前馈型线性功放寻优模型自适应对消控制方法和装置

摘要

一种前馈型线性功放寻优模型自适应对消控制方法和装置。该方法定时采集前馈型线性功放当前工作状态；对采集量进行电压到功率的变换；按照先主环调节后误差环调节、先相位差调整后幅度差调整顺序依次进行调控；与参数变更前比较，判定步进调整方向；在寻优数学模型的两个方向寻找更优点；进行控制补偿，并对整个频谱进行扫描，直至效果最佳。其装置由DSP芯片13、RF采集点14、控制信号15、DAC16、ADC17、存储器18、19、SPI总线20、EEPROM21、逻辑电路22、电源模块23、JTAG接口24，以及相应的控制软件构成。本发明能准确寻找到电调移相器和电调衰减器的最优工作点，并快速使其稳定，达到对互调信号的最优对消效果，且检测灵敏度高，系统简单，易于操作。

说明书

所属技术领域

本发明涉及一种用于无线通信领域的前馈型线性功率放大器的对消控制方法和装置，具体涉及一种采用寻优数学模型自适应算法的前馈型线性功率放大器的对消控制方法和装置。

背景技术

采用线性化技术提高功率放大器的线性是设计、生产功放的常用技术措施之一，而前馈技术则是目前线性功率放大器设计、生产所采用的主流技术。该技术从其输出中提取互调失真信号并将其与反相的输出信号混合，从而达到抵消失真信号，改进C/I之目的。参见图1，RF输入信号被功分器1分配后分别加到主路径节点NA和子路径节点NA′。主路经输入信号由主功放2放大，其输出信号包含除RF信号之外的互调失真信号，该信号经延时线4、电调衰减器5、电调移相器6进行信号幅度和相位的调整/控制，在合路器7与主路径定向耦合器3所耦合的信号进行合路(对消、抵消)，在NC点得到互调失真频谱信号，该环路称为主环调节环路；其电调衰减器8、电调移相器9调整/控制来自信号合路器7的互调失真信号，使功放10的输出信号电平与由主功放2输出的互调失真信号幅度相等、相位相差NTI(N为奇数)，其第二延时线11延迟主路径的放大信号，以使该延迟信号和误差放大器10的输出信号同时到达功率组合器12，以消除互调信号，产生最终输出信号，该环路称为误差环调节环路。

在目前所公开的前馈型线性功放技术中，尚存在某些弊端。例如：一种采用导频跟踪的自适应对消控制方法(US6081156专利)，该方法实际操作性较差，其线性改善指标不理想；一种增加新载频对消环自适应对消控制方法(US439618专利)，该方法检测灵敏度较低，系统复杂，实现难度大；一种误差环自适应对消控制方法(02112416专利)，该方法由于以采样电压而非采样功率为判据并采用先调谐幅度差、后调谐相位差的方式以及缺乏对对消结果的评估措施，因此难以达到对互调信号的最佳抵消效果。

发明内容

本发明的目的是提供一种采用寻优数学模型自适应算法的前馈型线性功放对消控制方法和装置。该方法和装置采用数字下变频技术和寻优数学模型自适应算法，以互调信号功率为判据，按照先对前馈型线性功放的主环进行调节后对误差环进行调节、先相位参数调整后幅度参数调整的实际仿真顺序，快速、简易、而准确地寻求最佳对消控制点，并根据“二维参数调整呈凹函数且最小值两边自变域内呈单调函数”的性质对对消效果进行实时评估，最终寻找到电调移相器和电调衰减器的最优工作点，并快速使其稳定，达到对互调信号的最优对消效果，从而有效克服目前所采用的前馈线性功率放大器技术所存在的上述种种弊端。

本发明的上述目的是通过采用以数字处理芯片为核心的硬件和相应的控制软件来实现的，其所有操作均由数字处理芯片及其辅助器件以及相应的最佳控制点寻优程序完成。其中，硬件部分由DSP芯片(13)、RF采集点(14)、控制信号(15)、模数变换器(16)、数模变换器(17)、存储器(18、19)、SPI总线(20)、EEPROM(21)、逻辑电路(22)、电源模块(23)、JTAG接口(24)等12部分构成。其工作过程为：由DSP芯片(13)采集特定的RF信号(14)来获得前馈型线性功放的当前工作状态，即两个环路的抵消效果，并根据需要产生一定的输出信号(15)，通过调节前馈型线性功放的主环和误差环的电调移相器和电调衰减器来控制RF环路，其RF电路接口的所有信号都经过模数变换器(16)和数模变换器(17)进行转换，其程序及其运行数据由静态存储器(18)和(19)予以保存，通过SPI总线20所扩充的EEPROM(21)用以保证程序运行的关键数据在关机后不致丢失，其复杂可编程逻辑器件CPLD(22)提供系统所需要的各种选通和逻辑信号，由电源模块(23)提供工作电压，其CPLD和DSP的JTAG接口(24)通过外壳上的工艺口连到外部，以保证能在不用开启线性功放盒体的情况下升级这些器件内的程序。其软件部分的工作流程是：①、对馈型线性功放的当前工作状态进行定时采集；②、对采集量进行电压到功率的变换，并以互调信号功率作为判据；③、按照先对馈型线性功放的主环进行调节后对误差环进行调节、先相位参数调整后幅度参数调整的实际仿真顺序，分别进行1到几个步进的调整；④、适时与参数变更之前进行比较，以判定步进调整方向；⑤、适时在两个方向分析并寻找更优点；⑥、进行控制补偿，直至效果最佳。通过上述工作过程，最终寻找到电调移相器和电调衰减器的最优工作点，并快速使其稳定，达到对互调信号的最优对消效果。

上述技术方案进一步包括：若不是初次调整，则判定其检测对消效果是否满足门限要求；若满足对消门限，还需要进一步对整个频谱进行扫描，以判定是结束进程还是进行进一步的调整；当判定所检测到的互调信号功率增加时，则反映对消效果变差，其控制量应向相反方向变化，反之，则反映对消效果变好，其控制量应继续向该方向变化，直至寻找到某一点，在该点向两个方向变化时，其检测效果均变差为止，则该点即为最佳控制点；采集不同频率点的功率值，采用数字下变频技术，在中频对所提取的相应功率值进行判断，并针对所识别出的不同的信号类型及中心频率，确定其对消效果的检测位置；为快速达到最佳控制效果，应先固定幅度电平偏差ΔA，调整相位角度电平偏差ΔΦ，即先从寻找相位参数最佳点开始；

在首次调节时应先从主环路入手，当主环路调节完毕后，再进行误差环路调节，但在已经调节过一次后其互调又进一步恶化的情况下，可先调节误差环路，当达不到指标时，再进行主环路的调节；应循环两次寻优过程寻求其最佳控制点，即：在调整ΔΦ之前，先固定ΔA并使ΔΦ等于零，此时函数在最优点附近斜率最大，能容易找出最优点，以保证对每一参量的寻优均在另一参量调整相对较佳的情况下进行，从而充分保证其寻优效果。

本发明由于采用了二维参数寻优数学模型、数字下变频和数字处理技术，以互调信号功率为判据，按照先主环调节后误差环调节、先相位参数调整后幅度参数调整的实际仿真顺序，并根据“二维参数调整呈凹函数且最小值两边自变域内呈单调函数”的性质对对消效果进行实时评估，因而能够收到快速而准确地寻求最佳对消控制点，检测灵敏度高，系统简单，实现难度小，实际操作性强，软件升级容易，线性指标改善理想的有益效果。

附图简要说明

图1的方框图为公知技术的前馈型线性功率放大器原理框图；

图2是本发明所提供的前馈型线性功放寻优模型自适应对消控制方法的流程图；

图3是本发明以CDMA和双音信号为例的信号类型识别的算法流程图；

图4是本发明所提供的针对单环路对消控制的算法流程图；

图5是本发明所提供的前馈型线性功放寻优模型自适应对消控制装置的逻辑框图；

图6是本发明的对消效果随幅度误差变化的仿真图；

图7是本发明的对消效果随相位误差变化的仿真图。

在上述附图内，其附图标记说明如下：

01：信号耦合及功分器；02/03：上下行共用旁路开关；04：定向耦合器；05：驻波告警检测电路；06：带通滤波器BPF(TX)；07：带通滤波器BPF(RX1)；08：低噪放LNA；09：带通滤波器BPF(RX2)；10：环行器；11：环形器检测电路；12：下行功放；13/14：7/16接头。

1：功分器；2、10：功率放大器；3：定向耦合器；4、11：延时线；5、8：电调衰减器；6、9：电调移相器；12：功率组合器；13：DSP芯片；14：RF采集点；15：RF环路控制输出信号；16：ADC转换器；17：DAC转换器；18：程序静态存储器；19：数据静态存储器；20：DSP的SPI总线；21：掉电数据保存EEPROM；22：复杂可编程逻辑器件CPLD；23：电源模块；24：CPLD/DSP的JTAG接口。

具体实施方式

下面将结合附图具体描述其具体实施方式：

图2是本发明所提供的前馈型线性功放寻优模型自适应对消控制方法的流程图。由前馈型线性功放的原理可知，误差环对消控制必须建立在主环对消控制效果较好的基础之上。如图所示，在首次调节时应先从主环入手，且先进行相位参数调整，后进行幅度参数调整，当主环调节完毕后，再进行误差环的调节；但在已经调节过一次后互调又进一步恶化的情况下，由于对主环调节会引起功放性能较大波动，而此时通过进行误差环的调节就有可能达到指标，所以在这种情况下，可先对误差环进行调节，且先进行相位参数调整，后进行幅度参数调整，当达不到指标时，再进行主环的调节。

图3描述了本发明以CDMA和双音信号为例的识别信号类型的算法流程。在对线性功放对消效果进行控制时，对于对消效果的检测应以互调失真信号的功率作为判据。针对于不同的信号类型及中心频率，其检测对消效果的位置将不同，例如：对双音信号需检测其3阶及5阶互调信号，对单载波CDMA信号需检测其ACPR。所以在进行对消控制前，需先对所放大的信号类型进行判定。在进行信号识别时，需采集不同频点的功率值，采用数字下变频技术，在中频对所提取的不同频率点的对应功率值进行判断。若信号产生的互调失真信号过大时，会使信号识别产生误判，所以应保证信号的互调调节在相对较好的状态下进行。

图4是本发明针对单环路对消控制的算法流程图。在寻优过程中，对于固定其它控制量，只改变某一控制量时，检测效果会以凹函数形式出现，并且在最小值的两边自变域内均为单调函数，所以对其最优点的找寻应先判定当控制量变化时所采集的检测功率的状态，当判定检测功率增加时(反映对消效果变差)，则控制量向相反方向变化；反之，当判定检测功率减少时(反映对消效果变好)，则继续向该方向调整，直到判定向两个方向变化时，检测效果都变差为止，则认为找到了最优控制点。该图的控制算法流程包括如下步骤：①、对前馈线性功放的当前工作状态进行定时采集；②、对采集量进行电压到功率的变换，并以互调信号功率作为判据；③、按照先主环调节后误差环调节、先相位参数调整后幅度参数调整的实际仿真顺序，分别进行1到几个步进的调整；④、适时与参数变更之前进行比较，以判定步进调整方向；⑤、适时在两个方向进行分析并寻找更优点；⑥、进行控制补偿，直至效果最优。通过上述工作过程，最终寻找到电调移相器和电调衰减器的最优工作点，并快速使其稳定，达到对互调信号的最优对消效果。上述步骤进一步包括：①、若不是初次调整，则判定其检测对消效果是否满足门限要求；②、若满足对消门限，还需要进一步对整个频谱进行扫描，以判定是结束进程还是进行进一步的调整；③、当判定所检测到的互调信号功率增加时，则反映对消效果变差，其控制量应向相反方向变化，反之，则反映对消效果变好，其控制量应继续向该方向变化，直至寻找到某一点，在该点向两个方向变化时，其检测效果均变差为止，则该点即为最佳控制点。

图5所提供的是前馈型线性功放寻优模型自适应对消控制装置的逻辑图。其所有操作均由其中的DSP芯片(13)及其辅助器件以及相应的控制程序完成。该芯片通过采集特定的RF信号(14)来获得前馈型线性功放的当前工作状态，即两个环路的抵消效果，并根据需要产生一定的输出信号(15)，通过调节前馈型线性功放的主环和误差环的电调移相器和电调衰减器来控制RF环路。与RF电路接口的所有信号都经过ADC(16)和DAC(17)完成模/数和数/模转换。为便于系统调试，在DSP的外部扩充了静态存储器(18)和(19)，用以保存程序及程序运行时的相关数据。为保证程序运行的某些数据在关机后不至丢失，使用DSP的SPI总线(20)扩充了具有掉电保存功能的EEPROM(21)。系统工作期间所需要的各种选通和逻辑信号由一片复杂可编程逻辑器件CPLD(22)完成。其所需工作电压由电源模块(23)提供，为提高效率、减小体积，该组电压由开关电源电路对输入直流电压(25)进行电转换而获取。为方便控制单元的升级，将CPLD和DSP的JTAG接口(24)通过外壳上的工艺口连到外部，以保证能在不用开启线性功放盒体的情况下升级这些器件内的程序。

图6和图7分别描述了本发明的各调整量对于对消效果的影响，该影响通过MATLAB仿真，被明显地显现出来。其中，对消效果随幅度偏差变化的仿真结果如图6所示，对消效果随相位偏差变化的仿真结果如图7所示。从图6、图7可以看出，对于每一调整量，其对应于对消效果的函数都呈凹函数性质，从而可以得出单独对幅度偏差和角度偏差进行寻找，都可找出其对消效果最佳点；但同时从仿真结果也可看出，幅度偏差与角度偏差之间对于曲线的凹陷程度有很大影响，且当相位没有对准时，从幅度参数所寻找的最佳点将有所偏差，但当从幅度参数没有寻找到最优点时，从相位参数寻找在理论上一定能找到最优点。所以，当进行寻优时应先从相位寻找，以得到最佳控制效果；同时，从图6、图7的比较中还可以看出，当固定ΔA并使ΔΦ等于零时，函数在最优点附近斜率最大，比较容易找出最优点，所以需循环两次寻优过程寻求最佳控制点，以保证对于每一个参量的寻优都是在另外一个参量调整相对较好的情况下进行，从而充分保证其寻优效果。