[发明专利]用于时分双工系统的功率放大器的线性化控制装置和方法

说明书

技术领域

本发明涉及时分双工(TDD)系统中的线性功率放大器，尤其涉及利用线性化技术来改善TDD系统中功率放大器线性的控制装置和方法。

背景技术

随着移动通讯系统的发展，频谱资源变得越来越匮乏，于是出现了多种不具有恒定包络特性的调制方式，如正交相移键控(QPSK)、正交幅度调制(QAM)等，都受到了广泛的关注。这些调制方式可以节省频谱资源，但是同时对功率放大器的线性提出了更高的要求。如果仍使用如C类高效率功率放大器，由于其强非线性，在信号带宽内会造成信号的幅度和相位失真，降低移动通讯系统性能；在信号带宽外会造成信号频谱扩展，对相邻信道产生干扰。为解决这一问题，一种传统的办法是功率放大器回退技术，采用这种方法虽然功率放大器的线性提高了，然而其效率非常低，不能满足目前通讯系统所主导的高频谱效率和高功率效率的要求。为此，针对功率放大器克服因非线性而产生的输出频谱的幅度失真和相位失真，提出了多种线性化技术，如：数字预失真、射频预失真、前馈、反馈等。

在频分双工(FDD)系统下，以上各种线性化技术得到了广泛运用，然而，在TDD系统(如SCDMA系统)下，需要在TDD系统的接收时隙关闭功率放大器，否则，功率放大器输出的噪声会严重干扰TDD系统对信号的接收，降低其接收灵敏度，也降低了功率放大器的效率。因此TDD系统需要控制功率放大器不停地打开和关闭，所以利用现有的线性化技术仍存在很大缺陷，原因在于：

1)一般功率放大器沟道温升的时间为毫秒数量级，功率放大器封装的温升时间为秒数量级，功率放大器在一个工作周期中的整个打开时间也一般是毫秒数量级(如SCDMA系统为5毫秒)，这说明功率放大器在其打开时间里温度还未达到稳定状态，而温度对于功率放大器是一个很重要的参数；

2)在TDD系统中，负载由于功率放大器的开关作用是随时间而变化的，因此功率放大器的供电电源也随着负载的变化而抖动，也就是说，功率放大器的供电电源的状态在功率放大器的打开时间里是变化的，这也直接反映在功率放大器的非线性上；

3)在TDD系统中，功率放大器的不断打开和关闭使得功率放大器的重要参数偏置电压在功率放大器的打开时间内也是变化的。

以上三个原因使得TDD系统中的功率放大器始终处于一种快变化的状态，而现有的针对工作于稳定状态下的功率放大器的线性化技术，虽然大都采用了自适应技术以校准环境温度、器件老化等慢变化带来的影响，但对于TDD系统下这种状态的快变化并不起作用，所以无法使功率放大器的线性达到最佳。一般的功率放大器线性化技术的控制装置如图1所示，检测单元对输入线性信号和输出非线性信号进行检测，并将检测结果输入到控制单元，控制单元根据检测结果进行相应的自适应算法和控制，从而产生各控制系数C₁、C₂...C_k来校正功率放大器的非线性。可见，控制系数C₁、C₂...C_k是受控于之前的一段连续时间内功率放大器的状态，所以在TDD系统中运用现有技术无法使功率放大器的线性化达到最佳，原因可以总结为：

1)在功率放大器的线性化技术实施的过程中，没有引入表征功率放大器打开时间的参数，对TDD系统中功率放大器的状态快变化无法精确的实施相关线性化技术；

2)所采用的自适应技术跟踪的是连续时间的变化情况，TDD系统下的功率放大器各状态变化在现有自适应技术中无法体现，一般情况下各变化状态会被平均掉。

图2所示为功放非线性产物IM3在功率放大器开关状态下随时间变化的情况，其中，前5mS时间是功率放大器打开时间，紧接着5mS是功率放大器关闭时间，如此循环，可以看出在TDD系统中功放非线性产物IM3的变化多达3.6dB。

综上所述，在TDD系统中利用现有的线性化技术无法使功率放大器的线性达到最佳，为此，实有必要设计一种新方法和装置来克服现有技术的缺陷，从而在功率放大器的开关状态下实现功率放大器的线性化。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提出一种用于TDD系统的功率放大器的线性化控制装置和方法，解决在TDD系统中利用现有的线性化技术无法使功率放大器的线性达到最佳的问题。