包絡追蹤方法、射頻發射器和通信單元的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及無線通信技術，尤其涉及一種包絡追蹤方法、射頻發射器和通信單元。
【背景技術】
[0002]本發明的可應用于RF (Rad1 Frequency,射頻)PA (Power Amplif ier,功率放大器)領域，該射頻功率放大器(RF PA)能夠在無線通信應用中使用。無線通信系統中有限的可用頻譜的持續性壓力迫使頻譜效率(spectrally-efficient)線性調制方案的發展。由于這些線性調制方案中許多都存在包絡波動，結果是傳遞到天線的平均功率遠低于天線的最大功率，從而導致功率放大器的低效率。特別地，在本領域，已經有大量的研究努力致力于發展高效拓撲結構，該高效率拓撲結構能夠在功率放大器的回退(back-off)區(線性區)提供聞性能。
[0003]線性調制方案要求已調制信號線性放大，以便于最小化來自頻譜再增長(re-growth)的不期望的帶外(out-of-band)排放(emiss1ns)。然而,通常RF放大設備使用的有源器件由自然屬性確定具天生的非線性，僅當已消耗DC (Direct Current,直流)功率的小部分轉化為RF功率時,放大設備的轉移函數(transfer funct1n)才可能接近于一條直線，也就是類似于理想線性放大器的情形。這種操作模式提供低效率的DC至RF功率轉換，該低效率的功率轉換對便攜式(用戶)無線通信單元是不可接受的。此外，低效率對基站來目也是問題。
[0004]此外，便攜(用戶)設備的重點是增加電池壽命。為了獲得線性度和效率，所謂的線性化(linearisat1n)技術用來提高高效率類別放大器(more efficient amplifierclasses)的線性度，高效率類別放大器例如是AB類放大器、B類放大器或者C類放大器。存在的多種多樣的線性化技術通常使用來設計線性發射器，這些線性化技術例如可以是:迪卡爾反饋(Cartesian Feedback)、前饋(Feed-forward)和適應性預失真(AdaptivePre-distort1n)。
[0005]線性(例如:AB類)放大器輸出端的電壓通常按照最終RF功率放大(PA)設備的需求設置。一般地，PA的最小電壓遠大于AB類放大器的輸出端設備的所需電壓。因此，它們不是最有效的放大技術。由于PA的最小電源電壓(Vmin)需求，發射器(主要是指PA)的效率由穿過輸出端設備兩端的電壓，以及穿過任何下拉(pull-down)設備元件的任何過電壓來決定。
[0006]為了增加上行傳輸通信信道(transmituplink communicat1n channels)的比特率(bit rate),正在研究使用AM (Amplitude Modulat1n,調幅)元件的更大星群(constellat1n)調制方案,并真正成為需求。這些調制方案，例如:16_QAM(Sixteen-bitQuadrature Amplitude Modulat1n, 16位正交幅度調制)，需要線性PA并且與調制包絡波形的高峰值(crest)因子(例如:波動程度)有關。與以前常用的恒定包絡調制方案相比，該種調制方案可以導致功率效率和線性度的顯著降低。為了幫助克服這樣的功率和線性度問題，多種解決方案得以提出。
[0007]一個已知技術，如圖1中框圖100所示，涉及控制提供給PA140的Vpa(電源電壓)120,圖示技術以APT (Average Power Tracking,平均功率追蹤)而著稱。使用APT確定已發送信號的APL(Average Power Level，平均功率電平)105并將該平均功率電平105應用至APT-Vpa (平均功率追蹤至電源電壓)映射模塊110，APT-Vpa映射模塊110基于該確定的平均功率電平105，確定Vpal20以應用至PA140。這個信號然后被應用至DC-DC轉換器115，并且所得到的(resultant)電壓(輸出電壓)被應用至PA140以作為PA140的電源電壓(Vpa) 120。圖1中的RF TX(RF Transmitter，射頻發射器)130與PA140耦接，用于將待發送信號(I+jQ) 125處理(涉及數模轉換、上變頻等)為RF信號135之后，應用至PA140。該技術因提供高效率而被熟知，但是信號追蹤的速度受到限制，因此APT設計中通常使用DC-DC轉換器以適應(accommodate)信號追蹤。該技術的一個公知問題是，當PARR (Peak toAverage Power Rat1,峰值平均功率比)回退(back-off)大時，APT在更高的輸出功率電平上卻以更低的效率動作，該技術是更復雜調制方案的主要例子。
[0008]另一個已知的電源電壓技術200是ET (Envelope Tracking,包絡追蹤)，如圖2所示。該技術涉及調制射頻功率放大器(RF PA，也可以簡稱PA)的電源電壓(Vpa)220，以匹配(例如:追蹤)PA240發送的RF波形的包絡。通常地，ET系統通過根據輸入信號的瞬時包絡來選擇更低的電源電壓，以對Vpa 220進行控制，以便于提高PA的效率。ET系統通常也旨在通過根據恒定的PA放大增益來選擇Vpa 220，以提高線性度。數字(正交)輸入信號202輸入至RF TX (射頻發射器)230，該RF TX230的輸出端提供至PA240的輸入功率電平235。同時，數字(正交)輸入信號202應用至包絡探測器204，該包絡探測器204用于確定發送(例如:radiated)信號的實時(real-time)包絡，來自包絡探測器204的輸出端的確定的實時包絡信號輸入至包絡映射(mapping)模塊210，該包絡映射模塊210用于確定應用至PA240的合適的Vpa220，以便于實質匹配發送信號的瞬間實時包絡。包絡映射模塊210的輸出輸入至延遲控制模塊212，該延遲控制模塊212及時地將Vpa220對齊至通過RFTX230所傳遞的信號。延遲控制模塊212的輸出輸入至電源電壓調制器214，該電源電壓調制器214提供Vpa220以應用至PA240。
[0009]使用ET，導致無線發射器的瞬時Vpa220近似地追蹤已發送的RF信號的瞬時包絡(Envelop，簡稱ENV)。這樣，由于PA240中的功率損耗與PA240的電源電壓和輸出電壓之間的差值成比例，因此ET可以提供PA效率的增加,熱損耗(heat dissipat1n)的降低,線性度的提高和最大輸出功率225的增加，同時允許PA240產生預期的RF輸出。因此，整個系統的效率受到電源調制效率的影響，而電源調制效率與電源調制方案、電源電壓范圍、帶寬和PA負載有關，其一般導致ET調制效率對絕大部分應用而言不是足夠高。位于包絡探測器204和和電源調制器214之間的包絡映射模塊210是最優性能(效率、增益、ACP (AdjacentChannel Power,相鄰信道功率))的關鍵，也是PA240處的RF信號和Vpa之間的時間對準這一系統性能的關鍵。
[0010]進一步已知的技術300是將ET與DPD (Digital Pre-distort1n,數字預失真)組合，如圖3所示。此處，對數字域中的輸入波形/信號執行控制/處理(manipulat1n)，以便于對 PA 非線性(AM-to-AM 和 AM-to-PM, AM 為 Amplitude Modulat1n, PM 為 PhaseModulat1n)影響進行補償,從而根據PA系統的先驗信息(pr1r informat1n)或測量數據提高PA輸出的線性度。再一次，數字(正交)輸入信號302通過DH)模塊326輸入至RFTX330, RF TX330的輸出端提供至PA340的輸入功率電平335。同時，數字(正交)輸入信號302應用至包絡探測器304，該包絡探測器304用于確定被發送(例如:radiated)的信號的實時包絡，來自包絡探測器304的輸出端的已確定的實時包絡信號被輸入至包絡映射模塊310，該包絡映射模塊310用于確定合適的控制電壓(Vdc) 320以應用至PA 340，PA340輸出功率電平325。
[0011]如此，在RF信號上包絡追蹤可以與Dro結合，以提高相鄰信道保護(AdjacentChannel Protect1n,簡稱“ACP”)的魯棒性(robustness)。然而，由于ET系統通常采用涉及多個功能方塊的多芯片形式實現，該多個功能方塊是基帶(Baseband，簡稱BB)、模擬基帶、RF接收器、功率管理器和PA中的模塊，因此使用硬件，在所有的設備中就不易保證一致的ET系統性能。
[0012]已知的一些其它調制器方案。例如，使用線性穩壓器/調制器(regulator/modulator)的設計，然而盡管該設計的信號追蹤是迅速的但是該設計需要承受較差的效率，由于較差的效率，該設計很少被用于ET應用中，如果該設計曾被用于ET應用中，也是很罕見的。另一個例子是混合調制器(hybrid modulator)，該混合調制器包括:開關調制器和線性放大器。在混合調制器中，大部分包絡能量由開關調制器傳送，同時由線性放大器維持包絡信號的帶寬。但是，線性放大器需要容納(accommodate)大量的包絡帶寬并且也需要抑制開關噪聲，這些要求對混合調制效率具有負面影響。
[0013]Gabriel Montoro 等人的，名稱為 “Slew-rate limited envelopes for drivingenvelope tracking amplifiers”，發表在西班牙巴賽羅納的加泰羅尼亞理工大學的《Signal Theory and Communicat1ns》上，描述了在ET路徑里設置回轉速率限制器(slew-rate limiter)的最大值的技術,但是該技術已經被證實會在可變負載的條件下在電源電壓調制器中弓I入一些延遲和帶外排外。
[0014]Albert Cesari 等人的，名稱為 “A DSP structure authorizingreduced-bandwidth DC/DC Converters for Dynamic Supply of RF Power Amplifiers inWideband Applicat1ns，，,發表在法國圖盧茲的《the Groupe Integrat1n de Systemesde Gest1n de I’ Energie》上,描述了追蹤原始包絡信號的峰值的技術,但是該技術已經被證實由于信號輸入步驟使用DC-DC轉換器，所以也會在電源電壓調制器中弓I入一些延遲和產生少量的帶外排放。
[0015]如此，針對提高發射器整體效率(尤其是電源調制效率)的問題，需要一種更有效率和更經濟的解決方案。

【發明內容】

[0016]有鑒于此，本發明實施例提供了一種包絡追蹤方法、射頻發射器和通信單元，將以更有效率和更加經濟的方式，提高發射器的整體效率(電源調制效率)。
[0017]為了解決以上技術問題，本發明實施例提供了如下技術方案:
[0018]本發明實施例提供了一種射頻發射器，包括:功率放大器和與所述功率放大器耦合的包絡追蹤系統；所述包絡追蹤系統包括:
[0019]至少一個轉換率降低模塊，用于根據多個輸入采樣的轉換率中的最大轉換率，重新分配所述多個輸入采樣的轉換率，所述多個輸入采樣為輸入信號的包絡的采樣信號；以及
[0020]電源電壓調制器，所述電源電壓調制器與所述至少一個轉換率降低模塊耦合，用于根據所述至少一個轉換率降低模塊輸出的重新分配了轉換率的包絡信號，來控制所述功率放大器的電源電壓。
[0021]其中，所述電源電壓調制器包括:直流-直流轉換器和線性放大器；
[0022]所述直流-直流轉換器耦合在所述至少一個轉換率降低模塊和所述線性放大器之間，用于將所述至少一個轉換率降低模塊的輸出轉換后提供給所述線性放大器；
[0023]所述線性放大器，用于生成應用至所述功率放大器的所述電源電壓。
[0024]其中，所述至少一個轉換率降低模塊，用于根據公式:
[0025]vpa0(n-N) = vpa0 (n-N-1) +max[s (I), s (2), s (3),..., s (N)],來重新分配所述多個輸入采樣的轉換率；
其中，S(I)至S(N)是當前輸入采樣和其之后的N-1個輸入采樣分別相對于所述當前輸入米樣的前一輸入米樣的輸出的轉換率，vpa0(n-N)為所述當前輸入米樣對應的輸出，所述vpa。(n-N-1)為所述當前輸入米樣的前一輸入米樣對應的輸出。<