TWI656728B - 包絡跟蹤方法、系統及裝置 - Google Patents

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一種包絡跟蹤裝置，包括：細槽峰值跟蹤電路，其被配置為：對輸入信號進行採樣，得到樣本信號；計算所述樣本信號的幅度的平方；根據脈衝寬度劃分所述樣本信號，並提取劃分後的每一份樣本信號的幅度的平方的最大值；將劃分後的每一份樣本信號的幅度的平方的最大值的平方根作為數據的包絡以生成包絡信號；對包絡信號增加一個餘量，並對增加餘量後的包絡信號進行擴展；以及對擴展後的包絡信號進行平滑處理；以及包絡調製器，連接於該細槽峰值跟蹤電路和功率放大器之間。本發明人還提供一種包絡跟蹤方法及系統。

Description

包絡跟蹤方法、系統及裝置
本發明涉及通訊技術領域，尤其涉及一種包絡跟蹤方法、系統及裝置。
在當代的無線通訊系統中，系統的能耗是備受關注的指標。而射頻功率放大器是無線基站的核心，它的效率是影響基站效率的決定因素。在現有的許多3G標準和調製模式中，信號都有較高的功率峰均比。這樣就要求射頻功率放大器具有較好的線性度。因此，追求高效率和保持線性度是當前功率放大器研究的兩個熱點。常見的提高功放效率的技術包括包絡跟蹤技術(Envelope Tracking)。
包絡跟蹤技術的原理是：讓功放的供電電壓隨輸入信號的包絡變化。從工作方式來看，包絡跟蹤技術可以根據輸入射頻信號的包絡幅度來決定放大器供電電壓。當小包絡時採用低電壓供電；大包絡時採用高電壓供電。從而使放大器在不同輸入功率時，損耗減小，達到高效率。然而，在包絡跟蹤技術提高效率的同時，傳統的包絡跟蹤技術的實現存在著各種問題。首先包絡信號的頻寬與輸入信號的頻寬成正比，並且包絡信號的頻寬會佔據比輸入信號的頻寬寬兩倍以上的頻寬。有些甚至會漸漸的接近高達對應的輸入信號頻寬的十倍頻寬。而當輸入信號的頻寬較寬時(如100MHz~500MHz)，那麼對應的包絡信號頻寬會更寬而出現總體效率損失。其次，包絡跟蹤通過所需的暫態RF輸出功率來調節對功率放大器的供電電壓，但是暫態輸出功率的改變速率取決於調 製的幅度分量的頻寬，隨著信號系統的頻寬越來越寬，調製的幅度分量的頻寬也在增加，此時包絡電源調製器工作時就顯得更困難了。另外，在輸入信號路徑和包絡跟蹤電源路徑中會存在變化的延遲，因而引起包絡跟蹤的未對準。這種未對準是不期望的，因為它會引起輸出信號的失真。
因此，有必要提出一種高效的包絡跟蹤的技術方案，以解決現有技術中的一個或多個缺陷。
鑒於以上內容，有必要提供一種可以提高功率放大器效率的包絡跟蹤裝置、系統和方法。
一種包絡跟蹤裝置，所述裝置包括：細槽峰值跟蹤電路，其被配置為：對耦合至該細槽峰值跟蹤電路的輸入信號進行採樣，得到樣本信號；計算所述樣本信號的幅度的平方；根據脈衝寬度劃分所述樣本信號，並提取劃分後的每一份樣本信號的幅度的平方的最大值；將所述劃分後的每一份樣本信號的幅度的平方的最大值的平方根作為數據的包絡以生成包絡信號；對所述包絡信號增加一個餘量，並對增加餘量後的包絡信號進行擴展；以及對擴展後的包絡信號進行平滑處理；功率放大器；以及包絡調製器，連接於該細槽峰值跟蹤電路和該功率放大器之間，其被配置為根據該平滑處理後的包絡信號得到對應的包絡電壓信號，並將該包絡電壓信號輸出至所述功率放大器的漏極輸入端，所述包絡電壓信號在時間上與輸入至該功率放大器的柵極輸入端所放大的信號對齊。
優選地，所述脈衝寬度表示從M個樣本信號中連續採取N個樣本信號作為一個脈衝時的寬度。
優選地，所述細槽峰值跟蹤電路對增加餘量後的包絡信號進行擴展的步驟包括：存儲相鄰的兩個包絡信號，其峰值分別為Peakj和Peakj-1，其中，所述相鄰的兩個包絡信號分別包括N個樣本；當Peakj大於Peakj-1時，將峰值為Peakj的包絡信號擴展K個樣本寬度；以及當Peakj-1大於Peakj時，將峰值為Peakj-1的包絡信號擴展L個樣本寬度。
優選地，所述細槽峰值跟蹤電路還包括低通濾波器，其被配置為對平滑處理後的包絡信號進行濾波。
優選地，該裝置還包括延時線元件，所述延時線元件被配置為在時間上將輸入至該功率放大器的柵極輸入端所放大的信號與所述包絡電壓信號對齊。
優選地，該裝置還包括波峰因數降低元件，所述輸入信號經過所述波峰因數降低元件處理後輸出至該延時線元件和該細槽峰值跟蹤電路。
優選地，通過調節所述K和L的值使多路包絡電壓信號傳輸至所述功率放大器的漏極輸入端的時間變化量中的最小值大於多路輸入信號輸入至所述功率放大器的柵極輸入端的時間變化量中的最大值。
一種包絡跟蹤系統，所述系統包括：第一包絡跟蹤裝置和第二包絡跟蹤裝置；將所述第一包絡跟蹤裝置中的天線發射出去的信號耦合至所述第二包絡跟蹤裝置中的天線，所述第二包絡跟蹤裝置中的天線接收該信號後經過第二包絡跟蹤裝置中的接收通路，將該信號回饋至第一包絡跟蹤裝置中的數位預失真元件，以產生預失真信號；以及將所述第二包絡跟蹤裝置中的的天線發射出去的信號耦合至所述第一包絡跟蹤裝置中的天線，所述第一包絡跟蹤裝置中的天線接收該信號後經過第一包 絡跟蹤裝置中的接收通路將該信號回饋至第二包絡跟蹤裝置中的數位預失真元件，以產生預失真信號。
優選地，所述第一包絡跟蹤裝置和所述第二包絡跟蹤裝置分別至少包括細槽峰值跟蹤電路、包絡調製器和功率放大器，所述細槽峰值跟蹤電路被配置為：對耦合至該細槽峰值跟蹤電路的輸入信號進行採樣，得到樣本信號；計算所述樣本信號的幅度的平方；根據脈衝寬度劃分所述樣本信號，並提取劃分後的每一份樣本信號的幅度的平方的最大值；將所述劃分後的每一份樣本信號的幅度的平方的最大值的平方根作為數據的包絡以生成包絡信號；對所述包絡信號增加一個餘量，並對增加餘量後的包絡信號進行擴展；以及對擴展後的包絡信號進行平滑處理；以及所述包絡調製器，連接於該細槽峰值跟蹤電路和該功率放大器之間，其被配置為根據該平滑處理後的包絡信號得到對應的包絡電壓信號，並將該包絡電壓信號輸出至所述功率放大器的漏極輸入端，所述包絡電壓信號在時間上與輸入至該功率放大器的柵極輸入端所放大的信號對齊。
優選地，所述脈衝寬度表示從M個樣本信號中連續採取N個樣本信號作為一個脈衝時的寬度。
優選地，所述細槽峰值跟蹤電路對增加餘量後的包絡信號進行擴展的步驟包括：存儲相鄰的兩個包絡信號，其峰值分別為Peakj和Peakj-1，其中，所述相鄰的兩個包絡信號分別包括N個樣本；當Peakj大於Peakj-1時，將峰值為Peakj的包絡信號擴展K個樣本寬度；以及當Peakj-1大於Peakj時，將峰值為Peakj-1的包絡信號擴展L個樣本寬度。
優選地，所述細槽峰值跟蹤電路還包括低通濾波器，其被配置為對平滑處理後的包絡信號進行濾波。
優選地，所述第一包絡跟蹤裝置和所述第二包絡跟蹤裝置分別還包括延時線元件，所述延時線元件被配置為在時間上將輸入至該功率放大器的柵極輸入端所放大的信號與所述包絡電壓信號對齊。
優選地，所述第一包絡跟蹤裝置和所述第二包絡跟蹤裝置分別還包括波峰因數降低元件。
優選地，所述數位預失真元件連接於所述波峰因數降低元件和所述延時線元件之間。
優選地，所述輸入信號從所述波峰因數降低元件或數位預失真元件的輸出中的一個或多個耦合到該細槽峰值跟蹤電路。
優選地，該方法包括：對耦合至該細槽峰值跟蹤電路的輸入信號進行採樣，得到樣本信號；計算所述樣本信號的幅度的平方；根據脈衝寬度劃分所述樣本信號，並提取劃分後的每一份樣本信號的幅度的平方的最大值；將所述劃分後的每一份樣本信號的幅度的平方的最大值的平方根作為數據的包絡以生成包絡信號；根據所述包絡信號得到對應的包絡電壓信號，並將該包絡電壓信號輸出至所述功率放大器的漏極輸入端；在時間上將輸入至該功率放大器的漏極輸入端的所述包絡電壓信號與輸入至該功率放大器的柵極輸入端所放大的信號對齊。
優選地，該方法還包括：對所述包絡信號增加一個餘量，並對增加餘量後的包絡信號進行擴展；以及對擴展後的包絡信號進行平滑處理。
優選地，所述脈衝寬度表示從M個樣本信號中連續採取N個樣本信號作為一個脈衝時的寬度。
優選地，所述細槽峰值跟蹤電路對增加餘量後的包絡信號進行擴展的步驟包括： 存儲相鄰的兩個包絡信號，其峰值分別為Peakj和Peakj-1，其中，所述相鄰的兩個包絡信號分別包括N個樣本；當Peakj大於Peakj-1時，將峰值為Peakj的包絡信號擴展K個樣本寬度；以及當Peakj-1大於Peakj時，將峰值為Peakj-1的包絡信號擴展L個樣本寬度。
優選地，該方法還包括：對平滑處理後的包絡信號進行濾波。
相較於習知技術，本發明提供的包絡跟蹤裝置和方法，可以使用較小頻寬的包絡信號實現對輸入信號的包絡跟蹤，同時可以解決由於輸入信號路徑和包絡跟蹤電源路徑中存在變化的延遲而引起包絡跟蹤的未對準的問題，從而改善功率放大器的效率。
100‧‧‧包絡跟蹤裝置
200‧‧‧包絡跟蹤系統
101‧‧‧波峰因數降低元件
102‧‧‧延時線元件
103‧‧‧細槽峰值跟蹤電路
104a、104b‧‧‧數模轉換器
105‧‧‧低通濾波器
106‧‧‧包絡調製器
107a‧‧‧發射升頻轉換器
107b‧‧‧接收降頻轉換器
108‧‧‧功率分配器
109a、109b、109c、109d‧‧‧相移器
110‧‧‧天線
111‧‧‧模數轉換器
112‧‧‧數位預失真元件
PA1、PA2、PA3、PA4‧‧‧功率放大器
LNA1、LNA2、LNA3、LNA4、LNA11、LNA21‧‧‧低雜訊放大器
1030‧‧‧計算模組
1031‧‧‧峰值提取模組
1032‧‧‧峰值擴展模組
1033‧‧‧平滑模組
1034‧‧‧濾波模組
1011‧‧‧第一包絡跟蹤裝置
1012‧‧‧第二包絡跟蹤裝置
圖1 一般地示出了包絡跟蹤裝置的第一較佳實施例的運行環境示意圖。
圖2 一般地示出了細槽峰值跟蹤電路的較佳實施例的功能模組圖。
圖3 為對輸入信號進行採樣後得到的樣本信號圖。
圖4 為輸入信號經過細槽峰值跟蹤電路生成的包絡信號圖。
圖5 一般地示出了對相鄰兩個包絡信號進行擴展的示意圖。
圖6A 示出了N為20的信號模擬圖。
圖6B 示出了N為10的信號模擬圖。
圖7A 所示為所述輸入信號未經過該包絡跟蹤裝置時的頻譜圖。
圖7B 所示為所述輸入信號經過傳統的包絡跟蹤技術後生成的包絡信號的頻譜圖。
圖7C 所示為所述輸入信號經過該細槽峰值跟蹤電路後生成的包絡信號在濾波之前的頻譜圖。
圖7D 所示為所述輸入信號經過該細槽峰值跟蹤電路後生成的包絡信號在濾波之後的頻譜圖。
圖8 一般地示出了輸入信號傳輸至功率放大器所需時間的示意圖。
圖9 一般地示出了包絡跟蹤系統的較佳實施例的示意圖。
圖10 是本發明包絡跟蹤方法一較佳實施例的的流程圖。
為使本發明實施例的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。
本文中描述的各種技術可用於各種通信系統，包括2G、3G通信系統和下一代通信系統，例如全球移動通信(Global System for Mobile Communication，GSM)等2G通信系統；寬頻碼分多址(Wide Band Code Division Multiple Access，WCDMA)，時分同步碼分多址(Time Division-Synchronization Code Division Multiple Access，TD-SCDMA)等3G通信系統；長期演進(Long-Term Evolution，LTE)通信系統及其後續演進系統等下一代通信系統。
本發明實施例提供的功率放大器可集成在基站等任意需要進行無線信號功率放大的網元設備中。本發明實施例提供的功率放大器可以在基站的射頻部分工作，例如可以佈置在基站的遠端射頻單元(Remote Radio Unit，RRU)中。所述基站可以是GSM系統或CDMA系統中的基站收發台(Base Transceiver Station，BTS)、或者WCDMA系統中的節點B(Node B)、或者LTE系統中的演進型節點B(e-NodeB，evolved NodeB)或者LTE後續演進通信系統中的類似設備。圖1一般地示出了包絡跟蹤裝置的第一較佳實施例的運行環境示意圖。在本實施例中，所述包絡跟蹤裝置100運行於波束形成系統中。所述包絡跟蹤裝置100包括細槽峰值跟蹤電路103。該包絡跟蹤裝置100，還可以包括，但不僅限於，波峰因數降低(Crest Factor Reduction，CFR)元件101、延時線元件102、數模轉換器(Digital-to-Analog Converter，DAC)104a和104b、低通濾波器(Low-pass Filter，LPF)105、包絡調製器(Envelope Modulator，EM)106、TX/RX up/down converter發射升頻轉換器(TX up converter)107a、接收降頻轉 換器(RX down converter)107b、功率分配器(Power Divider，PD)108、相移器109a、109b、109c和109d、功率放大器(Power Amplifier)PA1、PA2、PA3和PA4、低雜訊放大器(Low-Noise Amplifier)LNA1、LNA2、LNA3和LNA4、天線110和模數轉換器(Analog-to-Digital Converter，ADC)111等各種系統元件。上述各個元件中的一個或多個可以共同集成在共用的積體電路或模組內，例如利用通用處理器電路、現場可程式設計閘陣列(Field Programmable Gate Array，FPGA)或其他可程式設計邏輯器件、數位訊號處理器電路或專用電路中的一個或多個來實現。
在本實施例中，上述相移器、功率放大器和低雜訊放大器可以組成一前端電路(Front end Module，FEM)，該前端電路靠近天線110。該前端電路包括發射通路和接收通路。所述功率放大器PA1、PA2、PA3和PA4位於該發射通路，所述低雜訊放大器LNA1、LNA2、LNA3和LNA4位於該接收通路。
所述波峰因數降低元件101用於將輸入信號的峰均比(Peak to Average Power Ratio，PAPR)保持在一定範圍內。無線通訊系統中的信號最後需要經過功率放大器後發射出去，通常功率放大器用非線性的電晶體構成，當輸入信號比較小時，可以保證電晶體呈現出線性。隨著輸入信號的增加，放大器的非線性失真也愈發明顯。所以把信號的PAPR限制在一個較小值附近，可以提高功率放大器的效率，明顯降低運營商供電和散熱成本。
波峰因數降低(CFR)技術的主要原理就是使用者根據實際需要選擇一個功率放大器的最大輸入功率界限，當輸入信號的幅度超過此界限時，用一系列演算法將輸入信號超出界限的部分削除，從而使輸入信號的PAPR保持在一定範圍內。由於CFR演算法降低PAPR的同時會造成信號誤差向量幅度(Error Vector Magnitude，EVM)以及鄰通道功率比(Adjacent Channel Power Ratio，ACPR)增加，所以目前比較優選的CFR技術是使用一個與信號頻寬相同的削峰波形來削去多餘的峰值，以同時保證PAPR、 EVM及ACPR的性能。在本實施方式中，所述輸入信號經過所述波峰因數降低元件101處理後輸出至延時線元件102和細槽峰值跟蹤電路103。
所述延時線元件102的輸出可以提供給數模轉換器104a，從而將輸入信號的數位表示轉換成類比(Analog)表示，並且在通過發射升頻轉換器107a之前，能夠使用一個或多個濾波器來調節傳輸信號，例如低通濾波器105。 在本實施方式中，所述延時線元件102可以補償由包絡調製和放大途徑引起的直流供電和射頻輸入信號之間的時間“對不準”。
所述細槽峰值跟蹤電路103用於將經過波峰因數降低元件101後的輸入信號進行峰值跟蹤以形成包絡信號。所述細槽峰值跟蹤電路103的輸出可以提供給數模轉換器104b，從而將輸入信號的數位表示轉換成類比表示後傳輸至包絡調製器106。該細槽峰值跟蹤電路103的詳細結構及原理將在下文(圖2)描述。
所述包絡調製器106連接於功率放大器PA1、PA2、PA3和PA4的漏極輸入端，用於根據所述細槽峰值跟蹤電路103生成的包絡信號得到對應的包絡電壓，並將該包絡電壓輸出至所述功率放大器PA1、PA2、PA3和PA4。 其中，所述包絡信號是可以用於跟蹤所述功率放大器PA1、PA2、PA3和PA4的工作電壓的信號。
所述功率分配器108是可以將輸入信號功率分成相等或不相等的幾路輸出的無源元件。該功率分配器108又可以逆向使用作為功率合成器。
所述功率放大器PA1、PA2、PA3和PA4，與所述包絡調製器106相連，用於在工作狀態下，將從所述包絡調製器106接收到的上述包絡電壓作為工作電壓，對柵極(Gate)輸入的信號進行放大處理。
所述低雜訊放大器LNA1、LNA2、LNA3和LNA4，主要用於接收通路中。因為接收通路中的信噪比通常是很低的，通過放大器的時候，信號和雜訊一起被放大的話非常不利於後續處理，這就要求在接收機之前級採用低雜訊放大器能夠抑制整體系統雜訊。
在本實施方式中，輸入信號經波峰因數降低元件101處理後輸入至延時線元件102，所述延時線元件102的輸出可以提供給數模轉換器104b，從而將輸入信號的數位表示轉換成類比表示後傳輸至低通濾波器105，通過低通濾波器105去除該輸入信號的雜散後輸入至發射升頻轉換器107a，在經過功率分配器108分配成四路信號，該四路信號分別經過相移器109a、109b、109c和109d處理後分別輸入至功率放大器PA1、PA2、PA3和PA4的柵極輸入端。
所述輸入信號經波峰因數降低元件101處理後還可以輸入至所述細槽峰值跟蹤電路103，所述輸入信號經過該細槽峰值跟蹤電路103整形後生成包絡信號，所述包絡信號經數模轉換器104b後轉換成類比信號，之後再輸入至包絡調製器106進行包絡跟蹤，該包絡調製器106的輸出端為該功率放大器PA1、PA2、PA3和PA4供電。
可以理解的是，上述包絡跟蹤裝置100中的細槽峰值跟蹤電路103可以應用於時分雙工(TDD)通信系統中，也可以應用於頻分雙工(FDD)通信系統中。本發明提供的所述包絡跟蹤裝置100可適用於不同的系統，通過調整細槽寬度、平滑濾波器的結構、峰值擴展寬度及低通濾波器的頻寬，從而將包絡跟蹤的輸入信號頻寬提高至GHz級別。同時，在時域將基帶信號轉換成細槽峰值信號過程中不會出現損耗。並且，在波束形成系統中，可以通過調節細槽峰值來調節峰值寬度，以補償在功率放大器輸入端和功率放大器電源端的路徑差異(如：路程長短/相移器時延不同等信號處理所引起之到達時間不一致)所導致信號品質的損耗。
圖2一般地示出了細槽峰值跟蹤電路的較佳實施例的功能模組圖。 在本實施方式中，所述細槽峰值跟蹤電路103包括，但不僅限於，計算模組1030、峰值提取模組1031、峰值擴展模組1032、平滑模組1033及濾波模組1034。在本實施方式中，所述細槽峰值跟蹤電路103首先對輸入信號進行採樣，得到樣本信號如圖3所示。例如，採用對20MHz頻寬的輸入信號進行採樣，採樣頻率為30.72MHz，樣本數為M=1000。
所述計算模組1030用於計算所述樣本信號的幅度的平方Di=sum_of_square(t)，sum_of_square(t)=I2(t)+Q2(t)，其中，I(t)和Q(t)分別為輸入信號的同相和正交兩路信號。
所述峰值提取模組1031用於根據脈衝寬度劃分所述樣本信號，並提取劃分後的每一份樣本信號的幅度的平方的最大值。例如，將所述1000個樣本信號根據脈衝寬度劃分為500份，劃分後的每一份樣本信號分別包括D1，D2...DN，其中N=20。並且提取劃分後的每一份樣本信號的幅度的平方的最大值Dm=Max_of[D1’ D2...DN]。其中，所述脈衝寬度表示從1000個樣本資料中連續採取20個樣本資料作為一個脈衝的寬度。
所述峰值提取模組1031還用於將所述劃分後的每一份樣本信號的幅度的平方的最大值的平方根作為數據的包絡以生成包絡信號(如圖4所示)， 。圖4中，所述包絡信號的每個脈衝的幅度為所述 劃分後的每一份樣本信號的幅度的平方的最大值的平方根，並且所述包絡信號的每個脈衝寬度一致。
所述峰值擴展模組1032用於對所述包絡信號增加一個餘量offset，Peakj=sqrt(Dm)+offset，並對增加餘量後的包絡信號進行擴展。在本實施方式中，所述峰值擴展模組1032對所述包絡信號增加餘量可以使得包絡覆蓋輸入信號的峰值。所述峰值擴展模組1032的具體原理將在下文(圖5)描述。
所述平滑模組1033用於對擴展後的包絡信號進行平滑處理。所述平滑模組1033可以降低所述擴展後的包絡信號的振鈴效應。在本實施方式中，所述平滑模組1033採用移動平均數(Moving Average)的平滑處理方式來處理所述包絡信號。可以理解的是，所述平滑模組1033採用的平滑處理技術可以有多種，並不限於本案中的移動平均數。
所述濾波模組1034用於對平滑處理後的包絡信號進行低通濾波，用來降低該包絡信號的雜散。
圖5一般地示出了對相鄰兩個包絡信號進行擴展的示意圖。
在本實施例中，所述峰值擴展模組1032具有兩個暫存器，用於存儲相鄰的兩個包絡信號，其峰值分別為Peakj和Peakj-1。在本實施方式中，所述相鄰的兩個包絡信號分別包括N個樣本，即所述相鄰的兩個包絡信號的脈衝寬度一致。存儲有峰值為Peakj的包絡信號的暫存器會與存儲有峰值為Peakj-1的包絡信號的暫存器進行比較，以判斷哪個暫存器存儲的包絡信號的峰值更大。當Peakj大於Peakj-1時，將峰值為Peakj的包絡信號擴展K個樣本寬度；當Peakj-1大於Peakj時，將峰值為Peakj-1的包絡信號擴展L個樣本寬度。在本實施方式中，所述K和L的值由系統決定。
在本實施方式中，所述峰值擴展模組1032可以將所述包絡信號向左或向右擴展，或兩邊同時擴展。例如，將將峰值為Peakj的包絡信號向左或向右擴展K個樣本寬度，或者兩邊同時擴展共K個樣本寬度。
在本實施方式中，所述N的取值可以為20，也可以為10。圖6A和圖6B分別示出了當N為20和10時的模擬結果。由圖可知，當N為20時對應的包絡信號的脈衝寬度較N為10時對應的包絡信號的脈衝寬度更寬。可以理解的是，包絡信號的脈衝寬度更寬，從而可以較好的覆蓋輸入信號，降低系統的出錯率。然而，並非脈寬越寬越好，太寬的脈寬需要更大的能耗。故，N的取值並非越大越好，其取值大小由系統設計來決定。
另外，可以從頻譜域來說明經過細槽峰值跟蹤電路103生成的包絡信號是有效的。傳統的包絡跟蹤技術生成的包絡信號的頻譜較寬，其有效頻譜的能量降得慢。例如，傳統的包絡跟蹤技術生成的包絡信號中15MHz頻寬的頻譜僅可以降低5dB。也就是說，傳統的包絡跟蹤技術生成的包絡信號需要較寬的頻寬來覆蓋輸入信號。而經過本案中的細槽峰值跟蹤電路103生成的包絡信號的頻寬可以快速降低，其有效頻譜的能量降得快。例如，所述細槽峰值跟蹤電路103生成的包絡信號中15MHz頻寬的頻譜可以降低接近100dB。也就是說，所述細槽峰值跟蹤電路103生成的包絡信號的頻譜降幅較大，從而可以減小包絡信號的頻寬。
參閱圖7A-7D所示，所述輸入信號在經包絡跟蹤技術處理時之相關各階段頻譜寬度降低之變化狀況。所述輸入信號的頻寬為20MHz，圖7A-7D示出的是所述輸入信號半個頻寬的頻譜圖。圖7A所示為所述輸入信號未經過該包絡跟蹤裝置時的頻譜圖。圖7B所示為所述輸入信號經過傳統的包絡跟蹤技術後生成的包絡信號的頻譜圖。由圖可知，該信號頻寬大且衰減速度慢，例如，圖中15MHz頻寬的頻譜僅可以降低5dB。因此，傳統的包絡跟蹤技術處理該頻譜時需要成本較高，例如，包絡調製器的基帶信號頻寬需要為原始輸入信號的2-3倍。圖7C所示為所述輸入信號經過該細槽峰值跟蹤電路103後生成的包絡信號在濾波之前的頻譜圖。由圖可知，該信號頻譜衰減速度快，15MHz頻寬的頻譜可以降低接近100dB。圖7D所示為所述輸入信號經過該細槽峰值跟蹤電路103後生成的包絡信號在濾波之後的頻譜圖。由圖可知，該信號頻譜衰減速度快，且12MHz頻寬的頻譜就可以降低接近100dB。
所述包絡跟蹤裝置100的輸入信號可以變得在時間上與所述包絡調製器106進行包絡跟蹤後生成的包絡信號不對準。例如，由於所述輸入信號在傳輸中需要通過濾波器元件或相移器或其他延時源的阻延時。現有技術中一般會通過延時線元件102進行時間對準的調節。在本實施例中不僅可以採用延時線元件102，還可以通過調節包絡信號的脈寬(即調節K值和L值大小)，來控制所述包絡信號傳輸至功率放大器PA1、PA2、PA3、PA4的電源端的時間來解決時間“對不準”的問題。
具體而言，為了方便描述信號的傳輸路徑，在圖1中標識了S點、R點、E點，Pini(i=1,2,3,4)點和Psj(j=1,2,3,4)點。所述S、R和E點分別表示信號在該包絡跟蹤裝置100的傳輸路徑上的位置。例如，S點表示輸入信號經過波峰因數降低元件101處理後輸出至此，R點表示輸入信號經延時線元件102等處理後輸出至此，E點表示輸入信號先經過波峰因數降低元件101處理，再經過細槽峰值跟蹤電路103處理後生成的包絡信號傳輸至此。Pini表示輸入信號在功率放大器PA1、PA2、PA3、PA4的柵極輸入端。Psj表示上述包絡信號在所述功率放大器PA1、PA2、PA3、PA4的漏極輸入端。
結合圖1中為了方便描述信號的傳輸路徑而標識的S點、R點、E點，Pini(i=1,2,3,4)點和Psj(j=1,2,3,4)點，及圖8。假設將一採樣輸入信號傳輸至所述功率放大器PA1、PA2、PA3、PA4，從圖1可知，所述輸入信號經過波峰因數降低元件101處理後從S點輸入至所述細槽峰值跟蹤電路103，經過所述細槽峰值跟蹤電路103處理生成包絡信號後傳輸至數模轉換104b器，從而將所述包絡信號的數位表示轉換成類比表示後再傳輸至包絡調製器106。經過所述包絡調製器106處理後到達E點，該包絡信號在E點出分成四路分別傳輸至所述功率放大器PA1、PA2、PA3和PA4的電源輸入端Ps1點、Ps2點、Ps3點和Ps4點。由圖8可知，該輸入信號從所述S點傳輸至所述功率放大器PA1、PA2、PA3、PA4的電源輸入端Ps1點、Ps2點、Ps3點和Ps4點的時間分別為Tse+Te1、Tse+Te2、Tse+Te3和Tse+Te4。其中，所述Tse為輸入信號從S點傳輸至E點所經歷的時間，所述Te1、Te2、Te3和Te4為包絡信號從E點分別傳輸至Ps1點、Ps2點、Ps3點和Ps4點所經歷的時間。在本實施例中，所述Tse+Te1、Tse+Te2、Tse+Te3和Tse+Te4之間的時長變化不大，僅些許不同。
所述輸入信號經過波峰因數降低元件101處理後從S點輸入至所述延時線元件102，經過所述延時線元件102後傳輸至數模轉換器104a，從而將所述輸入信號的數位表示轉換成類比表示後傳輸至低通濾波器105，再經過所述發射升頻轉換器107a到達R點。該輸入信號在R點由功率分配器108分成四路分別傳輸至所述功率放大器PA1、PA2、PA3和PA4的輸入端Pin1點、Pin2點、Pin3點和Pin4點。由圖8可知，該輸入信號從所述S點傳輸至所述功率放大器PA1、PA2、PA3、PA4的輸入端Pin1點、Pin2點、Pin3點和Pin4點的時間分別為Tsr+Tr1、Tsr+Tr2、Tsr+Tr3和Tsr+Tr4。其中，所述Tsr為輸入信號從S點傳輸至R點所經歷的時間，所述Tr1、Tr2、Tr3和Tr4為輸入信號從R點分別傳輸至Pin1點、Pin2點、Pin3點和Pin4點所經歷的時間。在本實施例中，由於相移器等元件的存在，所述Tsr+Tr1、Tsr+Tr2、Tsr+Tr3和Tsr+Tr4的時長不同。
在本實施方式中，設定多路包絡電壓信號傳輸至所述功率放大器的漏極(Drain)輸入端的時間變化量中的最小值為Tpi，設定多路輸入信號輸入至 所述功率放大器的柵極(Gate)輸入端的時間變化量中的最大值為Tri。那麼，Tpi大於Tri，如此可以實現所述包絡電壓信號的脈寬覆蓋輸入信號。在本實施方式中，可以通過調節K與L的值來調節所述細槽峰值跟蹤電路103生成的包絡電壓信號傳輸至所述功率放大器的漏極輸入端的時間。也就是說，可以通過調節K與L的值使所述Tpi大於Tri。
圖9一般地示出了包絡跟蹤系統的較佳實施例的示意圖。在本實施方式中，所述包絡跟蹤系統200適用於多輸入多輸出(Multiple Input Multiple Output，MIMO)系統中。所述包絡跟蹤系統200包括第一包絡跟蹤裝置1011和第二包絡跟蹤裝置1012。所述第一包絡跟蹤裝置1011和第二包絡跟蹤裝置1012可以包括如波峰因數降低元件101、細槽峰值跟蹤電路103、和數位預失真(Digital Pre-Distortion，DPD)元件112的各種系統元件。所述數位預失真元件112可以預估功率放大器的非線性，計算反向操作，再以放大器非線性的逆向對射頻輸入信號進行預失真處理。如此可以有效地將功率放大器線性化，以傳輸正確信號。通常所述數位預失真元件112用於修正調幅-調幅(AM-AM)失真及調幅-調相(AM-PM)失真。所述AM-AM失真是指輸出信號和輸入信號幅度上的失真，比如當輸入信號擺幅進入閾值電壓之下或者飽和電壓之上時，輸出電壓信號就會發生截斷或削頂，即為AM-AM失真。所述AM-PM失真是指，非線性功率放大器除了導致輸入信號幅度上的變化之外，還會導致輸出信號和輸入信號之間的相位差隨著輸入信號的變化而產生非線性的變化。
現有技術中，為了減小信號的上述失真，改善功率放大器的效率，需要提供一專門的回饋信號鏈，用於將從功率放大器輸出的信號回饋回所述數位預失真元件。而在本實施方式中，利用所述多輸入多輸出(MIMO)系統的特性，通過第一包絡跟蹤裝置1011中的天線110和第二包絡跟蹤裝置1012中的天線110之間的互耦合，所述第一包絡跟蹤裝置1011中的數位預失真元件112需要的回饋信號可以從所述第二包絡跟蹤裝置1012中回饋，並且所述第二包絡跟蹤裝置1012的數位預失真元件112需要的回饋信號可以從所述第一包絡跟蹤裝 置1011中回饋。本實施方式中，所述輸入信號能夠從所述波峰因數降低元件101或數位預失真元件112的輸出中的一個或多個耦合到細槽峰值跟蹤電路103。
具體而言，可以將第一包絡跟蹤裝置1011中的天線110發射出去的信號耦合至所述第二包絡跟蹤裝置1012中的天線110，所述第二包絡跟蹤裝置1012中的天線110接收該信號後經過第二包絡跟蹤裝置1012中的接收通路，將該信號回饋至第一包絡跟蹤裝置1011中的數位預失真元件112，以產生預失真信號。所述第二包絡跟蹤裝置1012中的接收通路至少包括低雜訊放大器LAN21、相移器109a、功率分配器108、接收降頻轉換器107b、及模數轉換器111元件。由此可以在不需要額外回饋路徑的情況下產生預失真信號。該預失真信號可以耦合到第一包絡跟蹤裝置1011中的細槽峰值跟蹤電路103。
同時，也可以將第二包絡跟蹤裝置1012中的的天線110發射出去的信號耦合至所述第一包絡跟蹤裝置1011中的天線110，所述第一包絡跟蹤裝置1011中的天線110接收該信號後經過第一包絡跟蹤裝置1011中的接收通路將該信號回饋至第二包絡跟蹤裝置1012中的數位預失真元件112，以產生預失真信號。所述第一包絡跟蹤裝置1011中的接收通路至少包括低雜訊放大器LNA11、相移器109a、功率分配器108、接收降頻轉換器107b、及模數轉換器111等元件。該預失真信號可以耦合到第二包絡跟蹤裝置1012中的細槽峰值跟蹤電路103。
如圖10所示，是本發明包絡跟蹤方法一較佳實施例的流程圖。根據不同的需求，該流程圖中步驟的順序可以改變，某些步驟可以省略。
步驟S01，所述計算模組1030計算所述樣本信號的幅度的平方Di=sum_of_square(t)，sum_of_square(t)=I2(t)+Q2(t)，其中，I(t)和Q(t)分別為輸入信號的同相和正交兩路信號。
步驟S02，所述峰值提取模組1031根據脈衝寬度劃分所述樣本信號，並提取劃分後的每一份樣本信號的幅度的平方的最大值。例如，將所述1000個樣本信號根據脈衝寬度劃分為500份，劃分後的每一份樣本信號分別包括D1，D2...DN，其中N=20。並且提取劃分後的每一份樣本信號的幅度的平方的最大 值Dm=Max_of[D1’ D2...DN]。其中，所述脈衝寬度表示從1000個樣本資料中連續採取20個樣本資料作為一個脈衝的寬度。
步驟S03，所述峰值提取模組1031將所述劃分後的每一份樣本信號的幅度的平方的最大值的平方根作為數據的包絡以生成包絡信號(如圖4所 示)，。圖4中，所述包絡信號的每個脈衝的幅度 為所述劃分後的每一份樣本信號的幅度的平方的最大值的平方根，並且所述包絡信號的每個脈衝寬度一致。
步驟S04，所述峰值擴展模組1032對所述包絡信號增加一個餘量offset，Peakj=sqrt(Dm)+offset，並對增加餘量後的包絡信號進行擴展。在本實施方式中，所述峰值擴展模組1032對所述包絡信號增加餘量可以使得包絡覆蓋輸入信號的峰值。
具體而言，在本實施例中，所述峰值擴展模組1032具有兩個暫存器，用於存儲相鄰的兩個包絡信號，其峰值分別為Peakj和Peakj-1。在本實施方式中，所述相鄰的兩個包絡信號分別包括N個樣本，即所述相鄰的兩個包絡信號的脈衝寬度一致。存儲有峰值為Peakj的包絡信號的暫存器會與存儲有峰值為Peakj-1的包絡信號的暫存器進行比較，以判斷哪個暫存器存儲的包絡信號的峰值更大。當Peakj大於Peakj-1時，將峰值為Peakj的包絡信號擴展K個樣本寬度；當Peakj-1大於Peakj時，將峰值為Peakj-1的包絡信號擴展L個樣本寬度。在本實施方式中，所述K和L的值由系統決定。
在本實施方式中，所述峰值擴展模組1032可以將所述包絡信號向左或向右擴展，或兩邊同時擴展。例如，將將峰值為Peakj的包絡信號向左或向右擴展K個樣本寬度，或者兩邊同時擴展共K個樣本寬度。
在本實施方式中，所述N的取值可以為20，也可以為10。圖6A和圖6B分別示出了當N為20和10時的模擬結果。由圖可知，當N為20時對應的包絡信號的脈衝寬度較N為10時對應的包絡信號的脈衝寬度更寬。可以理解的是，包絡信號的脈衝寬度更寬，從而可以較好的覆蓋輸入信號，降低系 統的出錯率。然而，並非脈寬越寬越好，太寬的脈寬需要更大的能耗。故，N 的取值並非越大越好，其取值大小由系統設計來決定。
步驟S05，所述平滑模組1033對擴展後的包絡信號進行平滑處理。所述平滑模組1033可以降低所述擴展後的包絡信號的振鈴效應。在本實施方式中，所述平滑模組1033採用移動平均數(Moving Average)的平滑處理方式來處理所述包絡信號。可以理解的是，所述平滑模組1033採用的平滑處理技術可以有多種，並不限於本案中的移動平均數。
步驟S06，所述濾波模組1034對平滑處理後的包絡信號進行低通濾波，用來降低該包絡信號的雜散。
本領域普通技術人員可以理解實現上述實施例方法攜帶的全部或部分步驟是可以通過程式來指令相關的硬體完成，所述的程式可以存儲於一種電腦可讀存儲介質中，該程式在執行時，包括方法實施例的步驟之一或其組合。
另外，本發明各個實施例中的各功能單元可以集成在一個處理模組中，也可以是各個單元單獨物理存在，也可以兩個或兩個以上單元集成在一個模組中。上述集成的模組既可以採用硬體的形式實現，也可以採用軟體功能模組的形式實現。所述集成的模組如果以軟體功能模組的形式實現並作為獨立的產品銷售或使用時，也可以存儲在一個電腦可讀取存儲介質中。
以上實施例僅用以說明本發明的技術方案而非限制，儘管參照以上較佳實施例對本發明進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，可以對本發明的技術方案進行修改或者等同替換都不應脫離本發明技術方案的精神和範圍。

Claims (20)

  1. 一種包絡跟蹤裝置，其中，所述裝置包括：細槽峰值跟蹤電路，其被配置為：對耦合至該細槽峰值跟蹤電路的輸入信號進行採樣，得到樣本信號；計算所述樣本信號的幅度的平方；根據脈衝寬度劃分所述樣本信號，並提取劃分後的每一份樣本信號的幅度的平方的最大值；將所述劃分後的每一份樣本信號的幅度的平方的最大值的平方根作為數據的包絡以生成包絡信號；對所述包絡信號增加一個餘量，並對增加餘量後的包絡信號進行擴展；以及對擴展後的包絡信號進行平滑處理；功率放大器；以及包絡調製器，連接於該細槽峰值跟蹤電路和該功率放大器之間，其被配置為根據該平滑處理後的包絡信號得到對應的包絡電壓信號，並將該包絡電壓信號輸出至所述功率放大器的漏極輸入端，所述包絡電壓信號在時間上與輸入至該功率放大器的柵極輸入端所放大的信號對齊。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的包絡跟蹤裝置，其中，所述脈衝寬度表示從M個樣本信號中連續採取N個樣本信號作為一個脈衝時的寬度。
  3. 如申請專利範圍第2項所述的包絡跟蹤裝置，其中，所述細槽峰值跟蹤電路對增加餘量後的包絡信號進行擴展的步驟包括：存儲相鄰的兩個包絡信號，其峰值分別為Peakj和Peakj-1，其中，所述相鄰的兩個包絡信號分別包括N個樣本；當Peakj大於Peakj-1時，將峰值為Peakj的包絡信號擴展K個樣本寬度；以及當Peakj-1大於Peakj時，將峰值為Peakj-1的包絡信號擴展L個樣本寬度。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的包絡跟蹤裝置，其中，所述細槽峰值跟蹤電路還包括低通濾波器，其被配置為對平滑處理後的包絡信號進行濾波。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的包絡跟蹤裝置，其中，該裝置還包括延時線元件，所述延時線元件被配置為在時間上將輸入至該功率放大器的柵極輸入端所放大的信號與所述包絡電壓信號對齊。
  6. 如申請專利範圍第5項所述的包絡跟蹤裝置，其中，該裝置還包括波峰因數降低元件，所述輸入信號經過所述波峰因數降低元件處理後輸出至該延時線元件和該細槽峰值跟蹤電路。
  7. 如申請專利範圍第3項所述的包絡跟蹤裝置，其中，通過調節所述K和L的值使多路包絡電壓信號傳輸至所述功率放大器的漏極輸入端的時間變化量中的最小值大於多路輸入信號輸入至所述功率放大器的柵極輸入端的時間變化量中的最大值。
  8. 一種包絡跟蹤系統，其中，所述系統包括：第一包絡跟蹤裝置和第二包絡跟蹤裝置；將所述第一包絡跟蹤裝置中的天線發射出去的信號耦合至所述第二包絡跟蹤裝置中的天線，所述第二包絡跟蹤裝置中的天線接收該信號後經過第二包絡跟蹤裝置中的接收通路，將該信號回饋至第一包絡跟蹤裝置中的數位預失真元件，以產生預失真信號；以及將所述第二包絡跟蹤裝置中的的天線發射出去的信號耦合至所述第一包絡跟蹤裝置中的天線，所述第一包絡跟蹤裝置中的天線接收該信號後經過第一包絡跟蹤裝置中的接收通路將該信號回饋至第二包絡跟蹤裝置中的數位預失真元件，以產生預失真信號；其中，所述第一包絡跟蹤裝置和所述第二包絡跟蹤裝置分別至少包括細槽峰值跟蹤電路、包絡調製器和功率放大器，所述細槽峰值跟蹤電路被配置為： 對耦合至該細槽峰值跟蹤電路的輸入信號進行採樣，得到樣本信號；計算所述樣本信號的幅度的平方；根據脈衝寬度劃分所述樣本信號，並提取劃分後的每一份樣本信號的幅度的平方的最大值；將所述劃分後的每一份樣本信號的幅度的平方的最大值的平方根作為數據的包絡以生成包絡信號；對所述包絡信號增加一個餘量，並對增加餘量後的包絡信號進行擴展；以及對擴展後的包絡信號進行平滑處理；以及所述包絡調製器，連接於該細槽峰值跟蹤電路和該功率放大器之間，其被配置為根據該平滑處理後的包絡信號得到對應的包絡電壓信號，並將該包絡電壓信號輸出至所述功率放大器的漏極輸入端，所述包絡電壓信號在時間上與輸入至該功率放大器的柵極輸入端所放大的信號對齊。
  9. 如申請專利範圍第8項所述的包絡跟蹤系統，其中，所述脈衝寬度表示從M個樣本信號中連續採取N個樣本信號作為一個脈衝時的寬度。
  10. 如申請專利範圍第9項所述的包絡跟蹤系統，其中，所述細槽峰值跟蹤電路對增加餘量後的包絡信號進行擴展的步驟包括：存儲相鄰的兩個包絡信號，其峰值分別為Peakj和Peakj-1，其中，所述相鄰的兩個包絡信號分別包括N個樣本；當Peakj大於Peakj-1時，將峰值為Peakj的包絡信號擴展K個樣本寬度；以及當Peakj-1大於Peakj時，將峰值為Peakj-1的包絡信號擴展L個樣本寬度。
  11. 如申請專利範圍第8項所述的包絡跟蹤系統，其中，所述細槽峰值跟蹤電路還包括低通濾波器，其被配置為對平滑處理後的包絡信號進行濾波。
  12. 如申請專利範圍第8項所述的包絡跟蹤系統，其中，所述第一包絡跟蹤裝置和所述第二包絡跟蹤裝置分別還包括延時線元件，所述延時線元件被 配置為在時間上將輸入至該功率放大器的柵極輸入端所放大的信號與所述包絡電壓信號對齊。
  13. 如申請專利範圍第12項所述的包絡跟蹤系統，其中，所述第一包絡跟蹤裝置和所述第二包絡跟蹤裝置分別還包括波峰因數降低元件。
  14. 如申請專利範圍第13項所述的包絡跟蹤系統，其中，所述數位預失真元件連接於所述波峰因數降低元件和所述延時線元件之間。
  15. 如申請專利範圍第14項所述的包絡跟蹤系統，其中，所述輸入信號從所述波峰因數降低元件或數位預失真元件的輸出中的一個或多個耦合到該細槽峰值跟蹤電路。
  16. 一種包絡跟蹤方法，其中，該方法包括：對耦合至該細槽峰值跟蹤電路的輸入信號進行採樣，得到樣本信號；計算所述樣本信號的幅度的平方；根據脈衝寬度劃分所述樣本信號，並提取劃分後的每一份樣本信號的幅度的平方的最大值；將所述劃分後的每一份樣本信號的幅度的平方的最大值的平方根作為數據的包絡以生成包絡信號；根據所述包絡信號得到對應的包絡電壓信號，並將該包絡電壓信號輸出至所述功率放大器的漏極輸入端；在時間上將輸入至該功率放大器的漏極輸入端的所述包絡電壓信號與輸入至該功率放大器的柵極輸入端所放大的信號對齊。
  17. 如申請專利範圍第16項所述的包絡跟蹤方法，其中，該方法還包括：對所述包絡信號增加一個餘量，並對增加餘量後的包絡信號進行擴展；以及對擴展後的包絡信號進行平滑處理。
  18. 如申請專利範圍第16項所述的包絡跟蹤方法，其中，所述脈衝寬度表示從M個樣本信號中連續採取N個樣本信號作為一個脈衝時的寬度。
  19. 如申請專利範圍第18項所述的包絡跟蹤方法，其中，所述細槽峰值跟蹤電路對增加餘量後的包絡信號進行擴展的步驟包括：存儲相鄰的兩個包絡信號，其峰值分別為Peakj和Peakj-1，其中，所述相鄰的兩個包絡信號分別包括N個樣本；當Peakj大於Peakj-1時，將峰值為Peakj的包絡信號擴展K個樣本寬度；以及當Peakj-1大於Peakj時，將峰值為Peakj-1的包絡信號擴展L個樣本寬度。
  20. 如申請專利範圍第17項所述的包絡跟蹤方法，其中，該方法還包括：對平滑處理後的包絡信號進行濾波。
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