輕松的數(shù)字化系統(tǒng)線性化的制作方法
【專利說明】輕松的數(shù)字化系統(tǒng)線性化
[0001] 本申請的交叉引用
[0002] 本申請要求于2013年5月20日提交的、標(biāo)題為"SPARSE SAMPLING CIRCUIT"的美國 臨時申請61/825278,以及于2014年2月23日提交的、標(biāo)題為"RELAXED DIGITIZATION SYSTEM LINEARIZATION"的美國臨時申請61 /943436的權(quán)益。
[0003] 本申請還涉及但不主張于2013年6月27日提交的、標(biāo)題為"System Linearization" 的美國專利申請US2013/0166259A1 的權(quán)益。
[0004] 將上述參考申請通過引用并入本文。
【背景技術(shù)】
[0005] 本發(fā)明涉及輕松數(shù)字化，和更具體地涉及輕松數(shù)字化非線性元件的輸出作為線性 化系統(tǒng)的一部分。
[0006] -種線性化非線性元件(例如，功率放大器)的方法利用元件的輸入和輸出的數(shù)字 樣本。然后，基于這些樣本，根據(jù)這些樣本配置預(yù)失真器，使得當(dāng)它與非線性元件級聯(lián)時，它 形成了線性的，或者至少比沒有預(yù)失真器更線性的組合。
[0007] 該技術(shù)的的一項應(yīng)用涉及射頻功率放大器。例如，基帶數(shù)字信號被轉(zhuǎn)換成模擬信 號，調(diào)制到傳輸頻率，并傳遞通過功率放大器。功率放大器的輸出被感測和解調(diào)，然后被轉(zhuǎn) 換成數(shù)字信號。在該方法中，調(diào)制放大解調(diào)路徑被當(dāng)作為其配置預(yù)失真器的系統(tǒng)的非線性 元件。通常，由于功率放大器的非線性，即使輸入的基帶信號受到帶寬限制（例如，40MHZ)， 傳輸頻率的帶寬大于基帶帶寬。不僅在實踐中這種放大的傳輸頻帶是不希望的，例如由于 與鄰接無線信道的干擾，它也導(dǎo)致需要比輸入信號更大的帶寬采樣功率放大器的輸出，以 捕獲為了準確表征非線性有用或必要的信息，從而能夠配置適當(dāng)?shù)念A(yù)失真器。一種方法是 使用模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC )，其采樣解調(diào)輸出信號以表示比輸入更大的帶寬。例如，在40MHz輸入 帶寬的情況下，輸入基帶信號可以足夠的精度(例如，12位)被表示為每秒速率80M樣本采樣 的數(shù)字(復(fù)合)值（即，每秒40M復(fù)合樣本）。但是，可希望或必需表示帶寬200MHz的輸出信號， 導(dǎo)致需要以每秒400M米樣的速率進彳丁米樣。
[0008] 然而，在如此高的速率采樣信號具有許多缺點，包括成本和所需電路的大小、功 耗、可靠性和/或必須處理的數(shù)字數(shù)據(jù)量。有必要獲得輸出的這種采樣的優(yōu)點，同時避免或 減輕其中的一個或多個缺點。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 在一方面，總體上，一種線性化方法輕松對模擬輸出信號的數(shù)字化的要求(本文中 一般地稱為"采樣"），同時保持輸出信號的高采樣速率和相應(yīng)的較寬帶寬的優(yōu)勢。數(shù)字化方 法提取足夠的信息以表征寬的帶寬（例如，20 0MHz)上的輸出信號，而不必確定足夠的信息 來充分表示輸出信號，例如，沒有以奈奎斯特采樣速率采樣輸出信號（例如，以足夠的精度 每秒400Μ的復(fù)合樣本)以準確地表示所述信號(例如，12位）。在奈奎斯特采樣速率和這樣足 夠的精度，使用比模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)實質(zhì)上不復(fù)雜或昂貴的電路可以實現(xiàn)提取模擬信號的 信息為數(shù)字顯示。
[0010] 在一些實施方式中，輸出信號的輕松數(shù)字化的輸出用于估計非線性元件的模型的 參數(shù)，例如，使用最小二乘或其他錯誤/失真最小化技術(shù)，或使用最大可能性、最大后驗估計 或其它統(tǒng)計或概率技術(shù)。一般來說，輸出的輕松數(shù)字化用于輸出信號的近似足夠的統(tǒng)計信 息(或者非線性元件的輸入和輸出信號的組合），它們?nèi)缓笥糜趨?shù)估計過程。在一些示例 中，這些確定的充分統(tǒng)計量包括或表示可以與輸出的全速率和精度采樣獲得的對應(yīng)統(tǒng)計估 計。
[0011] 在一些示例中，非線性元件（即，正向模型）的模型參數(shù)用于確定用于配置非線性 元件的數(shù)字預(yù)失真(DPD)的參數(shù)。一種方法是直接轉(zhuǎn)換從輸出信號的數(shù)字化輕松確定的參 數(shù)。作為中間步驟，另一種方法是確定使用模型結(jié)構(gòu)非線性元件的第二正向模型，它是更適 合于"反轉(zhuǎn)"以確定Dro的參數(shù)。
[0012] 許多方法可用于輸出信號的輕松數(shù)字化，包括如下的一個(或組合）。
[0013] ?輸出信號采用可在全輸出帶寬捕獲信號樣本(即，以模擬形式足夠快地采樣）的 模擬電路采樣，但隨后只以較低的轉(zhuǎn)化率轉(zhuǎn)換模擬樣本為數(shù)字樣本，例如，在規(guī)則或不規(guī)則 的時間間隔(例如，約每10個樣本采樣，得到每秒40M樣本而不是每秒400M樣本的轉(zhuǎn)換率）。
[0014] ?輸出信號的頻率子帶被分別數(shù)字化，例如，使得在每個時間間隔的連續(xù)中，一個 子帶被數(shù)字化(例如，通過在連續(xù)時間間隔的整個輸出帶寬掃描），并且多個子帶的數(shù)字化 一起使用，以估計充分的統(tǒng)計數(shù)據(jù)。在一些示例中，執(zhí)行子帶數(shù)字化，混合模擬輸出信號與 振蕩信號，低通濾波，以及具有低帶寬ADC(例如，100kHz)的數(shù)字化。
[0015] ?使用具有有限精度(例如，4比特）的ADC，使得所述數(shù)字化的精度不足以提供輸 出信號的準確表示。雖然這個過程有效地引入數(shù)字化的輸出樣本的量化噪聲，充分統(tǒng)計量 的估計仍然有用于估計模型參數(shù)。
[0016] · Δ-Σ(Δ Σ)轉(zhuǎn)換器使用比通常用于捕獲輸出信號的全帶寬較低的抽取比(DR) 處理連續(xù)的輸出信號，例如，而不是使用抽取比DR = 64和1比特采樣(例如，在每秒64Χ400Μ =25.6G樣本的1比特采樣），使用抽取比4(例如，每秒1.6G 1比特樣本）。
[0017] 這些只是在估計足夠的統(tǒng)計之前輕松的數(shù)字化輸出信號用于模型參數(shù)估計的方 法的一些例子。各種這些和其他方法共享一個或多個以下共同特征。
[0018] ?比起在估計充分統(tǒng)計數(shù)據(jù)中使用的輸入信號的表示的保真度，輸出信號的數(shù)字 化提供了輸出信號的較低保真度表示(例如，作為由均方誤差、信噪比等測量）。
[0019] 注意，也可以使用上述兩種方法的組合。例如，認識到更高的轉(zhuǎn)化率可以在更低的 精度使用固定的復(fù)雜性、功率或大小約束的轉(zhuǎn)換電路來實現(xiàn)，子采樣和精度降低ADC可組 合。作為另一實例，具有相對低的抽取比的Σ-△轉(zhuǎn)換方法可以使用子帶轉(zhuǎn)換應(yīng)用。另外的 其它組合是顯而易見的或?qū)⒁杀绢I(lǐng)域技術(shù)人員所了解。
[0020] 在另一方面，總體上，一種數(shù)字預(yù)失真線性化電路包括用于接收輸入信號的第一 輸入，所述輸入信號表示設(shè)備的期望輸出。所需的輸出具有所需的輸出的帶寬。線性化電路 包括可配置預(yù)失真器，用于確定表示設(shè)備的輸入的驅(qū)動信號，以實現(xiàn)設(shè)備所需的輸出。該驅(qū) 動信號具有驅(qū)動信號數(shù)據(jù)速率(例如，每秒比特），這在一些實例中可以被計算為等于驅(qū)動 信號采樣速率(例如，每秒采樣)和驅(qū)動信號精度(例如，每個樣本位)的乘積。第一輸出提供 表不驅(qū)動信號的輸出信號，所述驅(qū)動信號表不到設(shè)備的輸入。第二輸入接收傳感器輸入信 號，表示從設(shè)備的實現(xiàn)輸出。線性化器包括耦合到所述第二輸入的采樣器，以處理傳感器輸 入信號采樣。采樣器響應(yīng)于在傳感器帶寬中在所需的輸出帶寬之外的傳感器輸入信號的分 量，其大于期望的輸出帶寬。采樣器提供具有比傳感器驅(qū)動信號數(shù)據(jù)速率實質(zhì)上小的信號 數(shù)據(jù)速率的采樣傳感器信號。線性化器還包括估計器，被配置為接收來自所述采樣器的采 樣傳感器信號和由預(yù)失真器確定的驅(qū)動信號，并且提供配置數(shù)據(jù)用于配置所述預(yù)失真器。
[0021] 各方面可以包括以下一個或多個特征。
[0022] 該設(shè)備包括射頻放大器，其可操作性地耦合到設(shè)備。
[0023] 數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)耦合在所述預(yù)失真器和第一輸出之間。所述輸出信號包括從DAC 輸出的模擬信號，DAC被配置于以驅(qū)動信號采樣速率的精度將驅(qū)動信號轉(zhuǎn)換為模擬形式。 [0024]傳感器輸入信號包括模擬傳感器信號，以及采樣器包括耦合到所述第二輸入的模 數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)。
[0025] ADC配置在實質(zhì)上小于驅(qū)動信號采樣速率的傳感器信號采樣速率，或在實質(zhì)上小 于驅(qū)動信號精度的傳感器信號精度，或兩者，提供數(shù)字輸出，從而提供比驅(qū)動信號數(shù)據(jù)速率 實質(zhì)上較低的傳感器信號數(shù)據(jù)速率。
[0026] 采樣器包括采樣電路，其響應(yīng)所需輸出帶寬之外的模擬傳感器信號的信號分量， 以及配置為在不足以表示傳感器帶寬的傳感器采樣速率獲取所述模擬傳感器信號的模擬 樣本。
[0027] ADC配置來轉(zhuǎn)換所獲取的模擬樣本以形成數(shù)字化的采樣傳感器信號，表示期望的 輸出帶寬之外的至少一些信號分量的數(shù)字化采樣傳感器信號。
[0028] ADC被配置成在比驅(qū)動信號精度實質(zhì)上較低的傳感器信號精度提供數(shù)字輸出。
[0029] ADC包括量化器，被配置為接收所述模擬傳感器信號的差分元件產(chǎn)生所述模擬傳 感器信號和量化器輸出之間的差異，和過濾器，耦接在差分元件和量化器之間，所述量化器 向量化器提供差分元件的濾波器輸出，數(shù)字化采樣的傳感器信號被來自量化器的輸出確 定。
[0030] 采樣包括的子帶采樣配置到傳感器帶寬內(nèi)量化的子帶，具有帶寬比傳感器帶寬實 質(zhì)上較小的子帶，并且其中模數(shù)轉(zhuǎn)換器以足以表示子帶帶寬的采樣速率提供采樣的傳感器 值。
[0031 ]估計器被配置為使用采樣傳感器信號從多個子帶，以確定預(yù)失真的配置。
[0032]線性化電路被集成到單個集成電路設(shè)備。
[0033] 線性化電路還包括用于接收指令和數(shù)據(jù)的控制器和存儲器，用于配置線性化器。
[0034] 在另一方面，總體上，用于線性化設(shè)備的方法，包括:接收表示設(shè)備的期望輸出的 輸入信號。所期望的輸出具有所期望的輸出帶寬。表示設(shè)備輸入以實現(xiàn)設(shè)備的所期望輸出 的驅(qū)動信號根據(jù)預(yù)失真器的配置數(shù)據(jù)來確定。該驅(qū)動信號具有例如等于驅(qū)動信號的采樣速 率和驅(qū)動信號精度的乘積的驅(qū)動信號數(shù)據(jù)速率。表示驅(qū)動信號的輸出信號被提供給設(shè)備。 表示設(shè)備實現(xiàn)輸出的傳感器輸入信號被接收和處理，以確定采樣傳感器數(shù)據(jù)。該處理是響 應(yīng)于在大于