[发明专利]用于高效率发射机的数字预失真系统和方法

说明书

相关申请信息

本申请要求2004年3月3日提交的临时申请序列号No.60/549,789的优先权，该申请的公开内容整体地在此引用以供参考。

发明领域

本发明涉及高效率、高功率RF放大器的预失真线性化和相关的系统与方法。

背景、现有技术和相关信息

现代无线通信系统利用具有宽的带宽和时变包络的、频谱有效的数字调制信号。数字调制的包络幅度的变化会生成发射机的输出端处的失真分量，该失真分量是由RF放大电路的固有非线性造成的。放大器失真产生输入信号的频谱扩张(“频谱再生长”)，这造成对相邻信道中的通信的干扰。邻道干扰(ACI)是由管理机构(FCC、ETSI、ITU)严格控制的、非常不期望的现象。除了频谱再生长以外，放大器非线性还产生带内失真(即，在调制的输入信号的带宽内的失真分量)，这恶化了所传送信号的完整性，以及在接收机端导致高的误码率(BER)。常规的RF放大器(AB类)中的非线性是相对较小的(对于等于该调制峰值平均功率比(PAR)的输出回退(output back offs，OBO)低于载波水平近似40dB的失真)。为这样的轻微非线性性状付出的代价是差的效率，即，受限的DC到RF功率转换性能。高效率放大是特别希望的，因为它改进了系统可靠性(更长的平均故障前时间(MTBF))，简化了热学管理，减小了放大器尺寸(更低的硅需要)，和降低了基站的运行和拥有花费。另一方面，高效率放大器(例如Doherty放大器设计)比AB类设计展现了更加非线性的性状(低于载波水平约29dB处或载波水平之下少于29dB的失真)。

线性化的一个简单方法是增加OBO的水平，以便通过扩展放大器的线性工作范围而减小输出失真。这种技术可以被成功地应用来增强AB类放大器的线性度。不幸地是，由于较高的OBO水平引起的RF输出功率的减小，这也造成效率的严重损失。另一方面，高效率放大器典型地不能通过简单提高OBO而被线性化，且需要更先进的线性化技术。一种非常确实(well established)的技术使用笛卡儿(或极)反馈来最小化放大器的输出失真。反馈线性化对于窄的信号带宽可以是有效的，但当需要宽的带宽操作时(例如，多载波WCDMA)，由于与环路动态特性有关的输入输出稳定性限制，它只具有非常有限的失真校正能力。所以，反馈将不足以使宽的带宽、高效率的发射机线性化。另一个技术-前馈-是基于放大器失真的加性后校正，典型地采用双环路结构，以估值在第一(载波消除)环路中的放大器的输出失真，然后经由在第二(失真消除)环路中的RF辅助或“误差”放大器，把经适当定相和缩放的失真估值注入到“主”放大器的输出。前馈线性化系统不受反馈线性化器的带宽限制且是无条件地稳定的。然而，且尽管具有宽的带宽失真校正能力，由于误差放大器的DC功率消耗和失真消除环路的相位对准所需要的、在主放大器输出端处有损延迟单元的存在，前馈系统通常具有低的效率。

适用于高线性度和高效率放大的替换的技术是预失真线性化。概念上和作为一阶近似，预失真技术通过在放大器的输入端处注入这样的一个补偿的失真分量而使得放大器线性化，该补偿的失真分量的相位与放大器的输出失真的相位相反(180度异相)，且其幅度是输出失真的幅度除以放大器的线性增益。预失真不经受反馈线性化系统的稳定度和严格的带宽限制。它也具有超越回退和前馈线性化的优点，即：它在一个精心设计的系统中的应用不导致放大器效率的严重降级。由于这些固有的优点，预失真线性化已成为过去十年来的重点研究课题。