采用动态电源和数字预失真的高效多信道卫星通信的系统和方法
【专利说明】
【背景技术】
[0001]多信道卫星通信(SATCOM)是一种航空电子学通信系统，其提供全世界载送提供高频谱效率的高峰值平均功率比(PAPR)调制方案的语音和/或数据通信。多信道卫星通信被配置成将信号提供到若干独立的同时信道用于通信。在任意给定时间的信道数是基于要求服务的同时发生的语音和/或数据用户的数目。
【发明内容】
[0002]在一个实施例中，提供了一种无线电系统。该无线电系统包括天线;基带模块，功率放大器；以及可变电源。基带模块被配置成向天线输出第一信号，基于计算的系数预失真第一信号，并输出第二信号。基于第一信号的一个或多个特性确定第二信号，并且如果在第一信号的一个或多个特性中存在变化那么输出第二信号。功率放大器被通信地耦合到基带模块和天线，并且被配置成放大预失真的信号。可变电源被通信地耦合到功率放大器和基带模块。可变电源被配置成接收第二信号并生成对应于第二信号的可变漏极电源电压(variable drain supply voltage)。将漏极电源电压输出到功率放大器。
【附图说明】
[0003]要理解的是附图仅描绘示例性实施例，并且因此其不被视为限制范围，将通过使用附图用附加的特征和细节来描述示例性实施例，其中:
图1是图解本公开的一个实施例的无线电系统的框图。
[0004]图2是图解依照本公开的一个实施例的基带模块和其连接的框图。
[0005]图3是示出了针对提供到本公开的一个实施例的功率放大器的不同漏极电源电压的效率对.输出功率的示例性图。
[0006]图4是依照本公开的一个实施例的图解增加无线电系统的效率的方法的流程图。
[0007]依照惯例，没有按比例绘制各种描述的特征，而是按强调与示例性实施例相关的特定特征来绘制。
【具体实施方式】
[0008]在以下详细描述中，参考形成其一部分的附图，并且其中以图解的方式示出特定的说明性实施例。然而，将理解的是，可以利用其它实施例，以及可以进行逻辑上、机械上、电子上的改变。另外，在附图和说明书中所呈现的方法不应被解释为限制单独的步骤可以被以其执行的顺序。因此，以下详细描述不应被理解为限制的意义。
[0009]现代多信道无线电(例如，卫星通信)被要求传输具有高输出功率的波形。这些波形不具有恒定包络(振幅)并且可以在振幅方面具有大的变化，其中最高振幅与平均振幅的比可以超过10分贝(dB)。必须将无线电的高功率放大器的平均输出功率相对于高功率放大器的最大输出功率回退(back-off)至少等于波形的峰值平均功率比(PAPR)的量。这意味着必须向高功率放大器提供大量的功率以满足最高输出功率要求。例如，具有30瓦特(W)的平均输出功率的要求1dB的PAPR的系统可以要求高功率放大器能够输出300W。当系统使用的调制不是恒定包络时，功率放大器还应在整个振幅范围上是线性的，以便不使波形失真，因为如果存在失真那么不能满足频谱发射掩模要求。
[0010]对多信道卫星通信无线电来说大多数功率消耗是通过其高功率放大器。当更靠近其饱和水平运行时高功率放大器是最高效的。用于高功率放大器的饱和水平是放大器不再能保持固定的信号增益并变成非线性的地方。因此，当调制是非恒定包络时，期望将放大器的运行平均输出功率设置成尽可能靠近饱和但是不会过于靠近以致RF波形的振幅中的任何变化由于放大器在其饱和水平附近的非线性行为而被削剪(失真)。多信道无线电的传统高功率放大器采用固定的电源电压运行。高功率放大器的效率是平均RF输出功率与被供应到电子兀件的DC功率量的比。被供应到电子兀件但是没被使用的DC功率作为热量被耗散。对于其中卫星在距在地球表面上或附近的移动用户的接近恒定距离处与地球的相对位置不变的卫星通信应用来说，期望的平均RF输出功率直接地与载波的数目成比例，并且当用最大的载波数目运行时，从功率放大器需要在其处运行的饱和的回退的最小量等于波形的PAPR。因此，载波数目越少，放大器的效率越低并且作为热量被耗散的DC供应功率越多。另夕卜，当功率放大器被设计成采用大量载波运行并且然后用较少的载波运行时，平均RF输出功率成比例于载波数目上的减少而减少，导致从饱和中增加的回退，并从而导致被供应到功率放大器的DC功率的甚至更低效的使用。
[0011]多信道无线电中的传统高功率放大器采用固定的电源电压运行。当递送低输出功率时具有固定电源电压的高功率放大器是低效的，因为使用的功率与供应的功率的比降低。低效的高功率放大器产生大量的热量并要求更贵和/或体积大且笨重的冷却系统用于电子元件。在领域中对提供RF高功率放大器的系统来说存在一种需要，其更高效地使用供应到其的DC功率来生成RF输出。
[0012]下面描述的实施例提供了用于在高效的情况下运行多信道无线电的系统和方法。下面描述的实施例当在载波数目或调制方案上有改变时改变到高功率放大器的漏极电源电压以便增加高功率放大器的效率，即使当载波数目减少时。下面描述的实施例还包括在传输之前对调制信号应用数字预失真，以便当波峰靠近放大器的压缩点时对功率放大器的非线性行为进行补偿，并从而允许更靠近其中功率放大器更高效的压缩运行。
[0013]图1是示例性无线电系统100的一个实施例的框图。在示例性实施例中，无线电系统100被实现为但不限于卫星通信(SATCOM)无线电、超高频(UHF)无线电或甚高频(VHF)无线电。如在图1中所示，无线电系统100包括多载波波形生成器101，基带模块102，无线电频率(RF)上转换器(up converter) 104，高功率放大器106，定向親合器108，天线110，RF下转换器(down converter) 111，数模转换器(DAC) 112，和DC到DC(DC-DC)转换器114。图1仅包括无线电系统的发射机功能。将理解的是，这是为了附图的简单，以及无线电系统100还被配置成接收传输。
[0014]图2图解了依照本公开的一个实施例的示例性基带模块102和其连接。基带模块102包括DC-DC转换器控制器202和数字预失真模块206。在一些示例性实施例中，使用由处理设备执行的计算机可执行指令来实现DC-DC转换器控制器202和数字预失真模块206。在其它示例性实施例中，可以在数字硬件或可编程硬件(例如现场可编程门阵列)中实现DC-DC转换器控制器202和数字预失真模块206。在一些示例性实施例中，DC-DC转换器控制器202和数字预失真模块206是同一模块。
[0015]在示例性实施例中，基带模块102包括用于实现本文中描述的各种方法、过程任务、计算和控制功能的软件程序、固件或其它计算机可读指令，或通过其运行。这些指令通常被存储在用于存储计算机可读指令或数据结构的任何适当的计算机可读媒体上。计算机可读媒体可以被实现为可以通过通用或专用计算机或处理器或任何可编程逻辑设备访问的任何可用媒体。适当的处理器可读媒体可以包括储存器或存储器媒体，诸如磁或光媒体。例如，储存器或存储器媒体可以包括常规的硬盘、紧凑盘-只读存储器(CD-ROM)、易失性或非易失性媒体，诸如随机存取存储器(RAM)(包括但不限于，同步动态随机存取存储器(SDRAM)、双倍数据速率(DDR)RAM、RAMBUS动态RAM(RDRAM)、静态RAM(SRAM)等)、只读存储器(R0M)、电可擦可编程ROM(EEPROM)以及闪存存储器等。适当的处理器可读媒体还可以包括经由诸如网络和/或无线链路的通信媒体传递的诸如电、电磁或数据信号的传输媒体。
[0016]基带模块102被配置成接收用于来自多载波波形生成器101的通信的多载波信号。基带模块102从多载波波形生成器101接收生成的多载波信号并生成要沿着第一通信路径被发送到天线110用于广播的第一数字信号。基带模块102执行对每个载波的调制。在示例性实施例中，基带模块102被配置成使用本领域技术人员已知的技术调制接收的信号。
[0017]在示例性实施例中，基带模块102包括数模转换器(DAC)以将调制的第一数字信号转换成第一模拟信号。在其它示例性实施例中，DAC被包括在RF上转换器104中，所述RF上转换器104被通信地耦合到基带模块102。在示例性实施例中，在RF上转换器104中将第一模拟信号从基带或中频上转换到射频。然后经由天线106辐射第一模拟信号。
[0018]基带模块102还包括数字预失真模块206以确保可以满足频谱发射掩模要求。数字预失真是线性化技术，其对高功率放大器106的非线性行为进行补偿。当其应用诸如多项式函数的数学函数时，数字预失真模块206对调制信号以与由高功率放大器106引入的失真相反的方式使用经计算的系数。在一些示例性实施例中，数字预失真模块在设定周期(其可以是但不限于每秒一次、每分钟一次、每小时一次等)后生成新的/更新的系数。
[0019]为了生成新的/更新的系数，将高功率放大器106的输出信号通过反馈回路发送到基带模块102的数字预失真模块206，所述反馈回路包括定向耦合器108和RF下转换器111。RF下转换器111使来