包络追踪方法、射频发射器和通信单元的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及无线通信技术，尤其涉及一种包络追踪方法、射频发射器和通信单元。
【背景技术】
[0002]本发明的可应用于RF (Rad1 Frequency,射频)PA (Power Amplif ier,功率放大器)领域，该射频功率放大器(RF PA)能够在无线通信应用中使用。无线通信系统中有限的可用频谱的持续性压力迫使频谱效率(spectrally-efficient)线性调制方案的发展。由于这些线性调制方案中许多都存在包络波动，结果是传递到天线的平均功率远低于天线的最大功率，从而导致功率放大器的低效率。特别地，在本领域，已经有大量的研究努力致力于发展高效拓扑结构，该高效率拓扑结构能够在功率放大器的回退(back-off)区(线性区)提供闻性能。
[0003]线性调制方案要求已调制信号线性放大，以便于最小化来自频谱再增长(re-growth)的不期望的带外(out-of-band)排放(emiss1ns)。然而,通常RF放大设备使用的有源器件由自然属性确定具天生的非线性，仅当已消耗DC (Direct Current,直流)功率的小部分转化为RF功率时,放大设备的转移函数(transfer funct1n)才可能接近于一条直线，也就是类似于理想线性放大器的情形。这种操作模式提供低效率的DC至RF功率转换，该低效率的功率转换对便携式(用户)无线通信单元是不可接受的。此外，低效率对基站来目也是问题。
[0004]此外，便携(用户)设备的重点是增加电池寿命。为了获得线性度和效率，所谓的线性化(linearisat1n)技术用来提高高效率类别放大器(more efficient amplifierclasses)的线性度，高效率类别放大器例如是AB类放大器、B类放大器或者C类放大器。存在的多种多样的线性化技术通常使用来设计线性发射器，这些线性化技术例如可以是:迪卡尔反馈(Cartesian Feedback)、前馈(Feed-forward)和适应性预失真(AdaptivePre-distort1n)。
[0005]线性(例如:AB类)放大器输出端的电压通常按照最终RF功率放大(PA)设备的需求设置。一般地，PA的最小电压远大于AB类放大器的输出端设备的所需电压。因此，它们不是最有效的放大技术。由于PA的最小电源电压(Vmin)需求，发射器(主要是指PA)的效率由穿过输出端设备两端的电压，以及穿过任何下拉(pull-down)设备元件的任何过电压来决定。
[0006]为了增加上行传输通信信道(transmituplink communicat1n channels)的比特率(bit rate),正在研究使用AM (Amplitude Modulat1n,调幅)元件的更大星群(constellat1n)调制方案,并真正成为需求。这些调制方案，例如:16_QAM(Sixteen-bitQuadrature Amplitude Modulat1n, 16位正交幅度调制)，需要线性PA并且与调制包络波形的高峰值(crest)因子(例如:波动程度)有关。与以前常用的恒定包络调制方案相比，该种调制方案可以导致功率效率和线性度的显著降低。为了帮助克服这样的功率和线性度问题，多种解决方案得以提出。
[0007]一个已知技术，如图1中框图100所示，涉及控制提供给PA140的Vpa(电源电压)120,图示技术以APT (Average Power Tracking,平均功率追踪)而著称。使用APT确定已发送信号的APL(Average Power Level，平均功率电平)105并将该平均功率电平105应用至APT-Vpa (平均功率追踪至电源电压)映射模块110，APT-Vpa映射模块110基于该确定的平均功率电平105，确定Vpal20以应用至PA140。这个信号然后被应用至DC-DC转换器115，并且所得到的(resultant)电压(输出电压)被应用至PA140以作为PA140的电源电压(Vpa) 120。图1中的RF TX(RF Transmitter，射频发射器)130与PA140耦接，用于将待发送信号(I+jQ) 125处理(涉及数模转换、上变频等)为RF信号135之后，应用至PA140。该技术因提供高效率而被熟知，但是信号追踪的速度受到限制，因此APT设计中通常使用DC-DC转换器以适应(accommodate)信号追踪。该技术的一个公知问题是，当PARR (Peak toAverage Power Rat1,峰值平均功率比)回退(back-off)大时，APT在更高的输出功率电平上却以更低的效率动作，该技术是更复杂调制方案的主要例子。
[0008]另一个已知的电源电压技术200是ET (Envelope Tracking,包络追踪)，如图2所示。该技术涉及调制射频功率放大器(RF PA，也可以简称PA)的电源电压(Vpa)220，以匹配(例如:追踪)PA240发送的RF波形的包络。通常地，ET系统通过根据输入信号的瞬时包络来选择更低的电源电压，以对Vpa 220进行控制，以便于提高PA的效率。ET系统通常也旨在通过根据恒定的PA放大增益来选择Vpa 220，以提高线性度。数字(正交)输入信号202输入至RF TX (射频发射器)230，该RF TX230的输出端提供至PA240的输入功率电平235。同时，数字(正交)输入信号202应用至包络探测器204，该包络探测器204用于确定发送(例如:radiated)信号的实时(real-time)包络，来自包络探测器204的输出端的确定的实时包络信号输入至包络映射(mapping)模块210，该包络映射模块210用于确定应用至PA240的合适的Vpa220，以便于实质匹配发送信号的瞬间实时包络。包络映射模块210的输出输入至延迟控制模块212，该延迟控制模块212及时地将Vpa220对齐至通过RFTX230所传递的信号。延迟控制模块212的输出输入至电源电压调制器214，该电源电压调制器214提供Vpa220以应用至PA240。
[0009]使用ET，导致无线发射器的瞬时Vpa220近似地追踪已发送的RF信号的瞬时包络(Envelop，简称ENV)。这样，由于PA240中的功率损耗与PA240的电源电压和输出电压之间的差值成比例，因此ET可以提供PA效率的增加,热损耗(heat dissipat1n)的降低,线性度的提高和最大输出功率225的增加，同时允许PA240产生预期的RF输出。因此，整个系统的效率受到电源调制效率的影响，而电源调制效率与电源调制方案、电源电压范围、带宽和PA负载有关，其一般导致ET调制效率对绝大部分应用而言不是足够高。位于包络探测器204和和电源调制器214之间的包络映射模块210是最优性能(效率、增益、ACP (AdjacentChannel Power,相邻信道功率))的关键，也是PA240处的RF信号和Vpa之间的时间对准这一系统性能的关键。
[0010]进一步已知的技术300是将ET与DPD (Digital Pre-distort1n,数字预失真)组合，如图3所示。此处，对数字域中的输入波形/信号执行控制/处理(manipulat1n)，以便于对 PA 非线性(AM-to-AM 和 AM-to-PM, AM 为 Amplitude Modulat1n, PM 为 PhaseModulat1n)影响进行补偿,从而根据PA系统的先验信息(pr1r informat1n)或测量数据提高PA输出的线性度。再一次，数字(正交)输入信号302通过DH)模块326输入至RFTX330, RF TX330的输出端提供至PA340的输入功率电平335。同时，数字(正交)输入信号302应用至包络探测器304，该包络探测器304用于确定被发送(例如:radiated)的信号的实时包络，来自包络探测器304的输出端的已确定的实时包络信号被输入至包络映射模块310，该包络映射模块310用于确定合适的控制电压(Vdc) 320以应用至PA 340，PA340输出功率电平325。
[0011]如此，在RF信号上包络追踪可以与Dro结合，以提高相邻信道保护(AdjacentChannel Protect1n,简称“ACP”)的鲁棒性(robustness)。然而，由于ET系统通常采用涉及多个功能方块的多芯片形式实现，该多个功能方块是基带(Baseband，简称BB)、模拟基带、RF接收器、功率管理器和PA中的模块，因此使用硬件，在所有的设备中就不易保证一致的ET系统性能。
[0012]已知的一些其它调制器方案。例如，使用线性稳压器/调制器(regulator/modulator)的设计，然而尽管该设计的信号追踪是迅速的但是该设计需要承受较差的效率，由于较差的效率，该设计很少被用于ET应用中，如果该设计曾被用于ET应用中，也是很罕见的。另一个例子是混合调制器(hybrid modulator)，该混合调制器包括:开关调制器和线性放大器。在混合调制器中，大部分包络能量由开关调制器传送，同时由线性放大器维持包络信号的带宽。但是，线性放大器需要容纳(accommodate)大量的包络带宽并且也需要抑制开关噪声，这些要求对混合调制效率具有负面影响。
[0013]Gabriel Montoro 等人的，名称为 “Slew-rate limited envelopes for drivingenvelope tracking amplifiers”，发表在西班牙巴赛罗纳的加泰罗尼亚理工大学的《Signal Theory and Communicat1ns》上，描述了在ET路径里设置回转速率限制器(slew-rate limiter)的最大值的技术,但是该技术已经被证实会在可变负载的条件下在电源电压调制器中弓I入一些延迟和带外排外。
[0014]Albert Cesari 等人的，名称为 “A DSP structure authorizingreduced-bandwidth DC/DC Converters for Dynamic Supply of RF Power Amplifiers inWideband Applicat1ns，，,发表在法国图卢兹的《the Groupe Integrat1n de Systemesde Gest1n de I’ Energie》上,描述了追踪原始包络信号的峰值的技术,但是该技术已经被证实由于信号输入步骤使用DC-DC转换器，所以也会在电源电压调制器中弓I入一些延迟和产生少量的带外排放。
[0015]如此，针对提高发射器整体效率(尤其是电源调制效率)的问题，需要一种更有效率和更经济的解决方案。
【发明内容】
[0016]有鉴于此，本发明实施例提供了一种包络追踪方法、射频发射器和通信单元，将以更有效率和更加经济的方式，提高发射器的整体效率(电源调制效率)。
[0017]为了解决以上技术问题，本发明实施例提供了如下技术方案:
[0018]本发明实施例提供了一种射频发射器，包括:功率放大器和与所述功率放大器耦合的包络追踪系统；所述包络追踪系统包括:
[0019]至少一个转换率降低模块，用于根据多个输入采样的转换率中的最大转换率，重新分配所述多个输入采样的转换率，所述多个输入采样为输入信号的包络的采样信号；以及
[0020]电源电压调制器，所述电源电压调制器与所述至少一个转换率降低模块耦合，用于根据所述至少一个转换率降低模块输出的重新分配了转换率的包络信号，来控制所述功率放大器的电源电压。
[0021]其中，所述电源电压调制器包括:直流-直流转换器和线性放大器；
[0022]所述直流-直流转换器耦合在所述至少一个转换率降低模块和所述线性放大器之间，用于将所述至少一个转换率降低模块的输出转换后提供给所述线性放大器；
[0023]所述线性放大器，用于生成应用至所述功率放大器的所述电源电压。
[0024]其中，所述至少一个转换率降低模块，用于根据公式:
[0025]vpa0(n-N) = vpa0 (n-N-1) +max[s (I), s (2), s (3),..., s (N)],来重新分配所述多个输入采样的转换率；
其中，S(I)至S(N)是当前输入采样和其之后的N-1个输入采样分别相对于所述当前输入米样的前一输入米样的输出的转换率，vpa0(n-N)为所述当前输入米样对应的输出，所述vpa。(n-N-1)为所述当前输入米样的前一输入米样对应的输出。<