本發(fā)明涉及包括主放大器和失真校正電路的數(shù)字射頻放大系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

移動(dòng)電話數(shù)字射頻發(fā)射系統(tǒng)尤其會(huì)使用一個(gè)數(shù)字預(yù)失真系統(tǒng)以校正其放大級(jí)的失真。

這些系統(tǒng)通常不能達(dá)到全球移動(dòng)通信系統(tǒng)（GSM）信號(hào)的放大所需的線性水平并且產(chǎn)出較低，除非為這些程序使用昂貴的組件。

這種情況尤其會(huì)在使用必須符合低于-36 dBm的IMD規(guī)范（互調(diào)失真）的中繼器中發(fā)生。

在專利文件US 8498591 B1中描述了一個(gè)具有預(yù)失真放大器裝置的示例。

具有“前饋”（feedforward）放大器的系統(tǒng)，英語術(shù)語（feedforward放大器）可以譯為具有預(yù)校正的放大器，只有這樣的系統(tǒng)目前能夠以商業(yè)上可接受的方式實(shí)現(xiàn)這些規(guī)范。

然而，這些包含在放大鏈之前提供一個(gè)數(shù)學(xué)建模和補(bǔ)償缺陷的控制系統(tǒng)的系統(tǒng)，僅具有10%的有限的產(chǎn)出量。

例如，在專利文件US 20080252371 A1和US 6326845 B1中給出了前饋放大器的實(shí)例。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了提高這種情況下的性能，本發(fā)明提供一個(gè)包括兩次校正的射頻放大系統(tǒng)，也就是說此系統(tǒng)具有附加的預(yù)失真和前饋系統(tǒng)。

更具體地說，本發(fā)明提供一個(gè)數(shù)字射頻放大系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括：一個(gè)主放大通道和失真校正裝置，其中失真校正裝置包含一個(gè)由稱為前饋校正電路的預(yù)校正類型的校正電路和預(yù)失真校正電路。

預(yù)失真校正電路優(yōu)選地包含一個(gè)帶有第一裝置的反饋回路，第一裝置用于對(duì)代表主放大器輸出的信號(hào)進(jìn)行采樣，以便調(diào)整預(yù)失真和最小化主放大器的輸出誤差。

有利地是，主放大通道由一個(gè)純有用信號(hào)和一個(gè)預(yù)失真信號(hào)的組合信號(hào)作為輸入信號(hào)，前饋校正電路包括一個(gè)由參考信號(hào)作為輸入信號(hào)的第一校正通道，且將參考信號(hào)轉(zhuǎn)換為第一校正信號(hào)，校正通道和主放大通道構(gòu)成一個(gè)第一回路，其中，第一回路還包括一個(gè)雙耦合器，以適于對(duì)一個(gè)主放大通道的輸出信號(hào)和該輸出信號(hào)與第一校正信號(hào)的組合信號(hào)進(jìn)行采樣，以獲得一個(gè)第二校正信號(hào)。

預(yù)失真校正電路的反饋回路的信號(hào)的采樣在前饋校正電路的第一回路的雙耦合器的下游完成。

第二校正信號(hào)被注入到一個(gè)第二校正通道，第二校正通道形成具有一個(gè)延伸主放大通道的整流通道，一個(gè)第二回路包括一個(gè)在該放大系統(tǒng)的總輸出端的輸出耦合器。

第二校正通道包括：第二校正信號(hào)的相移裝置和放大裝置以生成一個(gè)最終校正信號(hào)，輸出耦合器被設(shè)計(jì)成在該放大器的總輸出端處重新注入最終校正信號(hào)，最終校正信號(hào)和輸出信號(hào)在耦合器處結(jié)合以生成一個(gè)凈化信號(hào)。

有利的是，整流通道包括一個(gè)隔離器和一個(gè)延遲線。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)有利的實(shí)施例，依據(jù)一個(gè)輸入數(shù)據(jù)、主放大器的模型表和來自反饋回路中的信號(hào)，在一個(gè)計(jì)算器中生成純有用信號(hào)、預(yù)失真信號(hào)和參考信號(hào)。

純有用信號(hào)和預(yù)失真信號(hào)的組合特別源自一個(gè)第一數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器。

參考信號(hào)源自一個(gè)第二數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器。

反饋回路有利地包括一個(gè)數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器。

當(dāng)載波通過一個(gè)第一和第二混頻器進(jìn)入放大器和前饋裝置時(shí)，有利地調(diào)制通過該放大器，校正電路的前饋校正電路和預(yù)失真反饋回路的信號(hào)。

在這種情況下，反饋回路的信號(hào)優(yōu)選地通過在一個(gè)第三混頻器處的載波解調(diào)。

該系統(tǒng)有利地包括一個(gè)用于采樣總輸出端的信號(hào)的第二裝置。

該系統(tǒng)包括一個(gè)用于采樣第二校正信號(hào)的第三裝置。

由一個(gè)控制模塊驅(qū)動(dòng)的三路開關(guān)，適用于選擇第一、第二或第三選擇裝置中的一個(gè)，并將其連接到反饋回路，因此，反饋回路適用于作為一個(gè)測(cè)量該系統(tǒng)的所有校正裝置的工作參數(shù)的裝置。

控制模塊有利地驅(qū)動(dòng)用于該系統(tǒng)的至少一個(gè)通道的增益和相位調(diào)節(jié)裝置。

有利的是，控制模塊為計(jì)算器的一部分，計(jì)算器包括一個(gè)信號(hào)處理塊，一個(gè)預(yù)失真生成塊和一個(gè)前饋回路的控制塊，該控制模塊控制該計(jì)算器的各塊。

具有反饋回路的預(yù)失真校正電路允許進(jìn)入放大器的信號(hào)的第一校正，使得主放大器的輸出的交調(diào)產(chǎn)物被大大減少。

前饋系統(tǒng)本身確保第二校正步驟，以便實(shí)現(xiàn)非常高的線性水平。

附圖說明

參考附圖，通過非限制性實(shí)施方式的描述，說明了本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點(diǎn)，其中：

圖1為一個(gè)現(xiàn)有的前饋校正系統(tǒng)的示意圖；

圖2為一個(gè)結(jié)合預(yù)失真和前饋的本發(fā)明的系統(tǒng)的示意圖；

圖3示出了圖2中在示意的各點(diǎn)顯示有信號(hào)譜；

圖4示出了圖2中顯示有控制放大器的兩個(gè)回路的計(jì)算系統(tǒng)。

具體實(shí)施方式

圖1示意性地示出了一個(gè)現(xiàn)有技術(shù)中的前饋放大系統(tǒng)，此系統(tǒng)包括一個(gè)提供有輸入信號(hào)E的第一回路1、一個(gè)分配耦合器（coupleur diviseur）18、一個(gè)可變?cè)鲆娣糯蠹?jí)4、和功率放大級(jí)5、6，分配耦合器18為包括一個(gè)相位調(diào)整器3的第一通道或放大通道提供輸入信號(hào)。放大通道的功率輸出端輸出信號(hào)S1，如其頻譜13所示，信號(hào)S1包含放大的輸入信號(hào)Ea和一個(gè)互調(diào)失真分量d。此輸出端連接至一個(gè)環(huán)流器7，環(huán)流器7將天線輸出端S與輸出信號(hào)S1隔離。在環(huán)流器7的后面為一個(gè)用于調(diào)整相位的延遲線8和一個(gè)耦合器20，耦合器20注入一個(gè)來自第二回路2的誤差信號(hào)。

第一回路1包括一個(gè)第二通道信號(hào)，其經(jīng)由延遲線或移相器9將具有頻譜15的信號(hào)E傳播至雙耦合器19，延遲線或移相器9生成與由放大通道的放大器引入的相移相同的相移，雙耦合器19取得通道放大器的輸出信號(hào)S1的一部分，以將其從回至相位的信號(hào)E中減去，從而消除信號(hào)E的一個(gè)分量并生成誤差信號(hào)e_R 16。

該誤差信號(hào)進(jìn)入第二回路2并由可調(diào)增益放大級(jí)10和固定增益放大級(jí)12進(jìn)行放大，由相位調(diào)節(jié)裝置11進(jìn)行相移，以使得在第二回路2的終端，該信號(hào)被根據(jù)頻譜17放大和相移，并且與放大器在輸出耦合器20處的輸出信號(hào)處于相反相位，以使得在天線輸出端處交調(diào)產(chǎn)物被抵消，因此輸出信號(hào)S頻譜14的失真被消除。

圖2示意性地示出了本發(fā)明的一個(gè)裝置，該裝置通過添加一個(gè)數(shù)字預(yù)失真器（數(shù)字預(yù)失真器DPD D1）改進(jìn)了圖1中的裝置。

根據(jù)該示意圖，一個(gè)第一數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器100生成一個(gè)輸入信號(hào)Su+D1，該輸入信號(hào)Su+D1由有用信號(hào)Su與由計(jì)算器200計(jì)算的預(yù)失真信號(hào)D1的組合構(gòu)成。該輸入信號(hào)與混頻器101中的載波107混合，然后由可變?cè)鲆娣糯蠹?jí)102和固定增益放大級(jí)103、104的進(jìn)行放大以獲得一個(gè)放大信號(hào)S1。

和圖1中類似，第一回路1’的一個(gè)通道處理一個(gè)由第二數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器108生成的參考信號(hào)S_REF，參考信號(hào)S_REF在第二混頻器處和載波107混合，之后由放大器111放大，使其通過一個(gè)雙耦合器110和輸出信號(hào)S的采樣重組合，從而生成誤差信號(hào)e_R，如圖1中所示，該誤差信號(hào)由移相器113和放大級(jí)112、114中處理，以通過在系統(tǒng)的天線輸出端的耦合器130與信號(hào)S1重組合，其中信號(hào)S1由隔離器105隔離并由延遲線106延遲。

此處數(shù)字預(yù)失真由反饋回路140驅(qū)動(dòng)，反饋回路140對(duì)放大器輸出信號(hào)S1的一部分進(jìn)行采樣，通過放大器115放大或調(diào)整其阻抗，之后通過接收載波116的混頻器117對(duì)其解調(diào)，以然后通過模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器118將其轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)。根據(jù)放大器的輸出信號(hào)和其使用范圍，通過計(jì)算器200進(jìn)行分析該信號(hào)以適配數(shù)字預(yù)失真的參數(shù)。

這種校正確保放大器的非線性在第一回路1'中得以正確補(bǔ)償，并且在第二回路2'中僅有交調(diào)產(chǎn)物待處理。

對(duì)于數(shù)字預(yù)失真，數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器D/A 100用于在預(yù)失真基帶信號(hào)Su+D1中生成有用信號(hào)，該有用信號(hào)將被放大并將使主放大器線性化。

在反饋回路140中的模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器A/D 118提供校正數(shù)據(jù)，用于基于放大器輸出信號(hào)實(shí)現(xiàn)預(yù)失真的動(dòng)態(tài)適應(yīng)，并改進(jìn)此第一校正。

前饋系統(tǒng)中，從主放大器輸出的有用信號(hào)中減去參考信號(hào)S_REF以生成第二回路中的誤差信號(hào)，此參考信號(hào)S_REF以數(shù)字驅(qū)動(dòng)相位和振幅，以在第二回路的輸入端消除有用信號(hào)。在放大誤差信號(hào)e_R并將其移至反相后，從整個(gè)放大器的射頻（RF）輸出信號(hào)中減去誤差信號(hào)e_R。

實(shí)際操作中，消除耦合器在7 dB和12 dB之間耦合衰減，采樣衰減在20 dB和30 dB之間，且各級(jí)被設(shè)計(jì)以抵消這些衰減并將信號(hào)調(diào)整回可比較的水平。

根據(jù)圖2，放大系統(tǒng)由例如一個(gè)FPGA元件實(shí)現(xiàn)的計(jì)算器驅(qū)動(dòng)，并且該第一前饋回路為完全數(shù)字電路，參考信號(hào)的電平和其預(yù)失真信號(hào)的相對(duì)相位的調(diào)節(jié)是以數(shù)字方式在FPGA元件內(nèi)部實(shí)現(xiàn)的。

圖3表示圖2放大系統(tǒng)的一個(gè)變型例，其中包括對(duì)主放大器輸出信號(hào)進(jìn)行采樣的第一裝置120，且還包括對(duì)總輸出端的信號(hào)采樣的第二采樣裝置122和對(duì)第二校正信號(hào)e_R采樣的第三采樣裝置121。

如圖4所示，由一個(gè)控制模塊201驅(qū)動(dòng)的三路開關(guān)142，適用于選擇第一、第二或第三選擇裝置中的一個(gè)，并將其連接到該反饋回路141，該反饋回路適用于作為一個(gè)測(cè)量本系統(tǒng)的所有校正裝置的工作參數(shù)的裝置。

根據(jù)該實(shí)例，該反饋回路中的模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器A/D 118也用于通過允許分析位于第二誤差校正回路輸入端和該放大器總輸出端的主放大器輸出信號(hào)，來實(shí)現(xiàn)前饋系統(tǒng)的第一和第二回路的收斂。

為了完成前饋的數(shù)字處理，使用兩個(gè)轉(zhuǎn)換器，一個(gè)提供組合預(yù)失真數(shù)字信號(hào)的有用信號(hào)，另一個(gè)提供參考信號(hào)。

在第二誤差校正電路的輸入端處使用第三采樣裝置121，用于檢驗(yàn)該信號(hào)與參考信號(hào)S_REF呈現(xiàn)的最小相關(guān)性，以最優(yōu)地調(diào)整參考信號(hào)和從主放大器輸出的信號(hào)的對(duì)準(zhǔn)。實(shí)際上，只有交調(diào)產(chǎn)物必須存在于誤差放大器的輸入端處，因此，當(dāng)有用信號(hào)從輸出信號(hào)中完全減去時(shí)，該信號(hào)呈現(xiàn)最小相關(guān)性。

一種檢驗(yàn)方法可以分析放大器輸入端的信號(hào)頻譜與第二誤差校正電路的輸入端處的信號(hào)頻譜，以檢查第二誤差校正電路的輸入端處的信號(hào)中是否存在載波。

借助第二采樣裝置122進(jìn)行采樣得以測(cè)量校正之后的輸出信號(hào)。

通過調(diào)節(jié)移相器113和可調(diào)增益放大級(jí)112處的誤差放大器的相位和增益來實(shí)現(xiàn)第二回路的收斂。為了優(yōu)化這個(gè)結(jié)果，對(duì)放大器輸出進(jìn)行分析，并且有兩個(gè)方法可以使用，一為對(duì)輸出信號(hào)的頻率進(jìn)行分析以控制互調(diào)的水平，第二個(gè)為最大化該參考信號(hào)和對(duì)應(yīng)于最小的互調(diào)的輸出之間的相關(guān)性，即與一個(gè)最小的互調(diào)相關(guān)。

三路開關(guān)142適用于選擇該第一、第二或第三選擇裝置中的一個(gè)，并將其連接到該反饋回路141，該反饋回路用于作為一個(gè)測(cè)量該系統(tǒng)的所有校正裝置的工作參數(shù)的裝置。

-開關(guān)的位置1，其中，該返回通道與采樣裝置120連接，以用來觀察主放大器的線性化并使數(shù)字預(yù)失真算法收斂。

-開關(guān)的位置2是返回通道與采樣裝置121連接，以用來分析誤差回路的輸入，并相應(yīng)地檢查是否還存在有用信號(hào)且僅剩余交調(diào)產(chǎn)物。這是通過對(duì)準(zhǔn)第一回路的兩個(gè)分支的增益和相位來實(shí)現(xiàn)的，這些控制是在模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器參考之前在信號(hào)處理器內(nèi)部完成設(shè)置的。

-開關(guān)的位置3是返回通道與采樣裝置122連接，以用來分析末級(jí)放大器的輸出信號(hào)以驗(yàn)證該前饋系統(tǒng)的校正。通過使用第二回路中的移相器衰減器，來調(diào)節(jié)第二回路的增益和相位的對(duì)準(zhǔn)來實(shí)現(xiàn)該校正。

可以以連續(xù)地方式或者根據(jù)放大器的設(shè)定工作條件進(jìn)行設(shè)定來實(shí)現(xiàn)這三個(gè)動(dòng)作。

信號(hào)頻譜如圖3中所示。

信號(hào)表示為：

-進(jìn)入主放大器501，其中該信號(hào)包括有用信號(hào)的中心條紋和預(yù)失真信號(hào)的橫向條紋；

-進(jìn)入第一前饋校正回路502或僅呈現(xiàn)有用參考信號(hào)的中心條紋；

-作為主放大通道503的輸出，橫向條紋僅包括互調(diào)失真；

-作為放大器輸出；進(jìn)入第二前饋回路505的校正通道，其中有用信號(hào)的條紋在參考信號(hào)和放大器輸出信號(hào)耦合期間被去除，以僅留下互調(diào)失真信號(hào)的條帶；

-在第二回路506的校正通道的終端，互調(diào)失真被成形以從系統(tǒng)中減去；以及

-系統(tǒng)507的輸出僅呈現(xiàn)有用放大信號(hào)的條紋。

圖4表示具有其詳細(xì)控制計(jì)算器200的完整的放大系統(tǒng)。

該計(jì)算器200包括若干塊或計(jì)算功能區(qū)，其根據(jù)一個(gè)輸入數(shù)據(jù)D、主放大器的模型表和來自反饋回路141中的信號(hào)，生成純有用信號(hào)Su、預(yù)失真信號(hào)D1和參考信號(hào)S_REF。

根據(jù)該實(shí)例，計(jì)算器具體包括一個(gè)信號(hào)處理塊SP（信號(hào)處理）202，一個(gè)預(yù)失真生成塊DPD（數(shù)字預(yù)失真）203，和一個(gè)前饋回路F.FWD CONTROL的控制塊204。這些塊生成的數(shù)據(jù)，旨在被轉(zhuǎn)換以生成上述信號(hào)。

該計(jì)算器還通過一個(gè)控制模塊MASTER 201控制三路開關(guān)142，該控制模塊MASTER 201適用于選擇所述第一、第二或第三選擇裝置中的一個(gè)，并將其與反饋回路141連接。

該控制模塊201進(jìn)一步驅(qū)動(dòng)主通道的增益調(diào)節(jié)裝置102和第二前饋回路的誤差校正通道的增益和相位調(diào)節(jié)裝置112、113。

通過數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器驅(qū)動(dòng)該調(diào)節(jié)裝置，且通過控制模塊驅(qū)動(dòng)計(jì)算器的模擬輸出。

根據(jù)該實(shí)例，控制模塊201還驅(qū)動(dòng)計(jì)算器的所有塊和載波108、116。

從用戶角度來看，放大系統(tǒng)是發(fā)射用戶向其帶來的數(shù)據(jù)D的放大器塊，該計(jì)算器負(fù)責(zé)管理發(fā)射器的放大器的所有工作參數(shù)。

該計(jì)算器可以由一個(gè)與數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器和模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器集成或分立相關(guān)的微控制器制成，但是優(yōu)選的解決方案是將所有計(jì)算器、轉(zhuǎn)換器和控制通道集成于FPGA元件（現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列）或?qū)Ｓ眠壿嬁删幊叹W(wǎng)絡(luò)，其中，F(xiàn)PGA元件或?qū)Ｓ眠壿嬁删幊叹W(wǎng)絡(luò)包括用于處理DSP的電纜塊，一個(gè)嵌入式微處理器核，一個(gè)或多個(gè)時(shí)鐘合成和/或定時(shí)區(qū)，模／數(shù)轉(zhuǎn)換區(qū)和數(shù)／模轉(zhuǎn)換區(qū)，受控的存儲(chǔ)器阻抗輸入/輸出和其他需要控制放大器和數(shù)據(jù)傳輸?shù)馁Y源。

本發(fā)明尤其能夠使用低線性但高效率的放大器，例如，“Doherty”型放大器。

本發(fā)明并不限于示出的實(shí)例，包括使用一個(gè)由放大器管理計(jì)算器處理的數(shù)字信號(hào)，通過計(jì)算區(qū)或計(jì)算器中的軟件來將其他處理添加到數(shù)字信號(hào)的事實(shí)，例如，波峰因數(shù)降低，進(jìn)一步地提高了系統(tǒng)的總體效率。