专利名称：功率放大器线性化环路中的延时补偿的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种功率放大器线性化环路中补偿延时的方法，该环路包括一个I/Q调制器，一个或多个需线性化并产生延时的功率放大器，以及一个包括一个反馈回路，该反馈回路包括一个I/Q解调器，该I/Q调制器与该I/Q解调器从同一本地振荡器获得振荡频率。
由于要求发射信号的频谱，不能扩展到宽于实际有用信号的带宽，举例来说，当前的数字无线通信系统中需要线性化的放大器。频谱扩展是由放大器的非线性引起的，并且比如，它会对相邻信道产生干扰。放大级的线性依赖于其怎样偏置，并且可根据其线性分类例如，A类放大器线性最好而效率很低，而C类放大器有很高的效率，但其非线性也很高。在功率放大器中，高效性是一个重要特性，在电池容量受限的无线通信设备中，这一点尤其重要。因此，需要使用那些具有高效率，而非线性的，需线性化的放大器。
一种已知的线性化非线性射频功率放大器的方法是笛卡尔反馈。概括来说，其工作原理如下要发射的数据包含在基带信号I和Q中。这些信号输送到一个I/Q调制器，在该调制器中信号被组合并直接调制到终频(final frequency)。终频信号由一个或多个非线性射频功率放大器放大并输送给天线。经放大的射频信号，在终级放大级后被抽样，如由方向耦合器抽样。抽样信号输送到I/Q解调器，在该解调器中解调到基带，I和Q信号从中分离出来。最后，基带I和Q抽样信号叠加到实际的I和Q信号上。这种叠加使I和Q信号预失真，基于该预失真，功率放大器中产生的非线性至少部分地被消除了。
上面描述的装置存在的一个问题是，I/Q调制器和I/Q解调器两者从同一信号源接收本地振荡信号。另一方面，功率放大器产生延时，经过抽样的I和Q信号以错误的相位返回。这个失真可通过调整作用于I/Q解调器的本地振荡信号的相位对应于I和Q抽样信号的相位来补偿。在已知解决方案中，这种相位调整由变换器、特定的相位翻转电路或数字相位调整器来实现。在占据空间和相对较昂贵这两方面，各已知方案是相似的。而且，这些方案通常既复杂，在生产中还需要大量手工劳动。因此，这样的方案非常不适于大量生产的小型移动通信设备。
因此，本发明的一个目的是提供一种方法和一种实现该方法的设备，以便解决上面提到的问题。本发明的目的可由在功率放大器线性化环路中补偿延时的方法来实现，该环路包括一个I/Q调制器，一个或多个需线性化并产生延时的功率放大器，以及一个反馈回路，该反馈回路包括一个I/Q解调器，该I/Q调制器与该I/Q解调器从同一本地振荡器获得振荡频率，从而，反馈中功率放大器产生的延时，由延时作用于I/Q解调器的本地振荡信号来补偿，这样，该方法的特征在于，作用于I/Q解调器的本地振荡信号的延时，由一个经过优化，具有大的延时的放大器产生，优选情况为一小信号放大器。
本发明是基于这样的思想，延时由延时来补偿，而不是由相位调整。换句话说，一种产生相移的装置，由一种对应用于本地振荡器的I/Q解调器的信号分支产生延时的装置取代。本方案的一个优点是该装置相当简单。根据本发明，作用于I/Q解调器的本地振荡信号的延时，由一个经过优化，具有大的延时的放大器产生，优选情况为一小信号放大器。组延时，也就是放大器的延时，是5到10ns或更大些为优选情况。因为，在任何情况下，本地振荡信号通常必须在I/Q解调器之前放大，优化一个现存信号放大器使之具有延时，就能方便地使用本发明的方法。优点是不需附加的相位调整电路。
本发明尤其涉及一种功率放大器的线性化装置，该装置包括一个I/Q调制器，在该调制器中，包含数据的基带信号I和Q被组合并调制到终频；一个或多个需线性化并产生延时的功率放大器，终频信号由该功率放大器放大，放大后该信号输送给天线发射；一个抽样装置，放大后的终频信号在天线之前由该抽样装置抽样；一个I/Q解调器，所述信号样本作用于该解调器，并在其中解调到基带，I和Q抽样信号从中分离出来；一个反馈，经解调从信号样本中分离出来的I和Q抽样信号通过该反馈叠加到实际的I和Q信号上；和一个本地振荡器，本地振荡信号从该本地振荡器输送到I/Q调制器与I/Q解调器，因此，在本地振荡器和I/Q解调器间提供了一种装置，通过该装置，作用于I/Q解调器的本地振荡信号被延时，以补偿功率放大器中产生的延时，所以，该线性化装置的特征在于，用于延时作用于I/Q解调器的本地振荡信号的装置是一个放大器，该放大器经优化对要求的频率范围产生要求的延时，并且，在优选方式下，该放大器为小信号放大器。根据本发明，用于延时作用于I/Q解调器的本地振荡信号的装置是一个放大器，该放大器经优化对要求的频率范围产生要求的延时，并且，在优选方式下，该放大器为小信号放大器。通过这样一种装置，本发明的方法提供的优点可由一种简单结构来获得，该结构几乎不需附加部件且相当便宜。
现在，参照附图，对本发明的优选方案作详细描述，其中，
图1示出了基于本发明的一种功率放大器线性化装置的方框图，图2示出了基于本发明的，经过优化具有延时的晶体管放大级的电路图，以及图3示出了作为带通型放大级频率函数的输入和输出匹配，即，反射衰耗，组延时，即，延时，以及放大。
概括来说，一种按照图1的功率放大器的线性化装置包括一个I/Q调制器10，一个I/Q解调器11，至少一个需线性化的功率放大器13，一个本地振荡器14，一个延时单元12，以及一个天线15。I/Q调制器10和I/Q解调器11以正交调制原理工作。这使两个独立信号在一个发射机中被组合在一起，并以同一发射频带发射出去，再在接收机中相互分离开来。正交调制的原理是两个独立的信号I和Q(同相和正交相位)使用同一载频进行调制，但载波的相位以这样一种方式相区别，信号Q的载波滞后信号I的载波90°。调制后信号叠加在一起。和信号被解调时，信号I和Q可根据其相位差分离开来。为了确保本方法的有效性，根据形成载波的信号，调制器和解调器使用的本地振荡信号必须是同一频率，并且相位正确。
包含数据的基带I和Q信号输送到I/Q调制器10，在该调制器中信号被组合并调制到终频(发射频率)。终频信号进一步输送给非线性功率放大器13，在该功率放大器中信号被放大。可以有几个串行耦合的功率放大器13。放大后，信号输送到天线15发射。
放大后的终频信号在放大级功率放大器13后抽样，并输送给I/Q解调器11，在该解调器中，抽样信号解调到基带，I和Q抽样信号从中分离出来。获得的基带I和Q抽样信号叠加到实际的I和Q信号上。抽样信号与实际信号的叠加以这样一种方式预修正作用于I/Q调制器10，并进一步作用于功率放大器13的信号，使得由功率放大器13产生的非线性尽可能被消除。
本地振荡单元14产生一个振荡信号，该信号输送到I/Q调制器10，并通过延时单元12输送到I/Q解调器11。作用于I/Q解调器11的本地振荡信号在延时单元12中被延时，因为，作用于I/Q解调器11，并在I/Q调制器10中调制的，由本地振荡器14同步的抽样信号在功率放大器13中被延时了。为确保抽样信号以正确的方式解调，作用于I/Q解调器的本地振荡信号和抽样信号相互之间必须保持正确的相位。因此功率放大器对信号产生的延时由延时单元12补偿了。
图2示出了基于本发明的，经过优化具有延时的小信号放大器的电路图，为清晰起见，电路图仅包括与本发明关系最大的部件。
在放大器中产生延时是基于已知事实延时是作为角频率函数的来自于相位。也就是说，特定频率范围内相位的巨变，也会导致该范围内巨大的延时。在由申请人进行的仿真和实际测试中发现，要求频率范围的相位的巨变最好，可由输入匹配为高通型，输出匹配为低通型的放大器实现。
概括来说，图2所示装置的工作如下信号由IN口输入。依靠由电容器C1、C2和线圈L1构成的匹配电路输入设计成高通型。通过了匹配电路的信号控制晶体管T。晶体管T将该信号放大，经过放大的信号向前通过输出匹配电路。依靠由线圈L2、L3和电容器C3构成的匹配电路，输出设计成低通型。通过输出匹配电路的信号经OUT口输出。
输入和输出匹配电路进一步共同设计，以构成一个带通型放大器。由输入和输出匹配限制的带宽越窄，由放大器产生的信号相位的变化越大，从而延时也越大。如果输入和输出匹配设计成同一频率，就会产生一峰状延时，该延时极大但只在很窄的频率范围有效。然而，这没有多大意义，当输入匹配在所需延时的频带的上边沿，而输出匹配在所需延时的频带的下边沿时，得到更合人意的结果。于是，结果是在较宽频率范围内有效的相对稳定的延时。图3示出了这种放大器作为频率的函数的频率响应S21和延时GD。S11描述高通型输入的匹配，也就是返回衰耗。输入匹配稍高于约为380MHz的平均频率。相应地，S22描述低通型输出的匹配，也就是返回衰耗。输出匹配稍低于约为380MHz的平均频率。在输入输出的匹配点间形成了一个放大器组延时，即延时GD相对稳定的频带。设计时，输入输出匹配点相互之间以及其与平均频率之间靠的越近，延时曲线GD就越高且越尖锐。使用可调部件，本装置也可设计成可调型，例如，可由一个适当的容性二极管代替电容器C3来实现。
如果在本地振荡器14和I/Q解调器11间使用了本地振荡信号放大器，根据图2并产生延时的装置加到这种放大器上将相对简单而且便宜。没有偏离本发明的思想，本装置可由许多方式实现，例如使用分立元件或将延时装置集成到IC电路中。
显然，对本领域的技术人员，随着技术的进步，本发明的基本思想可由多种方式实现。因此，本发明及其实施方案并不限于上面描述的例子，而能在权利要求书的范围内变化。
权利要求
1.一种功率放大器线性化环路中补偿延时的方法，该环路包括一个I/Q调制器，一个或多个需线性化并产生延时的功率放大器，以及一个反馈回路，该反馈回路包括一个I/Q解调器的反馈回路，该I/Q调制器与该I/Q解调器从同一本地振荡器获得振荡频率，从而，在反馈中，功率放大器产生的延时，由延时作用于I/Q解调器的本地振荡信号来补偿，其特征在于，作用于I/Q解调器的本地振荡信号的延时，由一个经过优化，具有大的延时的放大器产生，优选情况为一小信号放大器。
2.一种功率放大器的线性化装置，该装置包括一个I/Q调制器(10)，在该调制器中，包含数据的基带信号I和Q被组合并调制到终频；一个或多个需线性化并产生延时的功率放大器(13)，终频信号由该功率放大器放大，放大后该信号输送给天线(15)发射；一个抽样装置，放大后的终频信号在天线之前由该抽样装置抽样；一个I/Q解调器(11)，所述信号样本作用于该解调器并在其中解调到基带，I和Q抽样信号从中分离出来；一个反馈，经解调从信号样本中分离出来的I和Q抽样信号叠加到实际的I和Q信号上；一个本地振荡器(14)，本地振荡信号从该本地振荡器输送到I/Q调制器(10)与I/Q解调器(11)，从而，在本地振荡器(14)和I/Q解调器(11)间提供了一种装置，通过该装置，作用于I/Q解调器(11)的本地振荡信号被延时，以补偿功率放大器(13)中产生的延时，其特征在于，用于延时作用于I/Q解调器(11)的本地振荡信号的装置(12)是一个放大器，该放大器经优化对要求的频率范围产生要求的延时，并且，在优选方式下，该放大器为小信号放大器。
3.根据权利要求2的线性化装置，其特征在于，延时作用于I/Q解调器(11)的本地振荡信号的产生于放大器的延时，是将放大器设计成在本地振荡信号频率处为带通型来产生的。
4.根据权利要求3的线性化装置，其特征在于，用于延时作用于I/Q解调器(11)的本地振荡信号的放大器的输入匹配是高通型，并且输出匹配为低通型。
5.根据权利要求4的线性化装置，其特征在于，放大器输入的高通型匹配(S11)设计在通带的上边沿，而非放大器的平均频率，放大器输出的低通型匹配(S22)设计在通带的下边沿，以这样的方式使得放大器在通带内有相对稳定的延时(GD)。
6.根据权利要求2或4的线性化装置，其特征在于，构成用于延时作用于I/Q解调器(11)的本地振荡信号的放大器的一个或多个部件为可调型，从而，由放大器产生的延时及带宽可以调整。
7.根据权利要求2到6任意一项的线性化装置，其特征在于，放大器设计成产生5-10ns或更长的延时。
全文摘要
一种功率放大器线性化环路中补偿延时的方法和一种功率放大器的线性化装置,该装置包括一个I/Q调制器(10),一个或多个需线性化并产生延时的功率放大器(13),以及一个反馈回路,该反馈回路包括一个I/Q解调器(11),该I/Q调制器(10)与该I/Q解调器(11)从同一本地振荡器(14)获得振荡频率。根据本发明,在反馈中,功率放大器产生的延时,由延时作用于I/Q解调器(11)的本地振荡信号来补偿。作用于I/Q解调器(11)的本地振荡信号的延时,由一个经过优化,具有大的延时的放大器产生,优选情况为一小信号放大器。
文档编号H04L27/36GK1243619SQ98801771
公开日2000年2月2日 申请日期1998年10月7日 优先权日1997年10月9日
发明者马克·皮隆博拉 申请人:诺基亚电信公司