CN101087147A - 发射机及其基频处理器与射频功率放大器的调制方法 - Google Patents

Abstract

本发明是一种发射机及使用于该发射机的基频处理器与射频功率放大器的调制方法，本发明的发射机对射频功率放大器的供应电压端与射频输入端施予双端动态调制，该发射机包含第一调制器与第二调制器，其中该第一调制器输出信号至射频功率放大器的供应电压端，利用基频数字差异积分调制技术处理波包信号作为供应电压，而该第二调制器输出信号至射频功率放大器的射频输入端，以基频数字预先失真技术处理IQ调制载波作为射频输入信号，以使射频功率放大器在射频输出端能高效率重建功率放大后的射频调制载波并且不会产生失真现象，此外，两个调制器所采用的基频数字处理技术可让本发明发射机适合多模操作。

Description

发射机及其基频处理器与射频功率放大器的调制方法

技术领域

本发明是有关于一种发射机，更明确地说，本发明是关于一种适用于各种无线通讯系统发射机规格而达到多模传输功能的微波发射机及其方法。

背景技术

在无线通讯手持设备中，主要的直流功率消耗来自于射频功率放大器。因此，使射频功率放大器既能具有高线性度而不致让放大信号失真，并能同时具有高效率以延长通讯时间，一直是射频功率放大器设计的研究重点。尤其在未来无线通讯系统中所将广为采用的正交频分多任务(OFDM)数字调制技术具有明显的时变波包特性，其峰值与平均功率比值(PAPR)远较现有的无线通讯系统为高，换言之其波包对时间变化较为剧烈，因此对射频功率放大器的线性度要求也会比较高。

依先前技术，传统类型的射频功率放大器设计会依循其线性度与效率互为取舍关系，线性度的要求增加必然造成效率的降低。尤其传统微波发射机功率控制在小功率输出时，仍会维持大功率输出时的直流偏压，因而造成直流功率的过度消耗，使得射频功率放大器的动态操作效率下降。

针对此问题，在中国台湾公告第578369号发明专利揭露一种高效率的功率放大器系统，是依据功率输出大小动态调整射频功率放大器供应电压，以降低直流偏压在小功率输出时所造成的功率消耗。然而对要放大具有时变波包的射频调制载波而言，则必须还要进一步做到射频功率放大器供应电压紧随着输出射频调制载波的波包幅度变化做调整，才能大幅提升其动态操作效率。

于是，现有文献中广为人知的波包消除重建(EER)发射机架构即是应用切换式射频功率放大器，如D类、E类或F类放大器，其输出射频载波振幅正比于供应电压的特性，将输入射频调制载波的波包信号与具有相位信息的载波予以分离并且分别传送至射频功率放大器的供应电压端及射频输入端，让波包信号能动态调制供应电压端而使射频功率放大器达成高动态操作效率的目的。

请参考图1，显示一种EER发射机架构的方块图，该发射机技术以模拟电路分离波包信号与相位调制载波，在输入端的具有时变动波包的射频调制载波经过波包检测器101与限制器102后，便可分离为低频的波包信号103与无波包变动的相位调制载波104，其中波包信号103经S类调制器105以调制切换式射频功率放大器106的供应电压端，而相位调制载波104因已不具有波包变动，可由切换式射频功率放大器106以高效率操作方式予以功率放大。借由切换式射频功率放大器106的输出射频载波振幅正比于直流供应电压的特性将波包信号与放大后的相位调制载波相结合，而在发射机输出端可以得到放大后具有原时变波包的射频调制载波107。

如图2所示方块图，S类调制器105架构包括脉冲宽度调制器201、切换式放大器202与低通滤波器203，脉冲宽度调制器201将输入的波包信号转换为二阶式脉冲信号，其脉冲宽度正比于输入的波包信号幅度，并经过切换式放大器202放大后，再通过低通滤波器203即可获得放大后的波包信号，此架构可同时具有高线性度与高效率的特性，但只适合放大低频的波包信号103。由于EER发射机所用的切换式射频功率放大器106及S类调制器105均具有高效率的特性，能有效降低直流功率的消耗，所以相当适合应用在各种无线通讯手持设备上。

然而，依先前技术，EER发射机使用模拟技术分离波包信号103与相位调制载波104，最后在输出端重建所得的射频调制载波107其调制准确度不如传统微波发射机利用IQ调制技术处理般精确。波包信号103经过S类调制器105的低通滤波器203后，其高频成份会部分遭到滤除，导致放大后的波包信号在具有高频成分的低电压区会有失真情形，如图3所示，无法重现该区域原来极深的凹陷处位置，这会使得输出端的射频调制载波107产生频谱重增长现象，而难以符合无线通讯系统输出频谱的规范。此外，脉冲宽度调制器201需要用到能够产生三角波的信号源，也会提高系统实现的复杂度并增加输出端射频调制载波107失真的机会。

为了要有更好的调制准确度，美国发明专利第6377784号提出一种极坐标调制架构，如图4所示。此一架构是以基频数字技术实现直角坐标至极坐标转换器401，能让输入的IQ信号精确地转换成为相对应的波包信号与相位信号，波包信号在做数字模拟转换后送入线性电压调制器402以用来随波包变动幅度动态调整射频功率放大器404的供应电压。另外，相位信号则送入具有相位调制功能的频率产生器403产生相位调制载波，再送入射频功率放大器404的射频输入端。相较于EER发射机架构，极坐标调制架构采用基频数字技术精确分离波包与相位，在输出端所产生的射频调制载波可因而获得较高的调制准确度。但所使用的线性电压调制器402并不如S类调制器105般具有高效率的特性，所以其发射机效率通常不及EER发射机。

除此之外，若遇到具有零交越特性如QPSK或QAM等的调制信号，在信号向量轨迹通过零点时，相位会有180度急剧的变化，此时具相位调制功能的频率产生器403其频宽通常不足以产生如此相位急剧变化的相位调制载波，故极坐标调制架构目前只成功适用于无零交越特性的多模通讯系统上，譬如2G-GSM与2.5G-EDGE双模发射机，但仍无法适用于使用具有零交越特性调制信号的无线通讯系统发射机中，譬如2G-GSM与3G-CDMA双模发射机。

在EER发射机架构中，当切换式射频功率放大器106的电压供应端遇到较大的波包信号103电压时，其射频输入端需要输入较大的相位调制载波104功率，好让晶体管能切换在饱和区与截止区，维持切换式射频功率放大器106操作于高效率模式。然而在电压供应端遇到较小的波包信号103电压时，输入同样大的相位调制载波104功率反而造成切换式射频功率放大器106增益与效率皆降低，同时也会导致射频输入端的相位调制载波104泄漏至输出端而影响到输出端射频调制载波107的品质。所以，美国发明专利第6256482号一种针对EER发射机架构提出视波包幅度动态调整射频输入端相位调制载波功率的方法，可以有效改善EER发射机动态操作效率，但在上述有关EER架构欠缺调制准确度的问题上，则没有提供解决的办法。

发明内容

有鉴于传统微波发射机所使用的射频功率放大器需要在线性度与效率之间做取舍，而采用EER发射机架构的优点即可同时兼顾高线性度与高效率，但其主要的缺点包括调制准确度不足、脉冲宽度调制器处理波包信号容易失真、固定载波输入功率会导致动态操作效率下降以及载波泄漏等问题，然而目前所提出的改善方法都无法完全克服这些缺点。

因此本发明提供一种创新微波发射机架构，大幅度导入基频数字处理技术，不但可提高信号调制精确度并且更容易适应各种无线通讯系统调制规格而达到多模传输的功能。

本发明的目的在于提供一种发射机架构，改进公知EER发射机架构，利用大幅度导入基频数字处理技术，以提升客制化集成电路设计的程度。

本发明的目的在于提供一种发射机架构，改进公知EER发射机架构，利用基频数字差异积分调制技术提升波包信号的准确度与放大效率，利用预先失真的IQ调制载波使其具有变动波包特性，而能弹性调整载波输入功率，借以改善动态操作效率以及载波泄漏等问题。

本发明提供一种发射机，该发射机包含：一射频功率放大器，具有一电源端、一输入端与一输出端；一第一调制器，耦接前述射频功率放大器的电源端并且控制该射频功率放大器的输出功率；以及一第二调制器，耦接前述射频功率放大器的输入端，前述第二调制器接收一IQ信号以产生IQ调制载波提供至前述输入端；其中，前述第一调制器包含：一波包产生器，接收一IQ信号以产生一数字波包信号；一差异积分调制器，接收该数字波包信号并调制为至少二阶式信号；以及一至少一位控制电流源，将该至少二阶式信号转换成一控制电流，该控制电流经过一低通滤波器作为该射频功率放大器的供应电流。

本发明还提供一种射频功率放大器的调制方法，使用于一发射机，该调制方法包含以下步骤：以数字差异积分调制技术产生波包信号，且至少二阶调制控制一多位控制电流源提供一供应电流以调制前述射频功率放大器的电源端；以及以预先失真处理产生IQ调制载波以调制前述射频功率放大器的输入端。

本发明还提供一种基频处理器，使用于一发射机，该基频处理器包含：一波包产生器，用以产生所要调制信号的相对应数字波包信号；一差异积分调制器，接收数字波包信号并调制为至少二阶式信号；一多位控制电流源，将该至少二阶式信号转换成一控制电流，该控制电流经过一低通滤波器作为一射频功率放大器的供应电流；以及一预先失真器，用以补偿该微波发射机的输入与输出信号间的非线性关系，借以改善调制准确度与线性度参数。

为达到上述目的，本发明发射机对射频功率放大器的供应电压端与射频输入端施予双端动态调制，调制方式可包含波包调制、相位调制与IQ调制，其中供应电压端的调制信号可为波包信号，预先失真波包信号或含有波包成份的调制信号；射频输入端的调制信号可为IQ调制载波、预先失真IQ调制载波、相位调制载波、预先失真相位调制载波、或含有波包成分的相位调制载波。

本发明发射机的波包信号由基频数字处理器直接产生，处理波包信号所需的脉冲宽度调制器则改以数字差异积分调制器取代，差异积分调制器不需要三角波信号源，易于整合至基频数字电路中。

此外，本发明发射机对于射频功率放大器射频输入端所输入固定波包幅度的相位调制载波则改以预先失真的IQ调制载波取代，让其因具有变动波包特性而能弹性调整载波输入功率，借以改善动态操作效率以及载波泄漏等问题，但此IQ调制载波由于经过预先失真处理，当与波包信号相结合后，在射频功率放大器输出端重建所得功率放大后的射频调制载波不会因而产生任何失真现象。

根据本发明所实现的微波发射机或依本发明教示所实施的无线通讯手持设备，以基频数字技术改进现有EER发射机架构的缺点，不同于传统微波发射机的高效率与高线性度互为取舍关系。除仍保有兼顾高线性度与高效率的特性，本发明并进一步强化其输出射频调制载波品质与动态操作效率，而且更容易适应各种无线通讯系统调制规格而达到多模传输的功能。

附图说明

图1为一波包消除重建(EER)发射机架构的方块图。

图2为图1所示S类调制器架构的方块图。

图3为经S类调制器并放大后波包信号的时序图。

图4为公知极坐标调制架构的方块图。

图5为本发明发射机架构的方块图。

图6为本发明处理波包信号所需的差异积分调制器的架构图。

图7为本发明发射机操作概念的示意图。

图8为根据本发明的教示所实施的无线手持设备收发机芯片的一种方块图。

图9为根据本发明的教示所实施的无线手持设备收发机芯片的另一种方块图。

图10为根据本发明的教示所实施的硬件实作完成对错误向量幅度(EVM)、邻近信道功率比例(ACPR)以及直流功率转换成射频功率的转换效率(ConvEff)的测试图。

图11为本发明增加波包频宽发射机架构的方块图。

图12为本发明具有回授控制发射机架构的方块图。

图13为本发明具有回授控制以及增加波包频宽发射机架构的方块图。

符号说明：

101...波包检测器

102...限制器

103...波包信号

104...相位调制载波

105...S类调制器

106...切换式射频功率放大器

107...射频调制载波

111...波包产生器

112...第一预先失真器及延迟控制单元

113...差异积分调制器

114...多位控制电流源

115...低通滤波器

116...数字-模拟转换器

117...IQ调制器

118...射频功率放大器

121...波包产生器

122...延迟控制单元

123...差异积分调制器

124...S类调制器

126...数字-模拟转换器

127...IQ调制器

128...可调增益放大器

128′...射频功率放大器

131...波包产生器

132...延迟控制单元

133...差异积分调制器

134...多位控制电流源

135...低通滤波器

136...数字-模拟转换器

137...IQ调制器

138...可调增益放大器

138′...射频功率放大器

140...回授控制单元

141...波包检测器

142...模拟-数字转换器

143...第二预先失真器

150...回授控制单元

151...波包检测器

152...模拟-数字转换器

153...第二预先失真器

201...脉冲宽度调制器

202...切换式放大器

203...低通滤波器

401...直角坐标至极坐标转换器

402...线性电压调制器

403...频率产生器

404...射频功率放大器

501...波包产生器

502...差异积分调制器

503...切换式放大器

504...低通滤波器

505...第一预先失真器

506...数字-模拟转换器

507...IQ调制器

508...射频功率放大器

509...基频处理器

510...IQ调制微波发射机架构

701...输出信号振幅对波包振幅的特性

702...输出信号振幅对预先失真后IQ调制信号振幅的特性

703...输出信号振幅对输入信号振幅的线性特性

801...基频处理器

802...射频处理器

803...射频功率放大器

804...天线

901...提升多模操作效率基频处理器芯片

902...手持设备收发机芯片

具体实施方式

虽然本发明将参阅含有本发明较佳实施例的所附图式予以充份描述，但在此描述之前应了解熟悉本行的人士可修改在本文中所描述的发明，同时获致本发明的功效。因此，须了解以下的描述对熟悉本行技艺的人士而言为一广泛的揭示，当可应用本发明的结构于不同微波发射机架构。本发明的应用当不仅限于以下所述的较佳实施例。

首先参考图5，显示本发明多模微波发射机架构的方块图。在本发明的较佳实施例中，发射机架构共有两路信号处理路径，其一路径为波包信号处理，另一路径为预先失真IQ调制信号处理，该两路径同时对射频功率放大器的供应电压端与射频输入端施予双端动态调制。在波包信号处理路径上，本发明发射机架构包含：波包产生器501、差异积分调制器502、切换式放大器503以及低通滤波器504，本发明将输入的IQ信号经过波包产生器501产生相对应的波包信号，基频波包信号可以下列数学式表示：

$E=\sqrt{I^2+Q^2}---\left(1\right)$

上式(1)中所得的E即为极坐标中的振幅大小，亦代表输入IQ信号相对应的波包信号，其中平方与开平方根的运算不容易以数字电路直接实现，可参考Ray Andraka在1998年2月22-24日于FPGA′98.Proceedings of the1998 ACM/SIGDA sixth international symposium on Field programmablegate arrays的第191-200页所揭露的CORDIC算法，是以叠代法逐次逼近所要求得的波包大小，所得到的数字波包信号再通过一差异积分调制器502转换为二阶式信号，差异积分调制器502的架构可参考图6所示，而差异积分调制器可为模拟式差异积分调制器、模拟式脉冲宽度调制器、模拟式多级或多阶差异积分调制器、数字式差异积分调制器、数字式脉冲宽度调制器、数字式多级或多阶差异积分调制器。

该图6中所示为一阶差异积分调制，输入信号X经过积分后，由量化器的判断为超过量化准位则输出“1”，反之则为“0”，并将输出结果负回授至输入端，此即差分的动作，其转移函数可表示如下式：

Y＝X+(1-z^-1)e    (2)

其中e代表量化器所引入的量化噪声，从上式可发现输出信号Y等于输入信号X加上差分后的量化噪声，而差分在频域上等同于将信号能量推往高频的动作，所得输出端的信号Y为二阶式的脉冲信号，可应用于高效率的切换式放大器503将信号放大，待其经过低通滤波器504将已被推往高频的量化噪声滤除后，即可获得为放大后的输入波包波形。此一放大波包信号输入至射频功率放大器508的供应电压端，使得射频功率放大器508输出载波被来自供应电压端的变动波包信号施予振幅调制。

在预先失真IQ调制信号处理路径上，本发明发射机架构包含：第一预先失真器505、数字-模拟转换器506以及IQ调制器507，本发明将输入的IQ信号经过数字第一预先失真器505，并经由数字-模拟转换器506将预先失真后的IQ信号转变为相对应的模拟信号，再借由IQ调制器507产生IQ调制后的载波作为射频功率放大器508的射频输入端信号，此举是让输入的载波因具有变动波包特性而能弹性调整载波输入功率，借以改善动态操作效率以及载波泄漏等问题，但此IQ调制载波由于经过预先失真处理，当与波包信号相结合后，在射频功率放大器508输出端重建所得功率放大后的射频调制载波不会因而产生任何失真现象。在本发明的不同实施例中，输入的IQ信号亦可先经过第一预先失真器505，其输出信号再分别输入波包产生器501与数字-模拟转换器506。

在本发明多模微波发射机架构中，第一预先失真器505利用数字技术来补偿发射机输入与输出信号间的非线性关系，而主要原因来自于射频功率放大器508的非线性现象，而射频功率放大器508可为A类、B类、AB类、C类、D类、E类或F类等放大器电路。第一预先失真器505的电路功能包含改变IQ基频信号、波包信号、相位信号或射频载波振幅，用以补偿发射机电路所含组件的非线性现象，借以谋求改善输出端射频调制载波的调制准确度与线性度参数。

图7显示本发明发射机操作概念的示意图，发射机的输出信号振幅对波包振幅变化特性如特性701所示，在低波包振幅时会因输入端射频载波信号泄漏至输出端，而使输出信号振幅有一固定下限，而在高波包振幅时则与输出信号振幅呈现线性关系。而预先失真器能使发射机的输出信号振幅对预先失真后IQ调制信号产生如特性702的关系，在低输出信号振幅时呈现线性关系，在高输出信号振幅时则促成其饱和而有一固定上限。特性702与703刚好呈现出乘法形式的相互补偿关系，故当两路径信号会合于射频功率放大器508时，可得到输出信号振幅对输入信号振幅的完美线性关系，如特性703所示。

本发明实施例在硬件实现的好处包括所采用波包产生器501、差异积分调制器502及第一预先失真器505是以基频数字处理方式加以实现，高效率的切换式放大器503及低通滤波器504可利用基频模拟信号处理技术予以实现，而数字-模拟转换器506则是利用基频混合信号处理技术，以上所有电路可统称为提升多模操作效率基频处理器509。由于现有基频信号处理芯片设计其功能可以相当强大，容易满足各种无线通讯系统调制规格，故因此本发明技术适合应用在多模无线系统。如果将提升多模操作效率基频处理器509的功能给禁能(disable)，则剩下的IQ调制器507及射频功率放大器508，则合组成低效率但具有高线性度的传统IQ调制微波发射机架构510，如果将提升多模操作效率基频处理器509的功能给致能(enable)，则改进成为兼具高效率与高线性度的多模微波发射机架构。这意谓传统IQ调制微波发射机架构可视为本实施例的一项特例，并可由此延伸出以下实现本发明发射机的两种无线手持设备收发机芯片架构，进一步说明如下。

请参考图8，显示实现本发明发射机的无线手持设备收发机芯片的一种方块图。根据本发明的教示，传统无线手持设备收发机芯片中所采用低效率发射机架构可由原基频线路加以扩充而成为本发明高效率发射机架构。无线手持设备收发机芯片包括基频处理器801、射频处理器802与射频功率放大器803三部分，射频功率放大器803输出端连接天线804将信号发射出去。基于基频信号处理芯片设计的整合功能，只要将本发明提升多模操作效率基频处理器509电路实现在基频处理器801中即可大幅提升无线手持设备的发射机效率，并且同时适合多模操作。

请参考图9，显示实现本发明发射机的无线手持设备收发机芯片的另一种方块图。在不改变传统无线手持设备收发机芯片902架构下，根据本发明的教示可将提升多模操作效率基频处理器509单独开发成为提升多模操作效率基频处理器芯片901。如图9所示，该芯片901可搭配无线手持设备收发机芯片902运作，以使无线手持设备的发射机效率一样具有在多模操作下可以大幅提升的优点。

根据图5所示实施例在硬件实作上，本发明已完成一1.9GHz PCS频段应用于CDMA2000 1x系统，而且具有功率控制功能的高效率微波发射机，其中基频数字技术是以FPGA实现之，其它混合信号及模拟电路是以现有的IC产品实现之。在发射机整合测试上，以FPGA产生一资料率为1.2288Msymbols/s的QPSK调制信号作为基频输入信号。另外，放大波包信号的切换式放大器503其直流供应电压设定值与发射机输出功率大小有关，因为越大的输出功率需要越大的波包幅度，所以也需要越大的直流供应电压值。

图10显示当该直流供应电压值设定在3.3V时，适合发射功率从13dBm至22dBm控制范围情况下的测试结果。测试参数包括衡量调制准确度所用的错误向量幅度(EVM)，衡量线性度所用的邻近信道功率比例(ACPR)，以及衡量发射机效率所用的直流功率转换成射频功率的转换效率(ConvEff)。图10中EVM值约为5.8％，ACPR值约为48dBc，皆满足CDMA2000 1x系统的规范要求，若能持续调整第一预先失真器505，则可让EVM与ACPR值继续改善。在所指定的功率控制范围内ConvEff值接近48％，换算成功率增加效率(PAE)约45％，表现上皆远优于现有产品的发射机效率。

此外，从图10中可发现本发明发射机重要的特征：即EVM值、ACPR值与ConvEff值几乎与输出功率无关，而对传统微波发射机架构这些电性参数却会与输出功率呈现紧密的相关性，而且是EVM值与ACPR值相对于效率(ConvEff或PAE)是互为取舍关系。故本发明微波发射机的优点在面对不同操作模态而要求不同输出功率时，皆能保持固定的电性参数品质。

请参考图11，显示本发明增加波包频宽微波发射机架构的方块图。本实施例为改进图5所示实施例，使得微波发射机得以增加传输速率，发射机架构同样具有两路信号处理路径，其一路径为波包信号处理，另一路径为预先失真与延迟IQ调制信号处理，该两路径同时对射频功率放大器的供应电流与射频输入端施予双端动态调制。在波包信号处理路径上，本发明发射机架构包含：波包产生器111、第一预先失真器及延迟控制单位112、差异积分调制器113、多位元控制电流源114以及低通滤波器115，其中该多位控制电流源114亦可为一个一位控制电流源。本发明将输入的IQ信号经过波包产生器111产生相对应的波包信号，所得到的数字波包信号经过第一预先失真器及延迟控制单位112再通过一差异积分调制器113转换为至少二阶式信号，此一至少二阶式输出的差异积分调制器113，可以减少在差异积分中所需要的超取样率，所以对于相同工作频率的差异积分调制器113而言，越多阶式的输出可以带来更高的数据传输速率，所以可以让此一架构更适合用于高数据传输速率的通讯系统上；差异积分调制器113输出端的信号为至少二阶式的脉冲信号，利用多位控制电流源114将信号转换成射频功率放大器118的供应电流，待其经过低通滤波器115将已被推往高频的量化噪声滤除后，即可获得为放大后的输入波包波形。此一波包信号为射频功率放大器118的供应电流，利用控制供应电流的方式来达成控制射频功率放大器118的目的，使得射频功率放大器118输出载波被来自供应电流端的变动波包信号施予振幅调制。

在预先失真与延迟IQ调制信号处理路径上，本发明发射机架构包含：第一预先失真器及延迟控制单位112、数字-模拟转换器116以及IQ调制器117，本发明将输入的IQ信号经过第一预先失真器及延迟控制单位112，并经由数字-模拟转换器116将预先失真以及延迟校正后的IQ信号转变为相对应的模拟信号，再借由IQ调制器117产生IQ调制后的载波作为射频功率放大器118的射频输入端信号，此举是让输入的载波因具有变动波包特性而能弹性调整载波输入功率，借以改善动态操作效率以及载波泄漏等问题，但此IQ调制载波由于经过预先失真处理，当与波包信号相结合后，在射频功率放大器118输出端重建所得功率放大后的射频调制载波不会因而产生任何失真现象。前述延迟控制单位是用以协调两路信号处理，使得两路径的信号达到同步。在本发明的不同实施例中，输入的IQ信号亦可先经过第一预先失真器，其输出信号再分别输入波包产生器与数字-模拟转换器。

根据本发明于图11所示的该实施例，使用于该发射机的一基频处理器包括该波包产生器111、该差异积分调致器113、该多位控制电流源114、该第一预先失真器及延迟控制单位112、以及该数字-模拟转换器116。其中，该波包产生器111是用以产生所要调制信号的相对应数字波包信号；该差异积分调致器113是用以接收该数字波包信号并调制为至少二阶式信号；该多位控制电流源114亦可为一个一位的控制电流源，其是用以将该至少二阶式信号转换为一控制电流，致使该控制电流经过低通滤波器115作为射频功率放大器118的供应电流；该第一预先失真器及延迟控制单位112是用以补偿该发射机的输入与输出信号间的非线性关系，并藉以改善调制准确度与线性度参数；以及该数字-模拟转换器116是用以将该第一预先失真器及延迟控制单位112的输出信号转换为对应的模拟信号。

进一步而言，该差异积分调致器113可为一模拟式差异积分调制器、模拟式脉冲宽度调制器、模拟式多级或多阶差异积分调制器、数位式差异积分调制器、数位式脉冲宽度调制器、数位式多级或多阶差异积分调制器；以及该第一预先失真器及延迟控制单位112的电路功能包含改变IQ基频信号、波包信号、相位信号或射频载波振幅。且该波包产生器111、该差异积分调致器113以及该第一预先失真器及延迟控制单位112是以基频数字处理技术实现，该数字-模拟转换器116则以基频混合信号处理技术实现，而该发射机并包括一收发机芯片用以耦接于该机频处理器运作。

由于制造过程的制程飘移，使得每一个组件具有些许的差异性，同时在电路的使用过程中，温度往往因为环境及操作时间的改变而有所变化。在种种外在环境的变化下，电路的特性也会有显著的变化，因此在稳健的要求下，可将射频功率放大器的输出再回授到预先失真器，如图12与图13所示。此一回授路径包含一回授控制单元，该回授控制单元进一步包含波包检测器、模拟-数字转换器与第二预先失真器。射频功率放大器的输出包含了所有电路在不同环境底下所受到的影响，借由波包检测器将此一信号转换到低频，利用模拟-数字转换器将此一模拟信号转换为数字信号，再以数字的方式调适性的找出最合适的控制信号以调变射频功率放大器的输入端，此一回授路径可以动态的监控电路的变化情形，并改善功率放大器的线性度。以下进一步说明。

请参考图12，显示本发明具有回授控制微波发射机架构的方块图。在本发明此一实施例中，使得微波发射机具有一回授控制以改善功率放大器的线性度。发射机架构具有两路信号处理路径，其一路径为波包信号处理，另一路径为延迟IQ调制信号处理，该两路径同时对射频功率放大器的供应电压与射频输入端施予双端动态调制。在波包信号处理路径上，本发明发射机架构包含：波包产生器121、延迟控制单位122、差异积分调制器123与S类调制器124。本发明将输入的IQ信号经过波包产生器121产生相对应的波包信号，所得到的数字波包信号经过延迟控制单位122再通过一差异积分调制器123转换为二阶式信号，最后经由S类调制器124以调制射频功率放大器128′的供应电压端，其中S类调制器124与差异积分调制器123如前述图2与图6的说明，在此不再赘述。

在延迟IQ调制信号处理路径上，本发明发射机架构包含：延迟控制单位122、数字-模拟转换器126、IQ调制器127、可调增益放大器128及回授控制单元140，其中该回授控制单元140包含波包检测器141、模拟-数字转换器142与第二预先失真器143，该波包检测器141检测射频功率放大器128′的输出端以产生回授波包信号，经模拟-数字转换器142而将该回授波包信号数字化，由第二预先失真器143接收数字化的回授波包信号与该波包产生器经延迟的数字波包信号。

本发明将输入的IQ信号经过延迟控制单位122，并经由数字-模拟转换器126将延迟校正后的IQ信号转变为相对应的模拟信号，再借由IQ调制器127产生IQ调制后的载波，经可调增益放大器128放大后作为射频功率放大器128′的射频输入端信号。

上述可调增益放大器128的增益由第二预先失真器143的输出所决定，该第二预先失真器143接收模拟-数字转换器142的输出信号(数字化的回授波包信号)与波包产生器121的输出经延迟的信号(数字波包信号)，以产生一控制信号控制该可调增益放大器128的增益。在本发明的不同实施例中，输入的IQ信号亦可先经过延迟控制单元，其输出信号再分别输入波包产生器与数字-模拟转换器。

请参考图13，显示本发明具有回授控制以及增加波包频宽微波发射机架构的方块图。在本发明此一实施例中，使得微波发射机具有一回授控制与增加传输速率。如图所示，发射机架构具有两路信号处理路径，其一路径为波包信号处理，另一路径为延迟IQ调制信号处理，该两路径同时对射频功率放大器的供应电流与射频输入端施予双端动态调制。在波包信号处理路径上，本发明发射机架构包含：波包产生器131、延迟控制单位132、差异积分调制器133、多位元控制电流源134以及低通滤波器135，其中该多位控制电流源114亦可为一个一位控制电流源。

本发明将输入的IQ信号经过波包产生器131产生相对应的波包信号，所得到的数字波包信号经过延迟控制单位132再通过一差异积分调制器133转换为至少二阶式信号；差异积分调制器133输出端的信号为至少二阶式的脉冲信号，利用多位控制电流源134将信号转换成射频功率放大器138′的供应电流，待其经过低通滤波器135滤除被推往高频的量化噪声后，即可获得为放大后的输入波包波形。此一波包信号为射频功率放大器138′的供应电流，利用控制供应电流的方式来达成控制射频功率放大器138′的目的，使得射频功率放大器138′输出载波被来自供应电流端的变动波包信号施予振幅调制。

在延迟IQ调制信号处理路径上，本发明发射机架构包含：延迟控制单位132、数字-模拟转换器136、IQ调制器137、可调增益放大器138及回授控制单元150，其中该回授控制单元150包含波包检测器151、模拟-数字转换器152与第二预先失真器153，该波包检测器151检测射频功率放大器138′的输出端以产生回授波包信号，经模拟-数字转换器152而将该回授波包信号数字化，由第二预先失真器153接收数字化的回授波包信号与该波包产生器经延迟的数字波包信号。

本发明将输入的IQ信号经过延迟控制单位132，并经由数字-模拟转换器136将延迟校正后的IQ信号转变为相对应的模拟信号，再借由IQ调制器137产生IQ调制后的载波，经可调增益放大器138放大后作为射频功率放大器138′的射频输入端信号。上述可调增益放大器138的增益由第二预先失真器153的输出所决定，该第二预先失真器153接收模拟-数字转换器152的输出信号(数字化的回授波包信号)与波包产生器131的输出经延迟的信号(数字波包信号)，以产生一控制信号控制该可调增益放大器138的增益。在本发明的不同实施例中，输入的IQ信号亦可先经过预先失真器，其输出信号再分别输入波包产生器与数字-模拟转换器。在本发明的不同实施例中，输入的IQ信号亦可先经过延迟控制单位，其输出信号再分别输入波包产生器与数字-模拟转换器。

基于上述实施例，本发明的一种使用于一发射机的射频功率放大器的调制方法包含：在第一步骤以数字差异积分调制技术产生波包信号，且至少二阶调制控制一多位控制电流源134提供一供应电流以调制该射频功率放大器的电源端；以及在第二步骤以预先失真处理产生IQ调制载波以调制该射频功率放大器138’的输入端。其中该多位控制电流源134亦可为一个一位控制电流源。

且该调制方法可进一步包含：以数字差异积分调制器133处理所要调制信号的相对应波包信号；以第二预先失真器153配合数字-模拟转换器152以及IQ调制器137产生具有相位与波包调制的驱动信号，并提供该驱动信号至该射频功率放大器138’的输入端；利用延迟控制以协调该第一步骤与第二步骤之间的同步；侦测该射频功率放大器138’的输出端以获得一回授信号，并以预先失真处理该回授信号，来调变该输入端的增益；以及以至少二阶调制控制该多位控制电流源134将波包信号转换成供应电流，而提供至该电源端。

在详细说明本发明的较佳实施例之后，熟悉该项技术人士可清楚的了解，在不脱离下述申请专利范围与精神下可进行各种变化与改变，而本发明亦不受限于说明书的所举实施例的实施方式。

Claims (23)

1.一种发射机，其特征在于，该发射机包含：

一射频功率放大器，具有一电源端、一输入端与一输出端；

一第一调制器，耦接前述射频功率放大器的电源端并且控制该射频功率放大器的输出功率；以及

一第二调制器，耦接前述射频功率放大器的输入端，前述第二调制器接收一IQ信号以产生IQ调制载波提供至前述输入端；

其中，前述第一调制器其特征在于包含：

一波包产生器，接收一IQ信号以产生一数字波包信号；

一差异积分调制器，接收该数字波包信号并调制为至少二阶式信号；以及

一至少一位控制电流源，将该至少二阶式信号转换成一控制电流，该控制电流经过一低通滤波器作为该射频功率放大器的供应电流。

2.如权利要求1所述的发射机，其特征在于前述差异积分调制器可为模拟式差异积分调制器、模拟式脉冲宽度调制器、模拟式多级或多阶差异积分调制器、数字式差异积分调制器、数字式脉冲宽度调制器、数字式多级或多阶差异积分调制器。

3.如权利要求1所述的发射机，其特征在于前述第二调制器包含：一预先失真器、一数字-模拟转换器以及一IQ调制器。

4.如权利要求3所述的发射机，其特征在于前述预先失真器的电路功能包含改变IQ基频信号、波包信号、相位信号或射频载波振幅。

5.如权利要求1所述的发射机，其特征在于进一步包含：一延迟控制单位，用以协调前述第一步骤与第二步骤之间的同步。

6.如权利要求1所述的发射机，其特征在于进一步包含：一回授控制单位，检测前述射频功率放大器的输出端以获得一回授信号，将该回授信号与该波包产生器的数字波包信号以预先失真处理，以调变前述输入端的增益。

7.如权利要求6所述的发射机，其中前述回授控制单位其特征在于包含：一波包检测器，检测前述输出端以产生该回授信号；一模拟-数字转换器，将该回授信号数字化；以及一预先失真器，接收数字化的回授信号与该波包产生器的数字波包信号，以控制一可调增益放大器，该可调增益放大器耦接于前述输入端。

8.如权利要求1所述的发射机，其特征在于前述电源端接收一低频的波包信号。

9.如权利要求1所述的发射机，其特征在于前述输入端接收一具有变动波包的相位调制载波。

10.如权利要求1所述的发射机，其特征在于前述射频功率放大器可为A类、B类、AB类、C类、D类、E类或F类放大器电路。

11.一种射频功率放大器的调制方法，使用于一发射机，其特征在于，该射频功率放大器的调制方法包含以下步骤：

以数字差异积分调制技术产生波包信号，且至少二阶调制控制一至少一位控制电流源提供一供应电流以调制前述射频功率放大器的电源端；以及

以预先失真处理产生IQ调制载波以调制前述射频功率放大器的输入端。

12.如权利要求11所述的射频功率放大器的调制方法，其特征在于进一步包含：以数字差异积分调制器处理所要调制信号的相对应波包信号。

13.如权利要求11所述的射频功率放大器的调制方法，其特征在于进一步包含：以预先失真器配合数字-模拟转换器以及IQ调制器产生具有相位与波包调制的驱动信号，并提供该驱动信号至前述射频功率放大器的输入端。

14.如权利要求11所述的射频功率放大器的调制方法，其特征在于进一步包含：利用延迟控制以协调前述第一调制器与第二调制器之间的同步。

15.如权利要求11所述的射频功率放大器的调制方法，其特征在于进一步包含：检测前述射频功率放大器的输出端以获得一回授信号；以及以预先失真处理该回授信号，来调变前述输入端的增益。

16.如权利要求11所述的射频功率放大器的调制方法，其特征在于进一步包含：以至少二阶调制控制一至少一位控制电流源将波包信号转换成供应电流，而提供至前述电源端。

17.一种基频处理器，使用于一发射机，其特征在于，该基频处理器包含：

一波包产生器，用以产生所要调制信号的相对应数字波包信号；

一差异积分调制器，接收数字波包信号并调制为至少二阶式信号；

一至少一位控制电流源，将该至少二阶式信号转换成一控制电流，该控制电流经过一低通滤波器作为一射频功率放大器的供应电流；以及

一预先失真器，用以补偿该发射机的输入与输出信号间的非线性关系，借以改善调制准确度与线性度参数。

18.如权利要求17所述的基频处理器，其特征在于前述差异积分调制器为模拟式差异积分调制器、模拟式脉冲宽度调制器、模拟式多级或多阶差异积分调制器、数字式差异积分调制器、数字式脉冲宽度调制器、数字式多级或多阶差异积分调制器。

19.如权利要求17所述的基频处理器，其特征在于前述预先失真器的电路功能包含改变IQ基频信号、波包信号、相位信号或射频载波振幅。

20.如权利要求17所述的基频处理器，其特征在于前述发射机包含一收发机芯片，该收发机芯片耦接前述基频处理器运作。

21.如权利要求17所述的基频处理器，其特征在于进一步包含：数字-模拟转换器，用以将前述预先失真器的输出信号转换为对应的模拟信号。

22.如权利要求17所述的基频处理器，其特征在于前述波包产生器、差异积分调制器及预先失真器以基频数字处理技术实现。

23.如权利要求21所述的基频处理器，其特征在于前述数字-模拟转换器以基频混合信号处理技术实现。

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