystems, das ein digitales Gegenspitzensignal mit einem digitalen Eingangssignal gemäß einem Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung kombiniert.
6 zeigt ein schematisches Blockdiagramm eines Verstärkungssystems, das ein analoges Gegenspitzensignal mit einem analogen Eingangssignal gemäß einem Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung kombiniert.
7 zeigt ein schematisches Blockdiagramm eines Verstärkungssystems, das eine digitale Überkreuzauslöschungstechnik gemäß einem Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung verwendet.
8 stellt Blockdiagramm eines Kommunikationssystems gemäß einem Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung dar.
9 zeigt ein eine Methodik zum Verstärken eines Eingangssignals gemäß einem Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung.
10 zeigt ein eine weitere Methodik zum Verstärken eines Eingangssignals gemäß einem Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung.
GENAUE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verstärkungssystem und -verfahren, das eine Verzerrung und/oder OOB-Emissionen in Verstärkersystemen verringert, wie solche, die sich aus dem Abschneiden von Spitzen ergeben, die einem Eingangssignal zugehörig sind. Das System und Verfahren stellen dem spitzenverringerten Signal, das mit der Signalverzerrung und/oder OOB-Emissionen behaftet ist, die von der Spitzenverringerung verursacht wurden, eine oder mehrere Korrekturen bereit. Daher können kleinere (weniger Leistungskapazität) und kostengünstigere Leistungsverstärker verwendet werden, um die gleiche Leistung zu erreichen. Eine zweite Folge ist ein verbesserter Verstärkersystemwirkungsgrad im Vergleich zu Verstärkersystemen mit viel größeren, weniger effizienten Leistungsverstärkern. Die vorliegende Erfindung kann in drahtlosen Standards, wie beispielsweise WCDMA, OFDM, Mehrträgerversionen von GSM und CDMA 2000 und anderen drahtlosen Standards und Anwendungen verwendet werden.
1 stellt ein Verstärkungssystem 10 gemäß einem Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung dar. Das Verstärkungssystem 10 umfasst eine Spitzenverringerungskomponente 12, die ein Eingangssignal empfängt und ein spitzenverringertes Eingangssignal erzeugt. Die Spitzenverringerungskomponente kann Spitzen vom Eingangssignal abschneiden, und zwar mittels Verwendens eines Abschneidefilters oder Ähnlichem, um große Spitzen aus dem Eingangssignal zu entfernen. Alternativ kann die Spitzenverringerungskomponente 12 ein Spitzenverringerungs-Formungsalgorithmus sein. Außerdem kann die Spitzenverringerungskomponente Signale (z. B. Gegenspitzensignale, Anti-Verzerrungssignale) zum Eingangssignal hinzufügen, um zum Eingangssignal zugehörige Spitzen und Verzerrungen zu verringern. Die Spitzenverringerungskomponente kann auch eine Vorverzerrung am spitzenverringerten Signal durchführen, um Fehler in der Signalamplitude oder -phase und OOB-Emissionen, die durch die Spitzenverringerung verursacht werden, zu verringern. Die obigen Modifikationen können individuell, in Kombination oder mit anderen Modifikationstechniken durchgeführt werden, um ein spitzenverringertes Eingangssignal zu erzeugen, das bezüglich Verstärkerlinearität, Wirkungsgrad und Leistungsverbrauch optimal ist. Die Auswahl der Abschneideoption hängt vom Gleichgewicht einer zulässigen Verzerrung im gewünschten Signal (z. B. Fehlervektorgröße, "error vector magnitude", EVM) mit Einschränkungen für OOB-Emissionen ab. Die OOB-Emissionen, die viele Abschneideschemata begrenzen und, in gewissem Maße, die Verzerrung der gewünschten Signale, werden mittels eines dedizierten Untersystems ausgelöscht, bevor das Signal gesendet wird.
Das spitzenverringerte Eingangssignal wird zu einem Digital/Analog-Wandler ("digital-to-analog converter"; DAC) 14 übertragen. Der DAC 14 wandelt das spitzenverringerte Eingangssignal von der digitalen Domäne in die analoge Domäne um. Der DAC kann ein delta-sigma-modulierter DAC (z. B. ein 1-Bit-DAC) sein, um eine Digital/Analog-Wandlung direkt in Funkübertragungsfrequenzen durchzuführen. Ein Einbit-Wandler stellt eine analoge Wandlung mit extrem hoher Linearität (geringer Verzerrung) bereit. Vor der Digital/Analog-Wandlung kann das spitzenverringerte Eingangssignal einer Vorverzerrungskomponente 13 bereitgestellt werden, um zumindest einen Teil der Signalverzerrung und/oder der OOB-Emissionen zu entfernen, die durch die Spitzenverringerung verursacht werden. Ein Verwenden einer Vorverzerrung verringert die verbleibende Verzerrung, so dass Komponenten verwendet werden können, die kleiner und kostengünstiger sind und weniger Leistung verbrauchen. Die Ausgabe des DAC 14 wird dann einem Verstärkersystem 16 bereitgestellt.
Das Verstärkersystem 16 umfasst einen Leistungsverstärker 24 zur Verstärkung des spitzenverringerten Eingangssignals. Der Leistungsverstärker 24 kann ein Linearverstarker (z. B. der Klasse A, Klasse AB, Klasse B) sein, oder kann für einige Klassen von Eingangssignalen ein Verstärker nichtlinearer Art sein (z. B. der Klasse C, Klasse D, Klasse E, Klasse F) sein, und zwar beruhend auf gewünschter Leistung, akzeptablem Wirkungsgrad und akzeptablen OOB-Emissionen. Die Begrenzung für WCDMA und viele andere drahtlose Systeme ist die strikte Emissionsmaske in benachbarte und nahegelegene Spektralkanäle, welche das Maß an OOB begrenzt, die übertragen werden können. Es wird geschätzt, dass die in 1 gezeigte vorliegende Erfindung in der Lage ist, 20–40 dB von OOB-Emissionen zu korrigieren. Somit sollten die OOB, die durch ein Abschneiden des gewünschten Signals induziert werden, um ein Maß korrigiert werden, um sicherzugehen, dass die OOB die Emissionsmaske des relevanten Standards erfüllen.
Für die meisten Verstärker gibt es ungefähr ein dB für dB-Einsparungen in Größe und Kosten des ausgewählten Verstärkers mit der Verringerung des Spitzen/Durchschnitts-Verhältnisses ("peak-to-average ratio"; PAR) des Verstärkungssystem. Deshalb ermöglicht; die vorliegende Erfindung eine Verwendung eines Leistungsverstärkers, der kleiner ist (weniger Leistung). Der Wirkungsgrad von Linearverstärkern (Klasse A, A/B, B), welche in drahtlosen Systemen vorherrschen, ist normalerweise proportional zum PAR (Klasse A verschlechtert sich im Wirkungsgrad um ein dB pro einem dB des PAR, Klasse B um ein halbes dB pro einem dB und Klasse A/B liegt dazwischen), und somit kann der Gesamtwirkungsgrad mit einer Spitzenverringerung deutlich verbessert werden. Ein Verstärker der Klasse A/B, der ein Signal mit einem PAR von 10 dB überträgt, weist einen Gesamtwirkungsgrad von unter 10% auf, da die meisten der Signale extrem von der maximal erzielbaren Leistung beabstandet sind. Der gleiche Sender kann mit doppeltem Wirkungsgrad bei ca. 5 dB PAR hergestellt werden, und zwar unter Verwendung der vorliegenden Erfindung. Die niedrige Frequenz eines Auftretens der Spitzen ermöglicht es der vorliegenden Erfindung, Spitzen rigoros abzuschneiden, ohne dass eine wesentliche Verschlechterung der EVM eintritt. Es kann zu einer drastischen Verschlechterung von OOB-Emissionen kommen, die durch ein Abschneiden verursacht werden, welche die vorliegende Erfindung vor einer endgültigen Übertragung korrigiert. Der Anstieg im Wirkungsgrad ist entscheidend beim Bemessen des Leistungshandlings, der Reservebatterie und der Kühlausrüstung bei einer Basisstation. Die Kosteneinsparungen für diese verwandten Systeme können vergleichbar mit dem Preis des Senders sein.
Ein Korrektursignalgenerator 20 stellt ein Korrektursignal bereit, um eine Signalverzerrung und OOB-Emissionen zu korrigieren, die durch die Spitzenverringerung des Eingangssignals verursacht werden. Die Signalverzerrung und die OOB-Emissionen können beruhend auf der Spitzenverringerung, die durchgeführt wird, mathematisch berechnet werden. Deshalb kann ein gewünschtes Korrektursignal in Echtzeit oder off-line berechnet werden und in den Korrektursignalgenerator 20 einprogrammiert werden (z. B. über eine Nachschlagetabelle, einen mathematischen Algorithmus). Das Korrektursignal wird zu einem zweiten DAC 22 übertragen. Der zweite DAC 22 kann auch ein delta-sigma-modulierter DAC sein, um eine Digital/Analog-Wandlung direkt in Funkübertragungsfrequenzen des Korrektursignals durchzuführen.
Das analoge Korrektursignal wird dann dem Verstärkersystem 16 bereitgestellt. Das analoge Korrektursignal kann mit dem spitzenverringerten Eingangssignal kombiniert werden, um eine Signalverzerrung und OOB-Emissionen vor der Verstärkung mittels des Leistungsverstärkers zu verringern. Alternativ kann das analoge Korrektursignal verstärkt und nach der Verstärkung mit dem spitzenverringerten Eingangssignal kombiniert werden, um eine Signalverzerrung und OOB-Emissionen zu dämpfen, und zwar zusätzlich zu Verzerrungen, die mit einer Verstärkung durch den Leistungsverstärker in Zusammenhang stehen. Die Ausgabe des Verstärkersystems 16 wird dann einem optionalen Bandpassfilter 18 bereitgestellt, welches jegliche verbleibende Signale außerhalb des gewünschten Übertragungsbands herausfiltert, um ein endgültiges Ausgangssignal bereitstellt, das im Wesentlichen frei von Signalverzerrung und OOB-Emissionen ist.
Unter einem Gesichtspunkt der Erfindung sind der erste DAC 14 und/oder der zweite DAC 22 delta-sigma-modulierte DACs. Die Delta-Sigma-Modulation ist eine Methode, die verwendet wird, um eine grobe Abschätzung eines Signals zu erzeugen, und zwar unter Verwendung einer kleinen Anzahl von Quantisierungspegeln und einer sehr hohen Abtastrate. Die geringe Anzahl (zwei für einen Einbit-Quantisierer) von Signalpegeln bringt ein "Quantisierungs"rauschen in das System ein. Der Effekt eines Überabtastens und die Verwendung einer Integrator-Rückkopplungsschleife in die Delta-Sigma-Modulation sind wirkungsvoll beim Verschieben des Quantisierungsrauschens zu Außerband-Frequenzen. Die Rauschverschiebungseigenschaften und die Einbringung von Quantisierungsfehlern ermöglichen eine effiziente Nutzung von nachfolgenden Filterstufen, um ein Rauschen zu entfernen und eine präzisere Darstellung der Eingabe bei einer viel höheren Frequenz zu erzeugen. Die Delta-Sigma-DACs können dazu verwendet werden, das Eingangssignal direkt in Funkübertragungsfrequenzen aufwärtszuwandeln, so dass eine weitere Frequenzwandlung der Signale über herkömmliche analoge Mischer nicht notwendig ist. Die Funkübertragungsfrequenzen können in Funkfrequenz("radio frequency"; RF)-bereichen (z. B. Megahertzbereich) oder in Mikrowellenfrequenzbereichen (z. B. Gigahertzbereich) vorliegen.
Das Korrektursignal kann auch ausschließlich zur Linearisierung verwendet werden, wenn kein Abschneiden oder Spitzenverringerung stattfindet. Dies mag erwünscht sein, da DAC-Beschränkungen im dynamischen Bereich über breite Bandbreiten digitale Linearisierungstechniken begrenzen können. Die vorliegende Erfindung separiert die Pfade gewünschter Signale und Korrektursignale, was es ermöglicht, dass Anforderungen bezüglich Bandbreite und dynamischem Bereich zwei oder mehr DACs zugeteilt werden.
2 zeigt ein Verstärkungssystem 40, das eine Version einer digitalen Überkreuzauslöschung verwendet, die ein Korrektursignal mit einem verstärkten spitzenverringerten Eingangssignal gemäß einem Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung kombiniert. Das Verstärkungssystem 40 umfasst ein Abschneidefilter 42, das einen Abschneidevorgang an einem Eingangssignal durchführt. Der Abschneidevorgang verringert die Spitzen des Eingangssignals, um das Spitzen/Durchschnitts-Verhältnis des Eingangssignals, das einem Leistungsverstärker 50 bereitgestellt wird, zu senken. Dies ermöglicht es dem Leistungsverstärker 50, eine große Durchschnittsleistung auszugeben, die mit der Verstärkung des spitzenverringerten Eingangssignals zusammenhängt. Der Abschneidevorgang kann ein weicher oder harter Abschneidevorgang sein. Zusätzlich kann das Abschneidefilter 42 einen festen oder formbegrenzen den Algorithmus durchführen, um die dem Eingangssignal zugehörigen Spitzen und das PAR zu verringern. Der Abschneidevorgang führt zu unerwünschten OOB-Emissionen, spektralen Verzerrungen, spektraler Nachbarkanalstörung bzw. Splatter und Spreizung des Spektrums. Die mit einem Abschneiden verbundenen unerwünschten Eigenschaften müssen verringert werden, um den meisten drahtlosen Kommunikationsstandards (z. B. WCDMA, OFDM, GSM) zu entsprechen.
Eine digitale Komponente (nicht gezeigt), wie etwa ein digitaler Signalprozessor, stellt das Eingangssignal bereit, ein Steuersignal zum Steuern des dem Abschneidefilter zugehörigen Abschneidens sowie ein Korrektursignal, um durch das Abschneiden verursachte OOB-Emissionen zu korrigieren oder zu verringern. Das Abschneidefilter 42 stellt einem Delta-Sigma-Modulator 44 entlang eines Eingangspfads ein abgeschnittenes Eingangssignal bereit. Der Delta-Sigma-Modulator 44 ist mit einem DAC 46 gekoppelt, der mit einem Bandpassfilter 48 gekoppelt ist. Der Delta-Sigma-Modulator 44, der DAC 46 und das Bandpassfilter 48 arbeiten zusammen, um eine Digital/Analog-Wandlung direkt in Funkübertragungsfrequenzen durchzuführen. Der DAC 46 kann ein Mehrbit-Wandler oder ein Einbit-Wandler sein, der eine analoge Wandlung mit extrem hoher Linearität (geringer Verzerrung) bereitstellt. Die Ausgabe des Bandpassfilters 48 wird dann dem Eingangsanschluss des Leistungsverstärkers 50 zur Verstärkung bereitgestellt. Der Leistungsverstärker 50 kann ein Linearverstärker (z. B. der Klasse A, Klasse AB, Klasse B) sein, oder kann für einige Klassen von Eingangssignalen ein Verstärker nichtlinearer Art sein (z. B. der Klasse C, Klasse D, Klasse E, Klasse F), und zwar beruhend auf der gewünschten Leistung, einem akzeptablem Wirkungsgrad und akzeptablen OOB-Emissionen. Zusätzliche Frequenzwandlungskomponenten können bei Bedarf verwendet werden.
Die digitale Komponente (nicht gezeigt) stellt das Korrektursignal entlang eines Korrekturpfads einem Delta-Sigma-Modulator 56 bereit. Der Delta-Sigma-Modulator 56 ist mit einem DAC 58 gekoppelt, welcher mit einem Bandpassfilter 60 gekoppelt ist. Das Korrektursignal kann im Vergleich zum gewünschten Signal eine im Wesentlichen niedrigere Leistung aufweisen (z. B. typischerweise 10–30 dB unter dem erwünschten Signalpegel, vor einer Verstärkung durch den Leistungsverstärker). Der niedrigere Leistungspegel des Korrektursignals ermöglicht es dem DAC 58, ein DAC mit niedrigerem dynamischen Bereich als dem des DAC 46 zu sein. Er kann auch eine breitere Bandbreite als der DAC 46 aufweisen. Der Delta-Sigma-Modulator 56, der DAC 58 und das Bandpassfilter 60 arbeiten zusammen, um eine Digital/Analog-Wandlung direkt in Funkübertragungsfrequenzen durchzuführen. Der DAC 58 kann ein Mehrbit-Wandler oder ein Einbit-Wandler sein, der eine analoge Wandlung mit extrem hoher Linearität (geringer Verzerrung) bereitstellt. Das Korrektursignal kann Ausdrücke enthalten, die eine OOB-Emission, die aus einem Abschneiden resultiert, und OOB-Emissionen, die aus der normalen Verstärkung des abgeschnittenen Signals resultieren, im Wesentlichen beseitigen. Die Ausgabe des Bandpassfilters 60 wird dann dem Eingangsanschluss eines Korrekturverstärkers 62 zur Verstärkung bereitgestellt. Der Korrekturverstärker 62 sollte im Wesentlichen linear sein, um ein akkurates analoges Korrektursignal bereitzustellen, um eine Signalverzerrung und OOB-Emissionen auszulöschen. Das Korrektursignal wird normalerweise eine 10–30 dB niedrigere Leistung aufweisen als das gewünschte Signal und benötigt keinen großen Verstärker. Zusätzliche Frequenzwandlungskomponenten können bei Bedarf verwendet werden.
Beispielsweise kann ein Verstärker der Klasse A oder Klasse AB verwendet werden, der in gutem Maße von der maximal erzielbaren Leistung beabstandet ist. Die Linearisierung des Auslöschungsverstärkers 62 könnte ein Vorverzerrungssystem (analog oder digital; wobei das letztere eine Digitalisierung und ein Zurückumwandeln des Signals erfordert), eine Vorwärtskopplungsschleife oder eine andere Linearisierungstechnik sein. Die Größe des Auslöschungsverstärkers 62 hängt vom benötigten Korrekturpegel (d. h., OOB-Emissionen, Signalverzerrungen) ab. Deshalb kann eine Vorverzerrung mit dem Verstärkungssystem 40 verwendet werden, um die Größe des Korrekturverstärkers 62 zu verringern.
Der Korrekturverstärker 62 stellt ein verstärktes analoges Korrektursignal bereit, das mit einem analogen Ausgangssignal des Leistungsverstärkers 50 kombiniert werden kann, um OOB-Emissionen und eine Signalverzerrung des analogen Ausgangssignals als ein Ergebnis des Abschneidens durch das Abschneidefilter 42 zu verringern. Das analoge Korrektursignal des Auslöschungsverstärkers 62 und das analoge Ausgangssignal des Leistungsverstärkers 50 werden an einem Summierer oder Koppler 52 kombiniert. Es mag nötig sein, entweder digitale oder analoge Verzögerungskomponenten einzubeziehen, um das Korrektursignal und das Ausgangssignal beruhend auf einer bestimmten Implementierung zu synchronisieren. Die Ausgabe des Summierers 52 wird dann einem optionalen Bandpassfilter 54 bereitgestellt, welches jegliche verbleibenden Signale außerhalb des gewünschten Übertragungsbands herausfiltert.
3 zeigt ein Verstärkungssystem, das ein Korrektursignal mit einem spitzenreduzierten oder abgeschnittenen Eingangssignal vor der Verstärkung gemäß einem Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung kombiniert. Das Verstärkungssystem 70 umfasst ein Abschneidefilter 72, das einen Abschneidevorgang an einem Eingangssignal durchführt. Das Abschneidefilter 72 kann ähnlich dem in 2 beschriebenen Abschneidefilter sein. Der Abschneidevorgang verringert die Spitzen des Eingangssignals, um das PAR des Eingangssignals, das einem Leistungsverstärker 78 bereitgestellt wird, zu senken. Dies ermöglicht es dem Leistungsverstärker 78, eine große Durchschnittsleistung auszugeben, die mit der Verstärkung des abgeschnittenen Eingangssignals zusammenhängt. Der Abschneidevorgang kann über ein weiches Abschneiden, ein hartes Abschneiden und/oder einen festen oder formbegrenzenden Algorithmus durchgeführt werden, um die dem Eingangssignal zugehörigen Spitzen und das PAR zu verringern. Der Abschneidevorgang kann zu unerwünschten OOB-Emissionen, spektralen Verzerrungen, spektraler Nachbarkanalstörung bzw. Splatter und Spreizung des Spektrums führen.
Eine digitale Komponente (nicht gezeigt), wie etwa ein digitaler Signalprozessor, stellt das Eingangssignal, ein Steuersignal zum Steuern des dem Abschneidefilter zugehörigen Abschneidens und ein Korrektursignal, um durch das Abschneiden verursachte OOB-Emissionen zu korrigieren oder zu verringern, bereit. Das Abschneidefilter 72 stellt einem DAC 74 (z. B. einem delta-sigma-modulierten DAC) entlang eines Eingangspfads das abgeschnittene Eingangssignal bereit. Der DAC 74 führt eine Digital/Analog-Wandlung des abgeschnittenen Eingangssignals durch, welches direkt in Funkübertragungsfrequenzen umgewandelt werden kann, um ein analoges abgeschnittenes Eingangssignal zu erzeugen. Der DAC 74 kann ein Mehrbit-Wandler oder ein Einbit-Wandler sein. Die Ausgabe des DAC 74 wird dann einem Summierer oder Koppler 76 bereitgestellt.
Die digitale Komponente (nicht gezeigt) stellt das Korrektursignal einem DAC 82 entlang eines Korrekturpfads bereit, welcher das Korrektursignal von der digitalen Domäne in die analoge Domäne umwandelt, um ein analoges Korrektursignal zu erzeugen. Der DAC 82 kann ein Mehrbit-Wandler oder ein Einbit-Wandler sein. Die Ausgabe des DAC 82 wird ebenfalls dem Summierer oder Koppler 76 bereitgestellt, welcher das analoge abgeschnittene Eingangssignal mit dem analogen Korrektursignal kombiniert. Das Korrektursignal kann im Vergleich zum gewünschten Signal eine wesentlich niedrigere Leistung aufweisen (z. B. typischerweise 10–30 dB unter dem gewünschten Signalpegel (vor einer Verstärkung durch den Leistungsverstärker). Der DAC 82 kann ein breiteres Band und einen niedrigeren dynamischen Bereich aufweisen als der DAC 74. Das analoge Korrektursignal dämpft OOB-Emissionen und eine Signalverzerrung, ohne dass ein Auslöschungsverstärker verwendet werden muss. Die Ausgabe des Summierers 76 wird dann dem Eingang des Leistungsverstärkers 78 zur Verstärkung bereitgestellt. Die Ausgabe des Verstärkers 78 wird dann einem op tionalen Bandpassfilter 80 bereitgestellt, welches jegliche verbleibenden Signale außerhalb des gewünschten Übertragungsbands herausfiltert.
Unter einem weiteren Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung werden das gewünschte Signal, benachbarte Kanäle und/oder nahegelegene Spektralbänder in kleine Frequenzscheiben oder -unterbänder zerlegt, von denen jedes in Amplitude und Phase modifiziert wird und mit einem Versatz versehen wird. Wenn diese modifizierten Signal digitalisiert und verstärkt werden, löschen sie die durch das Abschneiden verursachten OOB-Emissionen aus. Diese modifizierten Scheiben werden entweder vor oder nach der Digital/Analog-Wandler-(DAC-)Operation aggregiert, und zwar abhängig von der verfügbaren DAC-Bandbreite, und auf endgültige Leistungspegel verstärkt. Diese Technik kann angewandt werden, um die gesamte Senderkette über breite Bandbreiten zu linearisieren, falls Verzerrung vorhersehbar sind. Dieser Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung ermöglicht es Korrekturausdrücken, auf jenen Teil des Spektrums zugeschnitten zu werden und vermeidet das Problem einer digitalen Vorverzerrung, wo ein einzelner DAC die Bandbreite für die Korrekturausdrücke und den dynamischen Bereich für das gewünschte Signal und die Emissionsmaske liefert. Eine optionale Rückkopplungsschleife digitalisiert und kanalisiert eine Abtastung der Ausgabe, um eine adaptive Verbesserung der Verstärkung und Phasenmodifikationen zu ermöglichen.
4 zeigt ein Verstärkungssystem 100, das ein Eingangssignal in eine Vielzahl von Übertragungsunterbändern gemäß einem Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung aufteilt. Das Verstärkungssystem 100 umfasst ein optionales Abschneidefilter 102, das einem Eingangssignal zugehörige Spitzen entfernt und ein abgeschnittenes Eingangssignal einem Kanalisierer 104 bereitstellt. Der Kanalisierer 104 teilt das abgeschnittene Eingangssignal, benachbarte Spektralkanäle und nahegelegene Spektralbänder in eine Vielzahl von Unterbändern auf, die separat modifiziert werden können, um OOB-Emissionen und Signalverzerrungen, die mit jedem Unterband einhergehen, zu entfernen. Eine Modifikationskomponente 106 wird jedem Unterband zugeordnet. Die zugehörige Modifikationskomponente 106 modifiziert die Verstärkung und Phase des zugehörigen Unterbands, um Verzerrungen zu entfernen, die durch das Abschneiden des Eingangssignals verursacht werden. Optional wird jedem Unterband ein Versatzsignal hinzugefügt. Die Signalmodifikationen werden berechnet, um die OOB-Emissionen und die Signalverzerrung auszulöschen, die nach der endgültigen Verstärkung vorliegen werden. Dieses Verstärkungssystem wird eine optimierte Linearisierung und/oder OOB-Emissionsverringerung über jedem Teil des Spektrums bereitstellen. Die optimierte Linearisierung wird auftreten, falls das Ab schneidefilter 102 entfernt wird.
Ein Summierer 108 kombiniert die Unterbänder wieder in ein aggregiertes oder wiederkombiniertes Eingangssignal. Alternativ können die Unterbänder später in der Signalkette kombiniert werden (z. B. nach einer Digital/Analog-Wandlung). Ein Optimieren später in der Signalkette erfordert zusätzliche DACs, aber ermöglicht es jedem DAC, auf Bandbreite, dynamischen Bereich und andere Leistungsparameter hin optimiert zu werden. Das aggregierte Eingangssignal wird einem DAC 110 bereitgestellt, der ein aggregiertes Eingangssignal von einem digitalen Signal in ein analoges aggregiertes Eingangssignal umwandelt. Das analoge aggregierte Eingangssignal wird dann einem optionalen Oberflächenwellen("OFW")-Filter 112 bereitgestellt. Das analoge aggregierte Signal wird dann einem Leistungsverstärker 114 zur endgültigen Verstärkung bereitgestellt. Ein optionaler ADC und digitaler Kanalisierer können bereitgestellt werden, um eine Abtastung der Ausgabe zu digitalisieren und die Abtastung der Ausgabe mit den gewünschten Signalen zu vergleichen, um die Verstärkung, die Phase und die Versatzausdrücke für jedes Unterband adaptiv zu verbessern. Korrektursignale können dem Signal vor und/oder nach der Verstärkung bereitgestellt werden, um eine Auslöschung der Signalverzerrung und von OOB-Emissionen zu erleichtern.
Der Kanalisierer 104, die Modifikationskomponenten 106 und die Aggregationskomponente 108 können als eine Vorverzerrungskomponente für eine Vielzahl von verschiedenen Verstärkungssystemen verwendet werden. Zusätzlich können der Kanalisierer 104, die Modifikationskomponenten 106 und die Aggregationskomponente 108 als eine Vorverzerrungskomponente in einem Verstärkungssystem, wie in 1 gezeigt, verwendet werden. Außerdem kann die Modifikationskomponente 106 die gewünschten Korrektursignale den individuellen Unterbändern in Form von oder zusätzlich zu Verstärkungs-, Phasen- und Versatzanpassungen bereitstellen.
Unter einem weiteren Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung wird ein zusätzliches Signal, das dazu ausgestaltet ist, die Spitzen der gewünschten Signale auszulöschen, den gewünschten Signalen hinzugefügt. Das Signal kann vor der Übertragung gefiltert oder ausgelöscht werden, um keine Fehler im beabsichtigten Empfänger oder in anderen Empfängern in dem Gebiet zu verursachen. In einigen Fällen (z. B. bei auf DCMA beruhenden Standards) liegt das hinzugefügte Signal im Übertragungsband des gewünschten Signals, ist aber orthogonal. Das zusätzliche Signal (die zusätzlichen Signale) mag (mögen) hinzugefügt werden, bevor und/oder nachdem eine Digital/Analog-Wandlung stattfindet.
5 zeigt ein Verstärkungssystem 120, das ein digitales Gegenspitzensignal mit einem digitalen Eingangssignal gemäß einem Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung kombiniert. Das Verstärkungssystem 120 umfasst eine Gegenspitzensignalkomponente 122, die ein Gegenspitzensignal mit einem Eingangssignal kombiniert, um einem Eingangssignal zugehörige Spitzen zu verringern und um eine Signalverzerrung und OOB-Emissionen zu verringern, die entweder mit der Verringerung der Spitzen oder Nichtlinearitäten in der Signalkette in Zusammenhang stehen. Das Kombinieren des Eingangssignals mit dem Gegenspitzenssignal verringert die Spitzen des Eingangssignals und das PAR des Eingangssignals, das einem Leistungsverstärker 130 bereitgestellt wird.
Das spitzenverringerte Eingangssignal wird an einen Delta-Sigma-Modulator 124 entlang eines Eingangspfads übertragen. Der Delta-Sigma-Modulator 124 ist mit einem DAC 126 gekoppelt, welcher mit einem Bandpassfilter 128 gekoppelt ist. Der Delta-Sigma-Modulator 124, der DAC 126 und das Bandpassfilter 128 arbeiten zusammen, um eine Digital/Analog-Wandlung direkt in Funkübertragungsfrequenzen durchzuführen. Der DAC 126 kann ein Mehrbit-Wandler oder ein Einbit-Wandler sein, der eine analoge Wandlung mit extrem hoher Linearität (geringer Verzerrung) bereitstellt. Die Ausgabe des Bandpassfilters 128 wird dann dem Eingangsanschluss des Leistungsverstärkers 130 zur Verstärkung bereitgestellt, um ein verstärktes spitzenverringertes Ausgangssignal bereitzustellen. Der Leistungsverstärker 130 kann ein Linearverstärker (z. B. der Klasse A, Klasse AB, Klasse B) sein, oder kann für einige Klassen von Eingangssignalen ein Verstärker nichtlinearer Art sein (z. B. der Klasse C, Klasse D, Klasse E, Klasse F), und zwar beruhend auf einer gewünschten Leistung, einem akzeptablen Wirkungsgrad und akzeptablen OOB-Emissionen.
Ein Spitzensignal wird einem Delta-Sigma-Modulator 136 entlang eines Korrekturpfads bereitgestellt. Das Spitzensignal ist im Wesentlichen eine Inversion des Gegenspitzensignals und entfernt das Gegenspitzensignal aus der endgültigen verstärkten Ausgabe. Jedoch mag eine Hinzufügung des Spitzensignals nicht gewünscht sein, falls das Gegenspitzensignal mittels Filterns entfernt werden kann, beispielsweise mittels Verwendens eines orthogonalen Signals oder einer Ausgabe eines Bandsignals mit dem spitzenreduzierten Eingangssignal, und die Signalverluste sind akzeptabel. Das Spitzensignal mag auch Ausdrücke beinhalten, die OOB-Emissionen verringern und/oder eine gewünschte Signalverzerrung verringern.
Der Delta-Sigma-Modulator 136 ist mit einem DAC 138 gekoppelt, welcher mit einem Bandpassfilter 140 gekoppelt ist. Der Delta-Sigma-Modulator 136, der DAC 138 und das Bandpassfilter 140 arbeiten zusammen, um eine Digital/Analog-Wandlung direkt in Funkübertragungsfrequenzen durchzuführen. Der DAC 138 kann ein Mehrbit-Wandler oder ein Einbit-Wandler sein. Die Ausgabe des Bandpassfilters 140 wird dann dem Eingangsanschluss eines Spitzenverstärkers 142 zur Verstärkung bereitgestellt. Der Spitzenverstärker 142 stellt das verstärkte Spitzensignal einem Summierer oder Koppler 132 bereit, um mit dem Ausgangssignal vom Leistungsverstärker 130 aggregiert zu werden, um das Gegenspitzensignal aus der endgültigen Ausgabe zu entfernen. Die Ausgabe des Summierers 132 wird dann einem optionalen Bandpassfilter 134 bereitgestellt, welches jegliche verbleibenden Signale außerhalb des gewünschten Übertragungsbands herausfiltert. Es mag nötig sein, entweder digitale oder analoge Verzögerungselemente zu verwenden, um das Spitzensignal und das Ausgangssignal beruhend auf einer bestimmten Implementierung zu synchronisieren.
6 zeigt ein Verstärkungssystem, das ein Gegenspitzensignal mit einem Eingangssignal vor der Verstärkung gemäß einem Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung kombiniert. Diese Variante der vorliegenden Erfindung kann verwendet werden, um ein Außerband-Gegenspitzensignal einzubringen, das ansonsten vor der endgültigen Verstärkung gefiltert werden würde. Das Gegenspitzensignal ist dazu ausgestaltet, nicht zu merklichen OOB-Emission aus seiner Wechselwirkung mit dem gewünschten Signal zu führen. Das Verstärkungssystem 160 umfasst eine Gegenspitzensignalkomponente 166, die ein Gegenspitzensignal beruhend auf einem Eingangssignal erzeugt. Das Eingangssignal wird einem ersten DAC 162 bereitgestellt, welcher das Eingangssignal von der digitalen Domäne in die analoge Domäne umwandelt, um ein analoges Eingangssignal bereitzustellen. Das Gegenspitzensignal wird einem zweiten DAC 168 bereitgestellt, welcher das Gegenspitzensignal von der digitalen Domäne in die analoge Domäne umwandelt, um ein analoges Gegenspitzensignal bereitzustellen. Das analoge Gegenspitzensignal und das analoge Eingangssignal werden dann an einem analogen Summierer oder Koppler 164 kombiniert. Das Kombinieren des Gegenspitzensignals mit dem Eingangssignal senkt das PAR des Eingangssignals, das dem Leistungsverstärker 170 bereitgestellt wird. Dies ermöglicht es dem Leistungsverstärker 170, eine große Durchschnittsleistung auszugeben, die mit der Verstärkung des spitzenverringerten Eingangssignals zusammenhängt.
Ein Spitzensignal wird einem dritten DAC 176 bereitgestellt. Das Spitzensignal ist im Wesentlichen eine Inversion des Gegenspitzensignals und entfernt das Gegenspitzensignal vor der endgültigen Übertragung. Der dritte DAC 176 führt eine Digital/Analog-Wandlung direkt in Funkübertragungsfrequenzen durch. Der dritte DAC 176 kann ein Mehrbit-Wandler oder ein Einbit-Wandler sein. Die Ausgabe des dritten DAC 176 wird dann dem Eingangsanschluss eines Spitzenverstärkers 178 zur Verstärkung bereitgestellt. Der Spitzenverstärker 178 stellt ein verstärktes Spitzensignal einem Summierer oder Koppler 172 bereit, um mit einem analogen Ausgangssignal vom Leistungsverstärker 170 aggregiert zu werden. Das verstärkte Spitzensignal entfernt das Gegenspitzensignal aus der endgültigen Ausgabe des Verstärkungssystems 160. Die kombinierte Ausgabe des Summierers 172 wird dann einem optionalen Bandpassfilter 174 bereitgestellt, welches jegliche verbleibenden Signale außerhalb des gewünschten Übertragungsbands herausfiltert.
Unter einem Gesichtspunkt der Erfindung kann das hinzugefügte Gegenspitzensignal ein Codekanal sein, der orthogonal zum gewünschten Signal ist. Es kann teilweise oder ganz in einem separaten Band von den gewünschten Signalen vorliegen. Es mag vorteilhaft sein, außerhalb des Durchlassbands des ersten Bandpassfilters oder des endgültigen Filters zu liegen, so dass diese Filter eine Übertragung verhindern. Falls es im Übertragungsband liegt, kann die vorliegende Erfindung es nach der endgültigen Verstärkung, aber vor der Übertragung auslöschen, und zwar mittels eines Signals, dass entlang des Signalkorrekturpfads gesendet wird. Falls das Gegenspitzensignal mittels eines Bandpasssignals gefiltert wird, spart es dynamischen Bereich für den DAC.
7 zeigt ein Verstärkungssystems 200, das eine zweite Variante einer digitalen Überkreuzauslöschungstechnik gemäß einem Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung verwendet. Das Verstärkungssystem 200 umfasst eine digitale Komponente 202, die ein Eingangssignal empfängt und eine Spitzenverringerung des Eingangssignal erzeugt. Das Eingangssignal kann in einer Vielzahl verschiedener Signalformate vorliegen. Beispielsweise kann das Signal ein Signal sein, dass WCDMA, Mehrträger-GSM, OFDM oder anderen Signalen entspricht, die Signaturen mit hohen Spitzen/Durchschnitts-(PAR-)Verhältnissen aufweisen.
Die digitale Komponente 202 kann Signale zum Eingangssignal hinzufügen oder daraus entfernen, um die Leistung des Verstärkungssystems 200 zu verbessern. Beispielsweise kann die digitale Komponente 202 einem Eingangssignal zugehörige Spitzen entfernen, beispielsweise mittels Abschneidens und/oder Hinzufügens von Gegenspitzensignalen zum Eingangssignal. Zusätzlich kann die digitale Komponente 202 eine Vorverzerrung des Gesamteingangssignals durchführen. Alternativ kann eine Vorverzerrung nach einer Spitzenentfernung oder vor und/oder nach anderen Verzerrungsverringerungstechniken durchgeführt werden. Die digitale Komponente 202 erzeugt auch ein der gewünschten Ausgabe zugehöriges digitales Referenzsignal (REF) vor jeglicher Modifizierung des Eingangssignals. Es ist zu beachten, dass das digitale Referenzsignal eine Darstellung des gewünschten Ausgangssignals oder eine invertierte Darstellung des gewünschten Ausgangssignals sein kann.
Das spitzenverringerte Eingangssignal wird zu einem Delta-Sigma-Modulator 206 entlang eines Eingangspfads übertragen. Der Delta-Sigma-Modulator 206 ist mit einem DAC 208 (z. B. einem 1-Bit-DAC, einem Mehrbit-DAC) gekoppelt, welcher mit einem Bandpassfilter 210 gekoppelt ist. Der Delta-Sigma-Modulator 206, der DAC 208 und das Bandpassfilter 210 arbeiten zusammen, um eine Digital/Analog-Wandlung direkt in Funkübertragungsfrequenzen durchzuführen. Die Ausgabe des Bandpassfilters 210 wird dann einem optionalen Treiberverstärker 212 bereitgestellt, welcher dem analogen Eingangssignal eine zusätzliche Verstärkung bereitstellt. Die Ausgabe des Treibers 212 wird dann dem Eingangsanschluss des Leistungsverstärkers 214 zur Verstärkung bereitgestellt. Der Leistungsverstärker 214 kann ein Linearverstärker (z. B. der Klasse A, Klasse AB, Klasse B) sein, oder kann für einige Klassen von Eingangssignalen ein Verstärker nichtlinearer Art sein (z. B. der Klasse C, Klasse D, Klasse E, Klasse F), und zwar beruhend auf einer gewünschten Leistung, einem akzeptablen Wirkungsgrad und akzeptablen OOB-Emissionen.
Die digitale Komponente 202 stellt ein Referenzsignal entlang eines Korrekturpfads einem digitalen Phaseninverter 224 bereit. Das Referenzsignal ist eine Referenzversion (REF) des Eingangssignals entsprechend dem gewünschten verstärkten Ausgangssignal vor jeglichen Modifizierungen. Alternativ kann der digitale Inverter 224 entfernt werden, und die invertierte Version des deutlichen Referenzsignals kann mittels der digitalen Komponente 202 bereitgestellt werden. Das invertierte Referenzsignal wird an einen Delta-Sigma-Modulator 226 übertragen. Der Delta-Sigma-Modulator 226 ist mit einem DAC 228 (z. B. einem 1-Bit-DAC, einem Mehrbit-DAC) und einem Bandpassfilter 230 gekoppelt. Der Delta-Sigma-Modulator 226, der DAC 228 und das Bandpassfilter 230 arbeiten zusammen, um eine Digital/Analog-Wandlung direkt in Funkübertragungsfrequenzen der invertierten Version des deutlichen Referenzsignals (REF) durchzuführen.
Ein kleiner Teil der Leistungsverstärkerausgabe wird durch einen Dämpfer 222 abgespaltet und mit dem invertierten reinen Referenzsignal durch einen Summierer oder Koppler 232 summiert. Die Ausgabe des Summierers 232 ist eine Signalverzerrung und OOB-Emissionen, einschließlich der Ergebnisse des Abschneidens. Die Ausgabe des Summierers 232 wird mittels eines Fehlerverstärkers 234 verstärkt, um ein Feh lersignal (ε) zu erzeugen. Das Fehlersignal wird durch einen Phaseninverter 236 invertiert, um ein invertiertes Fehlersignal bereitzustellen. Das invertierte Fehlersignal wird mit einer verzögerten Version der Ausgabe des Leistungsverstärkers 214 über eine Verzögerungskomponente 216 durch einen Summierer oder Koppler 218 aggregiert, um OOB-Emissionen zu entfernen und den Verzerrungspegel zu verringern. Die Ausgabe des Summierers 218 wird dann einem optionalen Bandpassfilter 220 bereitgestellt, das jegliche verbleibenden Signale außerhalb des gewünschten Übertragungsbands herausfiltert. Zusätzliche Frequenzwandlungskomponenten können bei Bedarf in jeder Signalkette verwendet werden.
Die digitale Überkreuzauslöschungstechnik gemäß einem Gesichtspunkte der vorliegenden Erfindung kann eine Korrektur für einen Verstärker und andere Nichtlinearitäten liefern und kann eine spektrale Nachbarkanalstörung bzw. Splatter korrigieren, die durch ein absichtliches Abschneiden der gewünschten Signale verursacht wird, was durchgeführt wird, um eine Verringerung der Verstärkergröße zu ermöglichen. Zusätzlich kann, da ein digitales Referenzsignal verwendet wird, um die gewünschte Korrektur an der Ausgabe zu bestimmen, jegliche Modifikation des Signals am endgültigen Ausgabeschritt korrigiert werden, und zwar ohne die Notwendigkeit einer zusätzlichen Korrekturinformation während des Verstärkungsablaufs.
Optional kann eine Rückkopplungsschleife durch einen Rückkopplungs-("Feedback"; FB-)Pfad bereitgestellt werden, um die Ausgabe des Bandpassfilters 220 des kombinierten Signals abzutasten, hinunterzuwandeln (falls nötig) und zu digitalisieren (z. B. mit einem Breitband-ADC 204), um das gesamte Ausgabenübertragungsband zu untersuchen. Diese optionale Rückkopplungsschleife kann in den in den 1–6 gezeigten Verstärkungssystemen verwendet werden. Die vorliegende Erfindung kann in anderen Verstärkungstypen verwendet werden, wie beispielsweise in einem Umhüllendenbeseitigungs- und Wiederherstellungs-, ("envelope elimination and restoration"; EER-)Verstärker, in einem Umhüllendennachverfolgungsverstärker, in einem Doherty-Verstärker oder in einem Linearverstärker mit nichtlinearen Komponenten ("Linear Amplification with Nonlinear Components"; LINC).
Es sollte beachtet werden, dass die verschiedenen in den 1–7 gezeigten Gesichtspunkte der Erfindung alleine oder in einer Vielzahl von Kombinationen verwendet werden können. Zusätzlich kann das Verstärkungssystem der vorliegenden Erfindung in einer Vielzahl von Anwendungen und/oder Standards verwendet werden. Beispielsweise kann das Verstärkungssystem in drahtlosen Senderanwendungen für Basisstationen (z. B. Satelliten, Mobiltelefonen), Handsets und anderen mobilen Kommunikationsvorrichtungen verwendet werden.
8 zeigt ein Kommunikationssystem 250 mit einer Basisstation 252 mit einem Sender 260, der ein Verstärkungssystem 262 gemäß einem Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung verwendet. Die Basisstation 252 verwendet einen Prozessor ("central processing unit"; CPU) 256, um die Basisstation 252 zu betreiben und dem Verstärkungssystem 262 ein Eingangssignal bereitzustellen. Beispielsweise kann die CPU 256 die Art von zu übertragendem Signal (z. B. WCDMA, GSM, OFDM) erzeugen. Die Basisstation 252 kommuniziert mit einer Gruppe von mobilen Kommunikationseinheiten ("mobile communication units"; MCUs), die aus den MCUs 286 und 288 besteht. Die MCUs 286 und 288 sind zu Darstellungszwecken gedacht und es sollte beachtet werden, dass die Gruppe von MCUs eine größere Anzahl von MCUs beruhend auf der Anzahl von Trägern im Ausgangssignal umfassen kann.
Die Basisstation 252 umfasst auch Kühlvorrichtungen 254 und Leistungsvorrichtungen 258. Die Leistungsvorrichtungen 258 können Wechselstrom/Gleichstrom-Wandlungs- und Batterie-Reserve-Vorrichtungen umfassen, die die Basisstation 252 vor Leistungsverluststörungen schützen. Die Leistungsvorrichtungen 258 und Kühlvorrichtungen 254 können im Vergleich zu herkömmlichen Vorrichtungen bezüglich Größe und Kosten erheblich verringert werden, da das Verstärkungssystem 262 der vorliegenden Erfindung mit wesentlich höherem Wirkungsgrad arbeitet als herkömmliche Verstärkersysteme. Obwohl die Basisstation 252 mit einem einzigen Sender 260 gezeigt ist, kann die Basisstation 252 eine Vielzahl von Sendern aufweisen, die mit verschiedenen entsprechenden Gruppen von MCUs über ähnliche Kommunikationssignalstandards oder verschiedene Kommunikationssignalstandards kommunizieren. Zusätzlich können die MCUs 286 und 288 auch Sender mit Verstärkungssystemen gemäß der vorliegenden Erfindung umfassen.
Das Verstärkungssystem 262 umfasst eine digitale Komponente 264, die ein Eingangssignal von der CPU 256 empfängt und ein spitzenverringertes Eingangssignal zu einem ersten DAC 266 erzeugt, sowie ein Korrektursignal zu einem zweiten DAC 272. Das spitzenverringerte Eingangssignal wird von der digitalen Domäne in die analoge Domäne umgewandelt und einem Verstärkersystem 268 bereitgestellt. Das Korrektursignal wird ebenfalls von der digitalen Domäne in die analoge Domäne umgewandelt und dem Verstärkersystem 268 bereitgestellt. Das Korrektursignal verringert eine Signalverzerrung und OOB-Emissionen, die durch die Spitzenverringerung des Eingangssignal verursacht werden. Die Spitzenverringerung und die Korrektur können mittels einer oder mehrerer Techniken durchgeführt werden, wie in den Ver stärkungssystemen aus den 1–7 gezeigt. Die Ausgabe des Verstärkersystems 268 wird dann einem optionalen Bandpassfilter 270 bereitgestellt, das jegliche verbleibenden Signale außerhalb des gewünschten Übertragungsbands herausfiltert. Die Ausgabe des Bandpassfilters wird dann über eine Kommunikationsverbindung Über eine Antenne 274 übertragen.
Die vorliegende Erfindung ermöglicht es vielen Senderstrukturen, mit höherem Wirkungsgrad und wesentlich kleinerer Bauteilgröße und Kosten zu arbeiten. Ein herkömmliches WCDMA-System mit vier Trägern kann 50% oder mehr des kostenaufwendigsten Teils des Senders, der endgültigen Verstärkervorrichtung, sparen. Es kann auch seinen Arbeitswirkungsgrad von weniger als 10% auf mehr als 20 verbessern, was bedeutende Kosteneinsparungen bei der Hauptausrüstung der Basisstation ermöglicht.
Angesichts der vorangegangenen, oben beschriebenen strukturellen und funktionellen Merkmalen werden die Methodiken gemäß verschiedener Gesichtspunkte der vorliegenden Erfindung unter Bezug auf die 9–10 besser verständlich. Während die Methodiken aus den 9–10 aus Gründen der Einfachheit und Erklärung als in Folge ausführbar gezeigt und beschrieben sind, sollte es beachtet und in Betracht gezogen werden, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die gezeigte Reihenfolge beschränkt ist, da einige Gesichtspunkte gemäß der vorliegenden Erfindung in unterschiedlichen Reihenfolgen zu den hierein gezeigten und beschriebenen oder gleichzeitig damit stattfinden könnten. Darüber hinaus mögen nicht alle gezeigten Merkmale dazu benötigt werden, eine Methodik gemäß einem Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung zu implementieren.
9 zeigt ein eine Methodik zum Verstärken eines Eingangssignals gemäß einem Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung. Die Methodik beginnt bei 300, wo einem Eingangssignal zugehörige Spitzen verringert werden. Die dem Eingangssignal zugehörigen Spitzen können durch Abschneiden des Eingangssignals mittels weichen Abschneidens und/oder harten Abschneidens verringert werden, und zwar unter Verwendung eines Abschneidefilters oder Ähnlichem. Die dem Eingangssignal zugehörigen Spitzen können ebenfalls unter Verwendung eines festen oder formenden Spitzenverringerungsalgorithmus' verringert werden. Außerdem können die dem Eingangssignal zugehörigen Spitzen mittels Hinzufügens eines Gegenspitzensignals zum Eingangssignal verringert werden. Eine oder mehrere der obigen Spitzenverringerungstechniken können allein oder in Kombination für verringerte Spitzen verwendet werden, die dem Eingangssignal zugehörig sind. Das Eingangssignal kann ein Ein gangssignal sein, dass einer Vielzahl verschiedener drahtloser Formate (z. B. WCDMA, OFDM, Mehrträgerversionen von GSM, CDMA 2000) entspricht. Die Methodik fährt dann mit 310 fort.
Bei 310 wird ein Korrektursignal erzeugt, um OOB-Emissionen und/oder eine Signalverzerrung zu verringern, die mit der Spitzenverringerung des Eingangssignals einhergehen. Bei 320 wird eine Vorverzerrung an dem spitzenverringerten Eingangssignal durchgeführt, um zumindest einen Teil der OOB-Emissionen und/oder der Signalverzerrung zu verringern, die mit der Spitzenverringerung einhergehen. Bei 330 werden das spitzenverringerte Eingangssignal und das Korrektursignal von der digitalen Domäne in die analoge Domäne umgewandelt, beispielsweise über separate zugeordnete DACs. Ein Aufteilen der Pfade der gewünschten Signale und des Korrektursignals ermöglicht, dass Anforderungen bezüglich der Bandbreite und des dynamischen Bereichs zwei oder mehr DACs zugeteilt werden. Die Methodik fährt dann mit 340 fort.
Bei 340 werden das analoge spitzenverringerte Eingangssignal und das analoge Korrektursignal verstärkt. Bei 350 wird das analoge verstärkte Korrektursignal mit dem analogen verstärkten spitzenverringerten Eingangssignal kombiniert, um OOB-Emissionen und eine Signalverzerrung, die mit der Spitzenverringerung des Eingangssignals einhergehen, zu verringern oder auszulöschen. Das Korrektursignal kann vor der endgültigen Verstärkung mit dem spitzenverringerten Eingangssignal über einen Summierer oder Koppler kombiniert werden. Alternativ kann das Korrektursignal mittels eines Auslöschungsverstärkers verstärkt und mit dem spitzenverringerten Eingangssignal über einen Summierer oder Koppler nach der Verstärkung des spitzenverringerten Eingangssignals mittels eines Leistungsverstärkers kombiniert werden. Bei 360 wird das verstärkte kombinierte Ausgangssignal, das im Wesentlichen frei von OOB-Emissionen und einer Signalverzerrung ist, gefiltert, um jegliche verbleibenden unerwünschten Signale außerhalb des gewünschten Übertragungsbands zu entfernen. Das endgültige Ausgangssignal wird bei 370 über eine drahtlose Verbindung übertragen.
10 zeigt ein eine weitere Methodik zum Verstärken eines Eingangssignals gemäß einem Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung. Die Methodik beginnt bei 400, wo einem Eingangssignal zugehörige Spitzen verringert werden. Die dem Eingangssignal zugehörigen Spitzen können durch Abschneiden des Eingangssignals mittels weichen Abschneidens und/oder harten Abschneidens verringert werden, und zwar unter Verwendung eines festen oder formenden Spitzenbegrenzungsalgorithmus' und/ oder Hinzufügens eines Gegenspitzensignals zum Eingangssignal. Das Eingangssignal kann ein Eingangssignal sein, dass einer Vielzahl verschiedener drahtloser Formate (z. B. WCDMA, OFDM, Mehrträgerversionen von GSM, CDMA 2000) entspricht. Die Methodik geht dann auf 410 über. Bei 410 werden das spitzenverringerte Eingangssignal, die benachbarten Spektralkanäle und/oder nahegelegene Spektralbänder in eine Vielzahl von Unterbandsignale aufgeteilt. Bei 420 werden zugeteilte Unterbandsignale modifiziert, beispielsweise mittels Einstellens der Verstärkung, der Phase und/oder des Versatzes (alle als eine Funktion der Zeit oder des Eingangssignals), die den individuellen Unterbandsignalen zugeordnet sind. Die Signalmodifikationen werden berechnet, um OOB-Emissionen und/oder die Signalverzerrung auszulöschen, die nach der endgültigen Verstärkung vorliegen werden. Der optionale Versatzausdruck für die herkömmlichen Verstärkungs- und Phasenmodifizierungen optimiert Korrekturen für jeden Teil des Spektrums. Die Methodik fährt dann mit 430 fort.
Bei 430 werden die modifizierten Unterbandsignale von der digitalen Domäne in die analoge Domäne umgewandelt. Bei 440 werden die modifizierten analogen Unterbandsignale aggregiert oder wieder kombiniert, um ein wiederkombiniertes analoges Eingangssignal bereitzustellen. Die Aggregation mag vor der Wandlung in die analoge Domäne stattfinden. Das aggregierte Signal wird verringerte OOB-Emissionen aufgrund eines Abschneidens aufweisen und mag zusätzliche Linearisierungsausdrücke enthalten. Bei 450 wird das aggregierte analoge Eingangssignal optional mittels eines Oberflächenwellen-(OFW-)Filters oder Ähnlichem gefiltert. Bei 460 wird das aggregierte analoge Eingangssignal dann verstärkt, um ein endgültiges verstärktes Ausgangssignal zur Übertragung über eine drahtlose Verbindung bereitzustellen. Ein oder mehrere zusätzliche Signale können dem aggregierten Signal vor der Verstärkung oder nach der Verstärkung bereitgestellt werden, um jegliche verbleibende Signalverzerrung und OOB-Emissionen zu verringern. Das verstärkte Signal wird durch ein optionales Bandpassfilter geleitet, um Signale außerhalb des Übertragungsbands bei 470 zu entfernen.
Das oben Beschriebene umfasst beispielhafte Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung. Es ist natürlich nicht möglich, jede denkbare Kombination von Komponenten oder Methodiken zum Zweck der Beschreibung der vorliegende Erfindung zu beschreiben, aber der Fachmann wird erkennten, dass viele weitere Kombinationen und Abwandlungen der vorliegenden Erfindung möglich sind. Dementsprechend ist es beabsichtigt, dass die vorliegende Erfindung alle solchen Änderungen, Modifikationen und Varianten umfasst, die in den Umfang der beiliegenden Ansprüchen fallen.

Claims

Verstärkungssystem, aufweisend: eine Spitzenverringerungskomponente (12), welche einem Eingangssignal zugehörige Spitzen verringert, um ein spitzenverringertes Eingangssignal bereitzustellen; einen Korrektursignalerzeuger (20), der ein Korrektursignal erzeugt, welches Korrekturen des spitzenverringerten Eingangssignals entspricht; einen Leistungsverstärker (24), welcher das spitzenverringerte Eingangssignal verstärkt, um ein verstärktes spitzenverringertes Ausgangssignal zu bereitzustellen; und einen Summierer (52, 76), der das spitzenverringerte Eingangssignal oder das verstärkte spitzenverringerte Ausgangssignal mit dem Korrektursignal aufsummiert, um ein endgültiges verstärktes Ausgangssignal bereitzustellen, welches im Wesentlichen frei von der Signalverzerrung und/oder Außerband-, OOB-, Ausstrahlungen ist.
System nach Anspruch 1, wobei die Spitzenverringerungskomponente ein Abschneidefilter (72) ist.
System nach Anspruch 1, ferner aufweisend eine Vorverzerrungskomponente, die zumindest einen Teil der Signalverzerrung und/oder von OOB-Ausstrahlungen aus dem spitzenverringerten Eingangssignal entfernt.
System nach Anspruch 1, ferner aufweisend einen ersten Digital/Analog-Wandler, DAC, (14), der das spitzenverringerte Eingangssignal aus der digitalen Domäne in die analoge Domäne umwandelt, um dem Leistungsverstärker ein analoges spitzenverringertes Eingangssignal bereitzustellen, und einen zweiten DAC (22), der das Korrektursignal aus der digitalen Domäne in die analoge Domäne umwandelt, um ein analoges Korrektursignal bereitzustellen.
System nach Anspruch 4, wobei der erste und/oder der zweite DAC ein Delta/Sigma-DAC ist, so dass das Eingangssignal und/oder das Korrektursignal direkt bei einer gewünschten Funkübertragungsfrequenz in die analoge Domäne umgewandelt wird.
System nach Anspruch 1, wobei die Spitzenverringerungskomponente ein Gegenspitzensignal zum Eingangssignal hinzufügt, um das spitzenverringerte Eingangssignal und das Korrektursignal bereitzustellen, und zwar unter Entfernung des Gegenspitzensignals vor einer endgültigen Übertragung.
System nach Anspruch 1, ferner aufweisend einen der Verstärkung des Korrektursignals zugeordneten Auslöschungsverstärker (62).
System nach Anspruch 1, ferner aufweisend: einen Kanalisierer (104), der ein gewünschtes Signal oder ein spitzenverringertes Eingangssignal in eine Mehrzahl von Unterbändern aufteilt; eine Mehrzahl von Modifikationskomponenten (106), die eine einem entsprechenden Unterband der Mehrzahl von Unterbändern zugeordnete Verstärkung, Phase und/oder Versatz modifizieren, um die dem Unterband zugehörige Verzerrung und/oder OOB-Ausstrahlungen zu dämpfen; und einen Aggregator (108), der die Mehrzahl von Unterbändern wieder zu einem aggregierten Signal kombiniert, welches dem Leistungsverstärker bereitgestellt wird.
System nach Anspruch 1, wobei das Verstärkungssystem ein lineares Verstärkersystem, ein Umhüllendenbeseitigungs- und Wiederherstellungs-, EER-, Verstärker, ein Verstärker zur linearen Verstärkung mit nichtlinearen Komponenten, LINC-Verstärker, ein Umhüllendennachverfolgungsverstärker und/oder ein Doherty-Verstärker ist.
Sender, aufweisend das Verstärkungssystem nach Anspruch 1.