專利名稱：在可變數據速率無線電發(fā)射機中的失真/效率自適應的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及射頻(RF)發(fā)射機，并且特別涉及在無線電發(fā)射機中的失真/效率自適應。
參考

圖1，顯示了典型的802.11a收發(fā)信機的簡化框圖，該收發(fā)信機包括基帶部分110和無線電部分120。無線電部分包括RF發(fā)射路徑121和RF接收路徑123，二者都通過RF開關127耦合到共用天線125。RF發(fā)射路徑121將來自基帶部分110的RF發(fā)射信號101施加到RF開關，以及RF接收路徑將RF接收信號103施加到基帶部分。RF發(fā)射信號101和RF接收信號103都是時域信號。
基帶部分110包括在頻域工作的基帶處理器111。因此，提供了IFFT和FFT塊(113，115)。IFFT塊113將來自基帶處理器的頻域信號變換成時域RF發(fā)射信號，以及FFT塊115將來自無線電部分的時域RF接收信號變換成基帶頻域信號。
802.11a系統是OFDM系統的一個實例，在OFDM系統中，信息是在多個(通常是大量的)副載波上發(fā)射的。圖2中示出802.11a的副載波結構。副載波是以正頻率副載波和負頻率副載波的對的形式出現的。在802.11a中，對于總計52個副載波有26個這樣的對。兩個副載波對或四個副載波用于導頻信號，從而剩下48個數據副載波。將這些數據副載波從0到47、從左(負頻率)到右(正頻率)進行編號。
理想的是，無線電發(fā)射機應該實現低輸出信號失真。然而在諸如802.11a之類的OFDM系統中，由于放大級的非線性，所以由多音調(tone)產生了互調產物。對于信息音，該互調產物變成了干擾音，從而降低了OFDM信號的整體信號質量。輸出信號失真的一個量度(measure)是三階輸出截取點(OIP3)。輸出信號失真的另一個(相關的)量度是三階輸出互調產物電平(OIM3)。用于信號質量的相關量度是誤差向量幅度(EVM)。
用于改變RF功率放大器接收鏈中的OIP3的技術是已知的。例如在美國專利6,298,211中描述了一種這樣的技術，該專利在此作為參考被并入。
為了實現低失真，無線電發(fā)射機的RF放大器必須在線性范圍內工作。然而，當放大器工作在飽和狀態(tài)或接近飽和狀態(tài)時，放大器效率是最大的。目前，通常進行無線電設備的生產線校準，在其中測量輸出信號功率以作為控制參數和環(huán)境條件的函數。查找表用來存儲校準信息，以便在工作期間，當需要特定的輸出功率時，可以將正確的控制參數應用到功率放大器以獲得具有期望精確度的期望輸出功率。這樣的生產線校準昂貴而耗時。
而且，就可變數據速率無線電發(fā)射機而言，比如圖1的802.11a無線電發(fā)射機，這樣的校準典型地不考慮期望的數據速率。802.11a發(fā)射芯片支持具有不同EVM要求的不同的數據速率。典型的發(fā)射芯片被設計成滿足最嚴格的EVM要求(例如-25dB)。也就是，典型的802.11a發(fā)射機是非常線性的(意味著很高的OIP3)，以限制互調產物并滿足更嚴格的EVM限制。然而，高度線性的發(fā)射機顯示出高的電流消耗，這對于移動應用是不希望的。
因此，希望確定如何控制功率放大器，以便在實施控制的時候考慮期望的數據速率。
一般來說，本發(fā)明提供考慮到期望數據速率的RF功率放大器的自適應控制。對于低數據速率，控制RF放大器以便允許顯著的輸出信號失真，同時允許在RF功率放大器的提高的效率的范圍內進行工作。對于較高的數據速率，控制RF放大器以便減少輸出信號失真。在這樣的時期期間，獲得了較低的RF功率放大器的效率。因此考慮到數據速率的要求而使RF功率放大器的效率最大化。就電池供電的無線電發(fā)射機而言，提高的效率導致較長的電池壽命。在特定實施例中執(zhí)行在線(on-the-fly)校準，在其中測量輸出信號失真。預先計算好的表存儲了在無線電接收機處輸出信號失真與期望誤差向量幅度的關系的信息。EVM要求在較高的數據速率時較嚴格，而在較低的數據速率時較不嚴格。如果輸出信號失真在對于期望的數據速率來說的期望范圍之內，則不改變RF放大器的工作條件。如果輸出信號失真太大，則改變RF放大器的工作條件以減少失真，從而犧牲了效率。如果與特定數據速率的容許失真相比輸出信號失真非常低，則改變RF放大器的工作條件以增加失真，從而得到較高的效率。
根據下面結合附圖的說明可以更充分地理解本發(fā)明。在附圖中圖1是顯示已知的無線電收發(fā)信機的簡化框圖2是顯示在圖1的無線電收發(fā)信機中使用的副載波的圖；圖3是顯示作為三階輸出截取點(OIP3)的函數的EVM的曲線圖；圖4是顯示在自校準模式期間流過發(fā)射和接收鏈的信號的圖；以及圖5是說明自校準模式的工作的流程圖。
為了優(yōu)化諸如802.11a發(fā)射機之類的OFDM發(fā)射機的效率，使用基帶的IFFT和FFT處理能力來精確地測量和調諧放大路徑的OIP3。調整和控制放大路徑的線性(以及因此它的電流消耗)。根據發(fā)射數據速率和相應要求的信號質量(EVM)來動態(tài)地優(yōu)化發(fā)射路徑的效率。結果，整個發(fā)射機更有效率，并且因此更好地適合于移動應用。
現在參考圖3，顯示了用于特定的802.11a發(fā)射機設計的EVM(dB)與OIP3(dB)的關系的曲線圖。一方面，該曲線圖簡單地說明了對應于高信號質量的低EVM需要對應于非常線性的放大器鏈工作的高OIP3。對應于低信號質量的高EVM僅需要對應于較少線性的放大器鏈工作的低OIP3。
另一方面，圖3的曲線圖可以被看作控制機制的基礎。也就是，對于給定的EVM要求，可以確定滿足那個EVM要求所需的對應的OIP3。一旦已經確定EVM要求，則可以使用控制機制將發(fā)射放大器鏈的OIP3設定到適當的電平。此過程在此被稱作發(fā)射自校準模式。圖3中說明的類型的信息可以被存儲在供自校準模式使用的查找表(未示出)中。
就802.11a的收發(fā)信機而言，可以有利地使用發(fā)射機的IFFT和FFT能力來實現發(fā)射自校準模式。參考圖4，說明了發(fā)射自校準模式的示例性實施例。注意圖4中在基帶處理器111和RF發(fā)射路徑121之間的放大器線性控制路徑105。在該示例性實施例中，發(fā)射機恰好發(fā)射兩個副載波(例如副載波+1和-1)。在S101中顯示了這兩個副載波的圖示。經過放大級將產生IM3產物。在S107中顯示了與IM3產物一起的副載波的圖示。在發(fā)射的音調和IM3產物(以dBc為單位)之間信號電平的差值被定義為OIM3。為了精確地測量以dBc為單位的IM3電平，當發(fā)射鏈正在發(fā)射這兩個音調時，激活接收鏈。Tx/Rx開關被切換到空閑模式。Rx/Tx開關隔離將所發(fā)射的兩個音調衰減比方說30dB，這對于為了避免在接收鏈上壓縮RF級來說是重要的。在S109中顯示在RF接收路徑的輸入處的信號分量的圖示。如果必要，則接收RF鏈的前端低噪聲放大器(LNA)可以被切斷，從而在發(fā)射機鏈和接收機鏈后端部件之間增加可比量的附加隔離。在S103中顯示在RF接收路徑的輸出處的信號分量的圖示。包括這些信號分量的RF接收路徑的輸出信號被輸入到FFT塊。
FFT塊確定在接收頻譜中信號能量的分布，特別是主發(fā)射音調的信號電平和IM3干擾的信號電平。因此，在FFT之后，基帶處理器能夠估計以dBc為單位的發(fā)射OIM3的電平。
對于放大器控制來說，方便的是使用OIP3值而不是OIM3。因此利用公知的數學關系將得到的OIM3值轉換成對應的OIP3值。然后，利用存儲如圖3所示的發(fā)射機的EVM對OIP3的特性的查找表(LUT)，以基于當前目標數據速率以及由此的目標EVM來控制發(fā)射放大器的線性，以增加或減少OIP3。與前述美國專利6,298,221中所描述的那些相類似的技術可以用于這個目的。在其它實施例中，可以使用EVM對OIM3的LUT。
發(fā)射放大器OIP3的控制可以是開環(huán)或者閉環(huán)的(迭代的)。在示例性實施例中使用了迭代控制。在調整放大器的線性之后重復自校準，并再次測量OIP3。如果OIP3沒有滿足目標EVM所要求的電平，就再次調整放大器的線性。
參考圖5，顯示了根據本發(fā)明示例性實施例的自校準例程(routine)的流程圖。該流程圖可以在軟件或在硬件中實現，比如在狀態(tài)機中實現。
在自校準例程的開始(501)，發(fā)送兩個音調，并且關閉天線開關。結果，來自發(fā)射鏈的泄漏信號(leakage signal)被輸入到接收鏈中，該泄漏信號包括兩個音調及其互調產物?；鶐幚砥魇褂肍FT塊的結果來測量OIM3，并再估計OIP3(503)。
同時，根據要求的數據速率已經設定目標EVM(505)。從LUT中獲得EVM的估計以作為OIP3的函數。如果估計的EVM在目標EVM的某一誤差容限之內(507a)，則設定發(fā)射放大器的線性以滿足目標EVM(509)，并結束自校準。如果不在的話，則需要增加(以滿足EVM要求)或減少(以在仍滿足EVM要求的同時保存功率)放大器的線性。
因此，如果估計的EVM小于(更好)目標EVM(通過大于指定的容限)(509a)，則減少放大器的線性(511)。相反，如果估計的EVM大于(更差)目標EVM(通過大于指定的容限)(509b)，則增加放大器的線性(513)。
然后通過再次執(zhí)行相同順序的操作來繼續(xù)自校準，直到發(fā)射放大器的線性已經被設定以滿足目標EVM到指定的誤差容限之內。
前述基于兩個音調的發(fā)射和接收的過程對于基于OFDM的系統(利用FFT和IFFT塊)是易于實施的。以這種方式執(zhí)行的自校準非常快速，并且不需要任何額外的數據處理(比如對完整的訓練序列進行解碼)。
本領域技術人員可以理解，在不背離本發(fā)明的精神或基本特征的情況下，本發(fā)明可以體現為其它的特定形式。所公開的實施例在各個方面打算是說明性的而非限制性的。本發(fā)明是由所附權利要求書而不是前述的說明來限定的，并且在其等價范圍之內的所有變化都被打算包括在其中。
權利要求
1.一種通信方法，包括利用放大器(121)，執(zhí)行少量發(fā)射音調的放大(501)，該放大產生了不希望的互調失真產物；測量互調失真產物以獲得互調失真產物的測量結果(503)；以及根據該互調失真產物的測量結果和期望的數據速率來確定放大器的線性是否在可接受的范圍之內(507)。
2.權利要求1所述的方法，包括調整放大器的線性以落入所述的可接受范圍之內。
3.權利要求2所述的方法，其中調整放大器的線性包括為期望的數據速率確定可接受的誤差向量幅度；確定對應的期望三階輸出截取點值；以及根據所期望的三階輸出截取點值來調整至少一個放大器控制信號。
4.權利要求1所述的方法，包括通過泄漏路徑來接收互調失真產物。
5.權利要求4所述的方法，其中測量互調失真產物包括將接收的信號從時域變換到頻域。
6.權利要求1所述的方法，包括利用IFFT操作來產生少量發(fā)射音調。
7.一種通信設備，包括用于執(zhí)行少量發(fā)射音調的放大的放大器(121)，該放大產生了不希望的互調失真產物；用于測量互調失真產物以獲得互調失真產物的測量結果的裝置(503)；以及用于根據該互調失真產物的測量結果和期望的數據速率來確定放大器的線性是否在可接受的范圍之內的裝置(507)。
8.權利要求7所述的設備，包括用于調整放大器的線性以落入所述的可接受范圍之內的裝置。
9.權利要求8所述的設備，其中用于調整放大器的線性的所述裝置包括用于為期望的數據速率確定可接受的誤差向量幅度的裝置；用于確定對應的期望三階輸出截取點值的裝置；以及用于根據所期望的三階輸出截取點值來調整至少一個放大器控制信號的裝置。
10.權利要求7所述的設備，包括一個泄漏路徑，通過該泄漏路徑來接收互調失真產物。
11.權利要求10所述的設備，其中用于測量互調失真產物的所述裝置包括FFT塊。
12.權利要求7所述的設備，包括用于產生少量發(fā)射音調的IFFT塊。
全文摘要
一般而言，本發(fā)明提供考慮到期望的數據速率的RF功率放大器的自適應控制。對于低數據速率，控制該RF放大器(121)以便允許顯著的輸出信號失真，同時在該RF功率放大器的增加的效率的范圍內工作。對于較高的數據速率，控制該RF放大器(121)以便減少輸出信號失真。在這樣的時期期間，獲得了較低的RF功率放大器的效率。因此，考慮到數據速率的要求而使該RF功率放大器(121)的效率最大化。就電池供電的無線電發(fā)射機來說，增加的效率導致較長的電池壽命。在特定實施例中實施在線校準，其中對輸出信號失真進行了測量。預先計算好的表存儲了在無線電接收機處輸出信號失真與期望誤差向量幅度的關系的信息。
文檔編號H03F1/32GK1809958SQ200480017619
公開日2006年7月26日 申請日期2004年6月25日 優(yōu)先權日2003年6月25日
發(fā)明者D·B·杜佩雷 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司