[发明专利]线性化的功率放大器

说明书

技术领域

本发明涉及信号的放大以及放大器的改进的线性化。本发明适于在诸如蜂窝基站等通信设备中使用。

背景技术

在诸多应用中，放大器被用于增大输入信号的功率。然而，在放大期间，误差被引入信号中。例如，理想情况下放大器是线性的，但通常放大器仅在某些范围内是线性的，这导致限幅和失真。为此，已开发出多种机制来对放大器的非线性进行补偿，从而增大能够获得线性响应的范围。两种已知的对引入的误差进行补偿的方法是前馈线性化和预失真。

图1示出已知的前馈系统10的示例。在前馈系统10中，输入信号12被分成主信号14和基准信号16。主信号传给主放大器22，在主放大器22处被放大。放大器输出的信号除了经过放大的主信号14之外，还包括由放大器22引入的任何失真。主信号14经过放大之后就被采样，并被从基准信号中减去(在28处)以产生误差信号30。理想情况下，误差信号30仅包含主放大器22在处理主信号14时引入的误差。为了实现此目的，在将主信号和基准信号合并时，必须对主信号与基准信号的时间和振幅进行精确地校准。为实现这种校准，在基准信号通路中引入延迟电路18。

然后，误差信号30可以使用误差放大器32来放大，并被从主放大器22的输出中减去，以将主放大器的输出24中存在的误差去除。同样这需要信号的精确同步，以确保误差从信号中被准确地去除。

如本领域技术人员所理解的，前馈校正的主要缺点之一由功率放大器的相对较大的失真造成。由于引入的失真大，因此需要大误差放大器来对误差信号进行处理。另外，为了实现用以减少失真以满足典型的频谱发射屏蔽所需的高水平消除，必须非常准确地匹配前馈回路的增益、相位和延迟。为了实现这种准确匹配，常常需要使用附加硬件(导频音接收机等)，这会进一步增加成本和复杂度。

图2示出已知的预失真系统40的示例。在预失真系统中，输入信号首先经过预失真器42，在预失真器42处，该输入信号与对放大器的增益和相位失真特性进行反相模拟的预失真系数合并。然后，信号经过DAC 44、上转换器46，到达功率放大器48，并在功率放大器48处被放大。预失真器的处理意味着放大器引入的任何误差已在信号中被补偿。可选地，可以在DAC与功率放大器之间引入一上转换器(未示出)。

结果信号还可以用于使用包括ADC 46的反馈回路50对预失真器进行训练，以便更准确地模拟放大器的特性。这使得对放大器48引入的任何误差进行消除的准确性更高。这样，系统的线性度能够得到进一步提高。可选地，反馈回路50还可以包括下转换器(未示出)。

在传统的预失真系统中，通常需要系统中元件的带宽是输出信号的期望带宽的至少五倍。另外，这些元件通常具有高的动态范围，以确保满足输出信号的频谱屏蔽。为了满足这些需求，功率放大器内使用的DSP和DAC具有相当高的功耗且成本昂贵。

由于使用多载波信号的通信系统具有增大的动态范围和带宽，因此这种通信系统尤其对预失真系统提出挑战。目前的预失真系统不能满足用于多载波GSM的严格的频谱发射屏蔽。因此，期望进一步最小化在放大过程中所引入的失真，并进一步提高线性化过程的效率。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供一种对信号进行放大的设备，包括：被布置为接收输入信号的输入端；用于将所述输入信号分成主信号和基准信号的装置；用于处理所述主信号的预失真器；用于放大所述主信号的放大器；处理装置，用于从所述主信号的采样中减去所述基准信号，以产生表示经过放大后的所述主信号中的残差的误差信号；对所述误差信号进行采样的装置；以及使用采样误差信号训练所述预失真器的处理装置。通过使用误差信号训练所述预失真器，可以使用较低功率的误差下转换器和ADC。

可选地，所述设备包括用于放大所述误差信号的误差放大器，以及被布置为从所述主信号中减去所述误差信号以产生输出信号的比较器。

另外，通过在误差消除点处将回路闭合，预失真的信号对放大器中的增益、相位和延迟变化进行补偿，并使用所述预失真器迫使误差达到所能达到的最小可能值。这最小化了前馈误差放大器的功率处理需求，并减少了对独立的稳定或补偿装置的需求，因而允许利用较低复杂度和较便宜的设计。前馈误差通路中较低的功率和较低的复杂度意味着可以使主通路的延迟最小化。最小化主通路的延迟减少了信号功耗并提高了整体效率。