專利名稱：線性化的功率放大器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及信號的放大以及放大器的改進的線性化。本發(fā)明適于在諸如蜂窩基站 等通信設(shè)備中使用。
背景技術(shù)：
在諸多應(yīng)用中，放大器被用于增大輸入信號的功率。然而，在放大期間，誤差被引 入信號中。例如，理想情況下放大器是線性的，但通常放大器僅在某些范圍內(nèi)是線性的，這 導(dǎo)致限幅和失真。為此，已開發(fā)出多種機制來對放大器的非線性進行補償，從而增大能夠獲 得線性響應(yīng)的范圍。兩種已知的對引入的誤差進行補償?shù)姆椒ㄊ乔梆伨€性化和預(yù)失真。圖1示出已知的前饋系統(tǒng)10的示例。在前饋系統(tǒng)10中，輸入信號12被分成主信 號14和基準(zhǔn)信號16。主信號傳給主放大器22，在主放大器22處被放大。放大器輸出的信 號除了經(jīng)過放大的主信號14之外，還包括由放大器22引入的任何失真。主信號14經(jīng)過放 大之后就被采樣，并被從基準(zhǔn)信號中減去(在28處)以產(chǎn)生誤差信號30。理想情況下，誤 差信號30僅包含主放大器22在處理主信號14時引入的誤差。為了實現(xiàn)此目的，在將主信 號和基準(zhǔn)信號合并時，必須對主信號與基準(zhǔn)信號的時間和振幅進行精確地校準(zhǔn)。為實現(xiàn)這 種校準(zhǔn)，在基準(zhǔn)信號通路中引入延遲電路18。然后，誤差信號30可以使用誤差放大器32來放大，并被從主放大器22的輸出中 減去，以將主放大器的輸出24中存在的誤差去除。同樣這需要信號的精確同步，以確保誤 差從信號中被準(zhǔn)確地去除。如本領(lǐng)域技術(shù)人員所理解的，前饋校正的主要缺點之一由功率放大器的相對較大 的失真造成。由于引入的失真大，因此需要大誤差放大器來對誤差信號進行處理。另外，為 了實現(xiàn)用以減少失真以滿足典型的頻譜發(fā)射屏蔽所需的高水平消除，必須非常準(zhǔn)確地匹配 前饋回路的增益、相位和延遲。為了實現(xiàn)這種準(zhǔn)確匹配，常常需要使用附加硬件(導(dǎo)頻音接 收機等)，這會進一步增加成本和復(fù)雜度。圖2示出已知的預(yù)失真系統(tǒng)40的示例。在預(yù)失真系統(tǒng)中，輸入信號首先經(jīng)過預(yù)失 真器42，在預(yù)失真器42處，該輸入信號與對放大器的增益和相位失真特性進行反相模擬的 預(yù)失真系數(shù)合并。然后，信號經(jīng)過DAC 44、上轉(zhuǎn)換器46，到達功率放大器48，并在功率放大 器48處被放大。預(yù)失真器的處理意味著放大器引入的任何誤差已在信號中被補償?？蛇x 地，可以在DAC與功率放大器之間引入一上轉(zhuǎn)換器(未示出)。結(jié)果信號還可以用于使用包括ADC 46的反饋回路50對預(yù)失真器進行訓(xùn)練，以便 更準(zhǔn)確地模擬放大器的特性。這使得對放大器48引入的任何誤差進行消除的準(zhǔn)確性更高。 這樣，系統(tǒng)的線性度能夠得到進一步提高。可選地，反饋回路50還可以包括下轉(zhuǎn)換器(未 示出)。在傳統(tǒng)的預(yù)失真系統(tǒng)中，通常需要系統(tǒng)中元件的帶寬是輸出信號的期望帶寬的至 少五倍。另外，這些元件通常具有高的動態(tài)范圍，以確保滿足輸出信號的頻譜屏蔽。為了滿 足這些需求，功率放大器內(nèi)使用的DSP和DAC具有相當(dāng)高的功耗且成本昂貴。
由于使用多載波信號的通信系統(tǒng)具有增大的動態(tài)范圍和帶寬，因此這種通信系統(tǒng) 尤其對預(yù)失真系統(tǒng)提出挑戰(zhàn)。目前的預(yù)失真系統(tǒng)不能滿足用于多載波GSM的嚴格的頻譜發(fā) 射屏蔽。因此，期望進一步最小化在放大過程中所引入的失真，并進一步提高線性化過程的 效率。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供一種對信號進行放大的設(shè)備，包括被布置為接收輸 入信號的輸入端；用于將所述輸入信號分成主信號和基準(zhǔn)信號的裝置；用于處理所述主信 號的預(yù)失真器；用于放大所述主信號的放大器；處理裝置，用于從所述主信號的采樣中減 去所述基準(zhǔn)信號，以產(chǎn)生表示經(jīng)過放大后的所述主信號中的殘差的誤差信號；對所述誤差 信號進行采樣的裝置；以及使用采樣誤差信號訓(xùn)練所述預(yù)失真器的處理裝置。通過使用誤 差信號訓(xùn)練所述預(yù)失真器，可以使用較低功率的誤差下轉(zhuǎn)換器和ADC?？蛇x地，所述設(shè)備包括用于放大所述誤差信號的誤差放大器，以及被布置為從所 述主信號中減去所述誤差信號以產(chǎn)生輸出信號的比較器。另外，通過在誤差消除點處將回路閉合，預(yù)失真的信號對放大器中的增益、相位和 延遲變化進行補償，并使用所述預(yù)失真器迫使誤差達到所能達到的最小可能值。這最小化 了前饋誤差放大器的功率處理需求，并減少了對獨立的穩(wěn)定或補償裝置的需求，因而允許 利用較低復(fù)雜度和較便宜的設(shè)計。前饋誤差通路中較低的功率和較低的復(fù)雜度意味著可以 使主通路的延遲最小化。最小化主通路的延遲減少了信號功耗并提高了整體效率?？蛇x地，所述設(shè)備可以包括濾波器，該濾波器被布置為在所述基準(zhǔn)信號被所述處 理裝置從所述主信號中減去之前，對所述基準(zhǔn)信號進行濾波。由于在該點處對插入損耗有 高的容限，因此這樣布置濾波器允許使用高選擇性濾波器。另外，由于濾波器不需要對功率 放大器的輸出進行濾波，即濾波器不必處理功率放大器的全部輸出，并且濾波器的插入損 耗不會降低放大器的輸出功率，因此在該點處插入濾波器是有利的。由于前饋校正裝置的 存在意味著功率放大器的輸出會與濾波后的基準(zhǔn)信號相匹配，因此可以在該點處插入放大 器。所述濾波器例如可以是帶通濾波器。所述設(shè)備可以進一步包括低分辨率的數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)，用于在所述主信號被所 述預(yù)失真器處理之后但被放大之前，對所述主信號進行處理。正常情況下，在該點處使用的 DAC必須同時滿足(功率放大器的失真所產(chǎn)生的三階和五階交調(diào)分量的預(yù)失真所需的)5倍 信號帶寬，并且滿足所需的動態(tài)范圍以完全符合頻譜發(fā)射屏蔽。然而，由于在功率放大器輸 出處的前饋消除行為，通過使用前饋消除，系統(tǒng)具有較低的動態(tài)范圍需求。可選地，可以使用低動態(tài)范圍的誤差模數(shù)轉(zhuǎn)換器處理采樣誤差信號。另外，可以使 用低動態(tài)范圍的下轉(zhuǎn)換器處理采樣誤差信號。在一種變體中，所述輸入是寬帶信號，該寬帶信號可以是包括GSM、UMTS、LTE和 WiMAX等多種標(biāo)準(zhǔn)的多個信號。根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供一種對信號進行放大的方法，包括以下步驟接收 輸入信號；將所述輸入信號分成主信號和基準(zhǔn)信號；在預(yù)失真器中處理所述主信號；放大 所述主信號；將所述主信號的采樣與所述基準(zhǔn)信號合并，以產(chǎn)生表示放大后的所述主信號 中的殘差的誤差信號；對所述誤差信號進行采樣；以及使用采樣誤差信號訓(xùn)練所述預(yù)失真
根據(jù)本發(fā)明的第三方面，提供一種存儲在計算機可讀媒介上的計算機程序，其被 布置為實施包括以下步驟的對信號進行放大的方法接收輸入信號；將所述輸入信號分成 主信號和基準(zhǔn)信號；在預(yù)失真器中處理所述主信號；放大所述主信號；將所述主信號的采 樣與所述基準(zhǔn)信號合并以產(chǎn)生表示放大后的所述主信號中的殘差的誤差信號；對所述誤差 信號進行采樣；以及使用采樣誤差信號訓(xùn)練所述預(yù)失真器。所述方法例如可以使用專用集 成電路、現(xiàn)場可編程門陣列或任何其它合適的裝置來實施。


通過閱讀以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的特定實施例進行的描述，本發(fā)明的其它方面和 特征對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說將變得明顯。圖1示出現(xiàn)有技術(shù)的前饋系統(tǒng)；圖2示出現(xiàn)有技術(shù)的預(yù)失真系統(tǒng)；圖3示出根據(jù)本發(fā)明一實施例的線性化電路；圖4示出根據(jù)本發(fā)明另一實施例的線性化電路；以及圖5是示出利用不同類型的信號處理得到的輸出信號的圖。
具體實施例方式參考圖3描述本發(fā)明的一實施例。放大系統(tǒng)60包括與主放大器66串聯(lián)連接的預(yù) 失真系統(tǒng)62和前饋消除系統(tǒng)64。預(yù)失真系統(tǒng)包括在主放大器66之前串聯(lián)布置的預(yù)失真器 68、DAC 70和上轉(zhuǎn)換器72。前饋消除系統(tǒng)64包括針對基準(zhǔn)信號的基準(zhǔn)DAC 74和基準(zhǔn)上轉(zhuǎn)換器76。前饋消除 系統(tǒng)64還包括采樣器78和比較器80。進入放大系統(tǒng)60的數(shù)字基帶輸入信號首先被分成主信號和基準(zhǔn)信號。主信號沿 著通路向下傳輸至預(yù)失真器68，在預(yù)失真器68處，使用表示主放大器66的反相特性的系 數(shù)，以本領(lǐng)域所知的方法對主信號進行處理。主信號經(jīng)過預(yù)失真器68處理之后，被傳輸經(jīng) 過主DAC 70和上轉(zhuǎn)換器72，之后到達主放大器66。在主放大器66處，主信號被放大，并且 預(yù)失真器68所引入的特性被主放大器的特性有效地消除。同時，基準(zhǔn)信號經(jīng)過基準(zhǔn)DAC 74和上轉(zhuǎn)換器76，以產(chǎn)生將與經(jīng)過處理的主信號進 行比較的信號?？蛇x地，由于前饋消除使輸出信號與基準(zhǔn)信號在較高功率處匹配，因此，可以在基 準(zhǔn)信號的傳輸通路中插入使輸出滿足頻譜發(fā)射屏蔽所需要的濾波器(未示出)。由于濾波 器不必經(jīng)受輸出信號的高功率，使得在該點處容許高插入損耗，因此在該點處插入高性能 的濾波器是有利的。主信號經(jīng)過放大之后，在采樣器78中被采樣。然后采樣信號被傳送給比較器80， 比較器80確定基準(zhǔn)信號(放大前的信號)和主信號(放大后的信號)之間的差值。將差 值編碼的結(jié)果信號以誤差信號為人所知。為了提高預(yù)失真器68的精度，誤差信號被反饋至預(yù)失真器68用于訓(xùn)練預(yù)失真器 68，以便預(yù)失真器68更準(zhǔn)確地調(diào)制主信號，從而補償主放大器的特性。采樣誤差信號在到達預(yù)失真器68之前，優(yōu)選經(jīng)過下轉(zhuǎn)換器88和ADC90，以產(chǎn)生表示主放大器66所引入的、未 被預(yù)失真器68消除的誤差的數(shù)字信號。表示余留誤差的數(shù)字信號被反饋到預(yù)失真器68中， 以訓(xùn)練預(yù)失真器68。由于主信號不存在而降低了對誤差A(yù)DC的動態(tài)范圍需求，因此僅使用表示誤差的 信號訓(xùn)練預(yù)失真器68是有利的。圖4示出本發(fā)明的另一實施例。在該實施例中，如以上參考圖3所述建立系統(tǒng)。不 過，前饋消除系統(tǒng)64還包括誤差放大器82、延遲電路84和誤差比較器86。誤差信號被傳送至誤差放大器82，在誤差放大器82處被放大。這意味著由誤差信 號編碼的誤差與經(jīng)過放大的主信號中存在的誤差大小相近。誤差信號隨后被傳送至另一比較器86，在該比較器86中，誤差信號被從經(jīng)過放大 的主信號中減去，以進一步減少主信號中存在的誤差。使用任何合適的裝置使主信號延遲， 以使主信號和誤差信號同步。然后，結(jié)果信號可以從放大系統(tǒng)中輸出。誤差信號在到達誤差放大器82之前也被采樣，用于訓(xùn)練預(yù)失真器68的正是該采 樣誤差信號。通過使用誤差信號訓(xùn)練預(yù)失真器，迫使誤差盡可能的小。最小化誤差信號意味著 可以使用較小的誤差放大器，又意味著在主信號通路中需要的延遲較小(從而功耗較小)。 減小誤差信號還意味著在前饋誤差回路中，相位與振幅匹配的精度可以大大降低，同時仍 然能保持所需的輸出頻譜發(fā)射。圖5示出使用未校正非線性度的放大器得到的輸出信號(信號92)、使用具有圖3 所示的結(jié)構(gòu)的放大器得到的輸出信號(信號94)和具有圖4所示的結(jié)構(gòu)的放大器得到的輸 出信號(信號96)?？梢钥闯觯谖葱Ｕ闆r下工作的放大器的基線比使用包括預(yù)失真器的 放大器或本發(fā)明的系統(tǒng)得到的基線大得多。
權(quán)利要求
一種對信號進行放大的設(shè)備，包括a)被布置為接收輸入信號的輸入端；b)用于將所述輸入信號分成主信號和基準(zhǔn)信號的裝置；c)用于處理所述主信號的預(yù)失真器；d)用于放大所述主信號的放大器；e)處理裝置，用于從所述主信號的采樣中減去所述基準(zhǔn)信號，以產(chǎn)生表示放大后的所述主信號中的殘差的誤差信號；以及f)用于使用所述誤差信號訓(xùn)練所述預(yù)失真器的訓(xùn)練裝置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，進一步包括用于放大所述誤差信號的誤差放大器，以 及被布置為從所述主信號中減去經(jīng)過放大的誤差信號以產(chǎn)生輸出信號的比較器。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的設(shè)備，進一步包括濾波器，該濾波器被布置為在所述基準(zhǔn)信 號被所述處理裝置從所述主信號中減去之前，對所述基準(zhǔn)信號進行濾波。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的設(shè)備，其中所述濾波器是帶通濾波器。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，進一步包括用于對所述誤差信號進行采樣的裝置，并 且其中所述訓(xùn)練裝置使用所述誤差信號采樣訓(xùn)練所述預(yù)失真器。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，進一步包括低分辨率的數(shù)模轉(zhuǎn)換器，該低分辨率的數(shù) 模轉(zhuǎn)換器用于在所述主信號被所述預(yù)失真器處理之后但被放大之前，對所述主信號進行處 理。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，進一步包括用于對采樣誤差信號進行處理的低動態(tài) 范圍的誤差模數(shù)轉(zhuǎn)換器。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的設(shè)備，進一步包括用于對采樣誤差信號進行處理的低動態(tài) 范圍的下轉(zhuǎn)換器。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述輸入信號是包括OFDM載波和GSM載波的組合 的寬帶信號。
10.一種對信號進行放大的方法，包括以下步驟a)接收輸入信號；b)將所述輸入信號分成主信號和基準(zhǔn)信號；c)在預(yù)失真器中處理所述主信號；d)放大所述主信號；e)將所述主信號的采樣與所述基準(zhǔn)信號合并，以產(chǎn)生表示放大后的所述主信號中的殘 差的誤差信號；以及f)利用所述誤差信號訓(xùn)練所述預(yù)失真器。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，進一步包括以下步驟放大所述誤差信號，以及從所 述主信號中減去經(jīng)過放大的誤差信號以產(chǎn)生輸出信號。
12.—種存儲在計算機可讀介質(zhì)上的計算機程序，被布置為實施包括以下步驟的對信 號進行放大的方法 a)接收輸入信號；b)將所述輸入信號分成主信號和基準(zhǔn)信號；c)在預(yù)失真器中處理所述主信號；d)放大所述主信號；e)將所述主信號的采樣與所述基準(zhǔn)信號合并，以產(chǎn)生表示放大后的所述主信號中的殘 差的誤差信號；以及f)利用所述誤差信號訓(xùn)練所述預(yù)失真器。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的計算機程序，進一步被布置為實施以下步驟放大所述誤 差信號，以及從所述主信號中減去經(jīng)過放大的誤差信號以產(chǎn)生輸出信號。
全文摘要
描述了包括預(yù)失真器和前饋電路的線性化的功率放大器。通過既使用預(yù)失真器又使用前饋消除系統(tǒng)，提高了所述放大器的線性化程度。經(jīng)過放大的信號的精度可以通過使用由所述前饋消除系統(tǒng)產(chǎn)生的誤差信號訓(xùn)練所述預(yù)失真器而得到進一步提高。線性化電路中提高的精度降低了誤差放大器的功率需求，并放寬了前饋回路的相位、振幅和延遲精度。
文檔編號H03F1/32GK101904092SQ200880121143
公開日2010年12月1日 申請日期2008年12月18日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月20日
發(fā)明者格雷厄姆·多爾曼, 科林·麥格雷戈, 馬丁·Q·弗萊厄蒂 申請人:北電網(wǎng)絡(luò)有限公司