专利名称：功率放大器线性化反馈方法和系统的制作方法
功率放大器线性化反馈方法和系统
相关申请的交叉引用本专利申请要求2010年2月1日递交的题为“基于消除的预失真功率放大器线性化系统和方法”的美国临时专利申请No. 61/300, 328的权利。本专利申请也要求2010年5月 6日递交的题为“功率放大器线性化反馈方法和系统”的美国临时专利申请No. 61/332，038 的权利。本专利申请也要求2010年8月20日递交的题为“噪声和干扰消除的方法和系统” 的美国临时专利申请No. 61/375，491的权利。以上每一个优先权申请的全部内容均通过引用包含在此。
图1是根据一些实施例的具有增强功率放大器的线性度的线性化器的系统的功能框图。图2是根据一些实施例的表示图1中的线性化器的一些组件的功能框图。图3是根据一些实施例的表示图1中的线性化器的一些组件的功能框图。图4A和4B统称为图4，是根据一些实施例的表示用于校正图1中的线性化器的方法的逻辑流程图。图5是根据一些实施例的具有增强功率放大器的线性度的线性化器的系统的功能框图。图6是根据一些实施例的具有增强功率放大器的线性度的线性化器的系统的功能框图。图7是根据一些实施例的具有增强功率放大器的线性度的线性化器的系统的功能框图。图8是根据一些实施例的具有增强功率放大器的线性度的线性化器的系统的功能框图。图9是根据一些实施例的功率放大器的发送通路的功能框图。参照上述附图可以更好地理解本发明的多个方面。这些附图仅仅示出了本发明的示例性实施例，并因此不应被考虑为限制本发明的范围，本发明也允许其他等效实施例。在附图中示出的元素和特征并非必须按比例绘制，而是在此强调清楚地示出本发明的示例性实施例的原理。此外，可能会夸大某些元素以有助于形象化地表达这些原理。在附图中，附图标记指代相似或对应的但不一定是相同的元素。
具体实施例方式本发明涉及用于通过消除或减少由信号发射机的发射通路上的功率放大器或元件所产生的非线性分量(例如，通3、通5、通7、通9、等等)和其他不需要的频谱分量来增强功率放大器的线性度的方法和系统。在此描述的示例性实施例可支持对互调分量、干扰、电磁干扰(EMI)、噪声、或其他不需要的频谱分量的消除，修正，标记或补偿。凭借增强后的线性度，可以提高功率放大器的相邻信道功率比(ACPR)、输出功率、和/或功率消耗。因此，提高了功率放大器的效率。参考附图，其中相似的标记表示全部附图中相似的(但不一定相同)的元素，将详细地描述本发明的示例性实施例。图1是根据一些实施例的表示系统100的框图，系统100 包括线性化器101，用于增强功率放大器105的线性度。示例性的线性化器101通过消除或减少由功率放大器105输出的信号的非线性分量的幅度来提高功率放大器105的线性度。 参考图1，功率放大器105沿着发射机103的发射通路199而放置，用于接受并放大由发射机103发射的信号161。在本示例性实施例中，发射机103发射信号161，信号161包括射频(RF)带中的基音(fundamental tone) FO0然而，线性化器101不限于RF带，也可以被用于增强其他频带(例如，中频)或应用(例如，电缆电视放大器和测试设备，诸如自动测试设备ATE，以及发生器)中的信号的线性度。功率放大器105调节由发射机103发射的信号161的幅度，并输出幅度调节后的信号162。在以下详细描述中，线性化器101通过对来自功率放大器105的输出信号162的采样进行处理，以产生被施加到或施加入输入信号161的补偿信号，来提高功率放大器105 的线性度。在一些示例性实施例中，功率放大器105包括单级放大器，并且线性化器101对来自单级放大器的输出信号162的采样进行处理。在一些替换的示例性实施例中，功率放大器包括多级放大器，并且线性化器对来自多级放大器的最后一级放大器的输出信号162 的采样进行处理。当功率放大器105调节输入信号161的幅度时，诸如互调分量(intermodulation product) IM3、IM5等的非线性互调产物可以如图示的被导入输出信号162上。这些互调分量会通过减少ACPR和/或增加功率放大器105的功率消耗，来降级功率放大器105的性能。 示例性的线性化器101通过将补偿信号施加到或施加入位于功率放大器105之输入端上游的输入信号161上，来减少、抑制、消除、或补偿这些互调分量。示例性线性化器101包括具有第一信号消除器131的内部环路以及具有第二信号消除器132的外部环路。在一些示例性实施例中，信号消除器131，132中的一个或两者均包括多个单独消除器(诸如，并行放置)，以增加互调分量的补偿带宽。在一些示例性实施例中，信号消除器131，132包括噪声消除器，诸如，RF噪声消除器。除了信号消除器131，内部环路包括两个耦合器111、113(其中任意一个或两者均可以是方向性的)和两个衰减器121、122。耦合器111获得输入信号161的采样，并将这些被采样的输入信号通过衰减器121提供给信号消除器131。耦合器113获得输出信号162 的采样，并将这些被采样的输出信号通过衰减器122提供给信号消除器131。衰减器121、 122是可选的设备，用于将被采样的信号的幅度或功率减少到适合信号消除器131、132的电平。衰减器121、122使得线性化器101能被用于多种不同功率电平的信号，而不限制线性化性能或损坏信号消除器131、132。内部环路的信号消除器131从接收自耦合器113的被采样的输出信号中减去接收自耦合器111的被采样的输入信号，并生成输出信号163。因此，输出信号163的基音FO分量的幅度相对于由功率放大器105输出的信号162的基音FO分量的幅度而言是减少的，而互调分量(诸如，IM3、IM5，等等)的幅度保持基本不变或类似于信号162的幅度(减去在功率放大器105的输出和可变衰减器122的输出之间发生的任何幅度损耗)。在一些示例性实施例中，通过信号消除器131将信号163的基音FO分量完全消除了。在一些替换实施例中，输出信号163的基音FO分量的幅度被减少到与信号163的一个或多个互调分量的幅度相类似的电平。例如，如图1中的示例性输出信号163所示的，基音FO分量具有与第三级互调分量IM3相类似的幅度。信号消除器131连接到控制器150，控制器150调节信号消除器131的设置。在一些示例性实施例中，信号消除器131包括I/Q调制器，并且控制器150调节I/Q调制器的同相(I值)和正交⑴值)设置。信号消除器131响应于由控制器150所指定的设置，调节以下至少一个信号162之采样的一个或多个分量的幅度、相位，以及相对于信号161的采样的延迟。通过完成这些调节，控制器150调整了对信号163中基音FO的幅度的减少量。将基音FO的功率电平减少到与互调分量的功率电平相类似的操作适应了对功率检测器140和信号消除器132的分量的动态范围要求，并且也避免产生复合调制(诸如，64QAM) 中的信号噪声比问题或其他问题。在一些示例性实施例中，信号消除器131在从接收自耦合器113的被采样的输出信号中减去接收自耦合器111的被采样的输入信号之前，调节被采样的输入信号的相位、 幅度、以及延迟中的一个或多个。控制器150(或信号消除器131)能监控被采样的输入信号的基音分量的幅度和相位，以及被采样的输出信号的基音分量的幅度和相位，并根据这些参数调节被采样的输入信号的相位、幅度、以及延迟中的一个或多个。信号消除器131能 (诸如，通过由控制器150指定的设置)调节被采样的输入信号的相位、幅度、以及延迟中的一个或多个，使得在减法处理中，被采样的输入信号的基音分量相对于被采样的输出信号的基音分量是大约180°异相。信号消除器131也能(诸如，通过由控制器150指定的设置)调节被采样的输入信号的相位、幅度、以及延迟中的一个或多个，使得在减法处理中， 被采样的输入信号的基音分量与被采样的输出信号的基音分量在大小上是大致相等的。由信号消除器131输出的信号163被发送到线性化器101的外部环路。除了信号消除器132，外部环路包括可选的驱动器146以及耦合器112(其可以是方向性的)。外部环路的组件调节接收自信号消除器131的信号163中的互调分量的幅度和相位(以及，可选的，延迟)，以生成补偿信号。该补偿信号在被施加到功率放大器105的输入信号161时，在功率放大器105的输出端上的由功率放大器105产生的互调分量将被消除或幅度上减少。 因此，来自功率放大器105的输出将变得更为线性化。信号消除器132能包括I/Q调制器，用于响应于从控制器150接收到的设置来调节信号163的分量的幅度、相位、以及延迟中的至少一个。例如，控制器150可调节I/Q调制器的I值和Q值设置。外部环路的驱动器146是可选的组件，其可以被包括在示例性线性化器101中，以便在将补偿信号施加到功率放大器105的输入端之前，进一步调节补偿信号的幅度。在一些示例性实施例中，驱动器146包括具有比功率放大器105本身更小线性度的放大器。由线性化器101生成的补偿信号通过耦合器112被施加到功率放大器105的输入端。线性化器101的功率检测器140通过开关145或者中继器而被链接到信号消除器 131的输入端和输出端。功率检测器140(将在下文中结合图2进行进一步的描述)可配置成用于检测信号(诸如，在信号消除器131的输入端的信号，或者，在信号消除器131的输出端的信号163)的整体功率电平，或检测特定频带的功率电平。也就是说，功率检测器 140是对频率有选择性的。在一个实例中，功率检测器140被配置为检测信号163中存在的
8基音FO的功率电平。在另一个实例中，功率检测器140被配置为检测互调分量的一个或多个级(诸如，第三级和/或第五级)的功率电平。功率检测器140在通信上耦合到控制器 150，以从控制器150接收配置设置，并向控制器150提供功率电平测量值。控制器150被实现为如下形式处理器、微处理器、微控制器、计算机、状态机、可编程设备、或其他合适的技术。控制器150执行校准算法(图4)以及一个或多个附加算法， 用于调节线性化器101的一些设置(诸如，信号消除器131、132的I值和Q值)，以增强在功率放大器105的输出端对非线性分量的消除或减少。在算法的执行中，控制器150监控从功率检测器140接收到的功率测量值，以确定信号消除器131、132的较佳设置。在本文所描述的一些示例性实施例中可以由控制器150实现的示例性算法被描述在与本申请同日递交的美国专利申请No. 13/014，681(代理人案卷号No. 07982. 105115)，题为“噪声和干扰消除方法和系统”的申请中。此与本申请同日递交的美国专利申请No. 13/014，681 (代理人案卷号No. 07982. 105115)，题为“噪声和干扰消除方法和系统”的申请的所有内容通过引用被整体包含在此。由控制器150执行的算法可包括以下一个或多个二进制校正算法(Binary Correction Algorithm, BCA)、快速二进制算法(Fast Binary Algorithm, FBA)、最小步长算法(Minst 印 Algorithm，MSA)、盲射算法(Blind Shot Algorithm, BSA)、 双比率算法(DualSlope Algorithm, DSA)，以及在与本申请同日递交的美国专利申请 No. 13/014，681 (代理人案卷号No. 07982. 105115)，题为“噪声和干扰消除方法和系统”的申请中所描述的追踪和搜索算法。在任何一个上述算法的执行中，控制器150可使用从功率检测器140接收到的一个或多个功率测量值作为反馈值，以识别用于信号消除器131、 132的较佳设置。图2是根据一些示例性实施例的，更详细地表示线性化器101的一些组件的功能框图。尤其是，图2示出了耦合器113、衰减器122、信号消除器131、开关145、以及功率检测器140的一些示例性组件。参考图2，功率检测器140通过开关145连接到通向信号消除器131的输入端的信号通路，并连接到从信号消除器131的输出端延伸而出的信号通路。 如上述参考图1所简要描述的，功率检测器140能检测信号消除器131的输入端和输出端的信号的整体功率电平或互调分量和基音FO的一个或多个功率电平。在一些示例性实施例中，控制器150使用控制信号来操纵开关145在信号消除器131的输入端的功率测量值和信号消除器131的输出端的功率测量值之间切换。在一些替换实施例中，开关145是由使用者操纵的手动开关。示例性功率检测器140包括可调有源滤波器141、PLL+混频器+LPF 142、峰值检测器143、模数转换器(A/D转换器)144、以及旁路器148。控制器150通过开关147在可调有源滤波器141、PLL+混频器+LPF 142、以及旁路器148之间进行选择。在替换的示例性实施例中，可以省略组件141、142、148中的一个或多个。在一个实例中，功率检测器140 可以仅仅包括可调有源滤波器141、或PLL+混频器+LPF 142、或旁路器148。旁路器148允许功率检测器140测量信号的整体功率，而不需要通过可调有源滤波器141或PLL+混频器 +LPF 142中任何一个的滤波。可调有源滤波器141对信号中的一个或多个互调分量和/或基音FO进行带通滤波，并将这些互调分量和/或基音FO输出至峰值检测器143。在一些示例性实施例，通过可调有源滤波器141被传递给峰值检测器143的信号分量由控制器150根据图4所示出的方法400来选择。可调有源滤波器141允许控制器150特别监控从信号162消除的所选互调分量或基音FO的功率电平。这使得控制器150可以修改信号消除器131、132其中之一或两者的设置，以增强对互调分量或基音FO的消除。该特征在基音FO达到与互调分量相类似的功率电平时有帮助。在一些示例性实施例中，可调有源滤波器141包括的可调有源滤波器与2009年3月27日递交的，专利申请No. 12/413，454，题为“使用信号消除功能的滤波整形”的申请中所描述的可调有源滤波器相似或实质相同。美国专利申请No. 12/413,454 的所有公开内容通过引用被整体包含在此。PLL+混频器+LPF 142包括锁相环(PLL)、混频器、以及低通滤波器(LPF)。PLL+ 混频器+LPF 142应用下变频和信道选择滤波，将信号的特定互调分量(或基音F0)传递到峰值检测器143。类似于可调有源滤波器141，被传递到峰值检测器143的特定信号频率可以由控制器150根据图4所示的方法400来选择。峰值检测器143连接到可调有源滤波器141以及PLL+混频器+LPF 142的输出端， 以检测被滤波的信号的功率电平。如果开关147位于旁路开启的位置，则信号将被传递给峰值检测器143，而不进行频率滤波。这使得峰值检测器143可以测量信号的整体功率电平。峰值检测器143测量信号的功率电平，并将所测量的功率电平提供给A/D转换器144。 A/D转换器144将功率测量值转换为数字格式，并将功率检测值的数字版本提供给控制器 150。控制器150使用从功率检测器140接收到的功率检测值和图4所示的方法400来产生补偿信号，当补偿信号被施加到功率放大器105的输入端时，会减少或消除原本存在于功率放大器105的输出信号162上的互调分量。控制器150可多次迭代执行方法400，直到获得期望的线性度级别。在一些示例性实施例，在功率放大器105的输出端的补偿信号包括一信号，该信号具有的互调分量带有与功率放大器105所产生的互调分量近似或相同的幅度，并具有相对于信号162的180°相移。在一些示例性实施例中，为了覆盖采用各种通信标准的发射机的全频率范围，在示例性的线性化器101中对采样通路(诸如，耦合器111、113)和消除通路(诸如，信号消除器131、13幻两者进行延迟补偿，以最大化消除带宽，。图3是根据一些示例性实施例，示出图1中所示的线性化器101的一些组件的框图。参考图3，控制器150在通信上耦合到信号消除器131、132的每一个。控制器150能为信号消除器131、132的每一个提供I值和Q值设置，以消除或减少在功率放大器105的输出端上存在的互调分量的强度。如以下参考图4A和4B所详细描述的，控制器150基于使用接收自功率检测器140的功率测量值的算法(诸如，804484、1^4』34、034、或追踪和搜索算法)，调节信号消除器131、132的设置。该算法可以被存储在控制器150上的存储器中，或存储在控制器150可访问的外部存储设备170 (诸如，RAM、ROM、或闪存，等等)中。 在一些示例性实施例中，外部存储器170也存储信号消除器131、132的当前或较佳(诸如， 相关的温度和频带)设置。控制器150也在通信上耦合到可调有源滤波器141、PLL+混频器+LPF 142、开关 147、峰值检测器143，以及开关145。控制器150向可调有源滤波器141、PLL+混频器+LPF 142、以及峰值检测器143中的每一个提供使能信号。控制器150还向可调有源滤波器141 和PLL+混频器+LPF 142提供信道选择信号，以选择应作功率测量的频率或频带(诸如，F0、IM3、IM5，等等)。类似地，控制器操纵开关147，以选择用于承载信号至峰值检测器143 的通路。此外，控制器150操纵开关145，以在消除器131的输入端上的信号的功率测量值和在信号消除器131的输出端上的信号163的功率测量值之间进行切换。在该示例性实施例中，控制器150连接到温度传感器175，温度传感器175测量线性化器101的温度，或者测量线性化器101附近的温度。该温度测量值可被用在一个或多个算法的执行期间，以增强功率放大器105的线性度。在一些示例性实施例中，控制器150也与外部设备进行通信，以接收控制命令，诸如启动功率检测器140的组件的命令，或选择用于可调有源滤波器141或PLL+混频器+LPF 142的特定信道的命令。控制器150也为用户提供界面，以监控信号162和163，并调节控制器150处的设置，诸如算法设置(诸如，BCA、FBA、MSA、BSA、DSA、或追踪和搜索算法)，或用于信号消除器131、132的设置。用户界面也允许用户启动功率检测器140的组件，或选择用于可调有源滤波器141或PLL+混频器+LPF 142的信道。图4是根据一些示例性实施例，示出用于校准图1中线性化器101的方法400。参考图1、2和4，在块405中，功率被提供给功率放大器105以及发射机103。发射机103被设置为提供带有基音FO的RF信号。在块410，控制器150激活线性化器101的内部环路中的信号消除器131，并向信号消除器131提供初始设置(诸如，初始I值和Q值)，以维持最小的前向增益。在块415，控制器150操纵开关145，以将功率检测器140的输入端连接到信号消除器131的输出端。控制器150还使能可调有源滤波器141和PLL+混频器+LPF 142中的一个，并向其提供信道选择，以在信号消除器131的输出端上测量信号163的基音FO的功率电平。控制器150也使能峰值功率检测器143，以测量从所选择的滤波器141或142传递来的信号的功率电平。控制器150通过A/D转换器144接收来自峰值检测器143的功率测量值，并将测量值作为PO存储在存储器中。在块420，控制器150基于一算法(诸如，BCA、FBA、MSA、BSA、DSA、或追踪和搜索算法)，将信号消除器131的I值和Q值调节为不同的相位和/或增益，以减少信号163的基音FO的功率电平。在块425，控制器150从峰值检测器143接收信号163的基音FO的更新后的功率测量值，并将该更新后的功率测量值存储为P1。在块430，控制器150确定PO和Pl之间的差值，并将该差值和一阈值进行比较， 以确定信号163在基音FO的功率电平是否已经被有效减少了。在一个示例中，阈值被设置为30dB。如果PO和Pl的差值超过该阈值，方法400进行到块435。否则，方法400回到块 420，并且控制器150继续基于该算法(诸如，BCA、FBA、MSA、BSA、DSA、或追踪和搜索算法) 调节信号消除器131的I值和Q值，直到达到或超过该阈值，例如通过将计算得到的差值作为反馈值用于执行该算法。或者，类似的算法可改变消除器131的I值中的所有比特(在通过数字字将I值和Q值传送给信号消除器131、132的实施例中)以及Q值中的所有比特， 以在进行到块435之前收敛为基音FO的(对于那些可能的I值和Q值的)最大或较佳消除或减少。在块435，控制器150激活线性化器101的外部环路中的信号消除器132，并向信号消除器132提供初始设置(诸如，初始I值和Q值)，以维持最小的前向增益。在块440， 控制器150激活驱动器146。
在块445，控制器150操纵开关145，以将功率检测器140的输入端连接到信号消除器131的输入端。控制器150还使能可调有源滤波器141和PLL+混频器+LPF 142中的一个，以测量信号消除器131的输入端上的功率电平，可调有源滤波器141或PLL+混频器 +LPF 142中的一个通过开关145连接到衰减器122的输出端。控制器150向所选择的滤波器141或142提供一个或多个信道选择。例如，控制器150可首先使能可调有源滤波器 141并选择信道FO进行测量。随后，控制器150可通过可调有源滤波器141选择互调分量 IM3和IM5进行测量。控制器150随后将F0、IM3和IM5上的信道功率测量值分别存储为 AO、A3以及A5。虽然在本示例中仅仅测量了三个互调分量上的功率电平，但可以测量任何数量的互调分量上的功率电平。在块450，控制器150基于所述算法(诸如，BCA、FBA、MSA、BSA、DSA、或追踪和搜索算法)将信号消除器132的I值和Q值调节为不同的相位和/或增益，以减少功率放大器105的输出信号的每一个互调分量的功率电平。在块455，控制器150从功率检测器140 接收信号消除器131的输入端的基音FO上以及互调分量频率上的更新后的功率测量值，并将这些更新后的功率测量值分别存储为AO’、A3’以及A5’。在块460，控制器150比较基音FO上的功率(AO值)与一个或多个互调分量的每一个上的功率(Axy值)之间的差值，以确定这些差值中的每一个是否超过一阈值，并由此获得期望的线性度。在一些示例性实施例中，对于一些互调分量诸如第三级互调分量IM3， 阈值被设置为45dBc。如果这些差值中的每一个(或一些)均超过该阈值，则方法400结束。否则，方法400返回到块450，且控制器150继续执行该算法(诸如，BCA、FBA、MSA、BSA、 DSA、或追踪和搜索算法)，以调节信号消除器132的I值和Q值，直到达到期望的线性度级别，例如通过将计算得到的差值作为反馈值用于执行该算法。此外，可以使用如第W040] 节所描述的类似的算法，例如通过改变消除器132的I值中的所有比特以及Q值中的所有比特，以收敛为最大或较佳消除或减少，而通常避免定义一特定的阈值。当然，控制器150 可重复块450-460直到达到或超过可接受的消除级别。图5是根据一些示例性实施例的系统500的功能框图，系统500包括用于增强功率放大器105的线性度的线性化器501。示例性的线性化器501通过消除或减少由功率放大器105输出的信号的非线性分量的幅度来增强功率放大器105的线性度。线性化器501 是以上描述的图1中的线性化器101的可替换实施例。参考图5，系统500包括图1所示的系统100的多个相同组件。特别是，系统500包括功率放大器105和用于消除或减少由功率放大器105产生的互调分量的线性化器501。线性化器501包括耦合器111-113、信号消除器131、132、功率检测器140、开关145、以及控制器150，以上每一个组件与图1中所示的线性化器101中的对应组件相同或实质相似。然而，示例性的系统500也包括频率变换特征。在该示例性的实施例中，发射机503沿着发射通路599发射信号561 (诸如，通过正交调制器)。发射信号561主要包括基音FOi。标记符“i”表示基音FOi的频率是中频 (IF)。信号561从发射机501被传递给混频器505，混频器505通过将信号561与本地振荡信号进行混频来转换信号561的频率，以生成信号562。频率转换后的信号562包括基音FOr，基音FOr在载波频率上，而不是IF。标记符“r”表示基音FOr的频率是在RF或在任何其他载波频率上的。频率转换后的信号562被传递给功率放大器105，用于放大。该放大通常在功率放大器输出信号563中产生互调分量(诸如，IM3、IM5、IM7，等等)，或其他非线性分量。示例性系统500也包括位于混频器505和功率放大器105之间的可选的镜像抑制滤波器(image reject filter) 515。镜像抑制滤波器515抑制由混频器505产生的镜像分量。耦合器111(其可以是方向性的)在发射机503的输出端对基音FOi进行采样，并将该被采样的输入信号提供给可变衰减器521。可变衰减器521对被采样的输入信号进行衰减，并将衰减后的信号提供给信号消除器131。可变衰减器521是可选的设备，用于将被采样的信号的幅度或功率调节至适合信号消除器131的电平。W049]由功率放大器105输出的且具有基音FOr和互调分量(诸如，IM3r、IM5r，等等)的信号563由耦合器113在功率放大器105的输出上采样。被采样的输出信号被发送到可变衰减器523，可变衰减器523 对被采样的输出信号进行衰减，并将衰减后的输出信号提供给混频器510。类似于可变衰减器521，衰减器523是可选的，并且用于将被采样的输出信号的幅度或功率调节至适合信号消除器131的电平。混频器510通过将衰减后的输出信号与本地振荡信号混频，将衰减后的输出信号的频率转换回中频(诸如，F0i、IM3i、以及IM5i，等等)，以生成信号564。在该示例性的实施例中，信号564被传递给可选的滤波器520，可选的滤波器520移除信号564中的任何本地振荡器泄漏。信号564随后被传递给可选的可变衰减器522，可选的可变衰减器522在将衰减后的信号564传递给消除器131之前对信号564进行衰减。消除器131从信号564中减去接收自耦合器111的被采样的输入信号，以生成信号565。因此，信号565的FOi分量的幅度相对于由功率放大器105输出的信号563的幅度被减少，而互调分量的幅度保持基本不变或与信号563的幅度类似(减去功率放大器105 的输出与可变衰减器522的输出之间的损耗之和)。在一些示例性实施例中，信号565的基音FOi分量由信号消除器131完全消除了。在一些替换实施例中，信号565的基音FOi分量的幅度被减少到与信号565的一个或多个互调分量的幅度类似的级别。例如，如示例性的信号565所示的，基音FOi具有与第三级互调分量IM3i相类似的幅度。包括互调分量(诸如，IM3i、IM5i，等等)以及减少后的基音FOi的信号565被传递给信号消除器132。信号消除器132调节信号565的增益、相位、延迟中的至少一个，并将调节后的信号传递给可变增益滤波器(VGA) 545。VGA545进一步调节信号565的增益。调节后的信号，即补偿信号，通过耦合器112被施加到主信号通路。补偿信号由混频器505经频率变换到载波频率(诸如，将IM3i、IM5i，等变换到IM3r、IM5r，等)，并被传递到功率放大器105，用于放大。由功率放大器105输出的这个放大后的且变频后的补偿信号消除了或减少了由功率放大器105所产生的互调分量的幅度。控制器150监控信号565以确定通过补偿信号减少了多少互调分量，并调节设置(诸如，消除器131和132的I值和Q值)以参考图4A和4B如上描述的那样来控制减少和/或消除。前述的混频器505通常出现在不具有线性化方法的原始信号通路中，其被线性化器501重新用于将补偿信号上变频到RF，其中会产生非线性并且也要被消除或抑制。然而， 如果中频不适用于信号消除器131、132，则除了将滤波器515之后的耦合器111、112改换到直接连接到功率放大器(PA)的输入端，还可以在耦合器111和信号消除器131之间的通路
13内插入另一个混频器，并且在耦合器112和信号消除器132的输出端之间的通路中插入第二混频器。这两个混频器和混频器510的LO频率相同，并且可以方便地被选择为用于所有的功能框。在该示例性系统中，线性化方法完全独立于原始信号通路中的任何可用频率，并且功率放大器以线性化方法工作的频率的诸如20倍的频率来生成互调分量，可以改进该功率放大器。图6是根据一些示例性实施例，示出系统600的功能框图，系统600包括用于增强功率放大器105的线性度的线性化器601。线性化器601是以上描述的图1示出的线性化器101的又一个可替换实施例。参考图6，系统600包括线性化器601，线性化器601为线性化器101提供了一可替换的校准处理。特别是，线性化器601包括位于信号消除器131、 132以及一峰值检测器143之间的混频器605、带通滤波器621以及低通滤波器622。混频器605的一个输入端连接到消除器131的输出端，与消除器132的输入端共享互调分量和(被消除的)基音F0。混频器605的另一个输入连接到耦合器111，与消除器131共享被采样的基音F0。带通滤波器621和低通滤波器622的输入端通过开关645连接到混频器605的输出端。类似地，滤波器621、622的输出端通过开关646连接到峰值检测器143。控制器150如下所述通过控制信号来操纵开关645、646。在一些示例性实施例中，低通滤波器622具有由发射机103通过功率放大器105 发射的通信信号的总带宽“fc”(诸如，对于通用移动电信系统频带2100 (UMTS2100)，直流 DC为60MHz)中的一带宽。在一些示例性实施例中，带通滤波器621具有fc和2*fc之间 (诸如，对于UMTS2100,为60MHz到120MHz)或2*fc和3*fc之间(诸如，对于UMTS2100,为 120MHz到180MHz)的通带频率。通过具有按照这种方式配置的混频器605以及滤波器621、622，示例性线性化器 601的控制器150能(通过峰值检测器143以及A/D转换器144)监控基音FO的功率电平， 以调节内部环路，也能测量互调分量的功率电平，以调节外部环路。通过将开关645放置为连接混频器605的输出端和低通滤波器622的输入端，来开始线性化器601的内部环路校准处理，而外部环路不活动(处于掉电模式)或处于最小前向增益模式。开关646也经放置将连接低通滤波器622的输出端连接到峰值检测器143的输入端。在该配置中，峰值检测器143的输出指示基音FO的功率电平。控制器150能监控该功率电平，并调节消除器131 的设置(诸如，I值和Q值)，以消除或减少消除器131的输出端处的信号中基音FO的功率电平。通过将开关645放置为连接混频器605的输出端与带通滤波器621的输入端，来开始线性化器601的外部环路校准处理，而外部环路处于正常操作模式，由此消除器132积极地调节消除器131输出的信号的增益和相位(以及可选的，延迟)，以生成补偿信号。开关646也经放置将带通滤波器621的输出端连接到峰值检测器143的输入端。在该配置中， 峰值检测器143的输出指示互调分量的功率电平。控制器150能监控该功率电平，并调节消除器132的设置(诸如，I值和Q值)，以消除或减少功率放大器105输出的信号162中互调分量的功率电平。在一些示例性实施例中，线性化器601的内部环路和外部环路校准被实现在与功率放大器相同的芯片上，并且能保证校准和测量的连续操作，而不需要功率放大器105所处的基站或其他主机系统的介入。
图7是根据一些示例性实施例，示出系统700的功能框图，系统700包括用于增强功率放大器105的线性度的线性化器701。线性化器701是以上描述的图1示出的线性化器101的又一个可替换实施例。参考图7，系统700包括线性化器701，线性化器701与线性化器101的区别在于，在发射通路199上使用了共享的耦合器711以替代耦合器111、 112。共享的耦合器711被用于基音FO采样以及互调分量反馈两者。在该示例性的实施例中，由消除器132输出的具有互调分量反馈的信号通过VGA 745以及耦合器712 (其可以是方向性的)被耦合到耦合器711的通路。在一些示例性实施例中，耦合器712的方向性大于可变衰减器721、消除器131、消除器132、VGA 745的总增益与耦合器712的耦合系数之和。这有助于确保环路790的稳定性。该共享的耦合器实施例也可用于图1、5、6分别示出的线性化器101、501、601中。图8是根据一些示例性实施例，示出系统800的功能框图，系统800包括用于增强功率放大器105的线性度的线性化器801。线性化器801是以上描述的图6示出的线性化器601的又一个可替换实施例。参考图8，示例性的线性化器801包括额外的开关850，开关850在通信上耦合到控制器150。控制器150操纵该开关，以在信号消除器131的输出端上的功率测量值以及信号消除器131的输入端上的功率测量值之间选择。开关850使得控制器150监控功率放大器105的输出端上的基音FO和/或互调分量的功率电平。相对于线性化器601的另一个改变是方向性耦合器811替代了方向性耦合器111，由此信号161 的采样将不会在消除器131和混频器605的输入端之间共享。同样，方向性耦合器812替代了耦合器112，由此反馈补偿信号不出现提供给消除器131的信号161的采样中。图9示出了可以被实现用于图1、5、6、7、8中分别描述的系统100、500、600、700、 800的发射通路199的功能框图。特别是，图9示出了正交调制器910、预驱动器915，以及耦合到双工器920的发射天线925。该图示出了发射通路199上可以获取发射机发射的信号的基音FO的采样的其他位置。例如，在正交调制器910的输入端的点955处、在预驱动器965的输入端的点965处、或在功率放大器105的输入端的点975处，可以获取基音FO的采样。此外，反馈信号(诸如，信号消除器132的输出)可以被施加在以上这些点955、965、 975的任意一处。然而，反馈点通常位于基音FO的采样点的下游，以避免振荡和互调分量馈通(feed through)到达消除器131的输入端。使用点955会需要附加的电路来将I值和Q值变换为组合的模拟信号以供信号消除器131的输入端使用，和/或变换为组合的模拟信号，以在信号消除器132的输出端返回给I、Q数据。以上所描述的线性化器可以被集成到任何类型的功率放大器中，成为芯片、管芯、 或IP。在一些示例性实施例中，线性化器是自给的(self-contained)，并且可使用如上描述的耦合器与功率放大器的输入端和输出端耦合。在一些示例性实施例中，这些自给的线性化器被制造在一个或多个集成电路上。线性化器能使用由一个或多个算法驱动的信号(诸如、模拟电压或数字控制信号)来调节在功率放大器的输入端上采样的信号或在功率放大器的输出端上采样的信号的幅度、相位、以及延迟的任意组合，由此减小或消除功率放大器输出信号中的互调分量对基音FO的比率。在一些示例性实施例中，信号消除器使用不带延迟的相移。线性化器也能使用由一个或多个算法驱动的信号(诸如、模拟电压或数字控制信号)来调节在功率放大器的输入端上采样的信号或在功率放大器的输出端上采样的信号
15的幅度、相位、以及延迟的任意组合，由此增大功率放大器输出信号中的基音FO对互调分离的比率。线性化器也能选择性地消除功率放大器输出信号中的一对或多对特定的互调分量(或减少其幅度)。例如，线性化器能减少或抑制功率放大器输出信号中的两对互调分量。线性化器也能消除(或减少)在耦合器111和113之间的信号通路中生成的噪声或刺激。线性化器501也能从功率放大器105的输出端上的信号563中消除输入信号562 中存在的噪声(诸如由混频器505导致的噪声)。线性化器101也能消除(或减少)输出信号162中由功率放大器105生成的噪声。 虽然在以上描述的每个示例性的实施例中示出了两个信号消除器，但也可以在线性化器之中使用额外的信号消除器。例如，图1的信号消除器131可以包括多个信号消除器，以增大基音FO消除的带宽。此外或作为替换的，图1的信号消除器132可包括多个信号消除器，以增大互调分量消除的带宽。当并行使用多个信号消除器时，控制器150可执行与本申请同日递交的美国专利申请No. 13/014，681 (代理人案卷号No. 07982. 105115)，题为“噪声和干扰消除方法和系统”的申请中图29-31所示出的一个或多个算法，来为每个信号消除器确定较佳的设置。线性化器也能包括并执行一个或多个调谐算法，这些一个或多个调谐算法使得线性化器能为信号消除器找到较佳设置，使得功率放大器输出端上的基音FO对互调分量的比率增大。线性化器也能使用调制频谱作为功率放大器的输入信号。调制频谱能包括调制和 /或编码方案，该调制和/或编码方案在功率放大器的输出信号中提供了更大的基音FO对互调分量的比率，如3GPP和/或4G蜂窝通信标准中所定义的。本发明可与执行上述的方法和处理功能的计算机硬件和软件一起使用。本领域技术人员可以理解到，在此描述的系统、方法、过程可以被具现在可编程计算机、计算机可执行软件、或数字电路中。软件可存储在计算机可读介质上。例如，计算机可读介质能包括软盘、RAM、ROM、硬盘、可移动介质、闪存、存储棒、光学介质、磁光介质、CD-ROM，等。数字电路可包括集成电路、门阵列、积木式逻辑块、现场可编程门阵列(FPGA)，等等。尽管以上详细描述了本发明的特定实施例，这些描述仅仅是示例性的。因此，可以认识到，本发明的多个方面仅仅是通过示例的方式进行了描述，除非明确说明，它们不是本发明所要求或必须。除了已经描述的之外，本领域技术人员可以对示例性实施例所揭示的各个方面进行各种修改或采用对应的等效步骤，它们具有本文所揭示的优势，而不背离在下述的权利要求书中定义的本发明的精神和范围，权利要求书的范围将被赋予最宽泛的解释以涵盖这些修改和等效结构。
权利要求
1.一种用于增强功率放大器线性度的系统，包括第一输入端，可操作耦合到所述功率放大器的输入信号通路，用于获取所述功率放大器的输入信号的第一采样；以及第二输入端，可操作耦合到所述功率放大器的输出信号通路，用于获取所述功率放大器的输出信号的第二采样，所述输出信号包括由所述功率放大器施加到所述输出信号上的至少一个非线性分量，所述第二采样包括与所述至少一个非线性分量相对应的至少一个被采样的非线性分量；输出端，可操作耦合到所述功率放大器的输入信号通路，所述输出端用于将线性度增强信号施加到所述输入信号通路；以及线性化器，电耦合到所述第一输入端、所述第二输入端、所述输出端，所述线性化器包括第一信号消除器，用于从所述第一输入端接收所述第一采样以及从所述第二输入端接收所述第二采样，并从所述第二采样中减去所述第一采样以生成中间信号，所述中间信号包括所述至少一个被采样的非线性分量；以及第二信号消除器，耦合在所述第一信号消除器和所述输出端之间，所述第二信号消除器用于通过调节所述中间信号的所述至少一个被采样的非线性分量的幅度、相位、以及延迟中的至少一个，生成所述线性度增强信号，所述线性度增强信号响应于被耦合到所述输入信号通路并被所述功率放大器放大，减少所述至少一个非线性分量的强度。
2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第一输入端、所述第二输入端以及所述输出端每个均包括耦合器。
3.如权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括第一衰减器，位于所述第一输入端和所述第一信号消除器之间，以及第二衰减器，位于所述第二输入端和所述第二信号消除器之间。
4.如权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括放大器，位于所述第二信号消除器的输出端和所述输出端之间。
5.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第一采样包括调制后的信号分量，所述第二采样包括幅度调节后的调制后的信号分量，并且所述第一消除器减少了所述幅度调节后的调制后的信号分量的强度而保持所述第二采样的所述至少一个被采样的非线性分量的强度基本不变，以生成所述中间信号。
6.如权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括功率检测器，用于测量所述第一采样的调制后信号分量的强度；以及控制器，用于从所述功率检测器接收强度测量值，并根据所述强度测量值来调节所述第一信号消除器的至少一个设置。
7.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第一消除器在从所述第二采样中减去所述第一采样之前，基于同相设置和正交设置来调节所述第一采样的至少一个分量的幅度、相位、以及延迟中的至少一个。
8.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第二信号消除器基于同相设置和正交设置来调节所述中间信号的至少一个被采样的非线性分量的幅度、相位、以及延迟中的至少一个。
9.如权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括功率检测器，用于测量所述至少一个被采样的非线性分量的强度；以及控制器，用于从所述功率检测器接收强度测量值，并基于所述强度测量值来调节所述第二信号消除器的至少一个设置。
10.如权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括功率检测器，包括功率检测器输入端以及功率检测器输出端； 开关，包括第一开关输入端，耦合到所述第一信号消除器的输入端； 第二开关输入端，耦合到所述第一信号消除器的输出端； 开关输出端，耦合到所述功率检测器输入端；以及控制器，电耦合到所述开关，并用于配置所述开关以将所述第一开关输入端耦合到所述开关输出端，或将所述第二开关输入端耦合到所述开关输出端。
11.如权利要求10所述的系统，其特征在于，所述功率检测器包括 峰值检测器，用于测量信号的强度；以及滤波器，位于所述功率检测器输入端和所述峰值检测器之间。
12.如权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括频率变换混频器，位于所述第一输入端和所述第一信号消除器之间。
13.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述线性化器被制造在一个或多个集成电路中。
14.一种用于减少施加在功率放大器输出的信号上的非线性分量的方法，包括接收由所述功率放大器输出的输出信号的第一采样，所述输出信号包括由所述功率放大器施加在所述输出信号上的至少一个非线性分量，所述第一采样包括与所述至少一个非线性分量相对应的至少一个被采样的非线性分量；确定所述至少一个被采样的非线性分量的强度水平；通过基于所述强度水平来调节所述至少一个被采样的非线性分量的相位、幅度、以及延迟中的至少一个，来生成补偿信号；将所述补偿信号施加到所述功率放大器的输入端；以及响应于将所述补偿信号施加到所述输入端，减少所述至少一个非线性分量的幅度。
15.如权利要求14所述的方法，其特征在于，所述至少一个非线性分量包括由所述功率放大器施加在所述输出信号上的互调分量。
16.如权利要求14所述的方法，其特征在于，还包括 接收到所述功率放大器的输入信号的第二采样；以及通过从所述第一采样中减去所述第二采样，来减少所述第一采样的基音分量的强度水平。
17.如权利要求14所述的方法，其特征在于，基于同相设置和正交设置来调节相位、幅度、以及延迟中的至少一个。
18.如权利要求17所述的方法，其特征在于，还包括执行一计算机程序来确定所述同相设置和所述正交设置，该计算机程序使用所述强度水平作为反馈值。
19.一种用于减少功率放大器的输出信号上的非线性分量的方法，包括以下步骤(a)从到所述功率放大器的输入信号通路获取输入信号的第一采样，所述第一采样包括第一调制后的信号分量；(b)获取所述功率放大器的输出信号的第二采样，所述输出信号包括由所述功率放大器施加到所述输出信号上的至少一个非线性分量，所述第二采样包括第二调制后的信号分量以及至少一个被采样的非线性分量；(c)通过从所述第二采样中减去所述第一采样来减少所述第二采样的所述第二调制后的信号分量的幅度，由此生成中间信号；(d)确定所述至少一个被采样的非线性分量的强度水平；(e)通过基于所述强度水平来调节所述至少一个被采样的非线性分量的相位、幅度、以及延迟中的至少一个，来生成补偿信号；(f)将所述补偿信号施加到所述输入信号通路；以及；(g)响应于将所述补偿信号施加到所述输入信号通路，并响应于所述功率放大器放大所述补偿信号，减少所述至少一个非线性分量的强度水平。
20.如权利要求19所述的方法，其特征在于，还包括多次迭代重复步骤(a)到(g)，以增强对所述至少一个非线性分量的强度水平的减少。
21.如权利要求19所述的方法，其特征在于，还包括变换所述第二采样的频率。
22.如权利要求19所述的方法，其特征在于，还包括将所述输入信号的频率以及所述输出信号的频率均变换为类似的频率。
23.如权利要求19所述的方法，其特征在于，所述补偿信号被施加在所述输入信号通路中获取第一采样的位置以及功率放大器的输入端之间。
24.如权利要求19所述的方法，其特征在于，基于同相设置和正交设置来调节相位、幅度、以及延迟中的至少一个。
25.如权利要求19所述的方法，其特征在于，执行一计算机程序来确定所述同相设置和所述正交设置，该计算机程序使用所述强度水平作为反馈值。
26.—种蜂窝电话系统，包括第一输入端，配置为接收放大器输入的第一采样；第二输入端，配置为接收放大器输出的第二采样，所述第二采样包括非线性度；输出端，配置为将输出信号反馈给所述放大器输入；线性化器，电耦合到所述第一输入端、所述第二输入端、所述输出端，所述线性化器包括第一信号消除器，连接到所述第一输入端和所述第二输入端，用于基于所述第二采样和所述第一采样之间的差值来生成第一信号；以及第二信号消除器，电连接到所述第一信号消除器，用于响应于对所述第一信号的幅度、 相位、以及延迟中至少一个的调节来生成所述输出信号。
27.如权利要求沈所述的蜂窝电话系统，其特征在于，所述输出信号用于响应于被所述放大器放大而减少所述非线性度。
28.一种方法，包括接收放大器输入的第一采样；接收放大器输出的第二采样，所述第二采样包括非线性度；基于所述第二采样和所述第一采样之间的差值来生成第一信号；以及响应于对所述第一信号的幅度、相位、以及延迟中至少一个的调节，生成输出信号，所述输出信号改善所述非线性度。
全文摘要
描述了一种功率放大器线性化反馈方法和系统。线性化器可以通过消除或减少由功率放大器生成的非线性分量(诸如，IM3、IM5、IM7、IM9，等等)的幅度，来增强功率放大器的线性度。线性化器能获取功率放大器输出信号的采样，处理这些采样以生成补偿信号，补偿信号被施加到或施加入通向功率放大器输入端的发射通路。生成补偿信号使得当其被功率放大器放大时，放大后的补偿信号消除或减少了由功率放大器产生的非线性分量的至少一部分。控制器可以通过执行一个或多个校准算法和/或调谐算法并基于这些算法的结果调节线性化器的设置，来提高对非线性分量的校准。
文档编号H03F1/26GK102195567SQ20111003748
公开日2011年9月21日 申请日期2011年2月1日 优先权日2010年2月1日
发明者W·S·哈恩, 陈玮 申请人:英特赛尔美国股份有限公司