专利名称：用于移除放大器所产生的失真的装置的制作方法
技术领域：
本发明通常涉及功率放大器，更具体而言，本发明涉及用于移除 或基本上减小由放大器产生的失真的装置。
背景技术：
在现今的电信基础设施中所使用的复调制方案和系统需要来自基 站的特定数量的频谱性能。为了满足这些频谱需求，采用各种方案使 基站内的功率放大器的性能线性化。遗憾地是，已知方案未能以合理
的成本和效率为大带宽提供显著的校正。
发明内容
根据本发明的实施例提供了一种装置，用于移除或实质减小由放 大器产生的失真。
在本发明的第一个实施例中， 一种功率放大器具有非线性低功率 预失真放大器和非线性功率放大器，该非线性低功率预失真放大器用 于将载波信号变换为预失真信号，该预失真信号具有带有异相非线性 失真的载波分量；该非线性功率放大器具有类似于非线性低功率预失 真放大器的非线性特性，它用于从预失真信号中产生传输信号，该传 输信号具有带有基本上减小的非线性失真的放大载波分量。
在本发明的第二个实施例中， 一种基站具有接收机、发射机和
处理器，该接收机用于从选择性呼叫无线电设备(SCR)接收信号，该 发射机用于产生定向到SCR的传输信号，该处理器用于控制接收机和 发射机的操作。所述发射机包括上变频器，用于将在第一操作频率 的信号变换为载波信号；非线性低功率预失真放大器，用于将载波信号变换为预失真信号，该预失真信号具有带有异相非线性失真的载波 分量；以及，非线性功率放大器，它具有类似于非线性低功率预失真 放大器的非线性特性，用于从预失真信号中产生用于从天线进行辐射 的传输信号，其中该传输信号具有带有基本上减小的非线性失真的放 大载波分量。
附图简述
图1是根据本发明实施例的基站的框图。
图2是根据本发明实施例的图1中非线性低功率预失真放大器的 框图。
图3是根据本发明实施例的图1中非线性低功率预失真放大器的 替换实施例的框图。
图4描述了将图3的实施例所产生的传输信号与现有技术系统中 的传输信号进行比较的测量。
具体实施例方式
尽管本申请文件是以限定被认为是新颖的本发明实施例特征的权 利要求书为结论，但是，相信到从考虑下面结合附图的内容叙述，将 更好地理解本发明的实施例，在附图中使用了相似的数字表示相似的 元件。
图1是根据本发明实施例的基站100的框图。基站100包括常 规的接收机102、发射机104和常规的处理器106，该接收机102用于 供应来自选择性呼叫无线电设备(SCR) 101的截取信号103，该发射 机104用于产生定向到SCR101的传输信号115，以作为辐射信号，该 处理器106用于控制接收机102和发射机104的操作。
发射机104包括常规的上变频器110和放大器109，该上变频器 IIO用于将在第一操作频率的信号105变换为载波信号111，该放大器 109用于产生传输信号115。信号105可以是由处理器106产生的基带
信号，在该信号中携带了预计由SCR 101处理的消息。使用常规的技术，上变频器110将信号105的操作频率变换为在载频操作的载波信 号111，该载频诸如是例如880 MHz (典型的蜂窝载波频带)。借助图 2-3中的实例显示了在非线性低功率预失真放大器112的输入端的载波 信号111的频谱表示。
放大器109包括非线性低功率预失真放大器112和非线性功率放 大器114。非线性低功率预失真放大器112将载波信号111变换为预失 真信号113，该预失真信号113具有异相的非线性失真的载波分量(参 见图2-3中的信号113)。非线性功率放大器114具有类似于非线性低 功率预失真放大器112的非线性特性，它接下来从预失真信号113中 产生传输信号115，该传输信号115具有带有基本上减小的非线性失真 的放大载波分量(参见图2-3的信号115)。传输信号115通过常规天 线116进行辐射，以便由SCR101进行截取。
可以使用常规电源108为基站100的前述部件供电。
图2-3是根据本发明实施例的非线性低功率预失真放大器112的 替换实施例200和300的框图。在图2中，非线性低功率预失真放大 器112包括非线性低功率放大器202，用于从载波信号111中产生具有 带有非线性失真的放大载波分量的信号203。描述了对于信号203的频 谱表示。在该频谱表示中的外侧信号频带代表了非线性失真，而中心 信号频带代表了放大的载波分量。我们将意识到，取决于载波信号lll 的频谱形状和非线性低功率预失真放大器202的非线性特性，可以从 本发明中得到其它的频谱表示。因此，图2-3的频谱描述只是为了叙述 本发明的操作，而不应当认为是限制本文叙述的权利要求书的本发明 范围和精神。
一部分非线性低功率放大器112 (参见放大器202和318)与非线 性功率放大器114具有相似(如果不是相同的话)的非线性特性。主
要差异在于，非线性功率放大器114提供比非线性低功率放大器112
更高的功率容量。尽管结构和幅度上存在差异，但这两个放大器202 和114注入(inject)在信号203中所示的相同或非常相似的非线性失 真。放大器114、 202 (和图3的放大器318)可以使用任何常规的放 大技术，诸如是例如具有并联或单级放大结构的LDMOS (Laterally-Diffused Metal Oxide Semiconductor)(横向扩散金属氧化 物半导体)。
常规的衰减器204被耦合到非线性低功率放大器202，用于产生信 号205，该信号205具有带有衰减非线性失真的衰减放大载波分量。衰 减器204被设计为衰减放大的载波分量，以使它具有比载波信号209 低的幅度。常规的移相器206被耦合到衰减器204，用于产生相移信号 207，该相移信号207具有带有异相衰减非线性失真的异相衰减载波分 量，这正如对信号207的频谱显示。信号207被移相，以使信号207 的载波部分与载波信号209成180度异相或接近180度异相。
因此，当通过常规的组合点210 (诸如耦合器或组合器)来组合信 号207和209时，就产生预失真信号113，该信号113具有带有异相非 线性失真的载波分量，这正如在上述信号113所描述的频谱表示中的 显示。预失真信号113的载波分量是从载波信号209中获得，该载波 信号209具有比前面提到的信号207的衰减载波分量高的幅度。在补 充的实施例中，延迟元件208可以被添加到信号路径209，用于匹配于 非线性低功率放大器202、衰减器204和移相器206的延迟，从而更好 地使信号207和209的载波部分校准。
高功率放大器114在预失真信号113中注入同相的非线性失真。 因此，就基本上减小了 (如果不是全部消除的话)非线性失真，同时 载波分量以期望的电平被放大，这正如在传输信号115的频谱表示中 的显示。
尽管在本发明的第一实施例中，衰减器204和移相器206可以是固定的不可改变的设备，但是为了更加精确，可替换地，所述设备可以是可调节的设备。例如，可以使用检测器212，该检测器212使用常 规技术监视在预失真信号113中的幅度和相位的变化。检测器212可 以被设计为分别控制衰减器204和移相器206的增益和相位，以便在 预失真信号113中产生期望的特性。应当注意到，由于在非线性低功 率放大器202和非线性功率放大器114的幅度和相位中的变化会跟踪 温度和老化(aging)，因此，在衰减器204和移相器206中就不需要 使用温度和老化调节电路。
图3是根据本发明的非线性低功率预失真放大器112的替换实施 例300的框图。在这个实施例中，非线性低功率预失真放大器112包 括常规的第一延迟元件302，用于产生第一延迟的载波信号303。第一 衰减器304从第一延迟载波信号303中产生衰减载波信号305。第一移 相器306从衰减载波信号305中产生相移的载波信号307。显示了合成 信号307的频谱表示。类似于实施例200，使用310第一检测器测量在 信号307的幅度，该第一检测器使用了常规的幅度和相位检测电路， 从而能够根据在相移载波信号307中的期望特性，分别控制第一衰减 器304和第一移相器306的增益和相位。
在下面的电路支路中，非线性低功率放大器318、第二衰减器320 和第二移相器322共同从信号301中产生相移信号323，该相移信号 323具有类似于在信号207的非线性低功率预失真放大器112的先前实 施例中描述的频谱表示。第二延迟元件332产生第二延迟载波信号333， 使用常规的第一组合点324将该第二延迟载波信号333与相移信号323 进行组合，从而产生失真信号335，该失真信号335具有异相的衰减非 线性失真。
由于消除了由相移信号323和第二延迟载波信号333的载波分量 所引起的效应，因此在失真信号335中就存在很少或不存在载波分量，该相移信号323和第二延迟载波信号333彼此异相并具有相同或几乎 相同的幅度。在补充的实施例中，可以使用第二检测器326完成这种 校准，该第二检测器326使用常规的幅度和相位检测电路来测量信号 335中的幅度，从而能够根据在失真信号335中期望的频谱特性，分别 控制第二衰减器320和第二移相器322中的增益和相位。
使用第二组合点336来组合相移载波信号307和失真信号335，从 而产生预失真信号113。正如在先前实施例中的叙述，预失真信号113 具有带有异相非线性失真的载波分量，这正如在频谱表示中的显示。 再一次地，高功率放大器114在预失真信号113中注入同相的非线性 失真。这样就基本上减小了 (如果不是全部消除的话)非线性失真， 同时以期望的电平放大载波分量，这正如在传输信号115的频谱表示 中的显示。
应当注意到，第一和第二延迟元件302、 332被设计为均衡由通向 信号307和335的信号路径所引起的时延，从而最大化在信号335上 载波消除的数量，并最小化在信号115上的失真。
在补充的实施例中，非线性低功率预失真放大器112进一步包括 第一和第二温度和老化控制调节器316，其分别被耦合到第一衰减器 304和第一移相器306。调节器316执行由常规手段产生偏压信号的任 务，这些偏压信号调节在非线性功率放大器114中的增益和相位的变 化，作为温度和老化的函数。温度和老化调节器316可以选自下述组 中的任何一个诸如热敏电阻电路的常规电路(未描述)、被耦合到数模转换器(DAC)和温度和老化传感器的被编程为控制其操作的处 理器106、和/或幅度调制(AM)相位检测器。这些电路中的每个电 路产生一个或多个偏压信号，这些偏压信号的特征在于跟踪非线性功 率放大器的温度和老化变化。
例如，AM检测器(假定它的所有部分被包含在模块316中)可
以包括AM调制器，用于使用常规的可变衰减器313在载波信号111 中注入AM信号317。常规的AM检测器检测在传输信号中嵌入的AM 信号。第一带通滤波器将期望的AM音调同检测的AM信号隔离。第 二带通滤波器被用于产生滤波的AM音调。相关器被耦合到第一和第 二带通滤波器，该相关器产生信号319，用于调节在第一衰减器304中 的增益和/或在第一移相器319中的相位，以便实现所检测AM音调 的最小幅度。
类似的，非线性功率放大器114的特征可以体现为可控制的温度 环境(例如，实验室)，从该温度环境中可以建立作为温度和老化函 数的幅度和相位表。这些表可以被编程在处理器106中，以便借助在 信号105 (另外有基带信号)中供应的DAC所产生的偏压信号，来控 制信号307的幅度和相位，从而在相移信号307中产生期望的特性。 热敏电阻电路可以被设计为对类似功能进行仿真。应当将意识到，基 站100可以被设计为在具有常规温度控制系统的外壳内，从而满足上 述对温度和老化控制调节器316的需要。
图4描绘了将图3的实施例300所产生的传输信号115与现有技 术系统的传输信号相比较的测量。该频谱结果显示出在这两个系统中 的载波信号402 (在这个实例中是单载波)是相似的。然而，来自非校 正系统中的非线性失真404基本上上大于图3的实施例3中的非线性 失真406。
应当注意到，上述实施例200-300以很低的成本提供了宽范围的 功率放大和校正带宽，而不需要进行手动重调谐-这是对现有技术系统 的明显改进。本领域的技术人员将很明显的得到，本发明部分可以被 嵌入在计算机程序产品中，该计算机程序产品包括了能够实现上述实 施的特征。在本上下文中的计算机程序是意味使用任何语言、代码或 符号的指令集合的任何表达，这些指令集合是用来使具有信息处理能 力的系统直接执行特定功能，或者使具有信息处理能力的系统在下面的一个或两个操作之后执行特定功能a)转换为其它语言、代码或符 号；b)以不同的材料形式再现。应当很明显，本发明可以被应用于很多应用。
因此，尽管是对于特定的配置进行了叙述，但本发明的意图和概 念是可以适合和应用于本文没有叙述的其它配置和应用。例如，可以 组合和/或修改实施例200和300的各方面，而没有脱离本发明所要 求保护的范围和精神。例如，可以移除在图2-3中叙述的延迟元件。另 外， 一个或多个衰减器和移相器可以被设计为固定(即，不可调节) 的元件，而不需要幅度和相位检测器。例如，通过改变在印刷电路板 (PCB)上的迹线长度，就可以执行相移。
上述修改的任何组合以及没有论述的其它修改内容都涵盖在本发 明的范围内。因此，本领域的普通技术人员应当很明白，在不脱离本 发明的精神和范围的情况下，可以对本文叙述的公开实施例进行修改。
因此，所叙述的实施例应当被解释为仅仅是本发明一些更为重要 的特征和应用的说明。还应当认识到，权利要求书被认为是涵盖了本 文叙述的执行所列举功能的结构，并不仅是结构上的等效。因此，从 说明书获悉的等效结构应当被认为是包括在后附权利要求书中限定的 本发明的范围内。这样，应当将后附的权利要求书作为表示本发明范 围的参考，而不是前述的说明书。
权利要求
1.一种功率放大器，包括非线性低功率预失真放大器，用于将载波信号变换为预失真信号，该预失真信号具有带有异相非线性失真的载波分量；以及非线性功率放大器，该非线性功率放大器具有类似于一部分所述非线性低功率预失真放大器的非线性特性，用于从所述预失真信号中产生传输信号，该传输信号具有带有基本上减小的非线性失真的放大载波分量。
2. 如权利要求1的功率放大器，其中所述非线性低功率预失真放 大器包括非线性低功率放大器，用于从所述载波信号中产生具有非线性失 真的放大载波分量；耦合到所述非线性低功率放大器的衰减器，用于产生具有衰减非 线性失真的衰减放大载波分量；耦合到所述衰减器的移相器，用于产生相移信号，该相移信号具 有带有异相衰减非线性失真的异相衰减载波分量；以及组合点，用于通过组合所述相移信号和所述载波信号来产生所述 预失真信号。
3. 如权利要求1的功率放大器，其中所述非线性功率放大器包括 多个并联的非线性功率放大器。
4. 如权利要求1的功率放大器，其中所述非线性低功率预失真放 大器包括耦合到所述载波信号的第一移相器，用于产生相移载波信号； 非线性低功率放大器，用于从所述载波信号中产生具有非线性失 真的放大载波分量；耦合到所述非线性低功率放大器的第二衰减器，用于产生具有衰减非线性失真的衰减放大载波分量；耦合到所述第二衰减器的第二移相器，用于产生相移信号，该相 移信号具有带有异相衰减非线性失真的异相衰减载波分量；以及第一组合点，用于组合所述相移信号和所述载波信号，从而产生 具有异相衰减非线性失真的失真信号；第二组合点，用于通过组合所述相移载波信号和所述失真信号来 产生所述预失真信号。
5. 如权利要求4的功率放大器，进一步包括延迟元件，该延迟元件用于产生延迟载波信号，其中所述第一组合点通过将所述相移信 号与所述延迟载波信号进行组合，来产生所述失真信号。
6. —种基站，包括接收机，用于从选择性呼叫无线电设备(SCR)接收信号； 发射机，用于产生定向到所述SCR的传输信号；以及处理器，用于控制所述接收机和所述发射机的操作，其中所述发射机包括上变频器，用于将在第一操作频率的信号变换为载波信号；非线性低功率预失真放大器，用于将所述载波信号变换为预失真信号，该预失真信号具有带有异相非线性失真的载波分量；以及非线性功率放大器，该非线性功率放大器具有类似于一部分所述非线性低功率预失真放大器的非线性特性，用于从所述预失真信号中 产生用于从天线进行辐射的传输信号，其中所述传输信号具有带有基 本上减小的非线性失真的放大载波分量。
7. 如权利要求6的基站，其中所述非线性低功率预失真放大器包括非线性低功率放大器，用于从所述载波信号中产生具有非线性失真的放大载波分量；耦合到所述非线性低功率放大器的衰减器，用于产生具有衰减非线性失真的衰减放大载波分量；耦合到所述衰减器的移相器，用于产生相移信号，该相移信号具 有带有异相衰减非线性失真的异相衰减载波分量；以及组合点，用于通过组合所述相移信号和所述载波信号来产生所述 预失真信号。
8. 如权利要求6的基站，其中所述非线性低功率预失真放大器包括耦合到所述载波信号的第一移相器，用于产生相移载波信号；非线性低功率放大器，用于从所述载波信号中产生具有非线性失 真的放大载波分量；耦合到所述非线性低功率放大器的第二衰减器，用于产生具有衰 减非线性失真的衰减放大的载波分量；耦合到所述第二衰减器的第二移相器，用于产生相移信号，该相 移信号具有带有异相衰减非线性失真的异相衰减载波分量；以及第一组合点，用于组合所述相移信号和所述载波信号，从而产生 具有异相衰减非线性失真的失真信号；第二组合点，用于通过组合所述相移载波信号和所述失真信号来 产生所述预失真信号。
9. 如权利要求8的基站，进一步包括第一延迟元件，用于产生第一延迟载波信号，其中所述第一衰减 器耦合到所述第一延迟元件，用于产生所述衰减信号；第二延迟元件，用于产生第二延迟载波信号，其中所述第一组合 点通过组合所述相移信号和所述第二延迟载波信号，来产生所述失真 信号；第一衰减器，用于产生第一衰减载波信号，其中所述第一移相器 从所述第一衰减载波信号中产生所述相移信号的载波信号；第一检测器，用于根据在所述相移载波信号中的期望特性，分别 控制所述第一衰减器和所述第一移相器的增益和相位；以及第二检测器，用于根据在所述失真信号中的期望特性，分别控制所述第二衰减器和所述第二移相器的增益和相位。
10.如权利要求6的基站，其中所述非线性功率放大器包括多个并联的非线性功率放大器。
全文摘要
一种功率放大器，具有非线性低功率预失真放大器(112)，该非线性低功率预失真放大器用于将载波信号(111)变换为预失真信号(113)，该预失真信号具有带有异相非线性失真的载波分量，该功率放大器还具有非线性功率放大器(114)，该非线性功率放大器具有类似于一部分非线性低功率预失真放大器的非线性特性，它用于从预失真信号中产生传输信号(115)，该传输信号具有带有基本上减小的非线性失真的放大载波分量。
文档编号H03F1/30GK101204007SQ200680022223
公开日2008年6月18日 申请日期2006年5月26日 优先权日2005年6月21日
发明者罗纳德·L·波尔科, 达勒·R·安德森 申请人:摩托罗拉公司