專利名稱：利用載波泄漏效應提高前饋式功率放大器線性度的方法
技術領域：
本發明涉及一種提高前饋式功率放大器性能的方法，尤其涉及一種利用載波泄漏效應提高前饋式功率放大器線性度的方法。
背景技術：
隨著全球通信技術的迅速發展，通信頻譜資源變得越來越短缺，為了更加有效地利用頻譜資源，許多通信系統都采用頻譜利用率較高的調制方式，例如QPSK(相移鍵控)、8PSK(八相移鍵控)等。這些調制方式同時對載波的幅度和相位進行調制，因此這些調制方式會產生有較大峰均比的非恒包絡調制信號。較大的峰均比對射頻發射機的功率放大器提出了很高的線性要求，這是因為功率放大器在大信號下具有不可避免的非線性特性，會產生嚴重的交調分量和頻譜泄漏，從而帶來信號間的相互干擾，影響通信的質量及降低通信系統的容量。
如何提高系統的線性度一直是通信系統期待解決的一個問題，為解決該問題，目前主要采用前饋式功率放大器來提高系統的線性度。
圖1所示為前饋式功率放大器的原理框圖，由載波抵消環路1、誤差抵消環路2和自動控制單元3所組成。載波抵消環路1中主要包括主功放11、延遲線12和幅相調節器13，誤差抵消環路2中主要包括誤差功放21、幅相調節器22和延遲線23。
載波抵消環路1中的主功放11是待改善線性的放大器，載波抵消環路1實現的主要功能是提取信號通過主功放11產生的交調分量；誤差抵消環路2實現的功能是放大載波抵消環路1產生的交調分量從而抵消主功放11產生的交調分量，使輸出的信號較為純凈，以改善放大器的線性度。
輸入信號通過耦合器Cp1分為兩路送入載波抵消環路1，其中一路送入主功放，由于主功放的非線性，其輸出信號中便有了交調分量，經過耦合器Cp2取出一部分信號與從延遲線12送來的沒有交調失真的載波在耦合器Cp3疊加，通過調節幅相調節器13的幅度和相位，使到達耦合器Cp3的兩路載波信號幅度相等相位相反，這樣載波抵消環路1提供的信號理論上只含有交調分量。實際過程中，載波抵消的精度主要取決于幅相調節器13的精確調節，使兩路疊加的載波信號相位相反幅度相同。
在誤差抵消環路2中，載波抵消環路1輸出的純交調分量通過誤差功放21放大后與主功放11輸出的被非線性放大的載波通過耦合器Cp4進行疊加，最后輸出一個被消除交調分量的大功率載波信號，從而達到線性放大的效果。
幅相調節器13和幅相調節器22的幅度和相位的調整由自動控制單元3進行自適應控制。耦合器Cp3、Cp4的輸出端分別為載波抵消環路1和誤差抵消環路2的功率抵消檢測點。Cp3檢測點對載波抵消環路1輸出的載波功率進行實時檢測并上報自動控制單元3，Cp4檢測點對誤差抵消環路2輸出的交調信號功率進行實時檢測并上報自動控制單元3。自動控制單元3根據檢測點的上報值，來調整兩個環路中的幅相調節器的電壓，實現對環路的控制。
幅相調節器由電可調衰減器和移相器所組成。當能量抵消到最佳狀態時，我們稱之為環路收斂；環路中幅相調節器的狀態，我們稱之為環路參數。
由于主功放13非線性最大，前饋式功率放大器其它部分(包括誤差功放和其他環路無源部分)可以近似認為是理想線性的。目前的自適應控制方法就立足于這一假設，其控制方法的流程是第一步是單獨調整載波抵消環路參數使載波抵消環路1收斂，然后再單獨調整誤差抵消環路參數使誤差抵消環路2收斂。這種控制方法假設了一個前提誤差抵消環路2的收斂點和載波抵消環路1的收斂點一致，即認為載波抵消環路1與誤差抵消環路2可以同時收斂，但是誤差功放21等其它無源部分實際也會帶來非線性失真，所以就出現了載波抵消環路1與誤差抵消環路2不能同時絕對收斂的現象。前饋式功率放大器的收斂應該是誤差抵消環路2的絕對收斂；而目前的自適應控制方法所產生的結果是載波抵消環路1的絕對收斂，這就導致了誤差抵消環路2的偽收斂，影響了前饋式功率放大器的線性度。目前的自適應控制方法收斂到一個控制方法本身認為線性最優的點后就無法再繼續收斂，但實際上這種狀態并不是線性度最好的點。
要打破偽收斂現象使前饋式功率放大器具有更好的線性，就需要使載波抵消環路稍稍偏離收斂點，泄漏出一點載波功率。
圖2所示為現有技術中的一種利用載波泄漏效應的前饋式功率放大器的結構原理圖，它在圖1所示兩個環路的基礎上再增加一個載波泄漏注入環路，以達到利用載波泄漏效應的目的。
圖1中的載波功率抵消檢測點在誤差抵消環路2幅相調節器22前的耦合器Cp3的輸出端，圖2在圖1的基礎上增加了一個載波泄漏注入環路后，檢測點改為在增加的耦合器Cp5的輸出端，這兩者的區別在于當Cp5輸出端的載波功率達到最低時，由于Cp3耦合路徑與Cp5耦合路徑有一定的相位以及幅度差，導致在Cp3輸出端會有一定的載波功率泄漏出來，從而達到運用載波泄漏效應的效果。
這種現有技術的缺點在于由于其增加了一個載波泄漏注入環路，導致硬件復雜度增加，使前饋式功率放大器的整體成本提高，并且由于Cp3和Cp5耦合路徑的幅度差值和相位差值為固定值，因此載波泄漏大小不具有自適應特性。
發明內容
本發明解決的技術問題是提供一種利用載波泄漏效應提高前饋式功率放大器的線性度的方法。
為了解決上述技術問題，本發明采用以下技術方案
一種利用載波泄漏效應提高前饋式功率放大器線性度的方法，包括步驟1)找到環路收斂初始適應點，使載波抵消環路和誤差抵消環路均為收斂狀態，具體包括11)首先調節載波抵消環路中的幅相調節器的電壓對載波抵消環路參數進行單獨調整，使載波抵消環路輸出載波功率值達到最低；12)然后調節誤差抵消環路中的幅相調節器的電壓對誤差抵消環路參數進行單獨調整，使誤差抵消環路輸出的交調信號功率值達到最低；2)搜索載波泄漏效應收斂點，調整載波抵消環路參數和誤差抵消環路參數使載波抵消環路泄漏出載波能量，使誤差抵消環路輸出的交調信號功率值達到最低。
所述步驟2)具體包括步驟21)調節載波抵消環路中的幅相調節器的電壓對載波抵消環路參數進行單獨調整，直到誤差抵消環路不再繼續收斂，誤差抵消環路輸出的交調信號功率值達到最低；22)調節誤差抵消環路中的幅相調節器的電壓對誤差抵消環路參數進行單獨調整，直到誤差抵消環路不再繼續收斂，誤差抵消環路輸出的交調信號功率值達到最低。
所述步驟21)具體包括步驟31)向一個方向調節載波抵消環路中的幅相調節器的電壓，讀取誤差抵消環路輸出的交調信號功率值，若誤差抵消環路輸出的交調信號功率值趨于減小，則繼續該方向的調整，反之，向反方向調整；32)繼續調整載波抵消環路中幅相調節器的電壓，直到誤差抵消環路輸出的交調信號功率值達到最低值。
所述步驟22)具體包括步驟
41)向一個方向調整誤差抵消環路中的幅相調節器的電壓，讀取誤差抵消環路輸出的交調信號功率值，若誤差抵消環路輸出的交調信號功率值趨于減小，則繼續該方向的調整，反之，向反方向調整；42)繼續調整誤差抵消環路中幅相調節器的電壓，直到誤差抵消環路輸出的交調信號功率值達到最低值。
本發明與現有技術相比，具有以下有益效果本發明對現有技術中的前饋式功率放大器的自適應控制方法進行了改進，在現有技術的自適應控制方法的基礎上繼續搜索載波泄漏效應收斂點，有效地利用了載波泄漏效應，提高了前饋式功率放大器的線性化性能，經實踐證明能有效提高ACLR(相鄰信道泄漏比)3～7dB，并且并不增加前饋式功率放大器的硬件復雜度和成本。
圖1為現有的前饋式功率放大器的結構原理圖；圖2為現有的一種利用載波泄漏效應的前饋式功率放大器的結構原理圖；圖3為本發明的利用載波泄漏效應的自適應控制方法的流程圖；圖4為本發明的利用載波泄漏效應的自適應控制方法的另一種具體實施例的流程圖。
具體實施例方式
如圖1所示，現有技術中的前饋式功率放大器的結構主要由載波抵消環路1、誤差抵消環路2和自動控制單元3所組成。載波抵消環路1中主要包括主功放11、延遲線12和幅相調節器13，誤差抵消環路2中主要包括誤差功放21、幅相調節器22和延遲線23。本發明的前饋式功率放大器的硬件結構與現有技術中的前饋式功率放大器的硬件結構基本相同，只是對前饋式功率放大器的自動控制單元3中的自適應控制方法做了改進，讓載波抵消環路1適當泄漏出一些載波功率，卻能比完全抵消時，產生更好的線性效果。
如圖1、圖3所示，通過自適應控制方法，利用載波抵消效應來提高前饋式功率放大器線性度的方法具體包括以下步驟第一步在載波抵消環路1收斂的基礎上，找到誤差抵消環路2的收斂點，此時稱作環路收斂初始適應點，之所以把這個狀態稱作收斂初始適應點，因為這個收斂狀態是作為進一步收斂搜索的起點。
1)首先通過調節載波抵消環路1中的幅相調節器13對載波抵消環路參數進行單獨調整，使載波抵消輸出效果達到最佳，即載波抵消環路1輸出載波功率達到最低。
調節方法是自動控制單元3首先讀取一次Cp3檢測點上報的載波功率值，然后往一個方向調整載波抵消環路1幅相調節器13的電壓，再讀取一次Cp3檢測點上報的載波功率值，比較前后兩個值的差異，判斷前次調整方向是否趨于收斂，收斂依據是調整后的Cp3上報的載波功率減小。如果趨于收斂則繼續這個方向進行調整；反之則向反方向調整。此后繼續讀取Cp3上報的載波功率值，循環比較判斷，不斷調整載波抵消環路1的幅相調節器13的電壓，直到載波抵消環路1處于收斂狀態，既Cp3上報的載波功率值最小，此時再向任何方向進行調整，Cp3上報的載波功率值均不再趨于收斂。
2)然后通過調節誤差抵消環路2中的幅相調節器22對誤差抵消環路參數進行單獨調整，使誤差抵消輸出效果達到最佳，即誤差抵消環路2輸出的交調信號功率達到最低。
調節方法是在保持步驟1的載波抵消環路參數不變的基礎上，首先讀取一次Cp4檢測點上報的交調信號功率值，然后往一個方向調整誤差抵消環路2的幅相調節器22的電壓，再讀取一次Cp4檢測點上報的交調信號功率值，比較前后兩個值的差異，判斷前次調整方向是否趨于收斂，收斂依據是調整后的Cp4檢測點上報的交調信號功率值減小。如果趨于收斂則繼續這個方向調整；反之則向反方向調整。此后繼續讀取Cp4上報的交調信號功率值，循環比較判斷，不斷調整誤差抵消環路2幅相調節器22的電壓，直到誤差抵消環路2輸出的交調信號功率值達到最低，這時誤差抵消環路2處于收斂狀態，此時繼續向任何方向調整Cp4功率值均不再趨于收斂。
第一步驟的調整目標是搜索到收斂初始適應點，把這個收斂狀態作為進一步收斂搜索的起點。因為誤差抵消環路2在收斂初始適應點并不是絕對最優的收斂狀態，只是在載波抵消環路1收斂的基礎上的收斂狀態，導致這兩者存在差異，是由于實際的誤差功放21以及功放其他部分的非線性造成的。
在找到環路收斂初始適應點以后，此時兩個環路都是收斂的載波抵消環路1無條件絕對收斂，誤差抵消環路2在載波抵消環路1收斂的基礎上收斂。這種狀態在以前的前饋理論中被認為是線性最佳狀態，因此其他的前饋技術在自適應到這里以后就不再繼續提高線性度。而實際上此時的線性度還有潛力可挖，要達到最終更高的線性度，最重要的是要“打破”載波抵消環路1的收斂狀態，即讓載波抵消環路不要完全抵消載波能量，而是適當泄漏出一定的載波能量。要達到此目的，只需要改變環路狀態參數就可以做到。
第二步載波泄漏效應收斂點搜索。
輪流調整載波抵消環路參數和誤差抵消環路參數，監控誤差抵消效果達到最佳，從而達到利用載波泄漏效應的目的。
搜索載波泄漏效應收斂點的具體步驟如下21)在第一步驟的基礎上讀取Cp4檢測點上報的交調信號功率值，然后往一個方向調整載波抵消環路1中幅相調節器13的電壓，再讀取一次Cp4功率值，比較前后兩個值的差異，判斷前次調整方向是否趨于收斂，收斂依據是調整后的Cp4上報的交調信號功率值減小。如果趨于收斂則繼續這個方向調整；反之則向反方向調整。此后繼續讀取Cp4上報的交調信號功率值，循環比較判斷，不斷調整載波抵消環路1中幅相調節器13的電壓，直到Cp4上報值處于收斂狀態，此時向任何方向的調整Cp4功率值均不再趨于收斂；22)在步驟21)的基礎上讀取Cp4檢測點上報的交調信號功率值，然后往一個方向調整誤差抵消環路2中的幅相調節器22的電壓，再讀取一次Cp4檢測點上報的交調信號功率值，比較前后兩個值的差異，判斷前次調整方向是否趨于收斂，收斂依據是調整后的Cp4上報的交調信號功率值減小。如果趨于收斂則繼續這個方向調整；反之則向反方向調整。此后繼續讀取Cp4上報值，循環比較判斷，不斷調整誤差抵消環路2中的幅相調節器22的電壓，直到Cp4上報值處于收斂狀態，此時向任何方向的調整Cp4功率值均不再趨于收斂；23)如果前饋式功率放大器不需要退出自適應搜索算法，則不斷往復循環步驟21)和步驟22)。
在第二步驟的搜索當中，可以不嚴格按照載波抵消環路→誤差抵消環路→載波抵消環路......的順序，這兩個步驟可以顛倒、省略，或者以任意方式組合，并不僅僅局限于這種簡單的執行順序。
如圖4所示，在第二步驟中，如果收斂搜索出現異常，滿足特定觸發條件(例如信號輸入功率突變等)時，本發明的自適應控制方法可以回到第一步驟，重新開始搜索；這主要是由于在實際應用環境中，放大信號的功率和峰均比時刻在劇烈變化，導致環路的收斂條件也在不停的改變。上一時刻的收斂狀態可能在下一時刻被徹底打破，或者信號特性的突變導致控制方法不能及時響應。為了適應這種變化，本發明的自適應控制方法必須針對實際信號的變化特點，保證收斂搜索不失控并且具有足夠的響應速度。
以上所述僅為本發明的優選實施方式，并不構成對本發明保護范圍的限定。任何在本發明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發明的權利要求保護范圍之內。
權利要求
1.一種利用載波泄漏效應提高前饋式功率放大器的線性度方法，其特征在于，包括步驟1)找到環路收斂初始適應點，使載波抵消環路和誤差抵消環路均為收斂狀態，具體包括11)首先調節載波抵消環路中的幅相調節器的電壓對載波抵消環路參數進行單獨調整，使載波抵消環路輸出載波功率值達到最低；12)然后調節誤差抵消環路中的幅相調節器的電壓對誤差抵消環路參數進行單獨調整，使誤差抵消環路輸出的交調信號功率值達到最低；2)搜索載波泄漏效應收斂點，調整載波抵消環路參數和誤差抵消環路參數使載波抵消環路泄漏出載波能量，使誤差抵消環路輸出的交調信號功率值達到最低。
2.根據權利要求1所述的利用載波泄漏效應提高前饋式功率放大器性能的方法，其特征在于，所述步驟2)具體包括步驟21)調節載波抵消環路中的幅相調節器的電壓對載波抵消環路參數進行單獨調整，直到誤差抵消環路不再繼續收斂，誤差抵消環路輸出的交調信號功率值達到最低；22)調節誤差抵消環路中的幅相調節器的電壓對誤差抵消環路參數進行單獨調整，直到誤差抵消環路不再繼續收斂，誤差抵消環路輸出的交調信號功率值達到最低。
3.根據權利要求2所述的利用載波泄漏效應提高前饋式功率放大器性能的方法，其特征在于，所述步驟21)具體包括步驟31)向一個方向調節載波抵消環路中的幅相調節器的電壓，讀取誤差抵消環路輸出的交調信號功率值，若誤差抵消環路輸出的交調信號功率值趨于減小，則繼續該方向的調整，反之，向反方向調整；32)繼續調整載波抵消環路中幅相調節器的電壓，直到誤差抵消環路輸出的交調信號功率值達到最低值。
4.根據權利要求2所述的利用載波泄漏效應提高前饋式功率放大器性能的方法，其特征在于，所述步驟22)具體包括步驟41)向一個方向調整誤差抵消環路中的幅相調節器的電壓，讀取誤差抵消環路輸出的交調信號功率值，若誤差抵消環路輸出的交調信號功率值趨于減小，則繼續該方向的調整，反之，向反方向調整；42)繼續調整誤差抵消環路中幅相調節器的電壓，直到誤差抵消環路輸出的交調信號功率值達到最低值。
全文摘要
本發明公開了一種利用載波泄漏效應提高前饋式功率放大器的線性度方法，包括以下步驟首先找到環路收斂初始適應點，使載波抵消環路和誤差抵消環路均為收斂狀態；然后搜索載波泄漏效應收斂點，調整載波環路參數和誤差抵消環路參數使載波抵消環路泄漏出載波能量，使誤差抵消環路輸出的交調信號功率值達到最低。本發明利用了載波泄漏效應，改進了前饋式功率放大器的自適應控制軟件，提高了前饋式功率放大器的線性化性能，能有效提高ACLR(相鄰信道泄漏比)3～7dB，而且并不增加硬件復雜度和成本。
文檔編號H03F3/20GK1725631SQ20041006978
公開日2006年1月25日 申請日期2004年7月19日 優先權日2004年7月19日
發明者蔡文超 申請人:華為技術有限公司