專利名稱：前饋放大系統和方法
技術領域：
本發明一般涉及前饋放大器電路。具體地說，本發明涉及具備基本消除由互調產物產生的失真的能力，因而產生一個具有所需信號干擾比的輸出的前饋放大器電路。
在無線通信中常常使用前饋放大器來放大信號。然而，使用前饋放大器的一個缺點是信號在被放大時引入了失真，從而導致了輸出信號的信號干擾比下降。在現有技術里，有許多經過精心設計以減小放大時引入的失真量的前饋放大器。一個現有技術的方法是采用能有效地消除失真的雙環前饋放大器。這一現有技術的前饋放大器如
圖1所示。
參考圖1，表示出一個現有技術的雙環前饋放大器10。RF信號由雙環前饋放大器10的信號輸入端12引入。雙環前饋放大器10的目的是在具有盡可能小失真的情況下放大RF信號。RF信號被接收到以后，在耦合器13上被分為兩路，一路是主放大線14，另一路是第一個環的線16。在主放大線14上，RF信號經過一系列放大器18，RF信號在其中被放大。當RF信號經過放大器18時，失真被引入到RF信號。具有失真的RF信號接著在耦合器19被再次分裂，其中，已失真的信號在耦合器21被引到第一個環線16。原始的RF信號沿第一個環線16傳輸，通過一根延時線20，原始RF信號在其中被滯后以使相位相差180°。當這個不同相的信號在耦合器21里與已失真的信號疊加時，除了由放大器18引入的失真分量外的兩信號的所有其它分量都被抵消。因此，在第一個環線16上的點P，只存在信號的失真分量。信號的失真分量接著通過一個誤差放大器22，由此產生一個放大了的失真信號。
放大了的失真信號通過耦合器26耦合到第一個環的零點24。該第一個環的零點24耦合到一個計算機控制器28。計算機控制器28也耦合到位于主放大線14上RF輸入端12和第一放大器18之間的移相電路30。計算機控制器28有效地監視放大了的失真信號和在允許的帶寬參數范圍內調整移相電路30以努力將放大了的失真信號減到最小。
雙環前饋放大器10的第二個環取得放大了的失真信號，并將它耦合回主放大線14。沿著主放大線14傳輸的原始的放大了的RF信號通過第二根延時線34，它改變放大了的RF信號的相位以使放大了的RF信號與放大了的失真信號相匹配。這樣，當放大了的失真信號被疊加到原始的放大了的RF信號上時，原始放大了的RF信號攜帶的主要誤差被基本上抵消。這就在輸出端口36提供了一個具有很大程度上減小了失真的放大了的RF信號。
一個移相電路40也被放置在第二個環的誤差放大器22和耦合器41之間，用于將失真信號引回疊加到主放大線14。移相電路40可選地被設置在使放大了的失真信號與在主放大線14上由放大器18產生的實際失真相差最小的值上。為了“細調”第二個環，通常需要采用昂貴而又復雜的調諧技術。這一現有技術需要使用先進的DSP軟件或無干擾信道跳躍(clear channel hopping)。當使用了數字信號處理元件或其它的附加元件時，前饋放大器10的細調將導致操作和維護的高成本。而且，這個以前的細調技術會使增益、失真、帶寬和/或阻抗產生不想要的改變。可以理解，由于互調產物通常在想要的用戶信號的通帶范圍內，所以濾除噪聲或互調產物也很困難。結果，這樣濾波會導致不想要的幅度或相位改變。
因此，需要一個有效地和低成本地在放大了的RF信號里減小互調產物，而又在不減小RF信號幅度電平的情況下產生一個具有高信號干擾比信號的改進的雙環前饋放大器。
本發明是一個雙環前饋放大器及其放大的方法。雙環前饋放大器至少包含兩個放大級，這兩個放大級在輸出信號里引入了不想要的互調產物。為了有助于將前饋放大器清零和消除互調產物，在第一和第二放大級之間向RF信號引入一個擴展單音。擴展單音由根據一個擴展PN碼擴展一個輸入單音的兩相調制器產生。擴展單音被前饋放大器的隨后級放大后，擴展單音被用于擴展原始輸入單音的同一個擴展PN碼解擴。擴展單音被解擴后，得到的輸出單音與原始的輸入單音69混頻，其中，兩個單音基本上抵消，而只剩下這兩個信號中不同的信號分量。混頻器的輸出接著被濾波以消除在混頻器里產生的雜散混頻產物。然后，前饋放大器被一個計算機控制器有效地調整，以減少輸入單音和輸出單音的不同，直到得到所期望的信號干擾比。
為了更好地理解本發明，結合相關附圖參考了一個相關的舉例性實施方案的描述，其中圖1是現有技術的前饋放大器電路原理圖；圖2是根據本發明的前饋放大器的一種實施方式的電路原理圖。
圖2表示了根據本發明的一個雙環前饋放大器電路50。雙環前饋放大器電路50具有許多與前面如圖1所示和描述的現有技術電路相同的組成部分和特征。所以，與現有技術相同的本發明雙環前饋放大器50的組成部分和特征，將用在描述現有技術時的相同的參考數值參考。
RF信號最初引入到雙環前饋放大器50的信號輸入端12。RF信號被接收到后，它在耦后器13被分裂于主放大線14和第一個環線16之間。在主放大線14上，RF信號被一系列放大器18放大，其中，失真被引入到RF信號。具有失真的RF信號接著在耦合器19被再一次分裂，其中失真信號在耦合器21引至第一環線16。沿著第一個環線16傳輸的原始RF信號通過一根延時線20，原始RF信號在其中延時以使相位滯后180度。當這個不同相的信號在耦合器21被疊加到失真信號上時，除了由放大器18引入的失真分量外的兩信號的所有分量都被抵消。這樣，在第一個環線16上的點P只存在信號的失真分量。信號的失真分量接著通過一個誤差放大器22，由此產生一個放大了的失真信號。
放大了的失真信號通過耦合器26耦合到第一個環的零點24。正如前面所述的，第一個環零點24被耦合到計算機控制器28，該控制器28控制一個位于主放大線14上RF輸入端口12和第一個放大器18之間的移相電路30。
雙環前饋放大器50的第二個環取得放大了的失真信號，并將它耦合回主放大線14。原始的放大了的RF信號通過第二根延時線34，該延遲線34改變放大了的信號的相位以使它與放大了的失真信號相匹配。所以，當放大了的失真信號被疊加到原始的放大了的RF信號上時，原始的放大了的RF信號所攜帶的主要誤差被基本上抵消。
在本發明前饋放大器50里，提供一個振蕩器53以產生一個輸入單音。該輸入單音被饋入兩相調制器56。兩相調制器56讀取一個擴展PN碼，其中兩相調制器56根據擴展PN碼擴展輸入單音。該擴展單音接著在第一放大級后的一點引入主放大線14。通過在第一放大級后引入擴展單音，引入單音的存在電平低于由第一放大級引入的互調產物的電平。這就使得擴展單音在后面的放大器級里可以很容易地從互調產物里分離出來。兩相調制器56通過耦合器52在第二放大器18的前面的一點耦合到主放大線14。所以，擴展單音被第二級放大器18放大。
第二個兩相調制器58在RF輸出端36前面的一點耦合到主放大線14。應用于放大了的RF信號的最初的擴展單音因此通過耦合器62被引到第二個兩相調制器58。第二個兩相調制器58利用用于產生最初的擴展單音的相同的PN碼來解擴這個擴展單音。PN碼最好同時硬件連接到第一個兩相調制器56和第二個兩相調制器58以產生最佳的碼增益和相關性。通過使用同一個PN碼來解擴擴展單音，第二個兩相調制器產生一個輸出單音。引入的擴展單音被解擴后，得到的輸出單音被饋到混頻器64。混頻器64耦合到振蕩器66，該振蕩器66與被第一個兩相調制器56使用的振蕩器53同步。正如線69所表明的，第一個兩相調制器56和混頻器64可以共享同一個振蕩器，從而確保這些組成部分之間的精確同步。在混頻器64中由第二個兩相調制器58產生的輸出單音與輸入單音混頻。在混頻器64里抵消以后，得到的混頻器64的輸出接著通過一個窄帶濾波器68以減小信號的噪聲帶寬和濾除其它的雜散信號。
計算機控制器28通過一個功率檢測器和A/D轉換器(未表示出)耦合到窄帶濾波器68。窄帶濾波器68的輸出對應于由振蕩器66產生的輸入單音和第二個兩相調制器64的輸出解擴單音之間的差別。計算機控制器38監視窄帶濾波器68的輸出，其中計算機控制器28調整前饋放大器50以使窄帶濾波器68的輸出為零。計算機控制器28耦合到前饋放大器50的第二個環里的移相電路40。利用窄帶濾波器68的輸出作為控制，計算機控制器28有效地調節移相電路40，直到檢測到預先規定的信號干擾比。因此，雙環前饋放大器50的第二個環可在整個擴展帶寬范圍內最佳地達到零值。因而，可以看出，為了“細調”前饋放大器的第二個環的現有技術的復雜的調諧技術已不再需要。而且，本發明前饋放大器50能使雙環結構里的兩個環都被一個計算機控制器有效地控制或清零，其中第一個環用于將主輸入射頻信號清零，第二個環用于將引入的擴展單音清零，它也使互調產物達到最小。
可以理解，在此詳細示出和描述的本發明的實施方式只是一個例子，熟悉這項技術的人可以用不同的結構和功能上等價的組成部分來構成替代實施方式。正如以下權利要求書中提出的，所有這些替代實施方式都被包括在本發明的范疇內。
權利要求
1.一個雙環前饋放大器，包括一個RF信號輸入和一個RF信號輸出；放置在所述的RF信號輸入端和所述的RF信號輸出端之間的至少一個放大級，其中所述的至少一個放大級在沿所述的RF信號輸入端到所述的RF信號輸出端傳輸的RF信號里產生互調產物；一個產生輸入單音的單音源；一個用一個預先規定的擴展碼擴展所述的輸入單音以產生一個擴展單音的擴展器，其中所述的擴展單音被至少一個放大級所放大；一個用于解擴所述的擴展單音和產生一個輸出單音的解擴器；一個用于將所述的輸入單音與所述的輸出單音混頻的混頻器；以及一個清零控制器，耦合到所述的混頻器以有效地使所述的輸入單音和所述的輸出單音之間的差別達到零，以得到一個需要的信號干擾比。
2.根據權利要求1的放大器，其中由所述的至少一個放大級引入的所述的互調產物在一個預先規定的電平上存在，而所述的擴展單音處于低于所述的預先規定的電平上。
3.根據權利要求1的放大器，其中所述的解擴器用所述的預先規定的擴展碼解擴所述的擴展單音。
4.根據權利要求1的放大器，進一步包括一個位于所述的混頻器和所述的清零控制器之間的窄帶濾波器，其中所述的窄帶濾波器基本上濾除由所述的至少一個放大級產生的所述的互調產物。
5.根據權利要求4的放大器，其中所述的輸入單音由一個振蕩器產生，所述的混頻器耦合到所述的振蕩器以接收一個同步輸入單音。
6.根據權利要求1的放大器，其中所述的擴展器和所述的解擴器是兩相調制器。
7.根據權利要求1的放大器，其中所述的至少一個放大級是由包含一個第一放大級和至少一個第二放大級構成的，其中所述的擴展單音在所述的第一放大級和所述的至少一個第二放大級之間引入，因此由所述的至少一個第二放大級放大所述的擴展單音。
8.根據權利要求1的放大器，其中所述的前饋放大器是一個具有一個第一個環和一個第二個環的雙環前饋放大器，其中移相電路被包括在所述的第一個環和所述的第二個環，并且每一個移相電路都由所述的清零控制器控制。
9.用于放大RF信號的前饋放大器，包括一個用于產生一個輸入單音的振蕩器；一個耦合到所述振蕩器的用于擴展所述單音和產生一個擴展單音的第一調制器；至少一個用于放大所述的RF信號和所述擴展單音的放大器，其中所述的至少一個調制器產生互調產物；一個用于解擴所述的擴展單音和產生一個輸出單音的第二個調制器；一個耦合到所述的振蕩器的用于將所述的輸出單音與所述的輸入單音混頻的混頻器；以及一個耦合到所述的混頻器用于可選地調整所述的前饋放大器以使所述的輸入單音和所述的輸出單音之間的差別的清零的控制器。
10.根據權利要求9的放大器，進一步包括一個放置在所述的控制器和所述的混頻器之間的濾波器，用于濾除由所述的至少一個放大器引入的所述的互調產物。
11.根據權利要求9的放大器，其中所述的第一個調制器接收一個用于擴展所述的擴展碼的預先規定的碼，以及所述的第二個調制器接收用于解擴擴展碼的同樣的預先規定的碼。
12.根據權利要求9的放大器，其中由所述的至少一個放大器引入的所述的互調產物在一個預先規定的電平上存在，而所述的擴展單音在一個低于所述的預先規定的電平的電平上存在。
13.根據權利要求9的放大器，其中所述的第一個調制器和所述的第二個調制器是兩相調制器。
14.根據權利要求9的放大器，其中所述的前饋放大器是一個具有一個第一個環和一個第二個環的雙環前饋放大器，其中移相電路被包括在所述的第一個環和所述的第二個環中，每一個移相電路都由所述的控制器控制。
15.一個在前饋放大器里放大一個RF信號的方法包括以下步驟在一個第一個放大級放大所述的RF信號；提供一個輸入單音的源；用一個預先規定的擴展碼擴展所述的輸入單音以產生一個擴展單音；將所述的擴展單音引入所述的RF信號；在至少一個第二放大級中放大所述的RF信號和所述的擴展單音；解擴所述的擴展單音以產生一個輸出單音；將所述的輸入單音與輸出單音混頻；以及調整前饋放大器以可選地減少所述的輸入單音和所述的輸出單音之間的任何差別。
16.根據權利要求15的方法，進一步包括濾除由RF信號放大所產生的互調產物的步驟。
17.根據權利要求15的方法，其中所述的放大的步驟產生在一個預先規定的電平上存在的互調產物，所述的引入所述的擴展單音的步驟包括在一個低于所述的預先規定的電平的電平上引入所述的擴展單音的步驟。
18.根據權利要求15的方法，其中所述的擴展單音用所述的預先規定的用來擴展所述的輸入單音的擴展碼來解擴。
19.根據權利要求15的方法，其中所述的前饋放大器是一個具有一個第一個環和一個第二個環的雙環前饋放大器，及移相電路被包括在所述的第一個環和所述的第二個環以及每一個移相電路中，其中所述的調整的步驟包括調整每一個所述的移相電路的步驟。
20.根據權利要求15的方法，其中所述的擴展和解擴的步驟是用一個兩相調制器實現的。
全文摘要
一個雙環前饋放大器和放大方法。雙環前饋放大器包括至少兩個放大級,一個經PN碼擴展的單音在第一和第二放大級之間引入到RF信號。在擴展單音被前饋放大器的隨后級放大后,被同樣的擴展PN碼解擴。得到的輸出單音與原始的輸入單音混頻。混頻器的輸出接著被濾波,以濾除由混頻器產生的不想要的雜散產物。前饋放大器接著被一個計算機控制器有效地調整,以減小輸入單音和輸出單音之間的任何差別,直到獲得期望的信號干擾比。
文檔編號H03G3/30GK1195226SQ9712537
公開日1998年10月7日 申請日期1997年12月10日 優先權日1996年12月13日
發明者克里斯托弗·W·萊斯 申請人:美國電報電話公司