DE69718304T2 - Adaptive verzerrungskompensationsschaltung für verstärker - Google Patents

Adaptive verzerrungskompensationsschaltung für verstärker Download PDF

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Description

  • Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft im allgemeinen Kommunikationssysteme und insbesondere adaptive Mechanismen zur Kompensation von Verstärkungsverzerrung, die die Amplitudenund Phasenverzerrung eines Mikrowellen- und Hochfrequenz-Leistungsverstärkers wirksam reduzieren, indem ein Vorverzerrungssignal zugeführt wird, das von entsprechenden unterschiedlichen Arbeitsfunktionssignalen abgeleitet ist, d. h. Signale, die von der Eingangseinhüllenden des Eingangssignals des HF-Verstärkers abgeleitet sind.
  • Hintergrund der Erfindung
  • FR-A-2 540 309 offenbart ein Verfahren zur Korrektur der Verzerrung in einem Hochfrequenz-Leistungsverstärker, in dem ein an dem Hochfrequenz-Leistungsverstärker anliegendes Eingangssignal überwacht wird, ein von dem Leistungsverstärker abgeleitetes Ausgangssignal überwacht wird, ein in dem Ausgangssignal enthaltener Fehler gemessen wird, verschiedene Signalfunktionen des Eingangssignals erzeugt werden, die unterschiedlichen Signalfunktionen gemäß des Fehlers justiert werden, und das Eingangssignal in Abhängigkeit von einer Kombination der verschiedenen Signalfunktionen verändert wird.
  • Der Bedarf an erhöhter Kapazität, der mit der Entwicklung des drahtlosen Kommunikationsmarktes einhergeht, verstärkt die Bewegung weg von analogen Modulationstechniken, beispielsweise Frequenzmodulation (FM), hin zu digitalen Modulationsformaten, beispielsweise Zeitmultiplexzugriffsverfahren (Time Division Multiple Access, TDMA) und Codemultiplexzugriffsverfahren (Code Division Multiple Access, CDMA). Da für TDMA- und CDMA-Modulation eine höhere Linearität erforderlich ist, als diejenige, die ein unkorrigierter hocheffizienter (Klasse AB) HF-Leistungsverstärker bieten kann, ist es notwendig, eine Art Mechanismus zur Korrektur der Verstärkungsverzerrung in den Signalfluß durch den Verstärker einzugliedern. Zusätzlich gibt es einen Bedarf an Verstärkern, die eine Vielzahl von Schmalbandsignalen gleichzeitig bearbeiten, wodurch sich zusätzlich der Bedarf an Linearität erhöht.
  • Die von dem Verstärker eingeführte Verzerrung verursacht eine Abweichung der Phase und der Amplitude des Ausgangssignals gegenüber der entsprechenden Phasenamplitude des Eingangssignals und kann als eine (unerwünschte) verstärkungsbedingte zufällige Modulation des Eingangssignals aufgefaßt werden. Die Betrachtung und Analyse dieses Verhaltens eines HF-Leistungsverstärkers, das Verzerrung erzeugt, durch die Erfinder hat zu dem Schluß geführt, daß die Verzerrung vor allem durch die Hüllkurve (Momentanamplitude) des Eingangssignals hervorgerufen wird. Wenn sich beispielsweise die Amplitude des Eingangssignals verändert, folgt die Form des Ausgangssignals des Verstärkers nicht genau dem Eingangssignal. Ferner zeigt sich, daß die Phasenverzerrung durch den Verstärker um so größer wird, je höher der Verstärker (bezüglich der Signalspitze) ausgesteuert wird.
  • Abriß der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren zur Korrektur von Verzerrungen in einem HFoder RF-Leistungsverstärker gemäß Anspruch 1 sowie eine Anordnung zur Signalverarbeitung nach Anspruch 6 zur Verfügung.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Abhängigkeit des verzerrungseinführenden Verhaltens eines HF-Leistungsverstärkers von der Hüllkurve dazu verwendet, ein Vorverzerrungssignal abzuleiten, das an eine Eingangssignal-Vorverzerrungseinheit gegeben wird, die in dem Weg des Eingangssignals zu dem Verstärker angeordnet ist. Die Vorverzerrungseinheit kann ein Paar Verstärkungs- und Phasen-Justierschaltkreise umfassen, beispielsweise einen schnellen veränderlichen Verstärker sowie einen entsprechenden schnellen Phasenschieber, welche in Kaskade vor den Eingang des HF-Verstärkers in den Signalweg geschaltet sind. Wie im folgenden beschrieben wird, vorverzerren diese Verstärkungs- und Phasenjustierschaltkreise wirksam die Phasen- und Amplitudenkomponenten des Eingangssignals des HF-Verstärkers in Abhängigkeit von Vorverzerrungssteuersignalen, welche von den entsprechenden unterschiedlichen Arbeitsfunktionen der Momentanamplitude des Eingangssignals des HF-Leistungsverstärkers abgeleitet werden.
  • Jedes Arbeitsfunktionssignal wird in einer Gewichtungskoeffizienten-Multipiziereinheit jeweils mit entsprechenden Gewichtungskoeffizienten steuerbar gewichtet, welchen Amplituden- und Phasenkompenenten zugeordnet sind und die von einem Gewichtungskoeffizien tenerzeuger in Abhängigkeit von einer an dem Verstärkerausgangssignal durchgeführten Fehlermessung erzeugt werden. Die Fehlermessung kann im Zeitbereich ausgeführt werden, z. B. mittels eines kohärenten Empfängers, der die Eingangs- und Ausgangssignale des Verstärkers vergleicht, um entsprechende Amplituden- und Phasenfehlersignale abzuleiten.
  • Die Fehlermessung kann alternativ von einer spektralen Meßeinheit im Frequenzbereich durchgeführt werden, welche das Vorliegen von Energie in einem vorgegebenen Abschnitt des Frequenzspektrums des Verstärkerausgangssignals betrachtet, um zu ermitteln, ob das Frequenzspektrum des Ausgangssignals von dem Frequenzspektrum des Eingangssignals abweicht. Im Gegensatz zu dem gewünschten Signal gibt der Energiebetrag in einem Bandpaßfilter, welches bei der spektralen Messung verwendet wird, die spektrale Verzerrung an, und ist daher für den Fehler repräsentativ. Die Fehlermessung wird daraufhin an den Gewichtungskoeffizientenerzeuger gekoppelt, der die Gewichtungskoeffizienten in einer solchen Weise justiert, daß der gemessene Fehler minimiert wird.
  • Kurzbeschreibung der Zeichnungen
  • 1 zeigt ein Diagramm einer HF-Leistungsverstärker-Schaltkreisanordnung, die einen adaptiven Verzerrungskorrektur-Mechanismus einer ersten Ausführung der vorliegenden Erfindung integriert;
  • 2 zeigt ein Diagramm mit Beispielen des Typs von Momentan-amplituden-basierten Arbeitsfunktionen, die von der Arbeitsfunktions-Erzeugereinheit 130 von 1 erzeugt werden können;
  • 3 zeigt ein Diagramm der Gewichtungskoeffizienten-Multiplizierereinheit 135 von 1;
  • 4 zeigt schematisch eine Implementierung eines kohärenten Empfängers, der die Funktionen des Signalvergleichers 180 von 1 ausführt;
  • 5 zeigt ein Diagramm einer HF-Leistungsverstärker-Schaltkreisanordnung, die einen adaptiven Verzerrungskorrektur-Mechanismus gemäß einer zweiten Ausführung der vorliegenden Erfindung integriert; und
  • 6 zeigt eine detaillierte Darstellung der spektralen Meßeinheit 280 von 5.
  • Detaillierte Beschreibung
  • Bevor der adaptive Verstärkerentzerrungs-Kompensationsmechanismus gemäß der vorliegenden Erfindung detailliert beschrieben wird, sollte beachtet werden, daß die vorliegende Erfindung vornehmlich darin liegt, festzustellen, woraus im wesentlichen eine vorbeschriebene Anordnung von üblichen HF-Verstärkerschaltkreiskomponenten zusammen mit den zugehörigen Signalverarbeitungskomponenten (die Funktionserzeugerschaltkreise) und entsprechenden hierzu gehörigen Überwachungssteuerschaltkreise besteht, welche den Betrieb solcher zugehörigen Signalverarbeitungskomponenten steuern. Daher wurde die Konfiguration solcher Schaltkreise und Komponenten sowie die Weise, in der diese Schnittstellen mit anderen Kommunikationsausrüstungen bilden, in den Zeichnungen meistenteils mit einfach nachzuvollziehenden Blockdiagrammen dargestellt, welche nur die speziellen Details zeigen, die für die vorliegende Erfindung wesentlich sind, um diese Beschreibung angemessen verwenden zu können und die Klarheit der Offenbarung nicht durch für den Fachmann leicht ersichtliche Details zu verschlechtern. Daher sollen die Blockdiagrammdarstellungen vornehmlich die hauptsächlichen Komponenten der Vorverzerrungskompensationsanordnung in einer geeigneten funktionellen Gruppierung zeigen, wodurch die vorliegende Erfindung leichter verständlich wird.
  • Gemäß 1 ist ein nicht beschränkendes Beispiel einer HF-Leistungsverstärker-Schaltkreisanordnung als Diagramm dargestellt, die einen Eingangsleistungsteiler 101 umfaßt, der ein Eingangssignal Sin(t), das an einen Eingangsanschluß 103 angelegt ist, in zwei Signalwege 105 und 107 aufteilt oder auftrennt. Der erste oder Haupt-Signalpfad 105 durch den HF-Verstärker 116 fügt dem Eingangssignal Sin(t) eine Zusatzverzögerung von τ Sekunden hinzu. Der erste Signalweg 105 umfaßt einen weiteren Leistungsteiler 108, der einen ersten Ausgang 121 hat, welcher mit einem Eingang 131 einer Arbeitsfunktions-Erzeugereinheit 130 verbunden ist. Ein zweiter Ausgang 122 des Leistungsteilers 108 ist mit einem Eingang 111 einer Eingangssignal-Vorverzerrungseinheit 110 verbunden. Der Ausgang 112 der Eingangssignal-Vorverzerrungseinheit 110 ist mit dem Eingang 114 eines HF-Leistungsverstärkers 116 verbunden. Der Ausgang 118 des HF-Leistungsverstärkers 116, von dem ein Ausgangssignal Sout(t) abgeleitet wird, ist über eine gerichtete Kopplung 122 mit einem HF-Ausgangsanschluß 124 verbunden. Die gerichtete Kopplung 122 stellt einem ersten Eingang 181 ein noch zu beschreibenden Signalvergleichers 180 einen Teil des Ausgangssignals zur Verfügung.
  • In einer nicht beschränkenden Ausführung kann die Eingangssignal-Vorverzerrungseinheit 110 ein Paar Verstärkungs- und Phasenjustierschaltkreise umfassen, beispielsweise ein schnelles variables Dämpfungsglied und einen schnellen Phasenverschieber, die mit dem Signalweg 105 zu dem Eingang des HF-Verstärkers in Kaskade verbunden sind. Wie im weiteren beschrieben wird, führen diese Verstärkungs- und Phasenjustierschaltkreise eine wirksame Vorverzerrung der Phasen- und Amplitudenkomponenten des Eingangssignals Sin(t) für den HF-Verstärker 116 in Abhängigkeit von Vorverzerrungssteuersignalen aus, welche von entsprechenden verschiedenen Arbeitsfunktionen der Momentanamplitude des Eingangssignals des HF-Leistungsverstärkers abgeleitet werden. Diese Arbeitsfunktionssignale werden adaptiv justiert (von der Prozessorsteuerung der Gewichtungskoeffizienten WCi), um den von dem Signalvergleicher 180 gemessenen Fehler zu minimieren, wobei der Fehler für die Verzerrung repräsentativ ist, welche von dem HF-Verstärker eingebracht wurde.
  • Die Arbeitsfunktions-Erzeugereinheit 130 erzeugt eine Vielzahl von jeweils verschiedenen die Arbeitsfunktion darstellenden Signalen WF1(t), WF2(t), ..., WFn(t), wobei jedes dieser Signale eine Funktion der Momentanamplitude des Eingangssignals Sin(t) ist, das von dem HF-Leistungsverstärker 116 verstärkt wird. Wie bereits bemerkt, haben die Erfinder aufgrund von Beobachtungen und Analyse der durch einen HF-Leistungsverstärker eingeführten Signalverzerrung geschlossen, daß die Verzerrung vornehmlich von der Momentanamplitude (Hüllkurve) des Eingangssignals Sin(t) abhängt. Da die Momentanamplitude des Eingangssignals veränderlich ist, weicht die Form des Verstärkerausgangssignals von dem Eingangssignal ab. Ebenfalls zeigt sich, daß die Phasenverzögerung des Verstärkers um so größer ist, je stärker der Verstärker ausgesteuert wird.
  • In dem Schaltkreisdiagramm von 2 sind nicht beschränkende Beispiele der Typen von Momentanamplituden-basierten Arbeitsfunktionen, die von der Arbeitsfunktions-Erzeugereinheit erzeugt werden können, schematisch dargestellt, und sie umfassen ein erstes Arbeitsfunktionssignal WF1(t), das von einem Hüllkurvendetektor 132 abgeleitet ist, wobei der Eingang 131 an diesen gekoppelt ist. Der Ausgang des Hüllkurvendetektors 132 ist direkt proportional zu der Hüllkurve oder der Momentanamplitude A(t) des Eingangssignals Sin(t).
  • Ein zweites Arbeitsfunktionssignal WF2(t), das proportional zu der Ableitung der Momentanamplitude A(t) des Eingangssignals Sin(t) ist, wird durch einen Differentierschaltkreis 133 abgeleitet, der mit dem Hüllkurvendetektor verbunden ist, um dessen Ausgabe A(t) zu empfangen. Ein drittes Arbeitsfunktionssignal WF3(t), das direkt proportional zu dem Quadrat der Momentanamplitude A2(t) des Eingangssignals Sin(t) ist, wird von einem Quadrierungsschaltkreis 134 abgeleitet, der ebenfalls mit dem Hüllkurvendetektor 132 verbunden ist, um dessen Ausgabe A(t) zu empfangen.
  • Es sollte beachtet werden, daß ein entsprechendes Arbeitsfunktionssignal WFi(t), das von der Funktionserzeugereinheit 130 erzeugt wird, nicht auf die oben beschriebenen und in 2 gezeigten drei Signaltypen beschränkt ist, noch muß der Arbeitsfunktionserzeuger notwendigerweise solche Signale umfassen, um die adaptive Verzerrungskompensation gemäß der vorliegenden Erfindung bereitzustellen. Auch andere Signaltypen können verwendet werden, beispielsweise ein Signal A''(t), das proportional zu der Ableitung der Ableitung (doppelte Ableitung) der Momentanamplitude A(t) des Eingangssignals Sin(t) ist, ein Signal A3(t), das proportional zu der dritten Potenz der Momentanamplitude A(t) des Eingangssignals Sin(t) ist, oder ein Signal (K-A(t)), das proportional zu einer Konstante K minus der Momentanamplitude A(t) des Eingangssignals Sin(t) ist, um weitere Beispiele zu nennen, die nicht beschränkend sind.
  • Wie im weiteren in 1 gezeigt ist, wird jedes Arbeitsfunktionssignal WFi(t) steuerbar in einer Gewichtungskoeffizienten-Multipliziereinheit 135 gewichtet oder skaliert, bevor diese kombiniert werden, um entsprechende Amplituden- und Phasenvorverzerrungs-Steuersignale zu bilden, die an die Verstärkungs- und Phasenjustierschaltkreise innerhalb der Vorverzerrungseinheit 110 angelegt werden, wobei die Gewichtungskoeffizienten-Multipliziereinheit 135 jedes Arbeitsfunktionssignal mit entsprechenden Amplituden und Phasen multipliziert, die zu den Gewichtungskoeffizienten WCAi und WCϕi gehören, welche von einem Gewichungskoeffizientenerzeuger 140 in Abhängigkeit von Fehlermeßausgaben erzeugt werden, welche von einem fehlermessenden Signalvergleicher 180 stammen. Die entsprechenden Produkte (der zu den Amplituden und Phasen gehörigen Gewichtungskoeffizienten multipliziert mit den Arbeitsfunktionssignalen) werden zu entsprechenden Amplituden- und Phasenvorverzerrungs-Steuersignalen summiert. Diese Amplituden- und Phasenvorverzerrungs-Steuersignale werden über Leitungen 113A und 113ϕ an die Vorverzerrungseinheit 110 ange legt, um die Amplitude und Phase des Eingangssignals Sin(t) in einer Weise steuerbar zu modulieren, die in das Eingangssignal ein Komplement zu dem Verzerrungseffekt des HF-Verstärkers 116 einfügt.
  • Der Signalverarbeitungsmechanismus, über den Arbeitsfunktionssignale steuerbar gewichtet und kombiniert werden, um das Eingangssignal vorzuverzerren, ist analog zu Techniken der Transversalfilterstrukturen von adaptiven Entzerrern, um die in einen Signalausbreitungsweg eingefügte Verzerrung zu reduzieren oder aufzuheben. In der vorliegenden Erfindung wird jedoch jedes Arbeitsfunktionssignal WFi(t) als jeweils unterschiedliche Funktion F(A(t)) der momentanen Amplitude/Einhüllenden A(t) des Eingangssignals Sin(t) erzeugt, wie oben beschrieben, anstatt von aufeinanderfolgenden Abtastpunkten einer Verzögerungskette abgeleitet zu werden.
  • Insbesondere werden, wie in 3 gezeigt, die jeweils unterschiedlichen, die Arbeitsfunktion darstellenden Signale WF1(t), WF2(t), ..., WFn(t), die von der Arbeitsfunktions-Erzeugereinheit 130 erzeugt werden, an erste Eingänge der jeweiligen Paare der Inphasenund Quadratur-Gewichtungskoeffizienten-Multiplizierer 150-1I/150-1Q, 150-2I/150-2Q, ..., 150-nI/150-nQ angelegt. Jeder Inphase-Gewichtungskoeffizienten-Multiplizierer 150-iI besitzt einen zweiten Eingang, der mit dem Gewichtungskoeffizienten-Erzeuger 140 verbunden ist, um einen entsprechenden Amplitudengewichtungskoeffizienten WCA ; zu empfangen; jeder Quadratur-Phasengewichtungskoeffizienten-Multiplizierer 150-iQ besitzt einen zweiten Eingang, der mit dem Gewichtungskoeffizienten-Erzeuger 140 verbunden ist, um einen entsprechenden Phasengewichtungskoeffizienten WCϕi von diesem zu empfangen. Die Eingänge des Multiplizierers 150 sind deshalb komplexe, skalierte oder gewichtete Versionen der entsprechenden Signale WF1(t), WF2(t), ..., WFn(t), die die Arbeitsfunktion darstellen.
  • Zusätzlich zu den Multiplikationsoperationen, die von den Gewichtungskoeffizienten-Multiplizierer 150 durchgeführt werden, summiert die Gewichtungskoeffizienten-Multiplizierereinheit 35 die entsprechenden zugehörigen Inphase (I)- oder Amplituden (A)-Signalprodukte und die zu der Quadratur-Phase (Q) oder zu der Phase (ϕ) gehörigen Signalproduktausgaben, wie es anhand der ΣI-Summiereinheit 155 und ΣQ-Summiereinheit 157 dargestellt ist. Das zusammengesetzte, von Summiereinheit 155 erzeugte Signal wird über eine Leitung 113A an den Verstärkungsjustierschaltkreis innerhalb der Vorverzerrungseinheit 110 gekoppelt, um die Zuführung einer Vorverzerrungs-Amplitudensignalkomponente in das Eingangssignal Sin(t) zu steuern. In gleicher Weise wird das zusammengesetzte (summierte) Phasensignal, das von der Summiereinheit 157 erzeugt wird, über die Leitung 113ϕ an den Phasenjustierschaltkreis innerhalb der Vorverzerrungseinheit 110 gekoppelt, um die Zuführung einer Vorverzerrungs-Phasensignalkomponente in das Eingangssignal Sin(t) zu steuern.
  • Der Gewichtungskoeffizientenerzeuger 140 kann einen digitalen Signalprozessor umfassen sowie zugehörige Analog/Digitalwandlerschaltkreise (ADC, Analog-Digitalwandler), die eine Schnittstelle zwischen den Eingabeanschlüssen des Prozessors zu dem Signalvergleicher 180 zur Verfügung stellen, und Digital/Analogwandlerschaltkreise (DACs, Digital-Analogwandler), die eine Schnittstelle des Prozessors mit den entsprechenden Gewichtungskoeffizientenmultiplizierer 150 innerhalb der Gewichtungskoeffizienten-Multiplizierereinheit von 3 bilden, wie oben beschrieben. Der von dem Gewichtungskoeffizientenerzeuger 140 verwendete Prozessor ist so programmiert, daß er einen konventionellen Fehlerminimierungsalgorithmus durchführt, der die Beträge und Polaritäten der entsprechenden rekursiv justierbaren Gewichtungskoeffizienten WC1 , WC2 , ..., WCn abändert oder iterativ aktualisiert, um die Amplituden- und Phasendifferenzsignale δA(t) und δϕ(t) zu minimieren, die von dem Signalvergleicher 180 zur Verfügung gestellt werden. Zu diesem Zweck können nicht beschränkende Beispiele von Fehlerminimierungsalgorithmen ausgeführt werden, die einen Algorithmus der geringsten Fehlerquadrate (LMS, Least Mean Squares), einen Algorithmus des stärksten Abfalls (dem Gradienten folgend), einen Störungskorrelationsalgorithmus und verschiedene (zufällige) numerische Suchmethoden und dergleichen sowie deren Äquivalente umfassen.
  • In der vorliegenden Ausführung wird das Messen des Fehlers innerhalb des Verstärkerausgangssignals Sout(t) von einem Signalvergleicher 180 durchgeführt, der eine im Zeitbereich arbeitende Einrichtung ist. Ein Beispiel einer solchen im Zeitbereich arbeitenden Einrichtung ist ein kohärenter Empfänger, wobei eine nicht beschränkende Ausführungsform in 4 schematisch gezeigt ist und im weiteren beschrieben wird. Der kohärente Empfänger führt eine Basisbandverarbeitung des verzögerten Signals Sin(t) und des Ausgangssignals Sout(t) durch und erzeugt Amplituden- und Phasendifferenzsignalwerte δA(t) und δϕ(t), die die Differenzen der entsprechenden Amplituden- und Phasenkomponenten der an den Eingängen 181 und 182 anliegenden Signale darstellen. Diese Amplituden- und Phasendifferenzsignalwerte δA(t) und δϕ(t) sind über entsprechende Ausgabeleitungen 183 und 184 mit dem Gewichtungskoeffizientenerzeuger 140 verbunden.
  • Insbesondere ist der Signaleingang (182), an den das Eingangssignal Sin(t) über die Verzögerungsleitung 119 von dem Leistungsteiler 101 angelegt wird, mit einem Eingang 201 eines Leistungsteilers 200 verbunden, wie in 4 gezeigt ist, wobei ein erster Ausgang 202 des Leistungsteilers 200 über eine Leitung 204 mit einem ersten Eingang 211 eines Vektorkombinierers 210 verbunden ist. Ein zweiter Eingang 212 des Vektorkombinierers 210 ist mit dem Eingang 181 des gerichteten Kopplers 122 verbunden und empfängt von diesem das Verstärkungsausgangssignal inklusive jeden Fehlers, der in das gewünschte Signal eingebracht ist. Da die Signalkomponente des Eingangs 181 des Vektorkombinierers 210 Idealerweise die gleiche Amplitude aufweist, aber um 180° gegenüber dem Signal am Eingang 182 in der Phase verschoben ist, sollte der Ausgang 213 des Vektorkombinierers 210 nur einen Fehlerterm enthalten.
  • Der Ausgang 213 des Vektorkombinierers ist über einen Verstärkungsschaltkreis 215 mit dem Eingang 221 eines Leistungsteilers 220 verbunden. Der Leistungsteiler 220 hat einen ersten Ausgang 222, der mit einem ersten Anschluß 231 eines Mischers 230 verbunden ist. Ein zweiter Ausgang 232 des Leistungsteilers 220 ist mit einem ersten Anschluß 241 eines Mischers 240 verbunden. Ein zweiter Eingang 232 des Mischers 230 wird von einem ersten Ausgang 252 eines Quadratur-Leistungsteilers 250 abgeleitet, welcher einen zweiter Ausgang 253 hat, der gegenüber dem ersten Eingang 252 um 90° phasenverschoben ist und mit einem zweiten Eingang 242 des Mischers 240 verbunden ist. Der Quadratur-Leistungsteiler 250 kann einen Quadraturhybrid- oder einen Leistungsteiler umfassen, der mit einer 90°-Phasenverschiebung/Verzögerungsleitung gekoppelt ist, oder Äquivalente hiervon. Ein Eingang 251 des Quadraturleistungsteilers 250 ist über ein Dämpfungsglied 261 und ein Verzögerungsglied 263 mit dem Ausgang des Verstärkers 265 verbunden, dessen Eingang mit dem zweiten Ausgang des Leistungsteilers 200 verbunden ist. Die jeweiligen Ausgänge 233 und 243 der Mischer 230 und 240 werden über Integratorschaltkreise 271 und 272 sowie über Pufferschaltkreise 281 und 282 mit den Ausgangsleitungen 183 und 184 verbunden.
  • Da die zwei Eingänge 231 und 232 des Mischers 230 tatsächlich Inphase-Signalkomponenten sind, erzeugt die Multiplikation dieser beiden Komponenten in dem Mischer 230 deren Aus gangsprodukt (das ungestörte Signal multipliziert mit dem Teil der Fehlerkomponente, die in Phase mit dem Referenzsignal S(t) ist), und stellt den Betrag des Amplitudenfehlers dar. Im Gegensatz hierzu erzeugt die Multiplikation dieser zwei Komponenten in dem Mischer 240 deren Ausgangsprodukt, da diese zwei Eingänge des Mischers um 90° gegeneinander phasenverschoben sind (eine um 90° verzögerte Version des ungestörten Signals mal dem Teil der Fehlerkomponente, die nicht Inphase mit dem Referenzsignal S(t) ist, d. h. eine Phasenfehlerkomponente), wobei das Ausgangsprodukt daher den Betrag des Phasenfehlers darstellt.
  • In einer alternativen Ausführung der Erfindung, die als Diagramm in 5 und 6 gezeigt ist, wird das Messen des Fehlers in dem Verstärkerausgangssignal Sout(t) von einer im Frequenzbereich arbeitenden Einrichtung durchgeführt. In der Diagrammdarstellung, die in 5 gezeigt ist, wird das Fehlermessen von einer spektralen Meßeinheit 280 durchgeführt, welche in 6 detailliert gezeigt ist und im weiteren beschrieben wird, und das Vorhandensein von Energie in einem vorgegebenen Abschnitt des Frequenzspektrums eines Verstärkerausgangssignals betrachtet, um zu ermitteln, ob das Frequenzspektrum des Signals von dem Frequenzspektrum des Eingangssignals abweicht. Der Energiebetrag in einem Tiefpaß (Basisband)-Filter innerhalb des spektralen Messungsmechanismus entspricht eher der spektralen Verzerrung bei der Offsetfrequenz und weniger dem gewünschten Signal. Diese Messung von unerwünschter Energie ist über die Leitung 285 mit dem Gewichtungskoeffizientenerzeuger 140 verbunden. In Abhängigkeit von diesem Energiewert werden die von dem Gewichtungskoeffizientenerzeuger 140 erzeugten und der Gewichtungskoeffizienten-Multiplizierereinheit 135 zugeführten Gewichtungskoeffizienten justiert, um die nachwachsende Spektralkomponente in dem Ausgang des HF-Verstärkers 116 zu minimieren.
  • Wie in 6 gezeigt, umfaßt eine spektrale Meßeinheit 280 einen Verstärkungsregel-Verstärkerschaltkreis 300, der mit dem gerichteten Koppler 122 an dem Ausgang des HF-Verstärkers verbunden ist. Der Ausgang des Verstärkungsregelverstärkers 300 ist mit einem Schaltkreis zur automatischen Verstärkungsregelung 302 (Automatic Gain Control, AGC) verbunden, der die Verstärkung des Verstärkers 300 aufrechterhält, um zu verhindern, daß zu verarbeitende Signalspitzen einen nachgeschalteten Quadrierungsschaltkreis 320 in die Sättigung bringen. Der Ausgang des Schaltkreises zur automatischen Verstärkungsregelung (AGC) 302 ist über ein Dämpfungsglied 314 verbunden, der das Leistungsniveau einstellt, und wird einem Bandpaßfilter 330 zugeführt. Das Durchlaßband des Filters 330 wird so eingestellt, daß Frequenzen in einem unerwünschten nachwachsenden Spektralband (unerwünschte Signalenergie) durchgelassen werden. Die von dem Bandpaßfilter 330 durchgelassene Energie wird mit einem Spitzendetektorschaltkreis 340 verbunden, dessen Ausgang 342 mit dem Gewichtungskoeffizientenerzeuger 140 verbunden ist. Dieser Spitzenwert (der die unerwünschte Energie in dem HF-Verstärkerausgangssignal darstellt) wird über eine Leitung 285 an den Gewichtungskoeffizientenerzeuger 140 geleitet. Da die von dem Bandpaßfilter durchgelassene Energie mit dem unerwünschten Signal verbunden ist, ist dieses repräsentativ für den Fehler in der Verstärkerausgabe. Der Gewichtungskoeffizientenerzeuger 140 führt einen Fehlerminimierungsalgorithmus durch, beispielsweise einen der oben genannten Fehlerminimierungsalgorithmen, um die der Gewichtungskoeffizienten-Mulipliziereinheit 135 zugeführten Gewichtungskoeffizienten zu justieren, um die nachwachsende Spektralkomponente zu minimieren und dadurch den Fehler in der Ausgabe des HF-Verstärkers zu minimieren.
  • Wie anhand der vorangegangenen Beschreibung zu erkennen ist, ist es dem adaptiven Eingangssignal-Vorverzerrungsmechanismus gemäß der Erfindung durch die Überwachung sowohl der Hüllkurven-Abhängigkeit des verzerrungseinbringenden Verhaltens des Verstärkers als auch der Verstärkerausgabe möglich, auf Arbeitsfunktionen basierende Vorverzerrungssignale zu erzeugen und diese iterativ zu justieren, wodurch die Phasen- und Amplitudenkomponenten des Eingangssignals des HF-Verstärkers steuerbar verzerrt werden, so daß der Fehler in dem Verstärkungsausgang minimiert wird und dadurch das inhärente Verzerrungsverhalten des Verstärkers kompensiert wird.
  • Während verschiedene Ausführungen gemäß der vorliegenden Erfindung gezeigt und beschrieben wurden, ist es verständlich, daß die Erfindung nicht darauf begrenzt ist, sondern zahlreiche Veränderungen und Modifikationen durchführbar sind, welche dem Fachmann bekannt sind, und daher soll die Erfindung nicht auf die hierin gezeigten und beschriebenen Details beschränkt sein, sondern soll alle solche Änderungen und Modifikationen umfassen, die für diejenigen naheliegend sind, die auf diesem Gebiet durchschnittlich bewandert sind.

Claims (20)

  1. Verfahren zur Korrektur von Verzerrungen in einem HF-Leistungsverstärker, das folgende Schritte umfaßt: (a) Überwachen eines Eingangssignals (Sin), das dem HF-Leistungsverstärker zugeführt wird; (b) Überwachen eines Ausgangssignals (Sout), das von dem HF-Leistungsverstärker stammt; (c) Messen des in dem Ausgangssignal (Sout) enthaltenen Fehlers; (d) Erzeugen einer Mehrzahl von jeweils verschiedenen Signalfunktionen (WF) des in Verfahrensschritt (a) überwachten Eingangssignals (Sin); (e) steuerbares Justieren der Mehrzahl der jeweils verschiedenen Signalfunktionen (WF), die entsprechend dem gemessenen Fehler in dem Ausgangssignal (Sout) in Verfahrensschritt (d) erzeugt wurden; und (f) Modifizieren des Eingangssignals (Sin) entsprechend einer Kombination der Mehrzahl der jeweils verschiedenen Signalfunktionen (WF), die in Verfahrensschritt (d) erzeugt wurden und nach Verfahrensschritt (e) steuerbar justierbar sind, wobei Verfahrensschritt (a) das Überwachen der Momentanamplitude (A) des Eingangssignals (Sin) umfaßt und Verfahrensschritt (d) die Erzeugung einer Mehrzahl von jeweils unterschiedlichen Signalfunktionen (WF) der Momentanamplitude des Eingangssignals (Sin) umfaßt; und wobei Verfahrensschritt (c) den Vergleich des Eingangssignals (Sin) mit dem Ausgangssignal (Sout) umfaßt, um ein Maß des in dem Ausgangssignal (Sout) enthaltenen Fehlers abzuleiten, und Verfahrensschritt (e) die Erzeugung einer Mehrzahl von Gewichten (WC) entsprechend eines fehlerverringernden Fehlerminimierungsverfahrens und die Justierung der Mehrzahl der jeweils unterschiedlichen Signalfunktionen (WF), die im Verfahrensschritt (d) entsprechend der Gewichtungen (WC) erzeugt wurden, umfaßt.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei Schritt (c) das Anlegen des Eingangssignals (Sin) und des Ausgangssignals (Sout) an einen kohärenten Empfänger umfaßt, um ein Maß des in dem Ausgangssignal (Sout) enthaltenen Fehlers abzuleiten, und Verfahrens schritt (e) die Verarbeitung des Ausgangs des kohärenten Empfängers mittels eines Verfahrens zur Fehlerminimierung umfaßt, um die Mehrzahl von Gewichtungen (WC) zu erzeugen.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei Verfahrensschritt (c) die Verarbeitung des Eingangssignals (Sin) und des Ausgangssignals (Sout) im Zeitbereich umfaßt, um ein Maß des in dem Ausgangssignal (Sout) enthaltenen Fehlers zu erhalten, und Verfahrensschritt (e) die Verarbeitung des Fehlermaßes entsprechend einem Fehlerminimierungsverfahren umfaßt, um die Mehrzahl von Gewichtungen (WC) zu erzeugen.
  4. Verfahren nach Anspruchs 1, wobei Verfahrensschritt (c) die Messung von Energie in einem vorbenannten spektralen Anteil des von dem HF-Verstärkers erzeugten Ausgangssignals (Sout) umfaßt, um ein Maß des in dem Ausgangssignal (Sout) des HF-Verstärkers enthaltenen Fehlers im Frequenzbereich abzuleiten.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei Verfahrensschritt (c) die Verbindung mit dem Ausgang des Verstärkers über ein Bandpaßfilter (330) umfaßt, das einen Durchlaßbereich ausschließlich eines gewünschten Frequenzanteil des Ausgangssignals (Sout) hat, und der Bandpaßfilter ein Maß der in dem Durchlaßband enthaltenen Energie bereitstellen kann, das den Fehler in dem durch den HF-Verstärker erzeugten Ausgangssignals angibt.
  6. Anordnung zur Signalverarbeitung zur Verringerung von Verzerrungsanteilen, die in ein von einem HF-Verstärker erzeugten Ausgangssignal eingefügt sind, dem dadurch ein zu verstärkendes Eingangssignal (Sin) zugeführt wird, mit folgenden Merkmalen: eine Einheit zur Messung des Fehlers (180), die den Fehler des Ausgangssignals (Sout) messen kann, der durch den HF-Verstärker erzeugt wurde; ein Arbeitsfunktion-Signalerzeuger (130), der eine Mehrzahl von jeweils unterschiedlichen Arbeitsfunktionssignalen erzeugen kann, die auf das Eingangssignal (Sin) des HF-Verstärkers bezogen sind; eine Arbeitsfunktion-Signaljustiereinheit (135, 140), die eine Vielzahl von jeweils unterschiedlichen Arbeitsfunktionssignalen steuerbar justieren kann, die durch den Arbeitsfunktion-Signalerzeuger (130) entsprechend dem durch die Fehlermeßeinheit gemessenen Fehler erzeugt werden; und eine Eingangssignal-Vorverzerrungseinheit (110) die das dem HF-Verstärker zugeführte Eingangssignal (Sin) entsprechend der Mehrzahl der jeweils unterschiedlichen Arbeitsfunktionssignalen verändern kann, die durch die Arbeitsfunktion-Signaljustierungseinheit (135, 140) steuerbar justiert sind.
  7. Anordnung zur Signalverarbeitung nach Anspruch 6, wobei der Arbeitsfunktion-Signalerzeuger (130) die Mehrzahl von jeweils unterschiedlichen Arbeitsfunktionssignalen entsprechend der Momentanamplitude (A) des Signaleingangs (Sin) erzeugen kann.
  8. Anordnung zur Signalverarbeitung nach Anspruch 6, wobei die Fehlermeßeinheit (180) das Eingangssignal (Sin) mit dem Ausgangssignal (Sout) vergleichen kann, um ein Maß des Amplituden- und Phasenfehlers des Ausgangssignals (Sout) abzuleiten, und wobei die Arbeitsfunktion-Signaljustiereinheit (135, 140) eine Vielzahl von Gewichten (WC) erzeugen kann, die den von der Fehlermeßeinheit (180) gemessenen Amplituden- und Phasenfehlern entsprechen, und die Mehrzahl der jeweils verschiedenen Arbeitsfunktionssignalen, die durch den Arbeitsfunktion-Signalerzeuger (130) erzeugt wurden, entsprechend der Gewichte (WC) steuerbar justieren kann.
  9. Anordnung zur Signalverarbeitung nach Anspruch 6, wobei die Fehlermeßeinheit (180) das Eingangssignal (Sin) mit dem Ausgangssignal (Sout) vergleichen kann, um ein Maß des in dem Ausgangssignal (Sout) enthaltenen Fehler abzuleiten, und wobei die Arbeitsfunktion-Signaljustiereinheit (135, 140) eine Mehrzahl von Gewichten (WC) entsprechend dem durch die Fehlermeßeinheit (180) gemessenen Fehler erzeugen kann und die Mehrzahl der jeweils unterschiedlichen Arbeitsfunktionssignale, die durch den Arbeitsfunktion-Signalerzeuger (130) entsprechend der Gewichte (WC) erzeugt wurden, steuerbar justieren kann.
  10. Anordnung zur Signalverarbeitung nach Anspruch 9, wobei die Fehlermeßeinheit (180) einen kohärenten Empfänger umfaßt.
  11. Anordnung zur Signalverarbeitung nach Anspruch 6, worin die Eingangssignal-Vorverzerrungseinheit (110) die Amplituden- und Phasenjustierungen an dem Eingangssignal des HF-Verstärkers entsprechend der Mehrzahl von Arbeitsfunktions- Signalen, die durch die Arbeitsfunktions-Signaljustiereinheit (135, 140) steuerbar justiert sind, vornehmen kann.
  12. Anordnung zur Signalverarbeitung nach Anspruch 6, wobei die Fehlermeßeinheit (180) die durch den HF-Verstärker erzeugte Energie in einem vorbestimmten spektralen Anteil des Ausgangssignals (Sout) messen kann, um ein Maß des in dem Ausgangssignal (Sout) des HF-Verstärkers enthaltenen Fehlers im Frequenzbereich abzuleiten.
  13. Vorrichtung zur Signalverarbeitung nach Anspruch 12, wobei die Fehlermeßeinheit (180) ein Bandpaßfilter (330) aufweist, der ein Durchlaßfrequenzband ausschließlich eines gewünschten Frequenzanteils des Ausgangssignals (Sout) hat und der ein Maß der in dem Durchlaßband enthaltenen Energie zur Verfügung stellen kann, das den Fehler des von dem HF-Verstärker erzeugten Ausgangssignals (Sout) angibt.
  14. Vorrichtung zur Signalverarbeitung nach Anspruch 6, wobei die Fehlermeßeinheit (180) das Eingangssignal (Sin) für den HF-Verstärker mit dem dabei erzeugten Ausgangssignal (Sout) vergleichen kann, um ein Maß des Amplituden- und Phasenfehlers des Ausgangssignals (Sout) abzuleiten.
  15. Anordnung zur Signalverarbeitung nach Anspruch 6, wobei die Fehlermeßeinheit (180) das Eingangssignal (Sin) für den HF-Verstärker mit dem von dem HF-Verstärker erzeugten Ausgangssignal (Sout) vergleichen kann, um ein Maß für den in dem Ausgangssignal (Sout) enthaltenen Fehler im Zeitbereich abzuleiten.
  16. Anordnung zur Signalverarbeitung nach Anspruch 6, wobei die Fehlermeßeinheit (180) einen kohärenten Empfänger umfaßt.
  17. Anordnung zur Signalverarbeitung nach Anspruch 6, wobei die Arbeitsfunktion-Signaljustiereinheit (135, 140) eine Mehrzahl von Gewichtungskoeffizienten entsprechend des durch die Fehlermeßeinheit (180) gemessenen Fehlers erzeugen kann und entsprechend der Gewichtungskoeffizienten die durch den Arbeitsfunktion-Signalerzeuger (130) erzeugte Mehrzahl von jeweils unterschiedlichen Arbeitsfunktionssignalen steuerbar justieren kann.
  18. Anordnung zur Signalverarbeitung nach Anspruch 6, wobei Vorverzerrungseinheit für das Eingangssignal (110) Amplituden- und Phasenjustierungen des Eingangssignals (Sin) für den HF-Verstärker entsprechend einer Mehrzahl von Arbeitsfunktionen, die von der Arbeitsfunktions-Signaljustiereinheit (135, 140) steuerbar justiert sind, durchführen kann.
  19. Vorrichtung zur Signalverarbeitung nach Anspruch 14, wobei die Fehlermeßeinheit (180) die Energie in einem vorbestimmten spektralen Anteil des durch den HF-Verstärker erzeugten Ausgangssignals (Sout) messen kann, um ein Maß des in dem Ausgangssignals (Sout) des HF-Verstärkers enthaltenen Fehlers im Frequenzbereich abzuleiten.
  20. Vorrichtung zur Signalverarbeitung nach Anspruch 19, wobei die Fehlermeßeinheit (180) einen Bandpaßfilter (330) aufweist, der ein Durchlaßfrequenzband ausschließlich eines gewünschten Frequenzinhalt des Ausgangssignals hat und ein Maß für die in dem Durchlaßband enthaltene Energie bereitstellen kann, das den Fehler in dem von dem HF-Verstärker erzeugten Ausgangssignal (Sout) angibt.
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