專利名稱：無線電發(fā)射機(jī)中末級放大器非線性的補(bǔ)償方法
技術(shù)領(lǐng)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(jī)中末級放大器的非線性進(jìn)行補(bǔ)償?shù)姆椒?。此種無線電發(fā)射機(jī)可在例如移動式電話技術(shù)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(shù)中移動式電話機(jī)的無線電發(fā)射機(jī)具有小型的、節(jié)省空間的結(jié)構(gòu)。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(jìn)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(jìn)制“1”相當(dāng)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(dāng)于所述被發(fā)送的無線電信號的負(fù)向相位變化或負(fù)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(jìn)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(biāo)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?cái)?shù)的信號向量α尋址，該比特?cái)?shù)取決于低通濾波器(即預(yù)調(diào)制濾波器)脈沖響應(yīng)的持續(xù)時間。脈沖響應(yīng)的持續(xù)時間通常是被截?cái)嗟侥骋唤o定比特?cái)?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(jī)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(jī)天線上發(fā)送出去。由于所應(yīng)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(jī)最后一級是C類放大;也就是，在靜止?fàn)顟B(tài)下，它的晶體管電路是被偏置到位于集電極電流截止點(diǎn)以下的。但是，這意味著，將使輸入信號的正交分量失真，因?yàn)樵摲糯笃鞑⑽垂ぷ髟诰€性范圍內(nèi)。因此就必須相對其缺點(diǎn)權(quán)衡使該放大器工作于C類區(qū)的優(yōu)點(diǎn)(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(zhǔn)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(bǔ)償該未級放大器的非線性。
同時，本發(fā)明方法以后面權(quán)利要求書的權(quán)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?qū)υ摕o線電信號在正交調(diào)制過程中的波形非線性進(jìn)行補(bǔ)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(jìn)行更詳細(xì)的描述。


圖1是采用數(shù)字調(diào)制的無線電發(fā)射機(jī)理論模型的框圖;
圖2是應(yīng)用本發(fā)明的無線電發(fā)射機(jī)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(yīng)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(jìn)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(zhuǎn)換器1上，以便形成一種二進(jìn)制編碼信號。具有低通特性的預(yù)調(diào)制濾波器2可產(chǎn)生一種具有給定長度的脈沖響應(yīng)，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(jìn)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(shí)際應(yīng)用中，該調(diào)制過程總是借助圖1中所示的預(yù)調(diào)制濾波器2，與某種形式的預(yù)濾波過程互補(bǔ)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(jìn)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(jìn)行QPSK的比特?cái)?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(guān)于預(yù)調(diào)制濾波器的脈沖響應(yīng)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(yù)調(diào)制濾波器的脈沖響應(yīng)就被截?cái)嗟较喈?dāng)于8個符號的持續(xù)時間的長度。該脈沖響應(yīng)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(diǎn)的可逆計(jì)數(shù)器QM終接到該移位寄存器上。這是必要的，因?yàn)樾畔⑹怯脿顟B(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(jì)數(shù)器QM可存儲由所關(guān)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(diǎn)的值。
圖3是準(zhǔn)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(zhuǎn)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(guān)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(yīng)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(jì)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(jì)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(zhuǎn)換器DAC1、DAC2上。然后在乘法器M1、M2中對于載波分量進(jìn)行調(diào)制和在加法電路ADD中進(jìn)行相加之前，在濾波器FR1、FR2中對這些信號進(jìn)行低通濾波。
如果把預(yù)調(diào)制濾波器的脈沖響應(yīng)hT截?cái)嗟侥骋唤o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?cái)嗟拿}沖響應(yīng)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(dá)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(yīng)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(guān)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(jī)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(guān)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(bǔ)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(jì)算出反傳輸函數(shù)H-1R和H-1φ，再組成靜態(tài)、與時間無關(guān)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(guān)系式通過運(yùn)算實(shí)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(guān)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(guān)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(yīng)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(guān)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(jì)算給定信號向量αK的波形，則在相應(yīng)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(guān)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(yīng)的單元CT和ST中。
3.根據(jù)上列關(guān)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(diǎn)t1、t2、……上，用已知方法對新值i(t，αK)，q(t，αK)進(jìn)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(zhuǎn)換器DAC1、DAC2，再送到其余各單元上。
6.當(dāng)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(fù)進(jìn)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(yùn)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(diǎn)t＝t1上從輸出總線b1上取得的。把這些值送到計(jì)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(jìn)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(guān)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(yīng)值Hφ(R);Hφ(R)同HR(R)一樣，也是靜態(tài)、與時間無關(guān)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(jì)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(guān)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(dāng)在t＝t2時進(jìn)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(zhuǎn)換器DAC1、DAC2上。
對于具有圖6所述結(jié)構(gòu)的正交調(diào)制器來說，也可應(yīng)用上述補(bǔ)償非線性的方法。在此實(shí)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(shí)施例中，表ST和CT中的系數(shù)都是按照上述方法變更的。
權(quán)利要求
1.一種對末級放大器(F)中的非線性進(jìn)行補(bǔ)償?shù)姆椒ǎ辉撃┘壏糯笃鲗斎霟o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(jī)中的；這種正交調(diào)制是以查表和模-數(shù)轉(zhuǎn)換為基礎(chǔ)的，查表和模-數(shù)轉(zhuǎn)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(jī)上的信息信號的瞬時相角和累計(jì)相角的二進(jìn)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(jī)中預(yù)調(diào)制濾波器脈沖響應(yīng)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(bǔ)償無線電信號的所述非線性。
2.按照權(quán)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(guān)的第一值HR(R)和與該放大器相位相關(guān)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(quán)利要求2的方法，特征在于從下列關(guān)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(guān)和相位相關(guān)的所述已尋址的值。
全文摘要
一種對末級放大器非線性補(bǔ)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(jī)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(quán)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