專利名稱：移動通訊中線性功放輸出失真分量的檢測裝置及其方法
技術領域：
本發明涉及一利第三代移動通訊中發射基站所用線性功率放大器，尤其涉及第三代移動通訊中線性功放輸出失真分量的檢測裝置及其方法。
背景技術：
在前饋線性功放中，因輸入的信號頻率、調制方式等都是未知的，為了檢測功放輸出的失真分量，通常采用的是使用導頻的方法。但使用導頻也會有一些問題，如導頻泄漏、頻帶內不一致等問題。還有無法使用導頻進行自適應檢測的場所，如預失真放大器就無法通過加導頻的方法來實現自適應。
例如，3G信號的特點是頻帶寬、峰均比PAR(Peak to Average Ratio)較大，如WCDM信號的帶寬為3.84MHz，每個載波占用的頻帶寬度為5MHz，峰均比隨單載波和多載波的不同而不同，通常在7～12之間。要對這樣的信號進行放大，原來的第二代移動通訊的功率放大器顯然是不能勝任的。因此全球的通訊設備廠家研制了許多種類的針對3G信號的專用線性功放，在這些功放產品中，前饋技術是用的最多也是最成熟的技術，圖1所示為典型的采用導頻檢測的雙環前饋線性功放檢測的原理結構框圖，該功放檢測裝置包括一第一耦合器11、第二耦合器12、第一衰減器13、第一延遲器14、功率放大器15、第三耦合器16、第四耦合器17、第二延遲器18、第五耦合器19、第六耦合器20、誤差功放器21、第二衰減器22、第七耦合器23、檢波器24、導頻源25以及窄帶接收機3和自動控制器4。
由于放大器的非線性，多載波信號經過放大器后，會產生有害的交調分量IMD(Intermodulation Distortion)。在上圖中主功放(MPA)15是待改善線性的放大器，為了改善它的線性需要增加一個功率比較小的誤差功放(EPA)21和主要由第一、第二延遲器14、18，第一、第二矢量衰減器13、22構成的環路。矢量衰減器可以改變信號的幅度，又可以改變信號的相位。從上圖可以看到，我們把前饋系統分為三個部分LOOP1、LOOP2以及導頻檢測、控制部分(從第六耦合器20、第七耦合器23耦合出來到自動控制部分)。LOOP1實現的功能主要是提取信號通過主功放MPA產生的交調(IMD)，LOOP2實現的功能放大IMD抵消載波中的IMD，使輸出的信號較為純凈，從而改善放大器的線性度。
多載波信號51為待放大的信號，通過第一耦合器11分為兩路送入LOOP1。其中一路通過第二耦合器12把導頻源25產生的導頻信號(反映LOOP2的IMD抵消情況)耦合進來，一起送入放大器MPA15。由于MPA15的非線性，輸出信號52便有了雜散IMD。經過第三耦合器16取出一部分信號與從第一延遲器14送來的沒有雜散的載波在第四耦合器17會合。調節第一矢量衰減器13的幅度和相位D1、D2，使到達第四耦合器17的兩路載波信號幅度相等相位相反，這樣LOOP1就提供給我們信號53，理論上它只是含有IMD。實際過程中，信號53的精度主要取決于矢量衰減器的D1、D2的精細調節，而D1、D2的值是由自動控制裝置4根據第七耦合器17耦合到檢波器24的對消后的載波功率的信息進行計算、處理得到的。所提取的IMD信號通過誤差放大器EPA21進行放大后通過第五耦合器19和被放大過的帶有IMD的載波進行抵消，得到被消除IMD的、被放大的載波信號54，其抵消精度通過檢測接收機3接收導頻，送入自動控制裝置4處理來調節第二矢量衰減器22的D3、D4，使到達第五耦合器19的IMD信號和載波信號中含有的IMD信號幅度相等相位相反。最后達到改善主功放輸出的交調的目的。導頻由一個獨立的鎖相環產生。
但對于通訊系統來說，增加的導頻信號對通訊信號是一種干擾信號，因此必須在發射機的輸出端將其減小到通訊協議規定的電平以下，在3G系統中，協議對這種雜散干擾的要求是小于-26dBm，隨之而來的問題是由于發射機的有用信號最大輸出功率一般都在46dBm以上，就要求導頻檢測系統有能力在高于被檢測信號70dB以上的強“干擾”(指載波，對導頻檢測而言是干擾，下同)環境中檢測出導頻信號的幅度大小，而且通常被檢測的導頻信號是被噪聲淹沒的，“干擾”信號的頻率、數量也不確定，這樣就給導頻信號的檢測帶來了困難。
為了解決這個問題，根據資料顯示，目前采用的有下面幾種方法1)導頻擴頻法該導頻擴頻法采用偽隨機序列碼對導頻進行擴頻，使之鋪滿整個工作頻段，在接收端再用該偽隨機序列碼對導頻進行解擴。由于導頻擴頻后能量分布在整個頻帶，因此對該頻段內的任意一個載波的干擾較小，解擴后導頻的能量也易于檢測。圖2顯示的是導頻擴頻法檢測的頻曲線譜圖。
2)帶外法該帶外法將導頻放在工作頻段之外，因此幅度可以較大，易于檢測。通過在功放后加濾波器將導頻濾掉。圖3顯示的是帶外法檢測的頻曲線譜圖。
3)超外差法該超外差法類似于傳統的超外差接收機，采用混頻器將導頻變換到中頻，經過濾波、中放將導頻信號選頻放大，最后用檢波器檢測出導頻的幅度，超外差法的靈敏度可以做得比較高，因此用這種方法可以將導頻放在工作頻帶內，導頻的抵消程度較好地反映了整個工作頻帶內載波(第一環)或交調(第二環)的抵消程度。圖4顯示的是超外差法檢測的頻曲線譜圖。
雖然以上技術有各自的優點，但它們也有各自比較致命的缺點，使前饋線性功放的技術指標受到各種限制而不能完全滿足我們的要求。
導頻擴頻法的好處是能反映整個工作頻帶內載波(第一環)或交調(第二環)的抵消程度，但它同時也在整個工作頻帶內加上了干擾信號，對每個載波信號都會有干擾，有可能會在通訊中造成高的誤碼率。而且導頻系統構成較復雜，成本高。
帶外法的優點是易于檢測，但要求外加高性能的濾波器，增加了成本，同時對載波也有損耗，帶外法的另一個缺點是因導頻處于工作頻帶外，就要求整個環路的帶寬要增加，這對于主功放、誤差功放等部件來說非常困難，如果環路的帶寬不能做寬或在寬帶情況下平坦度稍差，導頻就不能正確反映環路的抵消狀況，最終會造成前饋功放的交調指標不能滿足要求。圖5顯示了該帶外法檢測時的環路的對消狀況，在導頻點處對消程度最大，偏離導頻越遠對消越差，因此把導頻放在帶外不能在整個工作頻帶內取得最佳的對消效果。
超外差法雖然有靈敏度高等優點，但其致命的弱點是抗干擾能力差，這是因為中頻濾波器不可能做到很窄，矩形系數也有一定的限制，因此當載波靠近導頻時就會對導頻檢測電路產生嚴重的干擾，以至于使電路無法正常工作。
以上方法都采用了導頻，電路比較復雜，對電路的隔離度要求非常高，同時導頻的存在多少也會對輸出譜的純度有一定惡化。
發明內容
本發明的目的是為了克服現有功放輸出失真分量的檢測裝置及其方法的缺點，而提出的一種新的專用于檢測3G(3rd Generation)線性功放失真分量的大小的第三代移動通訊中線性功放輸出失真分量的檢測裝置及其檢測方法，該方法無需采用導頻，從而避免了導頻泄漏、頻帶內不一致等問題，為3G線性功放的自適應提供依據，而且擴大了自適應檢測應用的場所，例如以前無法采用導頻的預失真功放也可以用該方法來檢測功放的失真，從而可以根據檢測到的失真分量進行自適應控制。
為了實現本發明的目的，本發明采取的技術方案是其特征在于，包括一第一耦合器、第一衰減器、第一延遲器、功率放大器、第二耦合器、第三耦合器、第二延遲器、第四耦合器、第五耦合器、誤差功放器、以及窄帶接收機和自動控制器；所述的第一耦合器接收輸入信號，分別輸出到第一衰減器和第一延遲器；第一衰減器的輸出與功率放大器的輸入端連接，功率放大器的輸出與第二耦合器的輸入端連接，第二耦合器分兩路輸出，一路到第二延遲器，另一路到第三耦合器，同時第一延遲器的輸出也送到第三耦合器；第三耦合器輸出的信號經第二衰減器后送到誤差功放器，經誤差功放器輸出到第四耦合器；同時第二延遲器的輸出也到第四耦合器，然后送到第五耦合器輸出；同時，第五耦合器還輸出一路信號到窄帶接收機，經窄帶接收機的窄帶功率檢測后送到自動控制器。
采用上述檢測裝置進行功率失真檢測的方法，其特征在于在線性功放中(包括前饋及自適應預失真功放等)采用窄帶接收機對互調分量直接進行多點的采樣，并根據測量結果和協議的要求對各采樣點分別進行加權處理，提供給自動控制電路作為自適應控制的依據，包括以下步驟a、在功放的輸出端第五耦合器耦合出互調對消后的信號送入窄帶接收機；b、接收機采用跳頻工作方式分別接受功放輸出信號的鄰道、隔道和第二隔道的互調信號，將互調信號的大小轉換成直流信號送給該窄帶接收機；c、接收機通過中頻的多級窄帶濾波器，濾除載波信號，使得檢測到的互調信號不受載波幅度和頻率的影響；d、自動控制電路控制本振源的頻率使得窄帶接收機的接收頻帶落在功放輸出信號的互調分量上。
e、自動控制單元根據該直流信號的大小，來調整第二環路的矢量衰減器的控制信號，將互調分量對消到最小；這個過程在線性功放正常工作時不斷循環、重復，始終保持線性功放輸出最小的互調分量。
上述功率失真檢測的方法，其中，步驟c所述的通過中頻的多級窄帶濾波器，偏離接受的中心頻率為偏離中心頻率2MHz處的頻率。
上述功率失真檢測的方法，其中，步驟c所述的接收機偏離載波的中心頻率可通過控制本振源的頻率來改變。
由于本發明采用了以上的技術方案，取消了導頻，消除了功放輸出中的導頻干擾；簡化了電路，可以降低成本，減少體積，增加產品的可靠性，而且對電路的隔離度要求也大大下降；可直接檢測互調份量，使得控制電路對環路的優化達到最佳。
本發明的特征性能通過以下的附圖和實施例進一步描述。
圖1為現有技術典型的前饋線性功放的結構框圖。
圖2是現有技術導頻擴頻法檢測頻譜曲線圖。
圖3是現有技術帶外法檢測頻譜曲線圖。
圖4是現有技術超外差法檢測頻譜曲線圖。
圖5是現有技術超外差法的功放檢測時的環路對消狀況曲線圖。
圖6是本發明不用導頻的第三代移動通訊中線性功放輸出失真分量的檢測裝置結構框圖。
圖7是本發明檢測裝置在四個頻率采樣點進行檢測的功放輸出頻譜曲線圖。
圖8是本發明檢測裝置在二個頻率采樣點進行檢測的功放輸出頻譜曲線圖。
具體實施例方式
本發明的檢測方法是在線性功放中(包括前饋及自適應預失真功放等)采用窄帶接收機對互調分量直接進行多點的采樣，并根據測量結果和協議的要求對各采樣點分別進行加權處理，提供給自動控制電路作為自適應控制的依據。
請參閱圖6。圖6是本發明不用導頻的第三代移動通訊中線性功放輸出失真分量的檢測裝置結構示意圖。該結構去掉了上述傳統前饋功放中的導頻源和導頻檢測裝置，代之以窄帶接收機對互調分量直接進行多點的采樣，從而根據該互調的大小對環路進行控制。本發明第三代移動通訊中線性功放輸出失真分量的檢測裝置，包括一第一耦合器61、第一衰減器62、第一延遲器63、功率放大器64、第二耦合器65、第三耦合器66、第二延遲器67、第四耦合器68、第五耦合器69、誤差功放器70、第二衰減器71、以及窄帶接收機3和自動控制器4。第一耦合器61接收輸入信號，分別輸出到第一衰減器62和第一延遲器63；第一衰減器62的輸出與功率放大器64的輸入端連接，功率放大器64的輸出與第二耦合器65的輸入端連接，第二耦合器65分兩路輸出，一路到第二延遲器67，另一路到第三耦合器66，同時第一延遲器63的輸出也送到第三耦合器66；第三耦合器66輸出的信號經第二衰減器71后送到誤差功放器70，經誤差功放器70輸出到第四耦合器68；同時第二延遲器67的輸出也到第四耦合器68，然后送到第五耦合器69輸出；同時，第五耦合器69還輸出一路信號到窄帶接收機3，經窄帶接收機3的窄帶功率檢測后送到自動控制器4。
與有導頻的裝置相比，該裝置取消了導頻源、導頻饋入耦合器等部件，使得電路簡化。同時因采用簡單的檢波檢測，對電路的隔離度要求也大大下降。在一些無法使用導頻進行自適應控制的線性功放中，例如預失真的線性功放中也可以使用該方法來進行自適應控制。
本發明的檢測方法是在線性功放中(包括前饋及自適應預失真功放等)采用窄帶接收機對互調分量直接進行多點的采樣，并根據測量結果和協議的要求對各采樣點分別進行加權處理，提供給自動控制電路作為自適應控制的依據，包括以下步驟a、在功放的輸出端第五耦合器69耦合出互調對消后的信號送入窄帶接收機3。
b、接收機3采用跳頻工作方式分別接受功放輸出信號的鄰道、隔道和第二隔道的互調信號，將互調信號的大小轉換成直流信號送給該窄帶接收機3，該窄帶接收機3實際上就是一個超外差的接收機，帶寬為200KHz左右。
c、通過中頻的多級窄帶濾波器，偏離接受中心頻率2MHz處的抑制可以達到80dB，控制本振源的頻率可以改變接收機的接收中心頻率。例如中頻多級窄帶濾波器的中心頻率為Fi，帶寬為Bwi，主功放放大載波的中心頻率為Fc，那么本振Fo的頻率為Fo＝Fi+Fc+Bwi/2+FΔ，FΔ是互調分量相對載波信號的偏移量，在WCDMA體制的功放中偏移量FΔ可以取2MHz～3MHz。
d、根據WCDMA信號的特點，自動控制電路4可以控制本振源的頻率使得窄帶接收機的接收頻帶落在功放輸出信號的互調分量上，如圖7所示(圖7是4載波情況下的功放輸出頻譜圖)。
e、自動控制單元根據該直流信號的大小，來調整第二環路的矢量衰減器的控制信號，將互調分量對消到最小；這個過程在線性功放正常工作時不斷循環、重復，始終保持線性功放輸出最小的互調分量。
請參閱圖7、圖8。圖7是本發明檢測裝置在四個頻率采樣點進行檢測的功放輸出頻譜曲線圖。圖中兩CL1、兩CL2、兩C0、兩CU1、兩CU2之間均表示的是測量帶寬；圖中右上角表示的是測量結果。由于本振的頻率可以非常方便地由自動控制電路進行改變，因此窄帶接收機可以快速地在圖7中的1、2、3、4點(分別間隔5MHz，帶寬200KHz)進行接收采樣，通常第一鄰道(圖7中的“1”點)互調功率最大，第一鄰道的抑制指標是關鍵，但3G通信協議對第一鄰道、第二鄰道甚至遠端的雜散都有明確的規定，如果只測量控制第一鄰道的互調功率，當出現圖8(圖8是在2載波的情況下，功放輸出的頻譜圖)中的情況時，第二鄰道的雜散互調功率就會不受控制地變得很大，使得功放的輸出不滿足協議的要求。因此，考慮到多載波的應用情況，在圖7中采用了4點采樣，將4個點的功率平均處理后送給自動控制單元作為控制環路對消的依據，可以消除頻譜左右不對稱產生的問題。自動控制單元根據該直流信號的大小，來調整第二環路的衰減器71的控制信號D3、D4，使得在第四耦合器68中將互調分量對消到最小，也就是窄帶接收機3送給自動控制單元4的直流信號最小。這個過程在線性功放正常工作時不斷循環、重復，始終保持線性功放輸出最小的互調分量。
本發明為了進一步提高交調改善效果，還可以根據實際的互調測量結果和協議模板中對各鄰道的互調抑制要求，對圖7中1、2、3、4點的采樣值分別進行加權，使得關鍵點的采樣值對控制電路的影響最大，這樣可以讓最臨界的指標留有一定的余量。
權利要求
1.移動通訊中線性功放輸出失真分量的檢測裝置，其特征在于，包括一第一耦合器、第一衰減器、第一延遲器、功率放大器、第二耦合器、第三耦合器、第二延遲器、第四耦合器、第五耦合器、誤差功放器、以及窄帶接收機和自動控制器；所述的第一耦合器接收輸入信號，分別輸出到第一衰減器和第一延遲器；第一衰減器的輸出與功率放大器的輸入端連接，功率放大器的輸出與第二耦合器的輸入端連接，第二耦合器分兩路輸出，一路到第二延遲器，另一路到第三耦合器，同時第一延遲器的輸出也送到第三耦合器；第三耦合器輸出的信號經第二衰減器后送到誤差功放器，經誤差功放器輸出到第四耦合器；同時第二延遲器的輸出也到第四耦合器，然后送到第五耦合器輸出；同時，第五耦合器還輸出一路信號到窄帶接收機，經窄帶接收機的窄帶功率檢測后送到自動控制器。
2.采用權利要求1所述的檢測裝置進行功率失真檢測的方法，其特征在于，在線性功放中采用窄帶接收機對互調分量直接進行多點的采樣，并根據測量結果和協議的要求對各采樣點分別進行加權處理，提供給自動控制電路作為自適應控制的依據，包括以下步驟a、在功放的輸出端第五耦合器耦合出互調對消后的信號送入窄帶接收機；b、接收機采用跳頻工作方式分別接受功放輸出信號的鄰道、隔道和第二隔道的互調信號，將互調信號的大小轉換成直流信號送給該窄帶接收機；c、接收機通過中頻的多級窄帶濾波器，偏離接受中心頻率；d、自動控制電路控制本振源的頻率使得窄帶接收機的接收頻帶落在功放輸出信號的互調分量上；e、自動控制單元根據該直流信號的大小，來調整第二環路的衰減器的控制信號，將互調分量對消到最小；這個過程在線性功放正常工作時不斷循環、重復，始終保持線性功放輸出最小的互調分量。
3.根據權利要求2所述的功率失真檢測的方法，其特征在于，步驟c所述的通過中頻的多級窄帶濾波器，偏離接受的中心頻率為偏離中心頻率2MHz處的頻率。
4.根據權利要求2所述的功率失真檢測的方法，其特征在于，步驟c所述的接收機偏離載波的中心頻率可通過控制本振源的頻率來改變。
全文摘要
本發明移動通訊中線性功放輸出失真分量的檢測裝置和方法，專用于檢測3G(3rd Generation)線性功放失真分量的大小。該裝置的特征是，包括一第一耦合器、第一衰減器、第一延遲器、功率放大器、第二耦合器、第三耦合器、第二延遲器、第四耦合器、第五耦合器、誤差功放器、以及窄帶接收機和自動控制器。本發明的檢測方法是在線性功放中(包括前饋及自適應預失真功放等)采用窄帶接收機對互調分量直接進行多點的采樣，并根據測量結果和協議的要求對各采樣點分別進行加權處理，提供給自動控制電路作為自適應控制的依據。無需采用導頻，從而避免了導頻泄漏、頻帶內不一致等問題，為3G線性功放的自適應提供依據，而且擴大了自適應檢測的場所。
文檔編號H04W52/00GK1468014SQ0211245
公開日2004年1月14日 申請日期2002年7月10日 優先權日2002年7月10日
發明者范江濤, 郭一兵, 蘇永革, 王震, 殷為民, 余星辰 申請人:華為技術有限公司