CN100492888C - 用于具有低峰均比的相位调制信号的前置补偿器 - Google Patents

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Abstract

一种放大器系统，包括RF功率放大器和配置为与RF功率放大器一起使用的多项式前置补偿器，多项式前置补偿器具有配置为接收RF输入信号并基于此生成前置补偿函数的多项式生成器，以及也配置为接收RF输入信号的组合器电路，该组合器电路耦合到所述多项式生成器并被配置为将RF输入信号与前置补偿函数组合，以形成前置补偿的输入信号，该前置补偿的输入信号用以改善RF功率放大器的邻道功率和/或误差向量值性能。

Description

用于具有低峰均比的相位调制信号的前置补偿器
技术领域
本发明总的来说涉及一种与RF功率放大器一起使用的前置补偿技术，并且更具体的说涉及一种用于具有低峰均比的相位调制信号的前置补偿器。
背景技术
前置补偿技术与单载波和多载波射频(RF)功率放大器一起使用，以校正由这些放大器中的幅幅调制(AM—AM)和幅相调制(AM—PM)非线性所导致的失真。通常，非线性会产生互调失真(IMD)分量和/或邻道功率(ACP)。因此，ACP是可以用于评价前置补偿技术的有效性的一项参数，ACP的减少归因于前置补偿器。
然而，前置补偿器并不是在所有通信系统中都是有用的。例如，在移动通信全球系统(GSM)和/或基于全球演进的增强数据速率技术(EDGE)系统中使用的RF功率放大器没有受益于前置补偿器，主要是由于两个原因：一是GSM和EDGE系统严格的IMD要求常常迫使使用单载波RF功率放大器。二是GSM和EDGE的波形通常具有低峰均功率比，相比其他调制方案，例如码分多址(CDMA)，通用移动电话系统(UMTS)等，能更加得利于更高效率的单载波功率放大器。因此，EDGE和GSM波形以及其它使用相位调制的系统的低峰均功率比允许RF功率放大器在接近于其饱和功率输出额定值下工作，同时没有显著降低ACP性能。
另一项可以用于评价前置补偿器与RF功率放大器一起使用时的有效性的参数被称为误差向量值(EVM)。EVM是对信号内保留的由于大小和相位失真造成的误差量的度量。在RF功率放大器中，由于相位改变(即AM—PM)造成的失真效应比由于幅度改变(即AM—AM)造成的失真效应开始于更低的功率水平。因此，尽管可能满足了ACP要求，为了减小EVM，RF功率放大器需要工作于降低的功率水平。该降低的功率水平降低了RF功率放大器的效率，并且同时增加了系统的成本。
因为EDGE和/或GSM系统常常对于每个RF通道使用单独的功率放大器，所以人们期望保持这些放大器较低的成本，并且较高的效率。因此，这些单载波放大器的成本和效率阻碍了前置补偿器的使用，因为往往对这些单通道RF功率放大器增加更多的输出功率容量比实现前置补偿器更廉价。
需要对多项式前置补偿器进行低成本修改，用于线性化单通道RF功率放大器的相位响应，并且允许放大器工作于接近饱和的功率水平。
附图说明
结合在本说明书中并组成其中一部分的附图，显示了本发明的实施例，并且结合下面给出的实施例的详细描述，有助于解释本发明的原理。
图1是根据本发明原理的多项式前置补偿器的高级框图。
图2是作为图1中多项式生成器示例实现的使用模拟乘法器的I/Q多项式生成器的示意图。
图3是用于作为图1中多项式生成器示例实现的相位前置补偿多项式生成器的乘法器实现的示意图。
具体实施方式
参考图1—3，其中相同的参考标号代表相同的部件，显示了RF功率放大器和随之使用的多项式前置补偿器。多项式前置补偿器减少了响应于射频(RF)功率放大器的非线性的效应，从而增加效率，并减少了复杂度和成本。进一步，多项式前置补偿器中的多项式生成器可以被特别定制，以通过仅仅对输入信号相位进行前置补偿而改善RF功率放大器的误差向量值(EVM)性能。
首先参考图1，其显示了放大器系统的一个实施例10的高级框图，该放大器系统包括RF功率放大器12和随之使用的多项式前置补偿器14。放大器系统10实际上可以被配置用于实际上使用任何已知的或者尚未知的具有低峰均功率比的相位调制方案的任何所需要的频带，例如在移动通信全球系统(GSM)中和/或基于全球演化的增强数据速率技术(EDGE)系统中。
RF功率放大器12通常为本领域技术人员所公知的RF功率放大器，具有工作的线性、压缩和饱和区域。并且，RF功率放大器12可以允许有幅度和/或相位的非线性。RF功率放大器12还可以为A类或AB类单通道放大器。
多项式前置补偿器14包括第一耦合器16、包络检测电路18、多项式生成器20以及组合器电路22。如图1中所配置的，第一耦合器16接收RF输入信号s(t)，将该信号耦合到包络检测电路18和复数乘法器22。
RF输入信号s(t)可以为低峰均功率比类型的通信信号。并且，RF输入信号s(t)可以为相位调制信号。这种相位调制的低峰均功率比信号可以出现在GSM和/或EDGE系统中，以及其他公知的或尚未知的具有类似调制特性的系统中。
包络检测电路18产生RF输入信号s(t)的平方数值，并表示为|s(t)|2。在本发明的某些实施例中，包络检测电路18可以包括二极管。RF输入信号的平方数值|s(t)|2耦合到多项式生成器20，并被用于生成前置补偿函数。本领域技术人员可以理解，在生成前置补偿函数中，表示RF输入信号数值大小或者功率的其他信号可以被用来替代RF输入信号的平方数值|s(t)|2，同时并不背离本发明的精神。
前置补偿函数可以为复数信号，其处于同步/正交相位移(即I/Q)或者幅度/相位(即M/θ)形式，并分别表示为I/M和Q/θ。多项式生成器20的实施例的其他描述可以在下文并结合图2和图3的描述中找到。
多项式生成器20生成的前置补偿函数耦合到组合器电路22。组合器电路22将RF输入信号s(t)与前置补偿函数I/M、Q/θ组合以形成前置补偿输入信号s’(t)。例如，组合器电路22可以包括复数乘法器并将RF输入信号s(t)与前置补偿函数I/M、Q/θ相乘。RF输入信号s(t)与前置补偿函数I/M、Q/θ的乘积表示为s’(t)。然后前置补偿输入信号s’(t)耦合到RF功率放大器12。这样的前置补偿输入信号s’(t)改善RF功率放大器10的响应的线性，从而改善了邻道功率(ACP)和/或误差向量值(EVM)性能。
在本发明的某些实施例中，多项式前置补偿器14可以进一步包括耦合在第一耦合器16和组合器电路22中间的延迟电路或延迟线。例如，如图1所示，延迟电路24允许有足够时间用于检测和转换，使得RF输入信号s(t)与前置补偿值I/M、Q/θ在同一时间被耦合到组合器电路22。
人们发现：在与RF功率放大器一起使用时，多项式前置补偿器的有效性可能会随工作条件而改变，例如温度，频率，时间等等。而且，在多载波应用中或需要在宽范围内工作的应用中，可能需要适配多项式生成器的特性，以获得合适的ACP和/或EVM性能。
为此，并且为了适配多项式生成器20，多项式前置补偿器14可以进一步包括第二耦合器26和适配器电路31。更具体地，适配器电路31可以包括反馈接收器28和自适应控制器30。因此，如图1所配置的，例如，RF功率放大器12的输出通过第二耦合器26反馈。第二耦合器26将部分输出信号耦合到反馈接收器28。反馈接收器28可以包括下变换器和用于测量ACP的检测器。反馈接收器28将ACP耦合到自适应控制器30。自适应控制器30，耦合到多项式生成器20，并修正多项式生成器20中的前置补偿值I/M、Q/θ的生成，以在变化的和/或宽广的工作条件下提供改善的ACP性能。
在本发明的另一个实施例中，可以去掉第二耦合器26、反馈接收器28以及自适应控制器30，并且可以基于当前工作条件预测性地调节多项式生成器20。在该实施例中，有必要在一定的工作条件范围上对功率放大器和前置补偿器进行特性化。
现在参考图2，其显示了作为图1中的多项式生成器20的示例实现的I/Q多项式生成器20’的示意图。多项式生成器20’包括第一和第二乘法器链，分别以参考数字32和34表示，每个包括耦合的一系列模拟乘法器36a—d和加法器38a—d，并具有确定多项式i(t)和q(t)的系数的输入a0—a3，b0—b3。如同所配置的，第一链32生成同相前置补偿函数i(t)，其中i(t)＝a0+a1|s(t)|2+a2|s(t)|4，而第二链34生成正交相位移前置补偿函数q(t)，其中q(t)＝b0+b1|s(t)|2+b2|s(t)|4。
本领域技术人员可以理解，多项式生成器20’仅仅是使用模拟乘法器实现多项式生成器的一种方式。本领域技术人员还可以理解，可以有其他方式实现多项式生成器。进一步，本领域技术人员可以理解，本发明的实施例并不限于在此描述的多项式生成器和多项式，而是包括实际能够产生任何所需多项式的任何多项式生成器。
可选择地，可以使用一个或多个乘法器链来生成数值和/或相位前置补偿函数。由于前置补偿函数为复数函数，所以有必要组合器电路也为复数的。因此，如同本领域技术人员可以理解的，组合器电路，例如图1所示的组合器电路22，优选的可以在使用I/Q前置补偿函数时包括向量调制器，或者在使用数值/相位前置补偿函数时包括衰减器和移相器。
尽管ACP可以被用于评价前置补偿器的有效性并且如上所述地适配多项式生成器，本发明在用于具有低峰均功率比的相位调制系统，例如EDGE和GSM系统时，可以被特别定制以改善RF功率放大器的EVM性能。为此，已经发现所述放大器中的幅度—相位(AM—PM)非线性比幅度—幅度(AM—AM)非线性发生于更低的功率水平，并且远在所述放大器达到压缩之前。而且，所述相位失真，或者AM—PM，是影响RF功率放大器EVM性能的主要因素。因此，本发明实施例可以在输入信号应用到RF功率放大器时仅仅前置补偿输入信号的相位，以改进EVM性能。
现在参考图3，其中显示了作为图1中多项式生成器20的示例实现的相位前置补偿多项式生成器20”的示意图。多项式生成器20”包括单个乘法器链，如参考标号40所示，并且包括耦合的一系列模拟乘法器42a，42b和加法器44a，44b，具有确定多项式θ(t)系数的输入a0’—a3’。如同所配置的，链40生成相位前置补偿函数θ(t)，其中θ(t)＝a0’+a1’|s(t)|2+a2’|s(t)|4。
本领域技术人员可以注意到，图3中所示的多项式生成器20”之间的元件数量和复杂度与图2所示的多项式生成器20’相比削减了一半，或者减少了百分之五十。另外，如同图1所示，组合器电路22可以被简化为简单的移相器。这样的多项式生成器20”和组合器电路22的简化减少了在此使用的放大器系统10和多项式生成器14的成本，并且可以被直接应用到EDGE和GSM系统，以及尚未知的采用相位调制和低峰均比的调制方案。而且，如同本领域技术人员可以理解的，这样的多项式生成器和组合器电路的简化可能用于实际中前置补偿器的所有实现，包括基于数字的查找表，神经网络，以及模拟乘法器。
因此，本发明的特定实施例可以为EDGE/GSM波形提供改善的EVM性能。这种对于一组给定的RF功率放大器的EVM性能的改善转化为对于用户的明显利益。首先，因为一组给定的RF功率放大器的EVM性能得到改善，这些放大器可以在接近其饱和功率输出额定值下工作。这可以允许RF功率放大器制造商选择在此使用的更低额定功率的设备，同时仍然可以满足给定的输出功率特殊要求。较低额定功率设备的使用可以使得对于客户的成本更低。
其次，因为可以改善EVM性能并且功率设备工作于接近饱和功率输出，结果使得RF功率放大器的效率得到改善。对于使用多个单载波功率放大器的通信系统来说，效率是主要的考虑。因此，RF功率放大器效率的典型改善减少了通信系统必须被设计而处理的热负荷量，这样同样可以降低成本。另外，通过减少系统中的热负荷量，系统的可靠性得到典型改善。最后，改善的效率意味着通信系统消耗更少的电能，这也可以减少工作成本。
尽管本发明通过对其实施例的描述而进行说明，并且尽管这些实施例以大量细节描述，申请人并无意将所附权利要求的范围限制或以任何方式约束到这些细节。其他优点和修改对于本领域技术人员来说可以是十分明显的。因此，本发明更广泛的方面并不限制于所显示和描述的代表性装置和方法的特定细节，以及示例性的例子。因而，可以根据这些细节做出修改而并不背离申请人总的发明原理的精神或范围。

Claims (51)

1、一种与RF功率放大器一起使用的多项式前置补偿器，所述多项式前置补偿器包括：
多项式生成器，配置为接收RF输入信号，并且基于此生成前置补偿函数，其中，所述多项式生成器包括第一和第二乘法器链，每个乘法器链包括耦合的一系列具有确定所述前置补偿函数之系数的输入的乘法器和加法器；以及
组合器电路，耦合到所述多项式生成器，并且配置为将所述RF输入信号与所述前置补偿函数组合，以形成前置补偿的输入信号；
所述前置补偿的输入信号用以改善所述RF功率放大器的邻道功率和误差向量值性能其中至少之一。
2、如权利要求1所述的多项式前置补偿器，其中，所述RF输入信号是具有相位调制和低峰均比的类型。
3、如权利要求1所述的多项式前置补偿器，其中，所述RF输入信号是EDGE和GSM信号其中至少之一。
4、如权利要求1所述的多项式前置补偿器，其进一步包括第一耦合器，耦合在所述RF输入信号、所述组合器电路以及所述多项式生成器之间，并配置为分流所述RF输入信号。
5、如权利要求4所述的多项式前置补偿器，其进一步包括在所述第一耦合器和所述多项式生成器之间耦合的包络检测电路，并且配置为确定所述RF输入信号的幅值。
6、如权利要求4所述的多项式前置补偿器，其进一步包括在所述第一耦合器和所述多项式生成器之间耦合的包络检测电路，并且配置为生成所述RF输入信号的平方幅值。
7、如权利要求4所述的多项式前置补偿器，其进一步包括在所述第一耦合器和所述多项式生成器之间耦合的包络检测电路，并且配置为确定所述RF输入信号的功率。
8、如权利要求4所述的多项式前置补偿器，其进一步包括在所述第一耦合器和所述组合器电路之间耦合的延迟电路，该延迟电路配置为对所述RF输入信号到所述组合器电路的施加进行延迟。
9、如权利要求1所述的多项式前置补偿器，其中，所述组合器电路包括一复数乘法器。
10、如权利要求1所述的多项式前置补偿器，其中，所述组合器电路包括一向量调制器，并且所述前置补偿函数为I/Q前置补偿函数。
11、如权利要求1所述的多项式前置补偿器，其中，所述组合器电路包括一衰减器和一移相器，并且所述前置补偿函数为幅值/相位前置补偿函数。
12、如权利要求1所述的多项式前置补偿器，其中，所述组合器电路包括一衰减器和一移相器，并且所述前置补偿函数为相位前置补偿函数。
13.如权利要求1所述的多项式前置补偿器，其中，所述RF功率放大器和所述多项式生成器在一工作条件的范围下被特性化，并且所述多项式生成器基于当前工作条件预测性地调节。
14、如权利要求1所述的多项式前置补偿器，其进一步包括：
第二耦合器，耦合到所述RF功率放大器的输出；以及
适配器电路，耦合到所述第二耦合器，并且配置为测量邻道功率以及响应于此修正所述前置补偿函数的生成。
15、如权利要求14所述的多项式前置补偿器，其中，所述适配器电路包括一反馈接收器。
16、如权利要求14所述的多项式前置补偿器，其中，所述适配器电路包括一下变换器和一检测器。
17、如权利要求14所述的多项式前置补偿器，其中，所述适配器电路包括一自适应控制器。
18、如权利要求1所述的多项式前置补偿器，其中，所述第一链生成同相前置补偿函数，以及所述第二链生成正交相位移前置补偿函数。
19、一种包括RF功率放大器和多项式前置补偿器的放大器系统，所述多项式前置补偿器包括：
多项式生成器，配置为接收RF输入信号，并基于此生成前置补偿函数，其中，所述多项式生成器包括单个乘法器链，该链包括耦合的一系列具有确定所述前置补偿函数系数的输入的模拟乘法器和加法器；以及
组合器电路，耦合到所述多项式生成器，并且配置为将所述RF输入信号与所述前置补偿函数组合，以形成前置补偿的输入信号；
所述前置补偿的输入信号用以改善所述RF功率放大器的邻道功率和误差向量值性能其中至少之一。
20、如权利要求19所述的放大器系统，其中，所述RF输入信号是具有相位调制和低峰均比的类型。
21、如权利要求19所述的放大器系统，其中，所述RF输入信号是EDGE和GSM信号其中至少之一。
22、如权利要求19所述的放大器系统，其进一步包括第一耦合器，耦合在所述RF输入信号、所述组合器电路以及所述多项式生成器之间，并且配置为分流所述RF输入信号。
23、如权利要求22所述的放大器系统，其进一步包括在所述第一耦合器和所述多项式生成器之间耦合的包络检测电路，该包络检测电路配置为确定所述RF输入信号的幅值。
24、如权利要求22所述的放大器系统，其进一步包括在所述第一耦合器和所述多项式生成器之间耦合的包络检测电路，该包络检测电路配置为生成所述RF输入信号的平方幅值。
25、如权利要求22所述的放大器系统，其进一步包括在所述第一耦合器和所述多项式生成器之间耦合的包络检测电路，该包络检测电路配置为确定所述RF输入信号的功率。
26、如权利要求22所述的放大器系统，其进一步包括在所述第一耦合器和所述组合器电路之间耦合的延迟电路，该延迟电路配置为使所述RF输入信号延迟施加到所述组合器电路。
27、如权利要求19所述的放大器系统，其中，所述组合器电路包括一复数乘法器。
28.如权利要求19所述的放大器系统，其中，所述组合器电路包括一向量调制器，并且所述前置补偿函数为I/Q前置补偿函数。
29.如权利要求19所述的放大器系统，其中，所述组合器电路包括一衰减器和一移相器，并且所述前置补偿函数为幅值/相位前置补偿函数。
30、如权利要求19所述的放大器系统，其中，所述组合器电路包括一衰减器和一移相器，并且所述前置补偿函数为相位前置补偿函数。
31.如权利要求19所述的放大器系统，其中，所述RF功率放大器和所述多项式生成器在一工作条件的范围下被特性化，并且所述多项式生成器基于当前工作条件预测性地调节。
32.如权利要求19所述的放大器系统，其进一步包括：
第二耦合器，耦合到所述RF功率放大器的输出；以及
适配器电路，耦合到所述第二耦合器，并且配置为测量邻道功率，以及响应于此修正所述前置补偿函数的生成。
33.如权利要求31所述的放大器系统，其中，所述适配器电路包括一反馈接收器。
34.如权利要求31所述的放大器系统，其中所述适配器电路包括一个下变换器和一个检测器。
35.如权利要求31所述的放大器系统，其中，所述适配器电路包括一自适应控制器。
36、一种对施加到RF功率放大器的输入信号进行前置补偿的方法，所述方法包括：
接收RF输入信号；
基于所述RF输入信号生成前置补偿函数，其中该前置补偿函数被配置为单独对该RF输入信号的相位进行前置补偿；以及
将所述RF输入信号与所述前置补偿函数组合，以改善所述RF功率放大器的邻道功率和误差向量值性能中的至少之一。
37、如权利要求36所述的方法，其中，所述RF输入信号是具有相位调制和低峰均比的类型。
38、如权利要求36所述的方法，其中，所述RF输入信号是EDGE和GSM信号中的至少之一。
39、如权利要求36所述的方法，其进一步包括分流所述RF输入信号。
40、如权利要求38所述的方法，其进一步包括确定所述RF输入信号的幅值。
41、如权利要求38所述的方法，其进一步包括生成所述RF输入信号的平方幅值。
42、如权利要求38所述的方法，其进一步包括确定所述RF输入信号的功率。
43、如权利要求38所述的方法，其进一步包括对所述RF输入信号的分流部分进行延迟。
44、如权利要求36所述的方法，其中，所述前置补偿函数为I/Q前置补偿函数。
45、如权利要求36所述的方法，其中，所述前置补偿函数为幅值/相位前置补偿函数。
46、如权利要求36所述的方法，其中，所述前置补偿函数为相位前置补偿函数。
47、如权利要求36所述的方法，其进一步包括在一工作条件的范围下对所述RF功率放大器和所述多项式生成器进行特性化，并且基于当前工作条件对所述多项式生成器进行预测性调节。
48、如权利要求36所述的方法，其进一步包括耦合所述RF功率放大器输出的一部分，测量邻道功率，以及响应于此修正所述前置补偿函数的生成。
49、如权利要求47所述的方法，其进一步包括对所述RF放大器输出进行下变换和检测，以测量邻道功率，并修正所述前置补偿函数的生成。
50、根据权利要求36所述的方法，其中，所述前置补偿函数为同相/正交相位移前置补偿函数。
51、一种被配置与RF功率放大器一起使用的多项式前置补偿器，所述多项式前置补偿器包括：
多项式生成器，被配置用于接收RF输入信号，并基于所述RF输入信号生成前置补偿函数，其中所述RF输入信号是具有相位调制和低峰均比的类型，并且其中该前置补偿函数被配置为单独对该RF输入信号的相位进行前置补偿；以及
组合器电路，耦合到所述多项式生成器，并且配置为将所述RF输入信号与所述前置补偿函数组合，以形成前置补偿的输入信号；
所述前置补偿的输入信号用以改善所述RF功率放大器的误差向量值性能。
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