专利名称：利用一个补偿的多输出信号源的方法和设备的制作方法
技术领域：
本发明一般涉及要求已知道多信号路径间关系的信号处理电路，比如要求放大路径间相位和幅度平衡关系的放大电路。
许多信号处理电路有需要在横越多信号路径的信号间保持已知的关系。但实际上，电路内的不完美性能够影响这些关系并且不利于该电路的性能。一个重要的例子是使用非线性元件(LINC)技术作线性放大的放大器。在一个典型的LINC放大器中，要放大的信号被分解为两路信号，两者具有相等和不变的包络。大家知道这是使用基带同相(I)和正交(Q)信号调制一个射频(RF)载波信号来获得两路信号。分解的信号被分别地放大然后合成来形成一个线性放大的信号。LINC放大器是有吸引力的，因为要放大的信号有一个不变的包络，因而能够将高效的非线性射频(RF)功率放大器用于放大。由于要求两个信号具有相等的幅度和合宜的相位关系，所以在每个放大路径内用作信号处理的相位和增益要平衡是很重要的。
对LINC放大器的愿望尚未完全实现，部分是因为对于利用单独放大路径的放大信号，研制保持相位和增益平衡电路的困难性。例如，可能要求对连接功率的邻近通道实现幅度信号精度为-65dBc的水平，而对于横越不同放大路径的信号，相位和增益的分辩率在0.5％以内。在放大电路中制造的不完美性使得这些平衡要求难于实现。
现有技术说明了许多方法论述这些电路的不完美性。在一种方法中，对RF信号进行相位和功率测量，而这些测量结果用来调节信号路径的不平衡性。调节通常包含沿着RF信号路径的相位和幅度校正。一般说，相位测量和调节往往是复杂的并难于绝对精确地实现。在另一种现有的方法中，使用了一种反馈环路，它要求RF信号的采样和处理与原始基带I和Q信号相比较。这种方法通常要求复杂的稳定性分析来处理阻抗负载的变化以及其它因素。
由于元件的不完美性和能在信号处理中引起不希望的变化的工作环境，因此希望在电路中提供一些差异。这就有可能实现LINC放大器和其它电路，它们要求在一个电路的不同部分所处理的信号间保持一个精确的关系。所以需要一种新的方法来补偿电路的不完美性。
图1是按照本发明利用补偿的信号源的电路设备方框图。
图2是按照本发明利用电路补偿的LINC放大器的方框图。
图3是按照本发明图2的LINC放大器的部分电路图，它强调了与一个笛卡尔LINC系统有关的不平衡性的贡献者。
图4表示在LINC放大器中信道正交相位不平衡性与信道正交信号的合成电压间的关系，图5表示按照本发明在信道相位不平衡性和一个LINC放大器的电压输出之间的关系。
图6是按照本发明补偿一个电路中的不完美性的程序概要。
图7是按照本发明的一个无线通信装置的方框图，该装置使用了一个带有补偿的信号源的LINC放大电路。
本发明利用一个补偿的信号源来校正一个特殊电路内的不完美性。这个方法在横越多信号路径的信号间要求保持一个已知关系的电路中是特别有用的。使用非线性元件(LINC)放大器的线性放大就是这样的一个例子。补偿的信号源最好是利用基带信号和一个射频(RF)载波信号来产生一组源输出信号，它们以一种开环组态连接到该特殊电路。信号源工作于表示特征的状态，它可以使用一个训练组态或测试组态，这些组态是设计成用来强调在信号源内和特殊电路内的不完美性。在使用训练组态时，测量源输出信号和一个或多个来自特殊电路的输出来研究表示不完美性的参量。信号源工作于正常状态，这里根据所测量的参量应用补偿来说明不完美性。通过控制基带信号，至少是部分地应用补偿。
图1是按照本发明的一个简化的方框图，它说明一个普通的补偿电路设备100。该补偿电路设备100包括一个补偿模块110，一个信号调制器120，一个信号检测器130，以及一个应用电路140。补偿模块110和信号调制器120一起组成一个补偿的信号源。该电路设备100工作在一种组态或表示特征的状态，这里表征电路设备中的不完美性。电路设备100是轮流地工作于正常工作状态或应用状态，其中输入信号102受到处理产生一个输出信号145。在表示特征状态中，信号检测器130测量信号125和测量信号145，前者来源于信号调制器120并连接到电路140，后者来自电路140的输出。信号检测器130有一个输出135连接到补偿模块110。信号检测器130的输出135用于按照一个误差模型来设计参量，该模型表示电路设备100内可能的不完美性。在正常工作状态，当处理输入信号102时，使用在表示特征状态期间所设计出的补偿值，并将补偿的信号115施加到信号调制器120。补偿模块110根据特殊的应用也可能被用于直接控制电路140。
图2是按照本发明的一个LINC放大器电路200的方框图，它处理一个输入信息信号202来产生一个放大器输出信号255。LINC放大电路200利用由补偿模块210和信号调制器220所组成的补偿信号源来补偿开环组态中电路的不完美性。补偿模块210包括一个数字-模拟(D/A)变换器211，一个存贮器212，和一个基带信号发生器213。补偿模块210输入信息信号202，输出一组基带信号216，217，218，219，并将它们连接到信号调制器220。信号调制器220利用基带信号216，217，218，219和一个射频信号源221来产生两个有着相等并不变包络的RF源信号226和227。RF源信号226和227组成输入信号送到一对放大电路230和240。放大电路230，240被设计成独立地放大各自的RF源输入信号226，227，并以一种相同的方式来产生被放大信号235，245。在放大的信号235，245和输入信号226，227之间最好保持着相位和幅度关系。因此，放大电路230，240具有增益和相位平衡电路来处理它们各自的有着相等而不变包络的输入信号是非常重要的。已放大的信号235，245用一加法器或合成器250合成来产生放大器输出信号255。
为了表征不完美性的目的，放大电路200有一个信号检测器，在优选的实施例中，它构成功率检测器272，274，276。功率检测器272，274，276分别地连接到RF源信号226，227以及已放大信号255，并且有选择地运用来检测各自的信号电平。功率检测器272，274，276连接到补偿模块210来提供信号电平信息。为了补偿目的，放大器电路200包括增益调节器262，264，他们分别地连接到放大电路230，240。增益调节器262，264连接到提供操作控制的补偿模块。
LINC放大器200工作于表示特征状态或正常工作状态。当工作于表示特征状态时，一个训练组态应用于信号源210，220来强调信号源210，220内放大电路230，240和加法器内的不完美性。最好是通过控制基带信号输入，应用训练组态来产生预先定义的测试条件。应用功率检测器272，274，276来测量到放大电路230，240输入端以及表示已放大信号的输出端255的信号电平。补偿模块210研究出误差模型的参量，该模型表示放大器电路200内的不完善性。应用功率电平测量结果来导出存在存贮器212内的幅度和相位校正值。实际上，产生的数据表征通过放大电路230，240表示的放大路径间幅度和相位的不平衡性，以及信号源210，220内的不完美性。
当LINC放大器工作在正常工作状态，补偿模块处理信息信号202来产生基带输入信号，修改该信号来调整信号源210，220，放大电路230，240，以及加法器250内幅度和相位不平衡的信号处理。
图3是一电路图，它是LINC放大器电路200的重点部分，从这里研究出表征电路不完美性的误差模型的参量。在一个使用笛卡尔RF信号处理实现的信号调制器220中，使用基带信号216，217，218，219来调制一个来自RF源221的信号以便产生源或信道信号226，227。一个信号分离器310将来自RF源221的工作在两倍于本地振荡频率(2×LO)的RF信号分解为信号分量(LO1，LO2)311，312，它们具有相等的幅度但有90°相位差。表示同相分量(I1)和正交分量(Q1)的基带信号216，217与RF载波信号LO2，LO1在混频器322，323进行混频。合成的混频信号326，327输入到加法器331，它输出信道信号226。同样地，基带信号218，219组成同相分量(I2)和正交分量(Q2)，它们与RF载波信号LO2，LO1在混频器324，325进行混频。合成的混频信号328，329输入到加法器332，它输出信道信号227。
当I1和LO2的乘积相对于Q1和LO1的乘积不具有相等的幅度和准确的90°相位差时，就产生了正交平衡误差现象。当分别来自放大器230，240的输出信号E，F由于放大器230，240间的不平衡性，而不具有如同放大器输入信号226，227那样的相同幅度和相移关系时，就产生了信道不平衡现象。可以利用有关不平衡的源的知识来导出一组方程式，对于各种加法器输入信号它描述增益和相位不平衡间的关系。因此，在加法器331，332的输入端和加法器250的输入端就能识别出信号参量A，B，C，D，E和F，从这里可以发现电路不完美性的特征表示。根据所描述的电路组态，从以下公式可以导出相对的增益和相位不平衡性A＝COS(ωLO(t))B＝G1Sin(ωLO(t)+φ1)C＝COS(ωLO(t))D＝G2Sin(ωLO(t)+φ2)E＝(A+B)GAF＝G〔COS(ωLO(t)+θ)+G2Sin(ωLO(t)+φ2+θ)在以上公式中，ωLO是本地振荡器产生的频率的一半，GA是放大器230的增益。G1和φ1表示信号B相对于信号A的增益和相位的不平衡。G2和φ2表示信号C相对于信号D的增益和相位的不平衡。G和θ表示信号F相对于信号E的信道增益和相位的不平衡。使用这些关系作为一个误差模型，一个特征表示或校正过程就可用来帮助调整不平衡。
在优选实施例的特征表示过程中，建立一个第一测试条件，这里I1是用在它期望的峰值，功率放大器230的功率设置调节为所希望的输出电平。同样地，I2是用在它期望的峰值电平，而功率放大器240的功率设置调节为所希望的功率电平。这样，用功率放大器230，240独立的功率设置就把增益不平衡性G考虑进去了。人们希望信号A和B有着相同的幅度，并且信号C和D也有着相同的幅度。为了实现这些幅度条件，Q1的值设为1而调节相乘因子G1来实现一个希望的输出功率，如同用功率检测器272决定的那样，等于当I1的值设为1而Q2设为0时的值。对于信号Q2和相对于信号I2的相乘因子G2，重复在以上过程中设置的幅度。此时确定因子G，G1和G2，并且当用G，G1，和G2补偿四个信号I1，Q1、I2，Q2中的任一个信号的值设为1时，输出功率应该处在所希望的电平上。在已经考虑到相位不平衡之后，电平维持在幅度为1的I和Q信号的合成也将会有一个固定的输出功率。信号A和C是对于每个信道的同相参考项，并被用来确定信道相位不平衡项θ。
参考图4，为了实现信道正交平衡，信道分量I1和Q1应用相等值，I1＝1和Q＝1，并且G1补偿用于Q1。用功率检测器272测量合成的信道信号功率(P1)，它表示为矢量V(A+B)。然后，设置Q1为-1，用功率检测器272测量信号电平(P2)，它表示为矢量V(A-B)。从以下的功率比的关系可以确定分解正交相位的不平衡性Sinφ＝1-P1/P2利用相对的功率测量结果确定相位不平衡是很重要的，因为它避免了相位测量的费用和复杂性。通过给I1基带同相项加一个附加项，正交相位不平衡就得到了补偿。用下列关系对I1和Q1进行预处理，就完成了补偿的信道信号226(A+B)A+B＝(I1-Q1Sinφ1)COS(ωLO(t))+(G1)-1Secφ1COS(ωLO(t))。
同样地，确定信道信号227的正交相位不平衡，并补偿如下参考图5，用于信道信号226的同相参考信号+I1和一个与I1相反的矢量，同相参考信号(-I2)227用作一个测试条件下的信道信号来确定信道相位不平衡θ。注意从上述方程中，用于这个测试条件的基带项是I1＝1，I2＝-1，Q1＝0，和Q2＝0；A+B＝I1COS(ωLO(t))；和C+D＝-GI2COS(ωLO(t))。
功率比再次被用来确定信道相位不平衡项θCOSθ＝1-2P0/Pref；这里P0是I2＝-1，而I1＝1时，功率检测器276测出的功率，Pref是I1＝1，而I2＝0时或I2＝1，而I1＝0时，功率检测器276测出的功率。这个功率P0相应于图5中的电压矢量V0。相对于信道与235使用以下基带关系，应用相位不平衡项θ来补偿信道信号245；Iθ＝I2COSθ-Q2Sinθ；
Qθ＝I2Sinθ+Q2COSθ；这里Iθ和Qθ表示考虑到补偿的信道相位。通过把信道相位不平衡用于图5测试条件，并且倒转θ的符号来使得276的功率为0，就能确定信道相位不平衡项的符号。
总的不平衡补偿的基带项如下I1′＝I1-Q1Sinφ1Q2′＝G1-1Secφ1Q1I2′＝G(Iθ-QθSinθ2)＝G〔I2COSθ-Q2G2Sinφ2COSθ-Q2G2-1Secφ2Sinθ〕Q2′＝G(G2-1QθSecφ2)＝G〔I2Sinθ-Q2G2Sinφ2COSθ+Q2G2-1Secφ2Cosθ〕这里I1，Q1，I2和Q2是时变值，它由输入相位和幅度调制的信息信号202的笛卡尔变换所确定，而I1′，Q1′，I2′，Q2′是从补偿模块输出的补偿的基带信号。
在一个LINC组态中某些实行方法可能不具有一种措施，在那里可以断形一个信道如在功率设置测试装置中描述的那样。通过首先应用从272和274处的测量结果来的补偿项G1，G2，φ1和φ2，单独的LINC信道功率可用两个信道设置。利用图5的测试条件，项G和θ可以重复使用于276处输出功率测量结果为0的情况。另一方面，在放大器230和240使用功率调节262和264能够调节G。对于放大器230和240的非线性或压缩操作的利用，功率设置调节262和264是有用的。
图6是一补偿的电路设备的概括过程的流程图，该设备利用一个补偿的信号源来考虑电路内的不完美性。一个信号源产生RF源信号，它们被连接到一个特殊电路来产生一个输出，步骤610，620。RF源输出信号最好由RF载波信号上的调制基带信号产生。在优选的实施例中，特殊电路是一个具有第一和第二放大路径的LINC放大器电路。RF源输出两个不变包络的RF信号。它们具有相同的幅度和偏离相位关系，这表示一个信息信号。两个输出信号连接到第一和第二放大路径，而总的放大信号相加组成一个放大器输出信号。
补偿的电路设备工作在表征状态和正常状态。表征状态用来确定应用在正常状态期间的电路补偿参量。因此，该设备在表征状态和正常状态之间选择，步骤630。在表征状态时，基带信号以这样方式受到调制。即应用一个训练组态或预定的测试条件来强调信号源内和特殊电路内的不完美性，步骤640。使用训练组态时，至少有些参量在RF源的输出处测量，并且至少一个参量在特殊电路的输出处测量，步骤650。这些参量是用来研究一个表示不完美性的误差模型。在优选实施例中，电路的不完美性往往是与幅度和相位的信号处理有关。因此，功率电平是在放大电路输入端和在合成器输出端测量的，而幅度和相位校正值是从功率电平测量结果，导出的。研制成功后，对于一个给定的电路组态和工作条件，补偿值往往是固定的。
当补偿的电路设备选择正常工作状态时，步骤630，由参量导出的信息用来控制基带信号以补偿电路的不完美性，步骤660。当产生RF源输出信号时，通过修正基带信号的幅度进行补偿。在优选实施例中，有选择地运用补偿信息来调节一个或多个放大电路的增益以平衡两个两个放大路径间的增益。
图7是按照本发明的一个通信装置700的方框图。通信装置700是一个轻便式双向元线电台，它具有通信电路系统730，740用于通过射频信道进行通信。无线电台包括耦合部件。一个接收机730，一个发射机740，一个控制器710，存贮器720，一个发射/接收开关750和一个天线760。发射机740使用一个LINC放大器742，744，它包括按照本发明组成的放大电路742和补偿的信号源744。
无线电台的工作由控制器710管理，它是在连接的存贮器720内存贮的指令控制下来完成接收和发射工作。对于接收工作，发射/接收开关750有选择地连接天线到接收机730。对于发射工作，发射/接收开关750连接发射机740来发射/接收开关。对于LINC放大器742，744，控制器710控制发射机在表示特征状态和正常工作状态之间作出选择。在组态方式时，补偿的信号源和放大电路得到表征来确定LINC放大器742，744内电路的不完美性。在正常状态当处理信号要发射时，使用从电路不完美性的表征中导出的信息。
本发明提供的许多重要优点超过了现有技术。所描述的补偿方法可被用来调节由于元件的不完美性和会在信号处理中引起不希望变化的工作条件所产生的电路差异。因此，在一个电路的不同部分，例如一个LINC放大器，处理的信号间要求保持一个精确关系的应用得以实现。各种其它应用也在考虑中。例如图1的电路140可组成一个Doherty放大器或电路测量和表征设备。在这些应用中，利用类似于上述那样的分析能够设计出一种误差模型。本发明的一个重要特点就是不需要在直接相位测量的条件下，有设计相位补偿调节的能力。在优选的实施例中，进行相位调节只利用在开环组态的功率测量结果，因而避免了在现有技术中的复杂性和不稳定性的问题。
尽管已经图示和说明了本发明的优选实施例，但很清楚本发明是不受此限的。在不偏离由附加权利要求书所限定的本发明精神和范围的条件下，本领域的技术人员对于本发明可能含有许多修正、改动、变化、替换等。
权利要求
1.利用信号源的一种方法，该信号源具有连接到一个特殊电路的多个信号输出，它包括以下步骤为了突出信号源内和特殊电路内的不完美性，提供一个训练组态给该信号源；在使用训练组态期间，测量参量来设计一个表示不完美性的误差模型，那里至少有些参量是在多个信号输出处测量的；以及根据这些参量对该信号源进行补偿，这个补偿影响到多个信号输出并补偿不完美性。
2.权利要求1的方法，其中特殊电路有一个输出，而且测量参量的步骤还包含至少一个参量是在特殊电路输出处测量的步骤。
3.权利要求1的方法，其中不完美性与幅度和相位的信号处理有关。
4.权利要求3的方法，其中测量参量的步骤还包含测量功率电平来确定参量的步骤。
5.该方法包含以下步骤通过用基带信号调制一个RF载波信号，由一个信号源产生多个射频(RF)信号；连接多个RF信号到特殊电路来产生一个输出；使信号源轮流地工作在表征状态和正常状态；在表征状态时按照一个预先定义的组态通过控制基带信号表征特殊电路内的不完美性；测量多个射频(RF)信号和特殊电路的输出以便设计表示特殊电路内不完美性的参量；以及在正常状态时根据从参量导出的信息控制基带信号，以便补偿特殊电路内的不完美性。
6.权利要求5的方法，其中特殊电路包含一个放大电路。
7.权利要求6的方法，其中放大电路包含一个用非线性元件(LINC)放大器的线性放大，该放大器具有连接到多个RF信号的第一和第二RF信号的第一和第二放大路径。
8.权利要求7的方法，其中表征不完美性的步骤还包括产生在第一和第二放大路径间表征幅度和相位不平衡性的数据。
9.工作于表征状态和正常状态的一个设备包括一个信号源，它具有多个基带信号和一个射频(RF)载波信号作为输入，并且具有从多个基带信号和RF载波信号的合成所导出的第一和第二源信号作为输出；一个特殊电路以第一和第二源信号作为输出并且具有一个输出信号；当工作在表征状态，该设备按照一个预先定义的组态，通过控制多个基带信号表征特殊电路内的不完美性；以及测量第一和第二源信号和输出信号以便设计表示特殊电路内不完美性的参量；以及当工作在正常状态该设备根据从参量导出的信息来控制多个基带信号以便补偿特殊电路内的不完美性。
10.一个无线电台包括通信电路；以及一个连接到通信电路的发射机，发射机包括一个LINC放大器，它包含一个信号源，它具有多个基带信号和一个射频(RF)载波信号作为输入，并且具有从多个基带信号和RF载波信号的合成所导出的第一和第二源信号作为输出；放大电路，它具有第一和第二源信号作为输入并且具有一个输出信号；当LINC放大器工作于第一状态按照一个预先定义的组态，通过控制多个基带信号表征放大电路内的不完美性；以及测量第一和第二源信号以及输出信号，以便设计表示放大电路内不完美性的参量；以及当LINC放大器工作于第二状态根据从参量导出的信息控制多个基带信号，以便补偿放大电路内的不完美性。
全文摘要
一个补偿的信号源(210,220)利用基带信号和一个射频载波信号来产生一组连接到特殊电路(230,240,250)的源输出信号(226,227)。信号源(210,220)工作于表征状态时,应用一种测试组态并且测量来自信号源和特殊电路的输出,以便设计表示信号源内和特殊电路内不完美性的参量。信号源(210,220)工作于正常状态时,根据所测量的参量进行补偿电路的不完美性。
文档编号H04L27/36GK1190286SQ97125369
公开日1998年8月12日 申请日期1997年12月10日 优先权日1996年12月11日
发明者罗伯特·E·斯藤格尔, 斯科特·A·奥尔森 申请人:摩托罗拉公司