專利名稱：具有分離的同相和正交相位功率放大的移動無線通信設備的制作方法
技術領域：
本發明涉及通信設備領域，更具體地，涉及移動無線通信設備和相關方法。
背景技術：
移動無線通信設備具有高級射頻(RF)處理電路，且典型地利用具有同相(I)和正 交(Q)調制和解調電路的調制方案接收或發送無線電通信信號，該調制和解調器電路有時 會產生與功率放大器的線性問題，且有時會遭遇不良天線匹配。舉例來說，由于功率放大器 的較高非線性，會導致TRP (總輻射功率)的降低且引起諧波干擾問題。于2008年7月15日提交的共同轉讓并待審的專利申請序號No. 12/173，045解決 了這些問題中的一些，且使用具有外殼和安裝在外殼內的天線的移動無線通信設備，其全 部內容通過引用合并于此。射頻(RF)電路承載于外殼內，例如典型地在至少一個電路板 上。射頻(RF)電路包括連接至天線的收發機，通過該天線RF發送和接收通信信號。處理 器與該RF電路進行操作。收發機包括同相和正交(I/Q)調制及功率放大電路，且包括同相 (I)電路，該同相(I)電路具有同相信號輸入和調制混頻器以及接收同相信號并放大同相 信號的功率放大器電路。正交(Q)電路包括正交信號輸入、和調制混頻器、以及接收正交信 號并放大正交信號的功率放大器電路。功率組合器接收分離地放大的同相和正交信號，且 對該信號進行求和并作為組合的I和Q信號進行輸出。在通過引用并入的‘045申請中描述的這種類型的電路提供了一種在每個I和Q 電路中具有相應的功率放大器電路的IQ調制和功率放大電路。該電路允許對任意功率放 大器驅動和/或功率放大器偏壓的更大控制，甚至當使用開環系統或更大或更小的閉環系 統也是如此。對于正交混合功率組合器能夠容忍天線負載阻抗的失配，且對相位和頻率調 制給出更大的反射率(reflectivity)，通過改變每個I和Q電路的功率放大器電路的偏壓， 允許進行高效幅度調制的，并給出了更大的靈活性和電路功能。已經發現，該電路的更大改進是令人期待的，涉及I和/或Q功率放大器的線性 度，以及I和Q幅度和相位不平衡問題。當使用不同的射頻(RF)輸出功率級時，解決I和 Q功率放大器的效率問題也是有利的。文 獻"An Adaptive Digital Method of Imbalances Cancellation inLINC Transmitters，，， IEEE Transactions on Vehicular Technology, IEEEService Center, Piscataway，NJ, US，第 54 卷，第 3 期，2005 年 5 月 1 日(2005-5-1)，第 879-888 頁，ISSN 0018-9545，公開了一種全數字基帶方法，該方法校正主要由于兩個放大器路徑的失配而引 起的LINC發射機中的任何增益和相位不平衡。使用無記憶模式由電平無關復增益表征放 大器的。所述方法使用自適應信號處理技術來獲得最優的復系數以便調整增益和相位的不 平衡。它主要的優點是，能夠跟蹤輸入信號的變化以及適于放大器非線性特性變化。其他 影響也包括在分析中，例如正交調制器和解調器不平衡和回路延遲。WO 96/19063公開了一種平衡LINC放大器的信道的方法，包括通過自適應濾波 (H2)對一個信道執行至少一次預失真的步驟。濾波限制了輸入信號(X，y)與從放大器的輸出信號(S)獲得的相應測量值(χ’，r )之間的誤差。所述方法尤其適合于QAM和OFDM 調制。

發明內容
本發明由獨立權利要求限定。本發明的一些可選特征由從屬權利要求限定。一種通信設備，包括同相(I)電路，具有同相調制器和混頻器電路以及接收數字 基帶I信號并調制和放大該I信號的I功率放大器電路。正交(Q)電路包括正交調制器和 混頻器電路以及接收數字基帶Q信號并調制和放大該Q信號的Q功率放大器電路。功率組 合器接收分離地放大的I和Q信號，并且對將該I和Q信號進行求和并作為組合的I和Q 信號進行輸出。I解調器電路接收從I功率放大器反饋的信號，并解調該反饋信號以產生解 調的I信號。Q解調器電路接收從Q功率放大器反饋的信號，并解調該反饋信號以產生解調 的Q信號。處理器將該數字基帶I和Q信號與解調的I和Q信號進行比較來補償幅度、頻 率和相位調制誤差，其中，I和Q信號輸入與組合的I和Q信號相隔離，以便增強天線匹配 和發送輻射功率(TRP)，并減少來自I和Q功率放大器電路的諧波發射。在一個方面，處理器對饋送至I和Q電路的數字I和Q信號進行預失真以輔助補 償幅度、頻率和相位調制誤差。相應的同相調制器和混頻器電路能接收1_1和I_Q輸入信 號來產生至I功率放大器的I信號，并且正交調制器和混頻器電路接收Q_I和Q_Q輸入信 號來產生至Q功率放大器的Q信號。所述同相調制器和混頻器電路可形成為可接收相應的 1_1和I_Q信號的相應的1_1混頻器和I_Q混頻器，以及用于施加90度相移、與1_1混頻器 和1_9混頻器相關聯的分頻器電路，以及用于接收來自混頻器的信號并產生I信號的I求 和器。所述正交調制器和混頻器電路可形成為接收相應的Q_I和Q_Q信號的相應的Q_I混 頻器和Q_Q混頻器，以及用于施加90度相移、與Q_I混頻器和Q_Q混頻器相關聯的分頻器 電路，以及用于接收來自混頻器的信號并產生Q信號的Q求和器。處理器能夠輸出控制信號，以控制每個功率放大器電路，并控制每個功率放大器 電路中的相應偏置，以及調整相應I或Q信號的幅度。在另一方面，I和Q解調器電路中的 每一個可被形成為，混頻器；以及與所述混頻器相關聯的分頻器，用于施加90度的相移。在另一個方面，I/Q解調器電路可以連接到處理器且接收來自于功率組合器輸出 的信號以輔助確定幅度、頻率和相位調制誤差。功率檢測器可以連接到處理器且接收來自 功率組合器的輸出的信號并輸出與原始功率進行比較的信號以補償幅度誤差。功率組合器 可以被形成為3dB功率組合器。該功率組合器也可以被形成為正交混合功率組合器。在另一方面，移動無線通信設備可以包括所述電路，且被形成為其上承載有天線 和至少一個電路板的外殼。射頻(RF)電路可以由至少一個電路板承載，且被形成為連接到 天線的收發機，通過天線發送和接收RF通信信號。處理器由至少一個電路板承載，且與RF 電路進行操作。該處理器可以是與用于將數字基帶I和Q信號與解調的I和Q信號進行比 較以補償幅度、頻率和相位調制誤差的相同處理器。還闡述了方法方面。


當結合附圖考慮時，根據以下詳細描述其他方面、特征和優點變得顯而易見，其中圖1是配置為手持設備的移動無線通信設備的示例的示意框圖，且示出了作為非 限制性示例其基本內部組件；圖2是圖1中移動無線通信設備的前視圖；圖3是示出了能夠在圖1-2中的移動無線通信設備中使用的基本功能電路組件的 示意框圖；圖4是傳統的同相和正交(I/Q)調制和功率放大電路的框圖，顯示在組合I/Q信 號之后的功率放大電路；圖5是同相和正交調制和功率放大電路的框圖，該電路包括根據上述提到的通過 引用并入的共同轉讓的‘045的專利申請中所描述的電路類型的針對每個同相和正交電路 分離的功率放大電路； 圖6是框圖，如圖所示，示出了與圖5相比的改進的同相和正交調制和功率放大電 路的一部分、并示出了與功能組件相關聯的獲得的數學計算，以及示出了在正交組合器之 后組合信號時的改進，。圖7A和7B是根據非限制性示例的同相和正交調制和功率放大電路的框圖，且示 出了具有反饋和前饋以確保IQ平衡補償的完整的功能電路。
具體實施例方式本發明的描述是參照附圖進行的，在附圖中示出了優選實施例。然而，可以使用許 多不同的實施例，因而所述描述不應視為對于這里所闡述的實施例的限制。更確切地，提供 這些實施例使得本公開是全面并完整的。類似數字始終指代類似的元件。現在將關于圖1-3進行簡要描述，其公開了移動無線通信設備的示例，例如，一個 手持便攜式蜂窩無線電裝置，其可合并各種電路的非限制示例，包括后面描述的改進的同 相和正交調制及功率放大電路。圖1-3代表多種不同類型功能電路組件以及它們的互聯的 非限制性示例，且操作于供合并所述改進、優點和特征的移動無線通信設備的電路使用。首先參照圖1和2，闡述了具有如下所述的改進和優點的手持便攜式蜂窩無線電 裝置等移動無線通信設備20的示例。示例性地，該設備20包括具有上部46和下部47的 外殼21，以及例如由外殼承載的至少一個電介質基板67( S卩，電路板)，例如傳統的印刷電 路板(PCB)基板。大量不同的電路板能夠用于支撐不同的組件。例如，一個電路板可支撐 微處理器和RF組件，另一電路板可被形成為天線電路板，而又一電路板可被形成為用于支 撐不同組件(例如鍵盤)的電路板。相對于其他RF組件，可以將微處理器放置在另一電路 板上。外殼(未詳細示出)典型地覆蓋并封裝各種組件，如一個或多個電路板和一個或 多個天線。外殼包括例如塑料殼體的外殼殼體。根據設計類型，外殼殼體能夠支撐用于前 和后側的分離的外殼蓋。任何類型的外殼或外殼殼體將允許接近任何電路板并支撐一個或 多個電路板以及一個或多個天線。電池開口提供對電池的存取以向設備供電。在一個非限 制示例中，外殼殼體能夠支撐如在其下邊緣處的天線。下文中所使用的術語電路板67可以 指任何介電基板、PCB、陶瓷基板或用于承載移動無線通信設備20內的信號電路和電子組 件的其他電路承載結構。所示的外殼21例如是固定外殼，但應當理解的是，可以使用在許
6多蜂窩和類似電話中典型使用的翻蓋或滑蓋外殼。可以使用具有不同外殼殼體的這些和其 他外殼配置。電路48由電路板67承載，電路48例如是微處理器、存儲器、一個或多個無線收發 機(例如蜂窩、WLAN等)，包括RF電路、包括音頻和電源電路、并且在這一方面包括任何鍵 盤電路。該電路通常還可以被稱作RF電路。應當理解的是，如上所述，本領域技術人員將 認識到，鍵盤電路可以在分離的鍵盤等上。如上所述，所述不同組件還可以分布在一個電路 板上或分布在多個不同電路板中。優選地，電池(未示出)也由外殼21承載，用于向電路 48供電。術語RF電路可以包括可互操作的RF收發機電路，該可互操作的RF收發機電路包 括接收和發送電路以及電源電路，包括充電電路和音頻電路，包括同相和正交電路，該同相 和正交電路包括針對相應的同相和正交電路的相應功率放大器電路。在一方面，音頻輸出換能器49 (例如揚聲器)由外殼21的上部46承載，并連接至 電路48。諸如鍵區(鍵盤)23(圖2)等一個或多個用戶輸入接口設備也優選地由外殼21 承載，并連接至RF電路48。這里所使用的術語鍵區(keypad)也指術語鍵盤(keyboard)， 表示具有字母和/或數字按鍵的公知用戶輸入設備，并且在其他實施例中包括多次敲擊或 預測輸入模式。用戶輸入接口設備的其他示例包括滾輪37和背部按鈕36。當然，應理解的 是，在其他實施例中可以使用其他用戶輸入接口設備(例如觸筆或觸摸屏接口)。天線和相關聯的天線電路45 (圖1)優選地被支撐在外殼內，并且一方面處于外殼 中的下部47，如在外殼殼體的下邊緣上。天線可以形成為構成天線電路的傳導跡線的圖案， 該天線電路在物理上形成天線。天線操作連接至主電路板67上的電路48或其他板上的其 他電路。在一個非限制性示例中，可以在分離的天線電路板或在外殼下部從主電路板延伸 的天線電路板部分上形成天線。如上所述，還可以使用分離的鍵盤電路板。其他電路板可 以用于其他組件。更具體地，用戶通常將握住外殼21的上部，非常靠近他們的頭部，使得音頻輸出 換能器49直接接近耳朵。但是，音頻輸入換能器(即麥克風)所處的外殼21的下部47不 需要被置于直接接近用戶的嘴的位置，并可以遠離用戶的嘴握住該下部47。即將音頻輸入 換能器握在接近用戶的嘴的位置不僅對用戶來說是不舒服的，而且在一些情況下還可能使 用戶的聲音失真。在一些設計中，天線45位于鄰近外殼21的下部47的位置，以使由于用戶的手的 阻擋導致的對天線性能的影響較小。典型地，用戶朝著電話外殼的中上部握住蜂窩電話，因 此，與安裝在鄰近外殼21的下部47的天線相比，用戶更可能將他們的手放在這樣的天線 上。相應地，通過將天線45放置在鄰近外殼21的下部47的位置，可以實現更可靠的性能。這種類型的配置另一優勢在于，可以為要在外殼的上部46承載的一個或多個輔 助輸入/輸出(I/O)設備50提供更多的空間。此外，通過將天線45與輔助I/O設備50分 離，可以使其間的干擾減小。如本領域的技術人員所認識到的，輔助I/O設備50的一些示例包括用于提供 WLAN通信能力的WLAN(例如藍牙、IEEE 802. 11)天線、和/或用于提供定位能力的衛星定 位系統(例如GPS、伽利略等)天線。輔助I/O設備50的其他示例包括第二音頻輸出換 能器(例如，用于揚聲器電話操作的揚聲器)、用于提供數字攝像機能力的攝像機鏡頭、電 子設備連接器(例如，USB、耳機、安全數字(SD)或存儲卡等)。
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應當注意的是，這里用于輔助I/O設備50的術語“輸入/輸出”表示這樣的設備 可以具有輸入和/或輸出能力，并且這樣的設備不需要在所有實施例中既提供輸入能力又 提供輸出能力。這就是說，例如，如攝像機鏡頭之類的設備可以僅接收光學輸入，而耳機插 孔可以僅提供音頻輸出。設備20還示意性地包括例如液晶顯示器(IXD)的顯示器22，由外殼21承載并 連接至電路48。如本領域的技術人員將認識到的，背部按鈕36和滾輪37也可以連接至電 路48，以允許用戶導航菜單、文本等。滾輪37在一些情況下還可以被稱作“姆指輪”或“軌 跡輪”。鍵區23示意性地包括多個多符號按鍵24，其中每個按鍵上均具有多個相應符號 的標記。鍵區23還示意性地包括交替功能鍵25、下一項鍵26、空格鍵27、換檔鍵28、返回 (或輸入)鍵29以及退格/刪除鍵30。在首先按壓或促動交替功能鍵25時，下一項鍵26還用于輸入“*”符號。類似地， 在首先促動交替功能鍵25時，空格鍵27、換檔鍵28和退格鍵30分別用于輸入“0”和“#”。 如本領域技術人員將認識到的，鍵區23還示意性地包括發送鍵31、結束鍵32和快捷(即 菜單)鍵39，用于發出蜂窩電話呼叫。此外，每個按鍵24上的符號被布置在頂行和底行中。當用戶按壓按鍵24而沒有 首先按壓交替功能鍵25時，輸入底行中的符號，而通過首先按壓交替功能鍵來輸入頂行符 號。如圖2所示，多符號按鍵24被布置在發送和結束鍵31、32之下的鍵區23上的前三行 中。此外，每個按鍵24上的字母符號被布置為定義QWERTY布局。鍵區23上的字母以三行 格式呈現，每一行的字母具有與標準QWERTY鍵區相同的順序和相對位置。在該非限制性示例中，每行按鍵(包括第四行功能鍵25-29)被布置成五列。第一、 第二和第三行的第二、第三和第四列中的多符號按鍵24上具有可通過首先促動交替功能 鍵25來訪問的數字標記(即1到9)。如本領域的技術人員將認識到的，結合下一項鍵、空 格鍵和換檔鍵26、27、28(如上所述，在首先促動交替功能鍵25時分別輸入“*”、“0”、“#”)， 該組按鍵定義了在傳統按鍵式電話上可以找到的標準電話鍵區布局。相應地，所述移動無線通信設備20可以有利地不僅用作傳統蜂窩電話，還可以方 便地用于通過蜂窩或其他網絡(如因特網)發送和/或接收數據(如電子郵件數據)。當 然，在其他實施例中也可以使用其他鍵區配置。如本領域的技術人員將認識到的，多次敲擊 或預測輸入模式可以用于鍵入電子郵件等。在一個非限制性方面，優選地，將天線45形成為多頻帶天線，該天線在多個操作 頻率上提供增強的發送和接收特性。更具體地，天線45被設計為提供高增益的、期望的阻 抗匹配，并且在相對寬的帶寬和多個蜂窩頻帶上滿足可應用的SAR要求。作為示例，在一個 非限制性示例中，天線45優選地在五個頻帶上操作，即850MHz全球移動通信系統(GSM)頻 帶、900MHz GSM頻帶、DCS頻帶、PCS頻帶和WCDMA頻帶(即高達約2100MHz)，但是天線45 也可以用于其他頻帶/頻率。為了節省空間，盡管也可以在二維或平面實施例中實現天線 45，但有利地，可以在三維中實現天線45。在一個非限制示例中，天線45是L配置的并位于 支撐殼體的下部或下邊緣。圖1和2所示的移動無線通信設備可以結合電子郵件和消息收發帳戶，并提供如 編寫電子郵件、PIN消息和SMS消息等不同功能。該設備可以通過適當菜單來管理消息，該 適當菜單可以通過選擇消息圖標來檢索。地址簿功能可以添加聯系人、允許管理地址簿、設置地址簿選項以及管理SIM卡電話簿。電話菜單可以允許使用不同電話特征來發出和應答 電話呼叫、管理電話呼叫日志、設置電話選項以及查看電話信息。瀏覽器應用可以允許瀏覽 網頁、配置瀏覽器、添加書簽以及改變瀏覽器選項。其他應用包括任務、備忘錄、計算器、鬧 鐘和游戲、以及具有各種參考的手機選項。可以選擇日歷圖標以進入日歷程序，該日歷程序可以用于建立和管理如會議或約 會等事件。日歷程序可以是任何類型的消息收發程序，或允許組織者建立例如約會或會議 等事件的約會/會議程序。在以下參照圖3的示例中進一步描述了在圖1和2的示例性移動無線通信設備20 中可以使用的各種功能組件的非限制性示例。設備20示意性地包括以虛線輪廓示出的外 殼120、鍵區140和輸出設備160。優選地，所示的輸出設備160是顯示器，該顯示器優選地 是全圖形LCD。備選地，可以使用其他類型的輸出設備。如微處理器之類的處理設備180包 含在外殼120內，并耦合在鍵區140與顯示器160之間。響應于用戶對鍵區140上按鍵的 促動，處理設備180控制顯示器160的操作以及移動設備20的總體操作。外殼120可以垂直伸長，或可以采用其他尺寸和形狀(包括翻蓋式外殼結構)。鍵 區可以包括模式選擇鍵、或用于在文本輸入與電話輸入之間進行切換的其他硬件或軟件。除處理設備180以外，在圖3中示意性示出了移動設備20的其他部分。這些部分 包括通信子系統101 ；短距離通信子系統102 ；鍵區140和顯示器160，以及其他輸入/輸 出設備106、108、110和112 ；以及存儲設備116、118和各種其他設備子系統121。優選地， 移動設備20是具有語音和數據通信能力的雙向RF通信設備。此外，移動設備20優選地具 有經由因特網與其他計算機系統進行通信的能力。由處理設備180執行的操作系統軟件優選地存儲在如閃存存儲器116之類的永 久性存儲器中，但也可以存儲在如只讀存儲器(ROM)或類似存儲元件之類的其他類型的存 儲設備中。此外，可以將系統軟件、專用設備應用或其部分臨時加載入如隨機存取存儲器 (RAM) 118之類的易失性存儲器中。移動設備接收到的通信信號也可以存儲在RAM 118中。除了操作系統功能以外，處理設備180還能夠執行設備20上的軟件應用 130A-130N。可以在制造期間在設備20上安裝控制基本設備操作(如數據和語音通信130A 和130B)的預定應用集合。此外，還可以在制造期間安裝個人信息管理器(PIM)應用。優 選地，PIM能夠組織和管理數據項目，如電子郵件、日歷事件、語音郵件、約會、和任務項目。 優選地，PIM應用還能夠經由無線網絡141發送和接收數據項目。優選地，PIM數據項目經 由無線網絡141與主機系統中存儲的或與主機系統相關聯的、設備用戶的相應數據項目無 縫地集成、同步和更新。可以通過通信子系統101，并可能通過短距離通信子系統來執行包括數據和語音 通信在內的通信功能。通信子系統101包括接收機150、發射機152以及一個或多個天線 154和156。此外，通信子系統101還包括處理模塊，如數字信號處理器(DSP) 158，以及本 地振蕩器(LO) 161。通信子系統101的具體設計和實現方式取決于移動設備20要在其中操 作的通信網絡。例如，移動設備20可以包括通信子系統101，通信子系統101被設計為與 MobitexTM、DataTACTM或通用分組無線業務(GPRS)移動數據通信網絡一起進行操作，還被設 計為與如AMPS、TDMA、CDMA、PCS、GSM等多種語音通信網絡中任一種一起進行操作。移動設 備20還可以與分離的和集成的其他類型的數據和語音網絡一起利用。
網絡接入需求根據通信系統的類型而改變。例如，在Mobitex和DataTAC網絡中， 使用與每個設備相關聯的唯一個人識別號(PIN)在網絡上注冊移動設備。然而，在GPRS網 絡中，網絡接入與設備的訂戶或用戶相關聯。GPRS設備因此需要訂戶識別模塊(通常被稱 作SIM卡)，以便在GPRS網絡上進行操作。當已經完成所需網絡注冊或激活過程時，移動設備20可以在通信網絡141上發送 和接收通信信號。將通過天線154從通信網絡141接收到的信號路由至接收機150，接收機 150提供信號放大、下變頻、濾波、信道選擇等，還可以提供模數轉換。接收信號的模數轉換 允許DSP 158執行更復雜的通信功能，如解調和解碼。采用類似的方式，DSP 158對要發送 至網絡141的信號進行處理(例如，調制和編碼)，然后將其提供至發射機152，以進行數模 轉換、上變頻、濾波、放大并經由天線156發送至通信網絡141 (或網絡)。除了對通信信號進行處理以外，DSP 158提供對接收機150和發射機152的控制。 例如，可以通過在DSP 158中實現的自動增益控制算法來對應用至接收機150和發射機152 中的通信信號的增益進行自適應控制。在數據通信模式中，通信子系統101對如文本消息或下載的網頁等接收信號進行 處理，并將其輸入至處理設備180。然后由處理設備180對接收信號進行進一步處理，以向 顯示器160輸出，或備選地向某個其他輔助I/O設備106輸出。設備用戶還可以使用鍵區 140和/或某個其他輔助I/O設備106 (例如，觸摸板、搖臂開關、姆指輪或某種其他類型的 輸入設備)來編寫如電子郵件消息之類的數據項。然后可以經由通信子系統101在通信網 絡141上發送所編寫的數據項。在語音通信模式中，設備的總體操作實質上上類似于數據通信模式，只是將接收 信號輸出至揚聲器110，并且通過麥克風112產生用于發送的信號。如語音消息記錄子系 統之類的備選語音或音頻I/O子系統也可以在設備20上實現。此外，顯示器160也可以用 在語音通信模式下，例如用于顯示呼叫方身份、語音呼叫持續時間、或其他語音呼叫相關信 肩、ο任何短距離通信子系統可以實現移動設備20與其他鄰近系統或設備(不必是類 似設備)之間的通信。例如，短距離通信子系統可以包括紅外設備及關聯電路和組件、或藍 牙(Bluetooth )通信模塊，以提供與具有類似功能的系統和設備的通信。現在參照圖4，示出了傳統的同相和正交(I/Q)調制和功率放大電路的框圖，該電 路統一以300示出，典型地用在多種不同類型的通信設備中，尤其是低功率移動無線通信 設備。電路300在同相和正交調制、混頻和功率組合之后具有一個功率放大器電路。圖4示出了該傳統I/O調制和功率放大電路300。該電路300具有用于相應的同 相電路302和正交電路304的同相和正交輸入(I)和(Q)，如圖所示，這兩個電路分別包括 數模轉換器(DAC) 310、312，低通過濾器314、316，以及混頻器318、320。本地振蕩器330產 生進入分頻器332中的本地振蕩(LO)信號，如圖所示，分頻器332將獲得的分頻信號傳遞 到相應的混頻器318、320中。分頻器332為I和Q調制提供+45和-45的相位/頻率調整。混頻器318、320的輸出在功率組合器340處組合(或求和)為一個信號，然后在 相應的帶通濾波器342處對該信號進行帶通濾波。一個或多個RF功率放大器形成功率放 大器電路350，用于放大帶通濾波后的信號。然后在低通濾波器352中對放大后的信號進行 濾波。然后將濾波后的信號傳遞到其他RF電路以便進行其他處理，包括作為用于空中信號
10發送的任意發射機電路一部分的天線。圖4示出的調制和功率放大電路300具有與功率放 大器(PA)電路350的線性問題，且需要更靈活的IQ調制方案。當功率放大器電路設計用 于8PSK (相移鍵控)、正交幅度調制(QAM)和類似調制方案時(典型地在一些低功率通信設 備中)，這將會是特別有關系的。傳統電路300也可以具有會降低總輻射功率(TRP)的不良天線匹配，并且由于當 前功率放大器的缺陷而引起低效率，使得很難提高射頻發射機性能和電池壽命。同樣，這種 類型的傳統電路300具有由于功率放大器的較高的非線性引起的諧波問題。例如在大型和 功能強的基站中的一些非常高功率的I/Q調制電路可以使用功率被合并到天線的多個功 率放大器，但這些功率放大器典型地結合復電路特征，例如前饋、反饋、無失真、復混頻和復 功率放大器電路。這些類型的方案對于低功率移動無線通信設備來說不總是足夠的。針對 I/Q調制的一些通信電路結合并行輸出級。這些通常旨在實現任意功率放大器電路的更好 的線性度。并行輸出級有時用于熱控制、增加的功率輸出、信號質量、峰功率提高以及類似 方面。這些電路也存在缺陷并且對于上述的較低功率應用來說是不可靠的或不適合的。圖5是IQ調制和功率放大電路400的框圖，例如包括I/Q信號輸入以及同相電路 402和正交電路404的以上確定的共同轉讓和待審的‘045的申請中所描述的，IQ調制和 功率放大電路400包括相應DAC410、412，LPF 414,416和混頻器418、420的每個I/Q電路 402,404中的基本組件。這些組件類似于圖4中所示的組件，但是根據每個I/Q電路402、 404的改變能夠進行修改使得包括如下所述的功率放大器電路。圖6、7A和7B描述對關于 圖5所描述的電路的改進，描述圖5中的電路之后進行圖6、7A和7B中所示的電路的描述。如圖5所示，每個I/Q電路402、404包括功率放大器電路450a、450b，功率放大器 電路450a、450b僅用于放大相應I/Q電路402、404中的相應I或Q信號。將相應功率放大 器電路450a、450b放置在相應同相和正交電路402、404的每一個中。本地振蕩器430和分 頻器電路432類似于圖4的電路但根據需要進行了修改。在相應混頻器418、420內混頻之 后，在相應帶通濾波器442a、442b中對相應I和Q信號進行帶通濾波，然后通過相應功率 放大器電路450a、450b對其進行功率放大，使得分別對分離的同相和正交信號進行功率放 大，而不是如在圖4電路中，組合之后被放大。然后，在功率組合器460中對相應的I和Q 信號進行功率組合，在低通濾波器462中對獲得的信號進行濾波。該非限制性示例中的該I/Q調制和功率放大電路400使用兩個分離的功率放大器 電路450a、450b，與例如圖4中示出的組合之后放置的更傳統的單個功率放大器電路相比， 具有小于3dB的輸出功率，從而獲得功率放大器電路更好的線性度，而作為非限制性示例， 通過3dB功率組合器460仍然保持相同的輸出功率。該功率組合器460隔離了輸出與輸入， 使得電路400能防止不良天線匹配直接影響功率放大器和射頻(RF)性能。根據如述針對 每個I/Q電路402、404的更高效和更有效的功率放大器電路450a、450b，就可能獲得更長的 電池壽命。由于能夠使用更線性的功率放大器，因此來自功率放大器輸出的諧波發射就更 少。IQ調制可以利用圖5所示的電路來實現，而且數字幅度、頻率和相位調制也可以 采用高效的方式來實現。由于使用與移動無線通信設備相關聯的較小功率放大器電路來實 現期望的輸出功率(例如，大于33dBm)，會出現更好的線性度和增加的功率效率。這種類 型的I/Q調制和功率放大電路400允許更靈活的數字調制以用于具有類似硬件體系結構的
11不同調制方案。也能夠在例如470處的線所示的單個收發機芯片上實現電路400，這歸功 于使用了相應的功率放大器電路450a、450b，與圖4中所示的通常單個功率放大器電路350 相比，發送小于3dB的RF功率。作為非限制性示例，圖5所示的I/Q調制和功率放大電路 400包括3dB功率組合器460 (例如正交混合功率組合器)，且提供一種容易的功率放大器 匹配以便得到更好的輸出功率以及對移動天線阻抗改變不敏感。功率組合器460也使得消 除了偶次發送諧波，然后，將使得任意諧波濾波器的設計更容易，并具有更少的插入損耗和 相關因素。作為一個非限制性的示例，正交混合功率組合器460可使用不同技術來形成，且 典型地將兩個通常是等幅度的、正交相位輸入信號組合成單個輸出信號。該組合器可使用 集總元件電路、帶狀線電路或其他電路。帶狀線電路在那些需要低損耗或高功率或這兩者 的應用中使用。典型地，基礎電路元件是一個3dB 1/4-波耦合器，且形成為四端口網絡。可 以在第二和第三端口之間平均拆分應用于第一端口的信號，第二和第三端口的輸出之一具 有相對90度相移。當第二和第三端口被終止進入匹配阻抗時，典型地，將應用于第一端口 的信號發送給連接到第二和第三端口的負載，使得第四端口接收可以忽略的功率并被“隔 離”。在第二端口的阻抗失配將會從第二端口返回應按比例在第一和第四端口之間拆分的 一些信號功率。即使輸出端口之間的關系保持在90度，也可能改變相對的輸入/輸出相位 調整。可能會形成具有一個或多個環形磁心的集總元件結構。典型地，在集總元件設計中， 插入損耗與網絡中使用的不同組件的Q值相關。然而，在帶狀線組件中，插入損耗是由導體 的阻抗和輸入/輸出端口處的失配損耗以及方向性損壞產生的。圖5中所示的I/Q調制和功率放大電路400克服了與圖4中所示的那種類型的電 路300相關聯的技術缺陷和問題，特別地，利用針對GSM/GPRS/EDGE系統功率的放大器設計 來實現GMSK和8PSK，在電路300中，在功率組合之后僅使用一個功率放大器電路350，。不 同的RF收發機系統具有不同的收發機結構以用于具有IQ調制的數字頻率和相位調制。圖5中，在I和Q電路402、404的每一個中具有相應的功率放大器電路450a、 450b的I/Q調制和功率放大電路400允許對任意功率放大器驅動和/或功率放大器偏置的 更多控制，即使在使用開環系統或是更大的或更小的閉環系統時也是如此。控制器480a、 480b (或控制器)與相應的功率放大器電路450a、450b —起進行操作，并控制增益和其他因 素。控制器480a、480b可以是開環或閉環控制(如每個電路中虛線反饋線所示)。圖5所 示的I/Q調制和功率放大電路400統一了 IQ調制方案與線性/更高效/更高功率需求的 功率放大器設計，使得實現不同類型的數字調制，例如，AM、FM和PM。同樣，可以對圖5所示 的兩個相應的功率放大器電路450a、450b進行校準，以便實現具有低諧波和對天線負載較 小敏感的高線性/效率/的功率放大器設計。在一個非限制性方面，功率組合器460操作為如上所述的3dB正交混合組合器。根 據所述的這種電路設計，可以使用具有30dBm(l瓦特)的輸出功率的兩個功率放大器電路 450a、450b來獲得33dBm。由于功率組合器460而引起的損耗大約為0. 2到0. 3dB，這可使 用一個尖(sharp)低通濾波器462來處理以迫使降低功率放大器的三次諧波。因此，可以 建立具有30dBm輸出的功率放大器電路450a、450b以實現33dBm輸出。典型地，使用3dB 正交混合功率組合器460，可以隔離天線匹配與功率放大器匹配，以便獲得更好的發送輻射 功率(TRP)。因此，天線設計不需要多于一個的饋送端口來合并如前所述的功率組合器。
應當理解，正交混合功率組合器460能容忍天線負載阻抗的失配。同樣，正交混合 給出了對于相位和頻率調制的更大的反射率。因此，通過改變每個同相和正交電路402、404 的功率放大器電路450a、450b的偏置能夠產生高效的幅度調制，并能夠給出更靈活的電路 功能。圖6、7A和7B示出了對于圖5所示的I/Q調制和功率放大電路的改進，其中，相對 于圖5所示的I和Q功率放大器中的每一個改進了線性度。同樣，改善了 I和Q幅度和相 位不平衡問題，且增強了具有不同RF輸出功率級的I和Q功率放大器的效率問題。如前所 述，例如為了預失真的目的，圖5所示的電路包括控制反饋環的控制器480a、480b。圖6、7A 和7B所示的電路對于如何配置示為微處理器和基帶處理器530的控制器以及如何使用電 路以實現更好的控制，提供了更高的效率，而同時也提供了更好的電流感測和受控電源。當 描述這些組件時，參考標記開始于500。圖6示例了一個雙I/Q調制方案。來自功率放大器的信號以更好且更高效的方式 合并，如所示使用復I和Q系數來形成如信號輸入所示的1_1，I_Q，Q_I，和Q_Q信號分量， 使用雙I_Q調制器系統。示意了數學函數。Q_Q信號分量由電路501反轉180度。每個信 號通過相應的低通濾波器502a-d進入混頻器504a-d。電路形成相應的同相調制器和混頻 器電路以及正交調制器和混頻器電路，且形成相應的Q_I混頻器、Q_Q混頻器以及1_1和1_ Q混頻器。將由作為本地振蕩器(L0)503的頻率發生器生成的正弦信號傳遞進入90度分頻 器電路505a、505b，以給如所示的相應1_1，I_Q, Q_I，和Q_Q信號中的每一個添加余弦和正 弦函數90度相移。混頻后，相應信號傳遞到相應的I和Q求和器506a、506b中，且通過相 應的I和Q帶通濾波器510a、510b進入相應的I和Q功率放大器512a、512b。從功率放大 器512a、512b輸出的信號分別通過相應的I和Q功率放大器匹配電路514a、514b，且在3dB 正交組合器520中進行組合。示意了示出進行信號的恰當組合的數學函數。圖6中的雙I/Q調制器電路統一以圖7A和7B的500示出，其是形成統一以525 示出的I和Q調制和功率放大電路的較大電路的一部分，從統一以530示出的微處理器和 基帶處理器接收1_1，I_Q，Q_I，和Q_Q信號作為數字基帶信號(I和Q信號)，其微處理器和 基帶處理器用作控制器且在這里被稱作處理器或控制器。圖7A和7B所示的電路包括針對 I和Q功率放大器512a、512b (也被標識為PA_I和PA_Q)中的每一個的相應的I和Q開關 電源532a、532b。將正交3dB組合器520的輸出輸出到定向耦合器536中，且信號通過低通 濾波器538和連接器540 (在一個當前的非限制性示例中是50-歐姆連接器)輸出。信號 從連接器540進入天線匹配電路542，且作為信號輸出通過天線544發送。接收諸如各種控制信號之類的信號進入開關電源532a、532b，其他信號例如作為 1_1和Q_I傳感器信號反饋給處理器530。開關電源電路532a、532b接收來自所示處理器 530的各種幅度、傳感器和其他相關信號。應當理解，產生來自處理器530的每個I_I，I_Q，Q_I，和Q_Q信號作為數字信號而 生成，且在傳遞到相應的低通濾波器502a-d之前通過相應的數模轉換器550。從處理器530 產生I和Q信號的偏置信號，且分別通過數模轉換器(DAC) 552a、552b并進入相應的I和Q 功率放大器512a、512b以便向放大器提供偏置控制。經由電阻器R和R_det從定向耦合器 536接收功率檢測信號，該信號進入功率檢測器電路556且通過模數轉換器(ADC) 558以便 由處理器530接收。接收來自功率放大器匹配電路514a、514b的信號進入針對相應I和Q解調器電路570a、570b的低通濾波器560a、560b，相應I和Q解調器電路570a、570b分別 包括適合的混頻器572、相移器和分頻器574和低通濾波器576和模數轉換器(ADC) 578以 用于I和Q解調器電路570a、570b中的每一個。信號輸出包括I_IF信號、I_QF信號、Q_IF 信號和Q_QF信號。來自定向耦合器536的信號也通過R_IQ電阻器且通過低通濾波器580 進入另一如所示的IQ解調器582，該解調器包括混頻器584、分頻器586、低通濾波器588和 ADC 590。在運行中，從I_PA(512a)輸出中取出非常小的部分(大約_30dB，或0. 1% )(在 Q_PA(512b)執行相同的操作且I信號作為示例描述)。信號通過低通濾波器560a，且經由 IQ解調器進行解調，在這個示例中，是I解調器570a。解調后的I和Q基帶信號將在相應 的電路576、578進行低通濾波和模數轉換。將這些解調后的數字I和Q信號與到I/Q解調 器500的原始I基帶數字輸出信號的數字I和Q部分進行比較。將檢測到幅度、頻率和相 位調制誤差。在分析誤差消息后，在該示例中對I數字輸出信號進行適當的數字調整。并 且，改善I_PA功率放大器512a的線性度的適當調整可經由至I_PA偏置控制(Bias_I)的 I_am(幅度)信號來進行。幅度調制的進一步調整也可以經由從處理器至I_PA電源電壓 532a的I_AMP信號來進行。關于Q側，可以完成相同操作。為了實現最優且平衡的IQ調制的PA輸出信號，在來自正交組合器520的3dB正 交輸出處添加具有大約20dB耦合因子的定向耦合器518。經由電阻器R將耦合信號劃分為 兩部分。信號的一部分經驗R_det電阻器與功率檢測器電路556的輸入匹配。ADC 558將 檢測器556的模擬輸出A/D轉換成數字信號，且與原始Vramp[ = (I_am+Q_am)/2]進行比 較。通過對I_an^nQ_am(幅度)信號進行預失真來補償幅度誤差，以校正誤差。信號的另 一部分經由電阻器R_IQ與低通濾波器(LPF) 580的輸入進行匹配。低通濾波器580將移除 發送頻率的諧波。第三IQ解調器582對濾波后的信號進行解調。作為輸出的IQ_IF和IQ_ QF信號代表解調后的數字I和Q信號。處理器530將這些信號與原始數字信號I和Q進行 比較。檢測到幅度、相位和頻率誤差。在將數字I和Q信號饋送到D/A轉換器550和IQ調 制器之前，將通過分別對數字I和Q信號進行預失真來校正這些誤差。當然，這與前饋過程 相對應。如前所述，通過使用I和Q PA的512a、512b來替代一個傳統的PA解決方案，開關 電源532a、532b分別用于I和Q PA的512a、512b。I和Q PA的512a、512b消耗大約一半 電流以允許系統使用商業上可用的開關電源532a、532b。I和Q PA的512a、512b將由來自 處理器530的TX_EN信號來控制從而啟動放大器。兩個放大器的電源電壓將由與發送功率 相關的、來自處理器530的TX_PCL信號來設置。輸出功率越高(即，PCL電平越高)，電源 電壓越高，這也與用于放大器偏置設置的I_am*Q_am相對應。通過調整兩個放大器的偏 置和電源電壓，系統將放大器置于DC功率最高效的操作狀態中。從I和Q電源接收進入處 理器的Licensor (傳感器)和Q_I_sens0r信號也用于分別監控流入放大器的電流，以便 對放大器進行更好的偏置控制。回到電源的I_AMP*Q_AMP信號能夠用于(1)模擬和/或 數字幅度調制；(2)功率放大器線性化的預失真；和(3)每個突發期間動態調整電源電壓以 便使得放大器的動態范圍更好。TX_STBY信號用于將開關電源保持在備用模式，以準備下一 次即時傳輸。從前述描述和相關附圖所呈現的教導中受益的本領域技術人員能想到多種修改和其他實施例。因此，應當理解各種修改和實施例意在包括在所附權利要求的范圍內。
權利要求
一種通信設備，包括同相I電路，包括同相調制器和混頻器電路、以及I功率放大器電路，所述I功率放大器電路接收數字基帶I信號，并調制和放大所述I信號；正交Q電路，包括正交調制器和混頻器電路、以及Q功率放大器電路，所述Q功率放大器電路接收數字基帶Q信號，并調制和放大所述Q信號；功率組合器，接收分離地放大的I和Q信號，以及對I和Q信號進行求和，并作為組合的I和Q信號輸出；I解調器電路，接收從I功率放大器反饋的信號，以及解調反饋信號以產生解調后的I信號；Q解調器電路，接收從Q功率放大器反饋的信號，以及解調反饋信號以產生解調的Q信號；以及處理器，將所述數字基帶I和Q信號與解調后的I和Q信號進行比較，以檢測幅度、頻率和相位調制誤差，其中，I和Q信號輸入是與組合的I和Q信號相隔離的，以及所述處理器對反饋給I和Q電路的數字I和Q信號進行預失真，以輔助對幅度、頻率和相位調制誤差的補償。
2.如權利要求1所述的通信設備，其中，所述同相調制器和混頻器電路接收1_1和I_Q 輸入信號，以產生至所述I功率放大器的I信號，所述正交調制器和混頻器電路接收Q_I和 Q_Q輸入信號，以產生至Q功率放大器的Q信號。
3.如權利要求2所述的通信設備，其中，所述同相調制器和混頻器電路包括1_1混頻 器和I_Q混頻器，接收相應的1_1和I_Q信號；分頻器電路，與1_1混頻器和I_Q混頻器相 關聯，用于施加90度相移；以及I求和器，用于接收來自混頻器的信號并產生I信號。
4.如權利要求2所述的通信設備，其中，所述正交調制器和混頻器電路包括Q_I混頻 器和Q_Q混頻器，接收相應的Q_I和Q_Q信號；分頻器電路，與Q_I混頻器和Q_Q混頻器相 關聯，用于施加90度相移，以及Q求和器，用于接收來自混頻器的信號并產生Q信號。
5.如權利要求1的所述的通信設備，其中，所述處理器輸出控制信號，以控制每個所述 功率放大器電路，并控制每個功率放大器電路中的相應偏置，以及調整相應I和Q信號的幅 度。
6.如權利要求1的所述的通信設備，其中，I和Q解調器電路中的每一個均包括混頻 器；以及與所述混頻器相關聯的分頻器，用于施加90度相移。
7.如權利要求1的所述的通信設備，還包括連接至處理器的I/Q解調器電路，接收來 自于功率組合器輸出的信號，以輔助確定幅度、頻率和相位調制誤差。
8.如權利要求1的所述的通信設備，還包括連接至處理器的功率檢測器，接收來自于 功率組合器輸出的信號，并輸出與原始功率進行比較的信號，以補償幅度誤差。
9.如權利要求1的所述的通信設備，其中，所述功率組合器包括大約3dB功率組合器。
10.如權利要求1的所述的通信設備，其中，所述功率組合器包括正交混合功率組合o
11.如權利要求1的所述的通信設備，還包括外殼；由外殼承載的天線；至少一個電路板，由外殼承載并包括可由至少一個電路板承載的射頻RF電路，所述 射頻RF電路包括連接至所述天線的收發機，通過所述天線發送和接收RF通信信號；以及處 理器，由至少一個電路板承載，并與RF電路一起進行操作，其中，所述收發機還包括同相和 正交I/Q調制和功率放大電路，所述同相和正交I/Q調制和功率放大電路包括所述同相I 電路、所述正交Q電路、所述功率組合器、或者所述I解調器電路和所述Q解調器電路。
12. —種操作移動無線通信設備的方法，包括提供外殼；安裝在外殼內的天線；至少一個電路板，由外殼承載并包括由至少一個電 路板承載的射頻RF電路，所述射頻RF電路包括連接至所述天線的收發機，通過所述天線發 送和接收RF通信信號；在同相I電路和在正交Q電路中處理RF通信信號，所述同相I電路包括同相調制器 和混頻器電路；以及I功率放大器電路，接收數字基帶I信號并調制和放大該I信號，所述 正交(Q)電路包括正交調制器和混頻器電路；以及Q功率放大器電路，接收數字基帶Q信 號并調制和放大該Q信號；對分離地放大的I和Q信號進行功率組合；接收從I功率放大器反饋的信號，并解調反饋信號以產生解調后的I信號； 接收從Q功率放大器反饋的信號，并解調反饋信號以產生解調后的Q信號； 在處理器內將數字基帶I和Q信號與解調后的I和Q信號進行比較，以檢測幅度、頻率 和相位調制誤差，其中，I和Q信號輸入與組合的I和Q信號相隔離，以及對反饋給I和Q電 路的數字I和Q信號進行預失真，以輔助對幅度、頻率和相位調制誤差的補償。
全文摘要
本發明提供了一種通信設備，在一個方面作為一種便攜無線通信設備，包括同相調制器和功率放大器，接收基帶I信號并調制和放大該I信號。正交調制器和功率放大器，接收基帶Q信號并調制和放大該Q信號。功率組合器，對I和Q信號進行求和并輸出。I解調器電路，接收從I功率放大器反饋的信號并解調該反饋信號以產生解調后的I信號。Q解調器電路，接收從Q功率放大器反饋的信號并解調該反饋信號以產生解調后的Q信號。處理器，比較該數字基帶I和Q信號與解調后的I和Q信號，以便補償幅度、頻率和相位調制誤差。
文檔編號H04L27/36GK101895490SQ20101018091
公開日2010年11月24日 申請日期2010年2月20日 優先權日2009年2月19日
發明者喬治·索利曼·曼科魯斯, 佩里·亞爾穆西澤斯基, 奧萊克西·克拉韋茨, 朱里中, 納古拉·薩爾馬·桑格里, 肯特·A·尼科爾森, 麥克爾·斯蒂芬·科里根 申請人:捷訊研究有限公司