包絡(luò)追蹤方法、射頻發(fā)射器和通信單元的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及無(wú)線通信技術(shù)，尤其涉及一種包絡(luò)追蹤方法、射頻發(fā)射器和通信單元。
【背景技術(shù)】
[0002]本發(fā)明的可應(yīng)用于RF (Rad1 Frequency,射頻)PA (Power Amplif ier,功率放大器)領(lǐng)域，該射頻功率放大器(RF PA)能夠在無(wú)線通信應(yīng)用中使用。無(wú)線通信系統(tǒng)中有限的可用頻譜的持續(xù)性壓力迫使頻譜效率(spectrally-efficient)線性調(diào)制方案的發(fā)展。由于這些線性調(diào)制方案中許多都存在包絡(luò)波動(dòng)，結(jié)果是傳遞到天線的平均功率遠(yuǎn)低于天線的最大功率，從而導(dǎo)致功率放大器的低效率。特別地，在本領(lǐng)域，已經(jīng)有大量的研究努力致力于發(fā)展高效拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，該高效率拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)能夠在功率放大器的回退(back-off)區(qū)(線性區(qū))提供聞性能。
[0003]線性調(diào)制方案要求已調(diào)制信號(hào)線性放大，以便于最小化來(lái)自頻譜再增長(zhǎng)(re-growth)的不期望的帶外(out-of-band)排放(emiss1ns)。然而,通常RF放大設(shè)備使用的有源器件由自然屬性確定具天生的非線性，僅當(dāng)已消耗DC (Direct Current,直流)功率的小部分轉(zhuǎn)化為RF功率時(shí),放大設(shè)備的轉(zhuǎn)移函數(shù)(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(zhuǎn)換，該低效率的功率轉(zhuǎn)換對(duì)便攜式(用戶)無(wú)線通信單元是不可接受的。此外，低效率對(duì)基站來(lái)目也是問題。
[0004]此外，便攜(用戶)設(shè)備的重點(diǎn)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(shù)用來(lái)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(shù)通常使用來(lái)設(shè)計(jì)線性發(fā)射器，這些線性化技術(shù)例如可以是:迪卡爾反饋(Cartesian Feedback)、前饋(Feed-forward)和適應(yīng)性預(yù)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(shè)備的需求設(shè)置。一般地，PA的最小電壓遠(yuǎn)大于AB類放大器的輸出端設(shè)備的所需電壓。因此，它們不是最有效的放大技術(shù)。由于PA的最小電源電壓(Vmin)需求，發(fā)射器(主要是指PA)的效率由穿過輸出端設(shè)備兩端的電壓，以及穿過任何下拉(pull-down)設(shè)備元件的任何過電壓來(lái)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(diào)幅)元件的更大星群(constellat1n)調(diào)制方案,并真正成為需求。這些調(diào)制方案，例如:16_QAM(Sixteen-bitQuadrature Amplitude Modulat1n, 16位正交幅度調(diào)制)，需要線性PA并且與調(diào)制包絡(luò)波形的高峰值(crest)因子(例如:波動(dòng)程度)有關(guān)。與以前常用的恒定包絡(luò)調(diào)制方案相比，該種調(diào)制方案可以導(dǎo)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(gè)已知技術(shù)，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(shù)以APT (Average Power Tracking,平均功率追蹤)而著稱。使用APT確定已發(fā)送信號(hào)的APL(Average Power Level，平均功率電平)105并將該平均功率電平105應(yīng)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(yīng)用至PA140。這個(gè)信號(hào)然后被應(yīng)用至DC-DC轉(zhuǎn)換器115，并且所得到的(resultant)電壓(輸出電壓)被應(yīng)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(fā)射器)130與PA140耦接，用于將待發(fā)送信號(hào)(I+jQ) 125處理(涉及數(shù)模轉(zhuǎn)換、上變頻等)為RF信號(hào)135之后，應(yīng)用至PA140。該技術(shù)因提供高效率而被熟知，但是信號(hào)追蹤的速度受到限制，因此APT設(shè)計(jì)中通常使用DC-DC轉(zhuǎn)換器以適應(yīng)(accommodate)信號(hào)追蹤。該技術(shù)的一個(gè)公知問題是，當(dāng)PARR (Peak toAverage Power Rat1,峰值平均功率比)回退(back-off)大時(shí)，APT在更高的輸出功率電平上卻以更低的效率動(dòng)作，該技術(shù)是更復(fù)雜調(diào)制方案的主要例子。
[0008]另一個(gè)已知的電源電壓技術(shù)200是ET (Envelope Tracking,包絡(luò)追蹤)，如圖2所示。該技術(shù)涉及調(diào)制射頻功率放大器(RF PA，也可以簡(jiǎn)稱PA)的電源電壓(Vpa)220，以匹配(例如:追蹤)PA240發(fā)送的RF波形的包絡(luò)。通常地，ET系統(tǒng)通過根據(jù)輸入信號(hào)的瞬時(shí)包絡(luò)來(lái)選擇更低的電源電壓，以對(duì)Vpa 220進(jìn)行控制，以便于提高PA的效率。ET系統(tǒng)通常也旨在通過根據(jù)恒定的PA放大增益來(lái)選擇Vpa 220，以提高線性度。數(shù)字(正交)輸入信號(hào)202輸入至RF TX (射頻發(fā)射器)230，該RF TX230的輸出端提供至PA240的輸入功率電平235。同時(shí)，數(shù)字(正交)輸入信號(hào)202應(yīng)用至包絡(luò)探測(cè)器204，該包絡(luò)探測(cè)器204用于確定發(fā)送(例如:radiated)信號(hào)的實(shí)時(shí)(real-time)包絡(luò)，來(lái)自包絡(luò)探測(cè)器204的輸出端的確定的實(shí)時(shí)包絡(luò)信號(hào)輸入至包絡(luò)映射(mapping)模塊210，該包絡(luò)映射模塊210用于確定應(yīng)用至PA240的合適的Vpa220，以便于實(shí)質(zhì)匹配發(fā)送信號(hào)的瞬間實(shí)時(shí)包絡(luò)。包絡(luò)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(shí)地將Vpa220對(duì)齊至通過RFTX230所傳遞的信號(hào)。延遲控制模塊212的輸出輸入至電源電壓調(diào)制器214，該電源電壓調(diào)制器214提供Vpa220以應(yīng)用至PA240。
[0009]使用ET，導(dǎo)致無(wú)線發(fā)射器的瞬時(shí)Vpa220近似地追蹤已發(fā)送的RF信號(hào)的瞬時(shí)包絡(luò)(Envelop，簡(jiǎn)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(shí)允許PA240產(chǎn)生預(yù)期的RF輸出。因此，整個(gè)系統(tǒng)的效率受到電源調(diào)制效率的影響，而電源調(diào)制效率與電源調(diào)制方案、電源電壓范圍、帶寬和PA負(fù)載有關(guān)，其一般導(dǎo)致ET調(diào)制效率對(duì)絕大部分應(yīng)用而言不是足夠高。位于包絡(luò)探測(cè)器204和和電源調(diào)制器214之間的包絡(luò)映射模塊210是最優(yōu)性能(效率、增益、ACP (AdjacentChannel Power,相鄰信道功率))的關(guān)鍵，也是PA240處的RF信號(hào)和Vpa之間的時(shí)間對(duì)準(zhǔn)這一系統(tǒng)性能的關(guān)鍵。
[0010]進(jìn)一步已知的技術(shù)300是將ET與DPD (Digital Pre-distort1n,數(shù)字預(yù)失真)組合，如圖3所示。此處，對(duì)數(shù)字域中的輸入波形/信號(hào)執(zhí)行控制/處理(manipulat1n)，以便于對(duì) PA 非線性(AM-to-AM 和 AM-to-PM, AM 為 Amplitude Modulat1n, PM 為 PhaseModulat1n)影響進(jìn)行補(bǔ)償,從而根據(jù)PA系統(tǒng)的先驗(yàn)信息(pr1r informat1n)或測(cè)量數(shù)據(jù)提高PA輸出的線性度。再一次，數(shù)字(正交)輸入信號(hào)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(shí)，數(shù)字(正交)輸入信號(hào)302應(yīng)用至包絡(luò)探測(cè)器304，該包絡(luò)探測(cè)器304用于確定被發(fā)送(例如:radiated)的信號(hào)的實(shí)時(shí)包絡(luò)，來(lái)自包絡(luò)探測(cè)器304的輸出端的已確定的實(shí)時(shí)包絡(luò)信號(hào)被輸入至包絡(luò)映射模塊310，該包絡(luò)映射模塊310用于確定合適的控制電壓(Vdc) 320以應(yīng)用至PA 340，PA340輸出功率電平325。
[0011]如此，在RF信號(hào)上包絡(luò)追蹤可以與Dro結(jié)合，以提高相鄰信道保護(hù)(AdjacentChannel Protect1n,簡(jiǎn)稱“ACP”)的魯棒性(robustness)。然而，由于ET系統(tǒng)通常采用涉及多個(gè)功能方塊的多芯片形式實(shí)現(xiàn)，該多個(gè)功能方塊是基帶(Baseband，簡(jiǎn)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(shè)備中就不易保證一致的ET系統(tǒng)性能。
[0012]已知的一些其它調(diào)制器方案。例如，使用線性穩(wěn)壓器/調(diào)制器(regulator/modulator)的設(shè)計(jì)，然而盡管該設(shè)計(jì)的信號(hào)追蹤是迅速的但是該設(shè)計(jì)需要承受較差的效率，由于較差的效率，該設(shè)計(jì)很少被用于ET應(yīng)用中，如果該設(shè)計(jì)曾被用于ET應(yīng)用中，也是很罕見的。另一個(gè)例子是混合調(diào)制器(hybrid modulator)，該混合調(diào)制器包括:開關(guān)調(diào)制器和線性放大器。在混合調(diào)制器中，大部分包絡(luò)能量由開關(guān)調(diào)制器傳送，同時(shí)由線性放大器維持包絡(luò)信號(hào)的帶寬。但是，線性放大器需要容納(accommodate)大量的包絡(luò)帶寬并且也需要抑制開關(guān)噪聲，這些要求對(duì)混合調(diào)制效率具有負(fù)面影響。
[0013]Gabriel Montoro 等人的，名稱為 “Slew-rate limited envelopes for drivingenvelope tracking amplifiers”，發(fā)表在西班牙巴賽羅納的加泰羅尼亞理工大學(xué)的《Signal Theory and Communicat1ns》上，描述了在ET路徑里設(shè)置回轉(zhuǎn)速率限制器(slew-rate limiter)的最大值的技術(shù),但是該技術(shù)已經(jīng)被證實(shí)會(huì)在可變負(fù)載的條件下在電源電壓調(diào)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(fā)表在法國(guó)圖盧茲的《the Groupe Integrat1n de Systemesde Gest1n de I’ Energie》上,描述了追蹤原始包絡(luò)信號(hào)的峰值的技術(shù),但是該技術(shù)已經(jīng)被證實(shí)由于信號(hào)輸入步驟使用DC-DC轉(zhuǎn)換器，所以也會(huì)在電源電壓調(diào)制器中弓I入一些延遲和產(chǎn)生少量的帶外排放。
[0015]如此，針對(duì)提高發(fā)射器整體效率(尤其是電源調(diào)制效率)的問題，需要一種更有效率和更經(jīng)濟(jì)的解決方案。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0016]有鑒于此，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種包絡(luò)追蹤方法、射頻發(fā)射器和通信單元，將以更有效率和更加經(jīng)濟(jì)的方式，提高發(fā)射器的整體效率(電源調(diào)制效率)。
[0017]為了解決以上技術(shù)問題，本發(fā)明實(shí)施例提供了如下技術(shù)方案:
[0018]本發(fā)明實(shí)施例提供了一種射頻發(fā)射器，包括:功率放大器和與所述功率放大器耦合的包絡(luò)追蹤系統(tǒng)；所述包絡(luò)追蹤系統(tǒng)包括:
[0019]至少一個(gè)轉(zhuǎn)換率降低模塊，用于根據(jù)多個(gè)輸入采樣的轉(zhuǎn)換率中的最大轉(zhuǎn)換率，重新分配所述多個(gè)輸入采樣的轉(zhuǎn)換率，所述多個(gè)輸入采樣為輸入信號(hào)的包絡(luò)的采樣信號(hào)；以及
[0020]電源電壓調(diào)制器，所述電源電壓調(diào)制器與所述至少一個(gè)轉(zhuǎn)換率降低模塊耦合，用于根據(jù)所述至少一個(gè)轉(zhuǎn)換率降低模塊輸出的重新分配了轉(zhuǎn)換率的包絡(luò)信號(hào)，來(lái)控制所述功率放大器的電源電壓。
[0021]其中，所述電源電壓調(diào)制器包括:直流-直流轉(zhuǎn)換器和線性放大器；
[0022]所述直流-直流轉(zhuǎn)換器耦合在所述至少一個(gè)轉(zhuǎn)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(gè)轉(zhuǎn)換率降低模塊的輸出轉(zhuǎn)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(yīng)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(gè)轉(zhuǎn)換率降低模塊，用于根據(jù)公式:
[0025]vpa0(n-N) = vpa0 (n-N-1) +max[s (I), s (2), s (3),..., s (N)],來(lái)重新分配所述多個(gè)輸入采樣的轉(zhuǎn)換率；
其中，S(I)至S(N)是當(dāng)前輸入采樣和其之后的N-1個(gè)輸入采樣分別相對(duì)于所述當(dāng)前輸入米樣的前一輸入米樣的輸出的轉(zhuǎn)換率，vpa0(n-N)為所述當(dāng)前輸入米樣對(duì)應(yīng)的輸出，所述vpa。(n-N-1)為所述當(dāng)前輸入米樣的前一輸入米樣對(duì)應(yīng)的輸出。<