发射器电路、通信单元及放大复合正交信号的方法
【技术领域】
[0001]本发明有关于发射器电路、通信单元以及放大复合正交信号(complexquadrature signal)的方法，特别是关于利用数字功率放大器来放大复合正交信号的机制。
【背景技术】
[0002]在电信领域中，对设备制造商而言，最近的发展趋势是设计能够横跨数个频段操作的通信单元，以使得同一设备可以在不同的地理区域中操作以及可以在不同的服务提供商与不同的通信技术之间切换。因此，在无线(例如，射频(rad1 frequency, RF))通信单元的技术领域中，已经开发出支持横跨多个不同频率的通信架构，特别是在支持需要宽带技术的高数据速率这一方面。本发明的主要焦点及应用在于能够用于无线通信应用的射频功率放大器领域。无线电通信系统可使用的有限频谱所承受的持续压力，特别是在支持逐渐升高的数据速率方面，正在推动着高效频谱线性调制(spectrally-efficient linearmodulat1n)方案的发展。由于许多这类线性调制方案的波封(envelope)是变动的，使得传送到天线的平均功率会明显的低于最大功率，而导致功率放大器的低效率。特别地，在这技术领域中，已经有许多研究致力于能够在功率放大器的回退(back-off)(线性)区域(通常指线性发射器)中提供高性能表现的高效率拓朴结构的开发。
[0003]在线性发射器技术领域中，数字功率放大器(power amplifier, PA)、功率放大器驱动器及无线局域网络(wireless local area network, WLAN)功率放大器通常若不是基于IQ的发射器(IQ based transmitter)设计，就是极性发射器(polar transmitter)设计。已知的是，数字极性发射器设计可以提供高效率。然而，从数字(I，Q)信号转换到具有振幅调制(amplitude modulat1n, AM)与相位调制(phase modulat1n, PM)的 RF 形式，很容易在振幅调制与相位调制的路径上引发带宽扩张(bandwidth expans1n)。然而，已知的是，对于宽带实现来说，例如未来的通信标准(例如第四代(4G)标准)所支持的高调制带宽，极性发射器设计是不切实际的。
[0004]第二种已知的线性发射器架构是数字正交(quadrature，IQ)发射器，如图1所示。数字IQ发射器架构支持宽带宽调制标准。然而，数字IQ发射器架构因为正交功率合成(quadrature power combining)而引入了显著的效率损失。图1例示了数字IQ功率放大器(PA) 100的一部分的简化方块图。IQ功率放大器100包括切换模式功率单元(switch-modepower cell) 130所构成的第一(同相)阵列115以及切换模式功率单元130所构成的第二(正交)阵列120。IQ功率放大器100用于接收IQ(同相/正交)输入信号，其包括由第一复用器(例如相位选择器)105所提供的第一(同相)信号成分106以及由第二复用器(例如相位选择器)110所提供的第二(正交)信号成分108。可依据时序图170中的I信号及Q信号的时序波形来选择不同的信号。相应波形的’高’部位标示了可以被选择用来应用到任一数字功率放大器(digital power amplifier, DPA)的本地振荡器输入的驱动相位。相应的复用器105、110，设置有独立的本地振荡器(local oscillator，L0)(射频)输入I_LO+、I_LO_、Q-LO+N Q-LO-,因此最终广生的彳目号可以在象限之间移动，以LO彳目号的符号位(sign bit)来指示选择了哪个轴。
[0005]正交控制字组1-BB [0..15]以及Q-BB [0..15]提供给IQ功率放大器100中相应的切换模式’ I’及’ Q’功率单元阵列130，以选择要使用的多个功率单元阵列130。通过这种方式，I数字功率放大器(IDPA)所使用的切换模式功率单元以及Q数字功率放大器(QDPA)所使用的切换模式功率单元被独立地驱动，即，I码控制该IDPA中的多个晶体管导通，以及Q码控制该QDPA中的多个晶体管导通。之后，相应正交射频信号的两个功率放大输出将在射频合成器(rad1 frequency combiner) 140中进行组合。
[0006]以这种方式，IQ功率放大器100包括基于复合IQ的发射器架构，其从数字域延伸到射频，因此与传统(线性)功率放大器架构相比，能够从数字组件的尺寸可调性及效率获得更多的益处。然而，相应正交射频信号的两个功率放大输出的组合导致了不期望的效率损失。
[0007]因此，在数字发射器中，普遍需要更佳地管理效率损失并降低效率损失。
【发明内容】
[0008]有鉴于此，本发明提供了一种发射器电路、通信单元及放大复合正交信号的方法，以解决上述问题。
[0009]依据本发明的实施例，提供了一种发射器电路。该发射器电路包括:频率产生电路，用于产生本地振荡器信号；以及数字正交调制器，耦接至该频率产生电路，该数字正交调制器用于:接收要传输的数据；将接收的数据正交调制为至少第一调制值以及第二调制值；检查经正交调制的数据以确定该第一调制值是否超过限值，并且如果该第一调制值超过了该限值，则相对应地将该第一调制值和该第二调制值选择性地分别修改为第一修改调制值和第二修改调制值，其中，该第一修改调制值的数值位于该限值的范围之内；选择并应用该本地振荡器信号的相位，以将该第一修改调制值和该第二修改调制值映射至期望的正交值。
[0010]依据本发明的另一实施例，提供了一种包括发射器电路的通讯单元，该通讯单元包括:频率产生电路，用于产生本地振荡器讯号；以及数字正交调变器，耦接至该频率产生电路，该数字正交调变器用于:接收要传输的数据；将接收的数据正交调制为至少第一调制值以及第二调制值；检查经正交调制的数据以确定该第一调制值是否超过限值，并且如果该第一调制值超过了该限值，则相对应地将该第一调制值和该第二调制值选择性地分别修改为第一修改调制值和第二修改调制值，其中该第一修改调制值的数值位于该限值的范围之内；选择本地振荡器相位，以将该第一修改调制值和该第二修改调制值映射至期望的正交值。
[0011]依据本发明的另一实施例，提供了一种放大复合正交信号的方法。该方法包括:接收要传输的数据；将接收的数据正交调制为至少第一调制值以及第二调制值；检查经正交调制的数据以确定该第一调制值是否超过限值，并且如果该第一调制值超过了该限值，则相对应地将该第一调制值和该第二调制值选择性地分别修改为第一修改调制值和第二修改调制值，其中，该第一修改调制值的数值位于该限值的范围之内；选择本地振荡器相位，以将该第一修改调制值和该第二修改调制值映射至期望的正交值；以及放大该第一修改调制值和该第二修改调制值。
[0012]本发明提供的发射器电路、通信单元及放大复合正交信号的方法能够增加发射器的操作效率，减缓发射器电路的效率损失。
【附图说明】
[0013]图1所示为已知的数字正交功率放大器的一部分的方块图。
[0014]图2为依据本发明实施例的采用数字IQ功率放大器的电子装置的一部分的实施例方块图。
[0015]图3为数字IQ功率放大器在相同输出功率下的平均电流消耗的示意图。
[0016]图4为依据本发明实施例包括数字IQ功率放大器的发射器链的更详细实施例方块图。
[0017]图5为依据本发明第一实施例的数字IQ功率放大器的轴线正交旋转与数据的有效正交反旋转以及相关本地振荡器信号产生的示意图。
[0018]图6为依据本发明实施例的可以采用数字预失真及/或数字正交旋转的状况的示意图。
[0019]图7为依据本发明第二实施例的数字IQ功率放大器的多个轴线的正交旋转与数据的有效正交反旋转以及相关的本地振荡器信号产生的示意图。
[0020]图8为依据本发明实施例耦接至包括数字IQ功率放大器的发射器链的锁相环的实施例方块图。
[0021]图9为依据本发明实施例的数字IQ功率放大器的正交生成构造的第一实施例方块图。
[0022]图10为依据本发明实施例的数字IQ功率放大器的正交生成构造的第二实施例方块图。
[0023]图11为依据本发明实施例的数字IQ功率放大器的星座图轴线的正交旋转与数据的有效正交反旋转的流程图。
【具体实施方式】
[0024]将参照数字发射器的架构及其方法来描述本发明的示例。数字发射器电路包括数字正交调制器和数字功率放大器(DPA)，数字正交调制器用于接收将要被传输的数据，并将接收到的数据进行正交调制为至少一第一(Q)调制值以及一第二(I)调制值；检查正交调制过的数据以确定该第一(Q)调制值是否超过限值，并且若超过限值，将该些正交调制值选择性地修改为第一修改(Q’)调制值以及第二修改(I’)调制值，因此仅将该第一修改(Q’)调制值修改至该限值内。该数字功率放大器用于放大该数字调制过的数据。在特定示例中，星座轴线(constellat1n axis)的数字正交(反)旋转((de_)rotat1n)，能够产生位于该星座图上的数据的反向(opposite)(反)旋转数据，这可以用来修改正交值。
[0025]此外，因为本发明所图示的示例大部分可以用本领域技术人员所悉知的电子组件及电路来实施，因此在以下图示中，为了能对本发明的基本概念有所了解及理解，以及为了不混淆以及背离本发明的教导，对于非必要的细节，将不做大量的解释。
[0026]如图2所示，图2例示了支持本发明的发明思想的电子装置200中的一部分的简化方块图。在本发明的图示示例中，电子装置200为无线通信单元，例如为包括天线202的移动电话。通信单元200包括可操作地耦接至天线202的射频及数字前级206，在此将不进一步描述该天线。在此示例中，射频及数字前级206包括频率产生电路222，而在此所描述的示例中，频率产生电路222包括锁相环(phase-locked loop, PLL)，该锁相环在以下详细描述。射频及数字前级206还包括数字功率放大器(DPA) 224。在其他示例中，射频及数字前级206在其输出端例如经由数字组合器(未显示)可以操作地耦接至数字功率放大器224。通信单元200还包括控制器208，控制器208的输出将提供至合适的用户接口(userinterface, UI) 210，用户接口包括例如显示器、键盘、扩音器、扬声器等等。
[0027]为了完整性，控制器208可操作地耦接至存储器216，存储器216储存着操作规程(operating regime)，例如解码/编码功能及类似功能，并且存储器216可以以各种技术方式来实现，例如随机存取存储器(random access memory, RAM)(易失性)、只读存储器(readonly memory, ROM)(非易失性)、闪存或任何上述或其他存储器技术的组合。计时器218通常耦接至控制器208以控制通信单元200内的时序操作。
[0028]依据本发明的实施例，控制器208包括与频率产生电路222及数字功率放大器224协作的至少一个数字基带处理器。在一些示例中，频率产生电路222包括锁相环。在一些示例中，至少一个数字基带处理器可以包括数字正交调制器，该数字正交调制器适用于依据下述方法修改待传输数据的正交值。该数字正交调制器确定(或是被通知，例如通过存取查找表或存储器216的方式)频率产生电路222要施加的特定相位偏移，以传输要被数字功率放大器224放大的信号。
[0029]在一些示例中，射频及数字前级206的辅助接收器路径(例如经由复用器(未示出)耦接至天线或组合器)可以用来反馈一部分传输信号，以使得控制器208能够估计出发射器的线性度减损(linearity impairment)，因而能将适当调整过的预失真(predistort1n)设置应用于传输信号。
[0030]图3例示了数字IQ功率放