专利名称：高功率放大器的数字线性化器及数字线性化方法
技术领域：
本发明涉及一种前馈线性化器，更具体地，涉及一种功率放大器的数字线性化器及其数字线性化方法。
图1是现有技术的前馈线性化器的方框图。如图中所示，该前馈线性化器包括除法器101，用于将输入信号分割，一主放大单元102，用于将分割的输入信号放大，以及一定向耦合器105，用于将延迟器103所延迟的输入信号加到主放大单元102的被除法器104所分割的输出信号上。这样就检测出包含在主放大单元102的输出信号中的失真成分。前馈线性化器还包括偏差放大单元106，用于将检测到的失真分量放大，以及一定向耦合器108，用于耦合放大的失真分量，从而消除该失真分量。
主放大单元102包括用于将输入信号衰减的可变衰减器11、用于将被衰减的输入信号移相的可变移相器12、以及用于将移相后的输入信号放大的HPA 13。
偏差放大单元106包括用于将失真成分衰减的可变衰减器14、用于将被衰减的失真分量移相的可变移相器15、以及用于将移相后的失真分量放大的偏差放大器16。
在操作中，输入信号被除法器101分割，所分割后的信号分别通过路径17和18。通过路径17的输入信号被主放大单元102放大。此时，由于HPA 13的非线性特性，在主放大单元102的输出信号中存在多个谐波分量，即除输入信号外的失真分量。通过路径18的输入信号被延迟器103所延迟并输入至定向耦合器105。延迟器103的时间被设置为与放大单元102的操作所要求的时间量相等。
第一定向耦合器105将通过除法器104输入的主放大单元102的输出信号与通过延迟器103延迟的输入信号耦合，以检测主放大单元102的输出信号中包含的失真分量。
路径17的输入信号顺序地通过可变衰减器11、可变移相器12和主放大单元102的HPA 13，并被转换成幅值与路径17的输入信号幅值相等而相位与路径17的输入信号的相位相反的信号。也就是说，其相位与输入信号的相位相差180。。因此，当路径17的输入信号被定向耦合器105加到路径18的输入信号中时，原始的输入信号消失，只有失真分量存在。
所检测到的失真分量顺序地通过可变衰减器14、可变移相器15和偏差放大单元106的偏差放大器16。从而失真分量被转换为幅值与所检测的失真分量相等而相位与所检测的失真分量的相位相反的信号。也就是说，其相位与所检测的失真分量的相位相差180°。然后所转换的信号被输入至定向耦合器108。对于上述过程，偏差放大单元16被设计为仅增加信号的幅值而不产生谐波分量。
由除法器104分割的主放大单元102的输出信号被延迟器107按偏差放大单元106的延时量延迟，并被输入至定向耦合器108。因此，当主放大单元102的输出信号与偏差放大单元106的输出信号被定向耦合器108耦合时，相位相差180°的失真分量彼此偏移。因此，在定向耦合器108的输出信号中只有放大的输入信号存在。
如上所述，现有技术的前馈线性化器通过检测包含在HPA的输出信号中的失真分量和使包含在HPA的输出信号中的失真分量按检测到的失真分量偏移，来补偿HPA的非线性。
现有技术的前馈线性化器有很多问题和不足之处。例如，如果延迟单元103和107的延时分别与主放大单元的延时以及偏差放大单元的延时不一致时，则常规的前馈线性化器不能有效地消除失真分量。
另外，如果现有技术的前馈线性化器不正确地控制可变衰减器和可变移相器，其不能产生主放大单元的输出信号和失真信号，它们的相位相差180。。
此外，因为现有技术的前馈线性化器以模拟方式处理所有的信号，并且特别是所有的信号在高频带中被处理，因此很难正确地控制可变衰减器和可变移相器。显然，为了正确地控制可变衰减器和可变移相器，必须使用另外的电路。
再有，HPA的非线性特性根据时间或外部环境如温度或偏压而改变。现有技术的前馈线性化器不能有效地补偿这种变化。
上述引用的内容作为参考结合于本文中，以提供对附加的或另外的细节、特征和/或背景技术的适当的说明。
本发明另一个目的是提供一种HPA的数字线性化器，其能够通过数字处理方法精确地检测包含在HPA输出信号中的失真分量，并提供一种数字线性化方法。
本发明的再一个目的是提供一种HPA的数字线性化器，其能够自适应地处理由时间或诸如温度或偏压等外部环境造成的HPA的非线性特性，以及一种数字线性化方法。
为了整体或部分地实现至少上述目的，并根据本发明的宗旨，如在本文中所广义说明和体现的那样，提供一种数字线性化器，包括主放大单元，其配置成将第一路径上的数字输入信号放大；失真分量检测单元，其接收在第二路径上的数字输入信号和主放大单元的输出信号，并检测来自主放大单元的输出信号的失真分量；以及相关单元，其接收在第三路径上的数字输入信号和所检测的失真分量，并构成为将所检测的失真分量与数字输入信号相关，以自适应地控制失真分量检测单元。
为了进一步整体或部分地实现至少上述目的，并根据本发明的宗旨，如在本文中所广义说明和体现的那样，提供一种数字线性化器，包括主放大单元，其配置成将第一路径上的数字输入信号放大；失真分量检测单元，其接收在第二路径上的数字输入信号和主放大单元的输出信号，并检测来自主放大单元的输出信号的失真分量；以及相关单元，其将所检测的失真分量与在第三路径上的数字输入信号相关，以自适应地控制失真分量检测单元；偏差放大单元，其配置成将所检测的失真分量放大；以及定向耦合器，其配置成将主放大单元的输出与偏差放大单元的输出耦合，以消除在主放大单元的输出信号中包含的失真分量。
为了进一步整体地或部分地实现至少上述目的，并根据本发明的宗旨，如在本文中所广义说明和体现的那样，提供一种数字线性化方法，包括如下步骤将第一路径上的数字输入信号放大；用第二路径上的数字输入信号处理放大的第一路径上的数字输入信号，以检测放大的数字输入信号的失真分量，并将所检测的失真分量与第三路径上的数字输入信号相关，从而自适应地控制第二路径上数字输入信号的增益。
为了进一步整体或部分地实现至少上述目的，并根据本发明的宗旨，如在本文中所广义说明和体现的那样，提供一种数字线性化方法，包括如下步骤将第一路径上的数字输入信号放大，以产生放大的数字输入信号，用第二路径上的数字输入信号处理放大的数字输入信号，以检测放大的数字输入信号中的失真分量，并将所检测的失真分量与第三路径上的数字输入信号相关，以自适应地控制第二路径上数字输入信号的增益，放大所检测的失真分量，并将放大的数字输入信号与放大的失真分量耦合，以消除在放大的数字输入信号中包含的失真分量。
为了进一步整体或部分地实现至少上述目的，并根据本发明的宗旨，如在本文中所广义说明和体现的那样，提供一种信号处理装置，包括第一数字-模拟转换器(DAC)，其被配置成接收数字输入信号并将该数字输入信号转换为模拟输入信号；第一混合除法器，其接收模拟输入信号并配置成将该模拟输入信号分割为第一同相信号I和第一正交相位信号Q；第一和第二乘法器，其配置成将第一同相信号I和第一正交相位信号Q分别乘上增益信号的第一和第二分量；与第一和第二乘法器连接的耦合器，其配置成将第一和第二乘法器的输出组合成一由增益控制的模拟输入信号；第一模拟-数字转换器(ADC)，其配置成将上述由增益控制的模拟输入信号转换为由增益控制的数字输入信号。
为了进一步整体或部分地实现至少上述目的，并根据本发明的宗旨，如在本文中所广义说明和体现的那样，提供一种信号处理装置，包括第一数字-模拟转换器(DAC)，其被配置成接收延迟的数字输入信号并输出第一模拟的延迟输入信号；第一混合除法器，其配置成将该第一模拟的延迟信号分割为第一同相信号I和第一正交相位信号Q；第二DAC，其配置成接收延迟的所检测失真分量，并输出第二模拟的延迟信号，第一和第二乘法器，其配置成将第一同相信号I和第一正交相位信号Q的每一个乘上第二模拟的延迟信号，第一和第二幅值计算器，其与第三和第四乘法器分别连接，并配置成产生增益信号的第一和第二分量。
本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明和对本发明的实践而为本领域的技术人员所理解。本发明的目的和优点可以如在所附权利要求中特别指出的那样来实现和达到。
附图的说明下面将结合附图详细说明本发明，其中相同的参考标号指代相同的单元，图中图1是说明现有技术的前馈线性化器的方框图；图2是说明根据本发明优选实施例的高功率放大器(HPA)的数字线性化器的方框图；图3显示的是说明根据本发明优选实施例的在图2中的增益控制器的详细方框图；图4显示的是根据本发明优选实施例的图2中的相关器的详细方框图。
优选实施例的说明下面将结合
本发明的优选实施例。
图2是说明根据本发明优选实施例的高功率放大器(HPA)的数字线性化器的方框图。如图中所示，该自适应预失真发射机优选包括除法器200和201，用于分割数字输入信号，一主放大单元202，用于将除法器200分割的同相和相位正交的数字输入信号I和Q放大，以及一定向耦合器203，用于对主放大单元202的输出信号采样。该线性化器还优选包括失真分量检测单元204，用于处理除法器201的输出信号和定向耦合器203的输出信号，以检测包含在主放大单元202的输出信号中的失真分量。优选设置除法器205以分割由失真分量检测单元204检测到的失真分量，优选设置一相关单元206以将除法器201和205的输出信号相互分开，从而控制失真分量检测单元204的操作。该线性化器还优选包括一偏差放大单元207，以放大由除法器205分割的失真分量，以及一定向耦合器209，用于将偏差放大单元207的输出信号与通过延迟器208输入的定向耦合器203的输出信号耦合，从而消除包含在主放大单元202的输出信号中的失真分量。
主放大单元202优选包括一数字-模拟转换器(DAC)21，其将数字输入信号I和Q转换为模拟信号，一混频器22，将所转换的模拟输入信号上变频为射频(RF)信号，以及一高功率放大器(HPA)23，用于将混频器22输出的RF信号放大。
失真分量检测单元204优选包括一延迟电路24，以将被除法器201分割的数字输入信号I和Q延迟，一增益控制器25，用于控制延迟的数字输入信号的增益，以及一延迟器26，用于将由增益控制的数字输入信号延迟。失真分量检测单元204还优选包括一混频器27，用于根据本机振荡(LO)信号将定向耦合器203的输出信号下变频为中频(IF)信号，一模拟-数字转换器(ADC)28，其将混频器27的输出信号转换为数字信号，以及一减法器29，其将ADC的输出信号从延迟电路26的输出信号中减去，以由此检测包含在主放大单元202的输出信号中的失真分量。
相关单元206优选包括延迟器30和32，以将被除法器201分割的数字输入信号I和Q延迟，以及一相关器31，其将延迟器30和32的输出信号相关，从而输出增益控制信号CI和CQ，以控制数字输入信号I和Q的增益。
偏差放大单元207优选包括数字-模拟转换器(DAC)33，以将由除法器205分割的数字失真分量转换为模拟信号，一混频器34，将所转换的模拟失真分量上变频为RF信号，以及偏差放大器35，用于将混频器34输出的RF失真分量放大。
在操作中，数字输入信号I和Q优选被除法器200分割并且所分割的信号分别通过路径80和81。通过路径80的数字输入信号I和Q优选输入至主放大单元202。通过路径81的数字输入信号I和Q优选被除法器201分割，并且所分割的信号分别通过路径82和83。
通过路径82输入至主放大单元202的数字输入信号I和Q优选被DAC 21转化为模拟信号。模拟信号优选由混频器22与LO信号耦合、被转换为RF信号、并由HPA 23放大。由于HPA 23的非线性特性，在主放大单元202的输出信号中可能包含很多失真分量。
失真分量检测单元204优选从路径82上的数字输入信号I和Q中减去被定向耦合器采样的主放大单元202的输出信号，以便检测失真分量。然后相关单元206优选地将路径83上的数字输入信号I和Q与从除法器205输出的失真分量检测单元204的失真分量相关，以便由此输出增益控制信号CI和CQ，该信号用于控制数字输入信号I和Q的增益。
通过路径82的数字输入信号I和Q的增益被从相关单元206输出的增益控制信号CI和CQ自适应地控制。因此，失真分量检测单元204可以从主放大单元202的输出信号中检测失真分量。
当检测到失真分量时，检测的失真分量优选通过除法器205并优选地输入至偏差放大单元207。输入至偏差放大单元207的失真分量优选被DAC 33转换为模拟信号。相应的模拟信号优选通过混频器34与振荡信号LO耦合，被转换为RF信号，并由HPA 35所放大。
因此，定向耦合器209可以通过将经由定向耦合器203和延迟器208而输入的主放大单元202的输出信号与由偏差放大单元207放大的失真分量耦合，从而有效地消除主放大单元202的输出信号中包含的失真分量。
如图2所示，失真分量检测单元204的增益控制器25优选根据从相关单元206输出的增益控制信号CI和CQ来控制由延迟器24延迟的数字输入信号I和Q的增益。
图3显示了增益控制器25的优选实施例。如图中所示，数字输入信号I和Q优选由DAC 41转换为模拟信号并被混合除法器42分割为信号I和信号Q。信号I和Q优选分别由乘法器43和44乘以增益控制信号CI和CQ，耦合器45优选将由增益控制的信号I和Q彼此耦合以形成数字输入信号，并向ADC 46输出数字输入信号。由增益控制的数字输入信号优选从ADC 46输出。
由增益控制的信号I和Q优选由延迟器26延迟，并加载到减法器29中。另外，由定向耦合器203采样的主放大单元202的输出信号优选由混频器27转换为IF信号，然后优选被ADC 28转换为数字信号并优选加载于减法器29中。减法器优选从延迟器26的输出信号中减去ADC 28的输出信号，这样检测出在主放大单元202的输出信号中包含的失真分量。
由于HPA 23的非线性特性以及增益控制器25的不精确的控制，在减法器29的输出信号中除了纯失真分量外，也会存在数字输入信号分量。
相关单元206的相关器31优选将路径83上的数字输入信号I和Q与从除法器205输出的失真分量相关，从而输出增益控制信号CI和CQ来控制数字输入信号I和Q的增益。
图4中显示了相关器31的优选实施例。如图4中所示，数字输入信号I和Q优选通过DAC 51被转换为模拟信号，并优选被混合除法器52分割为信号I和信号Q。失真分量DAC 53优选被转换为模拟信号，并优选由除法器54来分割。所分割的信号优选通过两条不同的路径。
乘法器55和56优选将所分割的信号I和Q分别乘上失真信号，并输出乘法运算的结果。幅值计算器57和58优选计算乘法器55和56的乘法值的幅值，从而输出增益控制信号CI和CQ。当在主放大单元202的输出信号中未包含失真分量时，乘法器55和56的输出值优选为“0”。
因此，通过路径82的数字输入信号I和Q的增益被相关单元206输出的增益控制信号CI和CQ自适应地控制。因此，失真分量检测单元204可以优选从主放大器202的输出信号中检测出纯失真分量。
本发明的优选实施例可以提供很多优点。例如，可以通过数字处理方法有效地补偿HPA的非线性特性。特别是，根据该优选实施例，因为信号被数字化处理，可以正确地执行减法并修正减法结果。
还有，根据本发明的优选实施例，通过适应于由时间及诸如温度或偏压等外部环境造成的HPA的非线性特性的变化而进行调整，可以提供更为精确和更为可靠的线性化器。
此外，根据本发明的优选实施例，因为除了主放大单元以及偏差放大单元外的所有部件的操作都是在低频带执行的，可以容易地控制部件的操作。例如，可以通过数字化控制信号的幅值和相位，来补偿HPA的非线性特性。
上述的实施例和优点仅是示例性的，并不构成对本发明的限制。本文的教导可以应用于其它类型的设备。本发明说明目的是对权利要求的范围加以说明而非限制。本领域的技术人员可以在其中进行各种形式上和细节上的变化，而不会脱离由所附权利要求限定的本发明精神和范围。在权利要求中，装置加功能的语句意在涵盖执行此处所描述功能的结构，不仅包括结构上的等同，而且包括等同的结构。
权利要求
1.一种数字线性化器，包括主放大单元，其配置成将第一路径上的数字输入信号放大，失真分量检测单元，其接收在第二路径上的数字输入信号和主放大单元的输出信号，并从主放大单元的输出信号中检测失真分量，以及相关单元，其接收在第三路径上的数字输入信号和所检测的失真分量，并配置成将所检测的失真分量与数字输入信号相关，以自适应地控制失真分量检测单元。
2.根据权利要求1所述的数字线性化器，其中所述失真分量检测单元输出加载到放大的数字输入信号中的补偿信号，以消除失真分量。
3.根据权利要求1所述的数字线性化器，其中所述相关单元被配置为根据失真分量的电平自适应地控制第二路径上的数字输入信号增益。
4.根据权利要求1所述的数字线性化器，还包括偏差放大单元，其配置为将从失真分量检测单元接收的检测到的失真分量放大；和定向耦合器，其配置为将主放大单元的输出信号与偏差放大单元的输出信号耦合，以消除主放大单元的输出信号中的失真分量。
5.根据权利要求1所述的数字线性化器，其中所述失真分量检测单元包括增益控制器，其配置为根据从所述相关单元输出的增益控制信号控制第二路径上的数字输入信号的增益。
6.根据权利要求5所述的数字线性化器，其中连接增益控制器以接收第一和第二增益控制信号，从而分别地控制数字输入信号的第一和第二分量。
7.根据权利要求6所述的数字线性化器，其中所述数字输入信号的第一分量是同相分量I，而数字输入信号的第二分量是正交相位分量Q。
8.根据权利要求5所述的数字线性化器，其中所述失真分量检测单元还包括第一延迟器，其配置成将第二路径上的数字输入信号延迟并向增益控制器提供延迟后的数字输入信号；第二延迟器，其配置成将增益控制器输出信号延迟；混频器，其配置成将主放大单元的输出信号转换为中频(IF)信号；模拟-数字转换器(ADC)，其配置成将IF信号转换为中间数字信号；和减法器，其配置成从由增益控制的数字输入信号中减去中间数字信号，以检测失真分量。
9.根据权利要求8所述的数字线性化器，其中所述增益控制器包括数字-模拟转换器(DAC)，其被配置成将延迟的数字输入信号转换为延迟的模拟输入信号；混合除法器，其将延迟的模拟输入信号分割为同相信号I和正交相位信号Q；第一和第二乘法器，其配置成分别将同相信号I乘上增益控制信号的同相分量，将正交相位信号Q乘上增益控制信号的正交相位分量；耦合器，将第一乘法器的输出与第二乘法器的输出耦合；模拟-数字转换器(ADC)，其配置成将所述耦合器的模拟输出转换为由增益控制的数字输入信号。
10.根据权利要求1所述的数字线性化器，其中所述相关单元包括第一延迟器，其配置成将第三路径上的数字输入信号延迟；第二延迟器，其配置成将检测到的失真分量延迟；和相关器，其配置成将第一延迟器的输出与第二延迟器的输出相关，以产生增益控制信号。
11.根据权利要求7所述的数字线性化器，其中所述增益控制信号包括同相增益控制信号和正交相位增益控制信号。
12.根据权利要求11所述的数字线性化器，其中所述同相增益控制信号和正交相位增益控制信号被提供给所述失真分量检测单元的增益控制器，以控制所述第二路径上的数字输入信号的增益。
13.根据权利要求10所述的数字线性化器，其中所述相关器包括第一数字-模拟转换器(DAC)，其配置成将第一延迟器的输出转换为第一模拟延迟信号；混合除法器，其配置成将该第一模拟的延迟信号分割为同相信号I和正交相位信号Q；第二DAC，其配置成将所述第二延迟器的输出转换为第二模拟延迟信号；第一和第二乘法器，其配置成分别将同相信号I乘上第二模拟的延迟信号和将正交相位信号Q乘上第二模拟的延迟信号；和第一和第二幅值计算器，其配置成计算第一和第二乘法器各自的输出信号的幅值，以产生第一和第二增益控制信号。
14.根据权利要求11所述的数字线性化器，其中所述第一增益控制信号是同相的增益控制信号，而第二增益控制信号是相位正交的增益控制信号。
15.一种数字线性化器，包括主放大单元，其配置成将第一路径上的数字输入信号放大；失真分量检测单元，其配置成用主放大单元的输出信号处理在第二路径上的数字输入信号，并从主放大单元的输出信号中检测失真分量；相关单元，其将所检测的失真分量与在第三路径上的数字输入信号相关，以自适应地控制失真分量检测单元；偏差放大单元，其配置成将所检测的失真分量放大；以及定向耦合器，其配置成将主放大单元的输出与偏差放大单元的输出耦合，以消除在主放大单元的输出信号中包含的失真分量。
16.根据权利要求15所述的数字线性化器，其中失真分量检测单元还包括第一延迟器，其配置成将第二路径上的数字输入信号延迟；增益控制器，其配置成根据从相关单元输出的增益控制信号控制第二路径上数字输入信号的增益；第二延迟器，其配置成将增益控制器输出信号延迟；混频器，其配置成将主放大单元的输出信号转换为IF信号；模拟-数字转换器(ADC)，其配置成将IF信号转换为中间数字信号；和减法器，其配置成从由增益控制的数字输入信号中减去所述中间数字信号，以检测失真分量。
17.根据权利要求15所述的数字线性化器，其中所述相关单元包括第一延迟器，其配置成将第三路径上的数字输入信号延迟；第二延迟器，其配置成将检测到的失真分量延迟；和相关器，其配置成将第一延迟器的输出与第二延迟器的输出相关，以产生增益控制信号。
18.根据权利要求17所述的数字线性化器，其中所述相关器包括第一数字-模拟转换器(DAC)，其配置成将第一延迟器的输出转换为第一模拟延迟信号；混合除法器，其配置成将该第一模拟的延迟信号分割为同相信号I和正交相位信号Q；第二DAC，其配置成将第二延迟的输出转换为第二模拟延迟信号；第一和第二乘法器，其配置成分别将同相信号I乘上第二模拟的延迟信号和将正交相位信号Q乘上第二模拟的延迟信号；和第一和第二幅值计算器，其配置成计算第一和第二乘法器各自的输出信号的幅值，以产生第一和第二增益控制信号。
19.根据权利要求16所述的数字线性化器，其中增益控制器包括数字-模拟转换器(DAC)，其被配置成将延迟的数字输入信号转换为延迟的模拟输入信号；混合除法器，其将延迟的模拟输入信号分割为同相信号I和正交相位信号Q；第一和第二乘法器，其配置成分别将同相信号I乘上增益控制信号的同相分量，将正交相位信号Q乘上增益控制信号的正交相位分量；耦合器，其将所述第一乘法器的输出与所述第二乘法器的输出耦合；模拟-数字转换器(ADC)，其配置成将耦合器的模拟输出转换为由增益控制的数字输入信号。
全文摘要
提供一种数字线性化方法,将第一路径上的数字输入信号与主放大单元的输出信号一起运算,以检测主放大单元的数字输入信号中的失真分量。将第二路径上的数字输入信号与所检测的失真分量相关,以在检测失真分量期间自适应地控制第二路径上数字输入信号的增益。因此,根据上述方法,通过放大所检测的失真分量并将放大的失真分量与主放大单元的输出信号耦合,可以有效地和准确地消除在主放大单元的数字输入信号中包含的失真分量。
文档编号H04B1/04GK1362784SQ0114482
公开日2002年8月7日 申请日期2001年12月26日 优先权日2000年12月26日
发明者金优植, 金大源 申请人:Lg电子株式会社