專利名稱：用于無(wú)線發(fā)射機(jī)中的設(shè)備及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及發(fā)射信息信號(hào)的無(wú)線發(fā)射機(jī)，該信息信號(hào)在被上變頻為信道頻率并放大之前已經(jīng)被分開(kāi)成相位和幅度成分。本發(fā)明也涉及在無(wú)線發(fā)射機(jī)的發(fā)射機(jī)級(jí)中用于將信息信號(hào)調(diào)制并放大以便通過(guò)無(wú)線信道發(fā)送的一種方法。
本領(lǐng)域狀況在例如移動(dòng)電信系統(tǒng)中的信息信道包括二進(jìn)制編碼的信息及/或二進(jìn)制編碼的信令協(xié)議。在信號(hào)被調(diào)制到具有中頻或信道頻率的載波上之前，它被稱為基帶信號(hào)。在某些已知的發(fā)射數(shù)字信息信號(hào)的無(wú)線發(fā)射機(jī)中，基帶信號(hào)被分成I路信號(hào)和Q路信號(hào)。這兩路信號(hào)共同定義一個(gè)信息矢量。該信息矢量在笛卡兒坐標(biāo)系中的位置或運(yùn)動(dòng)代表該信息信號(hào)。其中的一個(gè)例子是所謂的π/4 QPSK調(diào)制I路和Q路信號(hào)使用IQ調(diào)制器調(diào)制到載波上。從IQ調(diào)制器輸出的信號(hào)還要使用隨后的混頻器進(jìn)行上變頻。因此，載波包括調(diào)制信號(hào)的幅度和相位分量。與通過(guò)天線發(fā)射的電平相比，調(diào)制器工作在相對(duì)較低的電平上。在IQ調(diào)制器和天線之間必需的放大必須是線性的。非線性放大產(chǎn)生天線信號(hào)中的失真。失真會(huì)引起攜帶信息信號(hào)的矢量中的矢量誤差，而且在最壞情況下，會(huì)使發(fā)射信號(hào)的頻譜展寬。
IQ調(diào)制器輸出信號(hào)的信噪比一般很低，因此必須對(duì)載波信號(hào)濾波以避免寬帶噪聲的散發(fā)。
已經(jīng)以各種方式對(duì)解決上面提到的線性問(wèn)題做了努力。使用線性放大器，但是它們的效率很低，以至不能替代非線性放大器。已經(jīng)嘗試的另一種解決方案是預(yù)先分別使I和Q成分失真，以便天線接收到非失真信號(hào)。這種方法很難實(shí)現(xiàn)。第三種所用的方法是笛卡兒反饋，這意味著最后放大器的輸出中的I路和Q路信號(hào)被反饋并與所期望的I路和Q路信號(hào)相比較。
上述解決方案都沒(méi)有解決寬帶噪聲問(wèn)題以及效率太低的問(wèn)題。
很早已知如何將信息信號(hào)分開(kāi)成極化成分--相位參考成分以及幅度參考成分。這個(gè)技術(shù)很早已知，例如來(lái)自國(guó)際專利申請(qǐng)WO,A1,95//23453。在這個(gè)文件中，揭示了帶輸出信號(hào)反饋的功率放大器。該放大器是無(wú)線發(fā)射機(jī)中的最后一級(jí)，用于發(fā)送既有相位調(diào)制成分又有幅度調(diào)制成分的信號(hào)。因此需要相位和幅度調(diào)制電路。
這種很早已知的無(wú)線發(fā)射機(jī)具有某些嚴(yán)重缺陷，下面將對(duì)其進(jìn)行討論。
幅度調(diào)制的控制是通過(guò)由幅度成分信號(hào)和來(lái)自放大器輸出信號(hào)一部分之間的差所產(chǎn)生的誤差信號(hào)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。這兩個(gè)信號(hào)是非常不同的。反饋信號(hào)被放大并具有射頻頻率(RF)。因此對(duì)電路要求很高，因而要調(diào)整這兩個(gè)信號(hào)并產(chǎn)生出誤差信號(hào)。為了能夠處理很高的射頻的信號(hào)，需要特殊電路。使用這種電路將使制造成本相當(dāng)高昂。
前述無(wú)線發(fā)射機(jī)中RF信號(hào)的反饋使用有限動(dòng)態(tài)范圍的包絡(luò)檢波器，它會(huì)有損于無(wú)線發(fā)射機(jī)中的動(dòng)態(tài)范圍并有損于溫度的穩(wěn)定性。在移動(dòng)電話中，而且也在某些其它應(yīng)用領(lǐng)域，對(duì)動(dòng)態(tài)范圍和溫度穩(wěn)定性的要求是很高的。而且包絡(luò)檢波器是非線性器件，意味著反饋信號(hào)和幅度調(diào)制信號(hào)都會(huì)失真。
功率放大器的抑制點(diǎn)依賴于天線負(fù)荷，這會(huì)大大增加這種類型的控制系統(tǒng)中所謂飽和的危險(xiǎn)。反饋也意味著輸出信號(hào)中的功率損耗，在電池驅(qū)動(dòng)的無(wú)線發(fā)射機(jī)中是不期望的。為了消除寬帶噪聲，在放大器之后必須加另外的濾波裝置。
從文件“極化-環(huán)路發(fā)射機(jī)(Polar-Loop Transmitter)”(V.Petrovic,W.Gosling,Electronic Letters,10th May 1979,Vol.15,No.10,PP286-287)也可以看到，帶相位環(huán)路、幅度環(huán)路以及幅度檢測(cè)器的發(fā)射機(jī)也是很早已知的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所試圖解決的問(wèn)題是在無(wú)線發(fā)射機(jī)中使用非線性放大器的情況下要降低功耗以及輸出信號(hào)的非線性時(shí)所遇到的困難以及在這種放大器后面不連接濾波裝置的條件下要在輸出信號(hào)中實(shí)現(xiàn)高信噪比的困難。
本發(fā)明也試圖解決前面提到的有關(guān)無(wú)線發(fā)射機(jī)動(dòng)態(tài)范圍和溫度穩(wěn)定性的問(wèn)題，特別是在帶有射頻信號(hào)(RF信號(hào))反饋的無(wú)線發(fā)射機(jī)中的情況下。
本發(fā)明的目的是能夠使用功率效率很高的放大器，這種放大器可以是非線性的，而且在最終放大之后沒(méi)有消耗功率的濾波裝置的情況下也能得到很高的信噪比。
另一個(gè)目的是消除所提到的、在已知類型的無(wú)線發(fā)射機(jī)中出現(xiàn)的缺陷和不足，這例如是在Petrovics等人的專利申請(qǐng)WO,A1,9523453中所描述的那些類型的無(wú)線發(fā)射機(jī)中所存在的。
另一個(gè)目的是對(duì)前面所提到的無(wú)線發(fā)射機(jī)中的動(dòng)態(tài)范圍和溫度穩(wěn)定性問(wèn)題提出一種解決方案。
根據(jù)本發(fā)明方法和設(shè)備的解決方案利用一種信息信號(hào)，該信息信號(hào)在前級(jí)中已被分開(kāi)成極化分量相位參考分量和幅度分量。相位參考分量對(duì)恒定幅度的信號(hào)源進(jìn)行相位調(diào)制。然后，在可控放大器中形成所得信號(hào)的幅度。它的當(dāng)前功耗被記錄并與當(dāng)前的控制值相比較。放大器被控制到這個(gè)控制值。通過(guò)記錄這種發(fā)射機(jī)中當(dāng)前功耗以便來(lái)控制和監(jiān)視輸出功率，這是人們以前所不了解的。
下面將更詳細(xì)地描述根據(jù)所發(fā)明方法和所發(fā)明設(shè)備的解決方案。所發(fā)明的無(wú)線發(fā)射機(jī)包括一個(gè)發(fā)射機(jī)級(jí)，它由變換設(shè)備、放大器控制設(shè)備、功率放大器以及功率檢測(cè)器組成。在進(jìn)入發(fā)射機(jī)級(jí)之前，信息信號(hào)已經(jīng)分開(kāi)成兩個(gè)成分相位參考成分信號(hào)和幅度成分信號(hào)。相位參考成分信號(hào)連接到變換設(shè)備，后者產(chǎn)生恒定幅度的純相位調(diào)制的信號(hào)，并帶有恰當(dāng)?shù)妮d波頻率連接到放大器，放大器對(duì)其進(jìn)行放大并作為天線信號(hào)輸出到帶有有關(guān)電路的天線。這種信號(hào)反饋到變換設(shè)備，使天線信號(hào)鎖相到相位參考成分信號(hào)上。放大器的輸出功率以及天線信號(hào)的幅度受幅度成分信號(hào)和輸出功率的控制值信號(hào)控制。功率檢測(cè)器檢測(cè)放大器的當(dāng)前功耗并向放大器的控制設(shè)備輸出一個(gè)真值信號(hào)。該真值信號(hào)是輸出功率的度量，因?yàn)樵谳敵龉β屎彤?dāng)前功耗之間存在特定的對(duì)應(yīng)關(guān)系。
這些信號(hào)連接到放大器控制設(shè)備，后者根據(jù)該信號(hào)來(lái)產(chǎn)生放大器控制信號(hào)，該控制信號(hào)連接到放大器。
所得到的優(yōu)點(diǎn)在于發(fā)射機(jī)設(shè)計(jì)不必包括諸如射頻檢測(cè)器這樣的單元或諸如包絡(luò)檢波器這樣的非線性單元。正因?yàn)槿绱?，有關(guān)溫度變化、飽和以及動(dòng)態(tài)范圍的問(wèn)題都減少了。因此，放大值的步進(jìn)遞增以及步進(jìn)遞減可以進(jìn)行得更快、更穩(wěn)定。輸出信號(hào)的包絡(luò)變化可以減小，因此，輸出信號(hào)的帶寬得到限制。
當(dāng)前記錄降低了功率放大器飽和的危險(xiǎn)。
因此，所發(fā)明的發(fā)射機(jī)和放大器的其它優(yōu)點(diǎn)是具有更好的信令特性以及更高的效率。該發(fā)射機(jī)在體積上也變得比以前已知的發(fā)射機(jī)更小。綜上所述，可以實(shí)現(xiàn)線性的改進(jìn)、帶寬要求的最小化以及鄰信道之間的干擾降低，特別是在快速的步進(jìn)遞增和遞減以及高功率輸出的情況之下。
本發(fā)明的發(fā)射機(jī)和方法的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是對(duì)于相位檢測(cè)器之前的源產(chǎn)生的寬帶噪聲用更好的方式進(jìn)行濾波。
本發(fā)明的發(fā)射機(jī)和方法也提供了諸如快速及可靠的相位鎖定，以及在輸出功率快速和劇烈改變和在高輸出電平時(shí)具有低相位失真這些優(yōu)點(diǎn)。
現(xiàn)在將通過(guò)優(yōu)選實(shí)施例并參考所附的圖更詳細(xì)低描述本發(fā)明。
附圖的簡(jiǎn)要描述

圖1是包括帶輸出信號(hào)反饋的功率放大器的以前已知的無(wú)線發(fā)射機(jī)級(jí)的框圖。
圖2以框圖的形式表示本發(fā)明的發(fā)射機(jī)級(jí)的原理。
圖3是本發(fā)明的發(fā)射機(jī)級(jí)更詳細(xì)的框圖。
圖4是發(fā)射機(jī)級(jí)中放大器控制設(shè)備的另一種實(shí)施例的框圖。
圖5是所發(fā)明方法的工作流程圖。
優(yōu)選實(shí)施例在圖1中，表示了以前已知的發(fā)射機(jī)的框圖。一般來(lái)說(shuō)，這種發(fā)射機(jī)被分成相位調(diào)制控制環(huán)路117和幅度調(diào)制控制環(huán)路115。幅度調(diào)制控制環(huán)路包括功率放大器107、定向耦合器109、包絡(luò)檢波器111以及差分放大器113。定向耦合器109對(duì)功率放大器輸出端的部分輸出功率進(jìn)行反饋。定向耦合器連接到包絡(luò)檢波器111，后者再連接到差分放大器113的一個(gè)信號(hào)輸入端。在另一個(gè)信號(hào)輸入端連接幅度參考信號(hào)125。差分放大器113根據(jù)兩個(gè)信號(hào)輸入端之間的差產(chǎn)生電壓差信號(hào)。差分放大器連接到功率放大器107的幅度調(diào)制輸入端。功率放大器輸出信號(hào)的幅度調(diào)制將通過(guò)改變幅度參考信號(hào)的電壓來(lái)實(shí)現(xiàn)。
相位參考信號(hào)121的頻率被轉(zhuǎn)換到恰當(dāng)?shù)男诺李l率，這在現(xiàn)有技術(shù)領(lǐng)域是通過(guò)相位調(diào)制控制環(huán)路117來(lái)解決的。該環(huán)路由混頻器101、相位檢測(cè)器103和壓控振蕩器(VCO)105、以及從振蕩器輸出端到切換電路130的反饋連接131組成。如前所述，非線性放大器在高功率時(shí)會(huì)表現(xiàn)出較大的相位失真。這種失真可以通過(guò)反饋連接132來(lái)克服，該反饋連接132連接到功率放大器的輸出端109，因此在相位調(diào)制控制環(huán)路中就包括功率放大器。通過(guò)在相位調(diào)制控制環(huán)路中引入切換電路130，可以在兩個(gè)反饋環(huán)路131和132之間切換。其中的一個(gè)反饋信號(hào)反饋到混頻器101。混頻器產(chǎn)生中頻信號(hào)127，它的頻率等于頻率參考信號(hào)123和來(lái)自切換電路130的反饋信號(hào)之間的差。相位檢測(cè)器103根據(jù)中頻信號(hào)127和相位參考信號(hào)121之間的相位差來(lái)產(chǎn)生一個(gè)誤差信號(hào)。該誤差信號(hào)連接到振蕩器的頻率控制輸入端。因此，振蕩器的輸出信號(hào)得到一個(gè)與相位參考信號(hào)121的相位近似相等的相位，這意味著輸出信號(hào)已經(jīng)由相位參考信號(hào)121進(jìn)行了相位調(diào)制。輸出信號(hào)的頻率根據(jù)頻率參考信號(hào)的頻率與相位參考信號(hào)的頻率之差或之和來(lái)確定。
但是，實(shí)際上通過(guò)用以前已知的方法切換而快速鎖定到正確相位是不可能的。如果輸出功率的遞增或遞減得很快，就會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題。切換會(huì)引起不會(huì)很地快衰減的相位抖動(dòng)。在最惡劣情況下，環(huán)路會(huì)失鎖。
圖2給出了本發(fā)明的無(wú)線發(fā)射機(jī)級(jí)1的結(jié)構(gòu)整體圖。一般來(lái)說(shuō)，發(fā)射機(jī)級(jí)1被分成相位調(diào)制控制環(huán)路5(在圖中用PHC表示)、進(jìn)行信號(hào)處理和輸出功率控制的幅度控制設(shè)備8(用PAC表示)、功率放大器2和功率檢測(cè)器13。發(fā)射機(jī)級(jí)1通過(guò)輸入端3、6、9和10連接到無(wú)線發(fā)射機(jī)的其它部分(圖中未表示)。發(fā)射機(jī)級(jí)1也通過(guò)輸出端4連接到天線50，該天線對(duì)功率放大器和發(fā)射機(jī)級(jí)是共用的。
來(lái)自諸如電壓源(電池等)這樣的供電設(shè)備(圖中未表示)的電流Isup通過(guò)供電電流輸入端饋入功率放大器2。功率放大器的任務(wù)是將輸入端I1處的輸入調(diào)制信號(hào)Upm放大到由功率放大器輸入端SI1處的放大器控制信號(hào)Ictrl所確定的功率。相位調(diào)制控制環(huán)路5 PHC是一個(gè)用來(lái)進(jìn)行鎖相和頻率變換的轉(zhuǎn)換設(shè)備，它在輸出端7上輸出的信號(hào)Upm連接到功率放大器2。信號(hào)Upm攜帶著相位調(diào)制的信息和正確的信道頻率，并具有恒定的幅度，該信號(hào)Upm被成形(在一些應(yīng)用中如果需要的話，這就是幅度調(diào)制)并由放大器2放大為天線信號(hào)Ypm。信號(hào)Ypm部分地由輸入端I1上的相位調(diào)制的信號(hào)Upm確定，部分地由放大器輸入端SI1上的放大器控制信號(hào)Ictrl確定。功率放大器的輸出端4或者直接、或者通過(guò)適當(dāng)?shù)碾娐?例如濾波器、自適應(yīng)電路等)連接到天線50。
根據(jù)本發(fā)明，電流消耗Isup通過(guò)功率檢測(cè)器13來(lái)檢測(cè)，檢測(cè)器13輸出一個(gè)與電流Isup成比例的電信號(hào)值Itrue。功率檢測(cè)器具有連接到放大器控制設(shè)備8的一個(gè)輸入端(輸入端11)的輸出端。放大器控制設(shè)備8將信號(hào)Itrue與幅度成分信號(hào)Aamp和控制值Icvs相比較，控制值是表示輸出功率控制值的信號(hào)。信號(hào)Icvs連接到功率控制設(shè)備輸入端10。幅度成分信號(hào)Aamp在輸入端9連接到控制設(shè)備8。
控制設(shè)備8將不同輸入信號(hào)的貢獻(xiàn)合并在一起并從輸出端12向功率放大器的控制輸入端SI1送出幅度控制信號(hào)Ictrl。在本發(fā)明的無(wú)線發(fā)射機(jī)中，調(diào)制的RF信號(hào)Upm是從相位調(diào)制控制環(huán)路5中的相位參考成分信號(hào)Ephr中產(chǎn)生的，該環(huán)路5是一個(gè)變換設(shè)備，它進(jìn)行頻率變換和對(duì)輸入信號(hào)Ephr鎖相。
進(jìn)行信號(hào)處理以及輸出功率控制的放大器控制設(shè)備8 PAC以及相位調(diào)制控制環(huán)路5 PHC可以用幾種方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。在圖3中表示了發(fā)射機(jī)級(jí)1的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，下面將對(duì)其進(jìn)行描述。
在這個(gè)實(shí)施例中，放大器控制設(shè)備8包括數(shù)模轉(zhuǎn)換器20 DAC、補(bǔ)償電路21 CMP、幅度控制器22 REG以及控制濾波器23 F?，F(xiàn)在解釋這些部分如何有效地合作以控制放大器的輸出功率和幅度。
輸入端9和10上的幅度成分信號(hào)Aamp以及控制值Icvs分別是確定功率放大器2的輸出信號(hào)幅度和輸出功率的二進(jìn)制編碼信號(hào)。幅度成分信號(hào)Aamp以及控制值信號(hào)Icvs在相加設(shè)備24中相加，形成新的二進(jìn)制編碼信號(hào)adac。
因?yàn)楣β史糯笃?是使用模擬技術(shù)的，因此數(shù)字信號(hào)必須轉(zhuǎn)換成模擬形式。這通過(guò)使用D/A變換器20 DAC來(lái)完成，它將信號(hào)adac轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)acmp。這個(gè)電壓構(gòu)成后面的幅度控制器22的參考電壓。來(lái)自變換器20的輸出信號(hào)acmp與用dB表示的幅度成正比。
為了補(bǔ)償當(dāng)前功耗和高效功率放大器輸出電壓(以dB為單位)之間的非線性關(guān)系，信號(hào)acmp被連接到D/A變換器20 DAC和幅度控制器22 REG之間的補(bǔ)償電路21 CMP。該電路的傳遞函數(shù)以使所述關(guān)系變成線性的方式來(lái)與功率放大器相適配。
在這種情況下，指數(shù)函數(shù)可能是一種恰當(dāng)?shù)倪m配。
因此，補(bǔ)償電路21向幅度控制器22的輸出信號(hào)acvs是一個(gè)適配的參考電壓，而且在下面將稱為幅度控制值信號(hào)。另一個(gè)信號(hào)也連接到控制器22，在這個(gè)連接中稱為真值Itrue。該信號(hào)是功率檢測(cè)器13的輸出信號(hào)，功率檢測(cè)器檢測(cè)或測(cè)量功率放大器2的功耗。功率檢測(cè)器13連接到功率放大器的功率輸入端3，而且該檢測(cè)器13輸出真值Itrue，它是一個(gè)與放大器2的當(dāng)前輸入電流成正比的電壓信號(hào)。幅度控制值信號(hào)acvs以及真值Itrue連接到幅度控制器13的輸入端。幅度控制器22可以是一個(gè)差分放大器，它意味著兩個(gè)輸入信號(hào)之間的差將是誤差信號(hào)aerr。這個(gè)誤差信號(hào)在控制濾波器23中濾除噪聲并構(gòu)成幅度控制信號(hào)Ictrl，然后被連接到放大器的控制輸入SI1。
下面將描述相位參考成分信號(hào)Ephr到正確信道頻率的頻率變換。
在圖3中，也表示了相位調(diào)制控制環(huán)路5的優(yōu)選實(shí)施例，根據(jù)它的功能，可以將它看作是一個(gè)進(jìn)行相位鎖定和頻率轉(zhuǎn)換的變換設(shè)備。這個(gè)實(shí)施例也提供了對(duì)相位失真的有效補(bǔ)償。
使用了相位參考成分信號(hào)Ephr作為該設(shè)備的輸入信號(hào)，這是一種將信息存儲(chǔ)在相位中的信號(hào)。相位參考成分信號(hào)包括要被調(diào)制并傳輸?shù)角‘?dāng)載波頻率上的相位信息。
將相位參考成分信號(hào)Ephr的頻率變換到正確的信道頻率是在用于鎖相和頻率變換的相位調(diào)制控制環(huán)路中進(jìn)行的。該環(huán)路包括混頻器30、相位檢測(cè)器31、壓控振蕩器32(VCO)、積分濾波電路34、合并電路35、以及從振蕩器32的輸出端通過(guò)第一分支設(shè)備37到合并電路35的第一輸入端的一條反饋連接33。振蕩器32連接到功率放大器2的輸入端I1，功放輸出端4連接到天線50。相位調(diào)制控制環(huán)路5也具有從功率放大器2的輸出端4通過(guò)第二分支設(shè)備38到合并電路35的第二輸入端的一條第二反饋連接36。
合并電路35可以是只有無(wú)源器件的電路或是具有有源器件(晶體管)的電路。只使用電阻作為器件的電壓分配器是只有無(wú)源器件電路的一個(gè)例子。在一些情況下，使用有源器件會(huì)更有優(yōu)勢(shì)。因此合并電路可以作為放大器來(lái)實(shí)現(xiàn)。應(yīng)該指出的是除了上面提到的還有其它應(yīng)該如何設(shè)計(jì)合并電路的解決方案。
混頻器30產(chǎn)生中頻信號(hào)eifs，它的頻率等于頻率綜合器39的頻率參考信號(hào)efrs和合并電路35的反饋信號(hào)efdb之間的差。
相位檢測(cè)器31根據(jù)中頻信號(hào)eifs和相位參考成分信號(hào)Ephr之間的相位差來(lái)產(chǎn)生誤差信號(hào)ephf。為了減少由于寬帶噪聲產(chǎn)生的相位失真、噪聲發(fā)散以及帶寬擴(kuò)展的危險(xiǎn)，將積分濾波器電路34連接在相位檢測(cè)器31和壓控振蕩器32之間。濾波器電路有效地消除了寬帶噪聲。噪聲產(chǎn)生于相位檢測(cè)器之前的各種源。一個(gè)這種源可能是用于某種無(wú)線發(fā)射機(jī)的IQ調(diào)制器。
誤差信號(hào)ephf連接到濾波器電路34的輸入，來(lái)自該電路的信號(hào)evco連接到振蕩器32的頻率控制輸入。用這種方式，來(lái)自振蕩器32的輸出信號(hào)Upm得到一個(gè)大致等于相位參考成分信號(hào)Ephr相位的相位，這意味著輸出信號(hào)Upm由相位參考成分信號(hào)Ephr進(jìn)行相位調(diào)制。輸出信號(hào)Upm的頻率等于頻率參考信號(hào)efrs的頻率與相位參考信號(hào)Ephr的頻率之差或之和。
信號(hào)Upm連接到功率放大器2，該放大器2根據(jù)放大器控制信號(hào)Ictrl來(lái)放大信號(hào)Upm。從放大器2的輸出4供到天線50上的天線信號(hào)Ypm則可以得到由放大器控制信號(hào)Ictrl來(lái)進(jìn)行確定的波形。
合并設(shè)備、合并電路35分別通過(guò)用于將信號(hào)分支的設(shè)備37和38來(lái)得到在圖中標(biāo)為epm1的信號(hào)Upm的一部分、以及在圖中標(biāo)為epm2的信號(hào)Ypm的一部分。這些設(shè)備可以設(shè)計(jì)為定向耦合器或某種形式的電壓分配器(電容或電阻接腳)。兩個(gè)環(huán)路(分別是33和36)分別將設(shè)備37和38連接到合并電路35的一個(gè)輸入端。這個(gè)電路將來(lái)自合適環(huán)路的兩個(gè)信號(hào)epm1和epm2合并成上述環(huán)路中的反饋信號(hào)efdb。設(shè)備37和38分別將信號(hào)Upm和Ypm的一定部分進(jìn)行分支。這些設(shè)備也可以是可控的。因此，被分支出去的各個(gè)信號(hào)部分可以分別控制，這是一個(gè)優(yōu)點(diǎn)。上述設(shè)備的一個(gè)例子是可控定向耦合器。
在功率放大器PA 2輸出的遞增開(kāi)始之前，借助于第一反饋環(huán)路33使環(huán)路被鎖定到壓控振蕩器32的輸出信號(hào)。當(dāng)輸出功率根據(jù)控制信號(hào)Ictrl而增加時(shí)，從功率放大器的輸出通過(guò)第二反饋環(huán)路36的反饋信號(hào)epm2將超過(guò)通過(guò)第一反饋環(huán)路33的反饋振蕩器信號(hào)epm1，從而逐漸在反饋信號(hào)efdb中占主導(dǎo)地位。
如果沒(méi)有環(huán)路33，則在功率放大器被激活之前當(dāng)啟動(dòng)發(fā)射機(jī)時(shí)就不會(huì)及時(shí)實(shí)現(xiàn)相位鎖定。如果環(huán)路帶寬足夠高，環(huán)路將有時(shí)間來(lái)補(bǔ)償輸出功率遞增期間功率放大器2中的相位漂移。為了在全輸出功率時(shí)實(shí)現(xiàn)所需的大約10dB的相位失真補(bǔ)償，必須已經(jīng)建立通過(guò)環(huán)路36的反饋連接并且獲得上述鎖定。
根據(jù)這個(gè)實(shí)施例的補(bǔ)償相位失真的方法意味著，分別來(lái)自環(huán)路33和36的信號(hào)epm1和epm2被合并而構(gòu)成環(huán)路中新的反饋信號(hào)efdb。如果放大器2中的放大作用被改變，那么到相位鎖定和上變頻環(huán)路的反饋信號(hào)中的已被分支和反饋的信號(hào)的共享以及主導(dǎo)的情況也要改變。這個(gè)方法給出了各個(gè)反饋信號(hào)在總反饋信號(hào)中的共享以及主導(dǎo)之間平滑和連續(xù)的過(guò)渡，從而使得在功率放大器啟動(dòng)時(shí)輸出功率快速改變之前，相位調(diào)制控制環(huán)路可以及時(shí)地相位鎖定。該方法也意味著從功率放大器2的輸出端分支并反饋的信號(hào)在新反饋信號(hào)中的主導(dǎo)作用將隨著功率放大器輸出功率的增加而增加。當(dāng)功率放大器以全輸出功率放大時(shí)，來(lái)自功率放大器輸出端的反饋信號(hào)在新反饋信號(hào)中占主導(dǎo)；但是當(dāng)功率放大器的輸出功率很低時(shí)，來(lái)自功率放大器輸入端的反饋信號(hào)在新反饋信號(hào)中占主導(dǎo)。
通過(guò)所描述的這個(gè)方法，相位調(diào)制控制環(huán)路5在功率放大器的輸出功率增加之前被鎖定到功率放大器輸入端的調(diào)制信號(hào)Upm上。當(dāng)放大器功率遞增已經(jīng)開(kāi)始、功率放大器的輸出功率達(dá)到全輸出功率之前，相位鎖定和上變頻環(huán)路被鎖定到功率放大器輸入端的被放大的調(diào)制信號(hào)上。
發(fā)射機(jī)級(jí)1的另一個(gè)實(shí)施例在圖4中提供。其中只表示了做了修改的放大器控制設(shè)備8。在其它所有方面，該發(fā)射機(jī)級(jí)都與圖3中所示的類似。
通過(guò)比較，所描述的本領(lǐng)域狀態(tài)和本發(fā)明之間存在明顯區(qū)別。在現(xiàn)有技術(shù)設(shè)備中，輸出信號(hào)的幅度被記錄并相對(duì)于這個(gè)輸出信號(hào)的反饋來(lái)對(duì)放大進(jìn)行控制。這種方法和這種設(shè)計(jì)的缺點(diǎn)上面已經(jīng)描述。在本發(fā)明中記錄并控制供給到功率放大器的電流。本發(fā)明使得利用輸出功率和供給電流之間的連系來(lái)控制幅度和輸出功率成為可能。根據(jù)本發(fā)明的方法和設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)也已經(jīng)在前面描述了。通過(guò)比較還揭示了放大器控制設(shè)備8的設(shè)計(jì)和功能中的差別?，F(xiàn)有技術(shù)設(shè)備并且也不具有使兩個(gè)反饋信號(hào)合并成一個(gè)新反饋信號(hào)efdb的合并電路35。這個(gè)合并電路能引起兩個(gè)反饋信號(hào)的相互間占據(jù)主導(dǎo)地位的平滑改變。
在放大器控制設(shè)備8的這個(gè)實(shí)施例中，包括有相加設(shè)備24、D/A變換器20 DAC、補(bǔ)償電路21 CMP、幅度控制器22 REG以及控制濾波器23 F。放大器控制設(shè)備8也包括幅度成分信號(hào)Aamp的輸入端9、控制值Icvs的輸入端10以及真值信號(hào)Itrue的輸入端11、以及放大器控制信號(hào)Ictr1的輸出端12。這個(gè)輸出端連接到放大器SI1的控制輸入端。這個(gè)實(shí)施例與前面提出的根據(jù)圖3的實(shí)施例的區(qū)別是，電路解決方案中也包括表格單元25 LUT。表格單元25連接在相加設(shè)備24和D/A變換器20之間。下面，將描述它在這個(gè)實(shí)施例中的作用。
兩個(gè)二進(jìn)制編碼信號(hào)即輸入9上的幅度成分信號(hào)Aamp以及輸入10上的控制值Icvs在相加設(shè)備24中彼此相加，從而得到新的二進(jìn)制編碼信號(hào)adac。這個(gè)新信號(hào)包括來(lái)自幅度成分信號(hào)Aamp的幅度信息、以及有關(guān)功率放大器的輸出功率和操作點(diǎn)的信息。高效功率放大器的電流消耗和輸出電壓(以dB為單位)之間存在非線性聯(lián)系。這種聯(lián)系是已知的，但是隨著功率放大器操作點(diǎn)的變化而變化。如果將電流消耗和輸出電壓(以dB為單位)之間的聯(lián)系相對(duì)于操作點(diǎn)畫(huà)出曲線，則可以說(shuō)明這種變化。然而，該聯(lián)系中的變化可以通過(guò)表格單元25來(lái)補(bǔ)償，表格單元的存儲(chǔ)器中保存著為不同操作點(diǎn)而存儲(chǔ)的補(bǔ)償值。借助于表格單元25，在放大器2的相關(guān)操作區(qū)上可以保持恒定的聯(lián)系。表格單元25可以是一所謂的查找表LUT。因?yàn)檫@種表很可靠，所以特別有用。表格單元的輸出信號(hào)連接到D/A變換器20。除此之外，這個(gè)放大器控制單元8的實(shí)施例按照與前面圖3所示相同的方式工作。
圖5逐步表示代表所發(fā)明方法的流程圖。
該方法以一個(gè)信息信號(hào)開(kāi)始，該信號(hào)在進(jìn)入無(wú)線發(fā)射機(jī)中的發(fā)射機(jī)級(jí)1之時(shí)已經(jīng)分開(kāi)成相位參考成分信號(hào)Ephr和幅度成分信號(hào)Aamp。在第一步，202，相位參考成分信號(hào)Ephr在變換設(shè)備5中上變頻到相位調(diào)制的RF信號(hào)Upm。然后在步驟204中，通過(guò)變換設(shè)備5中包含的壓控振蕩器32完成相位鎖定，從而產(chǎn)生相位調(diào)制的RF信號(hào)Upm。
二進(jìn)制編碼的幅度成分信號(hào)Aamp和二進(jìn)制編碼的控制值信號(hào)Icvs相加，構(gòu)成新的二進(jìn)制編碼信號(hào)adac，如步驟206所示。然后，在步驟208，二進(jìn)制編碼信號(hào)adac在數(shù)模轉(zhuǎn)換器20中變換成模擬信號(hào)acpm。然后，在步驟210，實(shí)現(xiàn)供電電流Isup和天線信號(hào)Ypm中以單位[dBm]來(lái)測(cè)量的輸出功率Pout之間非線性聯(lián)系的補(bǔ)償，所述補(bǔ)償利用補(bǔ)償電路21中實(shí)現(xiàn)的適當(dāng)?shù)难a(bǔ)償功能來(lái)實(shí)現(xiàn)。補(bǔ)償電路21校正模擬信號(hào)adac并產(chǎn)生幅度控制值信號(hào)acvs，該信號(hào)與放大器的輸出功率(以dBm為單元)成比例。
功率檢測(cè)器13檢測(cè)功率放大器2的供電電流Isup，如步驟212所示。然后在步驟214中，功率檢測(cè)器13產(chǎn)生真值信號(hào)Itrue。幅度控制值信號(hào)acvs和真值信號(hào)Itrue在下一步驟216中通過(guò)幅度控制器22進(jìn)行比較，其中誤差信號(hào)aerr根據(jù)這個(gè)比較結(jié)果來(lái)產(chǎn)生。在步驟218中，控制濾波器23對(duì)誤差信號(hào)aerr濾波并產(chǎn)生幅度控制信號(hào)Ictr1。在步驟220中，這個(gè)放大器控制信號(hào)Ictr1控制功率放大器2以及相位調(diào)制的RF信號(hào)Upm的功率放大，使功率放大器產(chǎn)生天線信號(hào)Ypm。最后在步驟222，天線信號(hào)Ypm連接到天線50，以便通過(guò)無(wú)線信道進(jìn)一步傳輸。當(dāng)傳輸完成時(shí)該方法在步驟224結(jié)束。在移動(dòng)電話應(yīng)用中，這對(duì)應(yīng)于一個(gè)時(shí)隙的結(jié)束。
最后應(yīng)該指出，根據(jù)所描述實(shí)施例和所描述方法的相位調(diào)制控制環(huán)路5和放大器控制設(shè)備8是解決無(wú)線發(fā)射機(jī)中所列舉的問(wèn)題所必需的。所建議的解決方案給出了各種優(yōu)點(diǎn)并實(shí)現(xiàn)了所陳述的和本領(lǐng)域中所希望的目標(biāo)。
權(quán)利要求
1．一種在無(wú)線信道上傳輸信息信號(hào)的無(wú)線發(fā)射機(jī)，在所述發(fā)射機(jī)中設(shè)有一個(gè)發(fā)射機(jī)級(jí)(1)，包括a．功率放大器(2)，帶電流供電端(3)和至少一個(gè)相位調(diào)制信號(hào)(Upm)輸入(I1)和控制輸入(SI1)，以及用于將天線信號(hào)(Ypm)傳送到天線(50)的天線信號(hào)輸出端(4)；b．用于相位鎖定和頻率變換的變換設(shè)備(5)，它具有用于接收相位參考成分信號(hào)的相位信號(hào)輸入端(6)，該相位參考成分信號(hào)是信息信號(hào)的一個(gè)成分信號(hào)，并具有RF信號(hào)輸出端(7)，用于將帶有恒定幅度和所需信道頻率的相位調(diào)制的RF信號(hào)(Upm)傳送到功率放大器(2)的輸入端(I1)；c．用于信號(hào)處理和輸出功率控制的放大器控制設(shè)備(8)，它包括幅度輸入端(9)，用于接收作為信息信號(hào)的成分信號(hào)的幅度成分信號(hào)(Aamp)，控制值輸入端(10)，用于接收表示所期望的功率放大器(2)輸出功率的控制值信號(hào)(Icvs)，真值輸入端(11)，用于接收真值(Itrue)，該真值是功率放大器(2)輸出功率的度量，以及連接到功率放大器控制輸入(SI1)的輸出端(12)。其特征在于，功率檢測(cè)器(13)連接到功率放大器的電流供電端(3)，以便記錄當(dāng)前功耗并形成所述真值信號(hào)(Itrue)，并將該信號(hào)傳送給功率控制設(shè)備(8)，其中一個(gè)放大器控制信號(hào)(Ictrl)作為幅度成分信號(hào)Aamp、真值信號(hào)(Itrue)、以及控制值(Icvs)的函數(shù)而被產(chǎn)生，并被傳送給功率放大器的控制輸入端(SI1)。
2．根據(jù)權(quán)利要求1的無(wú)線發(fā)射機(jī)，其特征在于，功率放大器(2)、功率檢測(cè)器(13)以及用于信號(hào)處理和輸出功率控制的放大器控制設(shè)備(8)構(gòu)成一個(gè)閉合環(huán)路。
3．根據(jù)權(quán)利要求1的無(wú)線發(fā)射機(jī)，其特征在于，作為低噪聲高功率振蕩器的壓控振蕩器(32)包括在用于相位鎖定和頻率變換的變換設(shè)備(5)中。
4．根據(jù)權(quán)利要求1的無(wú)線發(fā)射機(jī)，其特征在于，用于信號(hào)處理和輸出功率控制的放大器控制設(shè)備(8)包括D/A變換器(20)。
5．根據(jù)權(quán)利要求1-4的無(wú)線發(fā)射機(jī)，其特征在于，頻率參考信號(hào)(efrs)由頻率綜合器(39)產(chǎn)生。
6．根據(jù)權(quán)利要求1-5的無(wú)線發(fā)射機(jī)，其特征在于，無(wú)線發(fā)射機(jī)(1)在移動(dòng)電話的無(wú)線信道上發(fā)射。
7．根據(jù)權(quán)利要求1-6的無(wú)線發(fā)射機(jī)，其特征在于，用于相位鎖定和頻率變換的變換設(shè)備(5)包括合并電路(35)，用于將從功率放大器(2)的輸入進(jìn)行分支的信號(hào)(epm1)以及從功率放大器(2)的輸出進(jìn)行分支的信號(hào)(epm2)合并成反饋信號(hào)(efdb)。
8．根據(jù)權(quán)利要求1-7的無(wú)線發(fā)射機(jī)，其特征在于放大器控制設(shè)備(8)包括一個(gè)表格單元(25)。
9．根據(jù)權(quán)利要求1-8的無(wú)線發(fā)射機(jī)，其特征在于放大器控制設(shè)備(8)包括一個(gè)補(bǔ)償電路(21)。
10．根據(jù)權(quán)利要求1-9的無(wú)線發(fā)射機(jī)，其特征在于，用于相位鎖定和頻率變換的變換設(shè)備(5)從安置在變換設(shè)備(5)外的信號(hào)源得到頻率參考信號(hào)(efrs)。
11．一種在無(wú)線發(fā)射機(jī)的發(fā)射機(jī)級(jí)(1)中用于將信息信號(hào)調(diào)制并放大成天線信號(hào)(Ypm)以便在無(wú)線信道上進(jìn)一步傳輸?shù)姆椒?，其中信息信?hào)已經(jīng)分開(kāi)成相位參考成分信號(hào)(Ephr)和幅度成分信號(hào)(Aamp)，所述方法包括如下步驟在變換設(shè)備(5)中將相位參考成分信號(hào)(Ephr)上變頻到相位調(diào)制的RF信號(hào)(Upm)；對(duì)包括在變換設(shè)備(5)中的壓控振蕩器(32)進(jìn)行相位鎖定，所述振蕩器產(chǎn)生相位調(diào)制的RF信號(hào)(Upm)；其特征在于，該方法也包括如下步驟將幅度成分信號(hào)(Aamp)和控制值信號(hào)(Icvs)相加從而構(gòu)成一個(gè)信號(hào)(adac)；將信號(hào)(adac)在數(shù)/模變換器(20)中變換成模擬信號(hào)(acmp)；補(bǔ)償供電電流(Isup)和天線信號(hào)(Ypm)中優(yōu)選地以單位(dBm)來(lái)測(cè)量的輸出功率(Pout)之間存在的非線性聯(lián)系，所述補(bǔ)償用補(bǔ)償電路(21)中實(shí)現(xiàn)的適當(dāng)?shù)难a(bǔ)償函數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)，并將模擬信號(hào)(adac)校正到與放大器(2)輸出功率成正比的幅度控制值信號(hào)(acvs)；由功率檢測(cè)器(13)來(lái)檢測(cè)功率放大器的供電電流(Isup)；在功率檢測(cè)器(13)中產(chǎn)生一個(gè)真值信號(hào)(Itrue)；通過(guò)幅度控制器(22)將幅度控制值信號(hào)(acvs)與真值信號(hào)(Itrue)進(jìn)行比較，作為比較的結(jié)果產(chǎn)生出誤差信號(hào)(aerr)；將誤差信號(hào)(aerr)濾波并通過(guò)控制濾波器(23)產(chǎn)生放大器控制信號(hào)(Ictrl)；根據(jù)放大器控制信號(hào)(Ictrl)來(lái)控制功率放大器(2)和相位調(diào)制的RF信號(hào)(Upm)的功率放大，以便產(chǎn)生天線信號(hào)(Ypm)；將天線信號(hào)(Ypm)連接到天線(50)，以便進(jìn)一步通過(guò)無(wú)線信道傳輸。
12．根據(jù)權(quán)利要求11的方法，其特征在于該方法還包括如下步驟使用查找表(LUT)類型的表值單元(24)來(lái)調(diào)整新的二進(jìn)制編碼信號(hào)(adac)；
13．根據(jù)權(quán)利要求11或12的方法，其特征在于該方法還包括如下步驟補(bǔ)償天線信號(hào)(Ypm)中的相位失真。
14．根據(jù)權(quán)利要求13的方法，其特征在于該方法還包括如下步驟通過(guò)在功率放大器(2)的輸出功率改變之前實(shí)現(xiàn)變換設(shè)備(5)中的相位鎖定，從而來(lái)補(bǔ)償天線信號(hào)(Ypm)中的相位失真
15．根據(jù)權(quán)利要求14的方法，其特征在于該方法還包括如下步驟將從功率放大器(2)的輸入分支的信號(hào)(epm1)與從功率放大器的輸出分支的信號(hào)(epm2)合并，以構(gòu)成反饋信號(hào)(efdb)。
16．根據(jù)權(quán)利要求15的方法，其特征在于該方法還包括如下步驟在分支信號(hào)(epm1、epm2)彼此的共享以及它們?cè)诜答佇盘?hào)(efdb)中的主導(dǎo)作用之間平滑地過(guò)渡；
17．根據(jù)權(quán)利要求11-16的方法，其特征在于該方法還包括如下步驟用在補(bǔ)償電路(21)中實(shí)現(xiàn)的指數(shù)補(bǔ)償函數(shù)來(lái)補(bǔ)償供電電路(Ipm)和輸出功率(Pout)之間的非線性聯(lián)系，將模擬信號(hào)(adac)校正為幅度控制值信號(hào)(acvs)。
全文摘要
本發(fā)明涉及無(wú)線發(fā)射機(jī)中用于將信息信號(hào)調(diào)制并放大以便通過(guò)無(wú)線信道進(jìn)行傳輸?shù)陌l(fā)射機(jī)級(jí)的一種設(shè)備和方法。無(wú)線發(fā)射機(jī)中發(fā)射機(jī)級(jí)包括變換設(shè)備(5)PCH、放大器控制設(shè)備(8)PAC、功率檢測(cè)器(13)以及功率放大器(2)。由本發(fā)明所解決的問(wèn)題的例子是,在無(wú)線發(fā)射機(jī)中使用非線性放大器的情況下要降低功耗以及輸出信號(hào)的非線性所遇到的困難,以及在這種放大器后面不連接濾波裝置的條件下,要在輸出信號(hào)中實(shí)現(xiàn)高信噪比時(shí)所遇到的困難。根據(jù)本發(fā)明的解決方案利用一種信息信號(hào),它在前面步驟中已經(jīng)分成極化成分:相位參考成分信號(hào)(E
文檔編號(hào)H03G3/30GK1223759SQ97195928
公開(kāi)日1999年7月21日 申請(qǐng)日期1997年6月4日 優(yōu)先權(quán)日1996年6月28日
發(fā)明者T·J·卡爾森, M·L·赫爾馬克 申請(qǐng)人:艾利森電話股份有限公司