使用預(yù)失真的放大器線性化的制作方法
【專利摘要】公開了誤差矢量幅度和頻譜屏蔽都考慮到的預(yù)失真線性化的器件和方法。所述器件和方法基于把預(yù)失真器優(yōu)化問題從時間域變換到頻率域，并根據(jù)一個或多個期望目標(biāo)對方程加權(quán)。一個目標(biāo)專注遵守頻譜屏蔽，而另一個目標(biāo)專注改進(jìn)誤差矢量幅度。
【專利說明】使用預(yù)失真的放大器線性化
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]一般來說，本公開涉及功率放大器，更確切地說，涉及功率放大器的預(yù)失真。
【背景技術(shù)】
[0002]一般來說，放大器是用于增大信號功率的器件。理想情況下，放大器會取得輸入信號并線性地增大輸出信號的功率。真實情況下，典型功率放大器的固有輸出，比如用于無線傳輸，與輸入信號不是線性的。雖然功率放大器的輸出可以在限度內(nèi)線性增大，但是達(dá)到某點時功率放大器變得飽和并且無法產(chǎn)生任何更大輸出。這種狀態(tài)被稱為限幅，導(dǎo)致了失真。
[0003]在通信系統(tǒng)語境中，有害的非線性可能導(dǎo)致所傳送的信號頻譜擴(kuò)展到相鄰的頻道，有害地干擾相鄰頻道。為了減輕這種不希望的后果，往往向發(fā)射機分配頻譜屏蔽，也稱為信道屏蔽或傳輸屏蔽，限制每個頻率范圍所允許的傳輸功率。
[0004]涉及通信效率的概念是誤差矢量幅度(〃EVM〃)，也稱為接收星座誤差或RCE。EVM是用于量化發(fā)射機或接收機性能的度量。理想情況下，從發(fā)射機發(fā)射的或由接收機接收的信號將使全部星座點都精確地在其指定位置。實踐中，諸如相位噪聲或載波泄露的系統(tǒng)缺陷導(dǎo)致實際星座點偏離指定位置。從指定位置偏離被稱為EVM。如果期望高保真通信，那么關(guān)鍵是具有低的EVM。一般來說，隨著傳輸?shù)臄?shù)據(jù)速率提高，期望的EVM降低。隨著傳輸?shù)臄?shù)據(jù)速率下降，對期望EVM的限度可以提高，但達(dá)到所要求的頻譜屏蔽變得更加困難。
[0005]降低功率放大器非線性效應(yīng)的公知技術(shù)包括反饋、前饋和預(yù)失真。這樣的技術(shù)闡述在 Joel L.Dawson, Power Amplifier Linearization Techniques:AnOverview, Workshop on RF Circuits for2.5G and3G Wireless Systems, February4,2001中。該技術(shù)旨在降低EVM，同時遵守發(fā)射屏蔽約束。以這種方式，相對于未補償或較少補償?shù)姆糯笃?，以高?shù)據(jù)速率和/或更高輸出功率實現(xiàn)了通信。
[0006]預(yù)失真包括努力在放大前更改信號以抵消放大后信號的任何失真。典型的預(yù)失真包括確定輸出信號的非線性特征，并在輸入信號中反轉(zhuǎn)這樣的特征，使得結(jié)合的傳遞特征的線性化。這樣的線性化通常以數(shù)字的或離散的方式執(zhí)行，隨后轉(zhuǎn)換為模擬信號。
[0007]數(shù)字預(yù)失真的基本概念和數(shù)學(xué)基礎(chǔ)被報告在Mohamed K.Nezami, Fundamentalsof Power Amplifier Linearization Using Digital Pre-Distortion, 2004HighFrequency Electronics, Summit Technical Media, LLC 中。RF 功率放大器線性化的基于多項式的預(yù)失真發(fā)表在 D.Giesbersj S.Mannj K.Ecclestonj Adaptive DigitalPredistortion Linearization for RF Power Amplifiers, Electronics New ZealandConference2006中。校準(zhǔn)過程中接收機和發(fā)射機二者的預(yù)失真和預(yù)失真校正闡述在美國專利申請 N0.2009/0316826 中。
[0008]一般來說，作為線性化輸出的數(shù)據(jù)速率與發(fā)射屏蔽約束之間的妥協(xié)或折衷而進(jìn)行預(yù)失真。換言之，公知的預(yù)失真技術(shù)對EVM和頻譜屏蔽都未能恰當(dāng)?shù)乜紤]。為了詳細(xì)描述，在多速率系統(tǒng)比如IEEE802.11中，在高速率時可以實現(xiàn)頻譜屏蔽但是EVM欠佳，而在低速率時頻譜屏蔽受侵?jǐn)_但EVM余量充裕。在中間速率，頻譜屏蔽可能稍微受侵?jǐn)_且EVM可能改進(jìn)但以更高功率。不僅EVM和頻譜屏蔽參數(shù)都沒有在現(xiàn)今的預(yù)失真技術(shù)中考慮，而且公知的預(yù)失真技術(shù)也專注于時間域觀點的預(yù)失真優(yōu)化問題。這樣做已經(jīng)持續(xù)導(dǎo)致了不滿意的后果。
[0009]所以期望的器件和方法對EVM和頻譜屏蔽都恰當(dāng)?shù)乜紤]并且并這樣做時通過專注于頻率域而不是時間域的預(yù)失真線性化。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本公開主題的一個示范實施例是使功率放大器的輸出線性化的器件。所述器件包括源信號的輸入接口 ；適于使源信號失真的電路，方式為應(yīng)用一個或多個頻率域方程，包含著影響功率放大器輸出的一個或多個參數(shù)；以及輸出信號的輸出接口。所述電路根據(jù)功率放大器輸出的非線性提供逆失真的輸出信號。優(yōu)選情況下，所述參數(shù)包括頻譜屏蔽和EVM。一個頻率域方程優(yōu)選情況下針對遵守頻譜屏蔽，而另一個方程優(yōu)選情況下針對改進(jìn)EVM。最優(yōu)選情況下，所述電路被配置為根據(jù)目標(biāo)對一個方程施加比另一個方程更高的權(quán)重。
[0011]本公開主題的另一個示范實施例是使功率放大器的輸出線性化的方法。所述方法包括識別影響功率放大器輸出的一個或多個參數(shù)，比如頻譜屏蔽和EVM。所述方法可以進(jìn)一步包括應(yīng)用一個或多個頻率域方程，包含一個或多個參數(shù)，以根據(jù)功率放大器輸出的非線性提供逆失真的輸出信號。一個方程可以在頻譜屏蔽約束的范圍內(nèi)使功率放大器的輸出線性化，而另一個方程可以為確保與頻譜屏蔽符合使功率放大器的輸出線性化?？梢詫σ粋€方程施加比另一個方程更高的權(quán)重。
[0012]本公開主題的進(jìn)一步示范實施例是校準(zhǔn)預(yù)失真器的方法，用于使功率放大器的輸出信號線性化。所述方法可以包括確定功率放大器輸出中由頻譜屏蔽約束的范圍以及未侵?jǐn)_頻譜屏蔽但是能夠改進(jìn)EVM性能的范圍。所述方法還可以包括應(yīng)用頻率域方程在頻譜屏蔽約束的范圍內(nèi)使功率放大器的輸出線性化以降低EVM。所述方法還可以包括應(yīng)用頻率域方程在未侵?jǐn)_頻譜屏蔽但是能夠改進(jìn)EVM性能的范圍內(nèi)使功率放大器的輸出線性化。
[0013]附圖簡要說明
[0014]在以下附圖中展示了本公開主題的某些非限制性示范實施例。在一幅或多幅圖中出現(xiàn)的一致的或復(fù)制的或等效的或相似的結(jié)構(gòu)、元件或部件一般都標(biāo)以同一引用號，可選地標(biāo)以附加字母或若干字母在相似對象或?qū)ο笞兎N之間區(qū)分，并且可能不重復(fù)地標(biāo)注和/或描述。為了表達(dá)方便或清晰而選擇附圖中顯示的組件和特征的尺度。為了方便或清晰，某些元件或結(jié)構(gòu)未顯示或僅僅部分顯示以及/或者以不同觀點或從不同觀察點顯示。
[0015]圖1A展示了功率放大器中輸入信號的振幅響應(yīng)；
[0016]圖1B展不了功率放大器中輸入信號的相移響應(yīng)；
[0017]圖2A展示的曲線描繪了功率放大器的輸出功率與EVM之間的關(guān)系；
[0018]圖2B展示的曲線描繪了根據(jù)本公開主題的示范實施例，在高數(shù)據(jù)速率為改進(jìn)EVM預(yù)失真之后，功率放大器的輸出功率與EVM之間的關(guān)系；
[0019]圖2C展示的曲線描繪了根據(jù)本公開主題的示范實施例，在低數(shù)據(jù)速率為遵守頻譜屏蔽預(yù)失真之后，功率放大器的輸出功率與EVM之間的關(guān)系；
[0020]圖3A展示了功率放大器功能塊和響應(yīng)功率放大器功能塊的輸出而操作的線性化功能塊的方案；[0021]圖3B展示了功率放大器功能塊和預(yù)失真功能塊的方案；
[0022]圖4展示了根據(jù)本公開主題的示范實施例，用于實施預(yù)失真功能塊的框圖；
[0023]圖5展示了根據(jù)本公開主題的示范實施例，關(guān)于EVM的預(yù)失真的效果；
[0024]圖6A展示了根據(jù)本公開主題的示范實施例，在發(fā)射機處的預(yù)失真關(guān)于接收機處的星座圖的效果；
[0025]圖6B展示了關(guān)于圖6A，無發(fā)射機處預(yù)失真的接收機處的對應(yīng)星座圖；
[0026]圖7展示了根據(jù)本公開主題的示范實施例，預(yù)失真對發(fā)射機頻譜擴(kuò)展的效果；
[0027]圖8A展示了根據(jù)本公開主題的示范實施例，功率放大器輸出線性化的概要；
[0028]圖SB展示了根據(jù)本公開主題的示范實施例，通過應(yīng)用頻率域方程以及按照要實現(xiàn)的目標(biāo)對一個方程施加比另一個方程更高的權(quán)重對功率放大器輸出線性化的概要。
【具體實施方式】
[0029]功率放大器領(lǐng)域中的一般問題是功率放大器輸出的固有非線性。一般的解決方案是修改被饋送到功率放大器的信號，或作為替代，對輸出信號逆失真以便使功率放大器的輸出線性化。
[0030]功率放大器領(lǐng)域中的技術(shù)問題是控制信號傳輸以實現(xiàn)高數(shù)據(jù)速率和/或更高的輸出功率，同時遵守為傳輸分配的頻譜屏蔽并且在期望的EVM之內(nèi)這樣做。實施本公開發(fā)明精神的技術(shù)解決方案考慮了 EVM。實施本公開發(fā)明精神的另一個技術(shù)解決方案考慮了頻譜屏蔽。實施本公開發(fā)明精神的又一個技術(shù)解決方案既考慮了 EVM又考慮了頻譜屏蔽。該技術(shù)解決方案基于把預(yù)失真器優(yōu)化問題從時間域變換到頻率域，并根據(jù)一個或多個期望目標(biāo)對方程加權(quán)。一個目標(biāo)專注于遵守頻譜屏蔽，而另一個目標(biāo)專注于改進(jìn)EVM。
[0031]本公開主題提供的一般技術(shù)解決方案的潛在益處包括更低的EVM ;更高的數(shù)據(jù)速率；具有降低的相鄰頻帶干擾的更小的輸出功率退讓；以及具有相對于整體線性化的更大范圍的更高傳輸功率。
[0032]下面呈現(xiàn)了實踐本公開的一般非限制性綜述。本綜述概述了本公開的若干實施例的示范實踐，為變種和/或替代和/或不同實施例提供了建設(shè)性的基礎(chǔ)，隨后介紹其中的某些。
[0033]圖1A展不了功率放大器輸出的固有非線性。橫軸112表不輸入信號，比如以dBm表示，縱軸114表示功率放大器的輸出振幅，比如以dBm表示。在理想情況下，功率放大器將取得輸入信號并線性地增大輸出信號的功率，如虛線102展示。實線110展示了真實情況，放大器的輸出信號變?yōu)榉蔷€性。
[0034]振幅響應(yīng)110中可以見到三個區(qū)域。區(qū)域104展示了在低輸入信號時，輸出一般是線性的。隨著輸入信號增大，輸出變得不太線性，如區(qū)域106所示。最后區(qū)域，如區(qū)域108所示，彎曲為關(guān)于輸入信號緩慢上升并逐漸接近飽和，也就是，增大輸入信號將在輸出中逐漸產(chǎn)生越來越小的增幅，直到，在某些情況下，不能獲得進(jìn)一步增大。
[0035]典型情況下，區(qū)域106和區(qū)域108的非線性導(dǎo)致放大器的輸出變形，比如相對于輸入信號的相移、更高的EVM以及擴(kuò)頻的擴(kuò)展或其他變形。此外，記憶或滯后效應(yīng)，由于例如若干元件比如電容器，可能進(jìn)一步引起輸出信號的變形。
[0036]圖1B展示了功率放大器中對輸入信號的相移響應(yīng)120，其中相移是放大器輸出信號中變形的表現(xiàn)。橫軸112表不輸入信號，比如以dBm表不,縱軸124表不相移，比如以度表示。隨著輸入信號增大，相移以類似圖1所示的振幅響應(yīng)110的非線性增加的方式增加。理想情況下，相移響應(yīng)120的線性化被描繪為在零相移附近的水平虛線。
[0037]圖2A展示了改進(jìn)EVM相對遵守或符合頻譜屏蔽約束的看似不一致或沖突的目標(biāo)。輸出功率由橫軸以諸如mW為單位表示，EVM由縱軸以諸如百分比為單位表示。在EVM縱軸上202的虛線表示對于高數(shù)據(jù)速率允許的最大EVM的約束，也就是，超過它時數(shù)據(jù)速率應(yīng)當(dāng)改變?yōu)檩^低速率以降低EVM。在EVM縱軸上209的虛線表示對于低數(shù)據(jù)速率允許的最大EVM的約束，也就是，超過它時發(fā)射機信號保真度不可取或一般不可接受。在EVM縱軸上的虛線208表示對于中等高數(shù)據(jù)速率的最大EVM，例如16-QAM。在輸出功率橫軸上206的虛線表示頻譜屏蔽(也稱為頻譜發(fā)射屏蔽)的限制或約束，也就是，尚未侵?jǐn)_頻譜屏蔽時所允許的最大輸出功率。盡管頻譜屏蔽一般以頻率為單位表示，但是為方便起見頻譜屏蔽限制在這里由功率單位表示，因為如上指出，功率放大器的非線性影響著朝向頻譜屏蔽的輸出擴(kuò)頻。實曲線表示功率放大器特征。
[0038]如圖2A所示，在高數(shù)據(jù)速率，頻譜屏蔽不是問題，而EVM才是。相反，在低數(shù)據(jù)速率，EVM不是問題，而頻譜屏蔽才是。為了詳細(xì)描述，在高數(shù)據(jù)速率，在高于207的功率傳輸侵?jǐn)_了最大EVM要求，但就涉及到頻譜屏蔽侵?jǐn)_而言，因為207小于206所以有足夠的余量。相反，在低數(shù)據(jù)速率，以超過206的功率傳輸侵?jǐn)_了頻譜屏蔽約束，但就涉及到EVM而言，因為208小于209所以有足夠的余量。
[0039]從另一個觀點，圖2A表明在高速率，頻譜屏蔽約束可以以EVM為代價保持，而在低數(shù)據(jù)速率，頻譜屏蔽受侵?jǐn)_同時有改進(jìn)EVM的潛力。不僅如此，在中間數(shù)據(jù)速率，頻譜屏蔽可能稍微受侵?jǐn)_而可以以較高功率改進(jìn)EVM。
[0040]因此，在某些實施例中，功率放大器的輸出曲線可以分段線性化，一段對于表示頻譜屏蔽限度的線206以下的功率以EVM為目標(biāo)線性化，一段對于表示頻譜屏蔽限度的線206以上的功率以頻譜屏蔽為目標(biāo)線性化。
[0041]圖2B展示的曲線描繪了根據(jù)本公開主題的示范實施例，在高數(shù)據(jù)速率為了低EVM預(yù)失真之后，功率放大器的輸出功率與EVM之間的關(guān)系。利用預(yù)失真，功率放大器特征把在高速率傳輸?shù)淖畲蠊β室苿拥?09，這是可以接受的，因為在圖2B的情況下209小于或等于206。
[0042]圖2C展示的曲線描繪了根據(jù)本公開主題的示范實施例，在低數(shù)據(jù)速率為了遵守頻譜屏蔽預(yù)失真之后，功率放大器的輸出功率與EVM之間的關(guān)系。在低速率，預(yù)失真的功率放大器特征使EVM惡化但在高于205時頻譜屏蔽才受侵?jǐn)_。
[0043]圖3A展示了根據(jù)本公開主題的示范實施例，功率放大器功能塊302和響應(yīng)功率放大器功能塊302的輸出而操作的失真后線性化功能塊304的方案或模型。從失真后功能塊304輸出的參數(shù)可以用在諸如圖3B所示的預(yù)失真功能塊中。確切地說，圖3B展示了根據(jù)本公開主題的示范實施例，功率放大器功能塊302和預(yù)失真功能塊304的另一個方案或模型。與動態(tài)反饋方案或閉環(huán)模型不同，圖3B的方案是使用靜態(tài)預(yù)置預(yù)失真的開環(huán)模型。也就是，預(yù)失真功能塊304修改源信號s (η)，為功率放大器功能塊302形成輸入信號χ (η)，使功率放大器功能塊302的輸出信號y(n)線性化,至少在一定程度上。
[0044]比如通過校準(zhǔn)過程獲得或確定預(yù)置預(yù)失真。由于實際組件或模塊或系統(tǒng)可能不具有一致的特征，所以在某些情況下每個組件或模塊或系統(tǒng)被單獨校準(zhǔn)，比如在裝配線上。靜態(tài)預(yù)失真可以包括適用于多種條件的多個預(yù)失真變量或程序規(guī)則，比如內(nèi)插規(guī)則。例如，在預(yù)期操作范圍內(nèi)的幾個溫度下進(jìn)行校準(zhǔn)，并隨后使用溫度傳感器確定操作中的溫度，同時在確定為必要時，對未校準(zhǔn)的溫度進(jìn)行內(nèi)插。同樣，例如，在預(yù)期操作范圍內(nèi)的幾個頻帶進(jìn)行校準(zhǔn)。
[0045]在某些實施例中，可以使用或修改圖3A和圖3B的模型的組合。例如，可以采用部分靜態(tài)預(yù)置預(yù)失真和部分動態(tài)反饋預(yù)失真。作為選項或補充，可以使用其他方案比如來自一個或多個預(yù)失真操作后附加級的反饋，以優(yōu)化功率放大器功能塊302最終輸出的線性化。功率放大器功能塊302的輸出信號y(n)可以展示系統(tǒng)中除功率放大器功能塊302之外的其他組件導(dǎo)致的非線性或失真，例如，電抗性元件或特征比如殘留電容或電感。在某些其他實施例中，圖3A、3B中描繪的放大器功能塊可以進(jìn)一步包括閉環(huán)，在本文介紹的裝置和方法的操作期間提供預(yù)失真優(yōu)化。
[0046]典型情況下，不是限制，對數(shù)字信號以數(shù)字方式執(zhí)行預(yù)失真，其中生成的數(shù)字信號最終被轉(zhuǎn)換為模擬信號作為功率放大器的輸入。同樣，反饋可以以模擬形式進(jìn)行，或者輸出信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號以執(zhí)行線性化。
[0047]圖3A和圖3B展示了示意性原理；在預(yù)失真與功率放大器功能塊302之間可以有更多功能塊，比如上變頻器或濾波器。
[0048]參考圖3A，h的目標(biāo)是以y (η)將會傳遞回χ (η)的方式對y (η)濾波，隨后h用作對功率放大器功能塊302的輸入,如圖3B所述。因此s (η)被表示為:
【權(quán)利要求】
1.一種使功率放大器輸出線性化的器件，所述器件包括: 源信號的輸入接口； 適于使源信號失真的電路，方式為應(yīng)用一個或多個頻率域方程，包含著影響功率放大器輸出的一個或多個參數(shù)，以提供根據(jù)功率放大器輸出的非線性逆失真的輸出信號；以及 輸出信號的輸出接口。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的器件，其中，一個或多個參數(shù)包括頻譜屏蔽和誤差矢量幅度。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的器件，其中，一個頻率域方程針對遵守頻譜屏蔽，而另一個方程針對改進(jìn)誤差矢量幅度。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的器件，其中，電路進(jìn)一步被配置為根據(jù)目標(biāo)對一個方程施加比另一個方程更高的權(quán)重。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的器件，其中，電路包括處理器和使源信號至少部分地失真的指令，以及指令可由處理器執(zhí)行并存儲在處理器可讀的器件中。
6.—種使功率放大器輸出線性化的方法,所述方法包括: 識別影響功率放大器輸出的一個或多個參數(shù)；以及 應(yīng)用一個或多個頻率域方程，包含一個或多個參數(shù)，以根據(jù)功率放大器輸出的非線性提供逆失真的輸出信號。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的方法，其中，一個方程在頻譜屏蔽約束的范圍內(nèi)使功率放大器的輸出線性化。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的方法，其中，一個方程在不侵?jǐn)_頻譜屏蔽而能夠改進(jìn)誤差矢量幅度性能的范圍內(nèi)使功率放大器的輸出線性化。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的方法，其中，對一個方程施加比另一個方程更高的權(quán)重。
10.根據(jù)權(quán)利要求6的方法，其中，一個或多個參數(shù)包括頻譜屏蔽和誤差矢量幅度。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的方法，其中，一個頻率域方程針對遵守頻譜屏蔽，而另一個方程針對改進(jìn)誤差矢量幅度。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的方法，其中，電路進(jìn)一步被配置為根據(jù)目標(biāo)對一個方程施加比另一個方程更高的權(quán)重。
13.一種校準(zhǔn)預(yù)失真器的方法，用于使功率放大器的輸出信號線性化，所述方法包括: 確定功率放大器輸出中由頻譜屏蔽約束的范圍以及未侵?jǐn)_頻譜屏蔽但是能夠改進(jìn)誤差矢量幅度性能的范圍； 應(yīng)用頻率域方程在頻譜屏蔽約束的范圍內(nèi)使功率放大器的輸出線性化以降低誤差矢量幅度；以及 應(yīng)用頻率域方程在未侵?jǐn)_頻譜屏蔽但是能夠改進(jìn)誤差矢量幅度性能的范圍內(nèi)使功率放大器的輸出線性化。
14.根據(jù)權(quán)利要求13的方法，進(jìn)一步包括根據(jù)要實現(xiàn)的目標(biāo)對一個方程加比另一個方程更高的權(quán)重。
【文檔編號】H03F1/32GK103765766SQ201180073089
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2011年8月30日 優(yōu)先權(quán)日:2011年8月30日
【發(fā)明者】A·費爾德曼, U·蘇伊薩 申請人:Dsp集團(tuán)有限公司