TWI390839B - 功率放大器的失真校正裝置與方法 - Google Patents

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Description

功率放大器的失真校正裝置與方法
本案係關於一種功率放大器的線性化系統，特別是關於功率放大器的調幅調相(AM-PM)失真校正。
正交頻分複用技術(OFDM)已經成為現代通訊技術中最普遍的調變方法，其係使用功率放大器(PA)來完成線性化(Linearization)。無線收發器中的功率放大器常會遇到調幅調相(AM-PM)失真的現象，並因此而產生頻譜再生(Spectral Regrowth)的問題；當應用在諸如IEEE 802.11a/b/g/n無線區域網路時，頻譜再生除了會對無線收發器中功率放大器的建構造成困難之外，還會進一步地降低發送器中諸如發送器遮罩(Transmitter Mask)及誤差向量幅度(EVM)等表現。
一種習用之功率放大器的線性化技術是笛卡爾回授(Cartesian Feedback)，其中回授的作動係為了要在功率放大器的輸出在與輸入進行比較之前，先將功率放大器的輸出解調成四重相位(Quadrature Phase)。其所具有的缺點在於，位於回授路徑中的解調器(Demodulator)與誤差放大器會增加系統複雜度及單位成本。
另一種習用之功率放大器的線性化技術是適應性數位式預失真(A daptive Digital Predistortion)，其係在下行轉換路徑中將功率放大器的輸出轉換至基帶，以獲得振幅及相位誤差信號及適應性預失真輸入信號，並藉此校正功率放大器的AM-AM和AM-PM失真。其所具有的缺點在於，會增加基帶信號的帶寬而產生較高的功率損耗。此外，由於校正模式(Calibration mode)與正常模式(Normal mode)之間存在差別狀態，因此上行轉換路徑與下行轉換路徑之間的電性耦合會降低系統的預失真表現。
因此，申請人構思出了一種功率放大器的失真校正裝置與方法，係在校正模式(Calibration mode)下使用自混頻技術與適應性演算，針對功率放大器的一輸入信號，完成該輸入信號的所有振幅相對於所有校正振幅的一對照表，以便在正常模式(Normal mode)下利用該對照表針對輸入該功率放大器之前的該輸入信號進行失真校正。
根據上述構想，本案一方面提出一種使用於一功率放大器的失真校正裝置，其中該功率放大器接收一輸入信號並產生一第一輸出信號，該失真校正裝置包括：一自混頻器，接收該第一輸出信號並根據該第一輸出信號來產生一第二輸出信號，其中該第二輸出信號包含有對應於該輸入信號之信號頻譜的複數個基頻成分；及一適應性演算器，根據該些基頻成分進行一適應性演算以產生一對照表。
根據上述構想，本案另一方面提出一種功率放大器的失真校正方法，其中該功率放大器接收一輸入信號並產生一第一輸出信號，包括有：接收該第一輸出信號並根據該第一輸出信號來產生一第二輸出信號，其中該第二輸出信號包含有對應於該輸入信號之信號頻譜的複數個基頻成分；及根據該些基頻成分進行一適應性演算以產生一對照表。
本案得藉由下列圖式及詳細說明，俾得更深入之了解：
請參閱第1圖，其為本案所提出功率放大器的失真校正裝置一實施例的方塊圖，在正常模式(Normal mode)下，輸入信號的實部I與虛部Q先分別經由數位/類比轉換器DAC的轉換以及低通濾波器LPF的濾除之後，再於加總之後經由功率放大器PA的放大而產生第一輸出信號Vo1。由於第一輸出信號Vo1會產生調幅調相(AM-PM)失真，為了對此一失真進行校正，本案是讓功率放大器處於校正模式下以利用二條路徑來進行失真校正。
在處於校正模式時的第一條路徑中，先將第一輸出信號Vo1經由衰減器13的衰減降低能量，再將其輸入自混頻器10，自混頻器10可將射頻信號轉換為直流信號以產生第二輸出信號Vo2，在第二輸出信號Vo2經過可變增益放大器VGA的放大與類比/數位轉換器的轉換之後，產生一數位信號，數位信號即輸入適應性演算器11以進行適應性演算。
在適應性演算器11中，關於數位信號的一第一振幅之信號頻譜的複數個基頻成分會被放大，接著該等基頻成分中按照時間朝負方向變化量最大者會被選取，據此便能夠決定對應於該第一振幅的一第一校正振幅。之後針對所有可能的振幅進行前述同樣的程序，便能夠完成數位信號的所有振幅相對於所有校正振幅的一對照表。
如第1圖所示，對照表的左欄為所有的輸入振幅，右欄為相對應之校正振幅。在第一條路徑上方的第二條路徑中，根據數位信號的振幅(例如V2)，可以在該對照表中找到相對應的校正振幅(例如Va2)，利用這個對應值便可以對進入功率放大器PA之前的該輸入信號進行失真校正。
由於該對照表是以信號振幅來建構的，因此本案安排在功率放大器PA之前的相位調整電路也是根據信號振幅來進行調整；在一實施例中，採用一變容二極體14與一電容15來構成相位調整電路。藉由改變變容二極體14的控制電壓，便能夠調整功率放大器PA之輸入信號的相位。
請參閱第2圖，其為第1圖之自混頻器10一實施例的電路圖，其中，射頻端的第一組輸入信號In1+ 與In1- 與本地振盪端的第二組輸入信號In2+ 與In2- 分別對應於第I圖中的二個信號In1與In2，在第1圖的實施例中，In1與In2為相同信號，中頻端的正輸出信號Vo+ 與負輸出信號Vo- 則共同構成第1圖中的第二輸出信號Vo2。對於熟習本項技術者來說，自混頻電路有很多種變化型態，只要能夠達到第1圖之自混頻效果者皆可適用。
請參閱第3圖，其為本案所提出適應性演算的頻譜說明圖，由圖中可以看出，由功率放大器PA所輸出的第一輸出信號Vo1在依序經過衰減器13以及自混頻器10之後，由自混頻器10輸出第二輸出信號Vo2，在此第二輸出信號Vo2包含一基頻信號f ，為了要建構對照表12，基頻信號f 之最小振幅的正弦信號先被輸入至自混頻器10，接着基頻信號f 的振幅被放大，此時觀察從自混頻器10輸出的基頻信號f，即可看出自混頻器10所輸出的變化量最大的是兩倍基頻頻率2fBB ，本案即是要想辦法將此兩倍基頻頻率2fBB 消除，由於兩倍基頻頻率2fBB 是基頻成分中按照時間朝負方向變化量最大者，因此若能夠降低此兩倍基頻頻率2fBB 便能夠同時降低其他的失真頻率(如三倍基頻頻率3fBB )。
請參閱第4圖，其為本案所提出適應性演算的流程圖，圖中的Sign代表頻譜信號選擇方向，L(n)代表兩倍基頻頻率的大小，n代表時間，Vok代表第k個校正振幅，Stepsize代表校正振幅單位增量，Threshold代表門檻值。
剛開始任取一頻譜信號選擇方向，並且選定某一校正振幅Vok(例如k=1)，並針對某一時間n(例如n=1)的前後兩個兩倍基頻頻率L(n-3)與L(n-2)進行比較。若L(n-3)大於L(n-2)，則代表頻譜信號選擇方向是正確的；但若L(n-3)小於L(n-2)，則代表頻譜信號選擇方向是錯誤的，此時須將剛開始所選擇的頻 譜信號選擇方向Sign加上一負號。
在正確的頻譜信號選擇方向上，接着針對同一時間n的同一校正振幅Vok加上一校正振幅單位增量Stepsize，以進行適應性演算。
在完成了時間n=1的適應性演算之後，接著再針對下一時間(n=2)的同一校正振幅Vok(k=1)重覆相同流程，直到n超過門檻值時，代表所有時間的同一校正振幅Vok皆已完成比較，此時便將k值加1，以針對下一校正振幅Vok(k=2)重覆相同流程以完成所有時間的同一校正振幅Vo之比較。同樣地，當k超過門檻值時，代表所有校正振幅皆已出現，代表已經完成了前述所需的對照表。
以下說明在校正模式中建立完畢對照表之後，進入正常模式後的作動。請再參閱第1圖，當進入正常模式後，輸入信號Vi的實部I與虛部Q先分別經由計算單元16以獲得一輸入振幅，根據該輸入振幅在對照表12中找尋相同的輸入振幅值，以獲得對應的校正振幅值。此一校正振幅值再依序經過數位/類比轉換器DAC的轉換與可變增益放大器VGA的放大之後，變容二極體14便可據以改變本身的控制電壓，以調整功率放大器PA之輸入信號的相位。
綜上所述，本案係利用自混頻技術與適應性演算，針對功率放大器的一輸入信號，完成該輸入信號的所有振幅相對於所有校正振幅的一對照表，以便在正常模式下利用該對照表針對輸入該功率放大器之前的該輸入信號進行失真校正。本案的失真校正裝置不但具有較低的系統複雜度及單位成本，也具有較少的功率損耗。
本案得由熟悉本技藝之人士任施匠思而為諸般修飾，然皆不脫如附申請專利範圍所欲保護者。
1‧‧‧功率放大器的失真校正裝置
10‧‧‧自混頻器
11‧‧‧適應性演算器
12‧‧‧對照表
13‧‧‧衰減器
14‧‧‧變容二極體
15‧‧‧電感
第1圖：本案所提出功率放大器的失真校正裝置的方塊圖。
第2圖：第1圖之自混頻器一實施例的電路圖。
第3圖：本案所提出適應性演算的頻譜說明圖。
第4圖：本案所提出適應性演算的流程圖。
1．．．功率放大器的失真校正裝置
10．．．自混頻器
11．．．適應性演算器
12．．．對照表
13．．．衰減器
14．．．變容二極體
15．．．電感

Claims (17)

  1. 一種使用於一功率放大器的失真校正裝置，其中該功率放大器接收一輸入信號並產生一第一輸出信號，該失真校正裝置包括：一自混頻器，用於混合該第一輸出信號與該第一輸出信號本身以產生一第二輸出信號，其中該第二輸出信號包含有對應於該輸入信號之信號頻譜的複數個基頻成分；及一適應性演算器，根據該些基頻成分進行一適應性演算以產生一對照表。
  2. 如申請專利範圍第1項之失真校正裝置，其中該適應性演算器放大該等基頻成分並選取該等基頻成分中按照時間朝負方向變化量最大者，據以決定一第一校正振幅，以完成該一對照表。
  3. 如申請專利範圍第2項之失真校正裝置，其中該第一校正振幅對應於該輸入信號之一第一振幅。
  4. 如申請專利範圍第1項之失真校正裝置，其中該輸入信號係在輸入該功率放大器之前，基於該對照表而獲得失真校正。
  5. 如申請專利範圍第1項之失真校正裝置，其中該自混頻器的輸入端更耦合於一衰減器，用以針對該放大器所產生的該第一輸出信號進行衰減。
  6. 如申請專利範圍第1項之失真校正裝置，其中該自混頻器至該適應性演算器的路徑之間，更包含有一可變增益放大器及一類比/數位轉換器。
  7. 如申請專利範圍第1項之失真校正裝置，其中該功率放大器的輸入端更耦合於一相位調整電路，用以根據該對照表來調整該輸入信號的相位。
  8. 如申請專利範圍第7項之失真校正裝置，其中該對照表至該相位調整電路的路徑之間，更包含有一數位/類比轉換器及一低通濾波器。
  9. 如申請專利範圍第7項之失真校正裝置，其中該相位調整電路係由彼此並聯的一變容二極體及一電感所構成。
  10. 一種功率放大器的失真校正方法，其中該功率放大器接收一輸入信號並產生一第一輸出信號，包括有：混合該第一輸出信號與該第一輸出信號本身以產生一第二輸出信號，其中該第二輸出信號包含有對應於該輸入信號之信號頻譜的複數個基頻成分；及根據該些基頻成分進行一適應性演算以產生一對照表。
  11. 如申請專利範圍第10項之失真校正方法，更包括有：放大該等基頻成分並選取該等基頻成分中按照時間朝負方向變化量最大者，據以決定一第一校正振幅，以完成該對照表。
  12. 如申請專利範圍第11項之失真校正方法，其中一校正振幅對應於該輸入信號之一第一振幅。
  13. 如申請專利範圍第10項之失真校正方法，其中該輸入信號係在輸入該功率放大器之前，基於該對照表而獲得失真校正。
  14. 如申請專利範圍第10項之失真校正方法，更包括有：對該第一輸出信號進行衰減。
  15. 如申請專利範圍第10項之失真校正方法，更包括有：根據該對照表來調整該輸入信號的相位。
  16. 如申請專利範圍第10項之失真校正方法，其中該等基頻成分中按照時間朝負方向變化量最大者係為兩倍基頻頻率。
  17. 如申請專利範圍第10項之失真校正方法，其中該輸入信 號的所有振幅皆為預定值。
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