专利名称：采用自生校准列表和自适应控制器的前馈放大器系统的制作方法
相关申请信息本申请要求2003年1月23日提交的序号为60/442099的临时申请的权益，将其公开内容全部通过引用结合于本文中。
背景技术：
1.发明领域本发明涉及RF功率放大器和放大方法。更具体地说，本发明涉及前馈放大器和用于控制前馈放大器的方法。
2.现有技术描述及相关背景信息RF放大器是试图复制出现在输入端的RF信号并产生具有高得多的功率电平的输出信号的器件。从输入至输出的功率增加称为放大器的“增益”。当增益在输入信号的动态范围上为常数时，该放大器称为是“线性”的。放大器在输送的功率方面容量有限，因为增益和相位变化，特别是大功率下的饱和，这使所有实际放大器在输入功率电平变化时是非线性的。所产生的失真功率与输送的信号功率之比是放大器非线性度的量度。
在RF通信系统中，放大器的最大可允许非线性度是由政府机构、如FCC或ITU指定的。因为放大器工作于接近饱和状态时固有地呈非线性，线性度要求往往成为对额定功率输送能力的限制。一般来说，当工作于接近饱和状态时，因为放大器输送的信号功率增量从比例上小于所产生的失真功率增量，放大器的线性迅速变坏。
传统上运用各种补偿方法来减小系统输出的失真，从而提高额定功率输送能力。优选方法是前馈补偿。在前馈RF功率放大器中，使用误差放大器来放大主放大器失真分量，该分量又与主放大器输出异相合成，以抵消主放大器失真分量。一般来说，前馈补偿提供主放大器的功率能力和误差放大器的线性。
放大器的前馈线性化是基于并行RF路径的增益和相位的匹配，从而消除载波(输入)信号(环路1)或者消除失真(环路2)。载波消除通常称为“环路1误差”，这是主放大器路径的失真的估算值。失真消除在环路2内进行，使用环路1误差来消除主放大器的失真。相应环路中的增益和相位的匹配称作“环路校准控制”。当环路2的校准正确时，输出上的失真被减至最小，使整个前馈系统比单独的主放大器更线性。当环路1的校准正确时，通过误差放大器(它放大环路1误差)的功率受到限制。在大多数情况下，在启用环路2的误差放大器之前，必须完成环路1校准。这确保误差放大器未被过驱动，过驱动是一种将产生不想要的失真或装置损坏的情况。
前馈功率放大器的大多数终端用户具有限制前馈补偿的自适应部分校准环路所用的时间的技术要求。结果，当自适应控制器开始搜索最佳(或足够的)校准时具有好的初始校准是重要的。一些这类技术要求具有低至10秒的时间。
此外，具有环路1的良好校准以限制进入误差放大器的功率是重要的。但是，环路1误差功率大致上为输入功率与校准质量(载波消除量)的乘积。结果，如果输入功率低，则环路1的校准质量可能是适中的。如果输入功率突然增大，则环路1误差功率将成比例地增大，有可能过驱动误差放大器。虽然环路1会响应这种增大而自动调节其校准设定，但是环路1的校准的快速变化是优选的，因为它减小了过驱动误差放大器的瞬态效应。
对于前馈线性化已有许多的先有方法，最早记载于二十世纪二十年代。在较早的方法中，校准设定是静态的，对增益和相位采用固定的设定，针对标称工作条件进行优化。后来的方法引入查找表，用于补偿温度和DC电源变化。再后来，应用了自适应方法，其中环路的未校准被在内部测量并用于后续校准调节。环路1误差功率通常用作环路1未校准的度量。为了测量环路2，通常在环路1内引入导引信号，作为“已知失真”。在环路2的输出端所检测的导引功率度量了环路2的未校准的大小。已经实现了用于测量环路2的未校准的无导引方法，它们基于失真测量。在这类系统中，第二环路收敛具有明显的与输入信号和所产生失真的相关性。
在前馈放大器的静态和自适应形式中都已使用查找表。这些查找表通常用来补偿温度或DC电源变化。但是，即使当查找表被用于自适应前馈系统中时，这些查找表也通常是用来控制系统中并非自适应的部分，诸如前端压控衰减器和移相器(它们维持系统的整体增益或相位)。也就是说，环路自适应和查找表没有联系起来。
如上文指出的，查找表过去一直使用固定结构。诸如温度的输入是阵列的索引。这些索引按升序等间距地分布在一段范围上，在阵列内存储相应的校准设定。这种结构很适合存储器芯片，因为索引相当于地址，而校准设定相当于数据。但是，查找表通常基于实验数据(校准)，需要大量时间来填充表的元素。此外，由元件老化引起的漂移会使任何查找表变得过时，必需重新校准。
与查找表相关的另一个困难是，如果存在许多影响校准质量的工作条件，则需要多维阵列，而管理多维阵列可能极为困难。可以想象在等间隔的四维阵列中存在的元素数量。例如，每维10个样本产生10000个元素。
管理多个索引维度的一种技术是假定效果是可分开的。可分开的条件允许对每个工作条件使用单独的阵列，而综合效果是这些单独调整之和。(不是不象泰勒级数展开，其中指定偏导数)。可是，这种方法只对小的(微分)校准调整有效，因为忽略了各维之间的任何互相关。最大的误差会出现在多维阵列的角上。例如，在温度、DC电源索引空间中易出问题的角是高温和低压。正是这些角位置通常被富有经验的客户测试，以便确定该放大器是否符合技术要求。
与基于阵列的查找表相关的问题是在索引空间内抽样间隔(相邻索引之间的分隔)的选择。一般来说，增益和相位设定的敏感度在索引空间上是变化的。必须根据索引空间的最敏感区域来选择抽样密度。其余区域将被过抽样。这个过抽样的问题对多维阵列更加严重。
一直试图进行查找表自校准或自生成。但是，固定阵列结构难以管理。遇到的关键问题是‘更新碎化’。考虑前面提到的四维阵列情况。当更新查找表时，10000中仅有一个元素被改变。如果退化源是全局的(例如由元件漂移造成的)，则所有10000个元素都受影响。但是，改变必须随着访问每个索引而传播。存在相邻索引具有大差异的可能性，只是因为索引之一较旧。
因此，目前存在对用于前馈放大器系统中快速环路校准控制的系统和方法的需要，该系统和方法避免了先有技术的上述局限。
发明概述在第一方面，本发明提供一种前馈放大器系统，其中包括用于接收RF输入信号的输入端和耦合到输入端的第一控制环路，所述第一控制环路包括主放大器、主放大器抽样耦合器、延迟元件以及消除组合器。前馈放大器系统还包括第二控制环路，它耦合到第一控制环路并且包括第一信号路径、包含误差放大器的第二信号路径、以及耦合第一和第二信号路径的误差耦合器。输出端耦合到误差耦合器。前馈放大器系统还包括用于控制第一和第二控制环路中至少一个的装置，它采用具有多个列表元素的校准列表，每个元素具有校准设定和表征前馈放大器系统的工作条件的参数集。
在前馈放大器系统的一个优选实施例中，第一控制环路还包括增益调节器和相位调节器，用于控制的装置所采用的各个校准设定可包括环路1增益调节器设定和环路1相位调节器设定。第二控制环路还可包括增益调节器和相位调节器，用于控制的装置所采用的各个校准设定可包括环路2增益调节器设定和环路2相位调节器设定。表征前馈放大器系统的工作条件的参数集可包括一个或多个温度、DC电源、输入信号功率和输入信号载波频率。最好是，表征前馈放大器系统的工作条件的参数集被定义为属性向量，并且在任何两个属性向量之间定义距离。用于控制的装置获取当前属性向量并计算与列表元素的属性向量的距离，选择具有最小距离的列表元素，用作控制功能中的校准设定。用于控制的装置可不断地测量前馈放大器系统的未校准，当所测量的未校准超过预定值时，从校准列表中检索校准设定。用于控制的装置采用所选元素作为初始校准设定，并采用迭代控制算法从初始设定计算新的校准设定。用于控制的装置在完成迭代计算之后用新的校准设定更新校准列表。最接近的列表元素属性向量之间的距离可在整个校准列表中改变。
按照另一方面，本发明提供一种自适应控制器，用于控制放大器系统的环路。自适应控制器包括一个或多个输入端，用于接收对应于放大器系统的当前工作条件的一个或多个属性参数。自适应控制器还包括耦合到所述一个或多个输入端的一个或多个处理器，所述一个或多个处理器具有相关的校准列表，并且用校准列表算法和控制器算法编程，从而提供环路调节设定以控制放大器系统的环路。校准列表算法产生具有控制器算法所计算的调节设定的校准列表，并且把一个或多个属性参数与各个调节设定相关联。
在自适应控制器的一个优选实施例中，校准列表算法从校准列表中选择校准设定，供控制器算法在启动时或者在环路充分变得未校准时使用。校准列表算法最好是通过计算对应于当前工作条件的一个或多个属性参数和与列表中每个校准设定相关的属性参数之间的距离，并且选择对应于具有最小距离的属性参数的校准设定，选择校准列表调节设定，供控制器算法使用。距离计算可对不同的属性参数用不同的权重来加权。属性参数可包括温度、DC电源电压、输入信号功率和输入信号载波频率中的一个或多个。两个属性参数集“n”和“0”之间的距离dattr可以例如由加权的Linf范数距离度量或加权的L2范数距离度量来定义。自适应控制器还可包括一个或多个输入端，用于接收校准数据。用于接收校准数据的一个或多个输入端可例如包括导引信号输入端或用于环路测试数据的输入端。调节设定可包括增益调节器和相位调节器设定。
按照另一方面，本发明提供一种用于控制放大器系统的方法，所述放大器系统具有包括控制环路输入端、第一信号路径、第二信号路径以及控制环路输出端的控制环路，第一和第二信号路径中的至少一个包括放大器。所述方法包括提供校准设定列表，每个校准设定具有相关的工作条件。所述方法还包括检测放大器系统的当前工作条件。所述方法还包括把当前工作条件与校准设定列表中的那些进行比较，并且选择与列表中最相似的工作条件相关的校准设定。
在用于控制放大器系统的方法的一个优选实施例中，相关工作条件被配置为多维属性向量。把当前工作条件与校准设定列表中的那些进行比较可包括度量当前属性向量与列表中的每个属性向量之间的距离。选择与列表中最相似的工作条件相关联的校准设定可包括确定与当前工作条件属性向量的距离最小的属性向量。该方法还可进一步包括采用迭代环路控制器算法计算新的校准设定，其中与最相似的工作条件相关的校准设定被用作自适应环路控制器算法的初始校准设定。该方法还可进一步包括采用自适应环路控制器算法所计算的新校准设定来更新校准列表。校准列表的大小可以是动态的。而且，由属性向量距离定义的所存储调节设定的间隔最好是在整个列表中变化。例如，在列表中校准对包括该属性向量的一个或多个工作条件最敏感的区域中可设置较高密度的调节设定。
按照另一方面，本发明提供一种维护放大器系统的控制环路的校准设定列表的方法，所述列表包括多个元素，每个元素具有校准设定和对应于放大器系统的工作条件的参数集。所述方法包括选择校准列表的一个元素并且确定具有与所选元素最相似的相应工作条件的校准列表的元素。所述方法还包括确定是否两个元素足够相似而被认为是冗余的。所述方法还包括若校准列表的两个元素是冗余的，则删除这些元素中最旧的。
在维护放大器系统的控制环路的校准设定列表的方法的一个优选实施例中，选择校准列表的元素包括选择列表中先前未受到列表维护处理的最旧的元素。确定校准列表中具有与所选元素最相似的相应工作条件的元素可包括确定到校准列表的各个其余元素的工作条件参数值的距离度量以及选择具有最小距离的元素。距离度量可包括对应于工作条件的参数值之间的加权差异。对应于放大器系统的工作条件的参数可包括温度、DC电源、输入信号功率和输入信号载波频率中的一个或多个。确定元素是否足够相似而被认为是冗余的可包括确定校准设定之间的距离度量并且把校准距离与冗余距离门限相比较。或者，确定元素是否足够相似而被认为是冗余的可包括将两个元素的工作条件参数之间的距离与过期距离门限相比较。该方法还可进一步包括对于校准列表中的每个元素重复所述列表维护处理。
按照另一方面，本发明提供一种产生放大器系统的控制环路的校准设定的分级列表的方法。所述列表包括多个元素，每个元素具有校准设定和对应于放大器系统的工作条件的相应参数集，并且具有包括至少两级的分级结构。所述方法包括选择校准列表的第一级中的一个元素。所述方法还包括确定校准列表的第一级中具有与所选元素最相似的相应工作条件的元素，并且把两个元素中最旧的降级到分级校准列表的更低一级。
在产生放大器系统的控制环路的校准设定的分级列表的方法的一个优选实施例中，确定校准列表中具有与所选元素最相似的相应工作条件的元素包括确定到校准列表的第一级的各个其余元素的工作条件的距离度量，并选择具有最小距离的元素。所述方法还可包括确定两个元素是否是冗余的，其中较旧的元素只是在这些元素是冗余的情况下才被降级。所述方法还可包括对于分级列表的每一级重复列表处理。所述方法还可包括如果所述列表维护处理在分级结构的最低级，则删除较旧的条目。被降级的元素最好是作为未被降级的冗余元素的子集列表条目来关联。被降级并具有子集列表的元素最好是与未被降级的冗余元素的子集列表合并。
按照另一方面，本发明提供一种用于控制放大器系统的方法，所述放大器系统具有控制环路，其中包括控制环路输入端、第一信号路径、第二信号路径以及控制环路输出端，所述第一和第二信号路径中的至少一个包括放大器。所述方法包括提供具有至少两级的校准设定的分级列表，每个校准设定具有相关工作条件并且最高级中的校准设定的一部分或全部具有较低级中的子集校准设定。所述方法还包括检测放大器系统的当前工作条件，并且把当前工作条件与校准设定分级列表的最高级中的那些进行比较。所述方法还包括在列表的最高级中选择与最相似的工作条件相关的校准设定。所述方法还包括把当前工作条件与所选最高级校准设定的子集中的那些相比较，并选择具有最相似工作条件的子集的校准设定。所述方法还包括选择在较高或较低级中具有与当前工作条件最相似的工作条件的校准设定。
在一个优选实施例中，所述用于控制放大器系统的方法包括对分级列表的每一级重复处理，直到下一个较低子集为空的。最高级最好是具有比较低级更粗的校准设定间隔。例如，任何两个校准设定可具有某个校准距离，最高级具有比较低级更大的设定之间的校准距离。校准距离可包括相邻设定之间的加权差异。例如，调节设定可包括增益调节和相位调节设定，并且加权可包括校准敏感性。
本发明的其它特征和优点在以下详细描述中陈述。
附图简介
图1是按照本发明的前馈功率放大器的方框示意图。
图2是按照本发明的前馈放大器系统的控制系统的方框示意图。
图3是按照本发明的处理控制算法的流程图，说明校准列表的修剪以删除过期元素。
图4是按照本发明的处理控制算法的流程图，说明校准列表的第二种修剪以删除过期元素。
图5是按照本发明的处理控制算法的流程图，说明包括校准列表处理与自适应控制器处理之间的交互的环路校准控制处理。
图6是按照本发明的处理控制算法的流程图，说明分级校准列表结构的生成。
图7是在将一个条目降级之前、分级校准列表结构的示意说明。
图8是在将一个条目降级之后、分级校准列表结构的示意说明。
详细描述图1和图2表示按照本发明的优选实施例的前馈补偿功率放大器(PA)系统的框图。图1说明基本的前馈放大器，图2说明控制系统。
如图1所示，前馈放大器具有采用两个控制环路的传统体系结构。环路1包含信号输入端103、抽样耦合器106、增益调节器108、相位调节器109、导引信号输入耦合器112、主放大器115、主抽样耦合器118、输入测试耦合器130、延迟器133、消除组合器136和环路1测试耦合器139。环路2包含主抽样耦合器118、主路径延迟器121、误差耦合器124、载波消除组合器136、环路2增益调节器141、环路2相位调节器142、误差放大器145、环路2测试耦合器148和输出端127。如图2所示，控制系统可包括以下详述的实现自适应控制器和校准列表算法的处理器202。校准列表存储在适当的存储器224中，并且按以下详述的方式来组织和存取。或者，可为自适应控制器和校准列表功能提供分开的处理器。数模转换器204、206、208、210把环路1和环路2数字增益调节和相位调节控制信号转换为模拟信号α1、φ1、α2、φ2，它们被提供给增益和相位调节器108、109、141和142(图1中所示)。处理器还从输入测试耦合器130经由功率检测器214和A/D转换器212接收对应于所检测输入功率的输入测试数据，以及从环路1测试耦合器139经由功率检测器218和A/D转换器216接收环路1测试数据。(可选的)导引信号发生器220产生导引信号，该信号提供给导引信号输入耦合器112(图1中所示)。导引信号接收器222检测来自环路2测试耦合器148(图1中所示)的任何未消除的导引信号，并将所检测的导引信号以数字形式提供给处理器202。处理器还接收对应于放大器系统的当前工作条件的输入。例如，可提供用于温度、DC电源和输入RF信号载波频率的输入226、228、230，它们被模数转换器236、238、240转换为数字形式。可提供其它工作条件输入234并通过A/D转换器242转换成数字形式。
首先描述前馈放大器系统的一般工作原理。自适应前馈放大器控制系统通过记忆和再用成功的校准设定来提供快速收敛属性。该系统能够学习诸如温度、DC电源、输入功率电平和载波频率的工作条件对最佳校准设定所具有的影响。结果，自适应前馈放大器控制系统可以比单独起作用的自适应控制器更快地响应这些工作条件的变化。
更具体地说，处理器的自适应控制器功能要测量前馈环路的未校准并且调节校准。控制器以迭代方式调节校准，搜索最小校准误差。在搜索未完成的短暂时段中，环路未校准使前馈功率放大器的性能退化，并提供过多的瞬时能量，使系统的线性退化。为了使瞬时恶化减至最小，良好的初始校准是所希望的。此外，良好的初始校准会减小由发散的自适应控制器造成不稳定的可能性。
为了获得良好的初始校准，前馈功率放大器控制系统处理器202维护先前成功的校准设定的列表224。在请求使用自适应控制器之前，处理器202在校准列表中搜索在相似工作条件下使用的过去的校准设定。工作条件被表示为多维属性向量。以下定义的属性‘距离’通过比较当前属性与存储值来计算。在一些情况下，来自列表的初始校准将提供足够的消除，从而避免自适应控制器的使用。
属性距离还用来预测前馈功率放大器系统的状态变化。当检测到当前属性向量的突然变化时，前馈功率放大器系统调节其任务安排。(注意，术语‘current’用在整篇文档中以描述‘当前时间’，不应当解释为‘电子流’)。维护任务被退出以利于环路校准，环路1校准接收最高优先级。
环路1校准涉及由α1和φ1所表示的增益调节器108和移相器109的调节设定的控制，增益调节器108可以是压变衰减器(VVA)或受控增益器件，它们用于使图1内‘环路1测试ε(t)’处检测的功率最小。环路1的自适应控制功能可采用传统技术，或者可采用2003年12月11日提交的U.S.专利申请No.10/733087的方法，将其公开通过引用全部结合于本文中。对于环路2，校准控制可使在‘环路2测试，z(t)’检测的互调(IMD)痕迹减至最小。可选地，在主放大器115之前注入导引单音112当作已知失真，使环路2校准控制更容易。例如，在授予Gentzler等人的U.S.专利No.5796304中公开了把导引单音用于前馈功率放大器(PA)的环路控制的用法，将此专利的公开通过引用结合于本文中。这个环路2自适应控制功能可采用传统技术，或者，也可采用2003年12月11日提交的U.S.专利申请No.10/733498的方法，将此专利申请的公开通过引用全部结合于本文中。在此文档中，增益调节器和移相器值被称为‘校准设定’。增益调节器和移相器设定与其最佳值的偏移被称为‘未校准’。当与最佳设定的偏移小时，环路被称为‘校准’。
有许多影响最佳校准设定的工作条件。这些包括环境条件、应用特定的条件和系统特定的条件。例如，温度、输入功率电平x(t)、载波频率以及DC电源电压对大多数应用来说是相关工作条件，这些被作为输入226、214、230和228提供，如图2所示。时间也可被视为影响校准的参数，因为元件会老化。环路1校准设定还可影响最佳环路2校准设定。在前馈功率放大器系统内这些参数都可测量，并且可被处理器202监测。在本发明的控制系统中，相关可测量参数用于构成属性向量。当环路校准时的属性向量和相关设定被存储在存储器224中的校准列表中。属性向量与校准设定的相关通过校准列表来实现。所公开的系统把校准列表处理与自适应控制器处理结合起来以允许快速环路校准。
下面，参照图1-8描述本发明的一个详细实施例。
首先，描述表示属性向量和校准设定并将其存储在校准列表内的方式的优选实施例。还描述用于度量属性向量的相似性的距离度量。还讨论了用于修剪校准列表的过程以允许维护可管理数量的列表条目，同时保持属性空间的覆盖。接着，描述校准列表和自适应控制器用于调节环路设定的用法。还描述校准列表内的元素的自生成。然后结合图6-8描述基于分级列表结构的备选校准列表结构。
如上所述，采用属性参数集或属性向量以允许前馈功率放大器系统从过去的动作中学习。通过把属性向量与过去的校准设定相关，环路收敛变得更快和更健壮。对于给定的应用，影响前馈功率放大器系统校准的属性参数在定义属性向量时确定。温度、平均输入功率以及中心频率通常对于蜂窝应用是重要的参数，因为它们都是时变的且影响增益。诸如调制格式和载波数量之类的参数也影响增益；但是，如果这些参数不随时间变化，它们作为属性向量的一部分提供很小的值，可以从属性向量中排除。
为了确定两个属性向量的相似性，采用距离度量。各参数之间的差异(平方差或绝对差)根据其对于前馈功率放大器系统增益的敏感度来加权。也就是说，对前馈功率放大器系统增益具有较大影响的参数被更多地加权。这些敏感度可利用零件规格或对于特定实现和应用要求的实验来估计。
具体来说，让关于校准列表元素‘n’的属性向量定义为(式1)p(n)＝[p0(n)…pm(n)]其中pk是属性参数‘k’(例如温度)的值。为了便于距离度量在处理器202上实现，可使用加权后的Linf范数也就是说，由dattr(n，0)来表示的元素‘n’与‘0’之间的距离被定义为dattr(n，0)＝maxk{wk·|pk(n)-pk(0)|}(式2)其中wk是参数‘k’的权重。也可采用备选的距离度量，例如L2范数。由dattr(n，0)来表示的元素‘n’与‘0’之间的距离的加权后L2范数度量被定义为dattr(n,0)=[Σk{wk·|pk(n)-pk(0)|2}]0.5]]>(式3)度量校准设定的相似性也是有价值的。可再次使用Linf范数dalign(n，0)＝maxk{sk·|Δk(n，0)|}(式4)其中Δ0(n，0)＝VVA(n)-VVA(0)，Δ1(n，0)＝PHS(n)-PHS(0)，其中VVA(n)是第n个增益校准设定，PHS(n)是第n个相位校准设定，sk是相应的敏感度。敏感度项可经过选择，使得距离dalign对应于当[VVA(0)，PHS(0)]是最佳校准时的消除残差。也可再次采用例如L2范数的备选距离度量。dalign的L2范数度量为dalign(n,0)=[Σk{sk·|Δk(n,0)|2}]0.5]]>(式5)校准列表结构可以是动态性的。列表条目和条目数量都可动态改变。更具体地说，与属性向量一起，处理器202跟踪过去成功的校准设定。在实现自适应控制器功能之前，处理器202测试当前校准设定的残差。如果就消除质量而言它是充分的，则不需要任何行动。如果它不是充分的，则检索具有与当前工作条件最接近的属性向量的列出元素的校准设定。然后测试新设定的残差。如果消除仍然不充分，则自适应控制器产生新的校准设定。在给定的环路已收敛之后，借助于自适应控制器，把新校准设定添加到校准列表中。
限制校准列表内的元素数量以限制处理器计算时间，这是重要的。最简单的方法是对元素数量设置上限，并且如果接收了新的校准设定，就盖写最旧的元素。一种备选方法是使用修剪。当处理器202未忙于处理优先级命令时，可执行修剪。当较旧的元素的校准设定与其相邻者几乎完全一致时，修剪通过删除较旧的元素来消除冗余(也就是说，元素‘k’的相邻者具有最低的dattr(n，k)，并且如果dalign(n，k)小，则视为冗余)。结果，表示属性空间的一个区域所需的元素数量与校准设定中的变化成比例。这种基于列表的方法产生属性校准映射的最简洁表示。
仅作为示例，图3中表示了校准列表修剪过程流的一种实现。如图所示，当处理器202未被较高优先级的任务占用时，过程流从302开始。过程流进入304以从校准列表中选择最旧的元素。接着，处理利用如上文定义的属性向量距离度量dattr确定距列表的其余元素最接近的元素，具体方式是，首先在306计算到列表的其余元素的距离，然后在308选择具有最小距离的元素。接着，在310，处理流计算如上文定义的校准距离dalign以选择最接近的元素。如果校准设定相同或足够接近，则在312删除较旧的元素。足够接近取决于消除容限以及消除对相应校准设定(增益调节器或移相器)的敏感度。例如，可采用最小距离dredundant，并且如果dalign小于或等于dredundant，则删除较旧的元素，而如果dalign大于dredundant，则保留两个元素。在314，过程流检查整个列表是否已被检查，如果没有，则重复一直到其余元素就增益调节器和移相器容限而言分开足够远(或者直到达到列表尺寸的下限)。
第二修剪过程示于图4中。这可用来从校准列表中删除过期元素。例如，元件老化会改变最佳校准设定与给定属性向量之间的关系。小的元素间属性距离潜在地标识了过期元素。例如，如果元素具有不正确的校准设定，则残差将会太大，使得必需使用自适应控制器功能。自适应控制器会找到新的校准设定。结果，两个不同的校准将对某个给定的属性向量(或两个非常相似的向量)列出。删除较旧的元素解决了任何冲突以及保持列表为当前的。
参照图4所示的用于这个第二修剪的特定过程流，当处理器未执行较高优先级的任务(包括第一修剪处理)时，第二修剪处理在402开始。在404，过程流选择校准列表中最旧的元素，它尚未被针对第二修剪处理。在406，对于此最旧的元素计算到列表中其余元素中每一个的距离dattr。接着在408，处理确定具有到最旧的元素的最小距离dattr的元素。如果这个最小距离小于或等于预定距离doutdated，则在410，处理从校准列表中删除两个元素中较旧的一个。但是，如果最小距离大于doutdated，则这两个元素被认为足够不同，并且两者都保留在校准列表中。在412，过程流检查是否还有元素要检查，如果是，则过程流返回到404以检查列表中下一个最旧的元素。当所有元素都被检查后，第二修剪过程在414退出。
在校准列表为空的情况下，可保持各环路的缺省校准设定。而且，可分开地保持工厂缺省校准设定，使得它不会被修剪。
接着，参照图5，描述环路校准控制处理。每个校准环路控制过程(即环路1控制和环路2控制)具有类似的结构，它在图5中描述。前馈功率放大器系统最好是为各个环路(以上关于图1所述的环路1和环路2)维护分开的校准列表。
如图5中一般表示的，环路校准算法使用两个并行过程500和501以及控制这两个过程之间相互作用的过程流。501处指明的第一过程产生新的校准设定，以供初始用于自适应环路控制器处理500中。这个过程501在启动时使用，并且此后连续运行，以允许当未校准变得太大时用于控制器处理。更具体地说，第一过程流501连续监测当前工作条件参数以获得当前属性向量，如504所示。例如，处理器可确定当前温度、DC功率、载波频率以及输入功率，以确定当前工作条件的当前属性向量。然后，在506，过程流检查校准列表，寻找与当前向量的属性距离最小的列表元素。然后在510检索这个列表元素校准设定(环路1或环路2校准设定)。这个检索的校准设定是否用于更新自适应控制器处理500的校准可由未校准测量处理514和所检索元素中的变化来控制。在启动时，只要所测量的未校准太大，则检索校准列表设定并用于在512更新该校准。然后发起自适应控制器处理500，并且自适应控制器则在516为环路1或环路2利用迭代控制器算法计算校准校正值，如前面所述。
例如，这个过程流可由状态标志来控制。如果在510检索的元素改变，则状态标志被清零以表明系统‘未迭代’。过程流还在514连续测量未校准程度。如果未校准太大，则检查状态标志。如果标志被清零，则表明属性向量的重大改变，并利用从校准列表中检索的新设定来更新校准。在检索新设定之后，状态标志被置位以开始迭代自适应控制器过程。如果标志已被置位，则请求自适应控制器过程500，该过程在516依据差异调整来计算环路未校准。在518更新校准，重复迭代过程，直至环路被校准。如果在完成自适应控制器处理之后所测量的未校准小，则在520把校准设定和当前属性向量存储在校准列表中。然后完成环路校准例程。在这时，可校准不同的环路或者可如上所述地修剪各种校准列表。在系统关闭时或者在超时之后，在522可选择会话的最佳校准设定，这可被存储和用于发起快速启动。
参照图6-8，利用元素的分级结构来说明校准列表处理的附加可选特征。在上述方法中，当选择列表中的元素数量时存在折衷。允许大量元素的好处是属性空间的密集覆盖。但是，少量元素的好处是需要较少时间来确定与当前向量的属性距离最小的元素。利用分级校准列表结构允许密集覆盖和快速搜索。
修剪的使用可用来产生分级校准列表，如图6-8所示。在前面所述的冗余修剪过程中，当确定两个元素“相似”时，较旧的元素变成冗余的并被删除，仅有另一元素幸存。在列表管理的分级方法中，冗余元素未被删除；而是将其“降级”到在幸存元素以下的低级子集。低级子集的创建是递归的，这允许定义所需数量的等级。(在大多数情况下，零或一个子集等级就足够了)。
用来产生分级校准列表的基本修剪过程流示于图6中。在602，修剪在处理器未被较高优先级任务占用时开始。在604，识别冗余的条目对。这个过程604可按照结合图3所描述的同样距离计算(在304、306、308和310)。在606，把较旧的条目标记为冗余条目，另一个则被保持为其在分级列表结构中的当前等级。在608，修剪过程流检查列表是否处于最低等级。如果是，则在610删除冗余条目。如果列表不在最低等级，则在612使冗余条目降级到下一个较低等级。它在较低等级中的位置被标记为较高等级中的幸存条目的子列表条目。接着，在614修剪过程流进入下一个较低等级，并且处理602在该等级对当前条目子列表开始。
冗余元素可具有子集。这种类型的分级结构示于图7和图8中。在冗余元素710被降级之前，其较低等级子集列表714与幸存元素的子集列表712合并(在同一等级)。冗余元素710然后被降级到较级等级704。从眼前的观点看，合并处于同一等级的子集使子集变得太大；但是，当发起修剪过程时，子集大小会返回到所需值。
在分级列表中，最高等级702最好是具有最粗略的抽样(门限dalign的最大值)。越低的等级具有越精细的分辨率(越小的dalign)。通过调整各等级的门限dalign，有可能调整在给定等级的给定校准列表中的条目数量。通过增大dalign，列表中的条目数量减少。希望在分级结构的各种等级上的所有列表具有几乎相等的条目数量。
用于分级列表的环路校准过程流一般可按照如上所述的图5的过程流501。但是，在506对具有最小属性距离的元素的搜索被限制到一个集合；这个集合称为‘有效的’。当搜索506开始时，最高等级集合是有效的。对最接近当前属性向量的校准设定的搜索首先查找最高等级列表中的最接近条目，然后搜索该条目的子集列表。一旦识别出最高等级内具有最小属性距离的元素，则检索其校准(如以上结合图5所述)。但是，不是如上所述请求自适应控制器，元素的下一个较低等级子集变成有效的。然后搜索下一个较低等级子集以查找具有最小属性距离的元素，并检索新的校准设定。过程递归地重复，直到下一个较低级子集为空的。在这时，请求自适应控制器并且自适应控制器使用所检索的校准设定。这个过程递归地重复，直到达到最低等级。如果任一中间设定提供足够的校准质量，则过程在请求自适应控制器之前中止。注意，子集搜索应当包括父条目(或者如果最高级以下有两个或两个以上等级，则应当包括多个父条目)，因为它可能是最佳匹配。
搜索时间的复杂度与每个列表的条目数量(N)和分级结构中的等级数量(L)之积成比例。相反，穷举搜索与N的L次方成比例，这通常都明显高得多。(这假定各列表具有N个条目。注意，等级L具有的子集列表是等级L-1的N倍，这意味着，等级L总共具有N的L次方个条目)。
注意，作为结合图4所述的第二修剪过程的一部分删除的元素是过期的，因此不应当保存在较低等级的集合中。
综上所述，所公开的系统把多维校准列表处理与自适应控制器处理相结合，以校准前馈放大器系统的控制环路。这两个过程以新颖的方式相结合以改善系统的动态响应。所公开的方法中使用的多维校准列表具有与基于阵列的查找表不同的结构，从而避免查找表的上述问题。不是利用阵列结构来存储元素，而是把元素集中起来作为集合。各元素具有以下(a)与影响放大器的工作条件对应的一组参数或属性；以及(b)在那些工作条件下查找的最佳校准设定。形成一种度量，它定义两个元素之间的‘距离’，这是基于元素属性之间的差异。如果前馈系统检测到给定环路中的未校准，则测量与当前工作条件相关联的属性。接着，识别校准列表中与当前属性的距离最小的元素，并从存储器中检索其对应的校准设定。如果新的校准设定是不适当的，则自适应控制器被激活以进一步改善环路校准。一旦认为校准足够接近最佳值，则校准设定与当前属性一起被组合以形成集合内的新元素。因此，校准列表是自生的。
为了限制搜索最小距离元素的计算复杂度，需要限制元素集合的大小。为了识别冗余元素，以属性距离和校准分隔来度量元素的相似度(在空闲时间期间执行)。如果集合大小超过预置数量，则删除相似元素对中最旧的元素。通过限制列表大小，确定与当前属性的距离最小的元素的时间是可控的。如果为了更大的覆盖范围而需要附加元素，则有可能形成列表等级的分级结构。不是删除最旧的相似元素，而是将其‘降级’到幸存元素以下的较低等级子集。如果降级的元素包含其自己的较低等级子集，则将它们与幸存元素的子集合并。较低级子集的创建是递归的，这允许定义所需数量的等级。(在大多数情况下，零或一个子集等级就足够了)。
分级结构允许对最小距离元素的搜索是计算上效率高的，因为每个有效集合的大小有限。最初，最高等级的集合是有效的。如果最高等级的集合中具有最小距离的元素未产生足够的校准，则其子集(如果有)变成有效的。针对校准质量来测试来自较低等级子集的最小距离匹配。递归地搜索子集，直到校准质量是足够的或者下一个较低级子集是空的。对于后一情况，自适应控制器将被激活以改善校准。
自适应前馈控制器与所公开的校准列表的组合工作使所公开的放大器系统能够从其经验中学习，并改善其在存在动态条件时的性能，所述动态条件包括诸如变化的输入功率电平、变化(或跳变)的载波频率、变化的温度或DC电源或者元件老化。系统可容许任何数量的属性(多维索引空间)而不会明显增加复杂度。分级集合管理允许存储任意大数量的元素，而不会明显增加在查找具有最小属性距离的元素时的最差情况延迟。
用于第一环路(载波消除)的调节的方法的另一优点在于，当输入功率突然增加时出现的通过误差放大器的瞬态功率被减至最小，从而降低了损坏的可能性。这对使用小误差放大器的放大器设计而言特别重要。对于在无导引实现中第二环路的调节，当假检测不可能时，这种方法提供稳定的缺省值。这对一些放大器设计而言又是一个优点。
所公开的校准列表的附加好处在于，属性空间可以被不均匀地抽样。一般来说，增益和相位设定的敏感度在属性空间上是变化的。所公开的系统当然故意地在具有较高敏感度的区域产生较高的元素密度。
本发明提供的校准列表对于动态波形是有用的。例如，前馈功率放大器系统的一种应用是用于跳频信标。在这种应用中，各载波的校准设定可被存储以允许快速跳频(相对于典型PA设定时间)。
考虑到上述内容，可以理解，本发明提供多个有利的特征。校准列表与自适应控制器处理的结合使用在前馈功率放大器系统内提供了环路的快速校准。校准列表的自生性允许系统从过去的经验中学习，减少自适应控制器所需的搜索时间。减小了瞬态能量浪涌，并且自适应控制器当得到增益和相位设定的好的初始估算值时变得更加健壮。校准列表的分级结构允许对最小距离元素的搜索是计算效率高的，同时提供属性空间的宽的覆盖范围。
本发明已结合目前优选的实施例作了描述，但是，本领域的技术人员应当理解，可进行各种各样的修改，太多而无法一一描述，同时仍在本发明的范围内。因此，以上详细描述应当视为仅仅是说明性的，而不是限定性的。
权利要求
1.一种前馈放大器系统，包括用于接收RF输入信号的输入端；第一控制环路，耦合到所述输入端并且包括主放大器、主放大器抽样耦合器、延迟元件以及消除组合器；第二控制环路，耦合到所述第一控制环路并且包括第一信号路径、包含误差放大器的第二信号路径、以及耦合所述第一和第二信号路径的误差耦合器；耦合到所述误差耦合器的输出端；以及用于控制所述第一和第二控制环路中至少一个的装置，它采用具有多个列表元素的校准列表，每个元素具有校准设定和表征所述前馈放大器系统的工作条件的参数集。
2.如权利要求1所述的前馈放大器系统，其特征在于，所述第一控制环路还包括增益调节器和相位调节器，以及各个所述校准设定包括环路1增益调节器设定和环路1相位调节器设定。
3.如权利要求1所述的前馈放大器系统，其特征在于，所述第二控制环路还包括增益调节器和相位调节器，以及每个所述校准设定包括环路2增益调节器设定和环路2相位调节器设定。
4.如权利要求1所述的前馈放大器系统，其特征在于，表征前馈放大器系统的工作条件的所述参数集包括一个或多个温度、DC电源、输入信号功率和输入信号载波频率。
5.如权利要求4所述的前馈放大器系统，其特征在于，表征前馈放大器系统的工作条件的所述参数集被定义为属性向量，并且在任何两个属性向量之间定义距离。
6.如权利要求5所述的前馈放大器系统，其特征在于，所述用于控制的装置获取当前属性向量并计算到列表元素的属性向量的距离，选择具有最小距离的列表元素，用作控制功能中的校准设定。
7.如权利要求6所述的前馈放大器系统，其特征在于，所述用于控制的装置不断地测量前馈放大器系统的未校准，当所述测量的未校准超过预定值时，从所述校准列表中检索校准设定。
8.如权利要求7所述的前馈放大器系统，其特征在于，所述用于控制的装置采用所选元素作为初始校准设定，并采用迭代控制算法从初始设定计算新的校准设定。
9.如权利要求8所述的前馈放大器系统，其特征在于，所述用于控制的装置在完成所述迭代计算之后用新的校准设定更新所述校准列表。
10.如权利要求5所述的前馈放大器系统，其特征在于，最接近的列表元素属性向量之间的距离在整个列表中是变化的。
11.一种用于控制放大器系统的环路的自适应控制器，包括一个或多个输入端，用于接收对应于放大器系统的当前工作条件的一个或多个属性参数；以及一个或多个处理器，耦合到所述一个或多个输入端，并且具有相关的校准列表，并且用校准列表算法和控制器算法编程，从而提供环路调节设定以控制放大器系统的环路，其中所述校准列表算法产生具有所述控制器算法所计算的调节设定的所述列表，并且把一个或多个属性参数与各个调节设定相关联。
12.如权利要求11所述的用于控制放大器系统的环路的自适应控制器，其特征在于，所述校准列表算法从所述校准列表中选择校准设定，供所述控制器算法在启动时或者在环路变得充分未校准时使用。
13.如权利要求12所述的用于控制放大器系统的环路的自适应控制器，其特征在于，所述校准列表算法通过计算对应于当前工作条件的一个或多个属性参数和与列表中每个校准设定相关的属性参数之间的距离，并且选择对应于具有最小距离的属性参数的校准设定，选择校准列表调节设定，供所述控制器算法使用。
14.如权利要求12所述的用于控制放大器系统的环路的自适应控制器，其特征在于，距离计算对不同的属性参数用不同的权重来加权。
15.如权利要求11所述的用于控制放大器系统的环路的自适应控制器，其特征在于，所述属性参数包括温度、DC电源电压、输入信号功率和输入信号载波频率其中的一项或多项。
16.如权利要求14所述的用于控制放大器系统的环路的自适应控制器，其特征在于，两个属性参数集“n”和“0”之间的距离dattr由加权的Linf范数距离度量或加权的L2范数距离度量来定义。
17.如权利要求11所述的用于控制放大器系统的环路的自适应控制器，其特征在于，还包括用于接收校准数据的一个或多个输入端。
18.如权利要求17所述的用于控制放大器系统的环路的自适应控制器，其特征在于，所述用于接收校准数据的一个或多个输入端包括导引信号输入端。
19.如权利要求17所述的用于控制放大器系统的环路的自适应控制器，其特征在于，所述用于接收校准数据的一个或多个输入端包括用于环路测试数据的输入端。
20.如权利要求11所述的用于控制放大器系统的环路的自适应控制器，其特征在于，所述调节设定包括增益调节器和相位调节器设定。
21.一种用于控制放大器系统的方法，所述放大器系统具有包括控制环路输入端、第一信号路径、第二信号路径以及控制环路输出端的控制环路，所述第一和第二信号路径中的至少一个包括放大器，所述方法包括提供校准设定列表，每个校准设定具有相关的工作条件；检测放大器系统的当前工作条件；把当前工作条件与校准设定列表中的那些进行比较；以及选择与列表中最相似的工作条件相关的校准设定。
22.如权利要求21所述的用于控制放大器系统的方法，其特征在于，相关工作条件被配置为多维属性向量。
23.如权利要求22所述的用于控制放大器系统的方法，其特征在于，所述比较包括度量当前属性向量与列表中的每个属性向量之间的距离。
24.如权利要求23所述的用于控制放大器系统的方法，其特征在于，所述选择包括确定与当前工作条件属性向量的距离最小的属性向量。
25.如权利要求21所述的用于控制放大器系统的方法，其特征在于，还包括采用迭代环路控制器算法计算新的校准设定，其中与最相似的工作条件相关的校准设定被用作自适应环路控制器算法的初始校准设定。
26.如权利要求25所述的用于控制放大器系统的方法，其特征在于，还包括采用自适应环路控制器算法所计算的新校准设定来更新校准列表。
27.如权利要求21所述的用于控制放大器系统的方法，其特征在于，校准列表的大小是动态的。
28.如权利要求23所述的用于控制放大器系统的方法，其特征在于，由属性向量距离定义的所存储调节设定的间隔在整个列表中是变化的。
29.如权利要求28所述的用于控制放大器系统的方法，其特征在于，在列表中校准对包括属性向量的一个或多个工作条件最敏感的区域中设置较高密度的调节设定。
30.一种维护放大器系统的控制环路的校准设定列表的方法，所述列表包括多个元素，每个元素具有校准设定和对应于放大器系统的工作条件的参数集，所述方法包括选择校准列表的元素；确定具有与所选元素最相似的相应工作条件的校准列表的元素；确定是否两个元素足够相似而被认为是冗余的；以及如果校准列表的两个元素是冗余的，则删除这些元素中最旧的。
31.如权利要求30所述的维护放大器系统的控制环路的校准设定列表的方法，其特征在于，所述选择校准列表的元素的步骤包括选择列表中先前未受到列表维护处理的最旧的元素。
32.如权利要求30所述的维护放大器系统的控制环路的校准设定列表的方法，其特征在于，所述确定校准列表中具有与所选元素最相似的相应工作条件的元素的步骤包括确定到校准列表的每个其余元素的工作条件参数值的距离度量以及选择具有最小距离的元素。
33.如权利要求32所述的维护放大器系统的控制环路的校准设定列表的方法，其特征在于，所述距离度量包括对应于工作条件的参数值之间的加权差异。
34.如权利要求33所述的维护放大器系统的控制环路的校准设定列表的方法，其特征在于，对应于放大器系统的工作条件的所述参数包括温度、DC电源、输入信号功率和输入信号载波频率其中的一项或多项。
35.如权利要求30所述的维护放大器系统的控制环路的校准设定列表的方法，其特征在于，所述确定元素是否足够相似而被认为是冗余的步骤包括确定校准设定之间的距离度量并且把校准距离与冗余距离门限相比较。
36.如权利要求32所述的维护放大器系统的控制环路的校准设定列表的方法，其特征在于，所述确定元素是否足够相似而被认为是冗余的步骤包括把两个元素的工作条件参数之间的距离与过期距离门限相比较。
37.如权利要求30所述的维护放大器系统的控制环路的校准设定列表的方法，其特征在于，还包括对于校准列表中的每个元素重复所述列表维护处理。
38.一种产生放大器系统的控制环路的校准设定的分级列表的方法，所述列表包括多个元素，每个元素具有校准设定和对应于放大器系统的工作条件的相应参数集，所述列表具有包括至少两级的分级结构，所述方法包括选择校准列表的第一级中的元素；确定校准列表的第一级中具有与所选元素最相似的相应工作条件的元素；以及把两个元素中最旧的元素降级到分级校准列表的较低级。
39.如权利要求38所述的产生放大器系统的控制环路的校准设定的分级列表的方法，其特征在于，所述确定校准列表中具有与所选元素最相似的相应工作条件的元素的步骤包括确定到校准列表的第一级的各个其余元素的工作条件的距离度量，并选择具有最小距离的元素。
40.如权利要求38所述的产生放大器系统的控制环路的校准设定的分级列表的方法，其特征在于，还包括确定两个元素是否是冗余的，其中所述较旧的元素只是在这些元素是冗余的情况下才被降级。
41.如权利要求38所述的产生放大器系统的控制环路的校准设定的分级列表的方法，其特征在于，还包括对于分级列表的每一级重复所述列表处理。
42.如权利要求41所述的产生放大器系统的控制环路的校准设定的分级列表的方法，其特征在于，如果列表维护处理在分级结构的最低级，则删除所述较旧的条目。
43.如权利要求38所述的产生放大器系统的控制环路的校准设定的分级列表的方法，其特征在于，所述被降级的元素作为未被降级的冗余元素的子集列表条目来关联。
44.如权利要求43所述的产生放大器系统的控制环路的校准设定的分级列表的方法，其特征在于，被降级并具有子集列表的元素与未被降级的冗余元素的子集列表合并。
45.一种用于控制放大器系统的方法，所述放大器系统具有包括控制环路输入端、第一信号路径、第二信号路径以及控制环路输出端的控制环路，所述第一和第二信号路径中的至少一个包括放大器，所述方法包括提供具有至少两级的校准设定的分级列表，每个校准设定具有相关工作条件并且最高级中的校准设定的一部分或全部具有较低级中的子集校准设定；检测放大器系统的当前工作条件；把当前工作条件与校准设定的分级列表的最高级中的那些进行比较；在列表的最高级中选择与最相似的工作条件相关的校准设定；比较当前工作条件与所选最高级校准设定的子集中的那些工作条件；选择具有最相似工作条件的子集的校准设定；以及选择在较高或较低级中具有与当前工作条件最相似的工作条件的校准设定。
46.如权利要求45所述的用于控制放大器系统的方法，其特征在于，还包括对分级列表的每一级重复处理，直到下一个较低级子集为空的。
47.如权利要求45所述的用于控制放大器系统的方法，其特征在于，最高级具有比较低级更粗略的校准设定间隔。
48.如权利要求47所述的用于控制放大器系统的方法，其特征在于，任何两个校准设定具有校准距离，以及最高级具有比所述较低级更大的设定之间的校准距离。
49.如权利要求47所述的用于控制放大器系统的方法，其特征在于，所述校准距离是相邻设定之间的加权差异。
50.如权利要求49所述的用于控制放大器系统的方法，其特征在于，调节设定是增益调节和相位调节设定，并且加权是校准敏感度。
全文摘要
公开一种用于快速校准自适应前馈功率放大器的方法和装置。把成功的校准设定与影响放大器的增益和相位的工作条件相关。这些工作条件可包括输入功率电平(228)、载波频率(230)、温度(236)、DC电源电压、等等。成功的校准设定与相应的工作条件一起存储在列表(224)中，列表利用多维属性向量来索引。自动产生列表的元素。
文档编号H04B1/16GK1742442SQ200480002521
公开日2006年3月1日 申请日期2004年1月22日 优先权日2003年1月23日
发明者R·N·布雷思怀特 申请人:电力波技术公司