專利名稱：用于補償非線性失真的前饋放大設備的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種非線性失真補償放大設備，包括一個用于放大輸入信號的主放大器和一個用于補償由該主放大器產生的失真的前饋環路；并且尤其是涉及該裝置和一種用于控制方法，用于把用于補償由主放大器產生的失真的前饋環路最優化。
背景技術：
在一個移動通信系統中，一個基站發射一個放大高頻多載波信號，該放大高頻多載波信號具有由不同的頻帶彼此分開并分別以正常方式調制的多載波。可是，因為具有差的線性的一個放大設備產生各種失真，例如，互調失真，需要使用于高頻多載波信號放大中的放大設備在多載波信號所屬的整個頻帶上表現出優良線性特性。
用于實現適合于例如多載波信號放大的極端低失真放大設備的各種已知方法之一是使用一種前饋(在下文中稱為″FF″)失真補償技術。
傳統FF放大技術通過一個干線和一個FF環路來實現，該干線用于通過一個主放大器放大一個輸入多載波信號并輸出放大的多載波信號。FF環路包括一個失真檢測環路，用于從放大的多載波信號中檢測由主放大器產生的一個失真分量；和一個失真補償環路，用于通過使用在失真檢測環路中檢測到的失真分量來消除放大的多載波信號中的失真分量。
一個利用此種FF放大技術的傳統非線性失真補償放大設備例如被公開在日本專利公開出版物No.1995-303050或1996-307161中。參考圖3來描述此種傳統非線性失真補償放大設備的基本結構和操作，該設備包括一個輸入端1，分隔器(divider)2、7和12，可變衰減器3和9，可變相位移相器4和10，一個主放大器5，同軸延遲線6和8，一個輔助放大器11，一個輸出端13，一個控制單元14和一個控制信號產生電路15。
參見圖3，通過分隔器2、主放大器5、分隔器7、同軸延遲線8和分隔器12從輸入端1到輸出端13的一條信號路徑形成一條干線。在干線上，來自輸入端1的輸入信號(在這個實施例中是一個多載波信號)被分隔器2分成一個主分隔信號和一個輔助信號。主分隔信號通過可變衰減器3和可變相位移相器4被提供到主放大器5并被主放大器5高頻放大。放大的多載波信號(信號A)被分隔器7分成一個主要分隔信號E和一個次要分隔信號(信號C) 該主要分隔信號E被同軸延遲線8延遲一個第一預定量然后通過分隔器12輸出到輸出端13。
例如在主放大器5沒有展現優良線性的情況下，在此種干線上出現多載波信號中的載波的互調。因此，例如包括由輸入信號的多載波互調所引起的互調失真在內的各種失真就會產生，然后被混合到多載波信號中。
為了消除此類失真，FF環路的一個失真檢測環路L1和一個失真補償環路L2被設置在此類非線性失真補償放大設備中。該失真檢測環路L1檢測一個失真分量，該失真分量由主放大器5產生，然后被混合到多載波信號中，而該失真補償環路L2通過使用從失真檢測環路L1中檢測到的此類失真分量來消除混合到多載波信號中的失真分量。
失真檢測環路L1由可變衰減器3、可變相位移相器4、主放大器5、同軸延遲線6和分隔器2與7配置而成。在此種結構的失真檢測環路L1中，從輸入端1中輸入的多載波信號被提供到分隔器2并被分為主分隔信號和輔助信號，正如在上面所提及的。主分隔信號被提供到干線而輔助信號在同軸延遲線6中被延遲一個第二預定量然后被提供到分隔器7作為一個分隔信號B。
分隔器7作用是把主放大器5的輸出信號A分成主要分隔信號E和次要分隔信號C并把輸出信號A的主要分隔信號E提供到干線上的同軸延遲線8。分隔器7還用于從主放大器5提供的輸出信號A的附屬信號中減去同軸延遲線6的分隔信號B以便提供一個差值信號D。在減法處理中獲得的差值信號D被提供到失真補償環路L2的可變衰減器9。
在同軸延遲線6中的延遲量被設置為等于可變衰減器3、可變相位移相器4和主放大器5的延遲總量。以這樣一種方式來設置可變衰減器3的衰減量以使由分隔器7從輸出信號A中分出來的次要分隔信號C的幅度與同軸延遲線6的分隔信號B的幅度相同。另外，可變相位移相器4的相移量被如此設置以致次要分隔信號C的相位與分隔信號B的相位一致。
因此，從分隔器7中輸出的差值信號D對應于作為主放大器5產生的互調失真的這種失真分量。可變衰減器3的衰減量和可變相位移相器4的相移量分別由來自控制單元14的控制信號產生電路15中產生的控制信號G1和θ1以差值信號D只包括該失真分量的這樣一種方式來控制。
失真補償環路L2由同軸延遲線8、可變衰減器9、可變相位移相器10、輔助放大器11和分隔器7與12配置而成。在此類結構的失真補償環路L2中，主要分隔信號E，多載波信號，即，由分隔器7獲得的、來自主放大器5的輸出信號A的主信號在同軸延遲線8中被延遲第一預定量，然后被提供到分隔器12。
另外，由分隔器7獲得的失真分量D通過可變衰減器9和可變相位移相器10被提供到輔助放大器11。對應于被輔助放大器11放大的失真分量D的一個失真分量F被提供到分隔器12。分隔器12具有一個減法功能，從而從同軸延遲線8的多載波信號E中減去輔助放大器11提供的失真分量F。因此，可獲得不含有由主放大器5產生的失真分量的一個多載波信號G，然后被輸出到輸出端13。
在此，在同軸延遲線8上的延遲量被設置為等于可變衰減器9、可變相位移相器10和輔助放大器11的延遲總量。以這種形式來設置可變衰減器9的衰減量以使混合到從分隔器7中輸出的多載波信號E中的失真分量的幅度等于輔助放大器11的失真分量的幅度。另外，以這樣一種方式來設置移相器10的相移量以使輔助放大器11的失真分量F的相位關于混合到多載波信號中的失真分量的相位被反向。
因此，當所描述的設置數量被正確設置時，在分隔器12處獲得多載波信號G，其中失真分量被消除掉。可變衰減器9的衰減量和可變相位移相器10的相移量分別由從控制單元14的控制信號產生電路15中產生的控制信號G2和θ2來控制，以使能夠適當地實現失真分量的消除。
在日本專利公開出版物No.1996-307161中，當電源被應用在這樣的FF放大設備中時，可變衰減器3和9的延遲量以及可變相位移相器4和10的相移被設置。為此，這里提供用于監控分隔器12的輸出信號G的一個監視器，一個溫度檢測器，和一個存儲器表格，該存儲器表格具有控制信號，該控制信號相對于監視器的檢測輸出電平和溫度檢測器的檢測溫度來規定可變衰減器3和9的衰減量以及可變相位移相器4和10的相移量。對應于檢測輸出電平和檢測溫度的控制信號從存儲器表格中被讀出從而來控制可變衰減器3和9的衰減量以及可變相位移相器4和10的相移量。
因此，失真分量在電源應用開始時可以被抑制到最小。另外，在增益波動是在正常操作期間由主放大器5或輔助放大器11的錯誤所引起的情況下，就會在當前被使用的一個實際控制信號和對應于當前檢測的輸出電平和溫度的、在存儲器表格中規定的一個正常控制信號之間檢測到一個偏差。基于該偏差的檢測，發出一個告警信號，從而來通知該設備的錯誤狀態。
另外，在日本專利公開出版物No.1995-303050中公開的傳統技術通過使用導頻信號來設置可變衰減器3和9的衰減量以及可變相位移相器4和10的相移，其中，組合形式的一個可變衰減器和一個可變相位移相器被稱為一個向量調制器。
也就是說，在圖3中，從輸入端1中輸入第一導頻信號，而第二導頻信號在主放大器5的輸出端處被輸入到分隔器7。從分隔器7中的差值信號D中提取第一導頻信號以便檢查失真檢測環路L1并且以這樣一種方式來控制失真檢測環路L1的向量調制器，即，可變衰減器3和可變相位移相器4，以使差值信號D不含有第一導頻信號。
另外，檢查第二導頻信號，看它是否包括在分隔器12的輸出信號G中，并且失真補償環路L2的向量調制器，即，可變衰減器9和可變相位移相器10被如此控制以便防止第二導頻信號被包括在輸出G中。
在日本專利公開出版物No.1995-303050中公開的傳統技術中，如果實施適當的補償，則第一和第二導頻信號的檢測電平可以幾乎為零。可是，如果系統處于錯誤狀態中，例如，如果主放大器5出了故障，則檢測電平不會變為零，而可能超過一個預確定電平。然后該系統通知操作員或維護人員此種情況并同時切斷電源。
如上所述，如果主放大器5正常地操作，如圖3所示的傳統FF放大設備能夠以這樣一種方式來設置可變衰減器3的衰減量和可變相位移相器的4相移量，以使從分隔器7中輸出的差值信號D只包含失真分量。可是，如果主放大器5的增益被減少，例如由于主放大器5的分量錯誤造成的，則主放大器5的增益降低不可以被可變衰減器3的衰減量所補償。也就是說，主放大器5的增益可以被降低以便超過可變衰減器3的可調衰減范圍。
在此種情況，在日本專利公開出版物No.1996-307161中公開的傳統技術公布一個有關檢測這種錯誤狀態的告警，而在日本專利公開出版物No.1995-303050中公開的傳統技術通知該情況并同時切斷電源。
可是，如果在檢測到主放大器的故障之后切斷電源，使用這種FF放大設備的一個移動通信基站和一個中繼站被禁止，從而來不能執行移動通信。另外，如果只公布一個告警，同時按原樣保持FF放大設備的操作，事實上如在日本專利公開出版物No.1996-307161中公開的，無法使主放大器5的輸出信號A的次要分隔信號C的幅度與同軸延遲線6的分隔信號B的幅度一致。因此，從分隔器7中輸出的差值信號D將包括多載波信號的載波以及失真分量。另外，由于在輔助放大器11的輸出信號F中的失真分量的幅度不能等于同軸延遲線8上的多載波信號E中的失真分量的幅度，所以失真分量保持在分隔器12中的輸出信號G中。
發明內容
因此，本發明的一個目的是提供一種前饋型非線性失真補償放大設備，該設備在有效地減少由主放大器產生的失真分量的同時能夠繼續它的操作，即使在例如由于放大元件損壞引起的主放大器故障的情況中。
根據本發明的優選實施例，這里提供一種前饋型失真補償放大設備，包括一個第一分隔單元，用于把輸入信號分隔成為第一信道信號和第二信道信號；一個主放大器，用于放大第一信道信號；一個可變衰減單元，用于處理該第二信道信號以便提供一個幅度調整了的第二信道信號；一個延遲單元，用于延遲該幅度調整了的第二信道信號以便補償第一信道信號的延遲；一個第二分隔單元，用于把主放大器的輸出信號分成為第三信道信號和第四信道信號并從第三信道信號和延遲的第二信道信號之一中減去另外一個以便提取由主放大器引入的一個失真分量；和一個失真補償單元，通過使用第二分隔單元提取的失真分量來用于消除由主放大器引入到第四信道信號的一個失真分量。
從和附圖一起給出的優選實施例的下列描述中，本發明上面的和其他目的和特征將變得顯而易見，附圖中
圖1示出了一個方框圖，說明根據本發明第一優選實施例的一種前饋型非線性失真補償放大設備；圖2描述了一個方框圖，說明根據本發明第二優選實施例的一種前饋型非線性失真補償放大設備；和圖3是一個方框圖，說明一種傳統前饋型非線性失真補償放大設備。
最佳實施方式圖1示出了一個方框圖，說明根據本發明第一優選實施例的一種前饋型非線性失真補償放大設備。由于如圖1所示的設備的一些元件與如圖3所示的傳統設備的那些相同，所以同一參考數字被用來表示和識別與傳統設備的那些元件對應或相同元件并將省略它的重復描述。在此，參考數字16表示一個可變衰減器。
除了在一個失真檢測環路L1中的分隔器2和同軸延遲線6之間設置的可變衰減器16之外，如圖1所示的設備結構與如圖3所示的相同。即使在由于在主放大器5中某個放大元件損壞而使主放大器5出故障的情況下，可變衰減器16使得同軸延遲線6的分隔信號B的幅度基本上等于由分隔器7從主放大器5的輸出信號A中獲得的次要分隔信號C的幅度，并且其結果是，主放大器5的增益降低太多而不能被可變衰減器3補償。
由分隔器2將來自輸入端1的輸入多載波信號分隔而獲得的一個分隔信號B′被可變衰減器16衰減。其后，衰減的信號被同軸延遲線6延遲，然后作為分隔信號B被提供給分隔器7，就象如圖3所示的傳統設備中的一樣。其余處理與參考圖3描述的傳統技術的那些相同。
在可變衰減器16中，以這樣一種方式來設置一個預確定初始值(例如，衰減的最小量)以使得可以通過使用來自控制單元14中的控制信號G3來增加可變衰減器16的衰減。在一個正常操作期間，初始值被保持在可變衰減器16處并且通過控制信號G1和θ1控制單元14以這樣一種方式來控制可變衰減器3的衰減量以及可變相位移相器4的相移量，即，使來自主放大器5的輸出信號A中的次要分隔信號C的幅度等于同軸延遲線6的分隔信號B的幅度。
例如，控制單元接收來自分隔器7中的分隔信號B和C然后監視它的幅度。如果幅度彼此不相同，則控制單元14通過使用控制信號G1來控制可變衰減器3的衰減量，以使信號B和C的幅度相等。
如果主放大器5的增益降低，例如由于在主放大器5中的放大元件的故障所引起的，控制單元14通過使用控制信號G1來減少可變衰減器3的衰減量，以使分隔信號B和C的幅度互相匹配。可是，如果即使將可變衰減器的衰減量被最小化，分隔信號B和C的幅度不能被控制成彼此一致，則控制單元14使用控制信號G3來控制(增加)可變衰減器16的衰減量，從而來減少分隔信號B的幅度。因此，分隔信號B和C的幅度可以被控制從而變成彼此相等。
即使從輸出端13中獲得的多載波信號G的幅度在這種情況下減少，也可以不必禁止放大操作就可獲得一個消除了失真的多載波信號。
如果即使對于可變衰減器16的最大衰減也不能產生信號C的幅度以便與信號B的幅度相同，則無法獲得具有有效抑制失真的多載波信號。在檢測這樣一個實例之后，控制單元14借助一個設備(未示出)切斷電源，從而來終止放大操作。
圖2描述了一個方框圖，說明根據本發明第二優選實施例的一種前饋型非線性失真補償放大設備。如圖2所示的設備包括與如圖1所示設備的那些元件相同的一些元件并且還包括一個P1和P2產生電路17和19，混頻器18和20，一個P1和P2檢測器21和22。與如圖2所示設備相同的參考數字被用來表示和標識如圖1所示設備的那些對應或相同元件并且將省略它的重復描述。
根據本發明第二實施例的圖2的設備通過使用如使用在日本專利公開出版物No.1995-303050中公開的傳統技術中的導頻信號來監視主放大器5的增益。
在圖2中，P1產生電路17產生一個具有頻率f1的導頻信號P1而混頻器18把導頻信號P1與來自輸入端1中的一個多載波信號混合。混頻信號被提供到一個失真檢測環路L1。導頻信號P1的頻率f1與從輸入端1中輸入的多載波信號的任何載頻不同。在失真檢測環路L1中，導頻信號P1和該多載波信號按照如圖1的第一實施例中所描述的類似的方式一起進行處理。因此，在分隔器7處從次要分隔信號C中包含的信號中減去包括在分隔信號B中的導頻信號P1，并且如果分隔信號B的幅度等于次要分隔信號C的幅度，則導頻信號P1不包括在來自分隔器7中的差值信號D中。
用于從差值信號D中檢測導頻信號P1的P1檢測器21提供一個檢測結果到控制單元14。只要P1檢測器21沒有檢測到導頻信號P1，則控制單元14就繼續斷言同一組控制信號(G1，θ1，G3)，以把每個電路的相同設定值保持在失真檢測環路L1中。可是，如果導頻信號P1被P1檢測器21檢測到(即，導頻信號P1的幅度≠0)，則控制單元14通過使用該控制信號G1來控制可變衰減器3的衰減量從而使由P1檢測器21檢測到的導頻信號P1的檢測幅度變成零。
不管可變衰減器3的衰減量的控制如何，例如，由于在主放大器5中的放大元件的損壞，被P1檢測器21檢測到的導頻信號P1幅度可能沒有被控制變成零。在這樣一種情況中，通過使用控制信號G3來控制可變衰減器16的衰減量增加，同時將可變衰減器3的衰減最小化(即，將混合到主放大器5的輸出信號A中的導頻信號P1的幅度最大化)。因此，在P1檢測器21處的導頻信號P1的檢測幅度能夠變成零。
如果即使對于上述的控制處理，檢測幅度沒有變成零，則電源被一個設備(未示出)關掉以終止放大操作，與圖1的第一優選實施例中的一樣。
另外，為了控制一個失真檢測環路L2，產生具有頻率f2的導頻信號P2的P2產生電路19被設置在主放大器5和分隔器7之間。頻率f2與導頻信號P1的頻率f1以及多載波信號的載頻中的任何一個都不同。導頻信號P2被混頻器20混合到主放大器5的輸出信號A中，然后被提供到失真補償環路L2的分隔器7，并且，由P2檢測器22檢測來自分隔器12的輸出信號中的導頻信號P2。
控制單元14接收P2檢測器22的檢測輸出以便確定檢測輸出的幅度，并通過使用控制信號G2和θ2以這樣一種方式來控制可變衰減器9的衰減量和可變相位移相器10的相移量，即，使P2檢測器22的檢測幅度變成零。
當從分隔器7中輸出的差值信號D被控制成不包括多載波信號和導頻信號P1時，差值信號D由主放大器5產生的失真分量和導頻信號P2所組成。并且如果包括在分隔器7的輸出信號E中的失真分量的幅度和相位被控制為與從一個輔助放大器11中輸出的失真分量的幅度和相位相同，則包括在輸出信號E中的導頻信號P2和失真信號F變成具有一個相同的幅度和相位。輸出信號E的導頻信號P2和失真信號F的在分隔器12處被做減法處理，并因此P2檢測器22不能檢測到導頻信號P2。
如上參考本發明第二實施例所述，首先以這樣一種方式來控制失真檢測環路L1中的可變衰減器3和16的衰減量和相位移相器4的相移量，即，使導頻信號P1不能被P1檢測器21檢測。其后，在失真補償環路L2中的可變衰減器9的衰減量和移相器10的相移量被如此設置以使導頻信號P2不被P2檢測器22檢測。
雖然關于優選實施例已經示出了本發明，但是本領域技術人員應該理解，不偏離由下列權利要求中所定義的本發明的精神和范圍可以進行各種改變和修改。
權利要求
1.一種前饋型失真補償放大設備，包括一個第一分隔單元，用于把輸入信號分隔成為第一信道信號和第二信道信號；一個主放大器，用于放大第一信道信號；一個可變衰減單元，用于處理該第二信道信號以便提供一個幅度調整了的第二信道信號；一個延遲單元，用于延遲該幅度調整了的第二信道信號以便補償第一信道信號的延遲；一個第二分隔單元，用于把主放大器的輸出信號分成為第三信道信號和第四信道信號，并從第三信道信號和延遲的第二信道信號之一中減去另外一個以便提取由主放大器引入的一個失真分量；和一個失真補償單元，通過使用第二分隔單元提取的失真分量來用于消除由主放大器引入到第四信道信號的一個失真分量。
全文摘要
一種前饋型失真補償放大設備包括一個第一分隔單元，用于把輸入信號分隔成為第一信道信號和第二信道信號；一個主放大器，用于放大第一信道信號；一個可變衰減單元，用于處理該第二信道信號以便提供一個幅度調整了的第二信道信號；一個延遲單元，用于延遲幅度調整了的第二信道信號；一個第二分隔單元，用于把主放大器的輸出信號分成為第三信道信號和第四信道信號并從第三信道信號和延遲的第二信道信號之一中減去另外一個以便提取由主放大器引入的一個失真分量；和一個失真補償單元，通過使用第二分隔單元提取的失真分量來用于消除由主放大器引入到第四信道信號的一個失真分量。
文檔編號H03F1/32GK1409483SQ02119140
公開日2003年4月9日 申請日期2002年5月9日 優先權日2001年9月20日
發明者石神武, 竹永浩太郎, 米永寬一 申請人:株式會社日立國際電氣