專利名稱：高效線性功率放大器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及提供有數(shù)字前置補(bǔ)償器的高效線性功率放大器和在無線通信發(fā)射機(jī)中使用的多赫爾蒂(Doherty)放大器。
背景技術(shù)：
大家都知道多赫爾蒂放大器是不同工作點(diǎn)的放大器的結(jié)合(W.H.Doherty，“A new high efficiency power amplifier for modulated waves(用于調(diào)制波的新高效功率放大器)，”processing of the IRE，Vol.24，no.9，pp.1163-1182，1936)。圖1中示出了多赫爾蒂放大器的基本配置，四分之一波長(zhǎng)線5和峰值放大器6的串聯(lián)與載波放大器7和四分之一波長(zhǎng)線8的串聯(lián)彼此并聯(lián)。該峰值放大器6在其中設(shè)置了輸入的調(diào)制波信號(hào)的振幅的閾值和為振幅超出該閾值的輸入信號(hào)的“C”類操作所設(shè)置的偏置工作點(diǎn)。該載波放大器7在其中設(shè)置了偏置工作點(diǎn)以一直執(zhí)行“B”類操作。當(dāng)該輸入的調(diào)制波信號(hào)的振幅低于該閾值時(shí)，提供來自該載波放大器7的輸出信號(hào)作為該多赫爾蒂放大器的輸出信號(hào)。當(dāng)該輸入的調(diào)制波信號(hào)的振幅超出該閾值時(shí)，提供來自該載波放大器7和該峰值放大器6的輸出信號(hào)的和作為該多赫爾蒂放大器的輸出信號(hào)。
當(dāng)該輸入信號(hào)的振幅超出該閾值時(shí)，通過注入該峰值放大器6的信號(hào)分量，來自該多赫爾蒂放大器的飽和輸出功率對(duì)應(yīng)于該注入的信號(hào)分量而擴(kuò)大。該飽和輸出功率的擴(kuò)大產(chǎn)生壓縮輸出補(bǔ)償(backoff)的效果，該效果大于與多赫爾蒂放大器具有相同飽和輸出功率的放大器的情況。例如，能夠3-dB(分貝)輸出補(bǔ)償壓縮的多赫爾蒂放大器的1-dB增益壓縮點(diǎn)的x％的效率對(duì)應(yīng)于傳統(tǒng)放大器的0-dB輸出補(bǔ)償。因此，該多赫爾蒂放大器允許高效放大。
現(xiàn)今，移動(dòng)通信系統(tǒng)采用線性調(diào)制方案，并且需要用于移動(dòng)通信的發(fā)送放大器以執(zhí)行線性放大。而且，器件小型化要求降低功率消耗需求的高效放大。在降低移動(dòng)通信發(fā)射機(jī)的功耗方面，實(shí)現(xiàn)高效放大的多赫爾蒂放大器是有效的。
然而，因?yàn)椴煌ぷ鼽c(diǎn)的兩種放大器的并聯(lián)，與傳統(tǒng)“A”類或“AB”類放大器相比，該多赫爾蒂放大器經(jīng)受與輸出補(bǔ)償壓縮量對(duì)應(yīng)的線性的降級(jí)。而且，該多赫爾蒂放大器的峰值放大器僅在高于載波放大器的1-dB增益壓縮點(diǎn)的區(qū)域工作。由于這個(gè)原因，利用該輸出補(bǔ)償方案設(shè)計(jì)的放大器在發(fā)射輸出功率的區(qū)域中實(shí)現(xiàn)預(yù)定線性放大以執(zhí)行高效放大的方面遇到了困難。因此，必須構(gòu)建備有非線性失真補(bǔ)償功能的多赫爾蒂放大器，用于大大抑制該1-dB增益壓縮點(diǎn)附近的非線性失真。
本申請(qǐng)的發(fā)明人已提出了一種將該多赫爾蒂放大器應(yīng)用于主放大器的前饋放大器配置(例如，Japanese Patent Application Kokai Publication Gazette No.2000-286645(日本專利申請(qǐng)公開號(hào)2000-286645))。Leizerovich等人已提出了多赫爾蒂放大器與笛卡爾(Cartesian)反饋結(jié)構(gòu)的結(jié)合(例如美國(guó)專利號(hào)5,880,633)。這些配置最近添加了線性化電路，從而有效利用該多赫爾蒂放大器的高效放大。
利用多赫爾蒂放大器作為主放大器的前饋放大器具有輔助放大器，并因此不能用多赫爾蒂放大器的輸出補(bǔ)償壓縮來完全利用可能的高效率。利用該笛卡爾反饋方案的配置，由于穩(wěn)定的自動(dòng)控制要求至少大于該調(diào)制波四倍的帶寬，因此有必要實(shí)現(xiàn)寬帶上的失真補(bǔ)償。由此，已要求一種允許高效放大并同時(shí)實(shí)現(xiàn)預(yù)定線性的配置。而且，從配置的觀點(diǎn)出發(fā)，要求該放大器盡可能簡(jiǎn)單。
為了實(shí)現(xiàn)預(yù)定線性，考慮所使用的調(diào)制方案的波峰因數(shù)而確定該功率放大器的輸出補(bǔ)償。為了進(jìn)一步增加該功率放大器的效率，該放大器配置需要最小化該輸出補(bǔ)償。迄今為止，已期望闡明能有效利用該多赫爾蒂放大器的輸出補(bǔ)償壓縮效應(yīng)的線性化電路配置.

發(fā)明內(nèi)容
所以本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種允許高效功率放大并同時(shí)實(shí)現(xiàn)預(yù)定線性的高效線性功率放大器。
根據(jù)本發(fā)明的高效線性功率放大器包括數(shù)字前置補(bǔ)償器，用于利用冪級(jí)數(shù)模型而前置補(bǔ)償輸入其中的數(shù)字傳輸信號(hào)；數(shù)模轉(zhuǎn)換器，用于將來自所述數(shù)字前置補(bǔ)償器的輸出轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)；上變頻部分，用于將來自所述數(shù)模轉(zhuǎn)換器的輸出信號(hào)變頻為射頻頻帶的信號(hào)；和多赫爾蒂放大器，用于功率放大所述射頻頻帶信號(hào)，并發(fā)送經(jīng)功率放大的信號(hào)。


圖1是示出傳統(tǒng)多赫爾蒂放大器的基本配置的圖表；圖2是示出根據(jù)本發(fā)明的高效線性功率放大器的實(shí)施例的方框圖；圖3是示出根據(jù)本發(fā)明的高效線性功率放大器的另一實(shí)施例的方框圖；圖4是描繪根據(jù)本發(fā)明的高效線性功率放大器中使用的數(shù)字前置補(bǔ)償器的例子的方框圖；圖5A是描繪了根據(jù)本發(fā)明的高效線性功率放大器中使用的數(shù)字前置補(bǔ)償器的另一例子的方框圖；圖5B是示出頻率特性補(bǔ)償器的例子的方框圖；圖6是描繪了根據(jù)本發(fā)明的高效線性功率放大器中使用的數(shù)字前置補(bǔ)償器的另一個(gè)例子的方框圖；圖7是描繪了根據(jù)本發(fā)明的高效線性功率放大器中使用的數(shù)字前置補(bǔ)償器的另一個(gè)例子的方框圖；圖8是示出了根據(jù)本發(fā)明的高效線性功率放大器中使用的控制部分的一個(gè)例子的方框圖；圖9是示出了根據(jù)本發(fā)明的高效線性功率放大器中使用的控制部分的另一個(gè)例子的方框圖；圖10是描繪了圖9中第三階失真分量提取部分21A的例子的方框圖。
具體實(shí)施例方式
高效線性功率放大器圖2圖示了根據(jù)本發(fā)明的高效線性放大器的一個(gè)實(shí)施例。
根據(jù)該實(shí)施例的高效線性功率放大器包括導(dǎo)頻信號(hào)發(fā)生器11，用于將傳輸信號(hào)SS與導(dǎo)頻信號(hào)SP相加的加法器12；數(shù)字前置補(bǔ)償器13；用于將前置補(bǔ)償信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)的數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)14；由混頻器15A、本地振蕩器15B和帶通濾波器(BPF)15C組成的變頻器(上變頻器)；多赫爾蒂放大器16；用于提取該導(dǎo)頻信號(hào)的導(dǎo)頻信號(hào)提取器17；由混頻器18A、本地振蕩器18B和帶通濾波器(BPF)18C組成的變頻器(下變頻器)18，用于將提取的導(dǎo)頻信號(hào)變頻到基帶信號(hào)；用于將來自該變頻器18的輸出信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字形式的模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)19；和用于控制該數(shù)字前置補(bǔ)償器13的控制部分21。假設(shè)該多赫爾蒂放大器16與例如圖1所示的多赫爾蒂放大器一樣具有峰值放大器和載波放大器。
在圖2的實(shí)施例和以下將描述的其他實(shí)施例中，假設(shè)傳輸信號(hào)SS與導(dǎo)頻信號(hào)SP都是數(shù)字信號(hào)。該導(dǎo)頻信號(hào)發(fā)生器11產(chǎn)生相同振幅但不同頻率的兩個(gè)連續(xù)波信號(hào)(也稱為音調(diào)信號(hào))作為該導(dǎo)頻信號(hào)SP。由加法器12將該導(dǎo)頻信號(hào)SP與該傳輸信號(hào)SS相加，并將相加的輸出提供到該數(shù)字前置補(bǔ)償器13。該數(shù)字前置補(bǔ)償器13前置補(bǔ)償(predistort)所述加到一起的傳輸信號(hào)SS與導(dǎo)頻信號(hào)SP。由數(shù)模轉(zhuǎn)換器14將來自該數(shù)字前置補(bǔ)償器13的輸出信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)。將來自該數(shù)模轉(zhuǎn)換器14的輸出信號(hào)施加到該變頻器15，其中由混頻器15A將該信號(hào)與來自該本地振蕩器15B的本地信號(hào)LS混頻，并由帶通濾波器15C取出全部上變頻到該預(yù)定射頻頻帶(RF頻帶)的傳輸信號(hào)SS與導(dǎo)頻信號(hào)SP。由多赫爾蒂放大器16功率放大該RF頻帶中的傳輸信號(hào)SS與導(dǎo)頻信號(hào)SP?？蓪⑶爸梅糯笃鞯仍谌我馕恢貌迦霃脑摂?shù)模轉(zhuǎn)換器14到該多赫爾蒂放大器14的線路中。
該導(dǎo)頻信號(hào)提取器17從來自該多赫爾蒂放大器16的射頻信號(hào)(RF信號(hào))中提取導(dǎo)頻信號(hào)(僅包括奇數(shù)階失真分量)，并將該RF信號(hào)提供到天線(未示出)。在傳輸信號(hào)SS與導(dǎo)頻信號(hào)SP被設(shè)置在不同頻率的情況下，該導(dǎo)頻信號(hào)提取器17由定向耦合器或功率分配器、以及在其通帶中包含變頻到該RF頻帶的導(dǎo)頻信號(hào)的頻率的帶通濾波器組成。將由該提取器17提取的RF頻帶導(dǎo)頻信號(hào)施加到該變頻器18，其中由混頻器18A將該RF頻帶導(dǎo)頻信號(hào)與來自本地信號(hào)振蕩器18B的本地信號(hào)混頻，并變頻為基帶導(dǎo)頻信號(hào)，并由帶通濾波器18C取出該基帶導(dǎo)頻信號(hào)。由模數(shù)信號(hào)將該基帶轉(zhuǎn)換的導(dǎo)頻信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字形式。在該控制部分21，將該多赫爾蒂放大器16產(chǎn)生的數(shù)字化導(dǎo)頻信號(hào)中包含的奇數(shù)階失真分量用于控制該信號(hào)前置補(bǔ)償器13的參數(shù)，以最小化該導(dǎo)頻信號(hào)的奇數(shù)階失真分量電平。
形成該導(dǎo)頻信號(hào)SP的兩個(gè)音調(diào)信號(hào)之間的頻率間隔是例如幾百赫茲或更低，并因而該導(dǎo)頻信號(hào)SP的帶寬充分窄于該傳輸信號(hào)SS的帶寬。通過利用音調(diào)信號(hào)以形成導(dǎo)頻信號(hào)，可能降低已成為傳統(tǒng)數(shù)字前置補(bǔ)償方案和笛卡爾反饋控制方案中的問題的負(fù)反饋的響應(yīng)速度，從而可以高精度實(shí)現(xiàn)失真控制。由于可在1-dB增益壓縮點(diǎn)附近的輸出功率中以高精度進(jìn)行失真補(bǔ)償，因此可能大大抑制該區(qū)域中的失真。與傳統(tǒng)查找表類型數(shù)字前置補(bǔ)償器相比，該實(shí)施例中的數(shù)字前置補(bǔ)償器因?yàn)椴恍枰糜谠摬檎冶淼拇鎯?chǔ)器，因此結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。如上所述，可能在多赫爾蒂放大器的峰值功率放大器工作的輸出功率區(qū)域中，簡(jiǎn)單和精確地抑制非線性失真。
以這種方式，可在多赫爾蒂放大器的峰值放大器工作的傳輸輸出功率區(qū)域中，實(shí)現(xiàn)線性放大。該實(shí)施例的放大器配置允許高效線性放大。
圖3圖示了根據(jù)本發(fā)明的高效線性功率放大器的第二實(shí)施例。
在該實(shí)施例中，由不同的數(shù)字前置補(bǔ)償器13和23分別前置補(bǔ)償導(dǎo)頻信號(hào)SP與傳輸信號(hào)SS，然后由不同的數(shù)模轉(zhuǎn)換器14和24轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)，由加法器22將它們加到一起，并將相加的輸出施加到該變頻器15。同步實(shí)現(xiàn)提取導(dǎo)頻信號(hào)后對(duì)數(shù)字前置補(bǔ)償器13和23的控制。由于除了以上之外，該實(shí)施例與圖2的實(shí)施例在構(gòu)造和操作上相同，因此不再重復(fù)描述。該第二實(shí)施例允許使用低轉(zhuǎn)換速度的數(shù)模轉(zhuǎn)換器。
已描述了圖2的第一實(shí)施例，配置為由相同數(shù)模轉(zhuǎn)換器14執(zhí)行傳輸信號(hào)和導(dǎo)頻信號(hào)的同時(shí)數(shù)模轉(zhuǎn)換。在該例中，該數(shù)模轉(zhuǎn)換器14的工作速度需要足夠高，以實(shí)現(xiàn)對(duì)傳輸信號(hào)帶寬和注入到其外面的導(dǎo)頻信號(hào)帶寬之和的預(yù)定過采樣。為了滿足該需求，因此使用的數(shù)模轉(zhuǎn)換器很昂貴。當(dāng)用第一實(shí)施例的配置不可能足夠過采樣時(shí)，該第二實(shí)施例有效。
數(shù)字前置補(bǔ)償器圖4圖示了在圖2和3的實(shí)施例中使用的數(shù)字前置補(bǔ)償器13的一個(gè)例子。
利用冪級(jí)數(shù)模型配置圖4中描繪的數(shù)字前置補(bǔ)償器，該數(shù)字前置補(bǔ)償器具有用于線性傳遞輸入信號(hào)的線性路徑13P0和用于產(chǎn)生該輸入信號(hào)的奇數(shù)階失真分量的多個(gè)非線性路徑13P1、13P2和13P3。在該線性路徑13P0中，用與非線性路徑中相同的時(shí)間間隔插入用于延遲該輸入信號(hào)的延遲存儲(chǔ)器13D。在該例中，用于提供奇數(shù)階失真分量的非線性路徑是分別用于產(chǎn)生第三階、第五階和第七階失真分量的三個(gè)非線性路徑13P1、13P2和13P3。這些非線性路徑的每一個(gè)由奇數(shù)階失真發(fā)生器13A1、13A2、13A3，用于相位控制的可變移相器13B1、13B2、13B3，以及用于振幅控制的可變?cè)鲆婵刂破?3C1、31C2、13C3的串聯(lián)之一形成。由加法器13E2和13E3將來自用于產(chǎn)生第三、五和七階失真分量的非線性路徑13P1、13P2和13P3的輸出加到一起，然后由加法器13E1將相加的輸出與來自線性路徑13P0的輸出加到一起，并將相加的輸出作為來自數(shù)字前置補(bǔ)償器13的輸出而輸入到數(shù)模轉(zhuǎn)換器14?？蓪⒖勺円葡嗥髋c可變?cè)鲆婵刂破鹘Y(jié)合為向量控制器。由來自控制部分21的控制信號(hào)CS(CSP、CSA)控制可變移相器13B1、13B2、13B3和可變?cè)鲆婵刂破?3C1、31C2、13C3。可同樣地配置圖3中的數(shù)字前置補(bǔ)償器23。
圖5A圖示了數(shù)字前置補(bǔ)償器13的另一個(gè)例子的方框形式。
配置該圖示的數(shù)字前置補(bǔ)償器13以補(bǔ)償圖2或3中的功率放大器16的頻率依賴失真。隨著傳輸信號(hào)頻帶的增加，在寬頻帶上均勻抑制該功率放大器產(chǎn)生的失真分量變得越來越難。該功率放大器的失真分量的頻率特性依賴于其輸入或輸出側(cè)的非線性特性，在FET的情況下，例如柵源極電容、跨導(dǎo)、漏極電導(dǎo)等的頻率特性。傳統(tǒng)查找表類型數(shù)字前置補(bǔ)償器的轉(zhuǎn)換表在其中僅僅設(shè)置某一頻率的數(shù)據(jù)。與此相反，該實(shí)施例的數(shù)字前置補(bǔ)償器在奇數(shù)階失真產(chǎn)生器13A1、13A2和13A3的輸入側(cè)具有頻率特性補(bǔ)償器13F1、13F2和13F3。這些頻率特性補(bǔ)償器13F1、13F2和13F3的每一個(gè)由例如FIR濾波器形成，并可通過控制濾波系數(shù)而調(diào)整該頻率特性。可替換地，可由圖5B中描繪的快速傅立葉變換器(FFT)13Fa、向量調(diào)節(jié)器13Fb和逆快速傅立葉變換器(IFFT)13Fc的串聯(lián)形成該頻率特性補(bǔ)償器。在圖5B的情況下，由FFT 13Fa將傳輸信號(hào)和導(dǎo)頻信號(hào)的相加信號(hào)變換為頻域信號(hào)，然后由向量調(diào)節(jié)器13Fb調(diào)節(jié)該頻域信號(hào)(頻譜)的振幅和相位，并由IFFT 13Fc將該調(diào)節(jié)的頻譜變換為時(shí)域信號(hào)，將該時(shí)域信號(hào)施加到該第三階失真產(chǎn)生器13A1。
可同樣形成其他頻率特性補(bǔ)償器13F2和13F3。
如上所述，可能通過控制FIR濾波系數(shù)或向量調(diào)節(jié)器13Fb的系數(shù)而將任意頻率特性賦予每一奇數(shù)階失真分量。在圖5的實(shí)施例中，當(dāng)功率放大器16產(chǎn)生的交叉調(diào)制失真的頻率特性主要依賴于該功率放大器16的輸入側(cè)的失真分量的頻率特性時(shí)，尤其適合采納在奇數(shù)階失真產(chǎn)生器13A1、13A2和13A3的輸入側(cè)提供頻率特性補(bǔ)償器13F1、13F2和13F3。
圖6圖示了數(shù)字前置補(bǔ)償器13的另一個(gè)例子的方框形式。在該例中，在奇數(shù)階失真產(chǎn)生器13A1、13A2和13A3的輸出側(cè)分別放置了圖5A實(shí)施例中的頻率特性補(bǔ)償器13F1、13F2和13F3。當(dāng)功率放大器16產(chǎn)生的交叉調(diào)制失真的頻率特性主要依賴于該功率放大器16的輸出側(cè)的失真分量的頻率特性時(shí)，適于使用圖6實(shí)施例中的配置。這些頻率特性補(bǔ)償器13F1、13F2和13F3的構(gòu)造與圖5A實(shí)施例中的構(gòu)造相同。
圖7圖示了該數(shù)字前置補(bǔ)償器的另一個(gè)實(shí)施例的方框形式。
該例子是圖5A和6的實(shí)施例的結(jié)合。在奇數(shù)階失真產(chǎn)生器13A1、13A2和13A3的輸入側(cè)分別放置了頻率特性補(bǔ)償器13F1、13F2和13F3，在其輸出側(cè)也放置了頻率特性補(bǔ)償器13G1、13G2和13G3。除了以上，該實(shí)施例的構(gòu)造與圖5A或6實(shí)施例的構(gòu)造相同。當(dāng)圖2和3中的功率放大器16的交叉調(diào)制失真的頻率特性主要依賴于該功率放大器16的輸入和輸出側(cè)的失真分量的頻率特性時(shí)，適于使用圖7實(shí)施例的配置。各頻率特性補(bǔ)償器的構(gòu)造與圖5A實(shí)施例中的構(gòu)造相同。
控制部分圖8圖示了圖2和3中控制部分21的一個(gè)實(shí)施例。該實(shí)施例負(fù)責(zé)提取導(dǎo)頻信號(hào)之后檢測(cè)每一失真分量的檢測(cè)器的控制。該控制部分21由對(duì)應(yīng)于各奇數(shù)階提供的第三、五和七階失真分量提取部分21A1、21A2、21A3，以及失真分量檢測(cè)部分21B1、21B2、21B3和振幅/相位控制器21C1、21C2、21C3組成。所述失真分量檢測(cè)部分21B1、21B2、21B3的每一個(gè)具有用于檢測(cè)所提取失真分量的電平的電平檢測(cè)器21BL、和用于檢測(cè)該失真分量相位的相位檢測(cè)器12BP。所述振幅/相位控制器21C1、21C2和21C3具有產(chǎn)生奇數(shù)階分量振幅控制信號(hào)CSA1、CSA2和CSA3的振幅控制器21CA，用于基于該電平檢測(cè)器21BL檢測(cè)的電平而分別控制該數(shù)字前置補(bǔ)償器13的可變?cè)鲆婵刂破?3C1、13C2和13C3；和產(chǎn)生奇數(shù)階失真分量相位控制信號(hào)CSP1、CSP2和CSP3的相位控制器21CP，用于基于該相位檢測(cè)器21BP檢測(cè)的相位而分別控制該數(shù)字前置補(bǔ)償器13的可變移相器13B1、13B2和13B3的相移量。
示出了圖8實(shí)施例的配置以處理所述第三到七階失真分量，但該階次可為任意。如前所述，由變頻器18將從該功率放大器16的輸出提取的導(dǎo)頻信號(hào)從RF頻帶變頻到基帶，并且由模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)19將該基帶導(dǎo)頻信號(hào)從模擬轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，并提供到第三、五和七階失真分量提取部分21A1、21A2和21A3。由對(duì)應(yīng)于各奇數(shù)階失真分量的頻率的濾波器(失真分量提取帶通濾波器BPF)形成所述奇數(shù)階失真分量提取部分21A1、21A2和21A3，從而分別從轉(zhuǎn)換的數(shù)字信號(hào)中提取導(dǎo)頻信號(hào)的第三、五和七階失真分量。將提取的奇數(shù)階失真分量提供到失真分量檢測(cè)器21B1、21B2、21B3和振幅/相位控制器21C1、21C2、21C3，控制該數(shù)字前置補(bǔ)償器13的對(duì)應(yīng)奇數(shù)階向量調(diào)節(jié)器(可變移相器13B1、13B2、13B3和可變?cè)鲆嬲{(diào)節(jié)器13C1、31C2、13C3)。
每一電平檢測(cè)器21BL是由二極管形成的包絡(luò)檢測(cè)器或功率放大器。由這樣的電平檢測(cè)器檢測(cè)各奇數(shù)階失真分量的振幅分量。每一相位檢測(cè)器21BP由限幅器和相位比較器組成。由限幅器使該相位檢測(cè)器21BP的輸入信號(hào)變?yōu)榉讲?。將該方波上升或下降的位置與該相位比較器中設(shè)置的相位作比較，以檢測(cè)該方波的相位?？捎烧唤庹{(diào)器形成所述電平檢測(cè)器21BL和相位檢測(cè)器21BP。也可通過該失真分量的正交檢測(cè)所產(chǎn)生的信號(hào)的振幅和相位分量的數(shù)值計(jì)算而獲得控制信號(hào)。
圖9以方框形式圖示了提供有圖5A、6和7中描繪的頻率特性補(bǔ)償器13F1、13F2、13F3或13G1、13G2、13G3的數(shù)字前置補(bǔ)償器13的控制部分21的一個(gè)例子。該例子僅示出了對(duì)于第三階失真分量的控制。將圖3和4中由導(dǎo)頻信號(hào)提取器17提取、然后由變頻器18下變頻到基帶，并由ADC 19轉(zhuǎn)換為數(shù)字形式的導(dǎo)頻信號(hào)提供到該第三階失真分量提取部分21A1，從而提取該導(dǎo)頻信號(hào)的第三階失真分量。與圖8實(shí)施例的情況類似，由向量調(diào)節(jié)控制器21V的失真分量檢測(cè)器21B檢測(cè)所提取的第三階失真分量的電平和相位，并由振幅/相位控制器21C使用這樣檢測(cè)的電平和相位，以產(chǎn)生第三階失真分量振幅控制信號(hào)CSA和第三階失真分量相位控制信號(hào)CSP。
為了控制頻率特性補(bǔ)償器13F1、13F2、13F3(和13G1、13G2、13G3)，必須在預(yù)定頻帶(傳輸信號(hào)的頻帶)中掃描導(dǎo)頻信號(hào)SP的頻率。由失真分量檢測(cè)器21FB的電平檢測(cè)器21FBL和相位檢測(cè)器21FBP檢測(cè)以預(yù)定頻率間隔掃描的頻率的每一點(diǎn)的導(dǎo)頻信號(hào)SP的每一奇數(shù)階失真分量的振幅和相位。將檢測(cè)的振幅和相位存儲(chǔ)在與該控制部分21關(guān)聯(lián)的存儲(chǔ)器21FM中。該存儲(chǔ)器21FM存儲(chǔ)與掃描頻率點(diǎn)對(duì)應(yīng)的振幅和相位值。使用存儲(chǔ)的數(shù)值以控制該數(shù)字前置補(bǔ)償器13的頻率特性補(bǔ)償器13F1、13F2、13F3(和13G1、13G2、13G3)的參數(shù)，使得該功率放大器16的交叉調(diào)制失真的頻率特性變得平坦。
第三階失真分量提取部分圖10以方框形式圖示了圖8和9中第三階失真分量提取部分21A1的一個(gè)例子。來自該功率放大器16的輸出RF信號(hào)包括該導(dǎo)頻信號(hào)的多個(gè)奇數(shù)階失真分量。圖示的例子不使用帶通濾波器來提取該第三階失真分量，而配置為通過從該模數(shù)轉(zhuǎn)換器19饋送的所提取導(dǎo)頻信號(hào)中減去由該導(dǎo)頻信號(hào)發(fā)生器11產(chǎn)生的導(dǎo)頻信號(hào)SP及其第五和七階失真分量而提取該第三階失真分量。
將來自該導(dǎo)頻信號(hào)發(fā)生器11的導(dǎo)頻信號(hào)SP經(jīng)由形成線性路徑的延遲存儲(chǔ)器21Aa1而施加到可變移相器21Ab1，其中該信號(hào)被相位調(diào)節(jié)，并且該相位調(diào)節(jié)的導(dǎo)頻信號(hào)由可變?cè)鲆嬲{(diào)節(jié)器21Ac1進(jìn)行振幅調(diào)節(jié)，并然后由此施加到減法器21Ad1。該減法器21Ad1從來自該模數(shù)轉(zhuǎn)換器19、包含失真分量的所提取導(dǎo)頻信號(hào)中減去該導(dǎo)頻信號(hào)。也將該導(dǎo)頻信號(hào)SP施加到第五和七階失真分量發(fā)生器21Aa2和21Aa3，通過它們可產(chǎn)生該導(dǎo)頻信號(hào)的第五和七階失真分量。這些失真分量被可變移相器21Ab2和21Ab3進(jìn)行相位調(diào)節(jié)，然后由可變?cè)鲆嬲{(diào)節(jié)器21Ac2和21Ac3進(jìn)行振幅調(diào)節(jié)，并饋送到減法器21Ad2和21Ad3。從來自減法器21Ad1的輸出中順序減去第五和七階失真分量，以從而提取該第三階失真分量。
例如如圖9所示，將這樣提取的第三階失真分量提供到該向量調(diào)節(jié)控制器21V和頻率特性補(bǔ)償控制器21FV，通過它們可產(chǎn)生振幅控制信號(hào)CSA、相位控制信號(hào)CSP和第三階失真分量頻率特性補(bǔ)償振幅控制信號(hào)CSFA、第三階失真分量頻率特性補(bǔ)償相位控制信號(hào)CSFP。也可類似配置圖8中的第五和七階失真分量提取部分21A2和21A3。
以這種方式，當(dāng)將其他奇數(shù)階失真分量疊加到期望的奇數(shù)階失真分量上時(shí)，可提取該導(dǎo)頻信號(hào)的該期望的奇數(shù)階失真分量。
發(fā)明效果如上所述，根據(jù)本發(fā)明的高效線性功率放大器，基于冪級(jí)數(shù)模型的數(shù)字前置補(bǔ)償器13以這種方式前置補(bǔ)償該傳輸信號(hào)，從而補(bǔ)償由該多赫爾蒂功率放大器16產(chǎn)生的交叉調(diào)制失真。將該冪級(jí)數(shù)模型的失真分量表示為奇數(shù)階失真分量的線性和。由于這個(gè)原因，從該導(dǎo)頻信號(hào)直接提取各奇數(shù)階失真分量使得能比笛卡爾反饋控制方案和查找表類型數(shù)字前置補(bǔ)償器更高效地抑制失真分量。該導(dǎo)頻信號(hào)具有比類似音調(diào)信號(hào)的傳輸信號(hào)充分窄的頻帶。因此，可為負(fù)反饋控制設(shè)置足夠的響應(yīng)時(shí)間。
該多赫爾蒂放大器16的輸出補(bǔ)償?shù)膲嚎s提供了即使在大波峰因數(shù)的調(diào)制系統(tǒng)中的功率放大器的增強(qiáng)的效率。由該數(shù)字前置補(bǔ)償器補(bǔ)償該工作區(qū)中的非線性。在各種線性化電路中，與前饋配置相比，該前置補(bǔ)償器配置允許功率放大器的高效工作。多赫爾蒂放大器與數(shù)字前置補(bǔ)償器的結(jié)合使用增強(qiáng)了它們的效率。
因此，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)(1)提出能高效放大和線性放大的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的放大器；和(2)通過降低功耗而實(shí)現(xiàn)該發(fā)射機(jī)的小型化。
權(quán)利要求
1.一種高效線性功率放大器，包括數(shù)字前置補(bǔ)償器，用于利用冪級(jí)數(shù)模型而前置補(bǔ)償對(duì)其輸入的數(shù)字傳輸信號(hào)；數(shù)模轉(zhuǎn)換器，用于將來自所述數(shù)字前置補(bǔ)償器的輸出轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)；上變頻部分，用于將來自所述數(shù)模轉(zhuǎn)換器的輸出變頻為射頻信號(hào)；和多赫爾蒂放大器，用于功率放大所述射頻信號(hào)，并發(fā)送所述經(jīng)功率放大的射頻信號(hào)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的高效線性功率放大器，還包括導(dǎo)頻信號(hào)發(fā)生器，用于產(chǎn)生數(shù)字導(dǎo)頻信號(hào)；加法器，用于將所述數(shù)字導(dǎo)頻信號(hào)加到所述數(shù)字傳輸信號(hào)上，并向所述數(shù)字前置補(bǔ)償器輸入該相加的輸出；導(dǎo)頻信號(hào)提取器，用于從來自所述多赫爾蒂放大器的輸出中提取射頻導(dǎo)頻信號(hào)；下變頻部分，用于將所提取的導(dǎo)頻信號(hào)變頻到基帶提取的導(dǎo)頻信號(hào)；模數(shù)轉(zhuǎn)換器，用于將所述基帶提取的導(dǎo)頻信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字提取的導(dǎo)頻信號(hào)；和控制部分，用于檢測(cè)來自所述數(shù)字提取的導(dǎo)頻信號(hào)的奇數(shù)階失真分量，并基于該檢測(cè)的奇數(shù)階失真分量而控制所述數(shù)字前置補(bǔ)償器的參數(shù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的高效線性功率放大器，還包括導(dǎo)頻信號(hào)發(fā)生器，用于產(chǎn)生數(shù)字導(dǎo)頻信號(hào)；另一個(gè)數(shù)字前置補(bǔ)償器，用于利用冪級(jí)數(shù)模型而前置補(bǔ)償所述數(shù)字導(dǎo)頻信號(hào)，以提供相加了奇數(shù)階失真分量的導(dǎo)頻信號(hào)；另一個(gè)數(shù)模轉(zhuǎn)換器，用于將所述相加了奇數(shù)階失真分量的導(dǎo)頻信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬導(dǎo)頻信號(hào)；加法器，用于將來自所述數(shù)模轉(zhuǎn)換器的模擬信號(hào)和來自所述另一個(gè)數(shù)模轉(zhuǎn)換器的所述模擬導(dǎo)頻信號(hào)相加，并將相加的輸出作為輸入信號(hào)施加到所述上變頻部分；導(dǎo)頻信號(hào)提取器，用于從來自所述多赫爾蒂放大器的輸出中提取射頻導(dǎo)頻信號(hào)；下變頻部分，用于將所述提取的導(dǎo)頻信號(hào)變頻到基帶提取的導(dǎo)頻信號(hào)；模數(shù)轉(zhuǎn)換器，用于將所述基帶提取的導(dǎo)頻信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字提取的導(dǎo)頻信號(hào)；和控制部分，用于檢測(cè)來自所述數(shù)字提取的導(dǎo)頻信號(hào)的奇數(shù)階失真分量，并基于該檢測(cè)的奇數(shù)階失真分量而控制所述數(shù)字前置補(bǔ)償器和所述另一個(gè)數(shù)字前置補(bǔ)償器的參數(shù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2和3的任一個(gè)的高效線性功率放大器，其中所述數(shù)字前置補(bǔ)償器包括線性路徑，用于輸入信號(hào)的線性傳遞；非線性路徑，用于將奇數(shù)階失真賦予所述輸入信號(hào)；插入在所述線性路徑中的延遲存儲(chǔ)器，用于提供與所述非線性傳遞路徑中相同的延遲；插入在所述非線性路徑中的奇數(shù)階失真發(fā)生器，用于產(chǎn)生所述輸入信號(hào)的奇數(shù)階失真分量；和插入在所述非線性路徑中的向量調(diào)節(jié)器，用于調(diào)節(jié)所述奇數(shù)階失真分量的振幅和相位。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的高效線性功率放大器，還包括在所述奇數(shù)階失真發(fā)生器的輸入和輸出側(cè)的至少一側(cè)插入到所述非線性路徑中的頻率特性補(bǔ)償器，用于將頻率特性賦予所述輸入信號(hào)，以補(bǔ)償由所述多赫爾蒂功率放大器產(chǎn)生的失真的頻率特性。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的高效線性功率放大器，其中所述頻率特性補(bǔ)償器是FIR濾波器。
7.根據(jù)權(quán)利要求5的高效線性功率放大器，其中所述頻率特性補(bǔ)償器包括快速傅立葉變換器，用于將所述輸入信號(hào)變換為頻域信號(hào)；另一個(gè)向量調(diào)節(jié)器，用于調(diào)節(jié)所述頻域信號(hào)的振幅和相位；和逆快速傅立葉變換器，用于將所調(diào)節(jié)的頻域信號(hào)變換為時(shí)域信號(hào)，并提供所述時(shí)域信號(hào)作為所述頻率特性補(bǔ)償器的輸出。
8.根據(jù)權(quán)利要求2或3的高效線性功率放大器，其中所述數(shù)字前置補(bǔ)償器包括線性路徑，用于輸入信號(hào)的線性傳遞；非線性路徑，用于將奇數(shù)階失真賦予所述輸入信號(hào)；插入在所述線性路徑中的延遲存儲(chǔ)器，用于提供與所述非線性路徑中相同的延遲；插入在所述非線性路徑中的奇數(shù)階失真發(fā)生器，用于產(chǎn)生所述輸入信號(hào)的奇數(shù)階失真分量；和插入在所述非線性路徑中的向量調(diào)節(jié)器，用于調(diào)節(jié)所述奇數(shù)階失真分量的振幅和相位；并且其中所述控制部分包括奇數(shù)階失真分量提取部分，用于從所提取的導(dǎo)頻信號(hào)中提取該奇數(shù)階失真分量；失真分量檢測(cè)器，用于檢測(cè)所提取的奇數(shù)階失真分量的電平和相位；和振幅/相位控制器，用于基于所檢測(cè)的電平和相位而控制插入在所述數(shù)字前置補(bǔ)償器的所述非線性路徑中的所述向量調(diào)節(jié)器。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的高效線性功率放大器，其中所述奇數(shù)階失真分量提取部分是允許所述奇數(shù)階失真分量的頻率通過那里的帶通濾波器。
10.根據(jù)權(quán)利要求8的高效線性功率放大器，其中所述奇數(shù)階失真分量提取部分包括線性路徑，用于傳輸具有預(yù)定延遲的所述數(shù)字導(dǎo)頻信號(hào)；奇數(shù)階失真分量發(fā)生器，用于產(chǎn)生不同于所述數(shù)字導(dǎo)頻信號(hào)的所述奇數(shù)階失真分量的奇數(shù)階失真分量；其中插入了可變移相器和可變?cè)鲆嬲{(diào)節(jié)器的非線性路徑，用于調(diào)節(jié)所述奇數(shù)階失真分量的相位和增益；和減法裝置，用于從所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器提供的所述數(shù)字提取的導(dǎo)頻信號(hào)中減去來自所述線性路徑和所述非線性路徑的輸出，以提取所述奇數(shù)階失真分量。
11.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3的高效線性功率放大器，其中所述多赫爾蒂功率放大器包括峰值放大器，當(dāng)輸入信號(hào)的振幅超過預(yù)定閾值時(shí)，執(zhí)行“C”類操作；和載波放大器，一直執(zhí)行“B”類操作。
全文摘要
數(shù)字前置補(bǔ)償器13利用冪級(jí)數(shù)模型前置補(bǔ)償傳輸信號(hào)和導(dǎo)頻信號(hào)，數(shù)模轉(zhuǎn)換器14將該前置補(bǔ)償?shù)妮敵鲛D(zhuǎn)換為模擬信號(hào)。變頻器15將該模擬信號(hào)上變頻到RF頻帶信號(hào)，該RF頻帶信號(hào)在多赫爾蒂放大器16進(jìn)行功率放大后被發(fā)送。導(dǎo)頻信號(hào)提取器17從來自該多赫爾蒂放大器的輸出中提取該導(dǎo)頻信號(hào)，變頻器18將該提取的導(dǎo)頻信號(hào)下變頻為基帶信號(hào)。模數(shù)轉(zhuǎn)換器19將該基帶導(dǎo)頻信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字導(dǎo)頻信號(hào)。控制部分21從該數(shù)字導(dǎo)頻信號(hào)中檢測(cè)奇數(shù)階失真分量，并基于檢測(cè)結(jié)果而控制該數(shù)字前置補(bǔ)償器的參數(shù)。
文檔編號(hào)H03F1/07GK1533028SQ200410030259
公開日2004年9月29日 申請(qǐng)日期2004年3月23日 優(yōu)先權(quán)日2003年3月24日
發(fā)明者鈴木恭宜, 水田信治, 廣田哲夫, 山尾泰, 夫, 治 申請(qǐng)人:株式會(huì)社Ntt都科摩