專利名稱：無線電發(fā)射機中末級放大器非線性的補償方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種對采用線性數(shù)字正交調(diào)制的無線電發(fā)射機中末級放大器的非線性進行補償?shù)姆椒?。此種無線電發(fā)射機可在例如移動式電話技術中的移動式電話部件內(nèi)用來向基地臺發(fā)送數(shù)字化的語言、數(shù)據(jù)和控制信息。
移動式電話技術中移動式電話機的無線電發(fā)射機具有小型的、節(jié)省空間的結構。其所要發(fā)送的信息信號(數(shù)據(jù)、語言、控制信號)是被調(diào)制到具有某一給定角頻率ωc的載波上的。其所使用的調(diào)制方法就是所謂正交調(diào)制法，也就是，把該載波分解成兩個互相正交的分量，即sin ωct和cos ωct;然后例如用四相移相鍵控法(QPSK)對于這兩個正交分量以信息信號相位的正弦和余弦分量進行調(diào)制。該信息信號包含在一種以“1”和“0”的比特流出現(xiàn)的數(shù)字信號中。在四相移相鍵控的情況下，二進制“1”相當于所述被發(fā)送的無線電信號的正向相位變化或正向相位移，而“0”相當于所述被發(fā)送的無線電信號的負向相位變化或負向相位移。這些相位變化總是從前一比特的相位開始的;因此在濾波以后，被發(fā)送的無線電信號的相位將是連續(xù)進展而不是突變的。
因此，為了形成所要發(fā)送的無線電信號r(t)，就有必要形成某一給定相角(＝相位變化)的正弦值和余弦值，在調(diào)制過程中這些值被投影到兩個載波分量上。這兩個值被稱為正交分量，通常分別把它們標定為I和Q。大家知道，用具有若干存儲器的波形發(fā)生器對于某一給定的相位變化來形成這些分量。例如，美國第4，229，821號專利說明書中描述了一種包括兩個分別用于sinφ和cosφ的查表存儲器的波形發(fā)生器。這兩個存儲器可由具有表內(nèi)某一給定比特數(shù)的信號向量α尋址，該比特數(shù)取決于低通濾波器(即預調(diào)制濾波器)脈沖響應的持續(xù)時間。脈沖響應的持續(xù)時間通常是被截斷到某一給定比特數(shù)的，該數(shù)取決于被發(fā)送的無線電信號的所需質(zhì)量。
在發(fā)射機中，調(diào)制器電路的后級是末級放大器，它的作用是把該無線電信號r(t，α)放大到某一給定功率，以便從移動式電話的發(fā)射機天線上發(fā)送出去。由于所應用的正交調(diào)制過程是線性的，也就是，被發(fā)送的信息將會同時影響該無線電信號的幅值和相位，所以末級放大器的增益也必須相對于幅值和相位都是線性的。
通常由末級放大器組成的發(fā)射機最后一級是C類放大;也就是，在靜止狀態(tài)下，它的晶體管電路是被偏置到位于集電極電流截止點以下的。但是，這意味著，將使輸入信號的正交分量失真，因為該放大器并未工作在線性范圍內(nèi)。因此就必須相對其缺點權衡使該放大器工作于C類區(qū)的優(yōu)點(電效率高)了。本發(fā)明利用了包括有上述表格單元的波形發(fā)生器，以便形成所述正交分量，也就是后面準備放大的信號。通過變更存儲于各表格單元中的數(shù)字值，就可補償該未級放大器的非線性。
同時，本發(fā)明方法以后面權利要求書的權利要求1的特征為特征，即在所述存儲器ST，CT中，為各不同波形而存儲的數(shù)字值I(t，α)，Q(t，α)都可隨末級放大器的傳輸函數(shù)而變更，從而可得到能夠對該無線電信號在正交調(diào)制過程中的波形非線性進行補償?shù)男聰?shù)字值i(t，α)，q(t，α)。
現(xiàn)在，將參照各附圖對本發(fā)明進行更詳細的描述。


圖1是采用數(shù)字調(diào)制的無線電發(fā)射機理論模型的框圖;
圖2是應用本發(fā)明的無線電發(fā)射機中已知類型的波形發(fā)生器框圖;
圖3是說明無線電信號相位的正交分量圖;
圖4a至4c說明按時間變化的無線電信號中正交分量的各種位置;
圖5是根據(jù)本發(fā)明方法的硬件解決方案框圖;
圖6是對可以應用本發(fā)明方法的另一種(與圖2所示不同)的波形發(fā)生器進行說明的框圖。
圖1是正交調(diào)制器的簡化框圖。將輸入信號加到不歸零(NRZ)轉換器1上，以便形成一種二進制編碼信號。具有低通特性的預調(diào)制濾波器2可產(chǎn)生一種具有給定長度的脈沖響應，該長度由所發(fā)射的符號個數(shù)來確定，這種符號在每一瞬時被及時存儲在后繼的正交調(diào)制器3中。下面將參照圖3和4對調(diào)制器3進行描述把末級4連接到該正交調(diào)制器的輸出端和發(fā)射天線5的輸入端上，以便向天線前級的無線電信號提供足夠的能量。
調(diào)制器3就是所謂的QPSK調(diào)制器，它可用來把信號分解成各正交分量。這些分量由該無線電信號在某一假想的載波sin ωct和經(jīng)相移90°的cos ωct上的投影組成，其中ωc是該載波的角頻率。所述正交分量或正交信號具有某一低通特性，并組成基帶信號。
在理論上，QPSK具有無限的帶寬。在實際應用中，該調(diào)制過程總是借助圖1中所示的預調(diào)制濾波器2，與某種形式的預濾波過程互補的。
在利用后繼的調(diào)制過程將信號分解成正交信號之前，產(chǎn)生QPSK信號的傳統(tǒng)方法是把二進制信號加到由數(shù)字觸發(fā)器和模擬濾波器組成的陣列上。圖2說明帶有查尋表和移位寄存器的QPSK發(fā)生器，移位寄存器的長度等于用以進行QPSK的比特數(shù)(等于2)。該移位寄存器由幾個觸發(fā)器D1-D8組成，該數(shù)目等于相關于預調(diào)制濾波器的脈沖響應而需要存儲的符號數(shù)。就目前情況而言，每個符號由兩比特組成，而其符號數(shù)則等于8。因此在目前情況下，該預調(diào)制濾波器的脈沖響應就被截斷到相當于8個符號的持續(xù)時間的長度。該脈沖響應的長度是由對所發(fā)生的無線電信號的質(zhì)量要求所確定的。將一個可存儲由此刻所存儲的符號組成的各波形的輸出點的可逆計數(shù)器QM終接到該移位寄存器上。這是必要的，因為信息是用狀態(tài)的變換來傳輸?shù)模皇怯迷贗-Q平面上的絕對位置來傳輸?shù)?。因此，在一個符號區(qū)間TS期間內(nèi)，該移位寄存器D1-D8和存儲計數(shù)器QM可存儲由所關聯(lián)的及其最鄰近的符號組成的信號向量α和表示該相位起始點的值。
圖3是準備以某一絕對大小(幅值)R(t，α)和某一相角φ(t，α)而發(fā)送的任意無線電信號r(t，α)的旋轉向量圖。把該無線電信號分解成兩個正交分量I(t，α)和Q(t，α)，后二者分別組成載波分量中兩個載波分量cos ωct和sin ωct的“投影”，以及相移了90°的相位。把所有可能的信號向量α的正交分量I(t，α)和Q(t，α)分別存儲在圖2所示的調(diào)制器中的表格單元ST和CT內(nèi)。下面的關系式可求出該無線電信號r(t，α)r(t，α)＝R(t，α)·cos〔ωct+φ(t，α)〕
其中
，以及φ(t，α)＝arg〔I(t，α)+jQ(t，α)〕圖4a至4c說明對應于三個不同信號向量α1、α2和α3三個不同的無線電信號r(t，α)，這些信號向量都是從移位寄存器和計數(shù)器QM發(fā)出的。每一個信號向量表明表格單元ST和CT中的兩個正交分量I(t，α)和Q(t，α)。把這些分量分別作為正弦和余弦波形存儲在這些表格單元ST和CT中。借助于計數(shù)器SR，把這些波形采樣按順序提出來，并把從而取得的數(shù)字值加到數(shù)-模轉換器DAC1、DAC2上。然后在乘法器M1、M2中對于載波分量進行調(diào)制和在加法電路ADD中進行相加之前，在濾波器FR1、FR2中對這些信號進行低通濾波。
如果把預調(diào)制濾波器的脈沖響應hT截斷到某一給定長度NI·TS，其中NI是一個整數(shù)，TS是符號時間，同時，如果已截斷的脈沖響應的中心是在t＝0處，并且具有從-TSNI/2到+TSN2/2的傳播時間;則可得到下列正交分量的表達式
顯然，根據(jù)上式，I(t，α)和Q(t，α)分別作為余弦和正弦波形存儲在相應的表格單元ST和CT中。
上面所描述的調(diào)制方法是線性的，也就是，輸入信號向量α和輸出信號I(t，α)同Q(t，α)之間的關系呈現(xiàn)出線性特性。然而，這就意味著，在表格單元后級所包含在發(fā)射機中的各單元也必須是線性的，這也是為了保證維持輸入信號向量和輸出信號之間的關系、同時從而避免降低質(zhì)量和干擾其他用戶的。特別是獲得一個線性末級放大器F(圖2)會有問題的。根據(jù)本發(fā)明而提出的方法可不顧末級放大器的線性化問題，而是用表格單元ST和CT來盡量補償此種非線性。
如果末級對輸入信號幅值為R1、其相角為φ1的傳輸函數(shù)是HR和Hφ;則就輸出信號而言，可用下式R2＝HR(R1)·R1φ2＝Hφ(R1)+φ1HR和Hφ的倒數(shù)可寫為R1＝H-1R(R2)·R2和φ1＝H-1φ(R2)+φ2其中H-1R＝1/HR，以及H-1φ＝-Hφ可通過對給定數(shù)目的輸入信號R1測量若干輸出信號R2來計算出反傳輸函數(shù)H-1R和H-1φ，再組成靜態(tài)、與時間無關的函數(shù)。
為了從失真的末級放大器F獲得正確的輸出信號，有必要根據(jù)圖3用H-1R和H-1φ變更查尋表ST和CT的內(nèi)容。這是根據(jù)下面的關系式通過運算實現(xiàn)的
其中i(t，α)，q(t，α)是打算取代原來波形值I(t，α)，Q(t，α)的、已變更的波形值。
由于HR和Hφ是靜態(tài)的與時間無關的函數(shù)，所以可以把它們作為給定末級放大器的傳輸函數(shù)存儲在表格單元ST和CT中。
根據(jù)上面所述，就可根據(jù)下列關系式算出給定信號向量α的R值
由于該信號向量的I(t，α)和Q(t，α)是被存儲在相應的表格單元ST、CT中的。因此，如果R已知，則HR和Hφ同時還有H-1R和H-1φ都可算出。這就可根據(jù)上列關系式(1)算出該信號向量α的新系數(shù)i(t，α)和q(t，α)。
因此，如果要計算給定信號向量αK的波形，則在相應的表格單元ST和CT中變更內(nèi)容I(t，α)和Q(t，α)的步驟如下1.根據(jù)上列關系式(2)，從信號向量αK的未變更值I(t，α)，Q(t，α)中算出幅值R。
2.算出對于R值的傳輸函數(shù)HR(R)和Hφ(R)的值，其中R值是根據(jù)步驟1所算得的。傳輸函數(shù)HR(R)和Hφ(R)是根據(jù)測量數(shù)據(jù)算出的，并把它們存儲在相應的單元CT和ST中。
3.根據(jù)上列關系式(1)算出已變更的新值i(t，αK)和q(t，αK)。在整個采樣期間0≤t＜TS內(nèi)，把這些新值存儲起來。
4.在符號期間0≤t＜TS內(nèi)，在各采樣時間點t1、t2、……上，用已知方法對新值i(t，αK)，q(t，αK)進行采樣。
5.按照圖2，把已經(jīng)采樣的數(shù)字值傳送到數(shù)-模轉換器DAC1、DAC2，再送到其余各單元上。
6.當從寄存器D1-D8和正交存儲器QM來的新的信號向量αK+1出現(xiàn)在表格單元ST、CT的輸入端上時，重復進行上述步驟1至5。
圖5是簡化框圖，它說明影響存儲在表格單元ST和CT中的正交分量I(t，α)，Q(t，α)的變更的那些存儲器和運算單元。
未變更(原來)的I(t，α)和Q(t，α)值都是在給定的采樣時間點t＝t1上從輸出總線b1上取得的。把這些值送到計算
把算得的這個值R(t1，α)送到兩個存儲單元MH1和MH2中去尋址。存儲單元MH1存儲著大量被送到末級放大器F上的不同輸入信號R的放大系數(shù)HR(R)的倒數(shù)值，即H-1R(R)。通過對放大器F進行測量，就可得到各HR(R)值，并且根據(jù)上述，可組成R的靜態(tài)、與時間無關的函數(shù)。存儲單元MH2儲存了具有該末級放大器F的相位特性的對應值Hφ(R);Hφ(R)同HR(R)一樣，也是靜態(tài)、與時間無關的。于是，存儲單元MH1、MH2就組成可尋址的靜態(tài)ROM。
將存儲單元MH2中已尋址的Hφ(R)值送到表格單元MS上，以計算sinHφ(R)和cosHφ(R)。將這兩個值送到表格單元ST和CT上，并按照上列關系式(1)乘以未變更的值I(t1，α)、Q(t1，α)。同時，將H-1R(R)值送到存儲單元MH1上，并按照(1)乘以I(t1，α)，Q(t1，α)。
當在t＝t2時進行下一次采樣(除了對于相同的符號向量α以外)，MR單元被再次尋址，并以上述方式算出在t＝t2時的、已變更的i(t，α)、q(t，α)值。同時，將i(t1，α)、q(t1，α)值送到總線b2上的數(shù)-模轉換器DAC1、DAC2上。
對于具有圖6所述結構的正交調(diào)制器來說，也可應用上述補償非線性的方法。在此實施例中，已將波形發(fā)生器的各表分成若干分表一個I表，一個Q表(都是簡化方式的)和2個互相等同的波形表SV和CV。在此實施例中，表ST和CT中的系數(shù)都是按照上述方法變更的。
權利要求
1.一種對末級放大器(F)中的非線性進行補償?shù)姆椒?；該末級放大器對輸入無線電信號的幅值和相位分別具有傳輸函數(shù)HR、HΦ，同時該末級放大器是包括在正交型線性、數(shù)字調(diào)制的無線電發(fā)射機中的；這種正交調(diào)制是以查表和模-數(shù)轉換為基礎的，查表和模-數(shù)轉換含有寄存器裝置(BHR，QM)，所述寄存器裝置的功能是存儲送到所述無線電發(fā)射機上的信息信號的瞬時相角和累計相角的二進制值，以便一起形成一種具有給定長度的信號向量α，所述長度取決于無線電發(fā)射機中預調(diào)制濾波器脈沖響應h(t)的長度；并含有存儲裝置(ST，CT)，存儲裝置的功能是存儲那些正交分量的正弦波形和余弦波形的數(shù)字值(I(t，α)，Q(t，α))，所述存儲裝置(ST，CT)是利用投影在兩個載波分量(sinωct、cosωct)上的信號向量來尋址的；還含有乘法器和加法裝置(M1、M2、ADD)，它們根據(jù)所述載波分量和所述正交分量而形成已正交調(diào)制的無線電信號r(t，α)；這種方法的特征在于為不同波形而存儲在所述各存儲裝置(ST，CT)中的數(shù)字值(t,α)都是取決于末級放大器(F)的所述傳輸函數(shù)HR和HΦ而變更的，因此，對于所述波形獲得了新的數(shù)字值(t,α)這種新的數(shù)字值取決于正交調(diào)制，來補償無線電信號的所述非線性。
2.按照權利要求1的方法，其特征在于從原來的數(shù)字值I(t，α)，Q(t，α)形成一種可給出已正交調(diào)制的無線電信號絕對值｜r(t，α)｜的值R(t，α);可尋址地存儲末級放大器(F)傳輸函數(shù)HR和Hφ的多個數(shù)字值;利用所述算得的R(t，α)值尋址所述傳輸函數(shù)HR和Hφ的已知值，以此來獲得具有與末級放大器幅值相關的第一值HR(R)和與該放大器相位相關的第二值Hφ(R);以及使所述第一值HR(R)和所述第二值Hφ(R)的正弦和余弦分量乘以原來的數(shù)字值I(t，α)和Q(t，α)，這樣使得所述存儲裝置(ST、CT)中所得到新的、已變更的數(shù)字值i(t，α)和q(t，α)具有某一絕對值，該絕對值等于原來的數(shù)字值乘以系數(shù)1/HR(R)后的絕對值。
3.按照權利要求2的方法，特征在于從下列關系式求得各波形新的、已變更的數(shù)字值i(t，α)，q(t，α)i(t，α)＝H-1R(R)〔I(t，α)cosHφ(R)-Q(t，α)sinHφ(R)〕q(t，α)＝H-1R(R)〔I(t，α)sinHφ(R)+Q(t，α)cosHφ(R)〕其中，Hφ(R)和HR(R)分別是與末級放大器(F)幅值相關和相位相關的所述已尋址的值。
全文摘要
一種對末級放大器非線性補償?shù)姆椒?，該放大器在正交型線性、數(shù)字調(diào)制的無線電發(fā)射機中，并對幅值和相位具有各自的已知傳輸函數(shù)HR和HΦ，其中的表格單元(ST，CT)存有正交分量的數(shù)字正弦和余弦值。依此法，經(jīng)對存儲單元(MH1、MH2)尋址，算出對于已正交調(diào)制的信號r(t，
文檔編號H04L27/20GK1053719SQ9110038
公開日1991年8月7日 申請日期1991年1月22日 優(yōu)先權日1990年1月22日
發(fā)明者比約恩·O·P·?？寺〉? 拉斯·A·榮松 申請人:艾利森電話股份有限公司