专利名称：用于使用包络消除及恢复放大器进行数据传输的方法、包络消除及恢复放大器、发送设备 ...的制作方法
技术领域：
本发明涉及根据权利要求1的前序的用于传输数据信号的方法、根据权利要求8 的前序的包络消除及恢复放大器、根据权利要求10的前序的发送设备、根据权利要求13的前序的接收设备，以及根据权利要求15的前序的通信网络。
背景技术：
蜂窝无线电网络中的某一服务区的覆盖范围由若干无线电基站提供，这些无线电基站连接至核心网络以服务于去往服务区内移动用户以及来自服务区内移动用户的连接。 无线电基站包含基带单元和至少一个天线单元。为了增加无线覆盖范围和容量，现代基站使用数个扇区天线。为了增加基站的灵活性，期望允许将天线定位在远离基带单元之处。这导致了亦称为远程天线头的有源天线系统的发展。通常而言，一个远程天线头包含一个扇区天线，但是还已知有些系统具有拥有不止一个扇区天线的远程天线头。基站优选地通过光纤与远程天线头连接。传统光载无线电(radio-over-fiber) 情况涉及模拟信号在基站与远程天线头中具有放大器的发送器之间的光传输。在欧洲专利EP 1553791 Bl中给出了在蜂窝无线电网络中使用二纤环 (two-fiber-ring)的光载无线电概念的实现方式的一个示例。然而，光传输的质量因噪声、非线性(例如色散)以及衰减效应而遭受损害。因此， 针对光载无线电的技术实现方式必须涉及高度复杂的光调制技术以及信号调节。基本而言，模拟射频信号的光传输涉及针对信号调制技术及信号调节的在电子学上的大量努力。事实上，例如强度调制和直接检测的方法直接而简单并且允许相当线性的光传输特性，但是在另一方面，其需要昂贵的调制器和调制器驱动器以便满足模拟射频传输的需求。在使用双边带调制的情况下，色散将会造成对射频功率的频率及长度相关抑制， 而这将会劣化传输质量。
发明内容
本发明的目标因此在于提出一种用于使用针对信号放大的高效节能功率放大器架构以及在发送设备与至少一个接收设备之间的光学连接来从发送设备向至少一个接收设备传输信号的高性价比和容忍故障的方法。该目标是通过根据权利要求1的教导的方法、根据权利要求8的教导的包络消除及恢复放大器、根据权利要求10的教导的发送设备、根据权利要求13的教导的接收设备以及根据权利要求15的教导的通信网络来实现的。由于例如通用移动电信系统(UMTS)、全球微波接入互操作性(WIMAX)或者第三代合作伙伴计划长期演进(3GPP LTE)之类的移动通信系统需要在高达2. 6GHz的频率上具有高输出功率的功率放大器，因此优选地针对信号放大而使用所谓的包络消除及恢复放大器，这是因为它们具有高线性度及高效率的特征。在所述包络消除及恢复放大器中，由幅度相对缓慢变化的包络信号分量和幅度恒定的更快变化的相位信号分量来表示数据信号。快速相位信号控制例如E类或F类输出级的输入，而包络信号则驱动调制器，该调制器附加地控制所述输出级的供电电压。包络信号分量或者相位信号分量可以是用于在例如开关输出级中进行放大的数字信号。在美国专利申请US 2002/0141510 Al中，公开了采用相位或频率调制以及幅度调制的调制器和调制方法。采用了延迟电路或者同步电路来协调幅度调制和相位调制的性能。调制电路可以使用在包括高频电路和低频电路在内的任何频率范围之中。本发明的主要思路是通过将包络消除及恢复放大器分为由至少一个光学连接相连的2个远程部分而利用现有包络消除及恢复放大器概念之中存在的数字信号路径用于数据信号的光传输，这是因为数字信号比模拟信号对干扰的错误容忍度更高。本发明通过开发已存在于包络消除及恢复放大器中的数字信号路径的用途而支持数字信号而非模拟信号的传输。由于使用了已经在包络消除及恢复放大器中可用的数字信号，因此无需附加的昂贵高速模数转换和数模转换。与传统的光载无线电情况相比，能够以零附加成本将所有针对数字信号的光传输的概念应用至光载无线电应用。使用用于信号放大的包络消除及恢复放大器，用于从基站经由至少一个远程天线头向用户终端的信号传输，并且信号在至少一个光学连接上从基站传输到至少一个远程天线头。本发明通过将上述的现有包络消除及恢复放大器分为由数字光链路分隔的2个部分并且分别将其置于中央基站之中和置于靠近远程天线单元之处而允许优秀的光载无线电架构的实现。这一概念支持新的架构，该新的架构很容易降低例如波束成形和多输入多输出(MIMO)应用中的成本和硬件努力。根据本发明，数据信号在位于发送设备中的包络消除及恢复放大器的第一部分中由包络信号分量和相位信号分量来表示，包络信号分量和相位信号分量组中的至少一个在位于发送设备中的至少一个电-光转换器中被从电信号转换成光信号，包络信号分量和相位信号分量组中的至少一个通过至少一个光学连接从发送设备传输到至少一个接收设备， 包络信号分量和相位信号分量组中的至少一个在位于所述至少一个接收设备中的至少一个光-电转换器中被从光信号转换成电信号，并且所述数据信号由位于所述至少一个接收设备中的包络消除及恢复放大器的第二部分中的输出级进行放大。从从属权利要求以及以下的描述中可以获得本发明的进一步发展。
在下文中，将进一步参考附图对本发明进行说明。图1示意性地示出了本发明可于其中实现的、具有基站和远程天线头的蜂窝通信网络。图2示意性地示出了根据现有技术的包络消除及恢复放大器架构。图3示意性地示出了根据现有技术水平的、依靠电压开关电路拓扑的开关模式功率放大器架构。图4示意性地示出了根据现有技术的增量总和(delta sigma)调制器。
图5示意性地示出了根据现有技术，具有增量总和调制器、开关输出级和滤波器的开关模式功率放大器。图6示意性地示出了根据本发明，被分为分别位于基站中和远程天线头中的两个部分的开关模式功率放大器。图7示意性地示出了根据本发明，包括分布式包络消除及恢复放大器的发送器和接收器。图8示意性地示出了根据本发明，应用光学复用及解复用原理的单个光路互连的包括分布式包络消除及恢复放大器的发送器和接收器。
具体实施例方式在图1中示出了本发明可在其中实现的、用于信号发送及接收的通信网络CN的原理结构。通信网络CN包括基站BS、远程天线头RAH1-RAH4以及用户终端UE1-UE4。所述远程天线头RAH1-RAH4中的每一个分别通过诸如光纤或者光学自由空间连接之类的光学连接0F1、0F2、0F11、0F12和0F13连接至基站BS。所述用户终端UE1-UE4中的每一个连接至所述远程天线头RAH1-RAH4中的一个或多个，这在图1中由双箭头符号表示。基站BS转而连接至核心网络，该核心网络为简单起见而没有在图1中示出。根据现有技术，为了对应当从基站BS经由远程天线头RAH1-RAH4向用户终端 UE1-UE4传输的信号进行放大，优选地使用优选位于远程天线头RAH1-RAH4中的包络消除及恢复放大器。图2示意性地示出了根据现有技术的包络消除及恢复放大器。用于包络消除及恢复放大器的射频(RF)信号的输入同时连接至幅度检测器DET 的输入和限幅器LIM的输入。幅度检测器DET的输出连接至幅度放大器AAM的第一输入。幅度放大器AAM的第二输入提供为连接供电电压VS。限幅器LIM的输出连接至相位放大器PAM的第一输入，并且幅度放大器AAM的输出连接至相位放大器PAM的第二输入(供电电压输入)。相位放大器PAM的输出提供为输出经放大的相位及幅度调制信号。在使用如图2所示的根据现有技术的包络消除及恢复放大器进行信号放大的方法中，将模拟射频输入信号发送至包络消除及恢复放大器的输入。使用例如耦合器以及幅度检测器DET来感测输入信号的包络信号分量，并且将该包络信号分量提供给幅度放大器 AAM。主幅度和相位调制射频输入信号被发送至限幅器LIM的输入，在其中复输入信号 A⑴被削减，从而产生幅度恒定的相位信号分量#_·^))，其中A⑴是时间相关幅度，ω是载频并且Φ (t)是时间相关相位。包络信号分量由对在限幅器LIM之前信号进行感测的幅度检测器DET进行感测。 借助于幅度检测器DET，变化的相位信号被消除，从而产生幅度缓慢变化的包络信号分量 A(t)。幅度缓慢变化的包络信号分量被发送至幅度放大器AAM的第一输入。供电电压VS 连接至幅度放大器AAM的第二输入，该供电电压VS被用幅度缓慢变化的包络信号分量调制，从而产生经放大的包络信号分量。幅度恒定的相位信号分量被发送至相位放大器PAM的第一输入(即，射频输入)， 并且经放大的包络信号分量作为供电电压被连接至相位放大器PAM的第二输入(即，供电电压输入)，这样在相位放大器PAM的输出处产生模拟射频输入信号的经放大副本。根据本发明，包络消除及恢复放大器内数字信号路径的存在是为了用于信号的光传输。例如通过幅度缓慢变化的包络信号分量的路径中增量总和调制器以及后续的开关输出级而在如图2所示的包络消除及恢复放大器中实现此类数字信号路径。为了执行数字信号路径的这种实现，幅度检测器DET的输出连接至增量总和调制器的输入，并且增量总和调制器的输出连接至幅度放大器AAM的输入，该幅度放大器是开关输出级，其在本例中例如为D类放大器。在下文中描述了使用增量总和调制器的开关模式放大器的基本原理，并且随后描绘了具有增量总和调制器的开关模式放大器在本发明的两个实施方式中的应用。作为开关模式功率放大器的示例，在图3中示出了根据现有技术的电压开关功率放大器系统。此类电压开关功率放大器系统包括增量总和调制器DSM，其具有输入，用于接收模拟射频输入信号或者根据本发明的包络信号分量，以及用于接收时钟信号CS。增量总和调制器DSM的输出连接至驱动器DR的输入。优选地，增量总和调制器DSM与噪声整形滤波器NF相连，或者包含噪声整形滤波
ο驱动器DR的第一输出连接至第一晶体管Tl的栅极G，并且驱动器DR的第二输出连接至第二晶体管T2的栅极G。第一晶体管Tl的源极S接地，并且第二晶体管T2的源极连接至第一晶体管Tl的漏极。第一晶体管Tl的漏极和第二晶体管T2的源极经由包括串联电感器L和电容器C 的重建滤波器RFILT连接至针对射频信号或者针对根据本发明的经放大的模拟包络信号分量的输出。存在L-C滤波器拓扑的各种变体，然而其对于所公开的本发明而言并不重要。第二晶体管T2的漏极连接至恒定电压源的供电源。在使用如图3所示的根据现有技术的电压开关功率放大器系统进行信号放大的方法中，将模拟射频输入信号或者根据本发明的包络信号分量发送至增量总和调制器DSM。 此外，将具有多个射频载频的时钟信号发送至增量总和调制器DSM。在增量总和调制器DSM中，模拟射频输入信号或者包络信号分量被转换成1比特或者更高分辨率的数字信号。采样率由所接收的时钟信号所决定。1比特数字信号被提供于增量总和调制器DSM的输出。优选地，噪声整形滤波器NF用于通过将量化噪声移动至对于信号处理而言相关性不大或者与此无关的频率范围来使量化误差最小化。所述1比特数字信号被发送至驱动器DR，该驱动器DR基于该1比特数字信号生成第一驱动器信号并且基于反相1比特数字信号生成第二驱动器信号。第一驱动器信号被发送至第二晶体管T2的栅极，而第二驱动器信号被发送至第一晶体管Tl的栅极。驱动器DR 的输出信号因此相位相反，这意味着如果第一晶体管Tl导通，则第二晶体管T2关断，并且反之亦然。上述具有2个晶体管Tl、T2的放大器架构仅仅是一个示例，并且在备选架构中使用了仅一个(如在例如J类放大器中)或者不止2个晶体管，然而这对本发明没有影响。 在后一种情况中，此类备选架构例如是针对增加的每个比特使用增加的2个晶体管的多比特架构。电容器C和电感器L共同构建成重建滤波器RFILT，其用于生成平滑模拟输出信号，该平滑模拟输出信号被提供于针对射频信号或者经放大的模拟包络信号分量的输出处。图4图示了根据现有技术的增量总和调制器DSM。该增量总和调制器DSM包括滤波器F1、加法器SUM、噪声整形滤波器F2、模数转换器AD以及数模转换器DA。滤波器Fl具有用于接收模拟输入信号的输入。滤波器Fl的输出连接至加法器 SUM的第一输入。加法器SUM的输出连接至噪声整形滤波器F2的输入，并且噪声整形滤波器F2的输出连接至模数转换器AD的输入。模数转换器AD的输出在一方面连接至数模转换器DA的输入，而在另一方面可以连接至外部设备(例如图3中开关输出级的驱动器D)用于传输数字输出信号。数模转换器DA的输出连接至加法器SUM的第二反相输入。理论上而言，模拟射频输入信号或者包络信号分量在增量总和调制器DSM中被编码成双层数字输出序列，该双层数字输出序列适合于驱动开关模式放大器的开关输出级。图5在最上行中示意性地图示了根据现有技术的开关模式功率放大器，其包括如图4所描绘的增量总和调制器DSM、开关输出级SOS以及滤波器F。开关输出级SOS例如包括如图3所描绘的驱动器DR以及2个晶体管Tl和T2。然而，正如上述图3中具有1个驱动器DR和2个晶体管T1、T2的放大器架构仅仅是一个示例，在备选架构中使用了不止一个驱动器不止2个晶体管或者仅1个晶体管，即，开关输出级SOS可以包括任意数目的驱动器和晶体管，然而这对本发明没有影响。增量总和调制器DSM具有用于接收输入信号的输入。增量总和调制器DSM的输出连接至开关输出级SOS的输入。开关输出级SOS的输出连接至滤波器F的输入，并且滤波器F包括用于传输输出信号的输出。在中间行中，4个图表示出了信号电压(以伏特为单位)随时间(以纳秒为单位) 变化的曲线，其从左至右针对的是增量总和调制器DSM的输入处、增量总和调制器DSM的输出处、开关输出级SOS的输出处以及滤波器F的输出处的信号。在最下行中，4个图表示出了信号功率密度谱(以分贝为单位)随频率(以兆赫兹为单位)变化的曲线，其从左至右针对的是增量总和调制器DSM的输入处、增量总和调制器DSM的输出处、开关输出级SOS的输出处以及滤波器F的输出处的信号。从中间行的前2个图表可以看出，数字信号调制器将模拟信号转换成数字信号， 并且根据本发明，所述数字信号将通过光纤传输至远程定位在远程天线头中的开关输出级 SOS。上文使用位于输入处的射频信号描述了图5中所描绘的开关模式功率放大器的功能性。在下文中，将针对具有例如中频或基带频率等较低频率的输入信号来描述本发明。 然而，所使用的位于输入处的频率对本发明没有重大影响。在对根据本发明的光控包络消除及恢复放大器概念应用所描述的S类原理的情况下，增量总和调制器DSM和用于重建的滤波器F优选地为低通型。在图6中描绘了可用于根据本发明的包络消除及恢复放大器中的开关模式功率放大器PA。该开关模式功率放大器PA被表示为虚线框并且包括增量总和调制器DSM、 电-光转换器E0、光-电转换器0E、开关输出级SOS以及滤波器F。开关输出级转而包括如以上根据图5所描述的至少一个驱动器和至少一个晶体管。增量总和调制器DSM具有用于接收模拟输入信号的输入。增量总和调制器DSM的输出连接至电-光转换器EO的输入。电-光转化器EO的输出通过光学连接OFl (例如，光纤或者光学自由空间连接) 连接至光-电转换器OE的输入。光-电转换器OE的输出连接至开关输出级SOS的输入，并且开关输出级SOS的输出连接至滤波器F的输入。在本发明的一个实施方式中，在电-光转换器EO与光-电转换器OE之间的信号路径中或者在光-电转换器OE与开关输出级SOS之间的信号路径中包括用于信号调节的进一步的设备，例如滤波器、均衡器或者前置放大器等。滤波器F的输出转而经由进一步的输出级连接至天线网络，该进一步的输出级为了简单起见而未在图6中描绘。在图6所描绘的实施方式中，增量总和调制器DSM和电-光转换器EO被包括在以框表示的基站BS中，而光-电转换器0E、开关输出级SOS和滤波器F则被包括在也以框表示的远程天线头RAHl中。为了将S类原理实现于光控包络消除及恢复放大器中，在增量总和调制器DSM中将该增量总和调制器DSM在其输入处接收的模拟信号(例如，模拟包络信号分量)转换成数字信号。所述数字信号被发送至用于将数字电信号转换成数字光信号的电-光转换器 E0。优选地，所述电-光转换器EO包括激光二极管，该激光二极管例如通过电吸收或铌酸锂调制器而被外部调制或者被直接调制。数字光信号(例如，PWM信号(PWM=脉宽调制))从电-光转换器EO的输出，通过光学连接OFl (例如，光纤或者光学自由空间连接)被发送至光-电转换器OE的输入。在光-电转换器OE中，数字光信号被转换回数字电信号。优选地，所述光-电转换器OE包括所谓的PIN 二极管或者所谓的雪崩光电二极管。数字电信号被从光-电转换器OE的输出发送至开关输出级SOS的输入。在开关输出级SOS中，数字电信号经由至少一个驱动器驱动至少一个晶体管，这导致开关输出级SOS的输出处经放大的数字电信号。所述经放大的数字电信号被发送至滤波器F的输入，并且经放大的模拟包络信号分量通过所述滤波器F被重建并经由滤波器F的输出发送至进一步的输出级的输入(例如，图2中所示相位放大器PAM的第二输入)。在图7中描绘了应用光外差作用原理的、根据本发明的包络消除及恢复放大器 EERl的一个实施方式。包络消除及恢复放大器EERl被表示为虚线框，并且包括幅度检测器 DET、增量总和调制器DSM、限幅器LIM、第一模数转换器ADl、载波合成器CS、3个电-光转换器E01、E02和E03、光相加器A、2个光-电转换器OEl和0E2、相位信号重新合成器PSRS、开关输出级SOS、输出级OS以及滤波器F。开关输出级SOS如根据图5所描述的转而包括至少一个驱动器和至少一个晶体管。在图7所描绘的实施方式中，幅度检测器DET、增量总和调制器DSM、限幅器LIM、第一模数转换器ADl、载波合成器CS、3个电-光转换器E01、E02和E03以及光相加器A被包括在基站BS之中(该基站BS被表示为框)，而2个光-电转换器OEl和0E2、相位信号重新合成器PSRS、开关输出级SOS、输出级OS以及滤波器F则被包括在远程天线头RAHl之中 (该远程天线头RAHl也被表示为框)。基站BS还包括具有第三光-电转换器0E3和接收器RX的反馈路径。远程天线头RAHl还包括天线网络AN、低噪声放大器LNA、降频转换器DC、第二模数转换器AD2以及第四电-光转换器E04。包络消除及恢复放大器EERl的针对例如基带频率或中频(IF)信号的输入同时连接至幅度检测器DET的输入和限幅器LIM的输入。幅度检测器DET的输出连接至增量总和调制器DSM的输入，并且增量总和调制器 DSM的输出连接至第一电-光转换器EOl的输入。第一电-光转换器EOl的输出通过光学连接OFl (例如，光纤或者光学自由空间连接)连接至第一光-电转换器OEl的输入，并且第一光-电转换器OEl的输出连接至开关输出级SOS的第一输入。开关输出级SOS的第二输入被提供为连接供电电压VS，并且开关输出级SOS的输出连接至滤波器F的输入。限幅器LIM的输出连接至第一模数转换器ADl的输入，并且第一模数转换器ADl 的输出连接至第二电-光转换器E02的输入。第二电-光转换器E02的输出通过光学连接0F3连接至光相加器A的第一输入。载波合成器CS的输出连接至第三电-光转换器E03的输入，并且第三电-光转换器E03的输出通过光学连接0F4连接至光相加器A的第二输入。光相加器A的输出通过光学连接0F2 (例如，光纤或者光学自由空间连接)连接至第二光-电转换器0E2的输入。第二光-电转换器0E2的输出连接至相位信号重新合成器PSRS的输入，并且相位信号重新合成器PSRS的输出连接至输出级OS的第一输入。滤波器F的输出连接至输出级OS的第二输入，并且输出级OS的输出转而连接至天线网络AN。在本发明的一个实施方式中，在电-光转换器EOl、E02和E03与光-电转换器OEl 和0E2之间的信号路径中分别包括进一步的用于信号调节的设备，例如均衡器或前置放大器，或者在光-电转换器OEl和0E2与开关输出级SOS和输出级OS之间的信号路径中分别包括进一步的用于信号调节的设备，例如均衡器或前置放大器。在接收路径中，天线网络AN的输出连接至低噪声放大器LNA的输入，并且低噪声放大器LNA的输出连接至降频转换器DC的输入。降频转换器DC的输出连接至第二模数转换器AD2的输入，并且第二模数转换器 AD2的输出连接至第四电-光转换器E04的输入。第四电-光转换器E04的输出通过光学连接0F5 (例如，光纤或者光学自由空间连接)连接至第三光-电转换器0E3的输入。第三光-电转换器0E3的输出转而连接至接收器RX的输入。在本发明的一个实施方式中，包络消除及恢复放大器EERl的输出优选地在第四电-光转换器E04的输入处连接至接收路径，这由图7中的虚线箭头所表示。优选地，所述电-光转换器E01-E04各自包括激光二极管，该激光二极管例如通过电吸收或铌酸锂调制器而被外部调制或者被直接调制。优选地，所述光-电转换器0E1-0E3各自包括所谓的PIN 二极管或者所谓的雪崩光电二极管。在图7中所描绘的实施方式中，模拟数据信号(例如，处于基带频率fbb上，优选地在0-200MHZ的频率范围中)被发送至包络消除及恢复放大器EERl的输入。数据信号的主要部分被发送至限幅器LIM的输入，在其中数据信号A(t) θχρ( (ω^+Φ (t)))被削减，从而产生幅度恒定的相位信号分量θχρ( (ω^+Φ (t)))，其中A(t)是时间相关幅度，《bb是基带角频率并且φ (t)是时间相关相位。数据信号的包络信号分量由在限幅器LIM之前对信号进行感测的幅度检测器DET 进行感测。变化的相位信号由幅度检测器DET消除，从而产生幅度缓慢变化的包络信号分量 A(t)。幅度缓慢变化的包络信号分量被发送至增量总和调制器DSM的第一输入，并且在增量总和调制器DSM中被转换成数字信号。在该实施方式中，数字信号为PWM信号(PWM = 脉宽调制)，但是在另一实施方式中还可以使用例如曼彻斯特编码(Manchester Coding) 进行附加的编码。用于对包络信号分量进行数字化的增量总和调制可以通过传统的、相对缓慢的低通增量总和调制器来执行，从而节省能量并减少芯片复杂度。数字包络信号分量被发送至用于将数字电信号转换成数字光信号的第一电-光转换器EOl。数字光包络信号分量(在本实施方式中为PWM信号)通过光学连接OFl被从第一电-光转换器EOl的输出发送至第一光-电转换器OEl的输入。在第一光-电转换器OEl中，数字光信号被转换回数字电信号。由此产生的数字电包络信号分量被从第一光-电转换器OEl的输出发送至开关输出级SOS的第一输入。在开关输出级SOS中，数字电信号经由至少一个驱动器来驱动至少一个晶体管， 这导致开关输出级SOS的输出处经放大的数字电信号。因此，与开关输出级SOS的第二输入相连的供电电压VS被用数字电包络信号分量调制，从而产生经放大的数字电包络信号分量。所述经放大的数字电包络信号分量被发送至滤波器F的输入，并且借助于所述滤波器F，经放大的模拟包络信号分量被重建并且作为供电电压经由滤波器F的输出而连接至输出级OS的第二输入。相位信号分量被从限幅器LIM的输出发送至第一模数转换器ADl的输入，在第一模数转换器ADl中模拟相位信号分量被转换成数字相位信号分量。数字相位信号分量被发送至用于使用光源来将数字电信号转换成数字光信号的第二电-光转换器E02的输入，其中该光源的光频率为f。pti。al，从而使得数字光相位信号分
数字光相位信号分量通过光学连接0F3被从第二电-光转换器E02的输出发送至光相加器A的第一输入。在载波合成器CS中生成射频载波信号，该射频载波信号处于射频f;f上，优选地处于数百MHz到若干GHz的频率范围中。射频载波信号被发送至用于使用光源来将电射频载波信号转换成光射频载波信号的第三电-光转换器E03，其中该光源的光频率为f。pti。al，从而使得光射频载波信号具有频率f f = f。pti。al士 4。光射频载波信号通过光学连接0F4被从第三电-光转换器E03的输出发送至光相加器A的第二输入。在光相加器A中，数字光相位信号分量与光射频载波信号相加，即，具有频率f。s = f。pti。al 士 fbb的数字光相位信号分量与具有频率f。,f = f。pti。al±f;f的光射频载波信号总和起来，这产生组合的光数据信号。组合的光数据信号通过光学连接0F2被从光相加器A的输出发送至第二光-电转换器0E2的输入。在第二光-电转换器0E2中应用了光外差作用原理，并且数字光相位信号分量被升频转换成数字电相位信号分量。所检测到的数字电相位信号分量的强度随频率fdes = f;f±fbb而变，这是因为处于f。pti。al范围中的强度的所有较高频率分量全都在第二光-电转换器0E2中进行了时间平均。数字电相位信号分量被从第二光-电转换器0E2的输出发送至相位信号重新合成器PSRS的输入，在相位信号重新合成器PSRS中恢复出模拟电相位信号分量。模拟电相位信号分量被从相位信号重新合成器PSRS的输出发送至输出级OS的第一输入。模拟电相位信号分量控制输出级OS的第一输入，这导致输出级OS的输出处模拟数据信号的经放大副本。在本发明的一个实施方式中，模拟电相位信号分量借助于输出级OS中的内隐无源信号重建滤波而得以恢复，并且不需要相位信号重新合成器PSRS。模拟数据信号的经放大副本被发送至天线网络AN，以供通过空中接口进行传输。在接收路径中，模拟电信号被从天线网络AN发送至低噪声放大器LNA，以供进行信号放大。经放大的模拟电信号被发送至降频转换器DC，信号在其中被从射频降频转换成基带频率。经降频转换的模拟电信号被发送至用于进行数字化的第二模数转换器AD2，并且数字电信号被发送至用于将数字电信号转换成数字光信号的第四电-光转换器E04。数字光信号通过光学连接0F5被从第四电-光转换器E04发送至第三光_电转换器 0E3。在第三光-电转换器0E3中，数字光信号被转换回数字电信号并且被发送至接收器RX以供进一步的处理。在本发明的一个实施方式中，如果有必要对包络消除及恢复放大器EERl进行线性化，则将包络消除及恢复放大器EERl的输出信号的一定部分经由第四电-光转换器E04 和光学连接0F5反馈回基站BS，并且基于所述反馈输出信号来控制包络消除及恢复放大器 EERl。
本发明的上述实施方式的优势在于，通过使用光外差作用而解除了对电升频转换的需求，并且与相位信号相关的信号处理是以大大降低的速度在基带频率上执行的，因此降低了功耗和芯片复杂度。然而，光外差作用的应用对于本发明并非是强制性的。因此，在本发明的一个实施方式中，在第二光-电转换器0E2中接收相位信号分量之后对该信号进行电升频转换。在本发明的又一实施方式中，在将相位信号分量发送至第二电-光转换器E02之前对其进行电升频转换，并且通过光学连接将数字光相位信号分量直接发送至第二光-电转换器0E2。 结果是，在这些实施方式中不必要有载波合成器CS、第三电-光转换器E03和光相加器A。理论上，对于本发明的应用而言，并不一定需要将数字相位信号分量和数字包络信号分量二者都作为光信号从基站BS向远程天线头RAHl传输，即，有可能将数字相位信号分量或者数字包络信号分量从基站BS电传输至远程天线头RAHl。因此，在本发明的一些实施方式中，仅将数字相位信号分量或者仅将数字包络信号分量从基站BS光传输至远程天线头RAHl。在本发明的一个实施方式中，发送至包络消除及恢复放大器EERl的输入的模拟数据信号并不处于基带频率上，而是处于中频上。在图8中描绘的实施方式中，示出了根据本发明的、应用光学复用及解复用原理的分布式包络消除及恢复放大器EER2。包络消除及恢复放大器EER2的基本结构类似于图 7中所描绘的以及上文中描述的分布式包络消除及恢复放大器EERl的结构。因此，在下文中只描述与图7中描述的分布式包络消除及恢复放大器EERl相比的差异。图8中的包络消除及恢复放大器EER2包括位于基站BS中的光学复用器MUX以及位于远程天线头RAHl中的光学解复用器DEMUX。第一电-光转换器EOl的输出通过光学连接0F6连接至光学复用器MUX的第一输入。光相加器A的输出通过光学连接0F7连接至光学复用器MUX的第二输入，并且光学复用器MUX的输出通过光学连接0F8连接至光学解复用器DEMUX的输入。光学解复用器DEMUX的第一输出通过光学连接0F9连接至第一光-电转换器OEl 的输入，并且光学解复用器DEMUX的第二输出通过光学连接OFlO连接至第二光-电转换器 0E2的输入。在图7所描绘的实施方式中，数字光包络信号分量和数字光相位信号分量通过单独的光学连接OFl和0F2从基站BS向远程天线头RAHl传输。在图8所描绘的实施方式中，数字光包络信号分量、数字光相位信号分量以及光射频载波信号在光学复用器MUX中复用，并且通过共用光学连接0F8传输至光学解复用器DEMUX，光信号在其中被解复用。数字光包络信号分量通过光学连接0F9被发送至第一光-电转换器OEl，而数字光相位信号分量和光射频载波信号则通过光学连接OFlO被发送至第二光-电转换器0E2。在本发明的另一实施方式中，针对用于向用户终端UE4的信号传输的2个远程天线头RAH3和RAH4的情况，如图1中所示，应用所谓的波束成形或者多输入多输出，将来自基站BS的信号经由至少2个远程天线头RAH3、RAH4通过至少两个光学连接0F12、0F13传输至用户终端UE4。
根据本发明的此类包络消除及恢复放大器可以用于例如应用标准通用移动电信系统、第三代合作伙伴计划长期演进或者全球微波接入互操作性的通信网络。在上述实施方式中，分别在包络消除及恢复放大器EERl和EER2的输入处提供模拟数据信号。然而，在其他优选实施方式中，分别在包络消除及恢复放大器EERl和EER2的输入处提供的输入数据信号为数字信号，例如在基带频率上提供自数字处理单元的所谓的 I值或者Q值。包络信号分量被从数字信号中感测出来，并且在增量总和调制器DSM的输入处被提供作为数字包络信号分量。在使用数字输入数据信号的实施方式中，增量总和调制器DSM优选地以现场可编程门阵列(FPGA)来实现，但是也能以专用集成电路(ASIC)来实现。包络信号分量优选地在FPGA中被直接感测，即，幅度检测器DET的功能在FPGA中执行。对数字输入数据信号的一部分的削减优选地也在FPGA中执行，从而产生幅度恒定的相位信号分量，即，限幅器LIM 的功能在FPGA中执行。在此类实施方式中，不必要有模数转换器ADl。在上述实施方式中，相应的光-电转换器OEl和0E2以及相应的输出级SOS和OS 被描绘为两个不同的设备。然而，在本发明的其他实施方式中，相应的光-电转换器OEl和 0E2以及相应的输出级SOS和OS也可以是共同定位的，即它们是一个设备的两个部分。此类共同定位的设备的一个示例为雪崩光电二极管与高电子移动性晶体管(HEMT)的垂直集成。在该示例中，相应的光-电转换器OEl和0E2被实现为雪崩光电二极管，而输出级SOS 和OS则被实现为高电子移动性晶体管(HEMT)。在以上的各实施方式中，针对从基站BS经由至少一个远程天线头RAHl向用户终端UEl的信号传输描述了本发明，然而，本发明还适用于例如在点对点无线电系统中所使用的或者用于机架内设备连接的从任意发送设备向任意接收设备的信号传输。
权利要求
1.一种用于使用用于信号放大的包络消除及恢复放大器(EER1、EER2)将数据信号从发送设备(BQ向至少一个接收设备(RAHl)传输的方法，其中 在位于所述发送设备(BS)中的所述包络消除及恢复放大器(EER1、EER2)的第一部分中由包络信号分量和相位信号分量来表示所述数据信号， 在位于所述发送设备(BS)中的至少一个电-光转换器(E01、E02)中将包络信号分量和相位信号分量组中的至少一个从电信号转换成光信号， 通过至少一个光学连接(0F1、0F2、0F8)将包络信号分量和相位信号分量组中的至少一个从所述发送设备(BQ传输至所述至少一个接收设备(RAHl)， 在位于所述至少一个接收设备(RAHl)中的至少一个光-电转换器(0E1、0E2)中将包络信号分量和相位信号分量组中的至少一个从光信号转换成电信号， 并且在位于所述至少一个接收设备(RAHl)中的所述包络消除及恢复放大器(EER1、 EER2)的第二部分中对所述数据信号进行放大。
2.根据权利要求1所述的方法，其中 通过增量总和调制器(DSM)在所述包络消除及恢复放大器(EER1、EER2)的第一部分中对所述包络信号分量进行调制， 并且在开关输出级(SOS)中的所述包络消除及恢复放大器(EER1、EER2)的所述第二部分中对所述包络信号分量进行放大。
3.根据权利要求1所述的方法，其中 在所述发送设备(BQ中的电-光转换器(E02)中将所述相位信号分量从电信号转换成光相位信号分量， 在所述发送设备(BQ中的另一电-光转换器(E03)中合成射频载波信号并且将其从电信号转换成光射频载波信号， 将所述光相位信号分量与所述光射频载波信号相加，从而产生组合的光相位信号分量， 在所述至少一个接收设备(RAHl)中的光-电转换器(0E》中将所述组合的光相位信号分量从光信号分量转换成电信号分量， 并且在所述光-电转换器(0E》中应用光外差作用，通过与所述光射频载波信号相乘而将所述光相位信号分量升频转换到射频域。
4.根据权利要求1所述的方法，其中 将所述包络消除及恢复放大器(EER1、EER2)的输出信号反馈给所述发送设备(BS)， 并且基于所述反馈输出信号对所述包络消除及恢复放大器(EER1、EER2)进行控制。
5.根据权利要求1所述的方法，其中所述发送设备(BQ为基站并且所述至少一个接收设备(RAHl)为远程天线头，并且所述数据信号从所述基站(BQ经由所述至少一个远程天线头(RAHl)传输至用户终端(UEl)。
6.根据权利要求5所述的方法，其中应用波束成形或者多输入多输出，将来自所述基站(BS)的数据信号经由至少2个远程天线头(RAH3、RAH4)传输至用户终端(UE4)。
7.根据权利要求1所述的方法，其中 在所述发送设备(BQ中的电-光转换器(E01、E(^)中将所述包络信号分量和相位信号分量从电信号转换成光信号， 在位于所述发送设备(BQ中的光学复用器(MUX)中对所述包络信号分量和相位信号分量进行光学复用， 通过一个光学连接(0F8)将所述包络信号分量和相位信号分量从所述发送设备 (BS)传输至位于所述至少一个接收设备(RAHl)中的光学解复用器(DEMUX)， 并且在所述光学解复用器(DEMUX)中对所述包络信号分量和相位信号分量进行解复用。
8.一种用于向至少一个接收设备(RAHl)传输信号的发送设备(BS)，其中所述发送设备(BS)包括作为包络消除及恢复放大器(EER1、EER2)的第一部分的 针对包络信号分量的第一信号路径， 针对相位信号分量的第二信号路径， 以及至少一个电-光转换器(E01、E02)，用于将所述包络信号分量和所述相位信号分量组中的至少一个从电信号转换成光信号。
9.根据权利要求8所述的发送设备(BS)，其中所述发送设备(BQ附加地在所述包络消除及恢复放大器(EER1、EER2)的所述第一部分中包括针对包络信号分量的所述第一信号路径中的增量总和调制器(DSM)。
10.根据权利要求8所述的发送设备(BS)，其中所述发送设备(BQ是基站(BQ，其用于经由远程天线头(RAHl)向用户终端(UEl)传输信号。
11.根据权利要求8所述的发送设备(BS)，其特征在于所述发送设备(BQ用于应用标准通用移动电信系统、第三代合作伙伴计划长期演进或者全球微波接入互操作性的通信网
12.一种用于接收从发送设备(BQ发送的信号的接收设备(RAHl)，其中所述接收设备 (RAHl)包括作为包络消除及恢复放大器(EER1、EER2)的第二部分的 至少一个光-电转换器(0E1、0E》，用于将包络信号分量和相位信号分量组中的至少一个从光信号转换成电信号，眷第一输出级(SOS)，用于对所述包络信号分量的放大， 以及第二输出级(OS)，用于对所述相位信号分量的放大。
13.根据权利要求12所述的接收设备(RAHl)，其中用于对所述包络信号分量的放大的所述第一输出级(S0Q是D类开关输出级。
14.根据权利要求12所述的接收设备(RAHl)，其中所述接收设备(RAHl)是远程天线头(RAHl)，其用于接收从基站(BS)发送的信号。
15.一种通信网络(CN)，其包括至少一个根据权利要求10所述的基站(BS)以及至少一个根据权利要求14所述的远程天线头(RAHl)。
全文摘要
本发明涉及一种用于使用用于信号放大的包络消除及恢复放大器从发送设备(BS)向接收设备(RAH1)传输数据信号的方法、一种包络消除及恢复放大器、一种发送设备、一种接收设备以及为此的通信网络，其中该数据信号在位于发送设备(BS)中的包络消除及恢复放大器(EER1、EER2)的第一部分中由包络信号分量和相位信号分量来表示，包络信号分量或者相位信号分量通过至少一个光学连接(OF1、OF2)从发送设备(BS)传输至接收设备(RAH1)，并且包络信号分量或者相位信号分量在所述接收设备(RAH1)中被从光信号转换成电信号。
文档编号H04W88/08GK102362543SQ201080013709
公开日2012年2月22日 申请日期2010年3月16日 优先权日2009年3月24日
发明者D·维格纳, W·滕普尔 申请人:阿尔卡特朗讯