專利名稱：用于直接正交功率放大器調(diào)制的設(shè)備和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總的來(lái)講涉及一種RF發(fā)射機(jī)，具體地說(shuō)，涉及一種開(kāi)關(guān)模式RF功率放大器。
背景技術(shù)：
在傳統(tǒng)的射頻(RF)發(fā)射機(jī)中，RF功率放大器在A類、AB類或C類偏置條件下線性工作。這些偏置類別存在的問(wèn)題是功率級(jí)的效率由于功率級(jí)中由靜態(tài)偏置或基本歐姆損耗產(chǎn)生的高功耗而受到限制。大量的研究團(tuán)體已經(jīng)投入到能夠使用在開(kāi)關(guān)模式中工作的非線性功率放大器產(chǎn)生線性RF功率以便增強(qiáng)功率附加效率的新RF發(fā)射機(jī)的開(kāi)發(fā)中。
已經(jīng)提出各種開(kāi)關(guān)模式技術(shù)來(lái)提高功率放大器(PA)級(jí)的附加功率效率。這些技術(shù)包括i)極性調(diào)制；ii)包絡(luò)消除和恢復(fù)；iii)LINC；和iv)Δ-∑調(diào)制(delta sigma modulation)。在每種情況下，在功率放大器級(jí)中應(yīng)用某種形式的直接調(diào)制。普遍的構(gòu)思是使最后放大器工作在開(kāi)關(guān)模式，其中在夾斷和飽和狀態(tài)之間以載波頻率速率或其某倍數(shù)驅(qū)動(dòng)最后的功率晶體管級(jí)。通過(guò)最小化晶體管處于線性工作區(qū)域中的周期的百分比，從而最小化晶體管中消耗的功率和獲得高水平的功率附加效率。
這種方法的明顯缺點(diǎn)是保持高的調(diào)制精度和避免產(chǎn)生相鄰信道干擾，在放大器級(jí)中需要高的包絡(luò)線性度。結(jié)果，高效率功率放大技術(shù)聚焦于保持放大波形的包絡(luò)完整性，盡管載波本身將會(huì)通過(guò)開(kāi)關(guān)模式工作而被削波。結(jié)果是即便產(chǎn)生高電平的諧波，也能夠保持帶內(nèi)調(diào)制精度和相鄰信道的完整性。在放大器級(jí)之后容易濾波該諧波分量。
在極性調(diào)制(或EER)方法中，將正交基帶信息轉(zhuǎn)換成幅度和相位的極性分量。以載波頻率工作的振蕩器利用恒定幅度、恒定頻率信號(hào)驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān)模式功率放大器(PA)的柵極。合成波形的相位分量用于相位調(diào)制控制PA輸出相位的振蕩器。幅度分量用于通過(guò)控制PA漏極偏置幅度調(diào)制開(kāi)關(guān)模式PA。預(yù)失真通常用于獲得線性包絡(luò)。高電平的載波諧波通常由開(kāi)關(guān)波形產(chǎn)生，因此與在線性PA之后通常需要的諧波濾波數(shù)量相比，必須使用較大數(shù)量的諧波濾波。
極性調(diào)制方法的一個(gè)缺點(diǎn)是，由于根本不同的電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，幅度調(diào)制路徑和相位調(diào)制路徑中的延遲本質(zhì)上是不同的，并且經(jīng)受由于溫度或分量變化引起的不同變化量。對(duì)于寬帶調(diào)制格式來(lái)說(shuō)小的定時(shí)誤差(＞2納秒)可能導(dǎo)致不可容忍的調(diào)制誤差。
在LINC方法中，對(duì)于由開(kāi)關(guān)模式功率放大器級(jí)產(chǎn)生的兩個(gè)公共頻率分量進(jìn)行相位調(diào)制然后進(jìn)行組合，因此它們線性相加和相減以產(chǎn)生正交調(diào)制的載波。這需要某些獨(dú)特的能夠?qū)⒎窍喔刹ㄐ谓M合到負(fù)載中而在組合器中沒(méi)有過(guò)多的功率耗散的功率組合技術(shù)。實(shí)現(xiàn)高效率組合已經(jīng)對(duì)實(shí)施這種技術(shù)帶來(lái)重要的挑戰(zhàn)。
Δ-∑調(diào)制方法通常使用高階(第四階)Δ-∑(delta sigma)帶通環(huán)路作為單位(bit)模/數(shù)轉(zhuǎn)換器。這產(chǎn)生了具有位于Fs/2或Fs/4頻率處陷波(notch)的噪聲傳遞函數(shù)。所以當(dāng)載波在噪聲傳遞函數(shù)的陷波內(nèi)工作時(shí)可以獲得優(yōu)良的信號(hào)噪聲比。這種環(huán)路的單位輸出用于驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān)模式PA的柵極。在功率放大器(PA)之后使用窄帶帶通濾波器消除載波帶寬外的寬帶噪聲。
一種實(shí)現(xiàn)這種方法的挑戰(zhàn)是必須將Δ-∑環(huán)路時(shí)鐘同步于載波頻率的兩倍到四倍。對(duì)于US PCS或IMT-2000頻帶中的載波，在當(dāng)前裝置速度條件下這是一個(gè)重大的挑戰(zhàn)。另一個(gè)局限是取決于Δ-∑環(huán)路的階次和時(shí)鐘速率，調(diào)制器的瞬時(shí)帶寬被限制在大約20MHz。另外，在PA級(jí)之后的固定帶通濾波器嚴(yán)重限制了PA的工作頻帶。
所以，需要一種改進(jìn)的執(zhí)行開(kāi)關(guān)模式功率放大而不面臨上述問(wèn)題的功率放大器的技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種避免現(xiàn)有技術(shù)方法所面臨問(wèn)題的開(kāi)關(guān)模式功率放大的形式。本發(fā)明提供了一種接收雙極性I和Q數(shù)據(jù)，基帶或多載波數(shù)字IF，并產(chǎn)生合成的幅度和符號(hào)向量的直接功率放大器調(diào)制器。本發(fā)明還提供了產(chǎn)生90度載波頻率偏置的正交項(xiàng)的直接功率放大器調(diào)制器，其中在正交I和Q采樣的相應(yīng)符號(hào)分量的控制下將每一項(xiàng)移位180度。本發(fā)明還提供被配置為用于接收在后置PA異相組合器中進(jìn)行組合的差分正交頻率分量的晶體管結(jié)構(gòu)。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，提供了一種RF發(fā)射機(jī)，其包括能夠接收輸入同相(I)數(shù)據(jù)流和輸入正交(Q)數(shù)據(jù)流并從其中產(chǎn)生同相絕對(duì)值(|I|’)數(shù)據(jù)信號(hào)和正交絕對(duì)值(|Q|’)數(shù)據(jù)信號(hào)的正交源數(shù)據(jù)塊；和正交調(diào)制塊，該正交調(diào)制塊包括第一圖騰柱(totem pole)輸出晶體管結(jié)構(gòu)和第二圖騰柱輸出晶體管結(jié)構(gòu)，其中第一圖騰柱輸出晶體管結(jié)構(gòu)包含由所述(|I|’)數(shù)據(jù)信號(hào)控制的第一偏置調(diào)制器圖騰柱，并且第二圖騰柱輸出晶體管結(jié)構(gòu)包含由所述(|Q|’)數(shù)據(jù)信號(hào)控制的第二偏置調(diào)制器圖騰柱。
根據(jù)本發(fā)明的其他實(shí)施例，提供了在無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中使用的基站和移動(dòng)站，其中每一個(gè)都在無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中使用，并且每個(gè)包括處理器和可存取的存儲(chǔ)器；連接到并受處理器控制的收發(fā)信機(jī)，該收發(fā)信機(jī)包括能夠接收輸入同相(I)數(shù)據(jù)流和輸入正交(Q)數(shù)據(jù)流并且從其中產(chǎn)生同相絕對(duì)值(|I|’)數(shù)據(jù)信號(hào)和正交絕對(duì)值(|Q|’)數(shù)據(jù)信號(hào)的正交源數(shù)據(jù)塊；和正交調(diào)制塊，包括第一圖騰柱輸出晶體管結(jié)構(gòu)和第二圖騰柱輸出晶體管結(jié)構(gòu)，其中該第一圖騰柱輸出晶體管結(jié)構(gòu)包含由所述(|I|’)數(shù)據(jù)信號(hào)控制的第一偏置調(diào)制器，并且該第二圖騰柱輸出晶體管結(jié)構(gòu)包含由所述(|Q|’)數(shù)據(jù)信號(hào)控制的第二偏置調(diào)制器。


為了更加完整的理解本發(fā)明及其優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)在將參考以下結(jié)合附圖的描述，其中，類似的附圖標(biāo)記表示類似的部件圖1示例了根據(jù)本發(fā)明原理的范例性無(wú)線網(wǎng)絡(luò)；圖2示例了根據(jù)本發(fā)明范例性實(shí)施例的范例性基站；圖3示例了根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的無(wú)線移動(dòng)站；圖4示例了根據(jù)本發(fā)明原理的正交數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器塊；以及圖5示例了根據(jù)本發(fā)明范例性實(shí)施例的H-橋功率放大器的正交驅(qū)動(dòng)。
具體實(shí)施例方式
在以下討論的用于本專利文獻(xiàn)中描述本發(fā)明原理的圖1到5和各個(gè)實(shí)施例僅僅是借助于示例的方式和以及不應(yīng)該以任何方式解釋為對(duì)本發(fā)明范圍的限制。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明的原理可以在任何適當(dāng)安排的RF發(fā)射機(jī)中實(shí)現(xiàn)。
通過(guò)這種形式披露的本發(fā)明試圖獲得功率放大器操作其他開(kāi)關(guān)模式的效率優(yōu)勢(shì)同時(shí)避免與這些替換的方法相關(guān)聯(lián)的問(wèn)題。這里描述的技術(shù)涉及開(kāi)關(guān)模式功率放大器的直接正交調(diào)制。
圖1示出了根據(jù)本發(fā)明原理的范例性無(wú)線網(wǎng)絡(luò)。
無(wú)線網(wǎng)絡(luò)100包括多個(gè)小區(qū)站點(diǎn)121-123，每個(gè)小區(qū)站點(diǎn)包含基站BS101、BS 102或BS 103的其中之一?；?01-103和多個(gè)移動(dòng)站(MS)111-114根據(jù)，例如，IS-2000標(biāo)準(zhǔn)(即CDMA2000)在碼分多址(CDMA)信道上通信。在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，移動(dòng)站111-114能夠同時(shí)在兩個(gè)或更多CDMA信道上接收數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)和/或語(yǔ)音業(yè)務(wù)。移動(dòng)站111-114可以是任何適當(dāng)?shù)哪軌蚪?jīng)由無(wú)線鏈路與基站101-103通信的無(wú)線設(shè)備(例如，傳統(tǒng)的蜂窩電話機(jī)、PCS手持機(jī)、個(gè)人數(shù)字助理(PDA)手持機(jī)、便攜式計(jì)算機(jī)、遙測(cè)設(shè)備)。
本發(fā)明并不局限于移動(dòng)設(shè)備。本發(fā)明還包含其他類型的無(wú)線接入終端，包括固定的無(wú)線終端。為了簡(jiǎn)明起見(jiàn)，只示出并在下文中討論移動(dòng)站。但是，應(yīng)該明白，在以下權(quán)利要求書(shū)和說(shuō)明書(shū)中術(shù)語(yǔ)“移動(dòng)站”的使用試圖包含真正的移動(dòng)設(shè)備(例如，蜂窩電話機(jī)、無(wú)線膝上型電腦)和固定的無(wú)線終端(例如，具有無(wú)線功能的機(jī)械監(jiān)視器)兩者。
虛線示出了基站101-103位于其中的小區(qū)站點(diǎn)121-123的近似邊界。為了示例和說(shuō)明的目的，所述小區(qū)站點(diǎn)近似地顯示為圓形。應(yīng)該清楚地理解，根據(jù)所選擇的小區(qū)配置以及自然和人造障礙物，小區(qū)站點(diǎn)可以具有其他的不規(guī)則形狀。
正如在現(xiàn)有技術(shù)中所了解的，小區(qū)站點(diǎn)121-123中的每個(gè)由多個(gè)扇區(qū)構(gòu)成，其中，耦合于基站的方向性天線輻射每個(gè)扇區(qū)。圖1的實(shí)施例示出了位于小區(qū)中央的基站。替換實(shí)施例可以將方向性天線定位于扇區(qū)的角落。本發(fā)明的系統(tǒng)并不局限于任何特定的小區(qū)站點(diǎn)配置。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，BS 101、BS 102和BS 103中的每個(gè)包括基站控制器(BSC)和一個(gè)或多個(gè)基站收發(fā)信機(jī)子系統(tǒng)(BTS)?；究刂破骱突臼瞻l(fā)信機(jī)子系統(tǒng)對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)是熟知的?；究刂破魇且环N管理無(wú)線通信資源的設(shè)備，包括用于無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)內(nèi)特定小區(qū)的基站收發(fā)信機(jī)子系統(tǒng)?；臼瞻l(fā)信機(jī)子系統(tǒng)包括位于每個(gè)小區(qū)站點(diǎn)中的RF收發(fā)信機(jī)、天線和其他電子設(shè)備。所述電子設(shè)備可以包括空調(diào)單元、供熱單元、電力供給、電話線接口和RF發(fā)射機(jī)和RF接收機(jī)。在解釋本發(fā)明操作的過(guò)程中為了簡(jiǎn)單和清楚起見(jiàn)，小區(qū)121、122和123的每個(gè)小區(qū)中的基站收發(fā)信機(jī)子系統(tǒng)以及與每個(gè)基站收發(fā)信機(jī)子系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)的基站控制器集合性地分別通過(guò)BS 101、BS 102和BS 103表示。
BS 101、BS 102和BS 103經(jīng)由通信線路131和移動(dòng)交換中心(MSC)140在彼此之間以及公共交換電話網(wǎng)絡(luò)(PSTN)(未示出)之間傳送語(yǔ)音和數(shù)據(jù)信號(hào)。BS 101、BS 102和BS 103還利用因特網(wǎng)(未示出)經(jīng)由通信線路131和分組數(shù)據(jù)服務(wù)器節(jié)點(diǎn)(PDSN)150傳送諸如分組數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)信號(hào)。分組控制功能(PCF)單元190控制基站101-103和PDSN 150之間的數(shù)據(jù)分組的流過(guò)。PCF單元190可以實(shí)現(xiàn)為PDSN 150的一部分、MSC 140的一部分、或如在圖1中所示它是和PDSN 150通信的獨(dú)立設(shè)備。線路131還提供用于在MSC 140和BS 101、BS 102以及BS 103之間發(fā)送控制信號(hào)的連接路徑，所述控制信號(hào)用于在MSC 140和BS 101、BS 102以及BS 103之間為語(yǔ)音和數(shù)據(jù)電路建立連接。
通信線路131可以是任何適當(dāng)?shù)倪B接裝置，包括T1線路、T3線路、光纖鏈路、網(wǎng)絡(luò)分組數(shù)據(jù)骨干連接或任何其他類型的數(shù)據(jù)連接。線路131將BSC中的每個(gè)語(yǔ)音編碼器(vocoder)與MSC 140中的開(kāi)關(guān)單元相鏈接。線路131上的連接可以發(fā)送模擬語(yǔ)音信號(hào)或脈沖碼調(diào)制(PCM)格式、網(wǎng)際協(xié)議(IP)格式、異步傳輸模式(ATM)格式等等的數(shù)字語(yǔ)音信號(hào)。
MSC 140是一種在無(wú)線網(wǎng)絡(luò)和諸如PSTN或因特網(wǎng)的外部網(wǎng)絡(luò)中的用戶之間提供服務(wù)和協(xié)調(diào)的交換設(shè)備。MSC 140對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)是熟知的。在本發(fā)明的某些實(shí)施例中，通信線路131可以是若干不同的數(shù)據(jù)鏈路，其中每個(gè)數(shù)據(jù)鏈路將BS 101、BS 102和BS 103中的一個(gè)耦合至MSC140。
在范例性的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)100中，MS 111定位于小區(qū)站點(diǎn)121中并且和BS101通信。MS 113定位于小區(qū)站點(diǎn)122中并且和BS 102通信。MS 114定位于小區(qū)站點(diǎn)123中并且和BS 103通信。MS 112還定位靠近于小區(qū)站點(diǎn)123的邊緣并且如通過(guò)最接近MS 112的方向箭頭所指示，它正在移進(jìn)小區(qū)站點(diǎn)123的方向。在某點(diǎn)上，當(dāng)MS 112移動(dòng)到小區(qū)站點(diǎn)123中并且移出小區(qū)站點(diǎn)121時(shí)，將發(fā)生越區(qū)切換。
圖2更詳細(xì)地示例了根據(jù)本發(fā)明范例性實(shí)施例的范例性基站101。基站101包括基站控制器(BSC)210和基站收發(fā)信機(jī)站(BTS)220。前面已經(jīng)結(jié)合圖1描述了基站控制器和基站收發(fā)信機(jī)站。BSC 210管理包括BTS 220的小區(qū)站點(diǎn)121中的資源。BTS 120包括BTS控制器225、信道控制器235(包含代表性的信道單元240)、收發(fā)信機(jī)接口(IF)245、RF收發(fā)信機(jī)250和天線陣列255。
BTS控制器225包括能夠執(zhí)行控制BTS 220的全部操作以及和BSC 210通信的操作程序的處理電路和存儲(chǔ)器。在正常情況下，BTS控制器225指令包含包括信道元件240在內(nèi)的一定數(shù)量信道元件的信道控制器235的操作，執(zhí)行在前向信道和反向信道中的雙向通信?！扒跋颉毙诺乐笍幕镜揭苿?dòng)站的出站信號(hào)，以及“反向”信道指從移動(dòng)站到基站的入站信號(hào)。收發(fā)信機(jī)IF 245在信道控制器240和RF收發(fā)信機(jī)250之間傳送雙向信道信號(hào)。
天線陣列255將從RF收發(fā)信機(jī)250接收的前向信道信號(hào)發(fā)送到BS 101覆蓋區(qū)域中的移動(dòng)站。天線陣列255還向RF收發(fā)信機(jī)250發(fā)送從BS 101覆蓋區(qū)域中的移動(dòng)站接收的反向信道信號(hào)。在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，天線陣列255是諸如三扇區(qū)天線的多扇區(qū)天線，所以，每個(gè)天線扇區(qū)對(duì)在覆蓋區(qū)域的120弧的發(fā)送和接收做出響應(yīng)。另外，RF收發(fā)信機(jī)250可以包含在發(fā)送和接收兩種操作期間在天線陣列255的不同天線中進(jìn)行選擇的天線選擇單元。
圖3示出了根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的無(wú)線移動(dòng)站111。無(wú)線移動(dòng)站111包括天線305、射頻(RF)收發(fā)信機(jī)310、發(fā)送(TX)處理電路315、麥克風(fēng)320以及接收(RX)處理電路325。MS 111還包括揚(yáng)聲器330、主處理器340、輸入/輸出(I/O)接口(IF)345、小鍵盤(pán)350、顯示器355和存儲(chǔ)器360。存儲(chǔ)器360還包括基本操作系統(tǒng)(OS)程序361。
射頻(RF)收發(fā)信機(jī)310從天線305接收由無(wú)線網(wǎng)絡(luò)100的基站發(fā)送的輸入RF信號(hào)。射頻(RF)收發(fā)信機(jī)310下變換該輸入RF信號(hào)以產(chǎn)生中頻(IF)或基帶信號(hào)。所述IF或基帶信號(hào)被發(fā)送到通過(guò)濾波、解碼和/或數(shù)字化該基帶或IF信號(hào)而產(chǎn)生經(jīng)處理的基帶信號(hào)的接收機(jī)(RX)處理電路325。接收機(jī)(RX)處理電路325發(fā)送經(jīng)處理的基帶信號(hào)到揚(yáng)聲器330(即語(yǔ)音數(shù)據(jù))或到主處理器340以進(jìn)一步處理(例如，web瀏覽)。
發(fā)送機(jī)(TX)處理電路315從麥克風(fēng)320接收模擬或數(shù)字語(yǔ)音數(shù)據(jù)或從主處理器340接收其他輸出基帶數(shù)據(jù)(例如，web數(shù)據(jù)、電子郵件、互動(dòng)視頻游戲數(shù)據(jù))。發(fā)送機(jī)(TX)處理電路315編碼、多路復(fù)用、和/或數(shù)字化所述輸出基帶數(shù)據(jù)以產(chǎn)生經(jīng)處理的基帶或IF信號(hào)。射頻(RF)收發(fā)信機(jī)310從發(fā)送機(jī)(TX)處理電路315接收所述輸出的經(jīng)處理的基帶或IF信號(hào)。射頻(RF)收發(fā)信機(jī)310上變換基帶或IF信號(hào)成經(jīng)由天線305發(fā)送的射頻(RF)信號(hào)。
在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，主處理器340是微處理器或微控制器。存儲(chǔ)器360耦合至主處理器340。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，存儲(chǔ)器360的一部分包括隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)，以及存儲(chǔ)器360的另一個(gè)部分包括用作只讀存儲(chǔ)器(ROM)的快閃存儲(chǔ)器。
主處理器340執(zhí)行在存儲(chǔ)器360中存儲(chǔ)的基本操作系統(tǒng)(OS)程序361以便控制無(wú)線移動(dòng)站111的全部操作。在一種這樣的操作中，主處理器340根據(jù)已知的原理控制通過(guò)射頻(RF)收發(fā)信機(jī)310、接收機(jī)(RX)處理電路325和發(fā)送機(jī)(TX)處理電路315接收前向信道信號(hào)并且發(fā)送反向信道信號(hào)。
主處理器340能夠執(zhí)行其他處理和駐留在存儲(chǔ)器360中的程序。主處理器340能夠根據(jù)執(zhí)行處理的需要，將數(shù)據(jù)移入或移出存儲(chǔ)器360。主處理器340還耦合至I/O接口345。I/O接口345給移動(dòng)站111提供連接到諸如膝上型電腦和手持計(jì)算機(jī)的其他設(shè)備的能力。I/O接口345是這些附屬設(shè)備和主控制器340之間的通信路徑。
主處理器340還耦合至小鍵盤(pán)350和顯示單元355。移動(dòng)站111的操作員使用小鍵盤(pán)350將數(shù)據(jù)輸入到移動(dòng)站111中。顯示器355可以是能夠再現(xiàn)來(lái)自web站點(diǎn)的文本和/或至少有限圖片的液晶顯示器。替換的實(shí)施例可以使用其他類型的顯示器。
圖4的框圖示出了根據(jù)本發(fā)明原理的正交數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器。在這里披露的直接正交調(diào)制方法中，開(kāi)關(guān)模式PA由兩個(gè)晶體管結(jié)構(gòu)組成-一個(gè)晶體管用于I信道放大以及一個(gè)晶體管用于Q信道。這兩個(gè)路徑被組合到負(fù)載電路中以形成完整的向量。在本方法中，在數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換器405/430中以內(nèi)插的數(shù)字I和Q基帶信息為條件創(chuàng)建表示雙極性I和Q信號(hào)的絕對(duì)值的|I|和|Q|信號(hào)。所述I和Q數(shù)據(jù)的符號(hào)信息被分割成sgn(I)和sgn(Q)信號(hào)。這些信號(hào)基本上是基帶I和Q數(shù)據(jù)的符號(hào)位。
類似于極性調(diào)制方法，振蕩器425產(chǎn)生基本載波頻率fc。該載波頻率是以0°分量和90°延遲版本的數(shù)字形式產(chǎn)生的。0°分量的互補(bǔ)項(xiàng)是根據(jù)也由sgn(I)位驅(qū)動(dòng)的異或邏輯(XOR)功能塊420產(chǎn)生的。只要基帶I數(shù)據(jù)是負(fù)值，該sgn(I)位都將導(dǎo)致在XOR功能塊420中的反轉(zhuǎn)。同理，90°分量的互補(bǔ)項(xiàng)根據(jù)也由sgn(Q)位驅(qū)動(dòng)的異或邏輯(XOR)功能塊435產(chǎn)生。只要基帶Q數(shù)據(jù)是負(fù)值，該sgn(Q)位都將導(dǎo)致XOR功能塊435中的反轉(zhuǎn)。
以這種方式，能夠根據(jù)單極性PA電路調(diào)制負(fù)的I和Q值。所述互補(bǔ)fc(0°)信號(hào)驅(qū)動(dòng)圖騰柱(totem-pole)輸出晶體管結(jié)構(gòu)以形成I開(kāi)關(guān)。所述互補(bǔ)fc(90°)信號(hào)驅(qū)動(dòng)圖騰柱輸出晶體管結(jié)構(gòu)以形成Q開(kāi)關(guān)。所以，不存在必須調(diào)制到載波上的實(shí)際的相位信息。所述I和Q波形的相位是恒定的，例外情況僅指當(dāng)原始的I和Q波形從正值變換到負(fù)值時(shí)在0°和180°狀態(tài)之間進(jìn)行切換。
|I|通過(guò)線性化器410并到達(dá)DAC 415以產(chǎn)生|I|’。|I|’被傳遞到低通濾波器417。類似地，|Q|被傳遞通過(guò)線性化器440并且到達(dá)DAC 445以產(chǎn)生|Q|’。|Q|’被傳遞到低通濾波器447。
圖5示出了根據(jù)本發(fā)明范例性實(shí)施例的H橋功率放大器的正交驅(qū)動(dòng)。|I|’和|Q|’信號(hào)驅(qū)動(dòng)幅度/偏置調(diào)制器塊505/555。這個(gè)塊本質(zhì)上是接收恒定偏置電壓并且以與|I|’和|Q|’控制信號(hào)成正比的次級(jí)電壓產(chǎn)生DC電流的DC-DC轉(zhuǎn)換器。
幅度調(diào)制器的可變輸出電壓阻擋施加功率放大器級(jí)(分別是510/515/520/525/530/535/540和560/565/570/575/580/585/550)的漏極偏置。這導(dǎo)致了I和Q分支的單極性幅度調(diào)制。最后，在帶通濾波器(BPF)590處組合調(diào)制向量的相位和幅度分量以在RL595兩端形成完整的向量。
顯然，從最后晶體管級(jí)的直接漏極調(diào)制將不會(huì)獲得完美的線性幅度和相位響應(yīng)。因此，線性化功能被用于預(yù)失真(pre-distort)I和Q波形以補(bǔ)償非線性晶體管響應(yīng)，以便獲得線性幅度調(diào)制。所述I和Q波形被預(yù)失真以便在組合之后使復(fù)合向量具有高的調(diào)制精度和低的相鄰信道干擾。
由于開(kāi)關(guān)模式操作，將通過(guò)PA級(jí)產(chǎn)生高諧波電平。后置放大器帶通濾波器(BPF)衰減由轉(zhuǎn)換瞬間產(chǎn)生的高諧波電平。以這種方式，開(kāi)關(guān)模式PA能夠使用在延遲差方面具有魯棒性(rubust)的正交調(diào)制方法傳送高效的操作。
這種正交調(diào)制技術(shù)的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是由于I和Q調(diào)節(jié)電路能夠完全相同地在公用半導(dǎo)體上實(shí)現(xiàn)，延遲差將可以忽略。直接正交技術(shù)中的主定時(shí)約束是，sgn(I)被保持和|I|信號(hào)同步，并且同理sgn(Q)被保持和|Q|信號(hào)同步。由于這些功能將在公用硅基片上數(shù)字化實(shí)現(xiàn)，這將是件簡(jiǎn)單的事情。這樣避免了在傾向于限制這種技術(shù)的實(shí)際帶寬的極性調(diào)制技術(shù)中通常所面臨的相位和幅度問(wèn)題。
另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，由于到絕大多數(shù)無(wú)線調(diào)制解調(diào)器的接口通常是數(shù)字正交接口，所以不存在必須在這種體系結(jié)構(gòu)中實(shí)現(xiàn)的正交到極性轉(zhuǎn)換器塊。正交調(diào)制器只根據(jù)I和Q幅度而不必計(jì)算相位就產(chǎn)生I和Q項(xiàng)的幅度和符號(hào)分量。這是超越極性調(diào)制和LINC技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，其中二者極性調(diào)制和LINC技術(shù)都依賴于載波的相位調(diào)制。
直接正交調(diào)制技術(shù)優(yōu)于Δ-∑調(diào)制方法之處在于不存在環(huán)路穩(wěn)定性的問(wèn)題。用于推導(dǎo)載波頻率項(xiàng)的基本時(shí)鐘也更容易利用直接正交調(diào)制技術(shù)產(chǎn)生，這是因?yàn)樗曰据d波頻率而不是以該頻率的兩倍或四倍產(chǎn)生。對(duì)于在800到2200MHz范圍內(nèi)的載波，這樣使得直接正交調(diào)制技術(shù)以高速數(shù)字邏輯實(shí)現(xiàn)更加的可行。當(dāng)前諸如CMOS的半導(dǎo)體處理將支持這些速度，而位于8GHz的時(shí)鐘速率將要求更昂貴的諸如SiGe CMOS的設(shè)備技術(shù)。
直接正交調(diào)制技術(shù)優(yōu)于Δ-∑調(diào)制方法之處還在于它不包含由于高階Δ-∑環(huán)路的噪聲傳遞函數(shù)引起的嚴(yán)重的帶寬限制。而且，在直接正交調(diào)制技術(shù)中使用的帶通濾波器能夠是覆蓋整個(gè)感興趣工作頻帶的寬帶濾波器，而Δ-∑調(diào)制方法通常必須使用受Δ-∑調(diào)制器噪聲傳遞函數(shù)的帶寬所約束的窄帶濾波器。這種帶寬將通常在20MHz或少于數(shù)量級(jí)上，其大約為1到2％帶寬。這對(duì)于擁有各種市場(chǎng)中的不同頻率塊的無(wú)線操作員來(lái)說(shuō)是一種嚴(yán)重的限制，這些市場(chǎng)想要避免采購(gòu)多版本的同一功率放大器。對(duì)于使用直接正交調(diào)制技術(shù)的功率放大器來(lái)說(shuō)這將不會(huì)是一個(gè)問(wèn)題。
盡管已經(jīng)利用范例性的實(shí)施例描述了本發(fā)明，但是對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)可以提出各種改變和修改。本發(fā)明的意圖在于包含如落入附屬權(quán)利要求保護(hù)范圍內(nèi)的這些改變和修改。
權(quán)利要求
1.一種RF發(fā)射機(jī)，包括正交源數(shù)據(jù)塊，能夠接收輸入同相(I)數(shù)據(jù)流和輸入正交Q數(shù)據(jù)流并從中產(chǎn)生同相絕對(duì)值(|I|’)數(shù)據(jù)信號(hào)和正交絕對(duì)值(|Q|’)數(shù)據(jù)信號(hào)；和正交調(diào)制塊，包括第一圖騰柱輸出晶體管結(jié)構(gòu)和第二圖騰柱輸出晶體管結(jié)構(gòu)，其中該第一圖騰柱輸出晶體管結(jié)構(gòu)包含由所述|I|’數(shù)據(jù)信號(hào)控制的第一偏置調(diào)制器，并且該第二圖騰柱輸出晶體管結(jié)構(gòu)包含由所述|Q|’數(shù)據(jù)信號(hào)控制的第二偏置調(diào)制器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的RF發(fā)射機(jī)，其中，所述正交數(shù)據(jù)塊還產(chǎn)生分別指示I數(shù)據(jù)流和Q數(shù)據(jù)流的符號(hào)的符號(hào)信號(hào)sgn(I)和sgn(Q)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的RF發(fā)射機(jī)，其中，sgn(I)保持與|I|同步以及sgn(Q)保持與|Q|同步。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的RF發(fā)射機(jī)，其中，sgn(I)和數(shù)字載波頻率被輸入到XOR運(yùn)算器以產(chǎn)生互補(bǔ)項(xiàng)來(lái)雙相位調(diào)制同相I載波分量，并且，其中，sgn(Q)和數(shù)字載波頻率被輸入到XOR運(yùn)算器以產(chǎn)生互補(bǔ)項(xiàng)來(lái)雙相位調(diào)制正交(Q)載波分量。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的RF發(fā)射機(jī)，其中，所述正交調(diào)制塊幅度調(diào)制所述載波的單獨(dú)的雙相位調(diào)制過(guò)的正交分量。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的RF發(fā)射機(jī)，其中，所述載波的所述幅度和相位調(diào)制過(guò)的分量首先被功率放大然后被組合。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的RF發(fā)射機(jī)，其中，開(kāi)關(guān)模式、圖騰柱或H-橋放大器結(jié)構(gòu)被用于獨(dú)立地功率放大已調(diào)制的同相和正交載波分量，并且，異相組合器被用于將經(jīng)過(guò)放大的載波分量組合到單一的已調(diào)制載波中。
8.一種在無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中使用的基站，包括處理器和可存取的存儲(chǔ)器；收發(fā)信機(jī)，連接到所述處理器并受該處理器的控制，該收發(fā)信機(jī)包括正交源數(shù)據(jù)塊，它能夠接收輸入同相(I)數(shù)據(jù)流和輸入正交(Q)數(shù)據(jù)流并且從中產(chǎn)生同相絕對(duì)值(|I|’)數(shù)據(jù)信號(hào)和正交絕對(duì)值(|Q|’)數(shù)據(jù)信號(hào)；和正交調(diào)制塊，它包括第一圖騰柱輸出晶體管結(jié)構(gòu)和第二圖騰柱輸出晶體管結(jié)構(gòu)，其中該第一圖騰柱輸出晶體管結(jié)構(gòu)包含由所述|I|’數(shù)據(jù)信號(hào)控制的第一偏置調(diào)制器，并且該第二圖騰柱輸出晶體管結(jié)構(gòu)包含由所述|Q|’數(shù)據(jù)信號(hào)控制的第二偏置調(diào)制器。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的基站，其中，所述正交數(shù)據(jù)塊還產(chǎn)生分別指示I數(shù)據(jù)流和Q數(shù)據(jù)流的符號(hào)的符號(hào)信號(hào)sgn(I)和sgn(Q)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的基站，其中，sgn(I)保持與|I|同步，并且sgn(Q)保持與|Q|同步。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的基站，其中，sgn(I)和數(shù)字載波頻率被輸入到XOR運(yùn)算器以產(chǎn)生互補(bǔ)項(xiàng)來(lái)雙相位調(diào)制同相(I)載波分量，并且sgn(Q)和數(shù)字載波頻率被輸入到XOR運(yùn)算器以產(chǎn)生互補(bǔ)項(xiàng)來(lái)雙相位調(diào)制正交(Q)載波分量。
12.根據(jù)權(quán)利要求8所述的基站，其中，所述正交調(diào)制塊幅度調(diào)制所述載波的單獨(dú)的雙相位調(diào)制過(guò)的正交分量。
13.根據(jù)權(quán)利要求8所述的基站，其中，所述載波的所述幅度和相位調(diào)制過(guò)的分量首先被功率放大然后被組合。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的基站，其中，開(kāi)關(guān)模式、圖騰柱或H-橋放大器結(jié)構(gòu)被用于分別地功率放大已調(diào)制的同相和正交載波分量，并且，異相組合器被用于將經(jīng)過(guò)放大的載波分量組合到單一的已調(diào)制載波中。
15.一種在無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中使用的移動(dòng)站，包括處理器和可存取的存儲(chǔ)器；收發(fā)信機(jī)，連接到所述處理器并受該處理器的控制，該收發(fā)信機(jī)包括正交源數(shù)據(jù)塊，它能夠接收輸入同相(I)數(shù)據(jù)流和輸入正交(Q)數(shù)據(jù)流并從中產(chǎn)生同相絕對(duì)值(|I|’)數(shù)據(jù)信號(hào)和正交絕對(duì)值(|Q|’)數(shù)據(jù)信號(hào)；和正交調(diào)制塊，它包括第一圖騰柱輸出晶體管結(jié)構(gòu)和第二圖騰柱輸出晶體管結(jié)構(gòu)，其中該第一圖騰柱輸出晶體管結(jié)構(gòu)包含由所述|I|’數(shù)據(jù)信號(hào)控制的第一偏置調(diào)制器并且該第二圖騰柱輸出晶體管結(jié)構(gòu)包含由所述|Q|’數(shù)據(jù)信號(hào)控制的第二偏置調(diào)制器。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的移動(dòng)站，其中，所述正交數(shù)據(jù)塊還產(chǎn)生分別指示I數(shù)據(jù)流和Q數(shù)據(jù)流的符號(hào)的符號(hào)信號(hào)sgn(I)和sgn(Q)。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的移動(dòng)站，其中，sgn(I)保持與|I|同步，并且sgn(Q)保持與|Q|同步。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的移動(dòng)站，其中，所述正交調(diào)制塊幅度調(diào)制所述載波的單獨(dú)的雙相位調(diào)制過(guò)的正交分量。
19.根據(jù)權(quán)利要求15所述的移動(dòng)站，其中，所述載波的所述幅度和相位調(diào)制過(guò)的分量首先被功率放大然后被組合。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的移動(dòng)站，其中，開(kāi)關(guān)模式、圖騰柱或H-橋放大器結(jié)構(gòu)被用于分別地功率放大已調(diào)制的同相和正交載波分量，并且，異相組合器被用于將經(jīng)過(guò)放大的載波分量組合到單一的已調(diào)制載波中。
全文摘要
一種直接功率放大器調(diào)制器，其接收雙極性I和Q數(shù)據(jù)，基帶或多載波數(shù)字IF，并產(chǎn)生合成的幅度和符號(hào)分量。還描述了一種直接功率放大器調(diào)制器，其產(chǎn)生90度偏置載波頻率的正交項(xiàng)，其中在正交I和采樣的相應(yīng)符號(hào)分量的控制下將每一項(xiàng)移位180度。本發(fā)明還提供被配置成接收在后置PA異相組合器中被組合的差分正交頻率分量的晶體管結(jié)構(gòu)。
文檔編號(hào)H03F3/20GK101036292SQ200580034372
公開(kāi)日2007年9月12日 申請(qǐng)日期2005年10月7日 優(yōu)先權(quán)日2004年10月7日
發(fā)明者邁克爾·L·布羅布斯頓 申請(qǐng)人:三星電子株式會(huì)社