專利名稱：高頻功率放大器的失真補(bǔ)償裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及對(duì)使高頻信號(hào)的功率放大時(shí)產(chǎn)生的非線性失真進(jìn)行補(bǔ)償?shù)?裝置。
背景技術(shù)：
在放大高頻信號(hào)時(shí)，對(duì)于其包絡(luò)線不是固定的信號(hào)，需要輸入和輸出 是線性的，即所謂的線性。之所以那樣是因?yàn)?，發(fā)生所謂失去線性的非線 性失真(以后稱為失真)，會(huì)向本來的信號(hào)的頻帶以外輻射不需要的功 率，從而會(huì)對(duì)鄰接的信道產(chǎn)生干擾。
但是，實(shí)際的功率放大器很多具有非線性，不可能得到完全的線性。 通常，當(dāng)重視線性時(shí)，功率放大器的功率效率(從電源變換成高頻信號(hào)的 功率的比例)降低。相反地，如果想要提高功率效率，則非線性變強(qiáng)。作 為使該相矛盾的放大器的特性兩全的方法，在此之前公知有對(duì)由放大器產(chǎn) 生的非線性失真進(jìn)行補(bǔ)償?shù)募夹g(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明所要解決的課題
在此之前對(duì)非線性失真進(jìn)行補(bǔ)償?shù)募夹g(shù)可大致區(qū)別為負(fù)反饋法、前饋(Feedforward)法、以及前置補(bǔ)償器(Predistorter)法。負(fù)反饋法有其動(dòng) 作高速的優(yōu)點(diǎn)，但是，隨著使失真補(bǔ)償變大，而存在動(dòng)作不穩(wěn)定的問題。 前饋法沒有動(dòng)作不穩(wěn)定的問題，但是由于需要副放大器，因此存在使整體 的功率效率降低的缺點(diǎn)。前置補(bǔ)償器法由于在該問題上是有利的，因此被 人們關(guān)注。但是，存在如下問題功率放大器的特性會(huì)由于信號(hào)的中心頻 率的變化、電壓變動(dòng)、溫度變化、或者使用年限而發(fā)生變化。因此，如何自動(dòng)地維持最合適的失真補(bǔ)償特性是很重要的。另外，在現(xiàn)有的前置補(bǔ)償
器法中，存在如下應(yīng)該改善的課題，即對(duì)達(dá)到最合適的補(bǔ)償特性所需要 的時(shí)間比負(fù)反饋法長(zhǎng)的問題。
本發(fā)明是鑒于以上問題而完成的，該課題提供一種前置補(bǔ)償器型失真 補(bǔ)償裝置，在自動(dòng)地維持最合適的失真補(bǔ)償特性的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)高速的失真 補(bǔ)償。
用于解決課題的手段
為了解決上述課題，本發(fā)明包括失真檢測(cè)單元，檢測(cè)在功率放大器輸 出中的失真信號(hào)；失真信號(hào)發(fā)生單元，將應(yīng)該放大的高頻信號(hào)作為輸入，
并產(chǎn)生n次(n為2以上的整數(shù))的非線性失真信號(hào)；失真補(bǔ)償信號(hào)發(fā)生 單元，在該非線性失真信號(hào)上乘以控制變量，由此產(chǎn)生失真補(bǔ)償信號(hào)；相
關(guān)電路，求出所述失真信號(hào)發(fā)生單元的輸出與所述失真檢測(cè)單元的輸出的
相關(guān)；相位補(bǔ)償單元，被設(shè)置在所述失真檢測(cè)單元的前級(jí)，補(bǔ)償信號(hào)的相 位旋轉(zhuǎn)；其中，所述相關(guān)電路的輸出決定所述控制變量。 發(fā)明的效果
根據(jù)本發(fā)明，即使放大器的特性變化也能自動(dòng)地達(dá)到最合適的失真補(bǔ) 償特性，并且，可將在得到最合適的失真補(bǔ)償特征之前的時(shí)間縮短。


圖1是本發(fā)明的第一實(shí)施方式中的失真補(bǔ)償裝置的電路框圖2是表示失真信號(hào)發(fā)生電路的實(shí)施例的框圖3是表示失真檢測(cè)電路的第一實(shí)施例的框圖4是表示失真檢測(cè)電路的第二實(shí)施例的框圖5是表示圖4所示的失真檢測(cè)電路的濾波器特性和含有失真信號(hào)的 功率譜關(guān)系的說明圖6是表示失真檢測(cè)電路的第三實(shí)施例的框圖7是表示失真補(bǔ)償特性的例子的說明圖8是本發(fā)明的第二實(shí)施方式中的失真補(bǔ)償裝置的電路框圖9是本發(fā)明的第三實(shí)施方式中的失真補(bǔ)償裝置的電路框圖。
具體實(shí)施例方式
下面，根據(jù)

本發(fā)明的實(shí)施方式。
圖1是用于說明本發(fā)明的第一實(shí)施方式的失真補(bǔ)償裝置的電路框圖。 首先，使用該圖對(duì)整體的動(dòng)作進(jìn)行說明。向輸入端子11輸入的應(yīng)該放大的高頻信號(hào)被輸入到失真補(bǔ)償信號(hào)發(fā)生電路12和失真信號(hào)發(fā)生電路16。 失真補(bǔ)償信號(hào)發(fā)生電路12除應(yīng)該放大的高頻信號(hào)之外，還產(chǎn)生用于消除 由功率放大器13產(chǎn)生的失真成分的失真補(bǔ)償信號(hào)。
放大器13的輸出被輸出到輸出端子14，同時(shí)，其中的一部分通過相 位補(bǔ)償電路19后被輸入到失真檢測(cè)電路15，并提取出失真信號(hào)成分。此 時(shí)，也可考慮使用由輸入端子11輸入的應(yīng)該放大的高頻信號(hào)(圖中的虛 線)。失真信號(hào)發(fā)生電路16將高頻輸入信號(hào)作為輸入，而產(chǎn)生高次(n 次)失真信號(hào)。作為n值，例如可能為3、 5、 7等。n次失真信號(hào)的一部 分被輸入到失真補(bǔ)償信號(hào)發(fā)生電路12，并與由控制變量生成電路18產(chǎn)生 的n次控制變量進(jìn)行乘法運(yùn)算。n次失真信號(hào)的一部分被輸入到相關(guān)電路 17，并在與失真檢測(cè)電路15的輸出信號(hào)之間進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算。相關(guān)電路17 的輸出被輸入到控制變量發(fā)生電路18，并生成控制變量。
相位補(bǔ)償電路19對(duì)在從輸入端子11到失真檢測(cè)電路15的輸出之間接 收的信號(hào)的相位旋轉(zhuǎn)進(jìn)行補(bǔ)償，在后面將對(duì)其詳細(xì)的動(dòng)作進(jìn)行說明。
圖2是表示在本發(fā)明的實(shí)施例中的失真信號(hào)發(fā)生電路的實(shí)施例的電路 圖。在這里，使用數(shù)學(xué)式進(jìn)行說明。任意高頻信號(hào)可如下式進(jìn)行表示
<formula>see original document page 6</formula> ( 1 )
在這里，A(t)是振幅，o)c是載波頻率，p(0是相位。信號(hào)中的信息由A(t)和O(t)反映。上式根據(jù)三角函數(shù)的公式可替換成下式
<formula>see original document page 6</formula>(2)
在這里，<formula>see original document page 6</formula>
如果使用復(fù)數(shù)表示式(1)，則如下所示<formula>see original document page 7</formula>在這里，
<formula>see original document page 7</formula> (4)
那么，在 是s(t)的n次失真信號(hào)之后，如果將載波頻率Wc付近的成分寫成<formula>see original document page 7</formula>，則如下進(jìn)行表示
<formula>see original document page 7</formula>(5)
由于我們對(duì)載波頻率Wc的值沒有興趣，因此忽略這個(gè)(w=0)，由 復(fù)數(shù)表示信號(hào)。復(fù)數(shù)信號(hào)Z (t)包含所有的信號(hào)的信息。如果想表現(xiàn)實(shí)際 的高頻信號(hào)，優(yōu)選使用式(3)。對(duì)于由式(5)給出的失真信號(hào)<formula>see original document page 7</formula>,得 到復(fù)數(shù)表現(xiàn)<formula>see original document page 7</formula>. 在這里，使用了<formula>see original document page 7</formula> (記號(hào)| |表 示絕對(duì)值)。
在這些復(fù)數(shù)的表現(xiàn)中，圖2所示的信號(hào)z、<formula>see original document page 7</formula>等為了簡(jiǎn)化表示而省略 了時(shí)間因子t。另外，請(qǐng)注意，圖1中的失真信號(hào)發(fā)生電路16的輸出如上 所述包括多個(gè)失真信號(hào)。與此相對(duì)應(yīng)，控制變量發(fā)生電路18也產(chǎn)生相同 數(shù)目的控制變量an。如果使用式子表示失真補(bǔ)償信號(hào)發(fā)生電路12的動(dòng)作 的例子，則如下所示。該電路的輸出z被表示為
<formula>see original document page 7</formula>
(6)
輸出z是將應(yīng)該放大的信號(hào)z與n次失真補(bǔ)償信號(hào)進(jìn)行加法運(yùn)算而得到 的。其原理是通過在應(yīng)該放大的信號(hào)上施加與在放大器內(nèi)產(chǎn)生的失真成 分相同振幅、相反相位的信號(hào)并進(jìn)行輸入，以消除在放大器輸出中的失 真。n次失真補(bǔ)償信號(hào)由n次失真信號(hào)<formula>see original document page 7</formula>和控制變量an進(jìn)行乘法運(yùn)算得
在圖3中示出了失真檢測(cè)電路的第一實(shí)施例。該電路對(duì)應(yīng)該放大的信 號(hào)z和從放大器13輸出而得到的信號(hào)zn取差分。
在圖4中示出了失真檢測(cè)電路的第二實(shí)施例 得到的信號(hào)通過濾波器，由此抽樣失真信號(hào)成分. 圖5是概念性地表示用于說明該電路動(dòng)作的頻譜。該圖的實(shí)線表示應(yīng)該放大的信號(hào)的頻譜，虛線 是由失真產(chǎn)生的信號(hào)的頻譜。圖4所示的濾波器的振幅特性|H(ω)|理想的 情況下僅使圖5所示的失真信號(hào)成分通過。
圖6示出了失真檢測(cè)電路的第三實(shí)施例。在這里，在進(jìn)行了高速傅立 葉變換(FFT)之后，由失真成分檢測(cè)電路僅將失真的頻率成分提取出 來。之后，考慮可以進(jìn)行傅立葉逆變換(IFFT)返回到時(shí)域信號(hào)或者在頻 域取得相關(guān)。
在本發(fā)明中的相關(guān)電路計(jì)算由失真信號(hào)產(chǎn)生電路產(chǎn)生的n次失真信號(hào) 《和由失真檢測(cè)電路15輸出的失真信號(hào)e的相關(guān)值，即計(jì)算Zn*d(標(biāo)號(hào)* 表示復(fù)數(shù)的共軛)。控制變量發(fā)生電路根據(jù)該相關(guān)值產(chǎn)生控制變量αn。如 果其方法是使失真信號(hào)e接近于零則可以使用該方法。例如，在實(shí)現(xiàn)使失 真補(bǔ)償裝置為時(shí)間離散系統(tǒng)時(shí)，可使用如下所述的最小二乘(LMS)法。
<formula>see original document page 8</formula> (7)
在這里，m表示離散時(shí)間(m=0， 1， 2，…)。另外，P是較小的常 數(shù)。控制變量 從任意初始值(通常賦予0)出發(fā)，隨著時(shí)間的前進(jìn)自動(dòng) 地收斂到le[m]2的平均值為最小值的值。該情況當(dāng)失真信號(hào)相對(duì)于相對(duì)值 較小時(shí)可以用數(shù)學(xué)式加以表示。但是，由于描述起來很長(zhǎng)，因此在這里省 略其說明。取而代之的是由計(jì)算機(jī)仿真實(shí)驗(yàn)來表示其動(dòng)作的適當(dāng)性。圖7 示出了將由上述控制變量產(chǎn)生運(yùn)算規(guī)則而得到的失真補(bǔ)償特性作為功率 譜。通過減少失真，由此減少頻帶外的功率成分。
圖8示出了本發(fā)明的失真補(bǔ)償裝置的第二實(shí)施例。該實(shí)施例與圖1示 出的第一實(shí)施例不同的地方是新添加了正交調(diào)制電路811、局部振蕩電路 812、以及正交檢波電路813，并改變了相位補(bǔ)償電路814。其他的電路與 第一實(shí)施例相同，將標(biāo)號(hào)1 8記為81 88。當(dāng)正交調(diào)制電路812將應(yīng)該 發(fā)送的信號(hào)表示為同相成分x(t)和正交成分y(t)時(shí)，進(jìn)行式(2)給出的運(yùn)
算。在這里，局部振蕩電路812是產(chǎn)生載波頻率"e的正弦波(COSωct和 sinωct)的電路。另外，正交檢波電路812具有如下功能從式(2)給出 的高頻信號(hào)s(t)中提取出作為同相以及正交成分的x(t)、 y(t)。由于該動(dòng) 作的具體情況是本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的，因此，在這里省略其說明。相位
補(bǔ)償電路814是以相位、正交成分信號(hào)為基礎(chǔ)，使輸入信號(hào)的相位旋轉(zhuǎn)的 電路。該動(dòng)作由數(shù)學(xué)式表示如下
<formula>see original document page 9</formula> (8a) <formula>see original document page 9</formula>(8b)
在這里，ΔΦ是相位旋轉(zhuǎn)量，該值的設(shè)定是為了消除在向輸入端子81 輸入的信號(hào)z二x + y;y通過了正交調(diào)制電路811、放大電路83、以及正交檢 波電路813時(shí)產(chǎn)生的相位旋轉(zhuǎn)。具體而言，可通過檢測(cè)信號(hào)z＝x +jy和 z"＝x"+jy"的相位差進(jìn)行。在進(jìn)行數(shù)字信號(hào)處理時(shí)，考慮使用如下所述的 迭代法。
<formula>see original document page 9</formula>
(9)
在這里，U是較小的常數(shù)，可m]、 W附]是輸入信號(hào)z的離散時(shí)間信 號(hào)的同相、正交成分，X'''[m]、y'''[m]是相位補(bǔ)償電路814的輸出。
本發(fā)明的第二實(shí)施例的動(dòng)作是在說明第一實(shí)施例的動(dòng)作時(shí)在使用的 信號(hào)的復(fù)數(shù)表現(xiàn)z(0二々)+ ^(0中使同相、正交成分分別為義W、靡寸 的動(dòng)作，因此省略其以上的說明。本發(fā)明的實(shí)施例希望將由虛線包圍的部 分通過數(shù)字信號(hào)處理來實(shí)現(xiàn)。在該情況下，在圖8中未示出，但是分別在 從虛線部的輸出x',y'的部分使用數(shù)字模擬調(diào)制電路，另外，在向虛線部 的輸入x"、y"的部分使用模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換電路。本實(shí)施例具有可由基帶進(jìn) 行信號(hào)處理，以及容易使用數(shù)字信號(hào)處理的優(yōu)點(diǎn)。
在圖9中示出了本發(fā)明的失真補(bǔ)償裝置的第三實(shí)施例。該實(shí)施例在第 二實(shí)施例中將標(biāo)號(hào)81 88、 811 814變更為91 98、 911 914，并添加 了負(fù)反饋電路。負(fù)反饋電路為如下構(gòu)成通過系數(shù)乘法運(yùn)算電路915在相 位補(bǔ)償電路914輸出的一部分上乘以常量(e)之后，與被輸入到輸入端 子91的信號(hào)z=x + Zy進(jìn)行減法運(yùn)算。常數(shù)P考慮失真補(bǔ)償?shù)某潭群碗娐?動(dòng)作的穩(wěn)定性而決定。低通濾波器(LPF) 916為了保持負(fù)反饋電路的穩(wěn) 定性而被插入。由于本實(shí)施例的其他電路與第二實(shí)施例相同，因此在此省 略說明。在該實(shí)施例中，首要的是將負(fù)反饋信號(hào)輸入到失真補(bǔ)償信號(hào)發(fā)生電路92的輸入。本實(shí)施例如有如下效果，即通過負(fù)反饋方式，改善了 前置補(bǔ)償器型失真補(bǔ)償方式收斂到最合適的失真補(bǔ)償特性所需要較長(zhǎng)時(shí)間 的問題。如果從其他的觀點(diǎn)看，在負(fù)反饋方式失真補(bǔ)償中，當(dāng)想要取得大 的失真補(bǔ)償時(shí)，可考慮通過在前置補(bǔ)償器型上分擔(dān)失真補(bǔ)償量，從而解決 動(dòng)作不穩(wěn)定的缺點(diǎn)。
權(quán)利要求
1.一種前置補(bǔ)償器型失真補(bǔ)償裝置，與放大高頻信號(hào)的功率放大器連接，補(bǔ)償在該功率放大器中產(chǎn)生的非線性失真，其特征在于，包括失真檢測(cè)單元，檢測(cè)在功率放大器輸出中的失真信號(hào)；失真信號(hào)發(fā)生單元，將應(yīng)該放大的高頻信號(hào)作為輸入，并產(chǎn)生n次(n為2以上的整數(shù))的非線性失真信號(hào)；失真補(bǔ)償信號(hào)發(fā)生單元，在該非線性失真信號(hào)上乘以控制變量，由此產(chǎn)生失真補(bǔ)償信號(hào)；相關(guān)電路，求出所述失真信號(hào)發(fā)生單元的輸出與所述失真檢測(cè)單元的輸出的相關(guān)；相位補(bǔ)償單元，被設(shè)置在所述失真檢測(cè)單元的前級(jí)，補(bǔ)償信號(hào)的相位旋轉(zhuǎn)；其中，所述相關(guān)電路的輸出決定所述控制變量。
2. 如權(quán)利要求l所述的失真補(bǔ)償裝置，其特征在于， 所述失真檢測(cè)單元對(duì)從所述功率放大器輸出而得到的信號(hào)和應(yīng)該放大的信號(hào)之間的誤差進(jìn)行檢測(cè)。
3. 如權(quán)利要求l所述的失真補(bǔ)償裝置，其特征在于， 所述失真檢測(cè)單元將由所述功率放大器輸出而得到的信號(hào)通過濾波器，由此檢測(cè)出由于失真而產(chǎn)生的頻率成分。
4. 如權(quán)利要求l所述的失真補(bǔ)償裝置，其特征在于， 所述失真檢測(cè)單元將由所述功率放大器輸出而得到的信號(hào)進(jìn)行傅立葉變換后，檢測(cè)出由于失真而產(chǎn)生的頻率成分。
5. 如權(quán)利要求1所述的失真補(bǔ)償裝置，其特征在于， 分別設(shè)置了在所述功率放大器的前級(jí)配備的正交調(diào)制電路和將從所述功率放大器的輸出得到的信號(hào)作為輸入的正交檢波電路，作為應(yīng)該放大的 信號(hào)而使用同相以及正交成分的基帶信號(hào)，進(jìn)行相位補(bǔ)償、失真檢測(cè)、相 關(guān)運(yùn)算、失真信號(hào)發(fā)生、控制信號(hào)發(fā)生、以及失真補(bǔ)償信號(hào)發(fā)生。
6. 如權(quán)利要求5所述的失真補(bǔ)償裝置，其特征在于，將由所述相位補(bǔ)償單元檢測(cè)得到的信號(hào)負(fù)反饋到輸入端子和失真補(bǔ)償 信號(hào)發(fā)生單元之間。
全文摘要
一種失真補(bǔ)償裝置，一方面檢測(cè)出包含在高頻功率放大器的輸出信號(hào)成分中的非線性失真信號(hào)，另一方面由應(yīng)該放大的高頻信號(hào)生成非線性失真信號(hào)，求出該非線性失真信號(hào)和被檢測(cè)出的非線性失真信號(hào)之間的相關(guān)，并根據(jù)該最終獲得的信號(hào)求出控制變量，通過將所求出的控制變量和被生成的非線性失真信號(hào)進(jìn)行乘法運(yùn)算而生成失真補(bǔ)償信號(hào)，并與應(yīng)該放大的信號(hào)進(jìn)行加法運(yùn)算。由此，提供了一種失真補(bǔ)償裝置，可自動(dòng)地維持最合適的失真補(bǔ)償特性，高速地實(shí)現(xiàn)并得到良好的失真補(bǔ)償。
文檔編號(hào)H03F1/32GK101208859SQ200680022719
公開日2008年6月25日 申請(qǐng)日期2006年6月26日 優(yōu)先權(quán)日2005年6月24日
發(fā)明者赤巖芳彥 申請(qǐng)人:日本電氣株式會(huì)社