专利名称：利用载波泄漏效应提高前馈式功率放大器线性度的方法
技术领域：
本发明涉及一种提高前馈式功率放大器性能的方法，尤其涉及一种利用载波泄漏效应提高前馈式功率放大器线性度的方法。
背景技术：
随着全球通信技术的迅速发展，通信频谱资源变得越来越短缺，为了更加有效地利用频谱资源，许多通信系统都采用频谱利用率较高的调制方式，例如QPSK(相移键控)、8PSK(八相移键控)等。这些调制方式同时对载波的幅度和相位进行调制，因此这些调制方式会产生有较大峰均比的非恒包络调制信号。较大的峰均比对射频发射机的功率放大器提出了很高的线性要求，这是因为功率放大器在大信号下具有不可避免的非线性特性，会产生严重的交调分量和频谱泄漏，从而带来信号间的相互干扰，影响通信的质量及降低通信系统的容量。
如何提高系统的线性度一直是通信系统期待解决的一个问题，为解决该问题，目前主要采用前馈式功率放大器来提高系统的线性度。
图1所示为前馈式功率放大器的原理框图，由载波抵消环路1、误差抵消环路2和自动控制单元3所组成。载波抵消环路1中主要包括主功放11、延迟线12和幅相调节器13，误差抵消环路2中主要包括误差功放21、幅相调节器22和延迟线23。
载波抵消环路1中的主功放11是待改善线性的放大器，载波抵消环路1实现的主要功能是提取信号通过主功放11产生的交调分量；误差抵消环路2实现的功能是放大载波抵消环路1产生的交调分量从而抵消主功放11产生的交调分量，使输出的信号较为纯净，以改善放大器的线性度。
输入信号通过耦合器Cp1分为两路送入载波抵消环路1，其中一路送入主功放，由于主功放的非线性，其输出信号中便有了交调分量，经过耦合器Cp2取出一部分信号与从延迟线12送来的没有交调失真的载波在耦合器Cp3叠加，通过调节幅相调节器13的幅度和相位，使到达耦合器Cp3的两路载波信号幅度相等相位相反，这样载波抵消环路1提供的信号理论上只含有交调分量。实际过程中，载波抵消的精度主要取决于幅相调节器13的精确调节，使两路叠加的载波信号相位相反幅度相同。
在误差抵消环路2中，载波抵消环路1输出的纯交调分量通过误差功放21放大后与主功放11输出的被非线性放大的载波通过耦合器Cp4进行叠加，最后输出一个被消除交调分量的大功率载波信号，从而达到线性放大的效果。
幅相调节器13和幅相调节器22的幅度和相位的调整由自动控制单元3进行自适应控制。耦合器Cp3、Cp4的输出端分别为载波抵消环路1和误差抵消环路2的功率抵消检测点。Cp3检测点对载波抵消环路1输出的载波功率进行实时检测并上报自动控制单元3，Cp4检测点对误差抵消环路2输出的交调信号功率进行实时检测并上报自动控制单元3。自动控制单元3根据检测点的上报值，来调整两个环路中的幅相调节器的电压，实现对环路的控制。
幅相调节器由电可调衰减器和移相器所组成。当能量抵消到最佳状态时，我们称之为环路收敛；环路中幅相调节器的状态，我们称之为环路参数。
由于主功放13非线性最大，前馈式功率放大器其它部分(包括误差功放和其他环路无源部分)可以近似认为是理想线性的。目前的自适应控制方法就立足于这一假设，其控制方法的流程是第一步是单独调整载波抵消环路参数使载波抵消环路1收敛，然后再单独调整误差抵消环路参数使误差抵消环路2收敛。这种控制方法假设了一个前提误差抵消环路2的收敛点和载波抵消环路1的收敛点一致，即认为载波抵消环路1与误差抵消环路2可以同时收敛，但是误差功放21等其它无源部分实际也会带来非线性失真，所以就出现了载波抵消环路1与误差抵消环路2不能同时绝对收敛的现象。前馈式功率放大器的收敛应该是误差抵消环路2的绝对收敛；而目前的自适应控制方法所产生的结果是载波抵消环路1的绝对收敛，这就导致了误差抵消环路2的伪收敛，影响了前馈式功率放大器的线性度。目前的自适应控制方法收敛到一个控制方法本身认为线性最优的点后就无法再继续收敛，但实际上这种状态并不是线性度最好的点。
要打破伪收敛现象使前馈式功率放大器具有更好的线性，就需要使载波抵消环路稍稍偏离收敛点，泄漏出一点载波功率。
图2所示为现有技术中的一种利用载波泄漏效应的前馈式功率放大器的结构原理图，它在图1所示两个环路的基础上再增加一个载波泄漏注入环路，以达到利用载波泄漏效应的目的。
图1中的载波功率抵消检测点在误差抵消环路2幅相调节器22前的耦合器Cp3的输出端，图2在图1的基础上增加了一个载波泄漏注入环路后，检测点改为在增加的耦合器Cp5的输出端，这两者的区别在于当Cp5输出端的载波功率达到最低时，由于Cp3耦合路径与Cp5耦合路径有一定的相位以及幅度差，导致在Cp3输出端会有一定的载波功率泄漏出来，从而达到运用载波泄漏效应的效果。
这种现有技术的缺点在于由于其增加了一个载波泄漏注入环路，导致硬件复杂度增加，使前馈式功率放大器的整体成本提高，并且由于Cp3和Cp5耦合路径的幅度差值和相位差值为固定值，因此载波泄漏大小不具有自适应特性。
发明内容
本发明解决的技术问题是提供一种利用载波泄漏效应提高前馈式功率放大器的线性度的方法。
为了解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案
一种利用载波泄漏效应提高前馈式功率放大器线性度的方法，包括步骤1)找到环路收敛初始适应点，使载波抵消环路和误差抵消环路均为收敛状态，具体包括11)首先调节载波抵消环路中的幅相调节器的电压对载波抵消环路参数进行单独调整，使载波抵消环路输出载波功率值达到最低；12)然后调节误差抵消环路中的幅相调节器的电压对误差抵消环路参数进行单独调整，使误差抵消环路输出的交调信号功率值达到最低；2)搜索载波泄漏效应收敛点，调整载波抵消环路参数和误差抵消环路参数使载波抵消环路泄漏出载波能量，使误差抵消环路输出的交调信号功率值达到最低。
所述步骤2)具体包括步骤21)调节载波抵消环路中的幅相调节器的电压对载波抵消环路参数进行单独调整，直到误差抵消环路不再继续收敛，误差抵消环路输出的交调信号功率值达到最低；22)调节误差抵消环路中的幅相调节器的电压对误差抵消环路参数进行单独调整，直到误差抵消环路不再继续收敛，误差抵消环路输出的交调信号功率值达到最低。
所述步骤21)具体包括步骤31)向一个方向调节载波抵消环路中的幅相调节器的电压，读取误差抵消环路输出的交调信号功率值，若误差抵消环路输出的交调信号功率值趋于减小，则继续该方向的调整，反之，向反方向调整；32)继续调整载波抵消环路中幅相调节器的电压，直到误差抵消环路输出的交调信号功率值达到最低值。
所述步骤22)具体包括步骤
41)向一个方向调整误差抵消环路中的幅相调节器的电压，读取误差抵消环路输出的交调信号功率值，若误差抵消环路输出的交调信号功率值趋于减小，则继续该方向的调整，反之，向反方向调整；42)继续调整误差抵消环路中幅相调节器的电压，直到误差抵消环路输出的交调信号功率值达到最低值。
本发明与现有技术相比，具有以下有益效果本发明对现有技术中的前馈式功率放大器的自适应控制方法进行了改进，在现有技术的自适应控制方法的基础上继续搜索载波泄漏效应收敛点，有效地利用了载波泄漏效应，提高了前馈式功率放大器的线性化性能，经实践证明能有效提高ACLR(相邻信道泄漏比)3～7dB，并且并不增加前馈式功率放大器的硬件复杂度和成本。
图1为现有的前馈式功率放大器的结构原理图；图2为现有的一种利用载波泄漏效应的前馈式功率放大器的结构原理图；图3为本发明的利用载波泄漏效应的自适应控制方法的流程图；图4为本发明的利用载波泄漏效应的自适应控制方法的另一种具体实施例的流程图。
具体实施例方式
如图1所示，现有技术中的前馈式功率放大器的结构主要由载波抵消环路1、误差抵消环路2和自动控制单元3所组成。载波抵消环路1中主要包括主功放11、延迟线12和幅相调节器13，误差抵消环路2中主要包括误差功放21、幅相调节器22和延迟线23。本发明的前馈式功率放大器的硬件结构与现有技术中的前馈式功率放大器的硬件结构基本相同，只是对前馈式功率放大器的自动控制单元3中的自适应控制方法做了改进，让载波抵消环路1适当泄漏出一些载波功率，却能比完全抵消时，产生更好的线性效果。
如图1、图3所示，通过自适应控制方法，利用载波抵消效应来提高前馈式功率放大器线性度的方法具体包括以下步骤第一步在载波抵消环路1收敛的基础上，找到误差抵消环路2的收敛点，此时称作环路收敛初始适应点，之所以把这个状态称作收敛初始适应点，因为这个收敛状态是作为进一步收敛搜索的起点。
1)首先通过调节载波抵消环路1中的幅相调节器13对载波抵消环路参数进行单独调整，使载波抵消输出效果达到最佳，即载波抵消环路1输出载波功率达到最低。
调节方法是自动控制单元3首先读取一次Cp3检测点上报的载波功率值，然后往一个方向调整载波抵消环路1幅相调节器13的电压，再读取一次Cp3检测点上报的载波功率值，比较前后两个值的差异，判断前次调整方向是否趋于收敛，收敛依据是调整后的Cp3上报的载波功率减小。如果趋于收敛则继续这个方向进行调整；反之则向反方向调整。此后继续读取Cp3上报的载波功率值，循环比较判断，不断调整载波抵消环路1的幅相调节器13的电压，直到载波抵消环路1处于收敛状态，既Cp3上报的载波功率值最小，此时再向任何方向进行调整，Cp3上报的载波功率值均不再趋于收敛。
2)然后通过调节误差抵消环路2中的幅相调节器22对误差抵消环路参数进行单独调整，使误差抵消输出效果达到最佳，即误差抵消环路2输出的交调信号功率达到最低。
调节方法是在保持步骤1的载波抵消环路参数不变的基础上，首先读取一次Cp4检测点上报的交调信号功率值，然后往一个方向调整误差抵消环路2的幅相调节器22的电压，再读取一次Cp4检测点上报的交调信号功率值，比较前后两个值的差异，判断前次调整方向是否趋于收敛，收敛依据是调整后的Cp4检测点上报的交调信号功率值减小。如果趋于收敛则继续这个方向调整；反之则向反方向调整。此后继续读取Cp4上报的交调信号功率值，循环比较判断，不断调整误差抵消环路2幅相调节器22的电压，直到误差抵消环路2输出的交调信号功率值达到最低，这时误差抵消环路2处于收敛状态，此时继续向任何方向调整Cp4功率值均不再趋于收敛。
第一步骤的调整目标是搜索到收敛初始适应点，把这个收敛状态作为进一步收敛搜索的起点。因为误差抵消环路2在收敛初始适应点并不是绝对最优的收敛状态，只是在载波抵消环路1收敛的基础上的收敛状态，导致这两者存在差异，是由于实际的误差功放21以及功放其他部分的非线性造成的。
在找到环路收敛初始适应点以后，此时两个环路都是收敛的载波抵消环路1无条件绝对收敛，误差抵消环路2在载波抵消环路1收敛的基础上收敛。这种状态在以前的前馈理论中被认为是线性最佳状态，因此其他的前馈技术在自适应到这里以后就不再继续提高线性度。而实际上此时的线性度还有潜力可挖，要达到最终更高的线性度，最重要的是要“打破”载波抵消环路1的收敛状态，即让载波抵消环路不要完全抵消载波能量，而是适当泄漏出一定的载波能量。要达到此目的，只需要改变环路状态参数就可以做到。
第二步载波泄漏效应收敛点搜索。
轮流调整载波抵消环路参数和误差抵消环路参数，监控误差抵消效果达到最佳，从而达到利用载波泄漏效应的目的。
搜索载波泄漏效应收敛点的具体步骤如下21)在第一步骤的基础上读取Cp4检测点上报的交调信号功率值，然后往一个方向调整载波抵消环路1中幅相调节器13的电压，再读取一次Cp4功率值，比较前后两个值的差异，判断前次调整方向是否趋于收敛，收敛依据是调整后的Cp4上报的交调信号功率值减小。如果趋于收敛则继续这个方向调整；反之则向反方向调整。此后继续读取Cp4上报的交调信号功率值，循环比较判断，不断调整载波抵消环路1中幅相调节器13的电压，直到Cp4上报值处于收敛状态，此时向任何方向的调整Cp4功率值均不再趋于收敛；22)在步骤21)的基础上读取Cp4检测点上报的交调信号功率值，然后往一个方向调整误差抵消环路2中的幅相调节器22的电压，再读取一次Cp4检测点上报的交调信号功率值，比较前后两个值的差异，判断前次调整方向是否趋于收敛，收敛依据是调整后的Cp4上报的交调信号功率值减小。如果趋于收敛则继续这个方向调整；反之则向反方向调整。此后继续读取Cp4上报值，循环比较判断，不断调整误差抵消环路2中的幅相调节器22的电压，直到Cp4上报值处于收敛状态，此时向任何方向的调整Cp4功率值均不再趋于收敛；23)如果前馈式功率放大器不需要退出自适应搜索算法，则不断往复循环步骤21)和步骤22)。
在第二步骤的搜索当中，可以不严格按照载波抵消环路→误差抵消环路→载波抵消环路......的顺序，这两个步骤可以颠倒、省略，或者以任意方式组合，并不仅仅局限于这种简单的执行顺序。
如图4所示，在第二步骤中，如果收敛搜索出现异常，满足特定触发条件(例如信号输入功率突变等)时，本发明的自适应控制方法可以回到第一步骤，重新开始搜索；这主要是由于在实际应用环境中，放大信号的功率和峰均比时刻在剧烈变化，导致环路的收敛条件也在不停的改变。上一时刻的收敛状态可能在下一时刻被彻底打破，或者信号特性的突变导致控制方法不能及时响应。为了适应这种变化，本发明的自适应控制方法必须针对实际信号的变化特点，保证收敛搜索不失控并且具有足够的响应速度。
以上所述仅为本发明的优选实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的权利要求保护范围之内。
权利要求
1.一种利用载波泄漏效应提高前馈式功率放大器的线性度方法，其特征在于，包括步骤1)找到环路收敛初始适应点，使载波抵消环路和误差抵消环路均为收敛状态，具体包括11)首先调节载波抵消环路中的幅相调节器的电压对载波抵消环路参数进行单独调整，使载波抵消环路输出载波功率值达到最低；12)然后调节误差抵消环路中的幅相调节器的电压对误差抵消环路参数进行单独调整，使误差抵消环路输出的交调信号功率值达到最低；2)搜索载波泄漏效应收敛点，调整载波抵消环路参数和误差抵消环路参数使载波抵消环路泄漏出载波能量，使误差抵消环路输出的交调信号功率值达到最低。
2.根据权利要求1所述的利用载波泄漏效应提高前馈式功率放大器性能的方法，其特征在于，所述步骤2)具体包括步骤21)调节载波抵消环路中的幅相调节器的电压对载波抵消环路参数进行单独调整，直到误差抵消环路不再继续收敛，误差抵消环路输出的交调信号功率值达到最低；22)调节误差抵消环路中的幅相调节器的电压对误差抵消环路参数进行单独调整，直到误差抵消环路不再继续收敛，误差抵消环路输出的交调信号功率值达到最低。
3.根据权利要求2所述的利用载波泄漏效应提高前馈式功率放大器性能的方法，其特征在于，所述步骤21)具体包括步骤31)向一个方向调节载波抵消环路中的幅相调节器的电压，读取误差抵消环路输出的交调信号功率值，若误差抵消环路输出的交调信号功率值趋于减小，则继续该方向的调整，反之，向反方向调整；32)继续调整载波抵消环路中幅相调节器的电压，直到误差抵消环路输出的交调信号功率值达到最低值。
4.根据权利要求2所述的利用载波泄漏效应提高前馈式功率放大器性能的方法，其特征在于，所述步骤22)具体包括步骤41)向一个方向调整误差抵消环路中的幅相调节器的电压，读取误差抵消环路输出的交调信号功率值，若误差抵消环路输出的交调信号功率值趋于减小，则继续该方向的调整，反之，向反方向调整；42)继续调整误差抵消环路中幅相调节器的电压，直到误差抵消环路输出的交调信号功率值达到最低值。
全文摘要
本发明公开了一种利用载波泄漏效应提高前馈式功率放大器的线性度方法，包括以下步骤首先找到环路收敛初始适应点，使载波抵消环路和误差抵消环路均为收敛状态；然后搜索载波泄漏效应收敛点，调整载波环路参数和误差抵消环路参数使载波抵消环路泄漏出载波能量，使误差抵消环路输出的交调信号功率值达到最低。本发明利用了载波泄漏效应，改进了前馈式功率放大器的自适应控制软件，提高了前馈式功率放大器的线性化性能，能有效提高ACLR(相邻信道泄漏比)3～7dB，而且并不增加硬件复杂度和成本。
文档编号H03F3/20GK1725631SQ20041006978
公开日2006年1月25日 申请日期2004年7月19日 优先权日2004年7月19日
发明者蔡文超 申请人:华为技术有限公司