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WO2015140323A1 - Système d'amplification radiofréquence numérique - Google Patents

Système d'amplification radiofréquence numérique Download PDF

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WO2015140323A1
WO2015140323A1 PCT/EP2015/055994 EP2015055994W WO2015140323A1 WO 2015140323 A1 WO2015140323 A1 WO 2015140323A1 EP 2015055994 W EP2015055994 W EP 2015055994W WO 2015140323 A1 WO2015140323 A1 WO 2015140323A1
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WO
WIPO (PCT)
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signal
correction
distortion
amplification system
channel
Prior art date
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Ceased
Application number
PCT/EP2015/055994
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English (en)
Inventor
David Arnaud
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Advanced Wireless Solutions And Services (aw2s)
Original Assignee
Advanced Wireless Solutions And Services (aw2s)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
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Priority to US15/127,624 priority Critical patent/US20170141739A1/en
Priority to EP15712111.2A priority patent/EP3120453A1/fr
Priority to CN201580025975.2A priority patent/CN106664064A/zh
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    • H03F2201/3215—To increase the output power or efficiency

Definitions

  • the present invention relates to digital radio frequency amplification systems comprising a main amplifier and distortion correction circuits
  • Digital radio frequency transmission systems for mobile telephony in particular use a digital pre-distortion system to correct the distortion of their amplification stages.
  • feedforward amplifiers are given for example in documents US 20080252371 A1 and US 6326845 B1. Brief description of the invention
  • the present invention proposes a radio frequency amplification system comprising the two corrections, ie a system comprising a pre-distortion addition and provided with a feedforward device.
  • the present invention proposes a digital radio frequency amplification system comprising a main amplification channel and distortion correction means for which the distortion correction means comprise an anticipation correction type correction circuit called feedforward correction circuit. and a pre-distortion correction circuit.
  • the pre-distortion correction circuit preferably comprises a feedback loop provided with a first means for sampling a signal representative of the output of the main amplifier in order to adapt the pre-distortion and to minimize the error at the output of the amplifier. main amplifier.
  • the main amplification channel is advantageously fed by a signal combining a pure useful signal and a pre-distortion signal, the feedforward correction circuit comprising a first correction channel fed by a reference signal and transforming it into a first signal. correction, said correction channel constituting with said main amplification channel a first loop which further comprises a dual coupler adapted to perform a sampling of an output signal of the main amplification channel and a combination of this output signal with the first correction signal for making a second correction signal.
  • the signal pickup of the feedback loop of the pre-distortion correction circuit is advantageously made downstream of the double coupler of the first loop of the feedforward correction circuit.
  • the second correction signal is preferably injected into a second correction channel, the second correction channel forming, with a shaping channel extending the main amplification channel, a second loop comprising an output coupler at a general output. of the amplification system.
  • the second correction channel may notably comprise phase-shifting means and amplification means of said second correction signal for generating a final correction signal, the output coupler being arranged to reinject the final correction signal at said general amplifier output, said final correction signal being combined with the output signal at the coupler to generate an output signal cleaned.
  • the forming channel advantageously comprises an insulator and a delay line.
  • the pure signal, the pre-distortion signal and the reference signal are generated within a computer according to a data input, modeling tables of the main amplifier and signals from the feedback loop.
  • the pure useful signal combined with the pre-distortion can in particular be derived from a first digital-to-analog converter.
  • the reference signal may be from a second digital-to-analog converter.
  • the return loop advantageously comprises an analog digital converter.
  • the signals passing through the amplifier, the feedforward correction circuit and the feedback loop of the pre-distortion correction circuit are advantageously modulated at the input of the amplifier and the feedforward device by a carrier by means of a first and a second carrier. a second mixers.
  • the signal of the feedback loop is in this case preferably demodulated by a carrier at a third mixer.
  • the system advantageously comprises a second means of sampling the general output signal.
  • the system may comprise a third means for sampling the second correction signal.
  • a three-way switch controlled by a control module is adapted to select one or the other of the first, second or third selection means and connect it with the return loop, the loop return is thus adapted to serve as a means for measuring operating parameters of all the correction means of the system.
  • the control module advantageously controls means for adjusting the gain and phase of at least one channel of the system.
  • control module is part of the computer which comprises a signal processing block, a pre-distortion generation block, a control block of the feedforward loop, the control module driving said blocks of the computer.
  • the pre-distortion correction circuit with its feedback loop allows a first correction of the signal in the amplifier so that the intermodulation products at the output of the main amplifier are greatly reduced.
  • the feedforward system provides a second correction step to achieve a very high level of linearity.
  • FIG. 1 a schematic view of a feedforward-type correction system of the prior art
  • FIG. 2 a schematic view of a system of the invention combining pre-distortion and feedforward;
  • FIG. 3 the view of FIG. 2 with representation of the spectra of the signals at different points of the diagram;
  • FIG. 4 the view of FIG. 2 with representation of the computing system controlling the two loops of the amplifier.
  • FIG. 1 diagrammatically represents a feedforward amplification system of the prior art which comprises a first loop 1 provided with a signal input E, a divider coupler 18 supplying a first channel or amplification channel comprising a phase control 3, a variable gain amplification stage 4 and power amplification stages 5, 6.
  • a signal S1 represented according to its spectrum 13 comprising the amplified input signal Ea and an intermodulation distortion component d.
  • This output is connected to an insulating circulator 7 the output S1 of an antenna output S.
  • Behind the isolator 7 is a delay line 8 phase matching and a coupler 20 which injects an error signal from a second loop 2.
  • the first loop 1 comprises a second channel propagating the signal E of spectrum 15 through a delay line or phase shifter 9, which will produce a phase shift identical to that introduced by the amplifier of the amplification channel, up to a double coupler 19 which takes a portion of the amplification channel output signal S1 to subtract it from the phase-recovered signal E so as to eliminate the signal component E and to generate the error signal eR 1 6.
  • This error signal enters the second loop 2 and is amplified by gain stages 10 with adjustable gain and 12 with fixed gain, phase shifted by a phase adjustment device 1 1 to end up at the second amplified loop 2 and out of phase with the spectrum 17 in phase opposition with the output signal of the amplifier at the output coupler 20 so that there is cancellation of the intermodulation products at the antenna output, the spectrum 14 of the output signal S is thus cleaned of the distortion.
  • FIG 2 schematically shows a device of the invention which improves the device of Figure 1 by adding a digital pre-distortion (Digital pre-distortion DPD D1).
  • DPD D1 Digital pre-distortion
  • a first digital to analog converter 100 generates an input signal Su + D1 constituted by the useful signal Su combined with a pre-distortion D1 calculated by a computer 200.
  • This signal is mixed with a carrier 107 at the level of a mixer 101 then amplified by the variable gain amplification stages 102 and fixed gain 103, 104 to give an amplified signal S1.
  • a channel of a first loop processes it a reference signal SREF generated here by a second digital analog converter 108, mixed with the carrier 107 at a second mixer and then amplified by a stage of FIG. amplification 1 1 1 to be recombined with a sampling of the output signal S by means of a double coupler 1 10 so as to generate an error signal eR which goes as in Figure 1 be treated in a phase shifter 1 13 and amplification stages 1 12, 1 14 to be recombined at means of a coupler 130 at the antenna output of the system with the signal S1 isolated by an isolator 105 and delayed by a delay line 106.
  • the digital pre-distortion is here driven by a feedback loop 140 which takes a fraction of the amplifier output signal S1, amplifies it or adjusts its impedance by means of an amplification stage 1 15 and then demodulates it with the mixer 1 17 receiving the carrier 1 1 6 and then converting it into a digital signal by means of the analog / digital converter 1 18.
  • This signal is analyzed by the computer 200 to adapt the parameters of the digital pre-distortion according to the output signal the amplifier and its range of use.
  • This correction makes it possible to ensure that the non-linearities of the amplifier have been correctly compensated in the first loop 1 'and that only the intermodulation products in the second loop 2' need be processed.
  • the digital / analog converter D / A 100 serves to generate the useful signal in pre-distorted baseband Su + D1 which will be amplified and will linearize the main amplifier.
  • the digital A / D converter 1 18 in the feedback loop 140 provides correction data used to dynamically adapt the pre-distortion as a function of the output signal of the amplifier and improve this first correction.
  • the reference signal S RE F used to be subtracted from the useful signal at the output of the main amplifier so as to generate the error signal in the second loop, is digitally controlled in phase and in phase. amplitude to eliminate the useful signal input of the second loop.
  • the error signal e R is, after amplification and reset in phase opposition, subtracted from the RF output signal of the complete amplifier.
  • the cancellation couplers have between 7 and 12dB of coupling attenuation, those of sampling between 20 and 30dB of attenuation and the various stages are designed to compensate for these attenuations and resize the signals.
  • the system is controlled by a computer made for example as an FPGA component and the first loop of the feedforward is entirely digital, the setting of the signal level of reference and its relative phase with the pre-distorted signal is realized inside the FPGA digitally.
  • FIG. 3 represents a variant of the system of FIG. 2 which comprises the first means 120 for sampling the output signal of the main amplifier and which furthermore comprises a second means 122 for sampling the general output signal and a third means 121 for taking the second correction signal e R.
  • a three-way switch 142 controlled by a control module 201 shown in FIG. 4 is adapted to select one or the other of the first, second or third selection means and to connect it with the return loop 141, the loop return is thus adapted to serve as a means for measuring operating parameters of all the correction means of the system.
  • the digital analog converter A / D 1 18 in the feedback loop is also used to converge the first and second loop of the feedforward system by allowing the analysis of the signal present at the output of the main amplifier. , at the input of the second error correction loop and at the general output of the amplifier.
  • two converters For the digital processing of the feedforward, two converters, one delivering a useful signal combined with a digital pre-distortion signal, the other delivering a reference signal are used.
  • the sampling by the third means 121 at the input of the second error correction loop serves here to verify that this signal has a minimum of correlation with the reference signal S RE F in order to better adjust the alignment of the reference signal and the output signal of the main amplifier. Indeed, only the intermodulation products must be present at the input of the error amplifier and the signal therefore has a minimum of correlation when the useful signal is entirely subtracted from the output signal.
  • One verification method may consist in analyzing the spectrum of the input signal of the amplifier and that of the input of the second error correction loop to check the absence of the carriers in the second of these signals.
  • the sampling by the second means 122 makes it possible to measure the output signal after corrections.
  • the convergence of the second loop is achieved by adjusting the phase and the gain of the error amplifier at the phase shifter 1 13 and the adjustable gain amplifier stage 1 12.
  • the output is analyzed. of the amplifier and two methods can be used, the first is a frequency analysis of the output signal to control the level of intermodulation, the second is to maximize the correlation between the reference signal and that of the output which corresponds to a minimum of intermodulation.
  • the three-way switch 142 is adapted to select one or the other of the first, second or third selection means and connect it with the feedback loop 141 which serves as a means for measuring operating parameters of the set of correction means of the system.
  • the position 1 of the switch for which the return channel is connected to the sampling means 120 serves to observe the linearization of the main amplifier and to converge the digital pre-distortion algorithm
  • the position 2 for which the return channel is connected to the sampling means 121 serves to analyze the input of the error loop and thus to check that no useful signal remains and that only intermodulation products. This is achieved by the gain and phase alignment of the two branches of the first loop, these adjustments are made inside the signal processor before the reference digital-to-analog converter.
  • the position 3 for which the return channel is connected to the sampling means 122 serves to analyze the output signal of the final amplifier in order to verify the correction of the feedforward system.
  • This correction is obtained by adjusting the gain and phase alignment of the second loop using the attenuator phase shifters present in this second loop.
  • FIG. 3 shows the spectrum of the signals.
  • the signal comprises the central lines of the useful signal and the lateral lines of pre-distortion;
  • FIG. 4 represents the complete system with its detailed control computer 200.
  • the computer 200 comprises several blocks or calculation functions which will generate the data necessary to generate the pure signal Su, the pre-distortion signal D1 and the reference signal S RE F as a function of a data input D to be transmitted, modeling of the main amplifier and signals from the feedback loop 141.
  • the calculator according to the example comprises in particular a signal processing block SP (signal processing) 202, a pre-distortion generation block DPD (digital pre-distortion) 203, a control block of the feedforward loop F.FWD
  • the computer further controls the three-way switch 142 through a MASTER control module 201 adapted to select one or the other of the first, second or third selection means and connect it with the return loop 141.
  • the control module 201 further controls the gain control means
  • the control of the adjustment means can be done by means of analog digital converters and analog outputs of the computer controlled by the control module.
  • the control module 201 also controls, according to the example, all the blocks of the computer and the carriers 108, 1 16.
  • the system is thus seen by the user an amplifier block to which D data to be transmitted is provided, the computer being responsible for managing all the operating parameters of the amplifier of the transmitter.
  • the computer can be made from a microcontroller associated with digital / analog converters D / A and analog / digital A / D integrated or discrete, but a preferred solution is to integrate the computer set converters and control channels in a FPGA (Programmable Field Programmable Field) or Dedicated Programmable Logic System having wired blocks for DSP processing, a buried microprocessor core, one or more sync blocks and / or clock clocks, A / D conversion blocks and N / A, controlled impedance inputs / outputs of the memory and other resources required for driving the amplifier and transmitting data.
  • FPGA Programmable Field Programmable Field
  • Dedicated Programmable Logic System having wired blocks for DSP processing, a buried microprocessor core, one or more sync blocks and / or clock clocks, A / D conversion blocks and N / A, controlled impedance inputs / outputs of the memory and other resources required for driving the amplifier and transmitting data.
  • the invention makes it possible in particular to use a low-linear but high-efficiency amplifier, for example an amplifier of the "Doherty" type.
  • the invention is not limited to the examples shown and in particular the fact of starting from a digital signal processed by an amplifier management computer makes it possible to add other digital signal processing either by calculation blocks or by software within the computer such as a reduction of crest factor which further improves the overall efficiency of the system.

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Abstract

L'objet de l'invention est un système d'amplification radiofréquence numérique comportant un une voie d'amplification principale (102, 103, 104) et des moyens de correction de distorsion caractérisé en ce que les moyens de correction de distorsion comportent un circuit de correction de type correction par anticipation dit circuit de correction feedforward (1', 2') et un circuit de correction par pré-distorsion, le circuit de correction par pré-distorsion comportant une boucle de retour (140, 141) munie d'un premier moyen de prélèvement (120) d'un signal représentatif de la sortie de l'amplificateur principal pour adapter la pré-distorsion et minimiser l'erreur en sortie de l'amplificateur principal, la voie d'amplification principale (102, 103, 104) étant alimentée par un signal (Su+D1) combinant un signal utile pur (Su) et un signal de pré-distorsion (D1), le circuit de correction feedforward comportant une première voie de correction alimentée par un signal de référence (SREF) et le transformant en un premier signal de correction, ladite voie de correction constituant avec ladite voie d'amplification principale une première boucle (1') qui comporte en outre un coupleur double (110) adapté à effectuer un prélèvement d'un signal de sortie (S1) de la voie d'amplification principale et une combinaison de ce signal de sortie avec le premier signal de correction (Se) pour réaliser un second signal de correction (eR).

Description

SYSTEME D'AMPLIFICATION RADIOFREQUENCE NUMERIQUE
Domaine de l'invention
La présente invention concerne les système d'amplification radiofréquence numériques comportant un amplificateur principal et des circuits de correction de distorsion
Arrière plan technologique
Les systèmes d'émission radiofréquence numériques pour la téléphonie mobile notamment utilisent un système de pré-distorsion numérique pour corriger la distorsion de leurs étages d'amplification.
Ces systèmes sont en général incapable d'atteindre les niveaux de linéarité requis par l'amplification de signaux GSM sauf à utiliser des composants trop onéreux pour ces applications et d'avoir des rendements trop faibles.
C'est le cas en particulier dans les applications de répéteur devant respecter une spécification en IMD (distorsion d'intermodulation) inférieure à -36 dBm.
Un exemple de dispositif amplificateur à pré-distorsion est décrit dans le document US 8498591 B1 .
Seuls les systèmes à amplificateurs "feedforward", terme anglais qui peut se traduire par amplificateurs à correction par anticipation, sont capable à l'heure actuelle d'atteindre ces spécifications de manière commercialement acceptable.
Ces systèmes qui comportent un système de contrôle fournissant une modélisation et une compensation mathématiques a priori des défauts de la chaîne d'amplification ont toutefois un rendement très limité de l'ordre de 10%.
Des exemples d'amplificateurs feedforward sont donnés par exemple dans les documents US 20080252371 A1 et US 6326845 B1 . Brève description de l'invention
Afin d'améliorer le rendement dans de telles circonstances, la présente invention propose un système d'amplification radiofréquence comportant les deux corrections c'est à dire un système comportant une addition de pré-distorsion et muni d'un dispositif feedforward.
Plus précisément la présente invention propose un système d'amplification radiofréquence numérique comportant une voie d'amplification principale et des moyens de correction de distorsion pour lequel les moyens de correction de distorsion comportent un circuit de correction de type correction par anticipation dit circuit de correction feedforward et un circuit de correction par pré-distorsion.
Le circuit de correction par pré-distorsion comporte préférablement une boucle de retour munie d'un premier moyen de prélèvement d'un signal représentatif de la sortie de l'amplificateur principal pour adapter la pré-distorsion et minimiser l'erreur en sortie de l'amplificateur principal.
La voie d'amplification principale est avantageusement alimentée par un signal combinant un signal utile pur et un signal de pré-distorsion, le circuit de correction feedforward comportant une première voie de correction alimentée par un signal de référence et le transformant en un premier signal de correction, ladite voie de correction constituant avec ladite voie d'amplification principale une première boucle qui comporte en outre un coupleur double adapté à effectuer un prélèvement d'un signal de sortie de la voie d'amplification principale et une combinaison de ce signal de sortie avec le premier signal de correction pour réaliser un second signal de correction.
Le prélèvement de signal de la boucle de retour du circuit de correction par pré-distorsion est avantageusement fait en aval du coupleur double de la première boucle du circuit de correction feedforward.
Le second signal de correction est préférablement injecté dans une seconde voie de correction, la seconde voie de correction formant avec une voie de mise en forme prolongeant la voie d'amplification principale une seconde boucle comportant un coupleur de sortie au niveau d'une sortie générale du système d'amplification.
La seconde voie de correction peut notamment comporter des moyens déphaseurs et des moyens d'amplification dudit second signal de correction pour générer un signal de correction final, le coupleur de sortie étant conçu en sorte de réinjecter le signal de correction final au niveau de ladite sortie générale de l'amplificateur, ledit signal de correction final étant combiné au signal de sortie au niveau du coupleur pour générer un signal de sortie nettoyé.
La voie de mise en forme comporte avantageusement un isolateur et une ligne à retard.
Selon un mode de réalisation avantageux de l'invention, le signal pur, le signal de pré-distorsion et le signal de référence sont générés au sein d'un calculateur en fonction d'une entrée de données, de tables de modélisation de l'amplificateur principal et des signaux issus de la boucle de retour.
Le signal utile pur combiné à la pré-distorsion peut notamment être issu d'un premier convertisseur numérique/analogique.
Le signal de référence peut être issu d'un second convertisseur numérique/analogique.
La boucle de retour comporte avantageusement un convertisseur analogique numérique.
Les signaux transitant par l'amplificateur, le circuit de correction feedforward et la boucle de retour du circuit de correction par pré-distorsion sont avantageusement modulés en entrée de l'amplificateur et du dispositif feedforward par une porteuse au moyen d'un premier et d'un deuxième mélangeurs.
Le signal de la boucle de retour est dans ce cas préférablement démodulé par une porteuse au niveau d'un troisième mélangeur.
Le système comporte avantageusement un deuxième moyen de prélèvement du signal de sortie générale.
Le système peut comporter un troisième moyen de prélèvement du second signal de correction.
Selon un mode de réalisation particulier, un interrupteur trois voies piloté par un module de commande est adapté à sélectionner l'un ou l'autre des premier, deuxième ou troisième moyens de sélection et le mettre en liaison avec la boucle de retour, la boucle de retour étant ainsi adaptée à servir de moyen de mesure de paramètres de fonctionnement de l'ensemble des moyens de correction du système. Le module de commande pilote avantageusement des moyens de réglage de gain et de phase d'au moins une voie du système.
Avantageusement, le module de commande fait partie du calculateur qui comporte un bloc de traitement de signal, un bloc de génération de pré-distorsion, un bloc de pilotage de la boucle feedforward, le module de commande pilotant lesdits blocs du calculateur.
Le circuit de correction par pré-distorsion avec sa boucle de rétroaction permet une première correction du signal dans l'amplificateur de sorte que les produits d'intermodulation en sortie de l'amplificateur principal sont grandement réduits.
Le système feedforward assure quant à lui une deuxième étape de correction permettant d'arriver à un très haut niveau de linéarité.
Brève description des dessins
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront apparents à la lecture de la description qui suit d'un exemple non limitatif de réalisation de l'invention en référence aux dessins qui représentent:
en figure 1 : une vue schématique d'un système à correction de type feedforward de l'art antérieur;
en figure 2: une vue schématique d'un système de l'invention combinant pré-distorsion et feedforward;
en figure 3: la vue de la figure 2 avec représentation des spectres des signaux à différents points du schéma;
en figure 4: la vue de la figure 2 avec représentation du système de calcul pilotant les deux boucles de l'amplificateur.
Description détaillée de modes de réalisation de l'invention
La figure 1 représente schématiquement un système d'amplification feedforward de l'art antérieur qui comporte une première boucle 1 munie d'une entrée signal E, d'un coupleur diviseur 18 alimentant une première voie ou voie d'amplification comportant un réglage de phase 3, un étage d'amplification à gain variable 4 et des étages d'amplification de puissance 5, 6 . A la sortie de puissance de la voie d'amplification se retrouve un signal S1 représenté selon son spectre 13 comportant le signal d'entrée amplifié Ea et une composante de distorsion d'intermodulation d. Cette sortie est connectée à un circulateur 7 isolant la sortie S1 d'une sortie antenne S. Derrière l'isolateur 7 se trouve une ligne à retard 8 d'adaptation de phase et un coupleur 20 qui injecte un signal d'erreur issu d'une seconde boucle 2.
La première boucle 1 comporte une seconde voie propageant le signal E de spectre 15 au travers d'une ligne à retard ou déphaseur 9, qui va produire un déphasage identique à celui introduit par l'amplificateur de la voie d'amplification, jusqu'à un coupleur double 19 qui prélève une partie du signal de sortie S1 de voie d'amplification pour le soustraire au signal E remis en phase en sorte d'éliminer la composante de signal E et de générer le signal d'erreur eR 1 6.
Ce signal d'erreur entre dans la seconde boucle 2 et est amplifié par des étages d'amplification 10 à gain réglable et 12 à gain fixe, déphasé par un dispositif de réglage de phase 1 1 pour se retrouver en fin de seconde boucle 2 amplifié et déphasé avec le spectre 17 en opposition de phase avec le signal de sortie de l'amplificateur au niveau du coupleur de sortie 20 de sorte qu'il y ait annulation des produits d'intermodulation au niveau de la sortie antenne, le spectre 14 du signal de sortie S étant ainsi nettoyé de la distorsion.
La figure 2 représente schématiquement un dispositif de l'invention qui améliore le dispositif de la figure 1 en ajoutant une pré-distorsion numérique (Digital pre-distortion DPD D1 ).
Selon ce schéma, un premier convertisseur numérique analogique 100 génère un signal d'entrée Su+D1 constitué par le signal utile Su combiné avec une pré-distorsion D1 calculée par un calculateur 200. Ce signal est mélangé avec une porteuse 107 au niveau d'un mélangeur 101 puis amplifié par les étages d'amplification 102 à gain variable et 103, 104 à gain fixe pour donner un signal amplifié S1 .
Comme dans la figure 1 , une voie d'une première boucle l ' traite un signal de référence SREF ici généré par un second convertisseur numérique analogique 108, mélangé avec la porteuse 107 au niveau d'un second mélangeur puis amplifié par un étage d'amplification 1 1 1 pour être recombiné avec un prélèvement du signal de sortie S au moyen d'un coupleur double 1 10 en sorte de générer un signal d'erreur eR qui va comme dans la figure 1 être traité dans un déphaseur 1 13 et des étages d'amplification 1 12, 1 14 pour être recombiné au moyen d'un coupleur 130 en sortie antenne du système avec le signal S1 isolé par un isolateur 105 et retardé par une ligne à retard 106.
La pré-distorsion numérique est ici pilotée par une boucle de retour 140 qui prélève une fraction du signal S1 de sortie d'amplificateur, l'amplifie ou adapte son impédance au moyen d'un étage d'amplification 1 15 puis le démodule avec le mélangeur 1 17 recevant la porteuse 1 1 6 pour ensuite le convertir en signal numérique au moyen du convertisseur analogique/numérique 1 18. Ce signal est analysé par le calculateur 200 pour adapter les paramètres de la pré-distorsion numérique en fonction du signal de sortie de l'amplificateur et de sa plage d'utilisation.
Cette correction permet d'assurer que les non linéarités de l'amplificateur ont été correctement compensées dans la première boucle 1 ' et qu'il n'y a plus à traiter que les produits d'intermodulation dans la seconde boucle 2'.
Pour ce qui concerne la pré-distorsion numérique, le convertisseur numérique/analogique D/A 100 sert à générer le signal utile en bande de base pré-distordu Su+D1 qui va être amplifié et va linéariser l'amplificateur principal.
Le convertisseur analogique numérique A/D 1 18 dans la boucle de retour 140 fournit des données de correction utilisées pour réaliser une adaptation dynamique de la pré-distorsion en fonction du signal de sortie de l'amplificateur et améliorer cette première correction.
Pour ce qui concerne le système feedforward, le signal de référence SREF, utilisé pour être soustrait au signal utile en sortie d'amplificateur principal en sorte de générer le signal d'erreur dans la seconde boucle, est piloté numériquement en phase et en amplitude pour éliminer le signal utile en entrée de la seconde boucle. Le signal d'erreur eR est, après amplification et remise en opposition de phase, soustrait au signal de sortie RF de l'amplificateur complet.
Au plan pratique, les coupleurs d'annulation font entre 7 et 12dB d'atténuation de couplage, ceux de prélèvement entre 20 et 30dB d'atténuation et les divers étages sont conçus pour compenser ces atténuations et remettre les signaux à l'échelle.
Toujours selon la figure 2, le système est piloté par un calculateur réalisé par exemple sous forme de composant FPGA et la première boucle du feedforward est entièrement numérique, le réglage du niveau du signal de référence et de sa phase relative avec le signal pré-distordu est réalisé à l'intérieur du FPGA de façon numérique.
La figure 3 représente une variante du système de la figure 2 qui comporte le premier moyen 120 de prélèvement du signal de sortie de l'amplificateur principal et qui comporte en outre un deuxième moyen 122 de prélèvement du signal de sortie générale et un troisième moyen 121 de prélèvement du second signal de correction eR.
Un interrupteur trois voies 142 piloté par un module de commande 201 représenté en figure 4 est adapté à sélectionner l'un ou l'autre des premier, deuxième ou troisième moyens de sélection et le mettre en liaison avec la boucle de retour 141 , la boucle de retour étant ainsi adaptée à servir de moyen de mesure de paramètres de fonctionnement de l'ensemble des moyens de correction du système.
Selon l'exemple, le convertisseur analogique numérique A/D 1 18 dans la boucle de retour est aussi utilisé pour réaliser la convergence de la première et seconde boucle du système feedforward en permettant l'analyse du signal présent en sortie de l'amplificateur principal, à l'entrée de la seconde boucle de correction d'erreur et à la sortie générale de l'amplificateur.
Pour réaliser le traitement numérique du feedforward, deux convertisseurs, l'un délivrant un signal utile combiné à un signal de pré-distorsion numérique, l'autre délivrant un signal de référence sont utilisés.
Le prélèvement par le troisième moyen 121 au niveau de l'entrée de la second boucle de correction d'erreur sert ici à vérifier que ce signal présente un minimum de corrélation avec le signal de référence SREF afin d'ajuster au mieux l'alignement du signal de référence et du signal en sortie de l'amplificateur principal. En effet, seuls les produits d'intermodulation doivent être présents à l'entrée de l'amplificateur d'erreur et le signal présente donc un minimum de corrélation lorsque le signal utile est entièrement soustrait du signal de sortie.
Une méthode de vérification peut consister à analyser le spectre du signal d'entrée de l'amplificateur et celui de l'entrée de la seconde boucle de correction d'erreur pour vérifier l'absence des porteuses dans le second de ces signaux.
Le prélèvement par le deuxième moyen 122 permet de mesurer le signal de sortie après corrections. La convergence de la seconde boucle est réalisée en réglant la phase et le gain de l'amplificateur d'erreur au niveau du déphaseur 1 13 et de l'étage d'amplification à gain réglable 1 12. Pour optimiser ce résultat on analyse la sortie de l'amplificateur et deux méthodes peuvent être utilisées, la première est une analyse en fréquence du signal de sortie afin de contrôler le niveau de l'intermodulation, la seconde consiste à maximiser la corrélation entre le signal de référence et celui des sortie ce qui correspond à un minimum d'intermodulation.
L'interrupteur trois voies 142 est adapté à sélectionner l'un ou l'autre des premier, deuxième ou troisième moyens de sélection et le mettre en liaison avec la boucle de retour 141 qui sert de moyen de mesure de paramètres de fonctionnement de l'ensemble des moyens de correction du système.
- la position 1 de l'interrupteur pour laquelle la voie de retour est reliée au moyen de prélèvement 120 sert à observer la linéarisation de l'amplificateur principal et à faire converger l'algorithme de pré-distorsion numérique,
- la position 2 pour laquelle la voie de retour est reliée au moyen de prélèvement 121 sert à analyser l'entrée de la boucle d'erreur et de vérifier ainsi qu'il ne reste plus de signal utile et qu'il ne reste plus que les produits d'intermodulations. Ceci est réalisé par l'alignement en gain et en phase des deux branches de la première boucle, ces réglages sont faits à l'intérieur du processeur de signal avant le convertisseur numérique analogique de référence.
- la position 3 pour laquelle la voie de retour est reliée au moyen de prélèvement 122 sert à analyser le signal de sortie de l'amplificateur final afin de vérifier la correction du système feedforward. Cette correction est obtenue en réglant l'alignement en gain et phase de la seconde boucle à l'aide des déphaseurs atténuateurs présent dans cette-dernière.
Ces trois actions peuvent se faire de manière séquentielle ou être mises en œuvre selon des conditions de fonctionnement données de l'amplificateur.
Sur la figure 3 sont représentés les spectre des signaux.
Sont représentés notamment les signaux
- en entrée d'amplificateur principal 501 où le signal comporte les raies centrales du signal utile et les raies latérales de pré-distorsion;
- en entrée de la voie de la première boucle de correction feedforward 502 où seules les raies centrales du signal utile de référence sont présentes; - en sortie de la voie d'amplification principale 503 où les raies latérales ne comportent plus que la distorsion d'intermodulation;
- en sortie d'amplificateur; en entrée de la voie de correction de la seconde boucle feedforward 505 où les raies du signal utile sont supprimées lors du couplage du signal de référence avec le signal de sortie d'amplificateur pour ne laisser subsister que les raies du signal de distorsion d'intermodulation;
- en fin de la voie de correction de la seconde boucle 506 où la distorsion d'intermodulation a été mise en forme pour être soustraite en sortie du système et;
- en sortie du système 507 où seules les raies du signal utile amplifié sont présentes.
La figure 4 représente le système complet avec son calculateur de pilotage 200 détaillé.
Le calculateur 200 comporte plusieurs blocs ou fonctions de calcul qui vont générer les données nécessaires pour générer le signal pur Su , le signal de pré- distorsion D1 et le signal de référence SREF en fonction d'une entrée de données D à émettre, de tables de modélisation de l'amplificateur principal et des signaux issus de la boucle de retour 141 .
Le calculateur selon l'exemple comporte notamment un bloc de traitement de signal SP (signal processing) 202, un bloc de génération de pré-distorsion DPD (digital pre-distortion) 203, un bloc de pilotage de la boucle feedforward F.FWD
CONTROL 204. Ces blocs génèrent les données destinées à être converties pour générer les signaux ci-dessus.
Le calculateur pilote en outre l'interrupteur trois voies 142 au travers d'un module de commande MASTER 201 adapté à sélectionner l'un ou l'autre des premier, deuxième ou troisième moyens de sélection et le mettre en liaison avec la boucle de retour 141 .
Le module de commande 201 pilote en outre le moyen de réglage de gain
102 de la voie principale et les moyens de réglage de gain 1 12 et de phase 1 13 de la voie de correction d'erreur de la seconde boucle feedforward.
Le pilotage des moyens de réglage peut se faire au moyen de convertisseurs numériques analogiques et de sorties analogiques du calculateur pilotées par le module de commande. Le module de commande 201 pilote en outre selon l'exemple l'ensemble des blocs du calculateur et les porteuses 108, 1 16.
Le système est donc vu de l'utilisateur un bloc amplificateur auquel on apporte des données D à émettre, le calculateur se chargeant de gérer l'ensemble des paramètres de fonctionnement de l'amplificateur de l'émetteur.
Le calculateur peut être réalisé à partir d'un microcontrôleur associé à des convertisseurs numériques/analogiques N/A et analogique/numérique A/N intégrés ou discrets mais une solution préférée est d'intégrer l'ensemble calculateur convertisseurs et voies de commande dans un composant de type FPGA (field programmable gâte array) ou réseau logique programmable dédié comportant des blocs câblés pour traitements DSP, un cœur de microprocesseur enfoui, un ou plusieurs blocs de synthèse et/ou synchronisation d'horloges, des blocs de conversion A/N et N/A, des entrées/sorties à impédances contrôlées de la mémoire et d'autres ressources nécessaires au pilotage de l'amplificateur et à la transmission des données.
L'invention permet notamment d'utiliser un amplificateur peu linéaire mais à fort rendement, par exemple un amplificateur du type « Doherty ».
L'invention n'est pas limitée aux exemples représentés et notamment le fait de partir d'un signal numérique traité par un calculateur de gestion de l'amplificateur permet d'ajouter d'autres traitements du signal numériques soit par des blocs de calcul soit par logiciel au sein du calculateur tel qu'une réduction de facteur de crête ce qui améliore encore l'efficacité global du système.

Claims

R E V E N D I C A T I O N S
1 - Système d'amplification radiofréquence numérique comportant un une voie d'amplification principale (102, 103, 104) et des moyens de correction de distorsion caractérisé en ce que les moyens de correction de distorsion comportent un circuit de correction de type correction par anticipation, dit circuit de correction feedforward, (1 ', 2') et un circuit de correction par pré-distorsion, le circuit de correction par pré-distorsion comportant une boucle de retour (140, 141 ) munie d'un premier moyen de prélèvement (120) d'un signal représentatif de la sortie de l'amplificateur principal pour adapter la pré-distorsion et minimiser l'erreur en sortie de l'amplificateur principal, la voie d'amplification principale (102, 103, 104) étant alimentée par un signal (Su+D1 ) combinant un signal utile pur (Su) et un signal de pré-distorsion (D1 ), le circuit de correction feedforward comportant une première voie de correction alimentée par un signal de référence (SREF) et le transformant en un premier signal de correction, ladite voie de correction constituant avec ladite voie d'amplification principale une première boucle (1 ') qui comporte en outre un coupleur double (1 10) adapté à effectuer un prélèvement d'un signal de sortie (S1 ) de la voie d'amplification principale et une combinaison de ce signal de sortie avec le premier signal de correction (Se) pour réaliser un second signal de correction (eR).
2 - Système d'amplification radiofréquence numérique selon la revendication 1 pour lequel le prélèvement de signal de la boucle de retour (140) du circuit de correction par pré-distorsion est fait en aval du coupleur double (1 10) de la première boucle (1 ') du circuit de correction feedforward.
3 - Système d'amplification radiofréquence numérique selon la revendication 1 ou 2 comportant une seconde voie de correction dans laquelle le second signal de correction (eR) est injecté, ladite seconde voie de correction formant une seconde boucle (2') avec une voie de mise en forme (105, 106) prolongeant la voie d'amplification principale, ladite seconde boucle (2') comportant un coupleur de sortie (130) au niveau d'une sortie générale SG du système d'amplification.
4 - Système d'amplification radiofréquence numérique selon la revendication 3 pour lequel la seconde voie de correction comporte des moyens déphaseurs (1 13) et des moyens d'amplification (1 12, 1 14) dudit second signal de correction pour générer un signal de correction final (eR1), le coupleur de sortie (20) étant conçu en sorte de réinjecter le signal de correction final (eR') au niveau de ladite sortie générale de l'amplificateur, ledit signal de correction final (eR') étant combiné au signal de sortie (S2) au niveau du coupleur pour générer un signal de sortie S nettoyé.
5 - Système d'amplification radiofréquence numérique selon la revendication 3 ou 4 pour lequel la voie de mise en forme comporte un isolateur (105) et une ligne à retard (106).
6 - Système d'amplification radiofréquence numérique selon l'une quelconque des revendications précédentes pour lequel le signal pur (Su), le signal de pré-distorsion (D1 ) et le signal de référence (SREF) sont générés au sein d'un calculateur (200) en fonction d'une entrée de données (D), de tables de modélisation de l'amplificateur principal et des signaux issus de la boucle de retour (140, 141 ).
7 - Système d'amplification radiofréquence numérique selon la revendication 6 pour lequel le signal utile pur combiné à la pré-distorsion (Su+D1 ) est issu d'un premier convertisseur numérique/analogique (100).
8 - Système d'amplification radiofréquence numérique selon la revendication 6 ou 7 pour lequel le signal de référence (SREF) est issu d'un second convertisseur numérique/analogique (108).
9 - Système d'amplification radiofréquence selon l'une quelconque des revendications précédentes pour lequel la boucle de retour comporte un convertisseur analogique numérique (1 18).
10 - Système d'amplification radiofréquence selon l'une quelconque des revendications précédentes pour lequel les signaux transitant par l'amplificateur, le circuit de correction feedforward et la boucle de retour du circuit de correction par pré-distorsion sont modulés en entrée de l'amplificateur et du dispositif feedforward par une porteuse (107) au moyen d'un premier et d'un deuxième mélangeurs (101 , 109).
1 1 - Système d'amplification radiofréquence selon la revendication 10 pour lequel le signal de la boucle de retour est démodulé par une porteuse (1 1 6) au niveau d'un troisième mélangeur (1 17). 12 - Système d'amplification radiofréquence selon l'une quelconque des revendications précédentes comportant un deuxième moyen (122) de prélèvement du signal de sortie générale.
13 - Système d'amplification radiofréquence selon l'une quelconque des revendications précédentes comportant un troisième moyen (121 ) de prélèvement du second signal de correction (eR).
14 - Système d'amplification radiofréquence selon les revendications 1 , 12 et 13 pour lequel un interrupteur trois voies (142) piloté par un module de commande (201 ) est adapté à sélectionner l'un ou l'autre des premier, deuxième ou troisième moyens de sélection et le mettre en liaison avec la boucle de retour (141 ), la boucle de retour étant ainsi adaptée à servir de moyen de mesure de paramètres de fonctionnement de l'ensemble des moyens de correction du système.
15 - Système d'amplification radiofréquence selon la revendication 14 pour lequel le module de commande (201 ) pilote des moyens de réglage de gain et de phase (102, 1 12, 1 13) d'au moins une voie du système.
1 6 - Système d'amplification radiofréquence selon les revendications 6 et 15 pour lequel le module de commande fait partie du calculateur qui comporte un bloc de traitement de signal (202), un bloc de génération de pré-distorsion (203), un bloc de pilotage de la boucle feedforward (204), le module de commande (201 ) pilotant lesdits blocs du calculateur.
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