专利名称：前馈线性化放大器的自适应调节方法和设备的制作方法
技术领域：
本发明一般涉及线性放大器，尤其涉及用以减小放大器失真成分、提供线性化的自适应前馈系统。
众所周知，前馈系统通过两步方法来降低放大器的失真，它包括调节归零环路中的矢量调制器和误差环路中的矢量调制器，有些采用了领示基准信号。这些方法采用一种相关技术，试图在抵消所需信号之前使信号的相关性最大，以便在抵消之后提供最小的相关性。
在授予Bauman的第4,389,618号美国专利以及授予Kenington等人的第5,576,659号美国专利中均披露了上述方法的例子。前者的缺点在于为了适应系统参数，要求用工作于射频的复杂的相关器进行同步检测，后者的缺点在于需要附加的信号发生器用于基准信号，自适应是以该基准信号为基础的。结果，现有技术的系统需要笨重而昂贵的设备。
授予Talwar的第5,548,838号美国专利披露了一种干扰抵消系统，它采用一种极坐标矢量调制器，用以调节基准信号的幅值和相位，当与收到的信号相加时用它来抵消接收到的信号的干扰信号成分。
另一篇包含对线性化系统设计有用的参考文献是1995年11月出版的《Microwave Journal》上由Eid E.Eid等人撰写的“最佳前馈线性化系统设计”一文。
尽管前馈方法对于功率放大器的线性化是最有效的，但仍然有开发抑制失真分量所需的自适应调节相位和幅值控制器的问题，在现有技术中，由于需要附加的射频基准或领示信号这通常是很复杂的。
因此，需要提供一种用于前馈线性化系统的简单的自适应调节方法。
因此，本发明的主要目的在于克服现有技术的线性化方法中所存在的缺陷，提供一种简单的自适应失真抵消方法，由此简化所需的设备。
本发明提供用以自适应调节相位和幅值控制器的方法和装置，该控制器是前馈线性化放大器(FFLA)中所需的，它首先平衡归零环路中所需的信号分量，然后平衡误差环路中的失真分量，以最终完全抑制后者。
根据本发明的较佳实施例，提供一种自适应调节前馈线性化放大器的方法，该前馈线性化放大器具有一输入信号通路，它划分为两条平行的信号通路，其中，至少一条信号通路具有矢量调制装置，该矢量调制装置响应于控制信号，用以调节沿两条信号通路传播的输入信号的幅值和相位，所述方法包括以下步骤产生基带微扰样式，用以加到所述输入信号通路和所述两条平行的信号通路中的至少一条所述信号通路；从所述平行的信号通路的一个输出减去另一个输出，以产生环路输出信号；检测因所述微扰样式在所述环路输出信号内引起的幅值变化；以及根据所述检测到的幅值变化，通过矢量调制控制信号调节所述矢量调制装置，以在所述平行的信号通路之间实现均衡，由此在所述环路输出信号内抵消所述输入信号。
在较佳的方法中，通过以基带频率将受控的微扰电压样式加到提供给放大器的电压上和/或加到控制前馈结构的平衡支路中的矢量调制器的I和Q分量的电压上而获得均衡。这些微扰作为幅值调制出现在组合的宽带放大信号上，并容易由包络检测器诸如二极管功率敏感元件检测，随后与产生控制电压的源相关，它们供给合适的算法，自适应设定矢量调制器的参数。
本发明方法的特别的优点在于，它无需附加的射频基准或领示信号，也无需现有技术采用的射频相关器即可实现自适应调节；当然，它通过合适选择的电压样式，完全以两个测试点处的信号的包络检测样本以及放大器和/或其他部件(诸如矢量调制器)的静态工作点的微扰为基础。
本发明方法的主要优点在于相关是在基带进行的，因此是以简单的数字电路(诸如数字ASIC芯片或DSP芯片)连同自适应的功能实现的。
正交微扰样式可以加到幅值和/或I和Q控制器上，以独立调节个别设定。
从以下附图和说明书中，本发明的其他特征和优点将变得更加清楚。
为了更好地理解本发明，将参照附图对实施例进行描述，图中相同的参照号表示相应的元件或部件，其中
图1a-1b是现有技术的前馈线性化放大器的结构示意框图；图2是表示根据本发明原理应用相干自适应抵消方法的放大器的示意框图；图3a-3b是表示根据本发明原理应用非相干自适应抵消方法的放大器的示意框图；以及图4a-4b是表示应用于归零环路和误差环路的微扰法，对I,Q设置实现自适应控制的放大器的示意框图。
现在参照图1a、1b，它们表示前馈线性化放大器(FFLA)的两种众所周知的结构。图1中，放大器10(主)设置在带补偿延迟元件(D)和矢量调制器12的归零环路中，另一放大器14设置在带补偿延迟元件(D)和矢量调制器16的误差环路中。端子C1、C2、C3和C4接收用于矢量调制器12、16的控制电压，用于正交的I和Q设置。矢量调制器12、16用于调节归零环路中各条支路的转移特性，实现所需的抵消。端子G用作增益控制，端子A和B为位于两个环路输出18、20处的射频信号的幅值检测形式。
图1a的另一种形式示于图1b，两种形式的唯一区别在于归零环路，该环路名义上抵消所需讯号并保留失真分量作为至误差环路的唯一输入。图1b比图1a的优点在于总的增益固定，而矢量调制器的所有缺陷连同主放大器10的失真都被抵消了。
根据本发明的原理，可以在FFLA中实现对每个矢量调制器12、16的I-Q设置的自适应控制，无需现有技术中采用的附加的射频基准或领示信号，也无需射频相关器。这里描述了以A和B处的幅值检测总射频信号为基础取消特定射频信号分量的两种方法。
这些方法与元件的静态工作点的微扰有关，诸如产生总的射频信号的幅值调制，它可由诸如二极管22、24之类的包络检测器检测。微扰是适当选择的基带电压样式，较佳的为正交样式，这样，可以通过后检测(post-detection)相关器将它们挑选出。以下将结合图2、3a和3b描述该两种方法。这些都是使经由两条不同路径26、28传递的两个与带通信号一样的信号的幅值和相位均衡的普通方法。
图2中，方框V示出了自适应抵消的相干方法。两个发生器GI和GQ用以输出微扰样式VDI(t)和VDQ(t)，它们在各自的加法器33、31中与来自各自的环路滤波器32、30的控制电压VCI和VCQ相加。由此实现进入主放大器10输出模块的信号的幅值调制。在端子A处检测得的包络含有两个分量V’DI(t)和V’DQ(t)，这些分量分别与VDI(t)和VDQ(t)成正比，由于VDI(t)和VDQ(t)固有的正交性，它们可以由相关器MI、MQ以及低通滤波器30、32隔离。相关器MI和MQ(29,27)的输出为经过平滑的控制电压VCI和VCQ，它们闭合基本线性的环路。
熟悉本领域的人员将意识到，所有这些功能产生VDI(t)和VDQ(t)、相关和环路滤波都可以由简单的数字电路完成，它分别在A、C1和C2端子处插入模/数和数/模转换。相干法的优点在于收敛的速度仅仅与环路带宽有关。
图3a和3b中，由方框W1和W2示出自适应抵消的非相干法。该方法尤其适用于那些情况，即，需要将微扰加到除了具有受控的I、Q设置的矢量调制器以外的地方。这样，图3a中，唯一的微扰VDA(t)加在发生器GA产生的环路外放大器34的增益上。
在B处检测得的幅值调制信号在相关器35中与微扰信号VDA(t)相关，由环路滤波器36滤波并馈送到非线性装置38以完成数学运算，诸如对值平方，或者确定它的绝对值。于是，装置38的输出VSQ就是表示输出20处包络中残留的微扰信号。当矢量调制器16较佳地调节在I和Q设置时，该量将被取消，故由于输入IN1 11的缘故，在20处将输出整个信号。在20处唯一的残留输出将因在输入IN2处的信号而引起。如果在输入IN2处无信号，则在取消后，在20处的输出信号将为零，除非在环路元件中产生了额外的失真。为了获得VCI和VCQ的理想调节，对VSQ运行LMS算法44。确保收敛于VSQ最小值处的平衡点，因为沿VCI和VCQ将变化，任何方向VSQ只会增加。
另外，不用LMS算法，可以将一对正交微扰加到环路内的矢量调制器，在VSQ与微扰之间完成相关，直至实现收敛。
参见图3b(方框W2)，矢量微扰是在环路外的矢量调制器12上完成的。为了得到相同的结果，B处的幅值调节信号在各自的相关器60,58中与两个正交微扰VDI(t)和VDQ(t)相关，经(48,50)LF滤波和(52,54)平方的在加法器56的和作为由LMS算法44使用的VSQ。
图4a-4b分别表示实现图1a和1b描述的两种结构的FFLA自适应操作的相干和非相干自适应抵消方法的应用。
图4a中，归零环路是相干适应的，而误差环路是非相干适应，由主放大器10的电压控制执行附加的环路外幅值微扰。图4b中，归零环路是相干适应的，而误差环路是非相干适应的的，矢量调制器12执行环路外矢量微扰。注意，方框V和W2(见图2,3b)共用微扰发生器GI和GQ。这是图1b所示FFLA结构的一个附加优点。
两种结构中，在点18处，与输入信号相同的信号名义上抵消，仅有放大器失真和幅值调制边带出现。当然，在输出端口20处，失真和幅值调制边带名义上抵消。矢量调制边带出现在图4a的输出端口20处。因幅值调制，这些边带基本上局限于输入信号频谱。即使相关环路的边带很窄，幅值调制仍可保持较低，故旁瓣(sidelobes)将忽略不计。
然而，图4b中，微扰仅仅引入归零环路的上支路，这样，因调制而引起的旁瓣连同放大器失真由误差环路取消。这是图1b所示结构的附加优点。然而，其缺点是需要特定结构所规定的更大的放大。
以上参照某些特定的实施例对本发明作了描述，但显然上述描述并非意味着一种限制，在此基础上熟悉本领域的人员还可以对此作进一步的修改，但这些修改均属于所附权利要求书的范围。
权利要求
1．一种自适应调节前馈线性化放大器的方法，该前馈线性化放大器具有一输入信号通路，它划分为两条平行信号通路，其中，至少一条信号通路具有矢量调制装置，该矢量调制装置响应于控制信号，用以调节沿两条信号通路传播的输入信号的幅值和相位，其特征在于，所述方法包括以下步骤产生基带微扰样式，用以加到所述输入信号通路和所述两条平行信号通路中的至少一条所述信号通路；从所述平行信号通路的一个输出减去另一个输出，以产生环路输出信号；检测所述因所述微扰样式引起的环路输出信号内的幅值变化；以及根据所述检测到的幅值变化，通过矢量幅值控制信号调节所述矢量调制装置，以在所述平行信号通路之间实现均衡，由此在所述环路输出信号内抵消所述输入信号。
2．如权利要求1所述的方法，其特征在于，矢量调制控制信号是基于电压的。
3．如权利要求1所述的方法，其特征在于，矢量调制控制信号是基于电流的。
4．如权利要求1所述的方法，其特征在于进一步包括将附加信号引入所述平行的信号通路的至少一条通路的步骤。
5．如权利要求1所述的方法，其特征在于所述平行信号通路的至少一条通路产生失真。
6．如权利要求1所述的方法，其特征在于通过将所述微扰样式加到所述控制信号而引入所述微扰样式，以产生基带电压样式，用于调节所述矢量调制装置的幅值和相位。
7．如权利要求1所述的方法，其特征在于，把所述微扰样式引入所述输入信号。
8．如权利要求1所述的方法，其特征在于，把所述微扰样式通过压控放大器引入所述输入信号。
9．如权利要求1所述的方法，其特征在于，把所述微扰样式通过所述输入信号通路内的矢量调制装置引入。
10．如权利要求6所述的方法，其特征在于，通过独立控制沿所述平行的信号通路之一传播的信号的同相和90°相位差分量调节所述矢量调制装置的幅值和相位。
11．如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述调节步骤包括以下步骤在一个时间间隔内使所述基带电压样式与所述检测得的幅值变化相关，并产生一控制电压；以及将所述控制电压加到所述矢量调制装置以调节所述幅值和相位。
12．如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述调节步骤对于在沿所述平行的信号通路之一中传播的信号的同相和90°相位差分量同时进行。
13．如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述检测得的幅值变化用以对所述基带电压样式提供自适应控制，它包括以下步骤产生两个正交微扰样式，它们加到从一对环路滤波器获得的矢量调制控制信号；使所述检测得的幅值变化与所述正交微扰样式相关，并将经过相关的输出馈送到产生矢量调制控制信号的所述环路滤波器。
14．如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述检测得的幅值变化用以对矢量调制控制信号提供自适应控制，它包括以下步骤产生微扰样式，它加到一个提供给到所述压控放大器的电压上；使所述检测得的幅值变化与所述微扰样式相关，并对经过相关的输出的平滑形式进行校正操作，由此产生误差量结果；以及利用最小值搜索算法，通过调节矢量调制控制信号使所述误差量结果为最小。
15．如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述检测的的幅值变化用以对矢量调制控制信号提供自适应控制，它包括以下步骤产生微扰样式，它加到一个提供给所述压控放大器的电压上；使所述检测得的幅值变化与所述微扰样式相关，并对经过相关的输出的平滑形式进行校正操作，由此产生误差量结果；产生一对正交微扰样式，把它们加到由一对环路滤波器获得的矢量调制控制信号；以及使所述误差量结果与所述一对正交微扰相关，并将经过相关的输出馈送到产生矢量调制控制信号的所述环路滤波器。
16．如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述检测得的幅值变化用以对与所述平行的信号通路有关的矢量调制控制信号提供自适应控制，它包括以下步骤产生一对正交微扰样式，把它们加到所述输入信号通路内的矢量调制装置的控制信号；使所述检测得的幅值变化与所述一对正交微扰样式相关，以获得一对经过相关的输出，并分别将所述一对经过相关的输出馈送到一对环路滤波器，以产生一对环路滤波器输出；对所述一对环路滤波器输出进行一对校正操作，由此产生一对误差量；将所述一对误差量相加，以产生一个相加的误差结果；以及利用最小值搜索算法，通过调节与所述平行信号通路有关的矢量调制控制信号，使所述相加的误差结果最小；其中，对成对的量值进行的所有操作与所述成对量值中的第一和第二量值有关。
17．如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述检测得的幅值变化用以对与所述平行信号通路有关的矢量调制控制信号提供自适应控制，它包括以下步骤产生一对正交微扰样式，把它们加到所述输入信号通路内的矢量调制装置的控制信号；使所述检测得的幅值变化与所述一对正交微扰样式相关，以获得一对经过相关的输出，并分别将所述一对经过相关的输出馈送到一对环路滤波器，以产生一对环路滤波器输出；对所述一对环路滤波器输出进行一对校正操作，由此产生一对误差量；将所述一对误差量相加，以产生一个相加的误差结果；产生第二对正交微扰样式，把它们加到所述平行信号通路之一内的矢量调制控制信号上，该矢量调制控制信号是由第二对环路滤波器获得的；使所述相加的误差结果与所述第二对正交微扰相关，并将经过相关的输出馈送到在所述平行信号通路内产生矢量调制控制信号的所述第二对环路滤波器。
18．一种自适应调节前馈线性化放大器的设备，该放大器具有划分为两条平行的信号通路的一条输入信号通路，至少一条信号通路具有矢量调制装置，该矢量调制装置响应于控制信号，用以调节两条信号通路内传播的输入信号的幅值和相位，其特征在于所述设备包括产生基带微扰样式，用以加到所述输入信号通路与所述两条平行的信号通路中的至少一条所述信号通路的装置；从所述一条平行的信号通路的输出中减去另一条信号通路的输出，以产生一环路输出信号的装置；用以检测因所述环路输出信号内的所述微扰样式而引起的幅值变化的装置；以及根据所述检测得的幅值变化，经由矢量调制控制信号调节所述矢量调制装置，以在所述平行信号通路之间达到均衡，由此抵消所述环路输出信号内所述输入信号的装置。
19．如权利要求18所述的设备，其特征在于是以数字ASIC芯片实现的。
20．如权利要求18所述的设备，其特征在于是以DSP芯片实现的。
全文摘要
本发明提供用以自适应调节前馈线性化放大器(FFLA)中所需的相位和幅值控制器的方法和装置,它首先平衡所需的信号分量,然后平衡失真分量,最终完全抑制后者。本发明方法的特别的优点在于,它无需附加的射频基准或领示信号,也无需现有技术采用的射频相关器即可实现自适应调节;它通过合适地选择电压样式,完全以两个测试点处的信号的包络检测样本以及放大器和/或其他元件(诸如矢量调制器)的静态工作点的微扰为基础。
文档编号H03F1/32GK1309465SQ0010226
公开日2001年8月22日 申请日期2000年2月15日 优先权日1998年6月21日
发明者I·巴尔－戴维德, A·埃利亚 申请人:完美通讯有限公司