用于高效和宽带无线电传输器的三相调制制造技术

根据一方面，提供了一种用于传输信号的功率放大的方法，包括：获得具有相位和幅度调制的传输信号；通过基于传输信号利用两个或更多第一放大因子中的一个第一放大因子对第一恒定包络信号进行功率放大，来生成经功率放大的极化信号，以用于近似经功率放大的传输信号；基于传输信号来生成第一功率放大的异相信号和第二功率放大的异相信号的异相对；组合经功率放大的极化信号、第一功率放大的异相信号和第二功率放大的异相信号，以提供经功率放大的传输信号。

Three phase modulation for efficient and broadband radio transmitters

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于高效和宽带无线电传输器的三相调制
本专利技术总体上涉及无线电传输器，并且具体涉及利用开关模式功率放大器的无线电传输器。
技术介绍
在无线电传输器中，传输信号(即正在传输的信号)在射频功率放大器(PA)中被放大，该功率放大器将传输信号放大到适合于通过空中接口传输到无线电接收器的水平。尽管传统的线性功率放大器先前已经在大多数系统中提供了有效的操作，但是采用较宽的调制带宽、较复杂的调制方案和波形以及大规模天线系统的新兴5G系统通常需要使用具有高峰均功率比(PAPR)的传输信号，这导致传统的线性功率放大器(PA)的功率效率低。通过利用高效但非线性的开关模式功率放大器(SM-PA)，可以提高传输器链的效率。高效的极化和异相传输器固有地利用恒定包络调相信号，因此能够采用SM-PA。极化传输器可以通过调制SM-PA的电源电压以生成幅度调制来实现非常高的效率。然而，由于电源调制器的带宽有限，因此所实现的信号带宽也受到限制。另一方面，异相传输器通过利用两个恒定包络信号之间的相位偏移来生成幅度调制。因此，异相将带宽需求移至相位调制器，从而有可能实现较宽的信号带宽。然而，利用开关或D类SM-PA的宽带异相传输器的效率在功率回退方面迅速下降，因此导致高PAPR信号的效率较差。尽管已经表明了多水平异相操作会导致额外的失真，但已经提出了多水平异相作为提高功率回退中传输器异相效率的解决方案。总之，需要一种基于SM-PA的功率放大方案和传输器架构，其将提供高效率并且实现宽带宽操作，而不会明显失真或降低具有高PAPR的传输信号。<br>
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种用于对具有高峰均功率比的传输信号进行功率放大的改进的解决方案。根据本专利技术的一方面，提供了一种如权利要求1所述的方法。根据本专利技术的另一方面，提供了一种如权利要求16所述的装置。根据本专利技术的另一方面，提供了一种如权利要求19所述的装置。根据本专利技术的另一方面，提供了一种如权利要求20所述的计算机程序产品。根据本专利技术的另一方面，提供了一种如权利要求21所述的装置。根据本专利技术的另一方面，提供了一种如权利要求22所述的装置。在从属权利要求中定义了本专利技术的优选实施例。附图说明在下文中，将参考实施例和附图更详细地描述本专利技术，在附图中：图1示出了异相传输器的框图；图2示出了多水平异相传输器的框图；图3示出了根据本专利技术实施例的三相的原理；图4示出了在幅度水平转变附近的多水平异相方法和三相异相方法的时域比较；图5示出了针对多水平异相和三相方法，信号包络幅度作为异相角的函数；图6示出了根据本专利技术实施例的方法的流程图；图7示出了根据本专利技术实施例的方法的流程图；图8示出了根据本专利技术实施例的三相传输器的框图；图9示出了根据本专利技术实施例的方法的流程图；图10示出了根据本专利技术实施例的方法的流程图；以及图11示出了在多水平异相传输器和三相传输器之间的线性性能比较的示例。具体实施方式为了提供本专利技术的实施例的背景，图1示出了根据现有技术的异相传输器。所示的异相传输器100包括同相信号源和正交信号源101、102、连接到所述信号源101、102的两个上采样和低通滤波单元103、104、信号分量分离器单元105、两个相位调制器106、107、两个功率放大器108、109、组合器110和天线111。调制源101、102提供传输信号的同相(I)分量和正交(Q)分量，该传输信号包括要从无线电传输器传输到无线电接收器的信息符号。传输信号可以是数字形式，并且可以是经幅度调制的和经相位调制的。传输信号还可以具有相对高的峰均功率比，因此有必要使用开关模式功率放大器才能实现高效率。然后，将传输信号的I分量和Q分量馈送到上采样和低通滤波单元103、104，并且从上采样和低通滤波单元103、104馈送到信号分量分离器单元105。信号分量分离器单元105基于传输信号的I分量和Q分量来生成极化角(极性相位分量)和异相角。相位调制器106、107生成两个恒定包络信号，并且利用极化角和正异相角调制所述恒定包络信号中的一个恒定包络信号的相位，并且利用极化角和负异相角调制另一恒定包络信号的相位，该负异相角与正异相角的绝对值相等。极化角和异相角的值可以由信号分量分离器105基于传输信号来确定并且提供给相位调制器106、107。两个经相位调制的信号由具有基本相等的增益的功率放大器108、109(优选地开关模式功率放大器)放大。最后，两个经功率放大的相位调制的异相信号由组合器110组合，以为天线111提供传输信号。图1和图2所示的根据现有技术的传输器以及根据本专利技术的实施例的传输器都被配置为主要利用开关模式功率放大器。与传统的线性功率放大器不同，开关模式功率放大器是非线性设备，其在完全导通和非导通状态之间切换，在高耗散转变中花费很少的时间。结果，开关模式功率放大器比传统的线性功率放大器效率高得多，在传统的线性功率放大器中，相当一部分的输入功率不可避免地会损失。然而，由于开关模式功率放大器的非线性性质，它们只能与恒定包络信号一起使用，而不会引起信号失真。因此，许多传统的传输器架构无法支持开关模式功率放大器，并且需要特殊的传输器架构以最佳地利用开关模式功率放大器提供的高效率(理想情况下为100％)。在此和下面的开关模式功率放大器可以是D类、E类、F类或反F类(F-1类)。由于传输器利用了异相的概念，图1的传输器可以利用开关模式功率放大器以高效率提供宽带宽操作。由于该概念在本专利技术的实施例中也部分地起作用，因此将在此详细描述该概念。归一化的经幅度调制和相位调制信号V(t)(也如图1所示)可以以极化形式写为：V(t)＝r(t)cos(ωct+φ(t))，r(t)∈[0，1]，其中ωc是角载波频率，并且r(t)和φ(t)分别对应于复基带数据信号的归一化包络和相位。在异相中，V(t)分为两个恒定包络异相信号S1(t)和S2(t)为：V(t)＝(S1(t)+S2(t))/2，S1(t)＝cos(ωct+φ(t)+θ(t))，S2(t)＝cos(ωct+φ(t)-θ(t))，其中异相信号S1(t)和S2(t)的相位由极化角φ(t)和正/负异相角θ(t)调制。可以使用公知的三角恒等式将组合信号V(t)重写为V(t)＝(S1(t)+S2(t))/2＝cos(θ(t))cos(ωct+φ(t))。该等式揭示了异相的基本性质，即组合的异相信号的幅度由异相角调制。换言之，原始信号的幅度可以通过调制两个异相信号的相位(具体地，异相角)而被调制。从先前的等式可以看出，当异相信号为同相时，获得V(t)的最大包络幅度，而当异相信号为反相时，获得V(t)的最小包络幅度。参考图1，S1(t)由第一相位调制器106提供，并且S2(t)由第二相位调制器107提供，同时组合器110将两个异相信号相加在一起，以为天线111提供经幅度本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于传输信号的功率放大的方法，包括：/n获得具有相位和幅度调制的所述传输信号；/n通过基于所述传输信号利用两个或更多第一放大因子中的一个第一放大因子对第一恒定包络信号进行功率放大，来生成经功率放大的极化信号，以用于近似经功率放大的传输信号；/n基于所述传输信号，生成第一功率放大的异相信号和第二功率放大的异相信号的异相对；以及/n组合所述经功率放大的极化信号、所述第一功率放大的异相信号和所述第二功率放大的异相信号，以提供所述经功率放大的传输信号。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于传输信号的功率放大的方法，包括：
获得具有相位和幅度调制的所述传输信号；
通过基于所述传输信号利用两个或更多第一放大因子中的一个第一放大因子对第一恒定包络信号进行功率放大，来生成经功率放大的极化信号，以用于近似经功率放大的传输信号；
基于所述传输信号，生成第一功率放大的异相信号和第二功率放大的异相信号的异相对；以及
组合所述经功率放大的极化信号、所述第一功率放大的异相信号和所述第二功率放大的异相信号，以提供所述经功率放大的传输信号。


2.根据权利要求1所述的方法，其中生成所述异相对包括：
利用异相角来调制第二恒定包络信号的相位以提供第一异相信号；
利用所述异相角的负值来调制第三恒定包络信号的相位以提供第二异相信号；以及
利用第二放大因子对所述第一异相信号和所述第二异相信号中的每个异相信号进行功率放大，以提供所述异相对。


3.根据权利要求2所述的方法，其中生成所述经功率放大的极化信号包括：
在应用两个或更多第一放大因子中的所述一个第一放大因子之前，利用极化角调制所述第一恒定包络信号的相位以提供极化信号，并且
生成所述异相对进一步包括：
还利用所述极化角调制所述第二恒定包络信号的所述相位；以及
还利用所述极化角调制所述第三恒定包络信号的所述相位。


4.根据任一前述权利要求所述的方法，其中所述两个或更多第一放大因子对应于所述传输信号的两个或更多预定义幅度水平，所述传输信号的所述两个或更多预定义幅度水平对应于所述经功率放大的传输信号的两个或更多预定义幅度水平，并且其中所述两个或更多第一放大因子中的所述一个第一放大因子被选择为使得所述传输信号的对应的预定义幅度水平近似于所述传输信号的所述幅度。


5.根据权利要求4所述的方法，其中所述第二放大因子被定义为使得组合的功率放大的异相信号的幅度总是等于或小于所述经功率放大的传输信号的任何两个相邻的预定义幅度水平之间的间隔，并且其中所述组合的功率放大的异相信号是所述第一功率放大的异相信号和所述第二功率放大的异相信号的组合。


6.根据权利要求5所述的方法，其中所述异相角被选择为使得所述第一异相信号和所述第二异相信号的组合的幅度等于所述传输信号的所述幅度和所述传输信号的所选择的预定义幅度水平之间的差，以实现预定义幅度水平之间的精细幅度分辨率，所述传输信号的所选择的预定义幅度水平对应于两个或更多第一放大因子中的所述一个第一放大因子。


7.根据任一前述权利要求所述的方法，其中所述经功率放大的传输信号当被归一化时由以下等式定义：



其中Amax是所述传输信号的所述预定义幅度水平的数目，ATP(t)是表示所选择的预定义幅度水平的非负整数，其值从0到Amax-1，S0(t)是具有与所述极化信号相对应的相位ωct+φ(t)的第一周期信号，S1(t)是具有与所述第一异相信号相对应的相位ωct+φ(t)+θ(t)的第二周期信号，S2(t)是具有与所述第二异相信号相对应的相位ωct+φ(t)-θ(t)的第三周期信号，ωc是载波频率，φ(t)是所述极化角，并且θ(t)是所述异相角。


8.根据权利要求7所述的方法，其中所述第一周期信号、所述第二周期信号和所述第三周期信号是正弦信号、方波信号或由正弦信号之和所形成的任何信号。


9.根据权利要求7或8所述的方法，其中表示所选择的所述预定义幅度水平的所述非负整数和所述异相角根据以下等式被定义：
ATP(t)＝ceiling(r(t)Amax)-1，
θ(t)＝arccos(r(t)Amax-ATP(t))，
其中ceiling表示上限函数，并且r(t)是所述传输信号的归一化包络幅度。


10.根据权利要求3至9中任一项所述的方法，其中调制所述第一恒定包络信号、所述第二恒定包络信号和所述第三恒定包络信号的所述相位分别由第一数字线性内插相位调制器、第二数字线性内插相位调制器和第三数字线性内插相位调制器执行。


11.根据权利要求3至10中任一项所述的方法，进一步包括：
检测所选择的预定义幅度水平的即将到来的幅度水平转变；
求解所述极化信号的零交叉；以及
基于所述极化信号的所述零交叉，同步所述极化信号的幅度转变与所述即将到来的幅度水平转变。


12.根据权利要求11所述的方法，其中检测所述极化信号的所述零交叉由第一数字内插相位调制器执行，并且同步所述幅度转变由同步部件执行。


13.根据权利要求11或12所述的方法，进一步包括：
响应于检测到所述极化信号的零交叉，其暗示出所选择的预定义幅度水平的幅度水平转变，而在数字内插相位调制器中在两个阶段中执行内插，以产生由所述幅度水平转变引起的π/2相位跃变，其中所述两个阶段包括：
如果幅度水平被检测到在所述幅度水平转变中增加，则将所述第一异相信号和所述第二异相信号的相位内插为刚好在所述幅度水平转变之前与所述极化信号同相，以及刚好在所述幅度水平转变之后彼此反相并且与所述极化信号存在±π/2相位偏移；以及
如果所述幅度水平被检测到在所述幅度水平...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·莱贝格，M·玛特利尤斯，M·科叙南，E·洛维拉托，K·斯塔迪尤斯，J·里纳南，
申请(专利权)人：诺基亚通信公司，
类型：发明
国别省市：芬兰;FI