包络追踪系统的校准方法、电源电压的调制方法及装置制造方法
【专利摘要】本发明实施例提供一种包络追踪系统的校准方法、电源电压的调制方法及装置，该包络追踪系统用于无线通信单元的RF发射机内的PA模块的电源电压，以及该方法执行于该无线通信单元的至少一信号处理模块中，包含：确定能够使该PA模块的输出功率等于目标输出功率的PA电源电压与PA输入功率的多种组合；针对上述已确定的多种组合获取多个电池电流指示信息；至少部分基于已获取的该多个电池电流指示信息，从该多种组合中选取一种组合；以及使用所选取的组合对该包络追踪系统进行校准。本发明实施例能为不同的RMS输出功率级提供最适宜或者接近最适宜的电流消耗，以及可以在不增加任何额外的测试成本的基础上对制件间变差进行补偿。
【专利说明】包络追踪系统的校准方法、电源电压的调制方法及装置
【【技术领域】】
[0001]本发明是有关于一种包络追踪系统(envelope tracking system)的校准方法、电源电压的调制方法及装置，尤其是关于一种应用于无线通信单元的射频(radiofrequency,简称RF)发射机内的功率放大器模块的电源电压的包络追踪系统的校准方法及
>J-U ρ?α装直。
【【背景技术】】
[0002]本发明主要涉及并应用于无线通信系统中使用的RF功率放大器领域。来自无线通信系统中可用频谱的有限性的持续压力迫使频谱效应的线性调制方案的发展。而由于这些线性调制机制中的包络发生波动，这种现象导致天线所发射的平均功率远低于其最大功率，从而导致了功率放大器的低效率。因此，本领域致力于研究能够在功率放大器的“回退(back-off)”区(线性区)提供高性能的高效率拓扑结构。
[0003]线性调制机制需要对调制后的信号进行线性放大以最小化频谱再增长引起的不想要的带外辐射。但是，一典型RF放大装置中使用的有源器件本身便是非线性的。仅当已消耗的DC功率的一小部分转换为RF功率时，放大装置的转移函数才接近于一条直线，即才能如同运作为一理想的线性放大器。这种运作模式导致了 DC至RF功率转换的低效率，而这一点正是手持(用户)无线通信单元所不可接受的。此外，低效率对于基站台来说也是一个不容忽视的问题。
[0004]另外，手持(用户)设备的关注点在于增长电池使用寿命。为了同时实现线性度及高效率，所谓的直线化(linearisation)技术得以使用以改善高效率类别放大器(例如‘AB’类，‘B’类或‘C’类放大器)的线性度。大量各式各样的直线化技术应用于线性发射机，例如笛卡儿反馈(Cartesian Feedback),前反馈(Feed-forward)以及自适应性预失真发射机的设计中。
[0005]线性放大器(例如AB类放大器)的输出端电压通常依据最终的RF功率放大器(PA)设备的需求而设定。通常来说，PA的最小电压远大于AB类放大器的输出端设备的所需电压。因此，这并非最有效率的放大技术。发射机(主要是PA)的效率由输出端设备两端的电压，以及由于PA的最小电源电压(Vmin)需求而引起的任意下拉设备成分两端的过电压来决定。
[0006]为了提高发射上行链路通信通道的比特率，具有调幅(AM)成分的更大规模的星座调制机制得以研究并成为一种需求。该种调制机制，例如十六比特正交幅度调制(16-QAM)，需要多个线性的PA并与调制包络波形的高“峰值(crest)”因子(即波动的程度)有关。相比于早期经常使用的恒定包络调制机制，该种类型的调制机制能够引起功率及线性的更大程度的下降。
[0007]为了克服这种功率及线性的下降，多种方法得以提出。其中一种已知的包络追踪技术是关于对PA电源电压进行调制以匹配(追踪)RF PA正在发射的RF波形的包络。经由这种包络追踪技术，无线电发射机的瞬态PA电源电压(VPA)将近似匹配已发射RF信号的瞬态包络(ENV)。因此，PA中的功率消耗将与PA的电源电压与输出电压之间的差值成比例关系，包络追踪技术能使得PA效率增长，降低热消耗，并能对线性度进行改善以及提高最大输出功率，同时允许PA产生预期的RF输出。
[0008]图1所示为现有技术中两种PA电源电压技术的示意图100。其中第一种技术为PA提供了一固定的电源电压105，而第二种技术中PA的电源电压被调制以追踪RF包络波形115。在第一种技术中，无论正在放大的调制后RF波形的特性如何，仍存在PA可以使用的过电源电压净空值110(因此可能存在潜在的浪费)。而在第二种技术中，PA的过电源电压净空值120可通过对RF PA电源的调制而得以降低，从而使得PA电源能够准确的追踪到瞬态RF包络。
[0009]ENV与VPA之间的映射函数是形成最佳性能的关键，该最佳性能包括效率、增益以及相邻信道功率(adjacent channel power,简称ACP)。
[0010]包络追踪可以与对RF信号的数字预失真相结合以改善ACP的鲁棒性。由于ET系统通常实现为涉及多个功能方块的多芯片形式，该多个功能方块例如包括数字基带(BB)、模拟基带、RF接收机、功率管理以及PA，因此不能通过硬件以保证ET系统的性能横跨所有器件都是一致的。因此形成多个收发机校准级别以精确地映射及集中远离生产线的每个器件的ET性能成为一种需求。而为了使包络追踪成为更加经济化的一种技术，还需要最小化任何额外的生产校准时间和/或外部特性设备的使用。
[0011]因此，亟需一种更有效及节省成本的方法以解决ET系统校准的问题。尤其是，该方法能够利用ENV至VPA的映射策略开展自动校准，从而能为不同的RMS输出功率级提供最适宜或者接近最适宜的电流消耗，以在不增加任何额外的测试成本的基础上对制件间变差(part-to-part variation)进行补偿。
【
【发明内容】
】
[0012]有鉴于此，本发明实施例旨在于提供一种应用于无线通信单元的RF发射机内的功率放大器模块的电源电压的包络追踪系统的校准方法、电源电压的调制方法及装置，以减缓、消除上述一个或多个问题。
[0013]根据本发明的第一实施例，提供一种包络追踪系统的校准方法，该包络追踪系统用于无线通信单元的RF发射机内的功率放大器模块的电源电压，以及该方法执行于该无线通信单元的至少一信号处理模块中，包含:确定能够使该功率放大器模块的输出功率等于目标输出功率的该功率放大器模块的电源电压与输入功率的多种组合；针对上述已确定的该功率放大器模块的电源电压与输入功率的多种组合获取多个电池电流指示信息；至少部分基于已获取的该多个电池电流指示信息，从该多种组合中选取一种组合；以及使用所选取的组合对该包络追踪系统进行校准。
[0014]根据本发明的第二实施例，提供一种通信单元，包含:RF发射机模块，包含一包络追踪系统，用于该RF发射机内的功率放大器模块的电源电压；以及至少一信号处理模块，用于校准该包络追踪系统并用于:确定能够使该功率放大器模块的输出功率等于目标输出功率的该功率放大器模块的电源电压与输入功率的多种组合；针对上述已确定的该功率放大器模块的电源电压与输入功率的多种组合获取多个电池电流指示信息；至少部分基于已获取的该多个电池电流指示信息，从该多种组合中选取一种组合；以及使用所选取的组合对该包络追踪系统进行校准。
[0015]根据本发明的第三实施例，提供一种集成电路，用于通信单元中，该通信单元包含RF发射机模块,该RF发射机模块包含一用于该RF发射机内的功率放大器模块的电源电压的包络追踪系统，该集成电路包含至少一信号处理模块，用于校准该包络追踪系统并用于:确定能够使该功率放大器模块的输出功率等于目标输出功率的该功率放大器的电源电压与输入功率的多种组合；针对上述已确定的该功率放大器模块的电源电压与输入功率的多种组合获取多个电池电流指示信息；至少部分基于已获取的该多个电池电流指示信息，从该多种组合中选取一种组合；以及使用所选取的组合对该包络追踪系统进行校准。
[0016]根据本发明的第四实施例，提供一种电源电压的调制方法，该电源电压为无线通信单元的RF发射机模块内的功率放大器模块的电源电压，该方法包含，在该无线通信单元的至少一信号处理模块中执行下述步骤:接收即将被该RF发射机模块发射的用户数据；确定输出功率波形以用于该用户数据；从该功率放大器模块的电源电压与输入功率的多种组合中产生该功率放大器模块的电源电压的波形信号与输入功率的波形信号，该多种组合为针对该输出功率波形内的各个点所对应的输出功率依据上述包络追踪系统的校准方法进行校准后得到的组合；将产生的该功率放大器模块的电源电压的波形信号应用至该功率放大器模块的电源电压调制器中；以及产生该RF发射机模块的一输入信号以实现该功率放大器模块的输入功率的波形信号。
[0017]根据本发明的第五实施例，提供一种通信单元，包含RF发射机模块，该RF发射机模块包含一包络追踪系统，用于该RF发射机模块内的功率放大器模块的电源电压，该包络追踪系统包含至少一信号处理模块，用于:接收即将被该RF发射机模块发射的用户数据；确定输出功率波形以用于该用户数据；从该功率放大器模块的电源电压与输入功率的多种组合中产生该功率放大器模块的电源电压的波形信号与输入功率的波形信号，该多种组合为针对该输出功率波形内的各个点所对应的输出功率依据上述包络追踪系统的校准方法进行校准后得到的组合；将产生的该功率放大器模块的电源电压的波形信号应用至该功率放大器模块的电源电压调制器中；以及产生该RF发射机模块的一输入信号以实现该功率放大器模块的输入功率的波形信号。
[0018]根据本发明的第六实施例，提供一种集成电路，用于通信单元中，该通信单元包含RF发射机模块,该RF发射机模块包含一用于该RF发射机内的功率放大器模块的电源电压的包络追踪系统，该包络追踪系统包含至少一信号处理模块，用于:接收即将被该RF发射机模块发射的用户数据；确定输出功率波形以用于该用户数据；从该功率放大器模块的电源电压与输入功率的多种组合中产生该功率放大器模块的电源电压的波形信号与输入功率的波形信号，该多种组合为针对该输出功率波形内的各个点所对应的输出功率依据上述包络追踪系统的校准方法进行校准后得到的组合；将产生的该功率放大器模块的电源电压的波形信号应用至该功率放大器模块的电源电压调制器中；以及产生该RF发射机模块的一输入信号以实现该功率放大器模块的输入功率的波形信号。
[0019]本发明实施例的包络追踪系统的校准方法、电源电压的调制方法及装置，提供了一种有效且节省成本的包络追踪系统的校准方法。该方法及装置能为不同的RMS输出功率级提供最适宜或者接近最适宜的电流消耗，，且能再不增加任何额外的测试成本的基础上对制件间差异进行补偿。【【专利附图】
【附图说明】】
[0020]图1所示为现有技术中两种PA电源电压技术的示意图；
[0021]图2所示为依据本发明一实施例的无线通信单元的结构示意图；
[0022]图3所示为依据本发明一实施例的无线通信单元中的RF收发机300的部分模块的结构不意图；
[0023]图4所示为依据本发明一实施例的对用于RF收发机内的功率放大器模块的电源电压的包络追踪系统进行校准的方法的流程示意图400 ；
[0024]图5所示为图4的包络追踪系统的校准方法的示意图；
[0025]图6所示为依据本发明一实施例的PA电源电压(VPA)与PA输入功率(Pi)的多种组合的简化示意图；
[0026]图7所示为依据本发明另一实施例的对用于RF收发机内的功率放大器模块的电源电压的包络追踪系统进行校准的方法的流程示意图700 ；
[0027]图8所示为图7的包络追踪系统的校准方法的示意图；
[0028]图9所示为依据本发明一 实施例的分别用于两个目标输出功率Po_t(l)与Po_t⑵的ENV至VPA的映射的示意图；
[0029]图10所示为依据本发明一实施例的对无线通信单元的RF发射机模块内的功率放大器模块的电源电压的进行调制的方法的流程示意图1000。
【【具体实施方式】】
[0030]在说明书及后续的权利要求当中使用了某些词汇来指称特定的元件。本领域技术人员应可理解，制造商可能会用不同的名词来称呼同样的元件。本说明书及后续的权利要求并不以名称的差异来作为区分元件的方式，而是以元件在功能上的差异来作为区分的准贝U。在通篇说明书及后续的权利要求项当中所提及的「包含」为一开放式的用语，故应解释成「包含但不限定于」。另外，「耦接」一词在本文中应解释为包含任何直接及间接的电气连接手段。因此，若文中描述第一装置耦接于第二装置，则代表该第一装置可直接电气连接于该第二装置，或通过其他装置或连接手段间接地电气连接至该第二装置。
[0031]本发明实施例以用于无线通信单元中的一个或多个集成电路为例予以描述，例如第三代合作伙伴项目(third generation partnership project, 3GPP?)中的用户设备。但是，本领域技术人员需要了解的是，本文所描述的发明概念可以应用于包含或形成包络追踪系统的任何类型的集成电路、无线通信单元或者无线发射机中。此外，由于本发明所示例实施例的一部分可能是使用本领域技术人员所熟知的电子元件或电路予以实现，因此为了使本领域技术人员能够更好的理解本发明的基本概念以及不对其产生错误的教示，在本文中对该部分电路将仅以图示的形式绘示而不会对其进行详尽的细节描述。
[0032]首先请参见图2，图2所示为依据本发明一实施例的无线通信单元的结构示意图，该无线通信单元例如可以是蜂巢式通信标准下的一用户单元(MS)或是第三代合作伙伴计划(3GPP?)通信系统中的一用户设备(UE)。该无线通信单元200包含一天线202，耦接于一多工滤波器/天线开关204，该多工滤波器/天线开关204用以提供无线通信单元200中接收链及发射链之间的隔离。[0033]如本领域技术人员所了解的，该接收链210包含接收机前端电路206 (有效地提供接收、滤波以及中频或基频转换功能)。该接收机前端电路206耦接至信号处理器208。信号处理器208的输出提供至一合适的用户接口(UI) 230，该用户接口 230包含例如一屏幕或者一扁平面板显示器等。控制器214提供对用户单元的总控制并耦接至该接收机前端电路206与信号处理器208 (通常通过一数字信号处理器(DSP)予以实现)。该控制器214还耦接于一存储器元件216，该存储器元件216选择性地储存各种运作机制，例如编码/解码功能、模式同步功能、码序列功能及类似功能。
[0034]在本发明实施例中，该存储器元件216还可储存调制数据，以及用于电源电压控制中以对通过无线通信单元200输出的无线电频率波形的包络进行追踪的供给电源数据。此外，一计时器218可耦接至该控制器214，用以控制无线通信单元200内各种操作时序，例如无线通信单元200内依赖于时间的信号的发射或接收的操作时序，以及发射链中PA电源电压的时间域变化检测的操作时序。
[0035]至于发射链220，其包含用户接口 230，该用户接口 230例如可以为一键盘或者一触摸屏，通过信号处理器228串接至发射机/调制电路222。该发射机/调制电路222处理发射的输入信号并调制及上变频该信号至一 RF信号以输出至功率放大器模块/PA集成电路224进行放大。经功率放大器模块/PA集成电路224放大后的RF信号发射至天线202。该发射机/调制电路222、功率放大器/PA集成电路224以及PA电源电压模块225分别响应于控制器214予以运作，其中该PA电源电压模块225还额外响应于发射机/调制电路222复制的包络调制波形。
[0036]在一些实施例中，该发射链220中的信号处理器228可以实现为不同于接收链210中的信号处理器208。可选的，如图2所示，一单独的处理器也可以同时实现发射链与接收链中的处理功能。无线通信单元200中的不同元件可以通过分离元件或者整合元件的形式予以实现，其仅取决于具体应用或者设计选择。
[0037]此外，依据本发明的实施例，该发射机/调制电路222结合功率放大器224，PA电源电压模块225、存储器装置216，计时器218以及控制器214 —起可以用于产生一可用于PA模块224的供给电压。例如，产生该供给电压以用于一宽频线性功率放大器，以及产生该供给电压用于追踪PA模块224的包络波形。
[0038]接下来请参见图3，图3所示为依据本发明一实施例的无线通信单元中的RF收发机300的部分模块的结构示意图，该无线通信单元例如为图2中所示的无线通信单元200。该RF收发机300可实现于一个或多个的集成电路设备中。在发射方向，该收发机300包括发射机/调制电路(TX) 222，耦接在第一基带元件310 (图3中标示为“BB”)与一 PA模块224 (图3中标示为“PA”)之间，该基带元件310例如可设置于图2中的信号处理器228和/或控制器214中。该PA模块224经由一双重过滤器(DPX)与一天线开关模块(ASM)耦接至天线202 (图3中标示为“ANT”)，于图3中该双重过滤器(DPX)与天线开关模块(ASM)共同标示为204。PA电源电压调制器320 (图3中标示为“MOD”)用于根据通过基带至PA电源电压调制器(BB-MOD)的路径330从基带元件310接收到的瞬态供给电源信号，以调制PA模块224的电源电压。该BB-MOD路径330可以为模拟或数字的形式，以及该控制信号可以为静态或者动态(即跟随PA RF信号的瞬态包络)的形式。在此方式下，PA电源电压调制器320,BB-MOD路径330以及基带元件310可以组合在一起以用于对PA模块224的电源电压实施包络追踪调制，从而提供至PA模块224的电源电压可大致追踪正在被PA模块224放大的RF波形的包络。因此，该PA电源电压调制器320，BB-MOD路径330以及基带元件310的对应部分可以形成(或至少部分形成)该收发机300的一包络追踪系统，或至少形成该包络追踪系统的一部分。而在接收方向，该收发机300包括接收器前端电路206 (图3中标示为“RX”)，耦接在双重过滤器DPX与基带元件310之间，该基带元件310例如可设置于图2的信号处理器208和/或控制器214中。
[0039]如前所述，正在被放大处理的RF波形的包络与PA电源电压的调制之间的映射函数是形成最优性能(例如效率，增益以及相邻信道功率(ACP))的关键。为此，在本发明实施例中，图3所示的收发机300还包括一侦测元件350 (图3中标示为“DET”),用于通过一侦测路径(CPL至DET的路径)接收PA模块224输出信号的指示信息，并使能对包络追踪系统的映射及对齐操作的侦测，关于这点，将在下文做详细的描述。
[0040]在本实施例中，该侦测元件350被示例为收发机300中的一分立元件，用于接收PA模块224输出信号的指示信息，并输出另一指示信息至基带元件310，该另一指示信号用于指示对PA模块224的输出功率的侦测结果。该侦测元件350可包含例如放大、下混频、模数转换等功能。在本实施例中，该侦测元件350耦接至一天线耦合器(CPL) 360，用于接收PA模块224输出信号的指示信息，该指示信息具体为提供至天线202的RF信号。优选地，通过使用提供至天线202的RF信号作为PA模块224输出信号的指示信息，该多重过滤器与天线开关模块204内发生的变化同样可以基于该侦测元件350所产生的侦测后输出功率信号在随后执行的校准操作中得到补偿。
[0041]显而易见的是，本发明并不局限于图3所示的收发机结构的特定实施例，其同样可以应用至其他的收发机结构中。例如，在其他的收发机结构中，该侦测元件350可以直接耦接至PA模块224的输出，并用于直接接收PA模块224的输出信号的指示信息。以及在其他可选的收发机结构中，侦测元件350还可以至少部分地与接收器前端电路206合并，以及通过双重滤波器接收PA模块224输出信号的指示信息。在此方式下，该侦测元件350可以再利用接收器前端电路206中的部分功能，例如ADC、基带功能等。
[0042]在本实施例中，无线通信单元200的电池(BAT) 385与PA电源电压调制器320之间还设置有电流镜元件(CM) 380。该电流镜元件380用于经由电流镜至基带(CM-BB)路径390提供关于电流的指示信息至基带元件310，该电流是指从电池385至PA电源电压调制器320的电流。
[0043]现在请参见图4，图4所示为依据本发明一实施例的对用于RF收发机内的功率放大器模块的电源电压的包络追踪系统进行校准的方法的流程示意图400，该包络追踪系统例如为图3所示的包络追踪系统340。在图3所示的收发机实施例中，图4的方法可以至少一部分实作于基带元件310中，例如基带元件310内的至少一个信号处理模块中。
[0044]如图4所示，该校准方法起始于步骤405，接着移至步骤410，为PA模块224的输入端提供一连续波(CW) RF信号，例如在图3所示的收发机结构中300，基带元件310可用于提供一连续波信号至发射机/调制电路222的输入端。该发射机/调制电路222接着对接收到的连续波信号进行升频(upconvert)操作以产生该连续波RF信号并输入至PA模块224，PA模块224对接收到的信号进行放大处理并随后经由多工滤波器/天线开关204输出至天线202，以用于发射。[0045]再回到图4，本实施例的校准方法还包含步骤415，定义一目标输出功率(Po_t)，以及步骤420，定义该目标输出功率(Po_t)的公差范围(tol)。举例来说，该公差范围tol可以被定义为:在调制后用户数据的发射期间内，该公差范围内的瞬态输出功率不会降低RF发射机模块的相邻信道泄漏比(ACLR)或矢量幅度(EVM)特性。
[0046]接着可以确定能使得PA输出功率(Po)大致等于该目标输出功率Po_t的PA电源电压(VPA)与PA输入功率(Pi)的多种组合。尤其是在本实施例中，该PA电源电压VPA与PA输入功率Pi的组合能使得PA输出功率(Po)大致位于目标输出功率Po_t的可容忍范围之内，例如位于目标输出功率(Po_t)+/_已定义的公差范围(tol)的范围之内。上述PA电源电压VPA与PA输入功率Pi的多种组合可以通过改变该PA电源电压VPA与PA输入功率Pi中的至少一者的方式来确定。如在图4所示的实施例中，上述PA电源电压VPA与PA输入功率Pi的多种组合可以通过扫描PA电源电压VPA与PA输入功率Pi的方式予以确定，如步骤425所示。
[0047]再回到图3，上述能使得PA输出功率(Po)大致等于目标输出功率Po_t (具体指位于该目标输出功率Po_t的可容忍范围之内)的PA电源电压VPA与PA输入功率Pi的多种组合可以经由基带元件310以监控PA模块224的输出功率的至少一指示信息的方式予以确定，而对该至少一指示信息的监控则可以通过侦测反馈路径(CPL至DET的路径)355以及侦测元件350来实现。
[0048]再回到图4，本实施例的校准方法接着还包括:针对上述已确定的PA电源电压VPA与PA输入功率Pi的多种组合获取多个电池电流的指示信息，该多种组合能够使得PA输出功率Po大致等于目标输出功率Po_t，特别是位于该目标输出功率Po_t的公差范围之内。举例来说，如图4的步骤430所示，该对电池电流测量值的获取操作可以于步骤425的对PA电源电压VPA与PA输入功率(Pi)进行扫描期间执行。
[0049]接下来再回到图3,—个或多个电流测量元件,例如图3所示的电流测量元件380,可用于测量从电池385流至RF发射机模块中的一个或多个其他元件的电流，该其他元件例如包括PA电源电压调制器320,PA模块224,RF发射机/调制电路222等等。如图3所示，电流测量元件380接着可以通过电流测量至基带(CM-BB)的路径390提供该电流测量结果的至少一指示信息至基带元件310。
[0050]需要了解的是，本发明实施例并不限于对仅从电池385流至PA电源电压调制器320，PA模块224和/或发射机/调制电路222的电流的测量，可以预见的是，从该电池385流至收发机300和/或无线通信单元200的其他任何元件的电流均可以额外地/可选地得到测量，以在当前配置下提供有关收发机300和/或无线通信单元200的效率的指示信息。
[0051]接着请再回到图4，于本实施例的步骤435中，PA电源电压VPA与PA输入功率Pi的各种组合(这些组合能使PA输出功率Po_t位于目标输出功率Po_t的可容忍范围之内)，以及对应各组合的各个电池电流测量结果指示信息得到存储。至少部分基于各个电池电流测量结果的指示信息，可以从已储存的多种组合中选取出一种组合，举例来说，该选取出的PA电源电压VPA与PA输入功率Pi的组合对应的是最低电池电流的组合。
[0052]通过降低PA的电源电压VPA，PA模块224的电流消耗可以得到降低，从而可提高PA的效率。因此，通过监控流至PA模块224的电池电流，包含PA模块的最低电池电流的PA电源电压VPA与PA输入功率Pi的组合得到选取，该选取出的组合因此还对应针对目标输出功率Po_t的PA模块的高效运作。
[0053]降低PA的电源电压VPA还导致PA模块224增益的下降。因此，为了达到PA模块224所需的输出功率,需要增加PA模块224的输入功率。该输入功率的增加将导致发射机/调制电路222所汲取电流的增加。因此，为了获得PA模块224和发射器/调制电路222的组合电流的最小值，PA电源电压VPA的降低以减少PA模块224的电流消耗与相对应的PA模块224的输入功率的增加以增加发射器/调制电路222的电流消耗，这两者之间需要找到一个平衡。因此，通过同时监测电池385流至PA模块224的电流和流至发射器/调制电路222的电流，可以选取出能够实现PA模块224和发射器/调制电路222的最小组合电流的PA电源电压VPA和PA输入功率Pi的组合，从而实现对于目标输出功率Po_t而言整个收发机结构的高效运作。
[0054]接着，在步骤445中，已选取组合的振幅调制至相位调制(amplitude modulationto phase modulation, AM2PM)响应将被保存，以在随后的RF发射机模块的数据发射期间使能即将执行的数字预失真处理(例如于基带元件310内执行)，从而以对PA模块224采用的任何相位调制进行补偿。
[0055]接着，在步骤450中，通过使用上述PA电源电压VPA与PA输入功率Pi的已选取组合，包络追踪系统得以校准(例如，建立一查找表)。以及本实施例的方法于步骤455结束。
[0056]图5及图6所示为图4的包络追踪系统的校准方法的示意图。如图5所示，PA电源电压调制器320依据经由该BB至MOD路径330 (如图3所示)接收到的一恒定的VPA波形信号，对提供至PA模块224的PA电源电压VPA进行调制。该PA模块224于是根据接收到的PA电源电压VPA放大从发射机/调制电路222接收到的持续波形RF信号。
[0057]图6所示为依据本发明一实施例的PA电源电压(VPA)与PA输入功率(Pi)的多种组合的简化示意图，每种组合均能使得PA输出电压Po等于一目标输出功率Po_t (或者位于该目标输出功率Po_t的公差范围之内)。如图6所示，图中示意了能使PA输出电压Po等于一目标输出功率Po_t (或者位于该目标输出功率Po_t的可容忍范围之内)的PA电源电压VPA与PA输入功率Pi的五个组合。在这五个组合中，一具有最低电池电流消耗的组合600被选取。需要注意的是，对于给定的目标输出功率(Po_t)来说，PA电源电压VPA与RF信号的包络也是恒定的。
[0058]接着请参考图7，图7所示为依据本发明另一实施例的对用于RF收发机内的功率放大器模块的电源电压的包络追踪系统进行校准的方法的流程示意图700，该包络追踪系统例如可以为图3所示的340。在图3所示的收发机结构300中，图7的方法可以至少部分执行于基带元件310中，例如基带元件310的至少一个信号处理模块中。
[0059]图7所示的方法开始于步骤705，接着移至步骤710，提供一可变的包络RF信号至PA模块的输入端。举例来说，在图3所示的收发机结构中，可通过基带元件310提供一可变的包络信号至发射机/调制电路222的输入端。接着发射机/调制电路222上变频接收到的该可变包络信号并产生调制后的该可变的包络RF信号至PA模块224，以用于PA模块224放大该信号并随后将放大后的信号通过多工滤波器及天线开关模块204输出至天线202以用于发射。
[0060]接下来回到图7，该校准方法还包括步骤715，定义一瞬态目标输出功率(Po_t)，以及步骤720，定义该瞬态目标输出功率(Po_t)的公差范围(tol)。举例来说，该瞬态目标输出功率Po_t的公差范围tol可以被定义为:该公差范围内的输出功率不会降低发射机模块的ACLR或EVM特性。
[0061]在图7所示的方法中，还包括获取能使瞬态PA输出功率Po等于该瞬态目标输出功率Po_t(或者位于该瞬态目标输出功率Po_t的公差范围tol之内)的RF信号包络(ENV)至PA电源电压(VPA)的映射。具体地，在步骤725中，从一初始的ENV至VPA的映射开始，重复的调整和修正该ENV至VPA的映射，以使PA模块的所有瞬态包络均接近于对应Po_t的包络级，从而使得PA的所有瞬态输出功率Po均等于瞬态目标输出功率Po_t (或者位于该瞬态目标输出功率Po_t的公差范围tol之内)。需要了解的是，由于PA模块的非线性增益，输入信号会产生失真，从而会使得该ENV至VPA的映射也是非线性的。
[0062]接下来再回到图3，上述对ENV至VPA的映射的重复调整和修正的操作可以经由基带元件310通过监控PA模块224的瞬态输出功率的指示信息的方式而予以实现，而对该指示信息的监控则可以通过侦测反馈路径(CPL至DET的路径)355以及侦测元件350来实现。
[0063]图7所示的校准方法还包括:针对已确定的PA电源电压VPA与PA输入功率Pi的多种组合获取电池电流的多个指示信息，该多种组合能够使得PA输出功率(Po)等于目标输出功率Po_t，具体指位于该目标输出功率Po_t的可容忍范围之内。举例来说，如图7的步骤730所示，该对电池电流测量值的获取操作可以于步骤725的对ENV至VPA的映射的重复调整与修正的期间内执行。
[0064]再回到图3，与上述图4的方法类似，一个或多个电流测量元件，例如图3所示的电流测量元件380，可用于测量从电池385流至RF发射机模块中的一个或多个其他元件的电流，该其他元件例如包括PA电源电压调制器320，PA模块224，RF发射机/调制电路222等等。如图3所示，电流测量元件380接着可以通过电流测量至基带(CM-BB)的路径390提供该电流测量结果的至少一指示信息至基带元件310。
[0065]接着请再回到图7，于本实施例的步骤735中，从上述已修正的ENV至VPA的映射中确定PA电源电压VPA与PA的瞬态输入功率Pi的各种组合以及对应各组合的各个电池电流测量结果指示信息，并存储各组合及各指示信息，其中每种组合均能使目标输出功率Po_t等于瞬态目标输出功率Po_t，特别是位于瞬态目标输出功率Po_t的可容忍范围之内。至少部分基于该各电池电流测量结果的指示信息，可以从已储存的多个组合中选取出一个组合，举例来说，该选取出的组合可以包含最低电池电流，例如对于PA模块224与发射机/调制电路222来说的最低电池电流。
[0066]接着，在步骤745中，已选取组合的AM2PM响应将被保存，以在随后的RF发射机模块的数据发射期间使能即将执行的数字预失真处理(例如于基带元件310内执行)，从而以对PA模块224引起的任何相位调制进行补偿。
[0067]接着，在步骤750中，通过使用上述PA电源电压VPA与PA瞬态输入功率Pi的已选取组合，包络追踪系统得以校准(例如，建立一查找表)。以及本实施例的方法于步骤755结束。
[0068]图8及图9所示为图7的包络追踪系统的校准方法的示意图。如图8所示，PA电源电压调制器320依据经由该BB至MOD路径330 (如图3所示)接收到的一可变的VPA波形信号，对提供至PA模块224的PA电源电压(VPA)进行调制。该PA模块224于是根据接收到的可变的PA电源电压(VPA)放大从发射机/调制电路222接收到的已调制的可变包络RF信号。
[0069]图9所示为依据本发明一实施例的分别用于两个目标输出功率Po_t (I)与Po_t⑵的ENV至VPA的映射的示意图。在图7至图9所示的本实施例中，PA电源电压VPA，RF信号的包络ENV以及电池电流均是可变的。当PA电源电压VPA达到最大值(VPA max)或最小值(VPA min)时，意味着瞬态输入功率分别过低或过高而不能达到目标瞬态输出功率(Po_t)。而经由上述步骤725的对ENV至VPA的映射910，920的调整修正操作之后，能够实现其各自的瞬态PA输出功率等于各自对应的瞬态目标输出功率Po_t (I)与Po_t (2)(或者位于Po_t(l)与Po_t(2)的公差范围tol之内)，从而包含最低电池电流的PA电源电压VPA与瞬态PA输入功率Pi的组合能够分别从ENV至VPA的映射910，920中选取得出。
[0070]本领域技术人员可以了解的是，图4及图7所示的校准方法可以根据需要设置各自不同的目标输出功率，从而包含最低电池电流的PA电源电压(VPA)与(瞬态)PA输出功率(Pi)的组合可以被选出且用于各自对应的目标输出功率。
[0071]现在请参见图10，图10所示为依据本发明一实施例的对无线通信单元的RF发射机模块内的功率放大器模块的电源电压的进行调制的方法的流程示意图1000，该方法例如可以在图3所示的收发机结构300内执行。本实施例的方法开始于步骤1010，并移至步骤1020，接收即将通过无线通信单元的发射机模块发射的用户数据。接着，在步骤1030中，基于一所需的RMS输出功率确定一输出功率波形以用于该接收到的用户数据，该RMS输出功率可以由正在与该收发机模块通信的一蜂窝网络控制系统予以定义。接着，本实施例的方法移至步骤1040，针对该输出功率波形内的对应PA输出功率的各个点，从PA电源电压VPA与PA输入功率Pi {VPA，(瞬态)Pi}的多个组合中产生PA电源电压VPA波形信号与PA输入功率Pi波形信号，该多个组合例如可以是依据图4或图7所示的校准方法得到的校准/选取后的组合。
[0072]该PA电源电压VPA波形信号接着于步骤1050被应用至PA模块的电源电压调制器中。在此方式下，该PA模块的电源电压调制器是可控的，能产生一对应的VPA信号并将其提供至PA模块的电源电压端口。于此同时,在步骤1055中，产生一发射机输入信号以实现该(瞬态)输入功率Pi波形及所需的RF信号的相位调制，以及提供该发射机输入信号至PA模块的RF输入端口，该发射机输入信号例如可以是提供至发射机/调制电路222的输入端并由基带单元310产生的信号。接着，本实施例的方法于步骤1060结束。
[0073]在此方式下，PA电源电压VPA与PA输入功率Pi的波形可以基于经由图4或图7所示的校准方法所校准/选取而得到的具有最小电流(或者至少为低电流)的IVPA，(瞬态)Pil组合而产生，从而可以使得发射机的效率，尤其是PA模块224与发射机/调制电路222的效率得到优化。
[0074]因此在本发明实施例所描述的方法及装置中，可以使用选取出的能够实现最小电池电流(或者至少是低电池电流)的VPA与Pi的组合对包络追踪系统进行校准，以及该组合能够提供即将被PA模块放大的波形信号的瞬态包络与PA模块电源电压两者之间的一更有效的映射。具体地，上述对包络追踪系统的校准不仅包含对PA电源电压VPA的校准，还包含对PA输入功率Pi的校准，因此其不仅能优化PA模块的效率，还能够优化发射机结构中其他元件的效率，例如发射机/调制电路的效率。[0075]本领域技术人员可以了解的是，在本发明实施例的图4与图7所示的校准方法中，PA电源电压VPA的波形信号与输入功率Pi的波形信号两者之间在包络(AM)域的预失真可以通过对能够使PA输出功率Po等于目标输出功率(Po_t)的VPA与Pi的多个组合值的储存，以及针对每个目标输出功率(Po_t)的对包含最低电池电流的组合值的校准/选取而予以提供。
[0076]在本发明一些实施例中，可以预见的是上述波形信号之间在相位(PM)域内的预失真还可以应用至图10所示的步骤1055所产生的发射机输入信号中，该相位预失真能够使能相位失真，该相位失真例如是由即将被补偿的PA模块所增加的。该相位域内的预失真可以通过基带元件内的发射机输入信号的数字预失真而提供。
[0077]虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，本领域任何技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可做些许更动与润饰，因此本发明的保护范围当视本发明的权利要求书所界定的范围为准。
[0078]举例来说，虽然在上文的本发明各实施例中，均描述的是确定能够使PA输出功率Po等于一目标输出功率Po_t的PA电源电压VPA与PA输入功率Pi的多个组合，以及至少部分基于获取的电池电流指示信息对多个组合进行选取，其中选取出/校准后的组合大致可以用于调制一包络追踪系统。但是可以预见的是，还可以使用包络值来替换功率值以实现本发明实施例。例如，确定能够使PA输出包络值(Eo)等于一目标输出包络值(Eo_t)的PA电源电压(VPA)与PA输入包络值(Ei)的多个组合，以及至少部分基于获取的电池电流指示信息对该多个组合值进行选取/配置，其中该选取出/校准后的组合大致可以应用于一包络追踪系统中。优选地，包络值将更便于计算，因此本文包络权利要求中所提及的任何功率值均可以用包络值来予以替换。
[0079]本领域技术人员可以了解的是，本文对所有逻辑模块仅是做示例性的说明而并非限制，在其他可选实施例中，各逻辑模块或电路元件可以以合并或分解的方式，通过具有相同功能的其他的逻辑模块或电路元件予以实现。因此，可以了解的是，本文所描述的结构仅是示例性的说明，实际上可实现同样功能的其他结构也可应用于本发明中。
[0080]只要能实现想要功能的元件之间的任何排列均可能看成是有效的“相关联的”。因此，对于任意两个元件来说，若该两个元件能够组合在一起实现一特定的功能，则可以看作者两个元件对于所需的功能是彼此“相关联的”，而不管其结构如何或者是否存在中间元件。因此，任何两个用于实现所需功能的“相关联的”元件还可以看作是“可操作连接的”或者“可操作耦接的”。
[0081]虽然透过一些实施例对本发明进行描述，但是这并意味着对本发明的具体实现形式的限制。本发明的保护范围仅本申请的权利要求予以限制。此外，虽然可能在一实施例中仅描述本发明的一个特性，但是本领域技术人员应该了解，各个所述实施例的各不同特性可以依据本发明得以结合。在权利要求项中，「包含」一词应解释成「包含但不限定于」，其并不排除没有列入至权利要求的其他元件或者步骤。
[0082]此外，虽然本发明中的方法、元件以及步骤均被单独地列出，但是该多种方法、多个元件或者多个方法步骤均可以通过例如一个单元或者一个处理器予以实现。此外，虽然在不同的权利要求项中保护了本发明的不同特性，但是这些特性也可以进行组合，不同的权利要求项的单独保护并不代表特性之间的组合是不可行和/或不好的。同时，权利要求项所描述包含的特性并非对权利要求的保护范畴的限定，该权利要求项所限定的特性在适当的情形下也可以应用于其他的权利要求项中。
[0083]此外，各权利要求项的排列顺序也并非暗示本发明的各特征必须按照该特定的顺序予以执行，尤其是并非暗示本发明所保护的方法中的步骤必须按照请求项中特定的顺序予以运行。相反地，各个步骤也可以通过其他适合的步骤运行。此外，本文中的唯一并不排除多个的情形，以及「一个」、「第一」、「第二」等词也并不排除多个的情形。
【权利要求】
1.一种包络追踪系统的校准方法，该包络追踪系统用于无线通信单元的RF发射机内的功率放大器模块的电源电压，其特征在于，该方法执行于该无线通信单元的至少一信号处理模块中，以及该方法包含: 确定能够使该功率放大器模块的输出功率等于目标输出功率的该功率放大器模块的电源电压与输入功率的多种组合； 针对上述已确定的该功率放大器模块的电源电压与输入功率的多种组合获取多个电池电流指示信息； 至少部分基于已获取的该多个电池电流指示信息，从该多种组合中选取一种组合；以及 使用所选取的该功率放大器模块的电源电压与输入功率的组合对该包络追踪系统进行校准。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，该至少部分基于已获取的该多个电池电流指示信息，从该多种组合中选取一种组合的步骤包含: 从该多种组合中选取包含最低电池电流的该功率放大器模块的电源电压与输入功率的组合。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，该确定能够使该功率放大器模块的输出功率等于目标输出功率的该功率放大器模块的电源电压与输入功率的多种组合的步骤包含: 确定能够使该功率放大器模块的输出功率位于该目标输出功率的公差范围内的该功率放大器模块的电源电压与输入功率的多种组合。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，该确定能够使该功率放大器模块的输出功率等于目标输出功率的该功率放大器模块的电源电压与输入功率的多种组合的步骤还包含: 应用一连续波形RF信号至该功率放大器模块的输入端； 改变该功率放大器模块的电源电压及输入功率中的至少一者；以及 监控该功率放大器的输出功率的至少一指示信息，以确定能够使该功率放大器模块的输出功率等于目标输出功率的该功率放大器模块的电源电压与输入功率的多种组合。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，该改变该功率放大器模块的电源电压及输入功率中的至少一者的步骤具体为: 扫描该功率放大器的电源电压及输入功率中的至少一者。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，该确定能够使该功率放大器模块的输出功率等于目标输出功率的该功率放大器模块的电源电压与输入功率的多种组合的步骤还包含: 应用一包含可变包络的RF信号至该功率放大器模块的输入端；以及 重复地修正RF信号包络至该功率放大器模块的电源电压的映射，以使该功率放大器模块的瞬态输出功率等于该目标输出功率。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，对于每一个根据需要设置的目标输出功率，该方法均包含: 确定能够使该功率放大器模块的输出功率等于该目标输出功率的该功率放大器模块的电源电压与输入功率的多种组合； 针对上述已确定的该功率放大器模块的电源电压与输入功率的多种组合获取多个电池电流指示信息； 至少部分基于已获取的该多个电池电流指示信息，从该多种组合中选取一种组合；以及 使用所选取的组合对该包络追踪系统进行校准。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，该方法还包含: 测量该无线通信单元的电池的至少一个电池电流值以获取该多个电池电流指示信息。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，该测量该无线通信单元的电池的至少一个电池电流值包括测量下述元件中的至少一个的电池电流值:该功率放大器模块，一功率放大器电源电压调制器以及一 RF发射机/调制电路。
10.如权利要求1所述的方法，其特征在于，该方法还包含: 确定能够使该功率放大器模块的输出功率等于目标输出功率的该功率放大器模块的电源电压与输入包络的多种组合； 针对上述已确定的该功率放大器模块的电源电压与输入包络的多种组合获取多个电池电流指示信息； 至少部分基于已获取的该多个电池电流指示信息，从该多种组合中选取一种组合；以 及 使用所选取的组合对该包络追踪系统进行校准。
11.一种通信单元，其特征在于，包含: RF发射机模块,包含一包络追踪系统,用于该RF发射机内的功率放大器模块的电源电压；以及 至少一信号处理模块，用于校准该包络追踪系统并用于: 确定能够使该功率放大器模块的输出功率等于目标输出功率的该功率放大器模块的电源电压与输入功率的多种组合； 针对上述已确定的该功率放大器模块的电源电压与输入功率的多种组合获取多个电池电流指示信息； 至少部分基于已获取的该多个电池电流指示信息，从该多种组合中选取一种组合；以及 使用所选取的组合对该包络追踪系统进行校准。
12.—种集成电路，用于通信单元中，其特征在于，该通信单元包含RF发射机模块，该RF发射机模块包含一用于该RF发射机内的功率放大器模块的电源电压的包络追踪系统，该集成电路包含: 至少一信号处理模块，用于校准该包络追踪系统并用于: 确定能够使该功率放大器模块的输出功率等于目标输出功率的该功率放大器的电源电压与输入功率的多种组合； 针对上述已确定的该功率放大器模块的电源电压与输入功率的多种组合获取多个电池电流指示信息； 至少部分基于已获取的该多个电池电流指示信息，从该多种组合中选取一种组合；以及 使用所选取的组合对该包络追踪系统进行校准。
13.一种电源电压的调制方法，该电源电压为无线通信单元的RF发射机模块内的功率放大器模块的电源电压，其特征在于，该方法包含，在该无线通信单元的至少一信号处理模块中执行下述步骤: 接收即将被该RF发射机模块发射的用户数据； 确定输出功率波形以用于该用户数据； 从该功率放大器模块的电源电压与输入功率的多种组合中产生该功率放大器模块的电源电压的波形信号与输入功率的波形信号，该多种组合为针对该输出功率波形内的各个点所对应的输出功率依据权利要求1-10任一所述的方法进行校准后得到的组合； 将产生的该功率放大器模块的电源电压的波形信号应用至该功率放大器模块的电源电压调制器中；以及 产生该RF发射机模块的一输入信号以实现该功率放大器模块的输入功率的波形信号。
14.如权利要求13所述的方法，其特征在于，该方法还包含:应用相位域内的预失真处理至该RF发射机模块的该输入信号。
15.一种通信单元，其特征在于，包含: RF发射机模块，包含一包络追踪系统，用于该RF发射机模块内的功率放大器模块的电源电压，该包络追踪系统包含至少一信号处理模块，用于:` 接收即将被该RF发射机模块发射的用户数据； 确定输出功率波形以用于该用户数据； 从该功率放大器模块的电源电压与输入功率的多种组合中产生该功率放大器模块的电源电压的波形信号与输入功率的波形信号，该多种组合为针对该输出功率波形内的各个点所对应的输出功率依据权利要求1-10任一所述的方法进行校准后得到的组合； 将产生的该功率放大器模块的电源电压的波形信号应用至该功率放大器模块的电源电压调制器中；以及 产生该RF发射机模块的一输入信号以实现该功率放大器模块的输入功率的波形信号。
16.一种集成电路，用于通信单元中，其特征在于，该通信单元包含RF发射机模块，该RF发射机模块包含一用于该RF发射机内的功率放大器模块的电源电压的包络追踪系统，该包络追踪系统包含至少一信号处理模块，用于: 接收即将被该RF发射机模块发射的用户数据； 确定输出功率波形以用于该用户数据； 从该功率放大器模块的电源电压与输入功率的多种组合中产生该功率放大器模块的电源电压的波形信号与输入功率的波形信号，该多种组合为针对该输出功率波形内的各个点所对应的输出功率依据权利要求1-10任一所述的方法进行校准后得到的组合； 将产生的该功率放大器模块的电源电压的波形信号应用至该功率放大器模块的电源电压调制器中；以及 产生该RF发射机模块的一输入信号以实现该功率放大器模块的输入功率的波形信号。
【文档编号】H03F1/30GK103888085SQ201310692202
【公开日】2014年6月25日 申请日期:2013年12月17日 优先权日:2012年12月19日
【发明者】曼诺·克兰多斯·安西索, 陈信宏, 乔纳森·理查·思创 申请人:联发科技（新加坡）私人有限公司