CN1276929A - 线性化方法和放大器配置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种线性化方法和一种放大器配置,其中,利用存储在预失真控制器(110)的存储器中的数字预失真信息使所要放大的信号(100)预失真。预失真装置(104、106)使所要放大的信号(100)以其模拟形式预失真,该预失真至少适应所要放大的信号(100),存储在控制器(110)的存储器中的预失真信息与极坐标变量如相位和幅度相对应,并且根据置于控制器(110)的存储器中的预失真信息使所要放大的信号(100)的相位和幅度失真。

Description

线性化方法和放大器配置
本发明涉及一种线性化方法，在该方法中，利用存储在存储器中的数字预失真信息使所要放大的信号预失真。
本发明还涉及一种放大器配置，该放大器配置包括预失真装置和一种存储数字预失真信息的存储器。
射频功率放大器的工作范围比小信号放大器的工作范围宽；因此，功率放大器是非线性的。例如，蜂窝无线***中的基站同时接收和放大来自若干个终端的不同频率的信号。在现有技术方案中，要利用前馈或预失真来校正功率放大器互调所引起的信号失真。在前馈方案中，通常应用由实际信号的主放大器和信号失真的失真放大器所提供的两个控制环路。其中，失真前馈用来校正实际信号。
在采用预失真的现有技术方案中，通过放大器使信号失真的方法作出一种估算。用一种与放大器失真相反的失真变换来使要通过该估算被放大的信号预失真。然后，放大器在放大该信号的同时对该预失真进行补偿，从而得到一个不失真的所谓线性化的信号。
在该现有技术方案中，可以采用模拟方式或者用数字方式实现预失真。在模拟预失真中，难以检测到放大器失真中的变化；因此，数字预失真更好。利用数字预失真可很有效地校正失真。一般的数字预失真利用一些查阅表来实现，此外，该查阅表最好还应当可以被修改，以便，在放大器失真受到诸如温度、放大器的寿命以及馈入放大器的信号的变化等因素的影响后，它仍可适应。US5,049,832公布了一种这类方案，在此作为参考。在这一公布的方案中，预失真信息以直角坐标格式存储在存储器中，其目的是减少所要存储的信息量，因此，在变化的环境中要提高该方案的适应性。
不过，一般来说，这种全数字预失真的一个问题是缓慢。当采用复数放大预失真时，现有数字信号处理技术可使带宽范围从几十KHz到最大几百KHz。鉴于数字变换计算，当采用极预失真时，带宽甚至更窄。再者，数字预失真的另一个问题是功率放大器所引起的延时的估算。
因此，本发明的目的是提供一种方法和一种实现该方法的配置以便解决上述问题。在本发明中，可以避免数字预失真的缓慢和模拟预失真的差适应变化能力。
采用引言中所述的那种方法可达到这一目的，该方法其特征在于，使所要放大的信号以其模拟形式预失真，使该预失真适应所要放大的信号，存储在存储器中的预失真信息与极坐标变量如相位和幅度相对应，并且根据该预失真信息在预失真中使所要放大的信号的相位和幅度失真。
同样，本发明的放大器配置其特征在于，预失真装置用来使所要放大的信号以其模拟形式失真，接收机配置用来使该预失真适应所要放大的信号，存储在存储器中的预失真信息包括极坐标变量相位和幅度，并且预失真装置用来根据该预失真信息使信号的相位和幅度失真。
利用本发明的方法和配置可得到多个优点。耗时的数字预失真运算可用查表来取代。本发明使得极表示也能应用于宽带应用中。
下面，参照附图通过一些优选实施方式来详述本发明，其中：
图1示出了一个预失真放大器，和
图2示出一个预失真控制器。
在蜂窝无线***中，本发明尤其适用于基站发射机的功率放大器，不过并不局限于此。
图1示出了根据本发明的一种预失真放大器配置。该配置包括一个信号分路器102、一个相位预失真器104、一个幅度预失真器106、一个功率放大器108、一个失真控制器110、一个衰减器112、一个幅度失真器114、一个相位失真器116、延时装置118、一个加法器120、第一积分器122、第一放大器124、第一低通滤波器126、一个乘法器128、第二积分器130、第二放大器132、第二低通滤波器134、第一高通滤波器136和第二高通滤波器138。作为正交(quadrature)解调器的乘法器128包括乘法装置160、一个移相器(90°)162和一个信号分路器164。该配置还包括一个前馈放大器142和一个加法器144，在加法器中，从输出信号170中减去误差信号176，以减小互调制失真。该配置工作情况如下所述。首先来分析放大器的无反馈操作。所要放大的信号100在分路器102中被分成两路。上面那路信号进一步传至预失真装置104和106，在此改变信号100的相位和幅度。改变相位和幅度的装置104和106使输入到放大器108的信号100的相位和幅度失真，目的是使放大器108的输出基本不失真。
现在，详细看一看误差信号176的形成。首先，调制信号Vm174这样产生：所要放大的信号100经分路器102传至失真装置114和116，由此产生该信号的预期值，然后该信号在延时装置118中被延时。因此，信号174的延时与所要放大的信号100在失真装置104和106和功率放大器108中的延时一致。在加法器120中，将调制信号174减去被衰减器112衰减到与误差信号176相应的电平的输出信号172，便得到误差信号176。
下面，将详细分析调制信号174的预期值的形成。调制信号174与误差信号176均馈入到正交调制器128，在该正交调制器中，利用正交解调器乘法器160、移相器162和信号分路器164，以一种已知的方法产生一个相位控制信号180和一个幅度控制信号182。相位控制信号180经滤波器126低通滤波、然后经放大器124放大再经积分器122积分即有效均化。在相位失真装置116中，利用一个经这种方法处理和有效均化后的相位控制信号186，使所要放大的信号100失真。类似地，幅度控制信号182，它也经滤波器134低通滤波，然后经放大器132放大再经积分器130积分即有效均化。在幅度失真装置114中，利用一个经这种方法处理和有效均化后的幅度控制信号184，使所要放大的信号100失真。这种使相位和幅度均化的失真，根据积分器122和130所积分的时隙中的调制信号174，得到了所要放大的信号100的预期值。换言之，由于慢变化被合成掉，因此误差信号176只指示所要放大的信号100的快变化。
本发明的方案利用装置104和106根据误差信号176偏离调制信号174多少来快速地改变相位和幅度失真，其中调制信号174与所要放大的信号100的预期值(即平均值)相应。因此，本发明方案能适应情况的变化。这种适应性以这样的方式来实现：经滤波器136和138低通滤波后的相位和幅度控制信号184和186被馈入到失真控制器110。利用这些信号以及所要放大的信号可从表中选出合适的预失真信息。
下面，将详细分析根据本发明的预失真信息的选择。图2示出了预失真控制器110，它包括第一低通滤波器200、一个A/D转换器202、第一存储器204、第二存储器206、一个D/A转换器208、第二低通滤波器210、第二D/A转换器212和第三低通滤波器214。该控制器110按如下方式工作。第一低通滤波器200消除所要放大的信号100中的快变化，然后在转换器202中将该信号转换成数字形式。该数字信号直接用来控制存储器204和206，存储器204控制相位预失真而存储器206控制幅度预失真。相位预失真的数字信息在第一D/A转换器208中被转换成模拟信息后再经第二低通滤波器210滤波。类似地，幅度预失真的数字信息在第二D/A转换器212中被转换成模拟信息后再经第三低通滤波器214滤波。这些模拟控制信号以一种已知的方法来控制模拟的通常也是射频的预失真装置104和106，以使相位和幅度失真。
尽管极变量幅度和相位被描述成独立的变量，然而，可利用复数表示和通过将这些变量当作矢量来处理，将这些变量表示和变换为一个变量。因此可定义一个变量α，α＝g+jp，其中j是虚数单位，g为幅度，而p为相位。变量α也可写成与幅度单位矢量G和相位单位矢量P相应的形式α＝gG+pP。输入到失真控制器110的存储器204和206中信号100、184、186可用这种形式来表示，因而两个控制信号184和186可用一个复数信号来代替，该复数信号本身又可以用一种已知的方法以数字形式来表示。存储器204、206最好是一个包括多个供信号100、184和186输入的输入端口的RAM存储器。存储器204、206最好是一个双端口RAM存储器，其中可以存储不同类型的幅度和相位预失真信息。
由于存储器204、206是数字的，因此，存储器只接受在顺序的抽样时间点上得到的幅度和相位值。因此，与例如信号184和186或信号100相应的控制失真的新参数αn+1一般根据前一个参数αn由下式导出：
αn+1＝αn-KΔE[ve 2]
其中E是预期值运算符，αn是处理信号时所用的当前参数，K是放大系数， 
Figure A9881039500081
   表示微分算符，利用该算符可求出关于正交单位矢量G和P的标量函数的矢量形式的偏导数。这一偏导法(也叫梯度)通常用调制信号174Vm和误差信号176Ve相乘来替代，于是，αn+1＝αn-KVmVe。这一相乘相当于装置120中的正交解调，而在调制信号174的均化中包含了该原始子项(original clause)的预期值。
尽管以上参照附图中所示的例子阐述了本发明，显然，本发明并不局限于此，而可以在附属权利要求书中所公开的本发明思想的范围内以多种方式修改。

Claims (10)

1.一种线性化方法，在该方法中，利用存储在存储器(202、204)中的数字预失真信息使所要放大的信号(100)预失真，其特征在于，使所要放大的信号(100)以其模拟形式预失真，使该预失真适应所要放大的信号(100)，存储在存储器(202、204)中的预失真信息与极坐标变量如相位和幅度相对应，并且根据该预失真信息在预失真中使所要放大的信号(100)的相位和幅度失真。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，使预失真以这样一种方法来适应所要放大的信号(100)：利用所要放大的信号(100)来控制包含有所存储的数字预失真信息的存储器(202、204)，在控制存储器(202、204)之前先要将所要放大的信号(100)转换为数字形式。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，产生调制信号(174)，作为所要放大的信号(100)的预期值，以及放大信号(172)与调制信号(174)之间的误差信号(176)，将该调制信号(174)与误差信号(176)正交调制，用以产生失真控制信号(180、182)，和
使预失真以这样一种方法来适应所要放大的信号(100)：除了利用所要放大的信号(100)之外还利用失真控制信号(180、182)来控制存储器(202、204)，在控制存储器(202、204)之前也先要将控制信号(180、182)转换为数字形式。
4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，将预失真信息存储在包括多输入端口的查阅表存储器中。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，预失真装置(104、106)是模拟的，因此来自存储器(202、204)的用于控制预失真装置(104、106)的预失真信息被转换成模拟信息。
6.一种放大器配置，它包括预失真装置(104和106)和存储数字预失真信息的存储器(202和204)，其特征在于，预失真装置(104和106)用来使所要放大的信号(100)以其模拟形式失真，接收机配置用来使该预失真适应所要放大的信号，存储在存储器(202、204)中的预失真信息包括极坐标变量相位和幅度，并且预失真装置用来根据该预失真信息使该信号的相位和幅度失真。
7.如权利要求6所述的放大器配置，其特征在于，预失真装置(104和106)用这样一种方法来使该预失真适应所要放大的信号(100)：模/数转换器(202)将所要放大的信号(100)转换为数字形式，转换之后，该数字信号(100)用来控制包含有所存储的数字预失真信息的存储器(202、204)。
8.如权利要求6所述的放大器配置，其特征在于，该放大器配置用来产生调制信号(174)与调制信号(174)的输出信号(172)之间的误差信号(176)，作为所要放大的信号(100)的预期值，
正交调制器(120)用来将该调制信号(174)与误差信号(176)解调，用以产生控制信号(180、182)，和
预失真装置(104和106)使该预失真除了适应所要放大的信号(100)之外还用这样一种方法来适应控制信号(180、182)：模/数转换器(203)用来将控制信号(180、182)转换为数字形式，转换之后，该控制信号也用来控制包含有所存储的数字预失真信息的存储器(202、204)。
9.如权利要求6所述的放大器配置，其特征在于，将预失真信息存储在包括多输入端口的查阅表存储器中。
10.如权利要求6所述的放大器配置，其特征在于，预失真装置(104和106)是模拟的，因此数/模转换器(208、212)用来将来自存储器(202、204)的用于控制预失真装置(104和106)的预失真信息转换成模拟信息。
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