專利名稱：利用非線性預(yù)失真的放大器的線性化的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般地涉及用于通信應(yīng)用的高性能放大器，并且具體地說，涉及利用預(yù)失真對(duì)放大器非線性的校正。

背景技術(shù)：
現(xiàn)代的移動(dòng)通信系統(tǒng)利用多個(gè)信道，在分配的頻帶上緊密間隔。為了避免互調(diào)產(chǎn)物以及頻譜再生長，在頻帶內(nèi)外，用于這些系統(tǒng)中的射頻(RF)功率放大器電路都必須高度線性。在發(fā)射諸如CDMA信號(hào)的寬帶、可變包絡(luò)信號(hào)的單信道發(fā)射機(jī)中也要求高水平的線性。
非線性的主要來源是失真，它在由于放大器的非線性振幅和相位響應(yīng)的情況下出現(xiàn)，特別是功率接近飽和電平時(shí)。三級(jí)失真非線性一般給出最強(qiáng)的互調(diào)產(chǎn)物，不過較高級(jí)的產(chǎn)物可以是重要的。校正放大器失真并且由此改善線性的一個(gè)方法是預(yù)失真，其中受控的非線性失真應(yīng)用到放大器輸入信號(hào)。預(yù)失真電路設(shè)計(jì)成給出與放大器本身產(chǎn)生的失真互補(bǔ)的非線性振幅和相位特性，因此理想地，放大器輸出中的失真在整個(gè)信號(hào)帶寬被抵銷。一般從放大器輸出提供到預(yù)失真電路的反饋連接，供調(diào)整用于最佳線性化的預(yù)失真系數(shù)使用。
已經(jīng)提議各種方案用于射頻功率放大器輸入信號(hào)的數(shù)字域預(yù)失真。例如，美國專利6141390描述了一種系統(tǒng)，該系統(tǒng)對(duì)正交預(yù)測變量利用直接的反相模型方案，以確定由射頻發(fā)射機(jī)的功率放大器引起的失真的反相，該專利的公開通過引用結(jié)合于本文中。預(yù)失真系統(tǒng)根據(jù)反相模型方案確定復(fù)數(shù)預(yù)失真系數(shù)，并且在查表(LUT)中存儲(chǔ)該系數(shù)。來自LUT的系數(shù)然后用作實(shí)現(xiàn)預(yù)失真的非線性數(shù)字濾波器的抽頭加權(quán)。
另一個(gè)數(shù)字預(yù)失真系統(tǒng)在美國專利6549067和6580320中描述，其公開通過引用結(jié)合于本文中。預(yù)失真電路對(duì)到非線性放大器的輸入進(jìn)行采樣，并且利用混頻器將輸入乘以它本身，以便產(chǎn)生各級(jí)失真。濾波器/時(shí)間延遲部件結(jié)合到產(chǎn)生失真級(jí)的路徑中，以便生成隨頻率的相位和/或振幅變化。對(duì)失真級(jí)求和以提供預(yù)失真。濾波器/時(shí)間延遲部件能夠由數(shù)字信號(hào)處理(DSP)電路中的自適應(yīng)濾波器實(shí)現(xiàn)，它對(duì)線性化的放大器的輸出采樣以便獲得用于適配濾波器的反饋。輸入的同相和正交部分單獨(dú)地進(jìn)行數(shù)字化預(yù)失真。


發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的實(shí)施例提供一種改善的數(shù)字預(yù)失真電路，它對(duì)到非線性功率放大器的輸入信號(hào)操作，以便使放大器輸出線性化并且進(jìn)一步執(zhí)行線性均衡。預(yù)失真電路包括非線性濾波器，它包括功率擴(kuò)展器，用于將輸入基帶信號(hào)X分離為一系列信號(hào)分量。各個(gè)分量與輸入信號(hào)和輸入信號(hào)功率包絡(luò)的整數(shù)冪|X|2的乘積成比例。利用響應(yīng)于功率放大器的非線性適應(yīng)性確定的濾波系數(shù)，對(duì)這些信號(hào)分量進(jìn)行濾波。然后組合濾波信號(hào)分量以提供中間的預(yù)失真信號(hào)，以輸入到功率放大器。這種信號(hào)非線性按照輸入信號(hào)功率的分解給出了功率放大器的非線性特性的可靠模型，并且允許由預(yù)失真電路以相對(duì)于本領(lǐng)域已知的方法低的計(jì)算復(fù)雜性校正該非線性。
在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，由適配電路確定濾波系數(shù)，適配電路通過對(duì)功率放大器非線性反相建模而操作。由如在非線性濾波器中的適配電路中的功率擴(kuò)展器對(duì)功率放大器的輸出進(jìn)行采樣和分離。采樣輸出信號(hào)的分量然后由適配電路進(jìn)行濾波，其方式與由非線性濾波器對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行濾波的方式類似。適配電路中的濾波系數(shù)通過自適應(yīng)過程調(diào)整，直到濾波輸出與非線性濾波器產(chǎn)生的中間信號(hào)適配(作為到功率放大器的輸入)。這些修改濾波系數(shù)表示放大器非線性的反相，然后由非線性濾波器應(yīng)用以便向中間信號(hào)提供適當(dāng)?shù)念A(yù)失真。
在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，非線性濾波器還包括加權(quán)線性組合器，它產(chǎn)生在給定時(shí)段具有最小互相關(guān)的信號(hào)單元，作為功率擴(kuò)展器生成的信號(hào)分量的線性組合。對(duì)各個(gè)實(shí)質(zhì)上不相關(guān)的信號(hào)單元進(jìn)行濾波，一般利用由包括類似的加權(quán)線性組合器的適配電路確定的濾波系數(shù)。這樣對(duì)信號(hào)單元的處理在減輕適配技術(shù)的操作中是有用的，并且獲得用于非線性濾波器中的濾波系數(shù)的更快收斂。適配電路還可用來適應(yīng)性地確定加權(quán)系數(shù)，以便可以由線性組合器在產(chǎn)生信號(hào)單元以及在選擇將由功率擴(kuò)展器產(chǎn)生的信號(hào)分量的級(jí)別(即整數(shù)冪)時(shí)使用。
因此，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例提供用于放大具有輸入信號(hào)功率的輸入信號(hào)的設(shè)備，包括 功率放大器，適合于放大中間信號(hào)以便產(chǎn)生輸出信號(hào)，并且其特征在于非線性；以及 非線性濾波器，其連接成將輸入信號(hào)分離為一系列輸入信號(hào)分量，各個(gè)這樣的分量與所述輸入信號(hào)和所述輸入信號(hào)功率的相應(yīng)整數(shù)冪的乘積成比例，并且適合于響應(yīng)于所述非線性而對(duì)所述信號(hào)分量進(jìn)行濾波，以便產(chǎn)生用于輸入到功率放大器的中間信號(hào)。
在公開的實(shí)施例中，非線性濾波器適合于組合所述輸入信號(hào)分量，以便產(chǎn)生實(shí)質(zhì)上不相關(guān)的輸入信號(hào)單元，以及對(duì)各個(gè)實(shí)質(zhì)上不相關(guān)的輸入信號(hào)單元進(jìn)行濾波，以便補(bǔ)償所述非線性。一般地，非線性濾波器適合于通過利用確定為使得信號(hào)單元之間的相關(guān)性最小化的加權(quán)系數(shù)來線性組合輸入信號(hào)分量，從而產(chǎn)生實(shí)質(zhì)上不相關(guān)的輸入信號(hào)單元，以及對(duì)濾波的實(shí)質(zhì)上不相關(guān)的輸入信號(hào)單元求和以便產(chǎn)生中間信號(hào)。
作為附加或者替換，所述設(shè)備包括適配電路，所述適配電路配置為分離所述輸出信號(hào)，以便產(chǎn)生實(shí)質(zhì)上不相關(guān)的輸出信號(hào)分量，以及對(duì)所述實(shí)質(zhì)上不相關(guān)的輸出信號(hào)分量進(jìn)行處理，以便確定將由所述非線性濾波器在對(duì)所述實(shí)質(zhì)上不相關(guān)的輸入信號(hào)單元進(jìn)行濾波時(shí)應(yīng)用的濾波系數(shù)。一般地，適配電路配置為對(duì)所述實(shí)質(zhì)上不相關(guān)的輸出信號(hào)分量進(jìn)行濾波，以及對(duì)所濾波的實(shí)質(zhì)上不相關(guān)的輸出信號(hào)分量與所述中間信號(hào)進(jìn)行比較，以便確定將由所述非線性濾波器在對(duì)各個(gè)所述實(shí)質(zhì)上不相關(guān)的輸入信號(hào)分量進(jìn)行濾波時(shí)應(yīng)用的濾波系數(shù)。對(duì)此，適配電路可以配置為計(jì)算中間信號(hào)和所濾波的實(shí)質(zhì)上不相關(guān)的輸出信號(hào)分量之間的遞差，以便確定用于適應(yīng)性計(jì)算將應(yīng)用到各個(gè)所述實(shí)質(zhì)上不相關(guān)的輸入信號(hào)分量的濾波系數(shù)中使用的相應(yīng)誤差信號(hào)。作為附加或者替換，非線性濾波器適合于通過線性組合所述輸入信號(hào)分量，從而產(chǎn)生所述實(shí)質(zhì)上不相關(guān)的輸出信號(hào)分量，以及適配電路配置為適應(yīng)性地確定將由所述非線性濾波器在產(chǎn)生所述實(shí)質(zhì)上不相關(guān)的輸入信號(hào)單元中應(yīng)用的以及由適配電路在產(chǎn)生所述實(shí)質(zhì)上不相關(guān)的輸出信號(hào)單元時(shí)應(yīng)用的加權(quán)系數(shù)。
在其它實(shí)施例中，連接適配電路以接收并處理輸出信號(hào)的樣本以便產(chǎn)生非線性功率放大器的反相模型，并且響應(yīng)于反相模型確定由非線性濾波器應(yīng)用到信號(hào)分量的濾波系數(shù)。一般來說，適配電路配置為響應(yīng)于反相模型對(duì)輸出信號(hào)的樣本進(jìn)行濾波，并且還連接適配電路以對(duì)中間信號(hào)和濾波的輸出信號(hào)樣本進(jìn)行比較以便確定濾波系數(shù)。在一個(gè)實(shí)施例中，適配電路配置為根據(jù)中間信號(hào)和濾波的輸出信號(hào)樣本的比較，適應(yīng)性地利用最小均方(LMS)適配過程確定濾波系數(shù)，以便最小化誤差信號(hào)。作為附加或者替換，適配電路還配置為適應(yīng)性地確定將分離的輸入信號(hào)的輸入信號(hào)分量，以便由非線性濾波器濾波。
在一些實(shí)施例中，設(shè)備包括采樣信道，它將功率放大器的輸出連接到適配電路，其中適配電路包括信道補(bǔ)償器，它可調(diào)節(jié)以便補(bǔ)償由采樣信道在輸出信號(hào)的樣本中引入的失真。在一個(gè)實(shí)施例中，設(shè)備包括校準(zhǔn)電路，它適合于注入校準(zhǔn)信號(hào)到采樣信道中，以便確定在樣本中引入的失真，供調(diào)整信道補(bǔ)償器使用。一般來說，校準(zhǔn)電路包括數(shù)字邏輯驅(qū)動(dòng)器，它產(chǎn)生已知振幅和頻率的方波；以及帶通濾波器，它對(duì)方波進(jìn)行濾波以便提供校準(zhǔn)信號(hào)。
一般地，輸入信號(hào)和中間信號(hào)是基帶信號(hào)，并且所述設(shè)備包括上變頻器，用于將中間信號(hào)上變頻到射頻(RF)以輸入到功率放大器，并且其中所述非線性濾波器適合于對(duì)信號(hào)分量應(yīng)用低通濾波功能。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，還提供用于利用其特征在于非線性的功率放大器放大具有輸入信號(hào)功率的輸入信號(hào)的方法，所述方法包括 將所述輸入信號(hào)分離為一系列輸入信號(hào)分量，各個(gè)這樣的分量與所述輸入信號(hào)與所述輸入信號(hào)功率的相應(yīng)整數(shù)冪的乘積成比例， 響應(yīng)于所述非線性而對(duì)所述信號(hào)分量進(jìn)行濾波，以便產(chǎn)生用于輸入到所述功率放大器的中間信號(hào)；以及 利用所述功率放大器放大所述中間信號(hào)。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，還提供一種接收機(jī)，包括 采樣信道，它適合于接收和數(shù)字化模擬輸入信號(hào)，以便產(chǎn)生所述輸入信號(hào)的數(shù)字樣本序列； 校準(zhǔn)電路，它包括數(shù)字邏輯裝置，它適合于產(chǎn)生已知振幅和頻率的方波；以及帶通濾波器，連接所述帶通濾波器以對(duì)所述方波進(jìn)行濾波，從而提供用于輸入到所述采樣信道的校準(zhǔn)信號(hào)，供測量由所述采樣信道引入的失真使用；以及 信道補(bǔ)償器，其連接成對(duì)所述數(shù)字樣本進(jìn)行操作，從而補(bǔ)償利用所述校準(zhǔn)電路測量的失真。
一般地，數(shù)字邏輯裝置包括溫度補(bǔ)償射極耦合邏輯(ECL)裝置，并且?guī)V波器包括印刷電路濾波器。在公開的實(shí)施例中，校準(zhǔn)電路包括頻率合成器，它適合于產(chǎn)生輸入到數(shù)字邏輯裝置的一個(gè)或更多頻率音的頻譜，以便使所述數(shù)字邏輯裝置產(chǎn)生已知頻率的方波。
本發(fā)明將從對(duì)它的實(shí)施例的詳細(xì)說明以及附圖更完整地理解，其中


圖1是示意地說明根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例用于射頻功率放大的設(shè)備的方框圖； 圖2是示意地說明根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的非線性濾波器的方框圖； 圖3是示意地說明根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的功率擴(kuò)展器的方框圖； 圖4是示意地說明根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的適配電路的方框圖； 圖5是示意地顯示根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的適配電路的細(xì)節(jié)的方框圖；以及 圖6是示意地說明根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例用于校準(zhǔn)接收機(jī)的校準(zhǔn)電路的方框圖。
實(shí)施例的詳細(xì)說明 圖1是示意地顯示根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例用于功率放大輸入信號(hào)X(t)的設(shè)備20的方框圖。設(shè)備20構(gòu)造在產(chǎn)生射頻輸出信號(hào)U(t)的射頻功率放大器22周圍。一般而言，輸入信號(hào)X(t)的頻帶受限并且具有限制的已知的包絡(luò)最大值-平均值比(EPAR)。一般地，X(t)是數(shù)字基帶信號(hào)，不過到設(shè)備20的輸入信號(hào)可以替代地是中頻(IF)信號(hào)。盡管在下文參考基帶信號(hào)處理描述了設(shè)備20中應(yīng)用的某些線性化技術(shù)，但這些技術(shù)也可加以必要的修改用于中頻信號(hào)，這一點(diǎn)對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員是顯而易見的。類似的，盡管在此實(shí)施例中假定放大器22產(chǎn)生射頻輸出信號(hào)以在空中發(fā)送(例如在蜂窩通信網(wǎng)絡(luò)中)，但本發(fā)明的原則可以同樣地應(yīng)用到其它類型放大器以及其它類型的非線性電路單元的線性化。
放大器22的特征在于某種非線性，這種非線性一般不能預(yù)先準(zhǔn)確地得知并且可能隨著時(shí)間而改變。為了校正這個(gè)非線性，非線性濾波器24利用大致為放大器非線性的反相的非線性濾波函數(shù)使輸入信號(hào)X(t)預(yù)失真。濾波器24輸出中間的預(yù)失真信號(hào)Y(t)。這個(gè)信號(hào)一般由數(shù)字上變頻器25上變頻到實(shí)的中頻信號(hào)，然后由數(shù)字/模擬變換器(DAC)26轉(zhuǎn)換為模擬形式。模擬中頻信號(hào)然后由上變頻器28上變頻到適當(dāng)?shù)纳漕l范圍，上變頻器28由在適當(dāng)載頻下操作的本機(jī)振蕩器30驅(qū)動(dòng)。(替代地，復(fù)數(shù)基帶信號(hào)的I和Q分量可以在上變頻之前被轉(zhuǎn)換為模擬形式。在這種情況下，可取地在D/A轉(zhuǎn)換之前通過適當(dāng)?shù)幕鶐盘?hào)的數(shù)字處理，對(duì)模擬電路的載波滲漏和I/Q失配進(jìn)行校準(zhǔn)和校正)。射頻信號(hào)由放大器22放大，以產(chǎn)生輸出信號(hào)U(t)，然后，輸出信號(hào)U(t)一般經(jīng)空中發(fā)射。
放大器22的一部分輸出由下變頻器32抽頭并且下變頻，該下變頻器32一般在相對(duì)于上變頻器28的頻率的已知頻率偏置下操作，以便便于實(shí)頻率方案的使用。在這種情況下，單個(gè)模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC)34可能用來對(duì)下變頻輸出信號(hào)進(jìn)行采樣和數(shù)字化。數(shù)字化的樣本輸入到適配電路36，適配電路36對(duì)采樣的輸出信號(hào)與中間信號(hào)Y(t)進(jìn)行比較，以便估算放大器22產(chǎn)生的失真(包括由DAC 26和上變頻器28所引起的失真)。在如下所述的實(shí)施例中，適配電路36創(chuàng)建此失真的反相模型，以便確定將輸出U(t)轉(zhuǎn)換為中間信號(hào)Y(t)的濾波系數(shù)。這些濾波系數(shù)然后由非線性濾波器24應(yīng)用，以便使輸入信號(hào)X(t)預(yù)失真。校準(zhǔn)器38用來校準(zhǔn)傳遞到適配電路的采樣信道的響應(yīng)，如下進(jìn)一步所述。
圖2是示意地說明根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的非線性濾波器24的細(xì)節(jié)的方框圖。功率擴(kuò)展器40通過混合輸入信號(hào)和輸入信號(hào)功率包絡(luò)的一系列整數(shù)冪|X|2，從而產(chǎn)生輸入信號(hào)X(t)功率分量。此功率擴(kuò)展器的細(xì)節(jié)如圖3所示。功率擴(kuò)展用來對(duì)放大器22的非線性的反相建模。替代地，本領(lǐng)域已知的其它類型的擴(kuò)展可以用于代替功率擴(kuò)展X，X|X|2，X|X|4，...，X|X|2N，以便對(duì)放大器非線性建模。例如，擴(kuò)展器40可以執(zhí)行輸入信號(hào)的Volterra擴(kuò)展。
擴(kuò)展器40產(chǎn)生的功率分量X，X|X|2，X|X|4，...，X|X|2N被輸入到加權(quán)線性組合器44，加權(quán)線性組合器44也稱為去相關(guān)器，它產(chǎn)生信號(hào)單元V0，V1，V2，...，VN作為功率分量的線性組合 一般地，選擇加權(quán)系數(shù)aij使得在輸入信號(hào)X(t)的某一數(shù)量的樣本N+M的不同信號(hào)單元Vi之間的互相關(guān)最小化。此相關(guān)性條件可以用要求aij滿足(對(duì)于穩(wěn)定信號(hào))以下條件表示對(duì)于所有的i并且對(duì)于j＝0，1，...，i-1 這里，rvi，vj(k，aij)是在相對(duì)滯后k下Vi與Vj的互相關(guān)，并且wi(k+N)是憑經(jīng)驗(yàn)選擇的加權(quán)函數(shù)。此標(biāo)準(zhǔn)給出在放大器22的非線性中不同的信號(hào)單元的相互影響最小化的意義上，實(shí)質(zhì)上不相關(guān)的信號(hào)單元V0，V1，V2，...，VN。
替代地或者附加地，功率擴(kuò)展器40和線性組合器44可以應(yīng)用其它信號(hào)相關(guān)性函數(shù)和標(biāo)準(zhǔn)，如本領(lǐng)域已知的那些。例如，信號(hào)功率分量可以利用埃爾米特多項(xiàng)式組合，或者Laguerre函數(shù)可以用于代替功率擴(kuò)展器和線性組合器。
系數(shù)aij通過利用適配電路36解方程式(2)而確定。電路36確定的系數(shù)然后載入到線性組合器44，并且用于適配電路36中，如下所述。周期性地，適配電路可以適應(yīng)性地再計(jì)算和更新該系數(shù)。
信號(hào)單元V0，V1，V2，...，VN通過相應(yīng)的自適應(yīng)濾波器46進(jìn)行濾波，以便產(chǎn)生預(yù)失真信號(hào)單元Y0，Y1，Y2，...，YN。濾波器46一般包括FIR濾波器，其濾波系數(shù)由適配電路36確定，如下所述。盡管為了概念上的清晰給出了組合器44和濾波器46，在圖2中作為獨(dú)立的功能元件，但實(shí)際上濾波器46可以配置為同時(shí)執(zhí)行組合器44的功能。然后由加法器48對(duì)預(yù)失真信號(hào)單元Y0，Y1，Y2，...，YN求和，以給出預(yù)失真中間信號(hào)Y(t)。
一般地，為了以充足的速度處理輸入信號(hào)X(t)，非線性濾波器24包括專用的基于硬件的信號(hào)處理單元。例如，濾波器24可以利用一個(gè)或多個(gè)定制或者半定制的門陣列和/或可編程數(shù)字信號(hào)處理器芯片和/或?qū)Ｓ肁SIC實(shí)現(xiàn)。另一方面，由適配電路36執(zhí)行的適配處理可以如下所述以實(shí)質(zhì)上較低的速度脫機(jī)進(jìn)行。因此，適配電路36的功能可以在微處理器上以軟件實(shí)現(xiàn)。設(shè)備20的其他單元的硬件和軟件實(shí)現(xiàn)對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員是顯而易見的，并且視為在本發(fā)明的范圍中。
圖3是示意地顯示根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例用于對(duì)基帶信號(hào)X進(jìn)行操作的功率擴(kuò)展器40的細(xì)節(jié)的方框圖。功率擴(kuò)展器的這個(gè)設(shè)計(jì)基于對(duì)到放大器22的窄帶RF輸入信號(hào)建模為x(t)＝A(t)cos(ωt+(t))。這個(gè)信號(hào)可以表示為復(fù)數(shù)基帶信號(hào)X(t)＝A(t)·exp(j(t))的上變頻 x(t)＝Re{A(t)·exp(j(ωt+(t))} ＝Re{A(t)·exp(jωt)·exp(j(t))} ＝Re{X(t)·exp(jωt)}(3) 假定放大器22的頻帶受限，放大器舍棄頻率為2ω0或者更高的信號(hào)，因此僅僅第一諧波區(qū)是所考慮的。第一諧波區(qū)僅僅受奇數(shù)級(jí)互調(diào)影響。因此，對(duì)于任何奇數(shù)n，
(4) 來自放大器U(t)的輸出信號(hào)因此能按照功率擴(kuò)展|X(t)|n-1X(t)建模。
放大器非線性的這個(gè)模型反映在圖3所示的功率擴(kuò)展器40的構(gòu)造中。輸入信號(hào)X(t)傳遞到功率計(jì)算電路50，用該信號(hào)的復(fù)共軛乘以該信號(hào)，以得到功率包絡(luò)|X|2。然后，由混頻器(或者乘法器)52將輸入信號(hào)與功率包絡(luò)進(jìn)行混頻，以得到第三級(jí)功率分量X|X|2。類似的乘法和混頻步驟繼續(xù)，以產(chǎn)生高級(jí)的功率分量，如圖所示。要計(jì)算的功率級(jí)的數(shù)量可以適應(yīng)性地由適配電路36根據(jù)采樣輸出信號(hào)U(t)的實(shí)際分離而確定。
圖4是示意地說明根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的適配電路36的細(xì)節(jié)的方框圖。電路36從放大器22的輸出接收的采樣的下變頻信號(hào)由可變延遲線58進(jìn)行延遲，該可變延遲線58設(shè)置為減少用于在隨后處理信號(hào)的自適應(yīng)濾波器66的長度，如下所述。然后，由信道補(bǔ)償器59對(duì)信號(hào)進(jìn)行濾波，該信道補(bǔ)償器59對(duì)由適配電路通過其接收輸出樣本的采樣信道引入到輸出信號(hào)U(t)的任何線性振幅失真進(jìn)行補(bǔ)償。這個(gè)采樣信道一般包括下變頻器32和ADC 34，并且也可以包括其它部件?？梢岳眯?zhǔn)器38通過在開始放大器的操作之前，在放大器22的輸出端注入已知的校準(zhǔn)信號(hào)，并且響應(yīng)于已知的校準(zhǔn)信號(hào)測量到適配電路的采樣輸入，從而測量采樣信道的失真。然后，這個(gè)測量用于校準(zhǔn)補(bǔ)償器59。
采樣的補(bǔ)償輸出信號(hào)接下來由功率擴(kuò)展器60分離成功率分量，然后，由加權(quán)線性組合器64進(jìn)行處理，以產(chǎn)生一組具有最小互相關(guān)的信號(hào)單元V0，V1，V2，...，VN。這些操作實(shí)質(zhì)上類似于如上所述由非線性濾波器24中的擴(kuò)展器40和線性組合器44執(zhí)行的那些操作。但是，要注意在適配電路36中，信號(hào)單元V0，V1，V2，...，VN表示輸出信號(hào)U(t)，而不是輸入信號(hào)X(t)。
各個(gè)信號(hào)單元V0，V1，V2，...，VN由相應(yīng)的自適應(yīng)濾波器66進(jìn)行處理，自適應(yīng)濾波器66一般用適配控制器實(shí)現(xiàn)為FIR濾波器，如本領(lǐng)域已知的。加法器72對(duì)濾過的信號(hào)單元求和，并且從和中減去中間信號(hào)Y(t)，以產(chǎn)生到濾波器66的誤差信號(hào)輸入。替代地，可以從對(duì)應(yīng)濾波器66的輸出中減去各個(gè)單元Y0，Y1，Y2，...，YN，以產(chǎn)生相應(yīng)的誤差信號(hào)。任何適當(dāng)?shù)倪m配算法，比如LMS適配，可以用于產(chǎn)生濾波器66的系數(shù)。適配創(chuàng)建作為放大器22的非線性響應(yīng)的反相的總的組合濾波器響應(yīng)。線性組合器64對(duì)信號(hào)單元V0，V1，V2，...，VN的去相關(guān)可用于濾波器適配，因?yàn)樗行У厥垢鱾€(gè)濾波器66的收斂過程去耦。因此，適配過程的計(jì)算較為簡單并且一般會(huì)聚得更快。為了在電路36中執(zhí)行對(duì)窄帶信號(hào)的適配，人為限制可以加到從放大器輸出接收的信號(hào)。
當(dāng)濾波器66的系數(shù)收斂時(shí)，適配電路36將系數(shù)值傳送到非線性濾波器24，用于濾波器46中的應(yīng)用。適配電路36一般在其后繼續(xù)操作，以便用于在放大器22的失真輪廊中出現(xiàn)的任何變化。當(dāng)適配電路確定最佳系數(shù)已從它們之前的值出現(xiàn)實(shí)質(zhì)性改變時(shí)，它將新的系數(shù)值傳送到非線性濾波器24。適配電路可以類似地修改和更新由功率擴(kuò)展器40產(chǎn)生的功率范圍以及由線性組合器44應(yīng)用的加權(quán)系數(shù)。
圖5是給出根據(jù)本發(fā)明的備選實(shí)施例的適配電路36的單元的方框圖。在這種情況下，各個(gè)濾波器66從相應(yīng)的加法器74接收它自己的誤差信號(hào)。加法器配置為計(jì)算中間信號(hào)Y(t)和濾波器的輸出之間的遞差。因此，到最低級(jí)濾波器(該濾波器處理V0)的誤差信號(hào)是濾波器輸出和來自非線性濾波器24的中間信號(hào)Y(t)之間的差。到下一個(gè)濾波器(該濾波器處理V1)的誤差信號(hào)是此濾波器輸出和到在前濾波器的誤差信號(hào)之間的差，依此類推。此實(shí)施例利用使得這些單元實(shí)質(zhì)上不相關(guān)的信號(hào)單元V0，V1，V2，...，VN的去相關(guān)性。
圖6是示意地說明根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的校準(zhǔn)器38的細(xì)節(jié)的方框圖。校準(zhǔn)器38包括晶體振蕩器(TCXO)80，它產(chǎn)生到頻率合成器82的輸出。在本實(shí)施例中，合成器82包括鎖相環(huán)(PLL)，鎖相環(huán)產(chǎn)生在放大器22的工作范圍中的期望頻率的純音。在校準(zhǔn)過程期間，合成器一般在多個(gè)不同頻率下操作，以便產(chǎn)生與頻率有關(guān)的用于采樣信道的校準(zhǔn)曲線。替代地，合成器82可以配置為產(chǎn)生偽噪聲(PN)序列，一般以大約放大器的中心頻率的三分之一的比率，以便同時(shí)產(chǎn)生具有已知相位和振幅的多個(gè)頻音的頻譜。
合成器82產(chǎn)生的頻率信號(hào)輸入到快速數(shù)字邏輯驅(qū)動(dòng)器84，快速數(shù)字邏輯驅(qū)動(dòng)器84一般包括具有溫度補(bǔ)償?shù)母咚貳CL(射極耦合邏輯)緩沖器。驅(qū)動(dòng)器84輸出頻率為輸入頻率且具有短的上升和下降時(shí)間以及很穩(wěn)定振幅的方波。例如，ON Semiconductor Corp(Phoenix，Arizona)制造的100EP16驅(qū)動(dòng)器在它的特定工作溫度范圍內(nèi)能夠產(chǎn)生2.1GHz的方波，振幅穩(wěn)定性＜0.1dB。替代地，對(duì)于較高的頻率，可以利用諸如ON Semiconductor NBSG16驅(qū)動(dòng)器的SiGe裝置。
驅(qū)動(dòng)器84的輸出由帶通濾波器86進(jìn)行濾波，以便通過基波頻率并且除去方波中的諧波。(替代地，濾波器可以配置為通過例如三次諧波，并且除去基波頻率和高次諧波)。如本領(lǐng)域已知的，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)通過導(dǎo)通襯底上印刷的跡線形成的印刷電路濾波器給出好的結(jié)果，并且對(duì)溫度變化相對(duì)不靈敏。一般地，對(duì)于2.1GHz的中心頻率，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)大約200MHz的濾波器帶寬給出好的結(jié)果。放大器22的操作頻帶上濾波器響應(yīng)的變化可以提前測量，然后應(yīng)用在采樣信道的校準(zhǔn)曲線的計(jì)算中。
校準(zhǔn)器38由此利用便宜的現(xiàn)有數(shù)字元件給出很穩(wěn)定的已知振幅和頻率的校準(zhǔn)信號(hào)。采樣信道利用此校準(zhǔn)器能夠獲得的精確校準(zhǔn)在準(zhǔn)確地設(shè)置信道補(bǔ)償器59時(shí)特別重要，以確保適配電路36和非線性濾波器24提供期望水平的線性校正。此外，此類校準(zhǔn)器也可在校準(zhǔn)其它類型的采樣信道和接收機(jī)取得好的效果。
應(yīng)該理解，上述實(shí)施例通過實(shí)例引用，并且本發(fā)明不局限于在上文特別顯示和描述的那些。相反，本發(fā)明的范圍包括在上文描述的各種特征的組合和變形，以及所屬技術(shù)領(lǐng)域的專業(yè)人員在閱讀以上描述能想到的并且沒有在先有技術(shù)中公開的變型和修改。
權(quán)利要求
1.用于放大具有輸入信號(hào)功率的輸入信號(hào)的設(shè)備，包括
功率放大器，它適合于放大中間信號(hào)以便產(chǎn)生輸出信號(hào)，并且其特征在于非線性；以及
非線性濾波器，其連接成將所述輸入信號(hào)分離為一系列輸入信號(hào)分量，各個(gè)這樣的分量與所述輸入信號(hào)與所述輸入信號(hào)功率的相應(yīng)整數(shù)冪的乘積成比例，并且適合于響應(yīng)于所述非線性而對(duì)所述信號(hào)分量進(jìn)行濾波，以便產(chǎn)生用于輸入到所述功率放大器的中間信號(hào)。
2.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述非線性濾波器適合于組合所述輸入信號(hào)分量，以便產(chǎn)生實(shí)質(zhì)上不相關(guān)的輸入信號(hào)單元，以及對(duì)各個(gè)實(shí)質(zhì)上不相關(guān)的輸入信號(hào)單元進(jìn)行濾波，以便補(bǔ)償所述非線性。
3.如權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其中所述非線性濾波器適合于通過利用確定為使得所述信號(hào)單元之間的相關(guān)性最小化的加權(quán)系數(shù)，線性組合所述輸入信號(hào)分量，從而產(chǎn)生實(shí)質(zhì)上不相關(guān)的輸入信號(hào)單元。
4.如權(quán)利要求2所述的設(shè)備，包括適配電路，所述適配電路配置為分離所述輸出信號(hào)，以便產(chǎn)生實(shí)質(zhì)上不相關(guān)的輸出信號(hào)分量，以及對(duì)所述實(shí)質(zhì)上不相關(guān)的輸出信號(hào)分量進(jìn)行處理，以便確定將由所述非線性濾波器在對(duì)所述實(shí)質(zhì)上不相關(guān)的輸入信號(hào)單元進(jìn)行濾波時(shí)應(yīng)用的濾波系數(shù)。
5.如權(quán)利要求4所述的設(shè)備，所述適配電路配置為對(duì)所述實(shí)質(zhì)上不相關(guān)的輸出信號(hào)分量進(jìn)行濾波，以及對(duì)所濾波的實(shí)質(zhì)上不相關(guān)的輸出信號(hào)分量與所述中間信號(hào)進(jìn)行比較，以便確定將由所述非線性濾波器在對(duì)各個(gè)所述實(shí)質(zhì)上不相關(guān)的輸入信號(hào)分量進(jìn)行濾波時(shí)應(yīng)用的濾波系數(shù)。
6.如權(quán)利要求5所述的設(shè)備，其中所述適配電路配置為計(jì)算所述中間信號(hào)和所述濾波的實(shí)質(zhì)上不相關(guān)的輸出信號(hào)分量之間的遞差，以便確定用于適應(yīng)性計(jì)算將應(yīng)用到各個(gè)所述實(shí)質(zhì)上不相關(guān)的輸入信號(hào)分量的濾波系數(shù)中的相應(yīng)誤差信號(hào)。
7.如權(quán)利要求4所述的設(shè)備，其中所述非線性濾波器適合于通過線性組合所述輸入信號(hào)分量，從而產(chǎn)生所述實(shí)質(zhì)上不相關(guān)的輸入信號(hào)單元，以及其中所述適配電路配置為適應(yīng)性地確定將由所述非線性濾波器在產(chǎn)生所述實(shí)質(zhì)上不相關(guān)的輸入信號(hào)單元中應(yīng)用的以及由所述適配電路在產(chǎn)生所述實(shí)質(zhì)上不相關(guān)的輸出信號(hào)單元時(shí)應(yīng)用的加權(quán)系數(shù)。
8.如權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其中所述非線性濾波器適合于對(duì)所濾波的實(shí)質(zhì)上不相關(guān)的輸入信號(hào)單元求和以便產(chǎn)生所述中間信號(hào)。
9.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，包括適配電路，其連接成接收所述輸出信號(hào)的樣本并對(duì)其進(jìn)行處理，從而產(chǎn)生非線性功率放大器的反相模型，以及響應(yīng)于所述反相模型確定將由所述非線性濾波器應(yīng)用到所述信號(hào)分量的濾波系數(shù)。
10.如權(quán)利要求9所述的設(shè)備，其中所述適配電路配置為響應(yīng)于所述反相模型對(duì)所述輸出信號(hào)的樣本進(jìn)行濾波，并且還連接所述適配電路以對(duì)所述中間信號(hào)和所述濾波的輸出信號(hào)樣本進(jìn)行比較以便確定所述濾波系數(shù)。
11.如權(quán)利要求10所述的設(shè)備，其中所述適配電路配置為根據(jù)所述中間信號(hào)和所述濾波的輸出信號(hào)樣本的比較，適應(yīng)性地利用最小均方(LMS)適配過程確定所述濾波系數(shù)，以便最小化誤差信號(hào)。
12.如權(quán)利要求9所述的設(shè)備，其中所述適配電路還配置為適應(yīng)性地確定將由所述非線性濾波器分離的所述輸入信號(hào)的輸入信號(hào)分量。
13.如權(quán)利要求9所述的設(shè)備，包括采樣信道，它將所述功率放大器的輸出連接到所述適配電路，其中所述適配電路包括信道補(bǔ)償器，所述信道補(bǔ)償器可調(diào)節(jié)，以便補(bǔ)償由采樣信道在所述輸出信號(hào)的樣本中引入的失真。
14.如權(quán)利要求13所述的設(shè)備，包括校準(zhǔn)電路，它適合于注入校準(zhǔn)信號(hào)到所述采樣信道中，以便確定在所述樣本中引入的失真，供調(diào)整所述信道補(bǔ)償器使用。
15.如權(quán)利要求14所述的設(shè)備，其中所述校準(zhǔn)電路包括數(shù)字邏輯驅(qū)動(dòng)器，它產(chǎn)生已知振幅和頻率的方波；以及帶通濾波器，它對(duì)所述方波進(jìn)行濾波以便提供所述校準(zhǔn)信號(hào)。
16.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述輸入信號(hào)和所述中間信號(hào)是基帶信號(hào)，其中所述設(shè)備包括上變頻器，用于將所述中間信號(hào)上變頻到射頻(RF)以輸入到所述功率放大器，并且其中所述非線性濾波器適合于對(duì)所述信號(hào)分量應(yīng)用低通濾波功能。
17.一種用于利用其特征在于非線性的功率放大器放大具有輸入信號(hào)功率的輸入信號(hào)的方法，所述方法包括
將所述輸入信號(hào)分離為一系列輸入信號(hào)分量，各個(gè)這樣的分量與所述輸入信號(hào)與所述輸入信號(hào)功率的相應(yīng)整數(shù)冪的乘積成比例，
響應(yīng)于所述非線性而對(duì)所述信號(hào)分量進(jìn)行濾波，以便產(chǎn)生用于輸入到所述功率放大器的中間信號(hào)；以及
利用所述功率放大器放大所述中間信號(hào)。
18.如權(quán)利要求17所述的方法，其中對(duì)所述信號(hào)分量進(jìn)行濾波包括組合所述輸入信號(hào)分量，以便產(chǎn)生實(shí)質(zhì)上不相關(guān)的輸入信號(hào)單元，以及對(duì)各個(gè)實(shí)質(zhì)上不相關(guān)的輸入信號(hào)單元進(jìn)行濾波，以便補(bǔ)償所述非線性。
19.如權(quán)利要求18所述的方法，其中組合所述輸入信號(hào)分量包括確定使得所述信號(hào)單元之間的相關(guān)性最小化的加權(quán)系數(shù)，并且通過利用所述加權(quán)系數(shù)線性組合所述輸入信號(hào)分量，從而產(chǎn)生實(shí)質(zhì)上不相關(guān)的輸入信號(hào)單元。
20.如權(quán)利要求18所述的方法，其中對(duì)各個(gè)實(shí)質(zhì)上不相關(guān)的輸入信號(hào)單元進(jìn)行濾波包括分離來自所述功率放大器的輸出信號(hào)，以便產(chǎn)生實(shí)質(zhì)上不相關(guān)的輸出信號(hào)分量，以及對(duì)所述實(shí)質(zhì)上不相關(guān)的輸出信號(hào)分量進(jìn)行處理，以便確定在對(duì)所述實(shí)質(zhì)上不相關(guān)的輸入信號(hào)單元進(jìn)行濾波時(shí)應(yīng)用的濾波系數(shù)。
21.如權(quán)利要求20所述的方法，其中對(duì)所述實(shí)質(zhì)上不相關(guān)的輸出信號(hào)分量進(jìn)行處理包括對(duì)所述實(shí)質(zhì)上不相關(guān)的輸出信號(hào)分量進(jìn)行濾波，以及對(duì)所濾波的實(shí)質(zhì)上不相關(guān)的輸出信號(hào)分量與所述中間信號(hào)進(jìn)行比較，以便確定所述濾波系數(shù)。
22.如權(quán)利要求21所述的方法，其中對(duì)所濾波的實(shí)質(zhì)上不相關(guān)的輸出信號(hào)分量進(jìn)行比較包括計(jì)算所述中間信號(hào)和所述濾波的實(shí)質(zhì)上不相關(guān)的輸出信號(hào)分量之間的遞差，并且利用所述遞差的相應(yīng)誤差信號(hào)，適應(yīng)性地計(jì)算將應(yīng)用到各個(gè)所述實(shí)質(zhì)上不相關(guān)的輸入信號(hào)分量的濾波系數(shù)中。
23.如權(quán)利要求20所述的方法，其中組合所述輸入信號(hào)分量包括通過線性組合所述輸入信號(hào)分量，從而產(chǎn)生所述實(shí)質(zhì)上不相關(guān)的輸出信號(hào)分量，以及其中分離所述輸出信號(hào)包括適應(yīng)性地確定在產(chǎn)生所述實(shí)質(zhì)上不相關(guān)的輸入信號(hào)單元和所述實(shí)質(zhì)上不相關(guān)的輸出信號(hào)單元時(shí)應(yīng)用的加權(quán)系數(shù)。
24.如權(quán)利要求18所述的方法，其中過濾所述信號(hào)分量包括對(duì)所濾波的實(shí)質(zhì)上不相關(guān)的輸入信號(hào)單元求和以便產(chǎn)生所述中間信號(hào)。
25.如權(quán)利要求17所述的方法，其中過濾所述信號(hào)分量包括對(duì)來自所述功率放大器的輸出信號(hào)進(jìn)行采樣并對(duì)其進(jìn)行處理，從而產(chǎn)生非線性功率放大器的反相模型，以及響應(yīng)于所述反相模型確定將應(yīng)用到所述信號(hào)分量的濾波系數(shù)。
26.如權(quán)利要求25所述的方法，其中處理所述輸出信號(hào)包括響應(yīng)于所述反相模型對(duì)所述采樣的輸出信號(hào)進(jìn)行濾波，并且其中確定所述濾波系數(shù)包括對(duì)所述中間信號(hào)和所述經(jīng)濾波和采樣的輸出信號(hào)進(jìn)行比較以便確定所述濾波系數(shù)。
27.如權(quán)利要求26所述的方法，其中確定所述濾波系數(shù)包括根據(jù)所述中間信號(hào)和所述濾波的輸出信號(hào)樣本的比較，適應(yīng)性地利用最小均方(LMS)適配過程計(jì)算所述濾波系數(shù)，以便最小化誤差信號(hào)。
28.如權(quán)利要求25所述的方法，其中分離所述輸入信號(hào)包括適應(yīng)性地選擇所述輸入信號(hào)將分離成的輸入信號(hào)分量。
29.如權(quán)利要求25所述的方法，其中對(duì)所述輸出信號(hào)進(jìn)行采樣和處理包括經(jīng)采樣信道接收輸出信號(hào)的樣本，校準(zhǔn)所述采樣信道以便確定由所述采樣信道引入的失真，并且校正所述樣本以便補(bǔ)償由所述采樣信道引入的失真。
30.如權(quán)利要求29所述的方法，包括校準(zhǔn)所述采樣信道包括注入校準(zhǔn)信號(hào)到所述采樣信道中，以便確定在所述樣本中引入的失真，供校正所述樣本使用。
31.如權(quán)利要求30所述的方法，其中注入校準(zhǔn)信號(hào)包括利用數(shù)字邏輯驅(qū)動(dòng)器產(chǎn)生已知振幅和頻率的方波，并且對(duì)所述方波進(jìn)行濾波以便提供所述校準(zhǔn)信號(hào)。
32.如權(quán)利要求17所述的方法，其中所述輸入信號(hào)和所述中間信號(hào)是基帶信號(hào)，其中放大所述中間信號(hào)包括將所述中間信號(hào)上變頻到射頻(RF)以輸入到所述功率放大器，并且其中對(duì)所述信號(hào)分量進(jìn)行濾波包括對(duì)所述信號(hào)分量應(yīng)用低通濾波功能。
33.一種接收機(jī)，包括
采樣信道，它適合于接收和數(shù)字化模擬輸入信號(hào)以便產(chǎn)生所述輸入信號(hào)的數(shù)字樣本序列；
校準(zhǔn)電路，它包括數(shù)字邏輯裝置，它適合于產(chǎn)生已知振幅和頻率的方波；以及帶通濾波器，其連接成對(duì)所述方波進(jìn)行濾波，從而提供用于輸入到所述采樣信道的校準(zhǔn)信號(hào)，供測量由所述采樣信道引入的失真使用；以及
信道補(bǔ)償器，連接所述信道補(bǔ)償器以對(duì)所述數(shù)字樣本進(jìn)行操作，從而補(bǔ)償利用所述校準(zhǔn)電路測量的失真。
34.如權(quán)利要求33所述的接收機(jī)，其中所述數(shù)字邏輯裝置包括溫度補(bǔ)償射極耦合邏輯(ECL)裝置。
35.如權(quán)利要求33所述的接收機(jī)，其中所述帶通濾波器包括印刷電路濾波器。
36.如權(quán)利要求33所述的接收機(jī)，其中所述校準(zhǔn)電路包括頻率合成器，它適合于產(chǎn)生輸入到所述數(shù)字邏輯裝置的一個(gè)或更多頻率音的頻譜，以便使所述數(shù)字邏輯裝置在所述已知頻率產(chǎn)生方波。
全文摘要
用于放大具有輸入信號(hào)功率的輸入信號(hào)的設(shè)備，包括功率放大器(22)，適合于放大中間信號(hào)以便產(chǎn)生輸出信號(hào)，并且其特征在于非線性。連接非線性濾波器(24)，以將輸入信號(hào)分離為一系列輸入信號(hào)分量，各個(gè)這樣的分量與輸入信號(hào)和輸入信號(hào)功率的相應(yīng)整數(shù)冪的乘積成比例，并且適合于響應(yīng)于非線性對(duì)信號(hào)分量進(jìn)行濾波，以便產(chǎn)生用于輸入到功率放大器(22)的中間信號(hào)。
文檔編號(hào)H03FGK1957526SQ20048004060
公開日2007年5月2日 申請(qǐng)日期2004年11月20日 優(yōu)先權(quán)日2003年11月24日
發(fā)明者I·塔勒, D·沃伯格, R·沙龍 申請(qǐng)人:P-波有限公司