CN1516493A - 一种功率放大器线性化方法和线性功率放大器装置 - Google Patents

Abstract

一种涉及信号处理领域的功率放大器线性化方法，在包括前馈信号抵消环路的放大***中，从前馈信号抵消环路获取功率放大器的非线性失真信号包络频谱信息，并利用负反馈回路将其实时馈送给功率放大器的输入通道，与输入信号叠加调制其包络频谱，造成输入信号预失真，实现功率放大器线性化放大，该装置包括前馈信号抵消模块，还包括非线性失真包络频谱负反馈模块，该非线性失真包络频谱负反馈模块由前馈信号抵消模块获取功率放大器的非线性失真信号包络频谱信息，并将其负反馈至功率放大器的输入通道与输入信号叠加调制包络频谱，本发明精确高、结构简单而且工作可靠，可适用于移动通信***。

Description

一种功率放大器线性化方法和线性功率放大器装置

技术领域

本发明属于信号处理领域，特别涉及一种放大器的线性化方法和装置。

背景技术

由于现代移动通信***对线性功率放大器需求的急剧膨胀，各种线性化技术及功率放大器线性化方法得以迅猛发展。目前主要的线性化技术和方法包括三种类型：前馈(Feed-Forward)、预失真(Predistortion)和包络反馈(Envelop-Feedback)。它们分别从三个角度提高功率放大器的线性指标。

理想的放大器是为射频载波信号提供一个完全透明的传输通道：对工作频带内任意频点的输入信号，在全动态范围内实现固定比率地幅度放大、稳定地相位偏移以及不变地时间延迟，同时不产生任何其他分量的信号成分，即对输入信号进行线性的功率放大。但是，由于实际中任何放大器的传输函数均存在非线性分量，即在输入射频载波信号的放大输出中不仅存在有被放大的载波成分，而且还存在着谐波、杂散、互调(如果输入载波为多音(Muti-tone)调制信号)失真分量，同时放大器的增益、相移以及群时延等指标还会随着信号的频率、幅度、环境温度、器件老化等因素发生变化。所以需要采用外加的线性化手段提高功率放大器的线性指标，以满足现代移动通信***的基本要求。

前馈线性化方法是利用一个前馈信号抵消环路提取主功率放大器输出信号中的非线性失真信息，并利用另一个前馈信号抵消环路在***输出端抵消消除主功放输出信号中的非线性失真成分，实现功率放大器的线性化目标。在美国专利US4389618中提供了一种典型的前馈线性化方法。这种方法具有非常高的线性化改善指标(理论修正能力可达30dB，处理带宽可达25MHz)，但是结构复杂、成本高。譬如美国US4389618，除了两个基本的信号抵消环路及自适应跟踪机制外，为提高误差环(非线性失真抵消环)的自适应能力，另外增加了一个信号抵消环路，以检测跟踪非线性信号的抵消效果控制误差放大链路的增益和相移特性，保证***全动态的线性改善性能。因此，构造非常复杂。同时，由于误差环实现的是一个弱信号(相对于主信号)的抵消过程，很难达到理想效果，因此***的线性改善难以实现理想目标。另外，由于主功放输出通道的***功率损耗和其它(除主功放外)有源电路的功率消耗，应用前馈线性化方法实现的线性功率放大器装置很难获得比较高的直流-射频转换效率。

如图1所示，输入信号经功分器1等分输出，一路信号送入主功率放大器2进行功率放大，另一路经过延时线6、电调衰减器7、电调移相器8调节后输入和路器9；主功率放大器2的输出信号经过取样耦合器3取样后，进入和路器9另一个输入端，与延时支路来的输入信号进行信号抵消，消除掉主功放输出取样信号中的输入信号频谱分量，得到功率放大引入的非线性失真的代表信号——误差信号，并经过电调衰减器10、电调移相器11送入误差放大器12；放大后的误差信号通过定向耦合器5进入功放输出通道，与经过延时线4延时的主功放输出信号进行信号抵消，消除掉其中的非线性失真产物，在功放输出端得到线性度很高的大功率信号输出。

由图1可以看出，前馈式线性功率放大器包括两个基本的信号抵消环路——主环和误差环。

主环进行的是两个主信号的抵消过程：经过主功率放大器2放大并由取样耦合器3取样后的被放大主信号与经过延时的输入主信号在和路器9中反相相加。当两路主信号幅度相等、相位相差180°时抵消达到理想效果(完全消除掉主功率放大器2输出取样信号中的主信号成分)，但是主功率放大器2的增益和相移特性会随着输入功率、工作频率、环境温度以及器件老化等因数而变化，为动态保证主信号的良好抵消，在延时支路中***了幅度和相位调节部件一电调衰减器7和电调移相器8，并结合外加的自适应检测控制环节，动态跟踪主功率放大器2的增益和相移变化。由于参加抵消的两路信号均是幅度相当的大信号，可以通过直接检测抵消结果或间接比较两路信号的幅度和相位误差实现抵消环路的自适应跟踪控制，进而保证良好的抵消效果。

误差环是将经过误差放大器12放大的误差信号通过定向耦合器5耦合进入主通道与经过延时线4延时的主功率放大器2输出信号反相相加，抵消消除其中的非线性失真信号，实现***线性改善的目标。为克服误差放大器12的增益和相移不稳定性，在它的输入通道中加入了幅度和相位调整部件—电调衰减器11和电调移相器12，并结合外加的自适应检测控制机制，动态修正稳定误差放大通道的增益和相移量，保证非线性失真信号的良好抵消。由于这个环路实现的是用一个小信号(误差信号)抵消消除一个大信号(被放大后的主信号)加小信号(非线性失真信号)构成的复合信号中小信号的过程，一方面两路信号幅度相差较大，另一方面复合信号中的大信号是小信号抵消检测环节无法避免的强烈干扰，因此误差环无法实现类似主环的实际抵消信号自适应检测和控制方式及相应机制，所以信号抵消总是难以达到理想效果，也就是说前馈线性化手段无法达到理论线性改善目标。

预失真是利用在放大器前端***非线性(非线性性能与放大器的非线性特性正交相反)部件(预失真器)，通过在放大器输入信号中直接引入失真信号来抑制修正其传输函数中的非线性分量，达到功率放大器线性化的目标。这种方法由于不需要在功放输出通道中加入具有***损耗的部件，同时也不需要误差放大器之类的有源功率消耗电路，不仅结构简单而且直流-射频转换效率比较高。但是，由于不可能实现与功率放大器的非线性特性完全匹配的预失真器，而且功率放大器的非线性特性会随着工作频率、输入功率、环境温度以及器件老化等因数发生变化，所以这种线性化方法的改善指标比较低(理论线性改善指标可达3~7dB(加入自适应机制后可达20dB)，处理带宽可达25MHz)。另外，由于预失真器带来的***损耗，需要通过增加放大器的增益指标来补偿，提高了放大器的设计难度。该方法可在美国专利US4992754中检索到。

如图2所示，通过在放大器22输入通道中***预失真器21造成输入信号20的预先包络崎变，由于预失真器21的崎变特性与放大器22的非线性失真特性正交相反，经过放大器22后输出的信号23将恢复输入信号20的原始包络特性，从而达到放大器22线性化的目标。因为不能直接找到与放大器22失真特性完全匹配的预失真器21，而且放大器22的失真特性会随工作频率、输入功率、环境温度以及器件老化等因素发生变化，这种线性化技术无法达到很好的效果。

发明内容

本发明提供一种功率放大器线性化方法和线性功率放大器装置，以解决现有技术中精确不高、结构复杂且工作不可靠的问题。

本发明所采用的方法为：这种功率放大器线性化方法，在包括前馈信号抵消环路的放大***中，从前馈信号抵消环路获取功率放大器的非线性失真信号包络频谱信息，并利用负反馈回路将其实时馈送给功率放大器的输入通道，与输入信号叠加调制其包络频谱，造成输入信号预失真，实现功率放大器线性化放大；

所述的前馈信号抵消环路通过检测功率放大器的输入和输出信号的幅度差和相位差，生成前馈抵消环路增益和相位控制增益，经动态调谐，使主信号获得良好抵消，得到功率放大器的非线性失真包络频谱取样信号；

所述的非线性失真包络频谱经功率检测，跟随调整负反馈回路的增益和相移量，使非线性失真包络频谱取样信号幅度最小；

这种线性化方法采用如下控制步骤：

步骤一：检测前馈抵消环路两路参加抵消信号幅度差ΔG和相位差ΔP；

步骤二：利用ΔG和ΔP生成前馈抵消环路增益和相位控制器的增益控制电压V_G和相位控制电压V_P；

步骤三：负反馈非线性失真包络频谱取样信号进入功率放大器输入通道；

步骤四：检测并控制负反馈参数使非线性失真包络频谱取样信号幅度最小。

所述的步骤一中包括如下控制过程：

首先，构建前馈信号抵消环路，分别取样功率放大器的输入和输出信号，并将它们同时送入信号抵消器，形成前馈信号抵消环路；

其次，取样信号抵消器的两路输入信号；

然后，检测两路取样信号的幅度差ΔG：将两路取样信号分别进行幅值检波，并经过减法器获得参加抵消信号的幅度差ΔG；

最后，检测两路取样信号的相位差ΔP：利用鉴相器检测获得参加抵消信号的相位差ΔP。

所述的步骤二中包括如下控制过程：

首先，建立前馈抵消环路增益控制电压V_G：采用V_G＝-K_GΔG+G1的控制结构获得增益控制电压V_G，并实时控制位于功率放大器输入通道中的增益控制器；

其次，建立前馈抵消环路相位控制电压V_P：采用V_P＝-K_PΔP+P1的控制结构获得相位控制电压V_P，并实时控制位于功率放大器输入通道中的相位控制器；

然后，调谐K_G、G1、K_P、P1：动态调谐K_G、G1、K_P、P1，使ΔG和ΔP最小，进而保证主信号的良好抵消，得到功率放大器的非线性失真包络频谱取样信号。

所述的步骤三中包括如下控制过程：

首先，将非线性失真包络频谱取样信号引入功率放大器输入通道：将得到的非线性失真包络频谱取样信号，经过受控增益放大和可调移相后，耦合送入功率放大器的输入通道；

然后，预失真功率放大器输入信号：耦合引入的非线性失真包络频谱信号与输入信号叠加送给功率放大器，进行功率放大。

所述的步骤四中包括如下控制过程：

首先，检测非线性失真包络频谱功率：利用功率检测电路，监测前馈抵消环路抵消输出的非线性失真包络频谱取样信号幅度；

然后，闭环控制预失真效果：跟随调整负反馈回路的增益和相移量，使非线性失真包络频谱取样信号幅度最小。

这种实现上述方法的线性功率放大器装置，包括前馈信号抵消模块81，还包括非线性失真包络频谱负反馈模块84，该非线性失真包络频谱负反馈模块84由前馈信号抵消模块81获取功率放大器的非线性失真信号包络频谱信息，并将其负反馈至功率放大器的输入通道与输入信号叠加调制包络频谱；

所述的前馈信号抵消模块81包括耦合器8101，耦合器8102，增益控制器8103，相位控制器8104，功率放大器8105和耦合器8106，并依次相连构成主通道；还包括延时线8110和耦合器8111，以及耦合器8107分别接收功率放大器的输入和输出信号；所述的两路信号分别通过耦合器8107和耦合器8111输至幅度相位检测器8109，再通过自适应抵消控制器8108，连至增益控制器8103和相位控制器8104，且所述的两路信号输出信号至信号抵消器8112；

所述的幅度相位检测器8109包括幅度相位检测模块91和运算模块92；幅度相位检测模块91中的检波器911、912检出信号幅值，并通过减法器913输出幅度差ΔG至运算模块92中的运算电路921；幅度相位检测模块91中的鉴相器914输出相位差ΔP至运算模块92中的运算电路922；

所述的非线性失真包络频谱负反馈模块84包括耦合器8401，受控放大器8403和移相器8404，并依次相连，将非线性失真信号包络频谱信息反馈至功率放大器的输入通道；

所述的非线性失真包络频谱负反馈模块84还包括功率检测器8402和自适应线性控制器8405，功率检测器8402监测非线性失真包络频谱取样信号幅度，通过自适应线性控制器8405对移相器8404和受控放大器8403跟随调整。

本发明的原理和有益效果为：包络反馈是自适应预失真线性化方法的一种特例，也是放大器负反馈技术的一个特例。它是通过取样放大器输出信号，并利用其包络特性调制修改放大器输入信号的包络，然后再利用放大器的非线性包络调制传递特性修正恢复输入信号原有的包络特性。这种方式对于CDMA(码分多址)之类宽带包络调制信号放大器的线性化非常有用，因为CDMA信号经过非线性放大后最典型的失真就是频谱扩散性的包络崎变，那么将这种崎变特性经过负反馈回路传递进入放大器的输入通道，调制改变输入CDMA信号的频谱包络，由于该调制过程是完全依据放大器的非线性失真特性正交反馈进行的，所以通过放大器后能够实时修正恢复输入CDMA的原始包络特性，从而达到对CDMA信号线性功率放大的效果。

本发明采用性能可变的预失真器并结合外加的检测控制环节实现预失真线性化方法的自适应功能，充分提高它的线性改善能力。从另外一个角度讲，只有放大器造成的失真结果才是与其自身的失真特性完全匹配的，也就是说，通过相应的处理环节将放大器输出信号中的失真分量反馈回其输入端，进而引入的预失真是最合理的，线性改善效果也是最接近理想值的，因此，本发明将前馈技术中通过良好主信号抵消(在主环中)提取放大器非线性失真信号的机理与包络反馈理论完美结合提供了这种功率放大器线性化方法，这种功率放大器线性化方法不仅继承了预失真技术构成简单、直流-射频转换效率高的优点，而且因为不需要在放大器输入通道***预失真器而造成输入信号的幅度损耗，所以不增加放大器的增益设计负担，同时由于增加了输出端至输入端的负反馈回路，从而使放大器的增益稳定度和相移线性指标得到充分提高，所以说，本发明精确高、结构简单而且工作可靠，可适用于移动通信***。

具体地说，本发明具有如下优良效果：

第一，自适应控制机制更加完备。本发明采用完全的实际信号参照方式实现***的自适应控制功能，检测灵敏度高，控制精确，因此对非线性失真包络频谱的取样提取准确精密，同时包络反馈环节线性度很好，引入的二次失真比较低，预失真性能与功率放大器非线性匹配比较好，所以线性改善程度更加接近理想结果；

第二，***实现难度比较小。本发明提供的线性功率放大器装置均采用通用的电路及设计方案，不需要专用的器件或实现技术，因此***设计实现难度比较小，研制和生产风险比较低；

第三，实现产品可靠、稳定。一方面，在本发明提供的线性功率放大器装置实施例中，功率放大器8105输出通道中没有功率损耗(耦合器8106的直通损耗可以忽略)，同时，其它***部件没有太大功率消耗的器件，因此采用该实施例实现的产品能够达到比较高的直流一射频转换效率，***功耗比较低，可靠性相应得以提高；另一方面，本发明中的包络反馈通道对功率放大器8105具有负反馈的作用，使其工作稳定程度以及噪声、杂散抑制性能得到充分提高。

附图说明

图1为采用前馈线性化方法的线性功率放大器装置原理性框架图；

图2为采用预失真线性化方法的线性功率放大器装置原理性框架图；

图3为本发明的方法总体流程图；

图4为本发明步骤一具体控制过程示意图；

图5为本发明步骤二具体控制过程示意图；

图6为本发明步骤三具体控制过程示意图；

图7为本发明步骤四具体控制过程示意图；

图8为本发明的线性功率放大器装置实施例框架图；

图9为本发明的线性功率放大器装置中幅度相位检测器和自适应抵消控制器的实施例框架图；

图10为采用本发明的线性化方法处理前后功率放大器的增益随输入功率变化曲线对比图；

图11为采用本发明的线性化方法处理前后功率放大器的相移随输入功率变化曲线对比图。

具体实施方式

下面根据附图和实施例对本发明作进一步详细说明：

根据图8和图9，本发明包括前馈信号抵消模块81和非线性失真包络频谱负反馈模块84，该非线性失真包络频谱负反馈模块84由前馈信号抵消模块81获取功率放大器的非线性失真信号包络频谱信息，并将其负反馈至功率放大器的输入通道与输入信号叠加调制包络频谱。

本发明所采用的线性化方法为：在这种包括前馈信号抵消环路的放大***中，从前馈信号抵消环路获取功率放大器的非线性失真信号包络频谱信息，并利用负反馈回路将其实时馈送给功率放大器的输入通道，与输入信号叠加调制其包络频谱，造成输入信号预失真，实现功率放大器线性化放大；其中，前馈信号抵消环路通过检测功率放大器的输入和输出信号的幅度差和相位差，生成前馈抵消环路增益和相位控制增益，经动态调谐，使主信号获得良好抵消，得到功率放大器的非线性失真包络频谱取样信号；非线性失真包络频谱经功率检测，跟随调整负反馈回路的增益和相移量，使非线性失真包络频谱取样信号幅度最小。

如图3所示，本发明中的线性化方法需要按照四个基本步骤进行：

步骤一，检测前馈抵消环路两路参加抵消信号幅度差ΔG和相位差ΔP。由于本发明依靠前馈信号抵消技术，从功率放大器输出取样信号中提取功率放大器引入的非线性失真包络频谱信号，实际上，就是从其中抵消消除主信号分量的过程，因此必需保证两路主信号幅度相等、相位相差180°加入的增益和相位调整部件及***的自适应检测控制环节来实现的，所以必需首先检测出两路参加抵消信号中主信号的幅度差ΔG和相位差ΔP；

如图4所示，步骤一中包括如下具体控制过程：

第一步，构建前馈信号抵消环路。基本按照前馈线性化方案的主环原理构成框架搭建一个信号抵消环路，利用取样的输入信号抵消消除功率放大器输出取样信号中的载频成分；

第二步，取样信号抵消器的两路输入信号。利用两个定向耦合器分别取样参加抵消的两路输入信号。

第三步，检测两路取样信号的幅度差ΔG。结合幅值检波和减法运算得到两路参加抵消信号的幅度差。

第四步，检测两路取样信号的相位差ΔP。利用鉴相器检测两路参加抵消信号的相位差。

步骤二，利用ΔG和ΔP生成前馈抵消环路增益和相位控制器的增益控制电压V_G和相位控制电压V_P。***检测控制环节在上一步获得的幅度差ΔG和相位差ΔP的基础上，通过两个公式算法V_G＝-K_GΔG+G1和V_P＝-K_PΔP+P1获得增益和相位控制电压V_G和V_P，闭环控制前馈主信号抵消过程，并在适当手动调谐算法参量K_G、G1、K_P、P1的基础上，使信号抵消点参加抵消信号的幅度和相位始终保持良好匹配，达到动态的最佳抵消；

如图5所示，步骤二中包括如下具体控制过程：

第一步，建立前馈抵消环路增益控制电压V_G。以步骤二得到的幅度差ΔG为输入量，通过算法V_G＝-K_GΔG+G1得到前馈抵消环路的增益控制电压V_G；

第二步，建立前馈抵消环路相位控制电压V_P。以步骤二得到的相位差ΔP为输入量，通过算法V_P＝-K_P+P1得到前馈抵消环路的相位控制电压V_P；

第三步，调谐K_G、G1、K_P、P1。实时调节增益反馈增益K_G、增益偏置G1和相位反馈增益K_P、相位偏置P1，使参加抵消的两路信号的增益差ΔG和相位差ΔP最小，进而良好抵消掉功率放大器输出取样信号信号中载频成分，得到功率放大器的非线性失真包络频谱取样信号。

步骤三，负反馈非线性失真包络频谱取样信号信号进入功率放大器输入通道。将上两个步骤运行获得的功率放大器引入的非线性失真包络频谱取样信号通过一定的可调增益放大和可变相位移动后，耦合引入功率放大器的输入通道，与***输入信号叠加调制，获得预失真的输入信号给功率放大器；

如图6所示，步骤三中包括如下具体控制过程：

第一步，将非线性失真包络频谱取样信号引入功率放大器输入通道。通过受控增益放大、可调移相等处理后，通过一个定向耦合器将步骤二得到的非线性失真包络频谱取样信号引入功率放大器的输入通道；

第二步，预失真功率放大器输入信号。将耦合引入的非线性失真包络频谱信号与输入信号叠加后，一起进入功率放大器，从而造成功率放大器输入信号的预失真效果。

步骤四，检测并控制负反馈参数使非线性失真包络频谱取样信号幅度最小。预失真信号经过功率放大器的线性放大和非线性传输，在其输出端获得被放大的***输入信号和非线性产物，监测由第一步和第二步获得的非线性失真包络频谱取样信号功率，并动态调谐负反馈通道的增益和相移量，使之最小化，即功率放大器的非线性产物保持最小幅度功率谱，进而实现功率放大器的线性化目标。

如图7所示，步骤四中包括如下具体控制过程：

第一步，检测非线性失真包络频谱功率。耦合取样并通过幅值检波得到步骤二获得的非线性失真包络频谱信号的频谱功率值；

第二步，闭环控制预失真效果。连续监测非线性失真包络频谱功率值，并实时调整非线性失真包络负反馈回路的增益和相移量，使非线性失真包络频谱取样信号幅度最小，实现最佳的预失真线性化效果。

如图8所示，前馈信号抵消模块81包括耦合器8101，耦合器8102，增益控制器8103，相位控制器8104，功率放大器8105和耦合器8106，并依次相连构成主通道；还包括延时线8110和耦合器8111，以及耦合器8107分别接收功率放大器的输入和输出信号；所述的两路信号分别通过耦合器8107和耦合器8111输至幅度相位检测器8109，再通过自适应抵消控制器8108，连至增益控制器8103和相位控制器8104，且所述的两路信号输出信号至信号抵消器8112；如图9所示，幅度相位检测器8109包括幅度相位检测模块91和运算模块92；幅度相位检测模块91中的检波器911、912检出信号幅值，并通过减法器913输出幅度差ΔG至运算模块92中的运算电路921；幅度相位检测模块91中的鉴相器914输出相位差ΔP至运算模块92中的运算电路922。

如图8所示，非线性失真包络频谱负反馈模块84包括耦合器8401，受控放大器8403和移相器8404，并依次相连，将非线性失真信号包络频谱信息反馈至功率放大器的输入通道；该非线性失真包络频谱负反馈模块84还包括功率检测器8402和自适应线性控制器8405，功率检测器8402监测非线性失真包络频谱取样信号幅度，通过自适应线性控制器8405对移相器8404和受控放大器8403跟随调整。

如图8所示，输入信号80通过耦合器8101进入前馈信号抵消模块81，耦合取样信号送往延时线8110，直通信号经过耦合器8102直通和增益控制器8103及相位控制器8104的幅度、相位调节进入功率放大器8105进行功率放大，其输出信号一方面经过耦合器8106直通输出***输出信号82，另一方面则由其耦合取样给耦合器8107；耦合器8107则将功率放大器8105的输出取样信号进行直通和取样处理，取样信号Sm送入幅度相位检测器8109，直通信号进入信号抵消器8112参加主信号抵消；由延时线8110延时的输入取样信号经过耦合器8111取样和直通，取样信号Ss进入幅度相位检测器8109，直通信号送入信号抵消器8112，与功率放大器8105输出取样信号抵消消除其中的主信号成分，得到非线性失真包络频谱取样信号83送入非线性失真包络频谱负反馈模块84；信号Sm和Ss由幅度相位检测器比较检测出它们的幅度差ΔG和相位差ΔP，并馈送给自适应抵消控制器8108，生成增益控制器8103和相位控制器8104的闭环控制电压V_G及V_P，实现主信号抵消过程的自适应检测控制功能；非线性失真包络频谱取样信号83经过耦合器8401直通、取样，直通信号经过受控放大器8403的线性放大和移相器8404的相位调节，输出非线性失真包络频谱反馈信号85给前馈信号抵消模块81，并通过耦合器8102引入功率放大器8105的输入通道，与输入信号80叠加调制实现预失真；耦合器8401的耦合输出信号进入功率检测器8402测量功率放大器8105产生的非线性失真信号取样包络频谱能量P，然后由自适应线性控制器8405根据P值调谐负反馈通道中受控放大器8403和移相器8404的控制电压V_G1及V_P1，调谐目标为P值低于门限值，进而保证***输出信号82中的非线性失真信号包络频谱功率最小。

如图8和图9所示，幅度相位检测器8109负责检测两路在信号抵消器8112中参加抵消信号的幅度差ΔG和相位差ΔP，它依靠幅度相位检测模块91中的检波器911和912检出信号Sm和Ss的幅值并通过减法器913实现的减法运算检测到Sm与Ss的幅度差ΔG，同时依靠鉴相器914获得Sm与Ss的相位差ΔP；图8中的自适应抵消控制器8108通过运算模块92中的运算电路921和922实现V_G＝-K_GΔG+G1和V_P＝-K_PΔP+P1算法，得到增益控制器8103的控制电压V_G和相位控制器8104的控制电压V_P。

如图10和图11所示，显示了采用本发明的线性化方法处理前后功率放大器的增益和相移量随输入功率变化曲线对比图。目前通信***中广泛使用的A类或AB类功率放大器均具有图10和图11中实线所示的增益和相移随输入功率变化的特性，即存在线性区、扩张区和压缩区，在扩张区和压缩区，特别是压缩区，功率放大器存在很强的AM-AM(调幅-调幅)和AM-PM(调幅-调相)非线性失真。在图8所示的本发明提供线性功率放大器装置实施例中，一方面为了保证主信号良好抵消，通过环路的自适应抵消检测和控制机制配合串接于***信号传输主通道中的增益控制器8103和相位控制器8104，闭环调节控制使主通道的增益和相移特性与延时通道(输入信号经耦合器8101、延时线8110和耦合器8111至信号抵消器8112)的增益和相移特性匹配一致，而延时通道均由无源器件组成，具有良好的增益和相移线性度，所以控制结果将使得主通道的增益和相移线性化，也就是说使得功率放大电路具有AGC(自动增益控制)和APC(自动相位控制)功能，其增益和相移量随输入功率的变化特性将被修正为图10和图11中虚线所示的曲线；另一方面，由于***的预失真线性化改善能力，将使得功率放大器在扩张区和压缩区的AM-AM和AM-PM失真得到彻底或部分修正。因此，本发明提供的功率放大器线性化方法及线性功率放大器装置实施例的线性改善效果是多方面的。

Claims (13)

1.一种功率放大器线性化方法，其特征在于：在包括前馈信号抵消环路的放大***中，从前馈信号抵消环路获取功率放大器的非线性失真信号包络频谱信息，并利用负反馈回路将其实时馈送给功率放大器的输入通道，与输入信号叠加调制其包络频谱，造成输入信号预失真，实现功率放大器线性化放大。

2.根据权利要求1所述的功率放大器线性化方法，其特征在于：所述的前馈信号抵消环路通过检测功率放大器的输入和输出信号的幅度差和相位差，生成前馈抵消环路增益和相位控制增益，经动态调谐，使主信号获得良好抵消，得到功率放大器的非线性失真包络频谱取样信号。

3.根据权利要求2所述的功率放大器线性化方法，其特征在于：所述的非线性失真包络频谱经功率检测，跟随调整负反馈回路的增益和相移量，使非线性失真包络频谱取样信号幅度最小。

4.根据权利要求1或2或3所述的功率放大器线性化方法，其特征在于：它采用如下控制步骤：

步骤一：检测前馈抵消环路两路参加抵消信号幅度差ΔG和相位差ΔP；

步骤二：利用ΔG和ΔP生成前馈抵消环路增益和相位控制器的增益控制电压V_G和相位控制电压V_P；

步骤三：负反馈非线性失真包络频谱取样信号进入功率放大器输入通道；

步骤四：检测并控制负反馈参数使非线性失真包络频谱取样信号幅度最小。

5.根据权利要求4所述的功率放大器线性化方法，其特征在于：所述的步骤一中包括如下控制过程：

首先，构建前馈信号抵消环路，分别取样功率放大器的输入和输出信号，并将它们同时送入信号抵消器，形成前馈信号抵消环路；

其次，取样信号抵消器的两路输入信号；

然后，检测两路取样信号的幅度差ΔG：将两路取样信号分别进行幅值检波，并经过减法器获得参加抵消信号的幅度差ΔG；

最后，检测两路取样信号的相位差ΔP：利用鉴相器检测获得参加抵消信号的相位差ΔP。

6.根据权利要求4所述的功率放大器线性化方法，其特征在于：所述的步骤二中包括如下控制过程：

首先，建立前馈抵消环路增益控制电压V_G：采用V_G＝-K_GΔG+G1的控制结构获得增益控制电压V_G，并实时控制位于功率放大器输入通道中的增益控制器；

其次，建立前馈抵消环路相位控制电压V_P：采用V_P＝-K_PΔP+P1的控制结构获得相位控制电压V_P，并实时控制位于功率放大器输入通道中的相位控制器；

然后，调谐K_G、G1、K_P、P1：动态调谐K_G、G1、K_P、P1，使ΔG和ΔP最小，进而保证主信号的良好抵消，得到功率放大器的非线性失真包络频谱取样信号。

7.根据权利要求4所述的功率放大器线性化方法，其特征在于：所述的步骤三中包括如下控制过程：

首先，将非线性失真包络频谱取样信号引入功率放大器输入通道：将得到的非线性失真包络频谱取样信号，经过受控增益放大和可调移相后，耦合送入功率放大器的输入通道；

然后，预失真功率放大器输入信号：耦合引入的非线性失真包络频谱信号与输入信号叠加送给功率放大器，进行功率放大。

8.根据权利要求4所述的功率放大器线性化方法，其特征在于：所述的步骤四中包括如下控制过程：

首先，检测非线性失真包络频谱功率：利用功率检测电路，监测前馈抵消环路抵消输出的非线性失真包络频谱取样信号幅度；

然后，闭环控制预失真效果：跟随调整负反馈回路的增益和相移量，使非线性失真包络频谱取样信号幅度最小。

9.一种实现权利要求1所述方法的线性功率放大器装置，包括前馈信号抵消模块(81)，其特征在于：还包括非线性失真包络频谱负反馈模块(84)，该非线性失真包络频谱负反馈模块(84)由前馈信号抵消模块(81)获取功率放大器的非线性失真信号包络频谱信息，并将其负反馈至功率放大器的输入通道与输入信号叠加调制包络频谱。

10.根据权利要求9所述的线性功率放大器装置，其特征在于：所述的前馈信号抵消模块(81)包括耦合器(8101)，耦合器(8102)，增益控制器(8103)，相位控制器(8104)，功率放大器(8105)和耦合器(8106)，并依次相连构成主通道；还包括延时线(8110)和耦合器(8111)，以及耦合器(8107)分别接收功率放大器的输入和输出信号；所述的两路信号分别通过耦合器(8107)和耦合器(8111)输至幅度相位检测器(8109)，再通过自适应抵消控制器(8108)，连至增益控制器(8103)和相位控制器(8104)，且所述的两路信号输出信号至信号抵消器(8112)。

11.根据权利要求10所述的线性功率放大器装置，其特征在于：所述的幅度相位检测器(8109)包括幅度相位检测模块(91)和运算模块(92)；幅度相位检测模块(91)中的检波器(911)、(912)检出信号幅值，并通过减法器(913)输出幅度差ΔG至运算模块(92)中的运算电路(921)；幅度相位检测模块(91)中的鉴相器(914)输出相位差ΔP至运算模块(92)中的运算电路(922)。

12.根据权利要求9所述的线性功率放大器装置，其特征在于：所述的非线性失真包络频谱负反馈模块(84)包括耦合器(8401)，受控放大器(8403)和移相器(8404)，并依次相连，将非线性失真信号包络频谱信息反馈至功率放大器的输入通道。

13.根据权利要求12所述的线性功率放大器装置，其特征在于：所述的非线性失真包络频谱负反馈模块(84)还包括功率检测器(8402)和自适应线性控制器(8405)，功率检测器(8402)监测非线性失真包络频谱取样信号幅度，通过自适应线性控制器(8405)对移相器(8404)和受控放大器(8403)跟随调整。

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