TWI524665B - 自動增益調整裝置與其方法 - Google Patents

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    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
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Description

自動增益調整裝置與其方法
本發明系關於一種運動裝置本發明係關於一種控制裝置，特別是關於一種自動增益調整裝置與其方法。
關於高速射頻通訊系統(high-speed radio communication system)中功率放大器(Power Amplifier,PA)之壓縮區域(compression region)訊號處理，其中，數位預失真技術(digital predistortion approach)可補償功率放大器之線性度之狀態且可節省成本，特別是在數位訊號處理器之實施上(digital signal processors,DSPs)。預失真理論之原理，係在功率放大器之放大處理中預先補償傳輸訊號一失真量。
第1圖顯示一預失真單元11與一功率放大器12之示意圖。該圖下方左側圖示A為預失真補償所對應之輸入功率與輸出之關係圖、中間圖示B為功率放大器所對應輸入功率與輸出之關係圖、右側圖示C為目標整體輸入功率與輸出之關係圖。預失真單元11提供一預失真訊號P至功率放大器12，以讓訊號經過如圖式A與B之合併後能夠達到如圖式C之線性。
功率放大器會依據輸入訊號之功率大小將訊號操作於線性區(Linear region)、壓縮區(compression region)、與飽和區(Saturation)。一旦輸入訊號之功率過大使得功率放大器操作在飽和區時，訊號失真會非常嚴重，即使有預失真功能也無法補償效能損失。因此，如何適當地將功率放大器之輸入功率控制在壓縮區與線性區，實為重要。
本發明之目的之一，在提供一種可自動調整增益級之增益大小之裝置與方法，其可將功率放大單元之輸入功率自動調整至壓縮區與線性區。
本發明之目的之一，在提供一種可自動調整增益級之增益大小之裝置與方法，以幫助預失真單元在校正模式時決定增益級之增益大小。
本發明之一實施例提供了一種自動增益調整裝置。自動增益調整裝置包含一預失真單元、一增益單元、一功率放大單元、一接收單元、以及一計算單元。預失真單元於校正模式產生複數個測試訊號，其中目前測試訊號之功率與前一測試訊號之功率相差一預設值。增益單元接收一目前測試訊號與前一測試訊號，且提供一實質上固定增益值以增益目前測試訊號與前一測試訊號。功率放大單元放大增益後之目前測試訊號與增益後之前一測試訊號，以產生一第一傳送訊號與一第二傳送訊號。接收單元接收第一傳送訊號與第二傳送訊號。計算單元，計算第一傳送訊號與第二傳送訊號之功率差值，比較該差值與該預設值，以判斷該增益單元提供之實質上固定增益值是否讓複數個測試訊號操作於功率放大單元之壓縮區與線性區。
本發明之另一實施例提供了一種自動增益調整方法，包含有下列步驟：首先，提供一預失真單元依序傳送複數個測試訊號，其中目前測試訊號之功率與前一測試訊號之功率相差一預設值。提供一實質上固定增益值，增益複數個測試訊號，其中增益後之目前測試訊號之功率與增益後之前一測試訊號之功率相差上述預設值。通過一功率放大單元放大該增益後之目前測試訊號與增益後之前一測試訊號，以產生一第一傳送訊號與一第二傳送訊號。計算第一傳送訊號與一第二 傳送訊號功率之差值是否小於一臨界值。接著，若差值小於臨界值，則目前測試訊號進入功率放大單元之飽和區，檢視目前測試訊號為複數個測試訊號中的第X測試訊號，根據進入飽和區之第X測試訊號計算出一暫存器設定值，以暫存器設定值對應之增益值作為預失真單元進行預失真校正之實質上固定增益值，其中X為整數且小於無限大，該臨界值小於該預設值且大於零分貝。
本發明之另一實施例提供了一種自動增益調整方法，包含有下列步驟：首先，設定一增益級之暫存器數值為增益級之最大增益值。提供一預失真單元依序傳送複數個測試訊號，且通過一功率放大單元發射。一功率增益掃描單元計算複數個測試訊號通過功率放大單元之複數個功率增益值。接著，比較在功率放大單元之一壓縮區之部份該些功率增益值與在功率放大單元之一線性區之部份該些功率增益值，以得到複數個功率增益值在壓縮區之壓縮狀態，依據壓縮狀態決定一增益級暫存器之設定作為該預失真單元進行預失真校正之增益級設定。
本發明實施例之自動增益調整裝置與方法，可自動偵測測試訊號產生之接收功率或增益之狀態，自動將增益級暫存器之數值設定在使基頻訊號經過增益單元與混波單元後之射頻訊號能操作於功率放大單元飽和區之前、或是功率放大單元壓縮區任一位置，而達成自動調整增益。本發明可以有效地使用測試訊號去觀察射頻功率放大單元的特性，透過自動調整增益單元之增益來控制進入射頻功率放大單元之訊號於線性區或壓縮區中操作，進而使得預失真電路可以有效的補償功率放大單元因其失真特性所造成系統效能損失。
20、40、60‧‧‧自動增益調整裝置
11、21、41、51‧‧‧預失真單元
22、42、52‧‧‧增益單元
GS‧‧‧增益級
MIX‧‧‧混波電路
MX‧‧‧混波單元
LO‧‧‧本地振盪單元
12、23、43、53‧‧‧功率放大單元
An‧‧‧天線
24、44、54‧‧‧接收單元
25‧‧‧計算單元
At‧‧‧衰減單元
D/A‧‧‧數位類比轉換器
A/D‧‧‧類比數位轉換器
LPF‧‧‧低通濾波器
45‧‧‧功率計
55‧‧‧功率增益掃描單元
21a‧‧‧計算單元
21b‧‧‧記憶單元
21c‧‧‧感測單元
第1圖顯示一預失真單元與一功率放大單元之示意圖。
第2A圖本發明一實施例之一種自動增益調整裝置之示 意圖。
第2B圖本發明一實施例之預失真單元之示意圖。
第3A圖顯示本發明一實施例之測試訊號通過功率放大單元之輸入功率與輸出功率關係圖。
第3B圖顯示本發明另一實施例之測試訊號通過功率放大單元之輸入功率與輸出功率關係圖。
第3C圖顯示本發明另一實施例之測試訊號通過功率放大單元之輸入功率與輸出功率關係圖。
第4A圖顯示本發明一實施例之自動增益調整裝置之示意圖。
第4B圖顯示本發明一實施例之自動增益調整裝置設定增益級之暫存器之一示例之表格。
第4C圖顯示本發明一實施例之功率計之示意圖。
第4D圖顯示本發明一實施例之自動增益調整方法之流程圖。
第5A圖顯示本發明一實施例之自動增益調整裝置之示意圖。
第5B圖顯示第5A圖之自動增益調整裝置之一示例之運作表格。
第5C圖顯示本發明一實施例之功率增益掃描單元之示意圖。
第5D圖顯示本發明另一實施例之自動增益調整方法之流程圖。
第5E圖顯示第5D圖之子步驟之流程圖。
第2A圖顯示本發明一實施例之一種自動增益調整裝置之示意圖。自動增益調整裝置20包含有一預失真 單元21、一增益單元22、一混波電路MIX、一功率放大單元23、一天線An、一衰減單元At、一接收單元24、以及一計算單元25。其中混波電路MIX包含有一混波單元MX與一本地振盪單元LO。在一實施例中，自動增益調整裝置20設置於一類比前端電路，該類比前端電路依據數位訊號處理器之控制傳送訊號。
預失真單元21耦接功率放大單元23，偵測功率放大單元23之輸入與輸出訊號間之誤差，補償功率放大器23之失真。一實施例，如第2B圖上半部所示，預失真單元21包含有一計算電路21a、一溫度感測單元21b、一記憶單元21c。其中溫度感測單元21b可依據需求設置或省略。計算電路21a計算功率放大器23之輸入輸出訊號關係，產生一預失真數值。記憶單元21c接收預失真數值產生一預失真資料表，利用預失真資料表調整類比前端電路之功率放大器23之訊號輸出狀態。當設有溫度感測器時，溫度感測器感測類比前端電路之溫度變化，產生一感測訊號，並依據感測訊號之數值提供對應之預失真訊號。依此方式，預失真單元21可預先得知功率放大單元23之訊號輸出與輸入之間的誤差狀態，進而提供數位訊號處理器(未圖示)該誤差狀態，而達成調整功率放大單元23線性度之功效。
舉例而言，預失真單元21偵測出之預失真訊號如第2B圖下半部左邊之預失真波形PR1所示。而功率放大單元23之失真的傳送訊號波形ER如第2B圖下半部中間所示。本發明實施例中，數位訊號處理器依據預失真訊號PR1補償功率放大器23失真的傳送訊號波形ER-ER*PR1，則可得到如第2B圖下半部右邊呈現線性度較佳之輸出訊號波形O，以提高功率放大單元23輸出之線性度。
於自動增益調整裝置20進行自動增益運作時，預失真單元21提供複數個測試訊號St給增益單元22。 一實施例，該複數個測試訊號St至少包含有一目前測試訊號(Current Testing Signal)Stc及一前一測試訊號(Previous Testing Signal)Stp，其中，目前測試訊號Stc之功率與前一測試訊號Stp之功率相差一第一預設值，該複數個測試訊號St形成圖式中之複合測試訊號RS(或反向複合測試訊號RS’，反向複合測試訊號RS’為複合測試訊號RS之反向訊號)。
在一實施例中，複合測試訊號RS包含有複數個測試訊號St(例如正弦波訊號)，每一正弦波訊號之振幅依週期變大；反向複合測試訊號RS’包含有複數個測試訊號St(例如正弦波訊號)，每一正弦波訊號之振幅依序變小，亦即目前測試訊號Stc與前一測試訊號Stp間之功率差該預設值。
增益單元22接收目前測試訊號Stc與前一測試訊號Stp，且提供一實質上固定之增益值以增益目前測試訊號Stc與前一測試訊號Stp。
混波單元MX將增益後之目前測試訊號Stc與增益後之前一測試訊號Stp混合本地振盪單元LO之訊號，將增益後之目前測試訊號Stc與增益後之前一測試訊號Stp由基頻訊號(Baseband signal)分別轉換為第一及第二射頻訊號(Radio frequency signal)。
功率放大單元23接收第一及第二射頻訊號，放大第一及第二射頻訊號，以產生一第一傳送訊號Sc與一第二傳送訊號Sp，且透過一天線An發射出去。
衰減單元At耦接該功率放大單元23之輸出以及該接收單元24並接收第一傳送訊號Sc與第二傳送訊號Sp。衰減單元At並對該第一及第二傳送訊號Sc、Sp進行功率衰減之處理以得到理想功率範圍內之一第一及第二衰減訊號Sa1、Sa2。
接收單元24耦接該衰減單元At以接收該第一 及第二衰減訊號Sa1、Sa2，並產生一第一及第二接收訊號。
計算單元25耦接該接收單元24，接收該第一 及第二接收訊號Sr1、Sr2並分別量測及計算第一傳送訊號Sc與第二傳送訊號Sp之功率，得到第一功率PWRm與第二功率PWRm-1，又計算第一功率PWRm與第二功率PWRm-1間之差值，比較該差值與上述第一預設值以判斷增益單元22提供之實質上固定之增益值是否使上述複數個測試訊號St操作於功率放大單元23之壓縮區與線性區。
需注意，當測試訊號通過增益單元22與混波單 元MX時，在功率放大單元23輸入端之功率(decibel(dB))係等於測試訊號St之功率加上增益單元22提供實質上固定增益之功率。假設混波單元MX在將增益後測試訊號St轉換為射頻訊號過程不提供功率，則可知道測試訊號St之在功率放大單元23輸入端之功率主要是根據增益單元22所提供之增益而定。
請參考第3A、3B、3C圖。第3A圖中，每一測 試訊號St經過增益後只通過功率放大單元23功率之線性區。於此區域，僅能觀察到功率放大單元23在線性區之輸入功率與輸出功率的關係，無法得知功率放大單元23在壓縮區輸入功率與輸出功率之關係。將訊號操作在線性區時因為訊號無失真，因此不需利用預失真單元21補償失真；第3C圖中，每一測試訊號St只通過功率放大單元23功率之飽和區。於此區域，因功率放大單元23進入飽和區操作，使得預失真單元21無法進行有效補償。而第3B圖中，測試訊號St通過功率放大單元23功率之線性區與壓縮區，可讓電路知悉壓縮區之特性利用預失真單元21進行補償。因此，本發明自動增益調整裝置20之目的之一係利用測試訊號St觀察功率放大單元23在線性區與壓縮區之輸入功率與輸出功率的關係，進而利用到壓縮區的資源。
一實施例，在線性區時，假設本發明實施例之 計算單元25計算第一功率PWRm與第二功率PWRm-1之差值等於一分貝(db,decibel)。而到壓縮區時，第一功率PWRm與第二功率PWRm-1之差值會逐漸變小，直到飽和區差值變為零分貝。因此，以此例來說，)將一預設值設定在如設定在零到一分貝之間一即壓縮區之任一位置，以讓每一測試訊號St通過功率放大單元23所產生之功率均落於線性區與壓縮區，即可將增益單元22之增益值適當設定，讓預失真單元21也能夠校正壓縮區部分的失真，補償壓縮區之功率損失，如此當功率放大器23之壓縮區也能被用來正確放大與傳送訊號時，可利用之功率範圍增加，即可達成節省成本之功效。
需注意，上述功率差值一分貝僅為示例，本發明不限於此，另一實施例中可任意選用其他數值。
一實施例，可將上述預設值設定在最靠近飽和區之壓縮區位置，達到最大之壓縮區利用率。第4A圖顯示本發明一實施例之自動增益調整裝置40之示意圖。自動增益調整裝置40用以決定數位預失真校正之增益設定大小。
自動增益調整裝置40包含有一預失真單元41、一增益單元42、一混波電路MIX、一功率放大單元43、一天線An、一接收單元44、一功率計(Power meter)45。
增益單元42包含有一對數位類比轉換器D/A、一對低通濾波器LPF、以及一對增益級GS。混波電路MIX包含有一對混波單元MX、一本地振盪單元LO、及一加法器Ad。接收單元44包含有一衰減單元(Attenuator)At、一對混波單元MX、一本地振盪單元LO、一對低通濾波器LPF、一對類比數位轉換器A/D。
於運作時，自動增益調整裝置40可利用如第4B圖之示例，設定增益級GS之暫存器(Register)(未圖示) 來控制增益級GS之增益大小。假設增益級GS係在理想之狀態，且其基頻訊號增益後之最大值可達到功率放大單元43之飽和區。該圖之實施例中，設有十六個不同之設定值，每一設定值對應一增益值，且增益值之間依序相差一分貝。需注意，此處之十六個增益值僅為示例，本發明不限於此，另一實施例中亦可為其他數目之增益值。
請參考第4D圖，該圖為本發明一實施例之自動增益調整方法之流程圖。
步驟S402：開始。
步驟S404：自動增益調整裝置40設定增益級GS之暫存器數值為15(b’1111)，本實施例中暫存器數值可設為最大值15(b’1111)，此方式可以讓功率放大單元43之輸出功率最接近飽和區。接著，設定m=0,m為第m個正弦波訊號。
步驟S406：自動增益調整裝置40運作時，預失真單元41傳送一包含有複合之十六個測試訊號St(本實施例為正弦波(Complex sine wave)訊號)之複合測試訊號RS=Am*exp(j*2*pi*f*n)通過增益單元42、混波電路MIX、與功率放大單元43。因此，會有十六個具有不同功率大小之正弦波訊號通過功率放大單元43。其中，m=m+1，且由於假設正弦波訊號有十六個因此可假設m=0,1,...,15、exp( )為指數方程式(is the exponential function)、而exp(j*2*pi*f*n)分別代表正弦波同相(in-phase)與正交(quadrature)之兩個訊號exp(j*2*pi*f*n)=cos(2*pi*f*n)+j*sin(2*pi*f*n)。其中，十六個正弦波係逐階(step)提高一分貝之功率。需注意，此處之十六個正弦波僅為示例，本發明不限於此，另一實施例中測試訊號St可為其他種類之波形，且測試訊號St之數目可依據需求任意設定。
預失真單元41依序傳送此十六個正弦波訊 號，通過增益單元42之數位類比轉換器D/A、低通濾波器LPF、以及增益級GS。增益級GS依據暫存器設定之實質上固定之增益數值，例如上述15(b’1111)，增益此十六個正弦波訊號。接著混波電路MIX之混波單元MX、本地振盪單元LO將基頻之正弦波訊號轉換為射頻訊號後，利用加法器Ad相加，以提供至功率放大單元43放大產生傳送訊號後由天線An輸出。
之後，十六個正弦波訊號形成之傳送訊號經由 衰減單元At依序由接收單元44與功率計45組成之回送路徑(loopback path)接收。十六個正弦波訊號形成之傳送訊號經由衰減單元At、混波單元MX、本地振盪單元LO處理後轉換為基頻訊號。再由低通濾波器LPF、類比數位轉換器A/D處理後轉換為同相(in-phase)與正交(quadrature)之數位訊號RIm(n)與RQm(n)。
步驟S408：自動增益調整裝置40之功率計45 計算目前正弦波訊號之第一功率PWRm與前一正弦波訊號之第二功率PWRm-1。
步驟S410：自動增益調整裝置40之功率計45 計算第一功率PWRm與第二功率PWRm-1之差值。功率計45計算接收到的十六個正弦波訊號RIm(n)與RQm(n)產生之十六個功率PWRm，可描繪出如第3A~3C圖之功率關係圖。以第3C圖為例說明，當該些正弦波訊號通過功率放大單元43功率之線性區時，每一個正弦波訊號產生之功率PWRm會逐階增加一分貝之功率；通過壓縮區時，正弦波訊號產生之接收功率PWRm之差值會由1逐階往0減小；而通過飽和區時，接收功率PWRm之大小相等所以差值等於0。再者，上述一分貝僅為示例，本發明不限於此，另一實施例中可任意選用其他數值。
如第4C圖所示，顯示本發明功率計45之一實 施例，功率計45包含有一乘法器45a、一第一計算單元45b、一第二計算單元45c。功率計45接收測試訊號RS，如第4A圖所示，接收測試訊號RS為實數訊號RIm(n)與虛數訊號RQm(n)之組合，即等於RIm(n)+j*RQm(n)。
接著，乘法器45a將訊號RIm(n)+j*RQm(n)乘以 cos(2*pi*f*n)-j*sin(2*pi*f*n)，以產生訊號Cm(n)+j*Dm(n)。由於訊號RIm(n)+j*RQm(n)可轉換為指數表示後等於AmB*exp(j*(2*pi*f*n+Phi))，其中B和Phi分別表示由預失真單元送出之弦波Am*exp(j*2*pi*f*t)經過一增益單元42、一混波電路MIX、一功率放大單元43與一接收單元44所產生的增益與相位差。而cos(2*pi*f*n)-j*sin(2*pi*f*n)轉換指數表式等於exp(-j*2*pi*f*n)，因此AmB*exp(j*(2*pi*f*n+Phi))與exp(-j*2*pi*f*n)相乘之後可得到AmB*exp(j*Phi)，而AmB*exp(j*Phi)轉換至複數等於Cm(n)+j*Dm(n)。而第一計算器45b加總Cm(n)+j*Dm(n)以產生Em+j*Fm。第二計算器45c將Em+j*Fm乘上Em-j*Fm而得到功率值PWRm=Em*Em+Fm*Fm。
步驟S412：判斷計算目前正弦波訊號之第一功 率PWRm與前一正弦波訊號之第二功率PWRm-1之差值是否小於一臨界值TH，即方程式：(PWRm-PWRm-1)<TH，或判斷是否m>N，其中m為第m個正弦波訊號、N為全部正弦波之數。如此，可作為判斷正弦波訊號是否進入(或即將進入)飽和區、或是否全部的正弦波訊號以傳送完畢。若是，進入步驟S514。若否，進入步驟S506，繼續傳送下一個(m+1)正弦波。需注意，一實施例中，臨界值TH可設定為小於該預設值且大於零分貝，預設值可為上述示例之一分貝或其他數值，且若要最大化使用壓縮區則可盡量將臨界值TH設定越接近零分貝。
步驟S414：設定增益級GS之暫存器值等於 15(b’1111)-(N-m)。當知道第m個正弦波訊號產生之接收功率進入(或即將進入)功率放大單元43之飽和區時，自動增益調整裝置40設定增益級GS暫存器之值等於15-(N-m)。舉例而言，假設在第十五個正弦波訊號時，功率放大單元43之輸出功率進入飽和區，則m=15。因為第十五個正弦波訊號經過增益級GS(b’1111)增益後進入功率放大單元43被操作在飽和區。所以正弦波訊號之總數為十六，N=16，則第十五和第十六個正弦波訊號在增益級GS=b’1111的增益設定下就會進入功率放大單元43的飽和區操作。所以可將增益級GS調整為b’1110即(b’1111-(N-m)=15-(16-15)=14=b’1110)，於此示例中14即為最適當之設定。因此增益級GS最後會被選擇設定在b’1110。
步驟S416：結束。
需注意，若在增益級GS之暫存器15(b’1111) 之設定下找不到合適的m值，可重新設定減小為其他暫存器14(b’1110)之值，並重覆步驟S402~S416，以找到符合功率放大器43之最適當設定值。
依此方式，自動增益調整裝置40可自動偵測測 試訊號St產生之功率PWR之狀態，自動將增益級GS暫存器之數值設定在功率放大單元43飽和區之前、或是功率放大單元43壓縮區任一位置，而達成自動調整增益，可將訊號增益後之功率控制在線性區與壓縮區之間，有效地利用功率放大單元43之壓縮區資源。
第5A圖顯示本發明一實施例之自動增益調整 裝置50之示意圖。自動增益調整裝置50用以決定數位預失真校正之增益設定大小。
自動增益調整裝置50包含有一預失真單元 51、一增益單元52、一混波電路MIX、一功率放大單元53、一天線An、一接收單元54、一功率增益掃描單元(PA Scan)55。增益單元52包含有一對數位類比轉換器D/A、一對低通濾波器LPF、以及一對增益級GS。混波電路MIX包含有一對混波單元MX、一本地振盪單元LO、及一加法器Ad。接收單元54包含有一衰減單元(Attenuator)At、一對混波單元MX、一本地振盪單元LO、一對低通濾波器LPF、一對類比數位轉換器A/D。其中，預失真單元51、一增益單元52、一混波電路MIX、一功率放大單元53、一天線An、一接收單元54之架構、運作方式與第4A圖之預失真單元41、增益單元42、混波電路MIX、功率放大單元43、天線An、接收單元44大致相同。
於運作時，自動增益調整裝置50可利用如第 4B圖之示例，設定增益級GS之暫存器(未圖示)而控制增益級GS之增益值。假設增益級GS係在理想之狀態，且其基頻訊號增益後之最大值可達到功率放大單元53之飽和區。
請參考第5D圖，該圖為本發明另一實施例之自 動增益調整方法之流程圖。
步驟S502：開始。
步驟S504：自動增益調整裝置50設定增益級 GS之暫存器數值為15(b’1111)，本實施例中暫存器數值可設為最大值15(b’1111)，此方式可以讓功率放大單元53之輸出功率最接近飽和區。接著，設定m=0,m為第m個正弦波訊號。
步驟S506：於自動增益調整裝置運作時，預失真 單元51傳送一包含有複合之十六個測試訊號St(本實施例為正弦波(Complex sine wave)訊號之複合測試訊號RS=Am*exp(j*2*pi*f*n)通過增益單元52、混波電路MIX、與功率放大單元53。因此，會有十六個具有不同功率大小之正弦波訊號通過功率放大單元53。其中m=m+1，且由於假設正弦波訊號有十六個，因此可假設m=0,1,...,15、exp( )為 指數方程式(is the exponential function)、而exp(j*2*pi*f*n)分別代表正弦波同相(in-phase)與正交(quadrature)之兩個訊號exp(j*2*pi*f*n)=cos(2*pi*f*n)+j*sin(2*pi*f*n)。其中，十六個正弦波係逐階(step)提高一分貝之功率。需注意，此處之十六個正弦波僅為示例，本發明不限於此，另一實施例中測試訊號St可為其他種類之波形，且測試訊號St之數目可依據需求任意設定。再者，上述一分貝僅為示例，本發明不限於此，另一實施例中可任意選用其他數值。
預失真單元51依序傳送此十六個正弦波訊 號，通過增益單元52之數位類比轉換器D/A、低通濾波器LPF、以及增益級GS。增益級GS依據暫存器設定之數值，例如15(b’1111)，增益此十六個正弦波訊號。接著混波電路MIX之混波單元MX、本地振盪單元LO將正弦波訊號轉換為射頻訊號後，利用加法器Ad相加以提供至功率放大單元53放大產生傳送訊號後由天線An輸出。
之後，十六個正弦波訊號形成之傳送訊號經由 衰減單元At依序由接收單元54與功率增益掃描單元55組成之回送路徑(loopback path)接收。射十六個正弦波訊號形成之傳送訊號經由衰減單元At、混波單元MX、本地振盪單元LO處理後轉換為基頻訊號。再由低通濾波器LPF、類比數位轉換器A/D處理後轉換為同相(in-phase)與正交(quadrature)之數位訊號RIm(n)與RQm(n)。
步驟S608：功率增益掃描單元55計算十六個 正弦波訊號通過回送路徑之增益值Gainm。其中，當該些正弦波訊號通過功率放大單元53之線性區時，增益Gainm應為實質上固定之數值(constant)；當該些正弦波訊號通過功率放大單元53之壓縮區時，增益值Gainm會小於通過線性區形成之增益大小。
如第5C圖所示，顯示本發明功率增益掃描單元 55之一實施例，功率增益掃描單元55包含有一第一乘法器55a、一第一計算單元55b、一第二乘法器55c、一第二計算單元55d。
功率增益掃描單元55接收測試訊號RS，如第 5A圖所示，接收到的測試訊號St為實數訊號RIm(n)與虛數訊號RQm(n)之組合，即等於RIm(n)+j*RQm(n)。
第一乘法器55a將接收到的測試訊號 RIm(n)+j*RQm(n)乘以cos(2*pi*f*n)-j*sin(2*pi*f*n)，以產生訊號Cm(n)+j*Dm(n)。由於訊號RIm(n)+j*RQm(n)可轉換為指數表示後等於AmB*exp(j*(2*pi*f*n+Phi))，其中B和Phi分別表示由預失真單元51送出之弦波Am*exp(j*2*pi*f*t)經過一增益單元52、一混波電路MIX、一功率放大單元53與一接收單元54所產生的增益與相位差。而cos(2*pi*f*n)-j*sin(2*pi*f*n)轉換指數表式等於exp(-j*2*pi*f*n)，因此AmB*exp(j*(2*pi*f*n+Phi))與exp(-j*2*pi*f*n)相乘之後可得到AmB*exp(j*Phi)，而AmB*exp(j*Phi)轉換至複數等於Cm(n)+j*Dm(n)。而第一計算器55b加總Cm(n)+j*Dm(n)以產生Em+j*Fm。因此，訊號Em+j*Fm可表示為Em+j*Fm=B*Am*exp(j*(2*pi*f*n+phi))*exp(-j*2*pi*f*n)=B* Am*exp(j*phi)。第二乘法器55c將訊號B* Am*exp(j*phi)除以Am，即B* Am*exp(j*Phi)/Am=B*exp(j*Phi)=Gm+j*Hm。第二計算器45d將Gm+j*Hm乘上Gm-j*Hm而得到射頻功率放大單元53之功率增益值Gainm=Gm*Gm+Hm*Hm。
步驟S510：判斷目前傳送之正弦波訊號是否均 傳送完畢，若是m>N，進入步驟S512；其中m為第m個正弦波訊號、N為正弦波訊號之總數目。若否，進入步驟S606，繼續傳送下一個(m+1)正弦波。
步驟S512：比較在壓縮區之增益值與在線性區 之增益值以了解增益在壓縮區之壓縮狀態。如第6E圖所 示，步驟S512包含有下列子步驟S5121、S5122、S5123、S5124及S5125：子步驟S5121：設定一增益壓縮目標值，例如3分貝(3db)，找出在功率放大單元53之3分貝對應之增益壓縮點。需注意，此處之3分貝僅為示例，本發明不限於此，本發明可任意選用其他數值。
子步驟S5122：將每一增益值Gainm轉換為標準 化之增益值(Normalize gain)Norm_Gainm=((Gainm/Gain0)*const。以第6B圖之表格為例，假設正弦波訊號Am*exp(j*2*pi*f*n)通過功率放大單元之線性區域之增益值即const設為512，以找出標準化之增益值(Normalize gain)Norm_Gainm。如增益值m=0，其訊號G0=86、H0=23，將G0與H0分別平方後相加，得到增益值Gain0=8485，再將數值8485標準化(Gain0=8485/Gain0=8485)*(const=512)=512；而如增益值m=1，其訊號G1=80、H1=22，將G1與H1分別平方後相加，得到增益值Gain1=7424，再將數值7424標準化(Gain1=7424/Gain0=8485)*(const=512)=448；其餘依此類推。
子步驟S5123：計算每一標準化增益值與增益 壓縮點之差值Lm，Lm=abs(Norm_Gainm-threshold)，由於常數const設為512、且10*log10(256/512)=-3dB，因此3分貝之增益壓縮點-即增益臨界值(threshold)等於256。例如將Norm_Gainm=453減256再取絕對值，可得到197，其餘依此方式計算後可得到如第6B圖所示之全部差值Lm。
子步驟S5124：比較所有的Norm_Gainm與增 益壓縮點256，並且找出增益索引Gain_idx=arg{min(L1,L2,...LN)}，即在全部差值L1~LN中找出最小值，也就是最接近增益壓縮點256之Norm_Gainm。於該圖中Norm_Gainm=278與256相差22-即L8=22為最接近增益壓縮目標值，因此本例中增益索引Gain_idx等於8
子步驟S5125：設定暫存器之值等於增益索引之值，以作為數位預失真之校正增益值。本例中係將增益索引Gain_idx=8設定為增益暫存器數值為8(b’1000)。
步驟S514：結束。
需注意，上述增益壓縮目標值、功率放大單元之增益壓縮點與線性區之增益值大小僅為示例，本發明不限於此，另一實施例中可以據需求任意調整。
依此方式，自動增益調整裝置60可以將線性區之功率增益值作為基準，依據欲取得之壓縮大小設定壓縮點，並在十六個正弦波訊號所計算出之功率增益值Gainm中找出最接近壓縮點之功率增益值Gainm，且將暫存器之數值設為該功率增益值Gainm對應之數值m(第m個正弦波訊號)，即可將訊號經增益後之功率控制在線性區與壓縮區之間，達成自動調整增益之功效。
以上雖以實施例說明本發明，但並不因此限定本發明之範圍，只要不脫離本發明之要旨，該行業者所進行之各種變形或變更，皆落入本發明之申請專利範圍。
20‧‧‧自動增益調整裝置
21‧‧‧預失真單元
22‧‧‧增益單元
MIX‧‧‧混波電路
23‧‧‧功率放大單元
An‧‧‧天線
24‧‧‧接收單元
25‧‧‧計算單元
At‧‧‧衰減單元

Claims (16)

  1. 一種自動增益調整裝置，包含：一預失真單元，於校正模式產生複數個測試訊號，其中目前測試訊號之功率與前一測試訊號之功率相差一預設值；一增益單元，接收一目前測試訊號與前一測試訊號，且提供一實質上固定增益值以增益該目前測試訊號與該前一測試訊號；一功率放大單元，放大該增益後之該目前測試訊號與該增益後之前一測試訊號，以產生一第一傳送訊號與一第二傳送訊號；一接收單元，接收該第一傳送訊號與該第二傳送訊號，轉換該第一傳送訊號與該第二傳送訊號至基頻；以及一計算單元，計算該轉換後第一傳送訊號與該轉換後第二傳送訊號之功率差值，比較該差值與該預設值以判斷該增益單元提供之該實質上固定增益值是否讓該複數個測試訊號操作於該功率放大單元之壓縮區與線性區。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之裝置，其中該計算單元為一功率計，該功率計計算該第一傳送訊號與該第二傳送訊號之功率差值是否小於該預設值，若小於該預設值，則表示該目前測試訊號進入該功率放大單元之飽和區，檢視該目前測試訊號為該複數個測試訊號中的第X測試訊號，根據進入飽和區之該第X測試訊號計算出一暫存器設定值，以該暫存器設定值對應之增益值作為該預失真單元進行預失真校正之實質上固定增益值，其中X為整數且小於無限大。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之裝置，其中當該差值小於一臨界值時，表示該目前測試訊號在該功率放大單元之輸入功率進入該功 率放大單元之飽和區起始點，其中該臨界值小於該預設值且大於零分貝。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之裝置，其中該增益單元之增益值大小係具有讓該功率放大單元產生之功率進入飽和區之大小。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之裝置，其中該預失真單元之該複數個測試訊號係用以經由該功率放大單元來產生複數個該傳送訊號，且該計算單元為一功率增益掃描單元，該功率增益掃描單元計算該複數個傳送訊號以產生該功率放大單元之複數個功率增益值，依據該些增益值與一預設增益壓縮點之增益臨界值比較之差異，找出最接近該增益臨界值之該功率增益值，將該最接近該增益臨界值之該功率增益值所對應之索引作為該增益單元之增益級暫存器之設定，以將該增益單元所產生之增益值作為該預失真單元進行預失真校正之實質上固定增益值。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之裝置，其中該預設增益壓縮點係位於該功率放大單元產生之功率之壓縮區之一預設位置。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之裝置，其中該複數個測試訊號之振幅依序變大或變小。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之裝置，其中該功率放大單元透過一天線發射該第一傳送訊號與該第二傳送訊號。
  9. 一種自動增益調整方法，包含：提供一預失真單元依序傳送複數個測試訊號，其中目前測試訊號之功率與前一測試訊號之功率相差一預設值；提供一實質上固定增益值，增益該複數個測試訊號；通過一功率放大單元放大該增益後之目前測試訊號與該增益後之前一測試訊號，以產生一射頻之第一傳送訊號與一射頻之 第二傳送訊號；轉換該第一傳送訊號與該第二傳送訊號至基頻；計算該轉換後第一傳送訊號與該轉換後第二傳送訊號功率之差值，且判斷該差值是否小於一臨界值；以及若該差值小於該臨界值，檢視該目前測試訊號為該複數個測試訊號中的第X測試訊號，根據進入飽和區之該第X測試訊號計算出一暫存器設定值，以該暫存器設定值對應之增益值作為該預失真單元進行預失真校正之實質上固定增益值，其中X為整數且小於無限大，該臨界值小於該預設值且大於零分貝。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之方法，其中當該差值小於該臨界值時，該目前測試訊號於該功率放大單元之輸入功率已進入或即將進入該功率放大單元飽和區。
  11. 一種自動增益調整方法，包含：設定一增益級之暫存器數值為該增益級之最大增益值；提供一預失真單元依序傳送複數個測試訊號，且通過一功率放大單元發射；一功率增益掃描單元計算該複數個測試訊號通過該功率放大單元之複數個功率增益值；以及比較步驟，比較在該功率放大單元之一壓縮區部份之該些功率增益值與在該功率放大單元之一線性區部份之該些功率增益值，以得到該複數個功率增益值在該壓縮區之壓縮狀態，依據該壓縮狀態決定一增益級暫存器之設定作為該預失真單元進行預失真校正之增益級設定。
  12. 如申請專利範圍第11項所述之方法，其中該比較步驟更包含：設定一增益壓縮目標值，以找出在該功率放大單元對應該增益壓 縮目標值之增益壓縮點。
  13. 如申請專利範圍第12項所述之方法，其中該比較步驟更包含：將該複數個功率增益值轉換為複數個標準化之增益值。
  14. 如申請專利範圍第13項所述之方法，其中該比較步驟更包含：計算每一該標準化增益值與該增益壓縮點之差值，以產生複數個差值的絕對值。
  15. 如申請專利範圍第14項所述之方法，其中該比較步驟更包含：在該複數個差值的絕對值中找出最小值，以該最小值所對應之索引作為一增益索引。
  16. 如申請專利範圍第15項所述之方法，設定該增益級暫存器之值等於增益索引，以將該增益級電路所產生之增益值作為該預失真單元進行預失真校正之增益值。
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