与用于包络跟踪放大器的包络路径中的成形表组合的在rf路径中的预失真的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种控制包括包络调制电源的包络跟踪放大级的方法，该方法包括以下步骤：在放大器的输出功率根据电源电压的放大器的工作区域中，根据系统线性目标，确定要施加于用于控制包络调制电源的包络信号的成形函数；以及在放大器的输出依赖于对放大器的输入功率的放大器的工作区域中，根据系统的进一步线性目标，确定要施加于要放大的输入信号的预失真函数。
【专利说明】与用于包络跟踪放大器的包络路径中的成形表组合的在RF路径中的预失真
【技术领域】
[0001]本发明涉及用于实现非恒定包络信号的有效放大的技术。本发明尤其涉及使用包括用于对包络信号成形的成形函数的、用于放大的包络跟踪电源。
[0002]本发明尤其，但不唯一地，涉及无线射频(RF)信号的放大。
【背景技术】
[0003]许多现代通信系统通常使用非恒定包络调制技术来实现高的频谱效率。为了避免频谱扩展到相邻通信信道中，需要高线性无线射频(RF)放大。传统的固定偏压放大器仅可以通过“回退”放大器实现所需线性，使得其在远低于其峰值功率能力的功率正常工作。不幸地是，在该区域中DC至RF功率转换效率非常低。因此，这些设计当用于便携式应用时消耗大量热并缩短电池寿命。
[0004]电池寿命的最大化在例如移动无线设备中非常重要。对于大多数高频谱效率通信标准而言,移动发送器大部分时间在远远小于最大功率的功率处工作。对于这一点有两个原因。首先，功率控制通常用于将平均发送功率减小到可靠通信所需的最小水平，第二，大多数正在出现的调制方案具有高的峰值与平均功率比。因此，对于功率放大器重要的是在功率放大器大部分时间工作于的明显低于最大功率的功率处维持高效率。
[0005]用于提高放大器效率的已知技术“包络跟踪” (ET)使用电源调制器来与输入RF信号的包络基本一致地调制电源电压。为了实现最高总效率，电源调制器本身的效率必须高，这要求使用用于调制器的切换模式DC-DC转换器。电源调制器的设计对于放大器的系统性能是关键的。除了实现良好效率，调制器还必须展示出高带宽、高线性和低噪声，以用于通常使用高带宽CDMA或OFDM调制方案并还要求高调制精度的现代通信应用。
[0006]改进的线性方法使用包络电压来实现电压映射(或成形)函数，以达到来自RF放大器的恒定增益，从而降低对预失真或反馈的需要。包络电压与电源电压之间的映射(或成形)函数可以使用连续函数，其中，包络电压可以从电源电压的知识唯一地导出。
[0007]本发明的目的是提供一种改进的包络跟踪功率放大器排布结构，其中，成形函数用于与RF路径中的预失真结合来对提供给调制后的电源的包络信号成形。
【发明内容】
[0008]根据本发明，提供了一种控制包括包络调制电源的包络跟踪放大级的方法，该方法包括以下步骤:在放大器的输出功率依赖于电源电压的放大其的工作区域中，根据系统线性目标，确定要施加于用于控制所述包络调制电源的包络信号的成形函数；以及在所述放大器的所述输出依赖于对所述放大器的所述输入功率的所述放大器的工作区域中，根据所述系统的进一步线性目标，确定要施加于要放大的输入信号的预失真函数。
[0009]所述预失真函数可以在确定所述成形函数之后确定。
[0010]所述线性目标可以是高功率线性目标并且所述进一步线性目标是低功率线性目标。
[0011]所述调制后的电源的所述最小电压可以根据所述平均功率电平而变化。
[0012]当减小所述平均功率电平时，可以减小所述调制后的电源的所述最小电压可以减小。
[0013]本发明还提供了一种控制包络跟踪放大级的方法，该方法包括以下步骤:生成包络信号，该包络信号表示要放大的信号的包络；在放大器的输出功率依赖于所述电源电压的所述放大器的工作区域中，根据系统线性目标，确定要施加于用于控制所述包络调制电源的包络信号的成形函数；将所确定的成形函数应用于所述包络信号，以生成成形后的包络信号:向用于所述放大级的放大器的包络调制电源提供所述成形的包络信号作为输入信号；在所述放大器的所述输出依赖于所述输入功率的所述放大器的工作区域中，根据所述系统的进一步线性目标，确定要施加于要放大的输入信号的预失真函数；以及在到所述放大器的输入信号路径中使要放大的所述信号预失真。
[0014]本发明还提供一种包络跟踪放大级，该包络跟踪放大级包括包络调制电源和放大器，并且还包括:成形表，该成形表适于存储放大器的输出功率依赖于电源电压的放大器的工作区域中，根据系统线性目标，要施加于用于控制所述包络调制电源的包络信号的成形函数；以及预失真块，该预失真块适于存储在所述放大器的所述输出依赖于到所述放大器的所述输入功率的所述放大器的工作区域中，根据所述系统的进一步线性目标，要施加于要放大的输入信号的预失真函数。
[0015]所述预失真函数可以在确定所述成形函数之后确定。
[0016]所述线性目标可以是高功率线性目标并且进一步的线性目标是低功率线性目标。
[0017]还可以提供一种包络跟踪放大级，该包络跟踪放大级包括:包络信号生成器，该包络信号生成器生成表示要放大的信号的所述包络的包络信号；成形表，该成形表用于在放大器的输出功率依赖于电源电压的放大器的工作区域中，根据系统线性目标，对所述包络信号成形；包络调制电源，该包络调制电源用于接收成形后的包络信号并且生成电源电压；功率放大器，该功率放大器用于接收所述电源电压；以及预失真块，该预失真块用于在所述放大器的所述输出功率依赖于所述输入功率的所述放大器的工作区域中，根据所述系统的线性目标，使要放大的输入信号预失真，其中，所述预失真信号作为输入提供给所述放大器。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]现在，参照附图描述本发明，在附图中:
[0019]图1例示可以实现根据本发明及其实施方式的改进的示例性放大系统；
[0020]图2例示根据本发明的实施方式的、在RF输入路径中合并预失真块的经改进的放大系统；
[0021]图3例示放大器的工作区域；
[0022]图4例示示例性排布结构中电源电压相对于输入功率的图；以及
[0023]图5例示示例性排布结构中增益相对于输出功率的图。
【具体实施方式】
[0024]现在，参照示例性排布结构以示例的方式描述本发明。本发明不限于任何描述的排布结构的细节，除非明确说明。示例性排布结构的方面可以以不同的组合来实现，并且为了说明本发明，鉴于示例性组合的呈现，本发明不限于特征的特定组合。
[0025]图1例示可以实现根据本发明的实施方式的改进的示例性包络跟踪无线射频(RF)功率放大系统100。包络跟踪功率放大器系统100包括:功率放大器102、上转换器104、包络检测器106、成形表108和包络调制电源110。
[0026]线路112上的输入I/Q信号形成对上转换器104的输入，该上转换器104生成用于线路122上的RF功率放大器的RF输入信号。输入I/O信号的瞬时功率标记为PIN。线路112上的输入I/O信号还形成到包络检测器106的输入，该包络检测器106在其于线路116上的输出生成表示输入I/Q信号的包络的包络信号。如图1的排布结构所示，包络检测器106可另外生成到成形表108的线路107上的控制信号。在另选的排布结构中，用于成形表的该控制信号可以从基带处理电路(未示出)直接提供。线路116上的包络信号被设置为对成形表108的输入。线路118上的成形表的输出向包络调制电源提供输入，该包络调制电源根据此向线路120上的RF功率放大器电源电压。RF功率放大器在其于线路114上的输出处生成放大后的RF输出信号。RF输出信号的瞬时功率标记为PQUT。
[0027]上转换器104将线路112上的输入I/O信号转换为RF信号以放大。包络检测器接收线路112上的I/O信号，并且在其输出处生成表示输入信号的包络的包络信号，即，提供表示包络信号的大小的信号。
[0028]包络调制电源110的实现在本发明的范围之外，并且本领域技术人员将理解其可以以许多方式实现。通常，包络调制电源110包括开关电源，其中，可以根据由成形表提供的包络信号的瞬时大小来选择多个电源电压中的一个电源电压。在有效的放大方案中，所选电源电压可以被进一步调节，以在作为电源电压提供给RF功率放大器之前，提供瞬时包络信号的较精确的表示。本发明不限于包络调制电源的任何特定实现方式。
[0029]功率放大器102可以被实现为单级或多级放大器。
[0030]成形表108是用于对包络信号成形的功能块，并且向线路116上的包络信号施加成形函数，以提供线路118上的成形包络信号。所施加的成形函数由从线路107上的包络检测器接收到的(图的示例性排布结构中)控制信号来确定。该控制信号可以确定将多个成形函数中的哪个成形函数应用于包络信号。该控制信号可以仅仅是表示线路112上的I/O输入信号的平均功率的信号。包络信号的成形影响功率放大器102的效率和线性。
[0031]放大级100的特征在于预工作阶段，以确定针对给定输入(I/O)信号的最佳瞬时电源电压电平，以满足特定系统目标。
[0032]放大级100的该特性可能要求放大级的多功率推扫。该特性可以包括各种功率放大器参数(包括电源电压；偏置电压；RF增益；RF相位；供给电流；RF输入功率；以及RF输出功率)的测量。
[0033]通常，测量对于确定特定性能特性或目标所需要的装置的参数。如果例如，期望最佳化放大级的增益，则对于确定增益所需要的那些参数为不同的输入(包络)信号和电源电压组合而测量。
[0034]在特性化过程之后，可以由此建立用于给定放大级的测量数据库。所产生的测量数据库可以用于基于瞬时输入参数和成形函数的选择来预测装置的操作系统性能。在使用中，根据到放大器的输入信号的特性(诸如到放大器的输入信号的平均功率)，询问特性化操作中获得的数据，以确定最佳成形函数，以施加于输入信号，来确保对包络调制电源的成形后的包络信号被优化以满足所确定的性能特性。
[0035]放大器级的特性可以以许多方式执行，并且本发明不限于特定特性化技术。最方便地，特性化可以利用自动测试设备来执行。
[0036]图2例示根据本发明的图1的示例性功率放大系统的修改。该系统被修改为在RF输入路径中在上转换器104之前包括预失真块103。线路112上的输入I/O信号向预失真块103提供输入，并且预失真块103提供输出信号，其形成线路121上的对上转换器104的输入。预失真块103从包络检测器106接收表示线路109上的输入信号的平均功率的控制信号。在另选的排布结构中，用于预失真块的该控制信号可以从基带处理电路(未示出)直接提供。在另选的排布结构中，对包络检测器块106的输入可以从预失真块103的输出导出，而不由输入I/O信号直接提供。
[0037]图3例示在以包络跟踪模式工作时的功率放大器的工作区域:线性区域502、过渡区域504 ；以及压缩区域506。在线性区域502中，功率放大器的输出功率由输入功率确定，并且电源电压几乎没有影响。在压缩区域506中，输出功率由电源电压确定，并且输入功率几乎没有影响。在过渡区域504中，输出功率由电源电压和输入功率这两者确定。
[0038]预失真块被构造成在上转换之前将幅度和相位校正施加于输入I/O信号，以便使到放大器的输入信号预失真，以补偿在放大级中引入的失真。更具体地，预失真块103被构造成在上转换之前，适应I/O信号，以使对放大器的输入信号预失真，以补偿在低瞬时功率处出现的幅度和相位失真。
[0039]由此，在图1的上转换器104之前，施加预失真，因为输入功率对输出功率几乎没有影响或没有影响，所以无法解决被压缩区域中的失真。然而，在上转换器之前施加的预失真可以在过渡区域和线性区域中校正失真(因为输入功率对那些区域中的输出功率没有影响)。
[0040]由此，预失真块103可以用于在线性区域和过渡区域中控制失真和线性。
[0041]同时，根据本发明，成形表用于控制被压缩区域中的线性，由此控制失真。
[0042]由此:(i)成形表可以在高瞬时功率为效率和线性而设置，(即，在被压缩区域中的失真)；以及(ii)预失真块可以用于过渡区域和线性区域中的线性化。
[0043]本发明在手持机实现中尤其具有有利的适用性。
[0044]由此，本发明是在包络路径中的和在RF路径中的预失真级，其中，选择成形表，以最佳化特定系统目标，然后，调节预失真，以使得系统线性化。
[0045]因为提供了预失真块103，所以在由包络路径成形表执行所有幅度线性化的系统上可以提供效率改进。这是因为可以设置调制器摆动范围，以最佳化仅高功率区域中的效率和线性。
[0046]如果仅考虑效率来设置电源摆动范围，则由所要求的最大峰值功率来确定最大电压，并且应当设置最小电压，使得大部分信号功率位于与最小电压对应的功率上方。
[0047]这在图4中进行例示，其中示出成形函数507和信号508的概率密度。可以看出信号的功率的大部分位于跟踪信号的包络的过渡区域和压缩区域中。从功率放大器效率的角度看，因为功率概率密度函数的低功率“尾部”中的能量低，所以在摆动到低电压方面几乎没有优势。
[0048]因为调制器效率随着摆动范围的增大而减小，所以如果摆动范围过大，则整个解决放方案效率(即，组合的功率放大器和调制器的效率)会降低。
[0049]如果完全在包络路径中实现线性化，则所需要的摆动范围比仅考虑效率而设置的大。
[0050]与用大摆动电压实现的等增益成形函数关联的功率放大器增益由图5中602示出。如果摆动范围减小到最佳效率所要求的摆动范围，则如轨迹601所示，增益在低功率处增大。在RF路径中使用预失真可以用于补偿由改进的效率和良好线性同时产生的这个低功率非线性。
[0051]由此，在实施方式中，本发明允许减小供给的摆动范围，利用预失真块103补偿在低瞬时功率对系统线性的任何负面影响。
[0052]在用于表征功率放大器以确定用于成形表108和预失真块103的数据的示例性系统设置中，通过考虑过渡区域和压缩区域中的效率和线性目标，首先确定成形表。一旦确定了成形函数，可以在低瞬时功率确定合适的I/o路径预失真，以进行线性校正。
[0053]如上所述，本发明不涉及表征功率放大器的方式，而涉及用于成形表108和预失真块103的值的选择方法。用于产生PA特性数据的技术将对于技术人员来说是熟悉的。
[0054]可以提供控制信号，以根据输入信号的平均功率，改变工作中的成形表108中的成形函数和/或RF路径预失真。
[0055]本发明可以实现在任意包络跟踪放大器架构中实现。这种架构可以在移动通信系统、无线基础设施或移动电话装置(手持机)中找到。
[0056]这里以参照具体示例和实施方式的方式描述了本发明，这些具体示例和实施方式用于理解本发明并理解本发明的优选实现。然而，本发明不限于任何所给实施方式的特定实施方式，互相排斥的任何实施方式的细节也不限于任何所给实施方式的特定实施方式。本发明的范围由所附权利要求来限定。
【权利要求】
1.一种控制包括包络调制电源的包络跟踪放大级的方法，该方法包括以下步骤: a.在放大器的输出功率依赖于电源电压的所述放大器的工作区域中，根据系统线性目标，确定要施加于用于控制所述包络调制电源的包络信号的成形函数；以及 b.在所述放大器的输出依赖于对所述放大器的所述输入功率的所述放大器的工作区域中，根据所述系统的进一步线性目标，确定要施加于要放大的输入信号的预失真函数。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，在确定所述成形函数之后确定所述预失真函数。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的方法，其中，所述线性目标是高功率线性目标并且所述进一步线性目标是低功率线性目标。
4.根据权利要求1至权利要求3所述的方法，其中，所述调制后的电源的所述最小电压根据所述平均功率电平而变化。
5.根据权利要求1至权利要求3所述的方法，其中，当所述平均功率电平减小时，所述调制后的电源的所述最小电压减小。
6.一种控制包络跟踪放大级的方法，该方法包括以下步骤: a.生成包络信号，该包络信号表示要放大的信号的包络； b.在放大器的输出功率依赖于电源电压的所述放大器的工作区域中，根据系统线性目标，确定要施加于用于控制包络调制电源的包络信号的成形函数； c.将所确定的成形函数应用于所述包络信号，以生成成形后的包络信号: d.向用于所述放大级的放大器的包络调制电源提供所述成形的包络信号作为输入信号; e.在所述放大器的所述输出功率依赖于所述输入功率的所述放大器的工作区域中，根据所述系统的进一步线性目标，确定要施加于要放大的输入信号的预失真函数；以及 f.在到所述放大器的输入信号路径中使要放大的所述信号预失真。
7.一种包络跟踪放大级，该包络跟踪放大级包括包络调制电源和放大器，并且还包括: a.成形表，该成形表适于存储在所述放大器的所述输出功率依赖于所述电源电压的所述放大器的工作区域中，根据系统线性目标，要施加于用于控制所述包络调制电源的包络信号的成形函数；以及 b.预失真块，该预失真块适于存储在所述放大器的所述输出依赖于对所述放大器的所述输入功率的所述放大器的工作区域中，根据所述系统的进一步线性目标，要施加于要放大的输入信号的预失真函数。
8.根据权利要求7所述的包络跟踪放大级，其中，在确定所述成形函数之后确定所述预失真函数。
9.根据权利要求7或权利要求8所述的包络跟踪放大级，其中，所述线性目标是高功率线性目标并且所述进一步线性目标是低功率线性目标。
10.一种包络跟踪放大级,该包络跟踪放大级包括: a.包络信号生成器，该包络信号生成器生成表示要放大的信号的所述包络的包络信号; b.成形表，该成形表用于在所述放大器的所述输出功率依赖于所述电源电压的所述放大器的工作区域中，根据系统线性目标，对所述包络信号成形； C.包络调制电源，该包络调制电源用于接收成形后的包络信号并且生成电源电压； d.功率放大器，该功率放大器用于接收所述电源电压；以及 e.预失真块，该预失真块用于在所述放大器的所述输出功率依赖于所述输入功率的所述放大器的工作区域中，根据所述系统的线性目标，使要放大的输入信号预失真， f.其中，所述预失真信号作为输入提供给所述放大器。
【文档编号】H03F1/32GK104170250SQ201380014700
【公开日】2014年11月26日 申请日期:2013年1月16日 优先权日:2012年1月16日
【发明者】杰拉德·维蓬尼 申请人:努吉拉有限公司