专利名称：具有功率放大器线性化电路的无线电发射机的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种无线电发射机，它具有功率放大器和用于补偿该功率放大器中非线性的线性化电路安排。这种安排的例子是具有训练方式的笛卡尔反馈。
线性发射机使用闭环技术以实现高度线性化。笛卡尔反馈环是一种包括非线性射频功率放大器(PA)的闭环。该PA的线性性能与其所在的环路增益成正比地得到改进。
闭合该环路之前必须确保其稳定，以避免振荡和临近信道干扰。所采用的一种方法是给开环施加一训练信号并利用独特的方法在求和点调整该环路的相位为180°，以确保稳定(参见WO—9208280)。
射频功率放大器往往改变其相移与输出的功率的关系。这种PA的调幅—调相响应减小了该环路的有效相位容限。相位应该以驱动该PA的输入电平进行调整，以近似地平均输出功率，维持一正确的相位。不正确的相位调整将减小有效相位容限并能导致振荡发生在峰值输出功率处，在此处该PA附加了其最大的相移。
对于相同的输入电平，前向通路增益的变化(无线电设备到无线设备的变化、温度变化和频率变化)将导致不同的输出功率，从而该相位训练将导致不正确的相位调整。此外，增加相位训练输出功率的增益变化将增加临近信道干扰。
为了维持所需的线性和良好的效率，需要调节驱劝电平成为低限幅电平。所使用的一种方法是基带输入的训练斜波，该训练斜波使输入增加，直到通过把环路差错与一指示限幅的电平相比较来检测到限幅(clip)为止。在限幅被检测到的时刻对该斜波的输入电平取样，并且该数据输入电平被调整为低限幅电平。
使用这种方法的限幅检测的精确性和对限幅检测时引起的临近信道干扰取决于限幅前的差错电平。该差错电平与环路增益成正比，从而环路增益变化(典型的是10—15dB对温度和频率)将影响所检测的限幅点和临近信道干扰。
现有技术的问题是(1)由于训练附加引起临近信道干扰；(2)超过了设计的安全容限相位容限和对超过峰值率的峰值功率限幅。
1993年9月22日公开的莫托罗拉公司的GB—A2265270描述了一种装置，它使用温度和频率查阅表通过提供预定的调整因子以调整该环路尽可能地与工作情况相匹配。
按照本发明的第一个方面，提供一种无线发射机，它包括一个功率放大器；线性化电路装置与该放大器连接，用于补偿功率放大器中的非线性；反馈装置，用以将该功率放大器的输出信号馈送给该线性化电路装置，借此所述的放大器、反馈装置和线性化电路装置构成一具有可变环路增益的放大器环路；以及训练装置，用于把训练信号提供给放大器并在训练方式操作期间调整线性化电路装置，其特征在于一个查阅表，用于存储预定的工作条件调整参数，以及控制装置，具有一工作条件输入端，所述控制装置与该查阅表连接，用于在训练方式期间，按照工作条件输入选择工作条件调整参数，和在训练方式期间，调整该训练信号以补偿环路增益变化。
按照这种方式，更精确和一致的训练能够实现，以改变工作条件(例如温度和频率)。
训练装置最好包括用于打开和关闭放大器环路开关装置，和用于当该环路打工时提供一相位训练信号给放大器的装置，其中控制装置调整该相位训练信号，以用于开环增益变化的调整。按照这种方式，该相位训练信号能够被调整，以便例如以不变的预一输出功率电平(例如平均输出功率)执行相位训练，而与处于各种工作条件的开环增益无关。
可以设置一个温度传感器，并且该查阅表可以包括温度调整参数。
此外，该工作条件输入可以包括一个频率选择输入，该查阅表可以包括频率调整参数，控制装置响应该频率选择输入，选择一个或多个频率参数并按照一个或多个频率调整参数调整该相位训练信号。
按照本发明的第二方面，提供一种无线发射机，它包括一个功率放大器；线性化电路装置与该放大器连接，用于补偿功率放大器中的非线性；反馈装置，用于将该功率放大器的输出信号馈送给该线性化电路装置，借此所述的放大器，反馈装置和线性化电路装置构成一具有可变环路增益的放大器环路；以及训练装置，用于把训练信号提供给放大器并在训练方式期间调整线性化电路装置，本发明的特征在于在该放大器环路中的自动增益控制装置，和用于在操作的训练方式的至少一部分期间启动该自动增益控制装置的控制装置，以在该部分期间保持不变的闭环增益和在操作的转换方式期间使该自动增益控制装置不起作用。
按照本发明特别优选的方面，该训练装置包括用于把一增益训练信号提供给放大器的装置，其中该控制装置调整该增益训练信号。
上述特点具有能够使一致的增益训练成为可能的优点，例如从一致的起始电平到一致的限幅点。通过实现一致的限幅点，从而至少导出两个优点。该放大器可以被设计得通过一较小的安全容限从该限幅点得到补偿，由此能够提高效率。在幅度自身训练期间，临近信道干扰不可避免的会发生，但是在限幅前的电平导致不必要的高限幅点和引起过分的临近信道干扰的情况能够被避免。
最好是，该增益训练信号的线性增长的斜波部分被调整。
下面仅通过实例并参考附图对本发明的优选实施例进行描述。
图1示出了一个典型的训练信号。
图2示出按照本发明第一实施例的笛卡尔反馈环的方框图。
图3示出一典型的放大器的前向增益与温度的关系的曲线。
图4示出一典型的放大器的前向增益与频率的关系的曲线。
图5示出在放大器训练级处的差错信号。
图6示出了一个典型的放大器的环路增益与温度的关系的曲线。
图7示出按照本发明第二实施例的笛卡尔反馈环的方框图。
图1示出了一个训练信号，它被施加到一笛卡尔反馈环的输入端。训练开始于被用于调整相位的正弦波的一个周期。该正弦波被施加给开环，且在反馈输入到求和点对整个环路的相位进行测量，然后进行调整。在相位被调整之后，该环路在标记Tx的时间点被闭环。训练的第二级是限幅检测，这时一斜波发生器被接到该输入端。输入功率线性地增加驱动该PA达到最大输出功率。当该PA开始抑制差错电压升高时和当其达到阈值时，则指示限幅。最大数据输入电平是低于限幅电平2—3dB。
图2示出按照本发明的一个笛卡尔反馈发射机的方框图。该无线发射机包括一个DSP(数字信号处理器)10，一个用于I信道11的D/A(数/模转换器)，一个用于Q信道12的D/A，用于I信道13的输入衰减器，用于Q信道14的输入衰减器，一个用于I信道31的环路滤波器，一个用于Q信道32的环路滤波器，一介低通滤波器35，一个上变换器61，一个功率放大器36和一个天线50。功率放大器36输出信号由耦合器55取样并被反馈衰减器41衰减。反馈衰减器41与一个下变换器62连接，然后分离成I和Q信号进到I信道的基带放大器和进到Q信道的基带放大器，使该环路闭合。该环路还具有一微处理器21，用于经线路29感测温度和更新来自查阅表23的传输参数。该微处理器有一个频率选择输入30，用于选择一个所需的频率(例如一个信道选择器)。该频率选择输入可由该微处理器自身以其他方式导出。该微处理器还控制一个斜波发生器22和一个定时器24。
在发送数据前对该发射机进行训练。第一步是相位训练，在求和点45、46调整该环路的相位为180度。然后该环路被闭环，并且幅度训练检测该放大器的限幅点。数据电平被调整到限幅电平以下2—3dB。
一旦接收到发送请求，功率放大器36被接通并且微处理器设定该发射机以开环(即未形成反馈通路)发送。微处理器21根据发送的频率和温度修改来自查阅表23的相位训练信号的电平。该微处理器21控制DSP10处的相位训练信号的电平。该DSP10为I信道产生一个周期的正弦波和为Q信道产生零，如图1所示。该DSP的数字取样由D/A13转换成模拟信号，它沿着前向通路通过功率放大器36到达天线50。在发送相位训练信号的同时，环绕该环路的相位在求和点被相移器42调整为180度，以确保最大相位容限。
该环路闭环之后，微处理器设定定时器24，以把斜坡发生器22连接到该环路的输出。斜坡发生器22产生一个斜波，该斜坡具有一已由该微处理器21按照发送的频率和温度修改的斜率。
该输入斜坡线性地增加了功率放大器36的输出功率。在该功率放大器36进入抑制(开始限幅)之前，差错电平(点C)是不变的，并且它与环路增益和斜坡的斜率成正比。当该功率放大器36开始限幅时，差错迅速增加，当其超过一阈值电平时，这表明限幅，且该斜坡被取样。线性化电路这时调整输入衰减器(用于I信道13和Q信道14)以便该DSP的最大输入电平将是限幅功率以下2—3dB。由微处理器21控制该斜波斜率的事实导致了精确的限幅检测，它将允许较低的过顶率和将避免由幅度训练引起的附加临近信道干扰。
在训练序列之后，定时器24连接输入衰减器13到环路的输入，发射机准备发送数据。微处理器21控制DPS10开始发送数据给发送机。
图3示出平均前向通路的增益变化与温度的关系。该平均曲线是无线电设备测量的结果。通过施加一在全部温度点都产生平均输出功率(或尽可能的接近)的输入信号对增益进行测量。在被测量点之间进行线性内插。
图4示出平均前向通路的增益变化与频率的关系。该平均曲线是无线电设备测量的结果。通过施加一在全部频率点都产生平均输出功率(或尽可能的接近)的输入信号对增益进行测量。在被测量点之间进行线性内插。
下表能被用于在相位训练阶段相对于温度来调整输入信号的电平。温度 -30 -20 -10 010 20 30 40 50 60 70CF-1 0.63 0.65 0.67 0.71 0.77 0.88 1.00 1.18 1.33 1.58 1.67*温度的单位为度C*C.F.是一校正因数*在各点之间线性内插下表能被用于在相位训练阶段相对于频率来调整输入信号的电平频率 806 809 812 815 818 821 824CF-2 0.88 0.93 0.95 1.00 1.07 1.12 1.17*频率为MHz*C.F.是一校正因数*在各点之间线性内插在一种独特条件下，一种独特的无线电设备的相位训练信号的幅度按如下方式计算。
因数调整由所需的相位训练输入电平构成，以便在正常条件下(30℃，815MHz)为所述无线电设备产生平均输出功率。调整因数被存储在查阅表23中，例如一个非易失性代码插座中。这种调谐减少了无线电设备到无线电设备的变化。
独特的调整因数与CF—1和CF—2相乘。微处理器21利用该合成因数修改DSP10，其错误的相位训练信号应与该合成因数相乘。
图5示出了在幅度训练期间的差错信号(在图2中的点C)。在持续50—80毫秒的传输响应之后，差错信号被稳定并保持不变直到限幅发生。限幅之前的差错电平是大约20—30mV。该电平直接与斜波的斜率成正比，与环路增益成反比。当该PA开始限幅时，差错迅速增长。通过比较差错电平与表示限幅(大约754mV)的阈值检测确切的限幅点。
图6示出了环路增益对温度的变化。图中示出了上和下限。所有的无线电设备都在这些线之间。因为无线电是以在30度的因数被调谐的，所以这些曲线是关于30度的曲线。这些曲线已根据经验得出。
下表被用来在幅度训练期间相对于温度改变该斜坡的斜率温度 -30 -20 -10 010 20 30 40 5060 70Kr 2.31 2.00 1.77 1.58 1.41 1.26 1.00 0.79 0.71 0.63 0.56温度为摄氏温度。Kr是校正因数。线性内插在各点之间执行。
用于在独特条件下一独特无线电设备的斜坡斜率通过用Kr乘以该无线电设备的独特调谐因数(通过该斜坡的斜率校正过程事先获得的)来计算。微处理器21利用该与工作温度相应的斜率修正该斜坡发生器22。
总之，一种方法已经描述了用于精确和一致的放大器训练。该方法包括三个主要步骤(1)在正常条件下，相位训练输入电平的因数调整为每一无线电设备产生平均输出功率，该调整结果被存储在无线代码插座中。这种调谐将减小无线到无线的变化；(2)在相位训练期间按照预存的工作条件调整因数进行开环增益的调整，(3)在幅度训练期间按照预存的工作条件调整因数进行闭环增益的调整。
第二步包括一个两部分的过程。第一，无线电设备的前向通路增益对温度的变化(图3)被特征化，和生成一个查阅表，以便相对于温度每10度改变相位训练信号的电平。该查阅表也可以预定的因数和/或公式和/或一特征公式为基础。
第二，无线电设备的前向通路增益对频率的变化(图4)被特征化，和生成一个查阅表，以便相对于频率每5个不同的频率改变相位训练信号的电平。该查阅表也可以预定的因数和/或公式和/或一特征公式为基础。
线性内插在每种情况的各特征点之间执行。
本方法将把15—20dB的前向增益变化减小到3—4dB的变化，维持校正相位调整、最大的相位容限、和减小了附加的临近信道干扰。
第三步包括改变涉及环路增益的斜坡增益，以使由环路增益变化引起的差错电压变化最小化。该过程将改进限幅检测精度和将减少临近信道干扰。该第三步使用了改进的幅度训练信号，该信号改变该斜坡的斜率以环路增益成正比，以便在限幅之前维持恒定的差错电平。
作为斜坡斜率，环路增益和差错成比例相关的观测说明，在下面给出了在拉普拉斯平面上的数学分析(参考图2)。
AB(s)＝ab/s(限幅前)；ab是环路增益和该输入是以下式为模型的斜坡(在点B)Vinput(s)＝K/s＾2K是斜坡的斜率差错电压将为(在C点)Verror(s)＝Vinput*1/(1＋AB)Vinput/(AB)当AB＞＞1赋值AB＝abt/s和Vinput＝k/s＾2将给出Verror～k/ab*1/s(限幅前)我们可以看到，差错(在C点)将升高，并且其电平将直接与斜坡的斜率(K)成正比和环增益(ab)成反比。
第三步包括两个要素第一，无线电设备的环路增益对温度的变化(图6)被特征化，和生成一个查阅表，以便相对于温度每10度改变斜坡的斜率。该查阅表也可以预定的因数和/或公式和/或一特征公式为基础。线性内插在各特征点之间执行。
第二，环路增益对频率的变化被特征化，和生成一个查阅表，以便相对于频率以5个频率改变相位训练信号的电平。
该查阅表也可以预定的因数和/或公式和/或一特征公式为基础。在工厂中以5个rf频率执行该调谐过程并把该5个调谐结果存储在无线电设备的代码插座中也是可能的。线性内插仍在各特征点之间执行。
本算法将把10—15dB的环路增益变化减小到在维持精确限幅检测的差错信号中4dB的变化，并减了附加临近信道干扰。
参考图7，它示出了一个本发明的另一实施例。在该图中，参考图2已描述的元件具有相同的参考数字。图7示出了类似于图2的但作了改进的一个笛卡尔反馈发射机的方框图，以便包括AGC电路。定时器24控制一个传感差错电压和控制环路衰减器(用于I和Q信道33和44)的AGC框25。该AGC框25包括动态特性以控制该AGC环路。
如参考图2的电路所描述的对该发射机进行训练，和在该环路闭环之后微处理机设定该定时器24以把斜波发生器22连接到该环路的输入端。
如图5所示，当输入开始倾斜上升时，差错也上升，在50—80毫秒的稳定时间之后，差错稳定。在100—150毫秒之后，该AGC电路被启动，通过改变环路衰减器33和34来调整差错电平为25mV。该衰减器应该设定在150—200毫秒内，然后被固定直到下一次训练为止。环路衰减器33和34的衰减在下一训练周期被再次更新。
该输入斜坡增加了功率放大器36的输出功率。当该功率放大器36开始限幅时，差错迅速增加，当其超过表明限幅的一阈值电平时，该斜坡被取样。线性化装置这时调整输入衰减器(用于1信道13和Q信道14)以使该DSP10的最大输入电平将是该斜坡的取样电平以下2—3dB。这确保了数据的输出功率将低于限幅功率2—3dB。
在限幅被检测到之前调整环增益这一事实确保了精确的限幅检测，这种检测将允许较低的过顶率(即安全容限)和将避免由幅度训练引起的附加临近信道干扰。
在训练序列之后，定时器24将输入衰减器13连到该环路的输入端，并且该发射机准备发送数据。微处理器21控制DSP10开始发送数据给该发射机。该发射机将以最佳稳定条件工作，并且通过AGC的作用实现的恒定的环路增益将导致恒定的临近信道干扰。
该AGC电路应该设置在前向通路在主噪声源之后和在其降低该前向通路的线性之前(图7)。应该能够保持20dB的AGC(6dB无线电到无线电的变化，3dB平滑和10dB的温度变化)。该AGC框内25内部的动态特性(零点、极点和增益)取决于衰减器33和34在前向通路中的位置。
被该AGC选择的衰减将在相位训练阶段以及发送时刻启动。于是该AGC将保持恒定无线电性能并保持差错电平不变。
本配置利用了差错信号与环路增益成反比的概念。该概念被AGC电路26使用以测量差错信号和调整该环路中的衰减，以保持恒定和一致的环路增益。
权利要求
1.一种无线电发射机，包括一个功率放大器；线性化电路装置，与该放大器连接，用于补偿功率放大器中的非线性；反馈装置，用于将该功率放大器的输出信号馈送给该线性化装置，由此所述的放大器、反馈装置和线性化装置构成一具有可变环路增益的放大器环路；训练装置，用于把训练信号提供给放大器以及在训练方式期间调整线性化电路装置，其特征在于一个查阅表，用于存储预定的工作条件调整参数，和控制装置，具有一工作条件输入，所述控制装置与该查阅表连接，用于在训练方式期间，按照工作条件输入选择工作条件调整参数，和在训练方式期间，调整该训练信号以补偿环路增益变化。
2.按照权利要求1的发射机，其特征在于，所述训练装置包括用于打开和关闭放大器环路的开关装置，和用于当该环路打开时提供一相位训练信号给放大器的装置，其中控制装置调整该相位训练信号，以用于开环增益变化的调整。
3.按照权利要求2的发射机，其特征在于，该工作条件输入包括一个温度传感器，该查阅表包括温度调整参数，该控制装置响应该温度传感器，选择一个或多个温度参数和按照该一个或多个温度调整参数调整该相位训练信号。
4.按照权利要求2或3的发射机，其特征在于，该工作条件输入包括一个频率选择输入，该查阅表包括频率调整参数，该控制装置响应该频率选择输入，选择一个或多个频率参数和按照该一个或多个频率调整参数调整该相位训练信号。
5.按照前述的任何一个权利要求的发射机，其特征在于，所述训练装置包括用于把一增益训练信号提供给放大器的装置，其中控制装置调整该增益训练信号。
6.按照权利要求5的发射机，其特征在于，该增益训练信号具有一线性增长的幅度部分，并且该控制装置调整所述部分的斜率。
7.按照权利要求6的发射机，其特征在于，该工作条件输入包括一个温度传感器，该查阅表包括温度调整参数，该控制装置响应该温度传感器，选择一个或多个温度参数和按照该一个或多个温度调整参数调整该相位训练信号的所述部分的斜率。
8.按照权利要求6或7的发射机，其特征在于，该工作条件输入包括一个频率选择输入，该查阅表包括频率调整参数，该控制装置响应该频率选择输入，选择一个或多个频率参数和按照该一个或多个频率调整参数调整该相位训练信号的所述部分的斜率。
9.一种无线发射机，包括一个功率放大器；线性化电路装置，与该放大器连接，用于补偿功率放大器中的非线性；反馈装置，用于将该功率放大器的输出信号馈送给该线性化电路装置，由此所述的放大器、反馈装置和线性化电路装置构成一具有可变环路增益的放大器环路；训练装置，用于把训练信号提供给放大器以及在训练方式期间调整线性化电路装置，其特征在于自动增益控制装置，在该放大器环路中，和控制装置，用于在操作的训练方式的至少一部分期间启动该自动增益控制装置，以在该所述部分期间保持不变的闭环增益和在操作的转换方式期间使该自动增益控制装置不起作用。
10.按照权利要求9的发射机，其特征在于，该训练装置包括用于把一增益训练信号提供给放大器的装置，其中该控制装置被安排在所述增益训练部分启动所述自动增益控制装置。
11.按照权利要求10的发射机，其特征在于，该增益训练信号具有一线性增长的幅度的线性部分，和该控制装置被安排在所述线性部分启动所述自动增益控制装置。
全文摘要
本发明涉及一种无线发射机，它具有功率放大器以及用于补偿该功率放大器中非线性的线性化电路装置，例如笛卡尔反馈。一个训练信号被提供给该放大器(36)，在一训练操作方式期间对该线性化电路装置进行调整。在一个实施例中，提供一个查阅表(23)，用于存储预定的工作条件调整参数。控制装置(21)按照一工作条件输入(例如频率、温度)，在训练方式期间选择工作条件调整参数并调整该训练信号以补偿在训练方式期间的环路增益变化。在该放大器环路中可以提供一个自动增益控制(26)，用于在该训练操作方式的至少一部分期间起作用，以维持恒定的闭环增益。
文档编号H03F1/32GK1114847SQ94190710
公开日1996年1月10日 申请日期1994年8月11日 优先权日1993年8月20日
发明者艾兰·霍罗威茨, 莫舍·本·艾云, 罗尼·沙姆斯兰, 纳赫曼·格雷斯凯, 马克·罗森塔尔 申请人:莫托罗拉公司