專利名稱：一種功率放大器線性化方法和線性功率放大器裝置的制作方法
技術領域：
本發明屬于信號處理領域，特別涉及一種放大器的線性化方法和裝置。
背景技術：
由于現代移動通信系統對線性功率放大器需求的急劇膨脹，各種線性化技術及功率放大器線性化方法得以迅猛發展。目前主要的線性化技術和方法包括三種類型前饋(Feed-Forward)、預失真(Predistortion)和包絡反饋(Envelop-Feedback)。它們分別從三個角度提高功率放大器的線性指標。
理想的放大器是為射頻載波信號提供一個完全透明的傳輸通道對工作頻帶內任意頻點的輸入信號，在全動態范圍內實現固定比率地幅度放大、穩定地相位偏移以及不變地時間延遲，同時不產生任何其他分量的信號成分，即對輸入信號進行線性的功率放大。但是，由于實際中任何放大器的傳輸函數均存在非線性分量，即在輸入射頻載波信號的放大輸出中不僅存在有被放大的載波成分，而且還存在著諧波、雜散、互調(如果輸入載波為多音(Muti-tone)調制信號)失真分量，同時放大器的增益、相移以及群時延等指標還會隨著信號的頻率、幅度、環境溫度、器件老化等因素發生變化。所以需要采用外加的線性化手段提高功率放大器的線性指標，以滿足現代移動通信系統的基本要求。
前饋線性化方法是利用一個前饋信號抵消環路提取主功率放大器輸出信號中的非線性失真信息，并利用另一個前饋信號抵消環路在系統輸出端抵消消除主功放輸出信號中的非線性失真成分，實現功率放大器的線性化目標。在美國專利US4389618中提供了一種典型的前饋線性化方法。這種方法具有非常高的線性化改善指標(理論修正能力可達30dB，處理帶寬可達25MHz)，但是結構復雜、成本高。譬如美國US4389618，除了兩個基本的信號抵消環路及自適應跟蹤機制外，為提高誤差環(非線性失真抵消環)的自適應能力，另外增加了一個信號抵消環路，以檢測跟蹤非線性信號的抵消效果控制誤差放大鏈路的增益和相移特性，保證系統全動態的線性改善性能。因此，構造非常復雜。同時，由于誤差環實現的是一個弱信號(相對于主信號)的抵消過程，很難達到理想效果，因此系統的線性改善難以實現理想目標。另外，由于主功放輸出通道的插入功率損耗和其它(除主功放外)有源電路的功率消耗，應用前饋線性化方法實現的線性功率放大器裝置很難獲得比較高的直流-射頻轉換效率。
如圖1所示，輸入信號經功分器1等分輸出，一路信號送入主功率放大器2進行功率放大，另一路經過延時線6、電調衰減器7、電調移相器8調節后輸入和路器9；主功率放大器2的輸出信號經過取樣耦合器3取樣后，進入和路器9另一個輸入端，與延時支路來的輸入信號進行信號抵消，消除掉主功放輸出取樣信號中的輸入信號頻譜分量，得到功率放大引入的非線性失真的代表信號——誤差信號，并經過電調衰減器10、電調移相器11送入誤差放大器12；放大后的誤差信號通過定向耦合器5進入功放輸出通道，與經過延時線4延時的主功放輸出信號進行信號抵消，消除掉其中的非線性失真產物，在功放輸出端得到線性度很高的大功率信號輸出。
由圖1可以看出，前饋式線性功率放大器包括兩個基本的信號抵消環路——主環和誤差環。
主環進行的是兩個主信號的抵消過程經過主功率放大器2放大并由取樣耦合器3取樣后的被放大主信號與經過延時的輸入主信號在和路器9中反相相加。當兩路主信號幅度相等、相位相差180°時抵消達到理想效果(完全消除掉主功率放大器2輸出取樣信號中的主信號成分)，但是主功率放大器2的增益和相移特性會隨著輸入功率、工作頻率、環境溫度以及器件老化等因數而變化，為動態保證主信號的良好抵消，在延時支路中插入了幅度和相位調節部件一電調衰減器7和電調移相器8，并結合外加的自適應檢測控制環節，動態跟蹤主功率放大器2的增益和相移變化。由于參加抵消的兩路信號均是幅度相當的大信號，可以通過直接檢測抵消結果或間接比較兩路信號的幅度和相位誤差實現抵消環路的自適應跟蹤控制，進而保證良好的抵消效果。
誤差環是將經過誤差放大器12放大的誤差信號通過定向耦合器5耦合進入主通道與經過延時線4延時的主功率放大器2輸出信號反相相加，抵消消除其中的非線性失真信號，實現系統線性改善的目標。為克服誤差放大器12的增益和相移不穩定性，在它的輸入通道中加入了幅度和相位調整部件—電調衰減器11和電調移相器12，并結合外加的自適應檢測控制機制，動態修正穩定誤差放大通道的增益和相移量，保證非線性失真信號的良好抵消。由于這個環路實現的是用一個小信號(誤差信號)抵消消除一個大信號(被放大后的主信號)加小信號(非線性失真信號)構成的復合信號中小信號的過程，一方面兩路信號幅度相差較大，另一方面復合信號中的大信號是小信號抵消檢測環節無法避免的強烈干擾，因此誤差環無法實現類似主環的實際抵消信號自適應檢測和控制方式及相應機制，所以信號抵消總是難以達到理想效果，也就是說前饋線性化手段無法達到理論線性改善目標。
預失真是利用在放大器前端插入非線性(非線性性能與放大器的非線性特性正交相反)部件(預失真器)，通過在放大器輸入信號中直接引入失真信號來抑制修正其傳輸函數中的非線性分量，達到功率放大器線性化的目標。這種方法由于不需要在功放輸出通道中加入具有插入損耗的部件，同時也不需要誤差放大器之類的有源功率消耗電路，不僅結構簡單而且直流-射頻轉換效率比較高。但是，由于不可能實現與功率放大器的非線性特性完全匹配的預失真器，而且功率放大器的非線性特性會隨著工作頻率、輸入功率、環境溫度以及器件老化等因數發生變化，所以這種線性化方法的改善指標比較低(理論線性改善指標可達3~7dB(加入自適應機制后可達20dB)，處理帶寬可達25MHz)。另外，由于預失真器帶來的插入損耗，需要通過增加放大器的增益指標來補償，提高了放大器的設計難度。該方法可在美國專利US4992754中檢索到。
如圖2所示，通過在放大器22輸入通道中插入預失真器21造成輸入信號20的預先包絡崎變，由于預失真器21的崎變特性與放大器22的非線性失真特性正交相反，經過放大器22后輸出的信號23將恢復輸入信號20的原始包絡特性，從而達到放大器22線性化的目標。因為不能直接找到與放大器22失真特性完全匹配的預失真器21，而且放大器22的失真特性會隨工作頻率、輸入功率、環境溫度以及器件老化等因素發生變化，這種線性化技術無法達到很好的效果。
發明內容
本發明提供一種功率放大器線性化方法和線性功率放大器裝置，以解決現有技術中精確不高、結構復雜且工作不可靠的問題。
本發明所采用的方法為這種功率放大器線性化方法，在包括前饋信號抵消環路的放大系統中，從前饋信號抵消環路獲取功率放大器的非線性失真信號包絡頻譜信息，并利用負反饋回路將其實時饋送給功率放大器的輸入通道，與輸入信號疊加調制其包絡頻譜，造成輸入信號預失真，實現功率放大器線性化放大；
所述的前饋信號抵消環路通過檢測功率放大器的輸入和輸出信號的幅度差和相位差，生成前饋抵消環路增益和相位控制增益，經動態調諧，使主信號獲得良好抵消，得到功率放大器的非線性失真包絡頻譜取樣信號；所述的非線性失真包絡頻譜經功率檢測，跟隨調整負反饋回路的增益和相移量，使非線性失真包絡頻譜取樣信號幅度最小；這種線性化方法采用如下控制步驟步驟一檢測前饋抵消環路兩路參加抵消信號幅度差ΔG和相位差ΔP；步驟二利用ΔG和ΔP生成前饋抵消環路增益和相位控制器的增益控制電壓VG和相位控制電壓VP；步驟三負反饋非線性失真包絡頻譜取樣信號進入功率放大器輸入通道；步驟四檢測并控制負反饋參數使非線性失真包絡頻譜取樣信號幅度最小。
所述的步驟一中包括如下控制過程首先，構建前饋信號抵消環路，分別取樣功率放大器的輸入和輸出信號，并將它們同時送入信號抵消器，形成前饋信號抵消環路；其次，取樣信號抵消器的兩路輸入信號；然后，檢測兩路取樣信號的幅度差ΔG將兩路取樣信號分別進行幅值檢波，并經過減法器獲得參加抵消信號的幅度差ΔG；最后，檢測兩路取樣信號的相位差ΔP利用鑒相器檢測獲得參加抵消信號的相位差ΔP。
所述的步驟二中包括如下控制過程首先，建立前饋抵消環路增益控制電壓VG采用VG＝-KGΔG+G1的控制結構獲得增益控制電壓VG，并實時控制位于功率放大器輸入通道中的增益控制器；其次，建立前饋抵消環路相位控制電壓VP采用VP＝-KPΔP+P1的控制結構獲得相位控制電壓VP，并實時控制位于功率放大器輸入通道中的相位控制器；然后，調諧KG、G1、KP、P1動態調諧KG、G1、KP、P1，使ΔG和ΔP最小，進而保證主信號的良好抵消，得到功率放大器的非線性失真包絡頻譜取樣信號。
所述的步驟三中包括如下控制過程首先，將非線性失真包絡頻譜取樣信號引入功率放大器輸入通道將得到的非線性失真包絡頻譜取樣信號，經過受控增益放大和可調移相后，耦合送入功率放大器的輸入通道；然后，預失真功率放大器輸入信號耦合引入的非線性失真包絡頻譜信號與輸入信號疊加送給功率放大器，進行功率放大。
所述的步驟四中包括如下控制過程首先，檢測非線性失真包絡頻譜功率利用功率檢測電路，監測前饋抵消環路抵消輸出的非線性失真包絡頻譜取樣信號幅度；然后，閉環控制預失真效果跟隨調整負反饋回路的增益和相移量，使非線性失真包絡頻譜取樣信號幅度最小。
這種實現上述方法的線性功率放大器裝置，包括前饋信號抵消模塊81，還包括非線性失真包絡頻譜負反饋模塊84，該非線性失真包絡頻譜負反饋模塊84由前饋信號抵消模塊81獲取功率放大器的非線性失真信號包絡頻譜信息，并將其負反饋至功率放大器的輸入通道與輸入信號疊加調制包絡頻譜；所述的前饋信號抵消模塊81包括耦合器8101，耦合器8102，增益控制器8103，相位控制器8104，功率放大器8105和耦合器8106，并依次相連構成主通道；還包括延時線8110和耦合器8111，以及耦合器8107分別接收功率放大器的輸入和輸出信號；所述的兩路信號分別通過耦合器8107和耦合器8111輸至幅度相位檢測器8109，再通過自適應抵消控制器8108，連至增益控制器8103和相位控制器8104，且所述的兩路信號輸出信號至信號抵消器8112；所述的幅度相位檢測器8109包括幅度相位檢測模塊91和運算模塊92；幅度相位檢測模塊91中的檢波器911、912檢出信號幅值，并通過減法器913輸出幅度差ΔG至運算模塊92中的運算電路921；幅度相位檢測模塊91中的鑒相器914輸出相位差ΔP至運算模塊92中的運算電路922；所述的非線性失真包絡頻譜負反饋模塊84包括耦合器8401，受控放大器8403和移相器8404，并依次相連，將非線性失真信號包絡頻譜信息反饋至功率放大器的輸入通道；所述的非線性失真包絡頻譜負反饋模塊84還包括功率檢測器8402和自適應線性控制器8405，功率檢測器8402監測非線性失真包絡頻譜取樣信號幅度，通過自適應線性控制器8405對移相器8404和受控放大器8403跟隨調整。
本發明的原理和有益效果為包絡反饋是自適應預失真線性化方法的一種特例，也是放大器負反饋技術的一個特例。它是通過取樣放大器輸出信號，并利用其包絡特性調制修改放大器輸入信號的包絡，然后再利用放大器的非線性包絡調制傳遞特性修正恢復輸入信號原有的包絡特性。這種方式對于CDMA(碼分多址)之類寬帶包絡調制信號放大器的線性化非常有用，因為CDMA信號經過非線性放大后最典型的失真就是頻譜擴散性的包絡崎變，那么將這種崎變特性經過負反饋回路傳遞進入放大器的輸入通道，調制改變輸入CDMA信號的頻譜包絡，由于該調制過程是完全依據放大器的非線性失真特性正交反饋進行的，所以通過放大器后能夠實時修正恢復輸入CDMA的原始包絡特性，從而達到對CDMA信號線性功率放大的效果。
本發明采用性能可變的預失真器并結合外加的檢測控制環節實現預失真線性化方法的自適應功能，充分提高它的線性改善能力。從另外一個角度講，只有放大器造成的失真結果才是與其自身的失真特性完全匹配的，也就是說，通過相應的處理環節將放大器輸出信號中的失真分量反饋回其輸入端，進而引入的預失真是最合理的，線性改善效果也是最接近理想值的，因此，本發明將前饋技術中通過良好主信號抵消(在主環中)提取放大器非線性失真信號的機理與包絡反饋理論完美結合提供了這種功率放大器線性化方法，這種功率放大器線性化方法不僅繼承了預失真技術構成簡單、直流-射頻轉換效率高的優點，而且因為不需要在放大器輸入通道插入預失真器而造成輸入信號的幅度損耗，所以不增加放大器的增益設計負擔，同時由于增加了輸出端至輸入端的負反饋回路，從而使放大器的增益穩定度和相移線性指標得到充分提高，所以說，本發明精確高、結構簡單而且工作可靠，可適用于移動通信系統。
具體地說，本發明具有如下優良效果第一，自適應控制機制更加完備。本發明采用完全的實際信號參照方式實現系統的自適應控制功能，檢測靈敏度高，控制精確，因此對非線性失真包絡頻譜的取樣提取準確精密，同時包絡反饋環節線性度很好，引入的二次失真比較低，預失真性能與功率放大器非線性匹配比較好，所以線性改善程度更加接近理想結果；第二，系統實現難度比較小。本發明提供的線性功率放大器裝置均采用通用的電路及設計方案，不需要專用的器件或實現技術，因此系統設計實現難度比較小，研制和生產風險比較低；第三，實現產品可靠、穩定。一方面，在本發明提供的線性功率放大器裝置實施例中，功率放大器8105輸出通道中沒有功率損耗(耦合器8106的直通損耗可以忽略)，同時，其它外圍部件沒有太大功率消耗的器件，因此采用該實施例實現的產品能夠達到比較高的直流一射頻轉換效率，系統功耗比較低，可靠性相應得以提高；另一方面，本發明中的包絡反饋通道對功率放大器8105具有負反饋的作用，使其工作穩定程度以及噪聲、雜散抑制性能得到充分提高。
圖1為采用前饋線性化方法的線性功率放大器裝置原理性框架圖；圖2為采用預失真線性化方法的線性功率放大器裝置原理性框架圖；圖3為本發明的方法總體流程圖；圖4為本發明步驟一具體控制過程示意圖；圖5為本發明步驟二具體控制過程示意圖；圖6為本發明步驟三具體控制過程示意圖；圖7為本發明步驟四具體控制過程示意圖；圖8為本發明的線性功率放大器裝置實施例框架圖；圖9為本發明的線性功率放大器裝置中幅度相位檢測器和自適應抵消控制器的實施例框架圖；圖10為采用本發明的線性化方法處理前后功率放大器的增益隨輸入功率變化曲線對比圖；圖11為采用本發明的線性化方法處理前后功率放大器的相移隨輸入功率變化曲線對比圖。
具體實施例方式
下面根據附圖和實施例對本發明作進一步詳細說明根據圖8和圖9，本發明包括前饋信號抵消模塊81和非線性失真包絡頻譜負反饋模塊84，該非線性失真包絡頻譜負反饋模塊84由前饋信號抵消模塊81獲取功率放大器的非線性失真信號包絡頻譜信息，并將其負反饋至功率放大器的輸入通道與輸入信號疊加調制包絡頻譜。
本發明所采用的線性化方法為在這種包括前饋信號抵消環路的放大系統中，從前饋信號抵消環路獲取功率放大器的非線性失真信號包絡頻譜信息，并利用負反饋回路將其實時饋送給功率放大器的輸入通道，與輸入信號疊加調制其包絡頻譜，造成輸入信號預失真，實現功率放大器線性化放大；其中，前饋信號抵消環路通過檢測功率放大器的輸入和輸出信號的幅度差和相位差，生成前饋抵消環路增益和相位控制增益，經動態調諧，使主信號獲得良好抵消，得到功率放大器的非線性失真包絡頻譜取樣信號；非線性失真包絡頻譜經功率檢測，跟隨調整負反饋回路的增益和相移量，使非線性失真包絡頻譜取樣信號幅度最小。
如圖3所示，本發明中的線性化方法需要按照四個基本步驟進行步驟一，檢測前饋抵消環路兩路參加抵消信號幅度差ΔG和相位差ΔP。由于本發明依靠前饋信號抵消技術，從功率放大器輸出取樣信號中提取功率放大器引入的非線性失真包絡頻譜信號，實際上，就是從其中抵消消除主信號分量的過程，因此必需保證兩路主信號幅度相等、相位相差180°加入的增益和相位調整部件及外圍的自適應檢測控制環節來實現的，所以必需首先檢測出兩路參加抵消信號中主信號的幅度差ΔG和相位差ΔP；如圖4所示，步驟一中包括如下具體控制過程第一步，構建前饋信號抵消環路。基本按照前饋線性化方案的主環原理構成框架搭建一個信號抵消環路，利用取樣的輸入信號抵消消除功率放大器輸出取樣信號中的載頻成分；第二步，取樣信號抵消器的兩路輸入信號。利用兩個定向耦合器分別取樣參加抵消的兩路輸入信號。
第三步，檢測兩路取樣信號的幅度差ΔG。結合幅值檢波和減法運算得到兩路參加抵消信號的幅度差。
第四步，檢測兩路取樣信號的相位差ΔP。利用鑒相器檢測兩路參加抵消信號的相位差。
步驟二，利用ΔG和ΔP生成前饋抵消環路增益和相位控制器的增益控制電壓VG和相位控制電壓VP。外圍檢測控制環節在上一步獲得的幅度差ΔG和相位差ΔP的基礎上，通過兩個公式算法VG＝-KGΔG+G1和VP＝-KPΔP+P1獲得增益和相位控制電壓VG和VP，閉環控制前饋主信號抵消過程，并在適當手動調諧算法參量KG、G1、KP、P1的基礎上，使信號抵消點參加抵消信號的幅度和相位始終保持良好匹配，達到動態的最佳抵消；如圖5所示，步驟二中包括如下具體控制過程第一步，建立前饋抵消環路增益控制電壓VG。以步驟二得到的幅度差ΔG為輸入量，通過算法VG＝-KGΔG+G1得到前饋抵消環路的增益控制電壓VG；第二步，建立前饋抵消環路相位控制電壓VP。以步驟二得到的相位差ΔP為輸入量，通過算法VP＝-KP+P1得到前饋抵消環路的相位控制電壓VP；第三步，調諧KG、G1、KP、P1。實時調節增益反饋增益KG、增益偏置G1和相位反饋增益KP、相位偏置P1，使參加抵消的兩路信號的增益差ΔG和相位差ΔP最小，進而良好抵消掉功率放大器輸出取樣信號信號中載頻成分，得到功率放大器的非線性失真包絡頻譜取樣信號。
步驟三，負反饋非線性失真包絡頻譜取樣信號信號進入功率放大器輸入通道。將上兩個步驟運行獲得的功率放大器引入的非線性失真包絡頻譜取樣信號通過一定的可調增益放大和可變相位移動后，耦合引入功率放大器的輸入通道，與系統輸入信號疊加調制，獲得預失真的輸入信號給功率放大器；如圖6所示，步驟三中包括如下具體控制過程第一步，將非線性失真包絡頻譜取樣信號引入功率放大器輸入通道。通過受控增益放大、可調移相等處理后，通過一個定向耦合器將步驟二得到的非線性失真包絡頻譜取樣信號引入功率放大器的輸入通道；第二步，預失真功率放大器輸入信號。將耦合引入的非線性失真包絡頻譜信號與輸入信號疊加后，一起進入功率放大器，從而造成功率放大器輸入信號的預失真效果。
步驟四，檢測并控制負反饋參數使非線性失真包絡頻譜取樣信號幅度最小。預失真信號經過功率放大器的線性放大和非線性傳輸，在其輸出端獲得被放大的系統輸入信號和非線性產物，監測由第一步和第二步獲得的非線性失真包絡頻譜取樣信號功率，并動態調諧負反饋通道的增益和相移量，使之最小化，即功率放大器的非線性產物保持最小幅度功率譜，進而實現功率放大器的線性化目標。
如圖7所示，步驟四中包括如下具體控制過程第一步，檢測非線性失真包絡頻譜功率。耦合取樣并通過幅值檢波得到步驟二獲得的非線性失真包絡頻譜信號的頻譜功率值；第二步，閉環控制預失真效果。連續監測非線性失真包絡頻譜功率值，并實時調整非線性失真包絡負反饋回路的增益和相移量，使非線性失真包絡頻譜取樣信號幅度最小，實現最佳的預失真線性化效果。
如圖8所示，前饋信號抵消模塊81包括耦合器8101，耦合器8102，增益控制器8103，相位控制器8104，功率放大器8105和耦合器8106，并依次相連構成主通道；還包括延時線8110和耦合器8111，以及耦合器8107分別接收功率放大器的輸入和輸出信號；所述的兩路信號分別通過耦合器8107和耦合器8111輸至幅度相位檢測器8109，再通過自適應抵消控制器8108，連至增益控制器8103和相位控制器8104，且所述的兩路信號輸出信號至信號抵消器8112；如圖9所示，幅度相位檢測器8109包括幅度相位檢測模塊91和運算模塊92；幅度相位檢測模塊91中的檢波器911、912檢出信號幅值，并通過減法器913輸出幅度差ΔG至運算模塊92中的運算電路921；幅度相位檢測模塊91中的鑒相器914輸出相位差ΔP至運算模塊92中的運算電路922。
如圖8所示，非線性失真包絡頻譜負反饋模塊84包括耦合器8401，受控放大器8403和移相器8404，并依次相連，將非線性失真信號包絡頻譜信息反饋至功率放大器的輸入通道；該非線性失真包絡頻譜負反饋模塊84還包括功率檢測器8402和自適應線性控制器8405，功率檢測器8402監測非線性失真包絡頻譜取樣信號幅度，通過自適應線性控制器8405對移相器8404和受控放大器8403跟隨調整。
如圖8所示，輸入信號80通過耦合器8101進入前饋信號抵消模塊81，耦合取樣信號送往延時線8110，直通信號經過耦合器8102直通和增益控制器8103及相位控制器8104的幅度、相位調節進入功率放大器8105進行功率放大，其輸出信號一方面經過耦合器8106直通輸出系統輸出信號82，另一方面則由其耦合取樣給耦合器8107；耦合器8107則將功率放大器8105的輸出取樣信號進行直通和取樣處理，取樣信號Sm送入幅度相位檢測器8109，直通信號進入信號抵消器8112參加主信號抵消；由延時線8110延時的輸入取樣信號經過耦合器8111取樣和直通，取樣信號Ss進入幅度相位檢測器8109，直通信號送入信號抵消器8112，與功率放大器8105輸出取樣信號抵消消除其中的主信號成分，得到非線性失真包絡頻譜取樣信號83送入非線性失真包絡頻譜負反饋模塊84；信號Sm和Ss由幅度相位檢測器比較檢測出它們的幅度差ΔG和相位差ΔP，并饋送給自適應抵消控制器8108，生成增益控制器8103和相位控制器8104的閉環控制電壓VG及VP，實現主信號抵消過程的自適應檢測控制功能；非線性失真包絡頻譜取樣信號83經過耦合器8401直通、取樣，直通信號經過受控放大器8403的線性放大和移相器8404的相位調節，輸出非線性失真包絡頻譜反饋信號85給前饋信號抵消模塊81，并通過耦合器8102引入功率放大器8105的輸入通道，與輸入信號80疊加調制實現預失真；耦合器8401的耦合輸出信號進入功率檢測器8402測量功率放大器8105產生的非線性失真信號取樣包絡頻譜能量P，然后由自適應線性控制器8405根據P值調諧負反饋通道中受控放大器8403和移相器8404的控制電壓VG1及VP1，調諧目標為P值低于門限值，進而保證系統輸出信號82中的非線性失真信號包絡頻譜功率最小。
如圖8和圖9所示，幅度相位檢測器8109負責檢測兩路在信號抵消器8112中參加抵消信號的幅度差ΔG和相位差ΔP，它依靠幅度相位檢測模塊91中的檢波器911和912檢出信號Sm和Ss的幅值并通過減法器913實現的減法運算檢測到Sm與Ss的幅度差ΔG，同時依靠鑒相器914獲得Sm與Ss的相位差ΔP；圖8中的自適應抵消控制器8108通過運算模塊92中的運算電路921和922實現VG＝-KGΔG+G1和VP＝-KPΔP+P1算法，得到增益控制器8103的控制電壓VG和相位控制器8104的控制電壓VP。
如圖10和圖11所示，顯示了采用本發明的線性化方法處理前后功率放大器的增益和相移量隨輸入功率變化曲線對比圖。目前通信系統中廣泛使用的A類或AB類功率放大器均具有圖10和圖11中實線所示的增益和相移隨輸入功率變化的特性，即存在線性區、擴張區和壓縮區，在擴張區和壓縮區，特別是壓縮區，功率放大器存在很強的AM-AM(調幅-調幅)和AM-PM(調幅-調相)非線性失真。在圖8所示的本發明提供線性功率放大器裝置實施例中，一方面為了保證主信號良好抵消，通過環路的自適應抵消檢測和控制機制配合串接于系統信號傳輸主通道中的增益控制器8103和相位控制器8104，閉環調節控制使主通道的增益和相移特性與延時通道(輸入信號經耦合器8101、延時線8110和耦合器8111至信號抵消器8112)的增益和相移特性匹配一致，而延時通道均由無源器件組成，具有良好的增益和相移線性度，所以控制結果將使得主通道的增益和相移線性化，也就是說使得功率放大電路具有AGC(自動增益控制)和APC(自動相位控制)功能，其增益和相移量隨輸入功率的變化特性將被修正為圖10和圖11中虛線所示的曲線；另一方面，由于系統的預失真線性化改善能力，將使得功率放大器在擴張區和壓縮區的AM-AM和AM-PM失真得到徹底或部分修正。因此，本發明提供的功率放大器線性化方法及線性功率放大器裝置實施例的線性改善效果是多方面的。
權利要求
1.一種功率放大器線性化方法，其特征在于在包括前饋信號抵消環路的放大系統中，從前饋信號抵消環路獲取功率放大器的非線性失真信號包絡頻譜信息，并利用負反饋回路將其實時饋送給功率放大器的輸入通道，與輸入信號疊加調制其包絡頻譜，造成輸入信號預失真，實現功率放大器線性化放大。
2.根據權利要求1所述的功率放大器線性化方法，其特征在于所述的前饋信號抵消環路通過檢測功率放大器的輸入和輸出信號的幅度差和相位差，生成前饋抵消環路增益和相位控制增益，經動態調諧，使主信號獲得良好抵消，得到功率放大器的非線性失真包絡頻譜取樣信號。
3.根據權利要求2所述的功率放大器線性化方法，其特征在于所述的非線性失真包絡頻譜經功率檢測，跟隨調整負反饋回路的增益和相移量，使非線性失真包絡頻譜取樣信號幅度最小。
4.根據權利要求1或2或3所述的功率放大器線性化方法，其特征在于它采用如下控制步驟步驟一檢測前饋抵消環路兩路參加抵消信號幅度差ΔG和相位差ΔP；步驟二利用ΔG和ΔP生成前饋抵消環路增益和相位控制器的增益控制電壓VG和相位控制電壓VP；步驟三負反饋非線性失真包絡頻譜取樣信號進入功率放大器輸入通道；步驟四檢測并控制負反饋參數使非線性失真包絡頻譜取樣信號幅度最小。
5.根據權利要求4所述的功率放大器線性化方法，其特征在于所述的步驟一中包括如下控制過程首先，構建前饋信號抵消環路，分別取樣功率放大器的輸入和輸出信號，并將它們同時送入信號抵消器，形成前饋信號抵消環路；其次，取樣信號抵消器的兩路輸入信號；然后，檢測兩路取樣信號的幅度差ΔG將兩路取樣信號分別進行幅值檢波，并經過減法器獲得參加抵消信號的幅度差ΔG；最后，檢測兩路取樣信號的相位差ΔP利用鑒相器檢測獲得參加抵消信號的相位差ΔP。
6.根據權利要求4所述的功率放大器線性化方法，其特征在于所述的步驟二中包括如下控制過程首先，建立前饋抵消環路增益控制電壓VG采用VG＝-KGΔG+G1的控制結構獲得增益控制電壓VG，并實時控制位于功率放大器輸入通道中的增益控制器；其次，建立前饋抵消環路相位控制電壓VP采用VP＝-KPΔP+P1的控制結構獲得相位控制電壓VP，并實時控制位于功率放大器輸入通道中的相位控制器；然后，調諧KG、G1、KP、P1動態調諧KG、G1、KP、P1，使ΔG和ΔP最小，進而保證主信號的良好抵消，得到功率放大器的非線性失真包絡頻譜取樣信號。
7.根據權利要求4所述的功率放大器線性化方法，其特征在于所述的步驟三中包括如下控制過程首先，將非線性失真包絡頻譜取樣信號引入功率放大器輸入通道將得到的非線性失真包絡頻譜取樣信號，經過受控增益放大和可調移相后，耦合送入功率放大器的輸入通道；然后，預失真功率放大器輸入信號耦合引入的非線性失真包絡頻譜信號與輸入信號疊加送給功率放大器，進行功率放大。
8.根據權利要求4所述的功率放大器線性化方法，其特征在于所述的步驟四中包括如下控制過程首先，檢測非線性失真包絡頻譜功率利用功率檢測電路，監測前饋抵消環路抵消輸出的非線性失真包絡頻譜取樣信號幅度；然后，閉環控制預失真效果跟隨調整負反饋回路的增益和相移量，使非線性失真包絡頻譜取樣信號幅度最小。
9.一種實現權利要求1所述方法的線性功率放大器裝置，包括前饋信號抵消模塊(81)，其特征在于還包括非線性失真包絡頻譜負反饋模塊(84)，該非線性失真包絡頻譜負反饋模塊(84)由前饋信號抵消模塊(81)獲取功率放大器的非線性失真信號包絡頻譜信息，并將其負反饋至功率放大器的輸入通道與輸入信號疊加調制包絡頻譜。
10.根據權利要求9所述的線性功率放大器裝置，其特征在于所述的前饋信號抵消模塊(81)包括耦合器(8101)，耦合器(8102)，增益控制器(8103)，相位控制器(8104)，功率放大器(8105)和耦合器(8106)，并依次相連構成主通道；還包括延時線(8110)和耦合器(8111)，以及耦合器(8107)分別接收功率放大器的輸入和輸出信號；所述的兩路信號分別通過耦合器(8107)和耦合器(8111)輸至幅度相位檢測器(8109)，再通過自適應抵消控制器(8108)，連至增益控制器(8103)和相位控制器(8104)，且所述的兩路信號輸出信號至信號抵消器(8112)。
11.根據權利要求10所述的線性功率放大器裝置，其特征在于所述的幅度相位檢測器(8109)包括幅度相位檢測模塊(91)和運算模塊(92)；幅度相位檢測模塊(91)中的檢波器(911)、(912)檢出信號幅值，并通過減法器(913)輸出幅度差ΔG至運算模塊(92)中的運算電路(921)；幅度相位檢測模塊(91)中的鑒相器(914)輸出相位差ΔP至運算模塊(92)中的運算電路(922)。
12.根據權利要求9所述的線性功率放大器裝置，其特征在于所述的非線性失真包絡頻譜負反饋模塊(84)包括耦合器(8401)，受控放大器(8403)和移相器(8404)，并依次相連，將非線性失真信號包絡頻譜信息反饋至功率放大器的輸入通道。
13.根據權利要求12所述的線性功率放大器裝置，其特征在于所述的非線性失真包絡頻譜負反饋模塊(84)還包括功率檢測器(8402)和自適應線性控制器(8405)，功率檢測器(8402)監測非線性失真包絡頻譜取樣信號幅度，通過自適應線性控制器(8405)對移相器(8404)和受控放大器(8403)跟隨調整。
全文摘要
一種涉及信號處理領域的功率放大器線性化方法，在包括前饋信號抵消環路的放大系統中，從前饋信號抵消環路獲取功率放大器的非線性失真信號包絡頻譜信息，并利用負反饋回路將其實時饋送給功率放大器的輸入通道，與輸入信號疊加調制其包絡頻譜，造成輸入信號預失真，實現功率放大器線性化放大，該裝置包括前饋信號抵消模塊，還包括非線性失真包絡頻譜負反饋模塊，該非線性失真包絡頻譜負反饋模塊由前饋信號抵消模塊獲取功率放大器的非線性失真信號包絡頻譜信息，并將其負反饋至功率放大器的輸入通道與輸入信號疊加調制包絡頻譜，本發明精確高、結構簡單而且工作可靠，可適用于移動通信系統。
文檔編號H04B7/005GK1516493SQ0311487
公開日2004年7月28日 申請日期2003年1月10日 優先權日2003年1月10日
發明者楊金鵬 申請人:深圳市中興通訊股份有限公司上海第二研究所, 深圳市中興通訊股份有限公司上海第二