用于发射机包络延迟校准的方法和系统 |
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申请号 | CN200780004540.5 | 申请日 | 2007-01-08 | 公开(公告)号 | CN101379695A | 公开(公告)日 | 2009-03-04 |
申请人 | 诺基亚公司; | 发明人 | J·玛特罗; | ||||
摘要 | 将包括周期性 波形 的测试 信号 用于收发机前端中的传播延迟匹配,其中周期性波形诸如三 角 波形和 锯齿波 形。将测试信号分别馈送给包络通路和RF通路。在功率 放大器 级,使用 相位 调制器 来获取包络信号和经过相位调制的RF信号,以用于通过IQ解调器的解调。在IQ解调器的输出端,在测量I信号的同时调节延迟 块 ,以改变传播延迟。当传播延迟匹配正确时,I信号的峰间值最小。优选地,在使用测试信号的校准期间,禁用发射机RF 功率放大器 ,使得不会发送乱真信号。发射机可以是EDGE极化发射机、非EDGE极化发射机或者EER极化发射机。 | ||||||
权利要求 | 1.一种用于在具有包络通路和RF通路的RF发射机中的延迟调 节的方法,其中,所述RF发射机具有接收端,用于接收I基带数据 和Q基带数据,并基于接收到的数据提供第一信号和第二信号,其中, 将所述第一信号传送给所述RF通路,从而在所述RF通路的末端获 得代表所述第一信号的经过相位调制的RF信号,以及将所述第二信 号传送至所述包络通路,从而在所述包络通路的末端获得代表所述第 二信号的包络信号,将所述经过相位调制的RF信号提供给功率放大 器的输入以用于发射,将所述包络信号提供给所述功率放大器的电 源,所述方法的特征在于: |
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说明书全文 | 技术领域本发明总体上涉及RF发射机,并且更具体地,涉及在极化发射 机中调节包络通路和RF通路之间的通路延迟差异。 背景技术传统上,直接上变频发射机至少具有I/Q调制器、RF混频器、滤 波器以及功率放大器。I/Q调制器是生成相位调制信号的有效方式。 其基于两个正交的信号,即I(同相)和Q(正交),来产生单个复 数波形。在直接上变频发射机中,I/Q调制器将每个正交输入信号的 频谱变换到RF载波频率。这样,需要两个数模(D/A)转换器来将 数字基带变换为模拟基带。 近年来,其他形式的发射机已经得到了RF R&D团体的注意:为 了降低发射机功耗而使用高频、非线性的功率放大器(包括C型、D 型、E型、F型和饱和B型)的发射机。然而,这些非线性功率放大 器无法在没有频谱增生的情况下通过振幅调制。由此,输入RF信号 只能具有相位调制。振幅调制必须在PA供电中单独引入。 由于振幅和相位的分离,这些类型的发射机架构通常被称为“极 化发射机”,与直接使用I和Q基带信号的笛卡尔发射机相对。在数 字极化发射机中,调制信号被划分为相位调制(PM)分量和振幅调 制(AM)分量。可以通过高频、非线性的发射机链对PM分量进行 放大,而将振幅包络信号(AM)应用于RF功率放大器。由于PM信 号和AM信号被传送给了不同的调制通路,在两个调制通路中具有基 本上相同的传播延迟是很重要的。延迟不匹配增加相邻信道功率 (ACP)。图1a中示出了典型的EDGE(增强数据率GSM演进)极 化发射机。如图所示,使用EDGE调制模块来向IQ-极化转换器提供 经过8PSK(8相移键控)调制的I和Q数字基带数据,在IQ-极化转 换器处,EDGE调制信号被划分为AM分量和PM分量。AM分量在 包络通路中传送,该通路包括数模转换器(DAC)、切换式电源(SMPS) 和低通(LP)滤波器。在包络通路中,AM数据变为提供给线性功率 放大器(PA)的电压形式的包络信号。在本申请中,SMPS充当用于 包络信号的高频放大器。PM分量在相位分量通路中传送,该通路包 括PM-FM块和PLL+FM块。包络通路具有较长的传播延迟,这重要 是由于切换式电源,因此使用相位分量通路中的延迟块来弥补两个通 路之间的传播延迟之间的差异。 在如图1b所示的非EDGE极化发射机中,I和Q数字基带信号 在笛卡尔-极化转换器中被转换为振幅和相位分量。 一种不同的极化发射机是基于包络消除和还原(EER)原理。在 如图1c所示的EER极化发射机中,RF信号由IQ调制器引入,检测 RF信号的包络并将其馈送至包络通路,该通路包括包络检测器、脉 冲宽度调制器(PWM)和放大器A3。从限幅器A1获取只包含PM 的信号,随后通过功率放大器A2对其放大。 在数字极化发射机(例如EGDE极化发射机)中,使包络通路中 的传播延迟与相位分量通路的延迟相匹配是很重要的。对于EDGE来 说,该匹配要求是Ts/128=28.8ns,其中Ts是调制符号时间。如上所 述,延迟不匹配增加相邻信道功率。在现有技术中,已经提出了使用 相邻信道功率测量作为找到正确延迟补偿值的方法。 本发明提供了一种用于执行传播延迟匹配的校准的新方法和系 统。 发明内容本发明将包含周期性波形(例如三角波形或锯齿波形)的测试信 号用于收发机前端中的传播延迟匹配。将相同的测试信号分别馈送给 包络通路和相位调制通路。在功率放大器级,获取包络信号和经过相 位调制的RF信号,从而经由相位调制器将该信号传送给IQ解调器。 IQ解调器通常存在于收发机前端的接收部分。在IQ解调器的输出端, 在测量I信号的同时调节延迟块,以改变传播延迟。当传播延迟匹配 正确时,I信号的峰间值最小。优选地,在使用测试信号校准期间, 禁用发射机RF功率放大器,使得不会发送乱真信号。 根据本发明的延迟调节系统和方法可以应用于EDGE极化发射 机、非EDGE发射机或者基于包络消除和还原原理的极化发射机。 结合附图2至8阅读描述时,本发明将变得清楚。 附图说明图1a示出了现有技术EDGE极化发射机。 图1b示出了具有I和Q基带数据输入的极化发射机。 图1c示出了EER极化发射机。 图2是示出了根据本发明一个实施方式的用于EDGE极化发射机 中AM/PM传播延迟校准的系统的简化框图。 图3是示出了根据本发明另一实施方式的用于EDGE极化发射机 中AM/PM传播延迟校准的系统的简化框图。 图4是示出了根据本发明又一实施方式的用于EDGE极化发射机 中AM/PM传播延迟校准的系统的简化框图。 图5是根据本发明的用作AM/PM传播延迟校准的测试信号的示 例性波形。 图6示出了I信号波形与延迟平衡的曲线图。 图7示出了I信号峰间振幅与延迟平衡的曲线图。 图8是示出了根据本发明的不同实施方式的用于包络跟踪发射机 中的传播延迟校准的系统的简化框图。 具体实施方式如图1a所示,将延迟块部署到相位分量通路中,以补偿包络通 路中较长的传播延迟。本发明提供了一种确定用于延迟块的准确延迟 补偿值的方法和系统。图2中示出了用于确定延迟块的延迟补偿值的 示例性系统。 如图2所示,使用EDGE调制模块100向IQ-极化转换器110提 供经过8PSK调制的I和Q数字基带数据,在IQ-极化转换器110处, EDGE调制信号被划分为AM分量112和PM分量114。在包络通路 中将AM分量112传送至数模转换器(DAC)160,在此将数字AM 分量转换为模拟AM分量162。在经过切换式电源(SMPS)170的转 换之后,低通滤波器180对经过放大的AM分量172进行滤波,使得 在向PA提供电压时将代表AM分量的包络信号182传送至非线性功 率放大器(PA)150。将PM分量114传送至延迟块120,以提供延 迟PM分量122。使用PM-FM块130来将相位调制(PM)信息变为 信号132中的FM信息。通过对发射频率142和参考振荡器144的参 考,使用锁相环路作为合成器140,从而对信号132中的FM信息进 行调制,以提供经过相位调制的RF信号142。在线性功率放大器150 处,通过包络信号182对来自频率合成器140的输出的经过相位调制 的RF信号进一步进行振幅调制,以便在发射端口152处发射。 根据本发明的一个实施方式,收发机前端10包括一组连接在包 络通路中的开关S1A、S1B以及一组连接在PM通路中的开关S2A和 S2B。开关S1B部署在DAC 160和IQ-极化转换器110的AM分量输 出之间。开关S1A部署在DAC 160和用于包络通路的测试信号之间。 开关S2B部署在延迟块120和IQ-极化转换器110的PM分量输出之 间。开关S2A部署在延迟块120和用于PM通路的测试信号之间。用 于包络通路的测试信号和用于PM通路的包络信号是由测试信号源 210生成的。由测试信号源210生成的测试信号212是周期性波形, 诸如三角形波形和锯齿波形。在经过放大器214调节之后,将已调节 波形215传送到求和设备220,在此,可以使用电源200向已调节波 形215提供DC偏移电平。使用分离的放大器216来调节测试信号212, 以提供已调节波形217。图5中示出了用于包络通路的已调节波形215 和用于PM通路的已调节波形217。 在常规调制模式中,开关S1B和S2B接通(ON),以便允许将 AM分量112和PM分量116分别传送至DAC 160和延迟块120。同 时,开关S1A和S2A断开(OFF),以便阻止测试信号进入收发机 前端。 在校准模式中,开关S1B和S2B断开(OFF),同时开关S1A 和S2A接通(ON),从而将测试信号分离地提供给包络通路和PM 通路。两路测试信号都是从公共信号212中得到的。如图5所示,公 共信号212例如是400KhZ锯齿波形。对于包络通路,调节测试信号 从而将信号峰值振幅设置为0.05V,添加0.2V的DC偏移。假设SMPS 170的DC增益基本上等于1。根据频率合成器140来设置用于PM通 路的测试信号的缩放比例和符号。如图5所示,两个通路中的测试信 号符号相反。在校准期间,在测试/控制信号272的控制下通过来自控 制电路270的控制信号274来禁用RF功率放大器150,使得将不会 发送乱真信号。同时,通过来自控制电路270的信号273对晶体管 Q1进行偏压,从而吸收来自SMPS 170的输出的电流。应当注意, SMPS 170在其输出端具有低通滤波器(LPF)180。SMPS和LPF组 合的频率响应取决于来自输出的电流。在常规操作中,确定SMPS/LPF 组合的频率响应的是由RF功率放大器150吸收的电流。在校准模式 中,由于禁用了RF功率放大器150,因此使用晶体管Q1来模仿该过 程。由此,优选地,在延迟校准期望的功率水平上,通过晶体管Q1 的吸收电流值基本上等于RF功率放大器150上使用的平均电流。由 于频率响应影响群延迟,在校准期间具有正确的频率响应是重要的。 在最高功率水平上,SMPS平均电流可以达到1Amp。 为了确定延迟块120的正确的延迟补偿,使用相位调制器250在 接收机的IQ解调器260输入处创建与包络信号相对的PM信号。根 据本发明,传播延迟校准的原理是基于这样的思想:由于来自频率合 成器140的输出的测试PM信号和来自低通滤波器180的输出的测试 包络信号二者通常具有相同的波形,因此在延迟块120的延迟匹配具 有正确的值时,这些测试信号至少部分地相互抵消。两个测试信号的 抵消可以在相位调制器250处完成。例如,相位调制器可以由电阻 R1、电阻R2和变容二极管D1构成。来自频率合成器140的输出RF 信号经由电阻R1耦合至IQ解调器260。变容二极管D1耦合在R1 和地之间。D1电容取决于经由电阻R2馈送的电压。D1电容的改变 导致RF信号相位的改变。由此,可以通过R1、R2和D1的这种布置 实现相位调制器。 IQ解调器260有两个输出:I信号264和Q信号262。为了校准 目的,仅测量I信号264。图6中示出了I信号与延迟平衡的曲线图。 如图所示,当延迟平衡等于0时,I信号的峰间振幅最小。图7 中示出了I信号峰间振幅与延迟平衡的曲线图。在图5到图7中,测 试信号是400kHz的锯齿波形。 由此,根据本发明,将延迟PM测试信号传送至PM-FM块130 以及合成器140,从而使合成器140提供代表PM测试信号的经过相 位调制的RF信号142。在相位调制器250中对经过相位调制的RF信 号142进行第二次相位调制。当存在延迟匹配时,这些操作的总和产 生级联PM的最小值。 通过耦合至相位调制器250的输出的接收前端来测量级联PM信 号的偏差。将接收前端示为IQ解调器260。为了找出延迟匹配,仅 需要监控I信号峰间振幅。对延迟块120中的延迟进行调节,直到达 到了最小峰间I信号值。最后,将正确的延迟值存储在使用等同EGDE 极化发射机的移动终端中。对于较高发射输出功率水平处的延迟校 准,使用具有较高包络测试信号的相同过程。 图3中示出了本发明的另一实施方式。在此实施方式中,控制电 路270通过控制信号275对非线性功率放大器150中最后的RF PA晶 体管(未示出)进行偏置,从而使该最后的RFPA晶体管像有源负载 一样操作。这样,不需要单独的有效载荷晶体管Q1。 应当注意,在图2和图3所示的极化发射机中,将相位调制(在 由PM-FM块130转换为FM之后)应用于频率合成器140。然而, 也可以使用IQ调制器而不是频率合成器来生成经过相位调制的RF 信号。如图4所示,将延迟的PM分量122馈送到极化-IQ转换器310 的相位角。由于PM信号具有恒定的包络,可以将来自电源126的恒 定电压128应用于极化-IQ转换器310的包络输入。将经过转换的I 数据312和Q数据314传送至IQ调制器330,并且IQ调制器330的 输出332耦合至相位调制器250。发射频率由合成器340提供。 本发明已经公开了与EDGE极化发射机相关的多个实施方式。图 2到图4用来示出根据本发明的延迟校准的原理。然而,同样的原理 还适用于非EDGE极化发射机,例如图1b中所示的发射机。根据本 发明的延迟校准原理还适用于如图8所示的包络跟踪发射机。 应当注意,包络跟踪发射机是线性发射机,其中由RF输出信号 包络来调节对RF功率放大器(PA)450的供给电压。这改进了PA 效率。对PA的输入信号是包含振幅和相位调制分量二者的常规调制 RF信号。在PA输入RF信号332和供给电压的包络分量482之间具 有相等的传播延迟是很重要的。 如图8所示,延迟校准系统在一定程度上类似于图4所示的延迟 校准系统。图8所示的前端10和图4所示的前端10之间的主要差别 在于:1)由调制模块400调制的I和Q基带数据402、404直接传送 至RF通路中的IQ调制器320。I和Q基带数据402、404都由延迟 块420延迟,并且由两个分离的数模转换器430、432将其从数字信 号转换为模拟信号;以及2)使用包络检测器410来检测RF信号的 包络,并且将包络信号412传送到包含数模转换器160、SMPS 170 和LPF 180的包络通路。这样,用于RF通路的测试信号217必须首 先由极化-IQ转换器310进行转换。 在常规调制模式中,开关S1B接通(ON),以便允许将包络信 号412馈送给包络通路,并且S2B接通,以便允许将包含振幅和相位 调制分量二者的常规调制的RF信号传送至PA450的输入。同时,开 关S1A和S2A断开(OFF),从而阻止测试信号进入收发机前端。 在校准模式中,开关S1B和S2B断开(OFF),同时开关S1A 和S2A接通(ON),从而将测试信号分离地提供给包络通路和RF 通路。这里,测试信号的相位调制是在极化-IQ转换器310中生成的, 并通过开关S2A传递到延迟块420。校准与结合图2所示的极化发射 机所描述的相同。 本领域的技术人员应当理解到,可以通过电压控制的相位调制器 或者移相器来替换相位调制器250,以执行相位调制功能。而且,由 于为了找出延迟匹配仅对I信号264进行监控,接收机IQ解调器260 不是必需的。例如可以通过混频器来替换IQ解调器,以便将RF信号 下变频为基带信号,以用于峰间振幅监控。用于混频器的本地振荡器 信号例如可以从接收机合成器获取。 由此,尽管已经针对本发明的一个或多个实施方式对本发明进行 了描述,但是本领域的技术人员将会理解,可以对本发明的形式和细 节进行上述的以及各种其他的改变、省略和变形,而并不脱离本发明 的范围。 |