專利名稱：通過后檢波實(shí)現(xiàn)非線性裝置的預(yù)矯正的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通過使用后檢波來將預(yù)矯正用作對(duì)固有非線性裝置進(jìn)行線性化的方法。
背景技術(shù)：
隨著網(wǎng)絡(luò)中用戶數(shù)的增多，無線通信迅速發(fā)展，同時(shí)必須增加在給定區(qū)域中的載頻數(shù)以保持確定的業(yè)務(wù)量。這意味著也必須改進(jìn)無線電頻率(RF)組合以避免浪費(fèi)過多功率。組合載波的典型方法意味著一個(gè)大的3dB梯形組合器，導(dǎo)致效率很低。
另一種將大量載波組合的方式是以低信號(hào)功率在數(shù)字基帶或在某個(gè)中頻組合。組合信號(hào)隨即被使用寬帶多載波功率放大器(MCPA)一起放大。
除了直接改進(jìn)諸如晶體管的線性外，一種改進(jìn)MCPA性能的方式是在放大器前放置預(yù)矯正電路。有多種實(shí)現(xiàn)方式完成這種功能。一種方式是在MCPA內(nèi)部實(shí)現(xiàn)預(yù)矯正。通常在模擬RF結(jié)構(gòu)中實(shí)現(xiàn)。這種解決方案示例見US，A，5,126,687。RF預(yù)矯正(PD)也可以在全MCPA外部實(shí)現(xiàn)。可以查到許多描述使用預(yù)矯正的不同解決方案的文檔。例如JP，A，01-314439和JP，A，59-017736示出預(yù)矯正電路的使用。
另一種方式是實(shí)現(xiàn)數(shù)字預(yù)矯正。只要有數(shù)字組合信號(hào)，即可以使用數(shù)字PD。例如，US，A，6,072,364示出這類數(shù)字解決方案。所謂軟件無線電收發(fā)信機(jī)的引入令準(zhǔn)確地抽取此信號(hào)成為可能。在系統(tǒng)層面上應(yīng)有一個(gè)數(shù)字軟件收發(fā)信機(jī)，一個(gè)寬帶數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)，一些RF硬件和基本上通過天線饋送電纜連接到天線端口的RF MCPA。數(shù)字預(yù)矯正電路應(yīng)優(yōu)選放置于軟件收發(fā)信機(jī)和DAC之間。
實(shí)現(xiàn)預(yù)矯正電路的現(xiàn)有技術(shù)仍然剛剛起步。通常該技術(shù)是為了強(qiáng)制預(yù)矯正電路能固有地反映MCPA自身的非線性特性。失真曲線的細(xì)節(jié)由一組參數(shù)確定，可能依模型而異。預(yù)矯正電路的實(shí)際功能是反方向“彎曲”非線性曲線以反作用非線性裝置。
計(jì)算預(yù)矯正電路參數(shù)的方法通常是比較輸入信號(hào)和輸出信號(hào)，然后以某種方式調(diào)整參數(shù)以令非線性裝置輸出信號(hào)的失真最小。通常這意味著輸入和輸出信號(hào)時(shí)間或相位上的仔細(xì)對(duì)齊，實(shí)際實(shí)現(xiàn)時(shí)是非常困難的。
此外，通常涉及結(jié)合MCPA自身的預(yù)矯正電路的某種建模。這樣，優(yōu)化步驟多少是雙倍的，因?yàn)樾枰獙?duì)迭代步驟中的兩項(xiàng)進(jìn)行建模?？梢灶A(yù)見迭代過程是相當(dāng)復(fù)雜的并且還需要時(shí)間執(zhí)行。
因此，仍然需要一種替代方法，可以簡化結(jié)合MCPA自身的失真補(bǔ)償建模的過程，以避免輸入與輸出信號(hào)時(shí)間或相位的仔細(xì)對(duì)齊，這通常令反饋解決方案在實(shí)際實(shí)現(xiàn)時(shí)很困難。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明公開提出一種新的方式來計(jì)算并優(yōu)化預(yù)矯正電路，以避免需要對(duì)MCPA的輸入和輸出之間進(jìn)行時(shí)間對(duì)齊。也即，直接使用模擬輸出頻譜來計(jì)算最優(yōu)預(yù)矯正電路。另一種方式是使用輸入和輸出信號(hào)用于預(yù)矯正電路的優(yōu)化。
由此，公開了一種方法和一種裝置，通過使用預(yù)矯正電路對(duì)固有非線性裝置的輸出線性化。具有單位傳遞函數(shù)的預(yù)矯正電路位于信號(hào)輸入和固有非線性裝置的輸入之間。此外，形成后矯正電路的第二個(gè)裝置連接至非線性裝置的輸出，以便能夠處理放大后的輸出信號(hào)或輸出信號(hào)的一部分。換言之，隨后將已優(yōu)化后矯正電路的拷貝作為非線性裝置之前的預(yù)矯正電路，以便從固有非線性裝置獲得在信號(hào)質(zhì)量方面的改進(jìn)的輸出信號(hào)。后矯正電路隨即再次被優(yōu)化并再次將參數(shù)傳送至預(yù)矯正電路以進(jìn)一步微小校正。在運(yùn)行過程中，通常以適當(dāng)預(yù)定的方式對(duì)此進(jìn)行重復(fù)，以便對(duì)預(yù)矯正進(jìn)行正在進(jìn)行的校正。預(yù)矯正電路和后矯正電路可以是數(shù)字裝置或模擬裝置。
根據(jù)本發(fā)明的方法通過獨(dú)立權(quán)利要求1和從屬權(quán)利要求2-8進(jìn)行闡述，根據(jù)本發(fā)明的裝置通過獨(dú)立權(quán)利要求9進(jìn)行闡述，更進(jìn)一步的實(shí)施方案通過從屬權(quán)利要求10-12進(jìn)行闡述。


本發(fā)明及其進(jìn)一步的目標(biāo)和優(yōu)點(diǎn)，可參考附圖得到更好理解，其中圖1表示非線性裝置的輸出頻譜可視為輸入頻譜和裝置內(nèi)產(chǎn)生的互調(diào)頻譜之和。
圖2表示算子L2作為伴隨算子，作用于算子L1的輸出，且L2是算子L1的逆(伴隨)算子。
圖3表示算子L1作用于算子L2的輸出，提供輸出信號(hào)y。
圖4表示算子L1作用于算子L2的輸出，從概念證明表明L1和L2互為逆(伴隨)算子。
圖5假定后矯正電路是理想的，意味著當(dāng)應(yīng)用于非線性裝置時(shí)，可以恢復(fù)輸入信號(hào)。
圖6表示如果圖5中的假定成立，并進(jìn)一步假定存在PD和PA的逆算子，則PA和PD的逆序也成立。
圖7中通過示例表明對(duì)輸入信號(hào)X，功率放大器PA的非線性傳遞函數(shù)產(chǎn)生輸出頻譜Y。
圖8表示對(duì)輸入信號(hào)X，圖7的給定非線性功率放大器通過相當(dāng)良好的后矯正電路后產(chǎn)生輸出頻譜Z。
圖9表示按照圖7和圖8，將一個(gè)“理想的”的后矯正電路放置作為一個(gè)前失真器，可以給出相似的好結(jié)果。
圖10給出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)后矯正電路實(shí)現(xiàn)示例。
詳細(xì)描述用來解決上述問題的方法是直接使用輸出信號(hào)來優(yōu)化例如互調(diào)性能之類的非線性影響，而不是試圖將輸入信號(hào)或頻譜與輸出信號(hào)或頻譜相匹配。換言之，輸出信號(hào)(除可能的增益常量外)可直接用作優(yōu)化過程的輸入。由于互調(diào)分量通常比載波本身的幅度更低，所以可以較可靠地作為輸入信號(hào)。此外，在本公開內(nèi)容中還將證明除某些功率增益外，對(duì)功率放大器的輸出信號(hào)進(jìn)行后矯正與對(duì)輸入載波進(jìn)行預(yù)矯正等價(jià)。
技術(shù)描述本發(fā)明提出的方法是只使用輸出信號(hào)用于線性優(yōu)化和預(yù)矯正電路的實(shí)際實(shí)現(xiàn)，從而取代在非線性裝置中利用預(yù)矯正電路試圖使用輸入信號(hào)來與輸出頻譜或信號(hào)匹配。所提出的方法中實(shí)現(xiàn)一個(gè)后矯正電路可以完美地獲得線性化，這與將同樣的線性化電路放置于非線性裝置的輸入是等價(jià)的。
此假定將易于計(jì)算線性化操作所需要的參數(shù)。它避免了輸入信號(hào)與輸出信號(hào)時(shí)間對(duì)齊的問題。此外，還取消了優(yōu)化程序中的迭代步驟，這些步驟必須對(duì)非線性裝置本身進(jìn)行建模。使用這種策略，僅需要計(jì)算后矯正電路，以將不需要的偽信號(hào)從非線性裝置的輸出中去除。
概念證明最基本的數(shù)學(xué)定律之一是交換律。調(diào)用此定律可實(shí)現(xiàn)例如逆序的乘法運(yùn)算，也即，ab＝ba。但是，交換律并非對(duì)所有的情況都成立。一個(gè)例子是在矩陣代數(shù)中，兩個(gè)矩陣相乘AB通常不等于BA。這表明即使使用此特定定律是顯然的，也需要對(duì)每個(gè)單獨(dú)的情況進(jìn)行證明。因此，我們繼續(xù)證明在隨后算子的使用中滿足此定律。
假定存在一個(gè)后矯正算子(L2)可精確地矯正來自非線性裝置的輸出信號(hào)L1(x)，由此在后矯正算子的輸出可再次獲得裝置的精確輸入函數(shù)(x)。假定還存在預(yù)矯正電路的逆算子L2-1，當(dāng)應(yīng)用于后矯正電路的輸出信號(hào)時(shí)可恢復(fù)后矯正電路的輸入信號(hào)。
考慮圖2中表示兩個(gè)算子L1和L2之間上述關(guān)系的框圖。在這種情況中，L2代表后矯正電路。從圖2和上述提到的關(guān)系，顯然下述等式成立L2[L1(x)]＝x(1)由上式，通過對(duì)等式兩邊同時(shí)運(yùn)用逆算子L2-1(假定存在)，顯然下式成立L1(x)＝L2-1(x) (2)進(jìn)一步交換圖2中的兩個(gè)算子，并且目前用“y”表示輸出信號(hào)，得到圖3。
則有第二個(gè)等式L1[L2(x)]＝y(tǒng)(3)從等式(2)可進(jìn)一步展開等式(3)，例如L1[L2(x)]＝L2-1[L2(x)]＝y(tǒng)(5)根據(jù)下式，得到x＝y(tǒng)L1[L2(x)]＝x＝y(tǒng)(6)在如圖4的方框圖中說明上述推導(dǎo)。因此，我們已經(jīng)證明如果給定一個(gè)理想的失真器并假定后矯正電路和非線性裝置本身都存在逆算子，則也可以在非線性裝置前面放置后矯正電路以得到同樣的結(jié)果。
因此如圖4所示的方框?qū)β史糯笃骱屠硐胧д嫫鞒闪?。根?jù)上述描述，這與方框交換后對(duì)應(yīng)的原問題是等價(jià)的。
上述證明表明可以使用來自非線性裝置的輸出信號(hào)并試圖直接對(duì)該信號(hào)優(yōu)化非線性。此外，所得到的后線性化電路可以直接放置在非線性裝置之前。這種方式更優(yōu)，因?yàn)檩斎胄盘?hào)的功率比輸出信號(hào)低，而且實(shí)現(xiàn)預(yù)矯正電路比在放大器的輸出端放置高功率裝置更容易。
現(xiàn)在根據(jù)圖2，圖5假定后矯正電路PD是理想的，意味著當(dāng)應(yīng)用于非線性裝置PA時(shí)可恢復(fù)輸入信號(hào)X。圖6表明如果圖5中的假定成立，且進(jìn)一步假定PD和PA的逆算子存在，則PA和PD的逆序同樣成立。
示例假定功率放大器的特性如圖7所示。給定輸入信號(hào)，將產(chǎn)生由輸入信號(hào)頻譜和一些互調(diào)或非線性分量相加后組成的輸出頻譜?；フ{(diào)分量的特性由非線性自身的實(shí)際參數(shù)確定。
現(xiàn)在，如圖7所示的非線性裝置可以通過在放大器輸出端放置其它非線性裝置來進(jìn)行線性化，示于圖8。通過仔細(xì)地選擇后矯正電路的參數(shù)，可以從互調(diào)和非線性分量方面大大改進(jìn)輸出信號(hào)頻譜。在本文檔中如何實(shí)現(xiàn)優(yōu)化并不重要，重要的是我們認(rèn)可這種實(shí)現(xiàn)方式是可能的。當(dāng)圖中參數(shù)給定并且輸入信號(hào)頻譜如圖所示時(shí)，可以得到圖中所示的改進(jìn)輸出頻譜。
現(xiàn)在，本描述的目標(biāo)是表明同樣的后矯正電路可放置于(作為功率放大器的)非線性裝置之前，仍然可以得到一個(gè)相當(dāng)好的互調(diào)結(jié)果。應(yīng)注意，我們從后矯正電路應(yīng)是“理想”的這一個(gè)假設(shè)稍微轉(zhuǎn)移，而是將僅以非理想的互調(diào)結(jié)果表示。將仍然通過此示例說明本公開專利的原理論證。
如圖9所示，互調(diào)分量的階次和圖8中的相同，但后矯正電路作為預(yù)矯正電路放置。隨后通過理論論證和合理的示例說明本方法是成立的。
實(shí)際實(shí)現(xiàn)圖10表明后矯正電路的實(shí)際實(shí)現(xiàn)示例。圖中示出一個(gè)預(yù)矯正電路，放大器和一個(gè)與衰減器和后矯正電路相連的裝置。衰減器的選擇應(yīng)使后矯正電路的輸入功率電平與MCPA自身的輸入相同。也即衰減器的值應(yīng)選為MCPA增益的倒數(shù)。否則必須對(duì)參數(shù)進(jìn)行校正以保持MCPA的輸入功率。
假定開始預(yù)矯正電路具有單位傳遞函數(shù)和增益。后矯正電路被優(yōu)化以給出Vpostdist＝Vin，可能有特定增益或換言之，得到最小的互調(diào)分量。接著，后矯正電路的參數(shù)傳送至預(yù)矯正電路。
后矯正電路隨后被再次優(yōu)化，然后，數(shù)據(jù)被傳送至預(yù)矯正電路進(jìn)行進(jìn)一步的微小校正。此過程將重復(fù)以對(duì)預(yù)矯正進(jìn)行正在進(jìn)行的自適應(yīng)修正。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是不需要進(jìn)行非線性裝置輸入及其輸出之間定時(shí)和/或相位的調(diào)整。通過使用本身經(jīng)過后矯正的輸出信號(hào)，所公開的簡單方法拷貝被獲得并且被優(yōu)化的后矯正電路參數(shù)，以便隨后利用對(duì)應(yīng)的預(yù)矯正電路操作。
另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是直接使用輸出信號(hào)來確定用于后矯正電路的參數(shù)，因?yàn)檫@意味著不需要對(duì)非線性裝置進(jìn)行實(shí)際的建模?？梢灾苯訉?duì)輸出信號(hào)實(shí)現(xiàn)后矯正電路的優(yōu)化，而不是以一種離線方式通過預(yù)矯正電路和非線性裝置的模型跟蹤輸入信號(hào)。此方案對(duì)模擬和數(shù)字預(yù)矯正和后矯正電路均有效?？梢杂枚喾N方式實(shí)現(xiàn)將后矯正電路參數(shù)傳送至預(yù)矯正電路的方式，由于并非本發(fā)明的一部分，在此處不予討論，但對(duì)電子信號(hào)和電路設(shè)計(jì)領(lǐng)域技術(shù)人員將顯而易見。
在不脫離由權(quán)利要求所定義的本發(fā)明范圍和精神的條件下，根據(jù)本發(fā)明，可以用多種方法實(shí)現(xiàn)對(duì)于來自固有非線性裝置的輸出信號(hào)進(jìn)行線性化，所述固有非線性裝置在其輸出信號(hào)中產(chǎn)生響應(yīng)于輸入信號(hào)的互調(diào)分量。
權(quán)利要求
1.一種用于對(duì)在其輸出信號(hào)中產(chǎn)生響應(yīng)于輸入信號(hào)的互調(diào)分量的固有非線性裝置的輸出信號(hào)進(jìn)行線性化的方法，其特征在于下述步驟通過直接對(duì)非線性裝置的輸出信號(hào)后檢波來定義并優(yōu)化一個(gè)后矯正電路，以優(yōu)化固有非線性裝置的輸出信號(hào)，使其與輸入信號(hào)一致；直接使用實(shí)際輸出信號(hào)作為優(yōu)化過程的輸入，以在定義后矯正電路的后矯正過程中消除輸出信號(hào)中的互調(diào)或非線性分量，從后矯正電路的輸出信號(hào)中按照希望地來消除互調(diào)或非線性分量，從而使用已優(yōu)化后矯正電路的拷貝作為固有非線性裝置之前的預(yù)矯正電路，由此從固有非線性裝置得到改進(jìn)的輸出信號(hào)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于進(jìn)一步的步驟將預(yù)矯正電路設(shè)置為單位傳遞函數(shù)，同時(shí)優(yōu)化后矯正電路，以便按照希望地去除后矯正電路輸出信號(hào)中的互調(diào)或非線性分量；將后矯正電路參數(shù)傳送至預(yù)矯正電路，并隨后將后矯正電路設(shè)置為單位傳遞函數(shù)。
3.根據(jù)權(quán)剩要求2的方法，其特征在于更進(jìn)一步的步驟再一次優(yōu)化后矯正電路并將后矯正電路參數(shù)傳送至預(yù)矯正電路進(jìn)行進(jìn)一步的微小校正；在預(yù)先定義的時(shí)間標(biāo)度內(nèi)，重復(fù)上述后矯正電路的優(yōu)化以獲得預(yù)矯正電路的適時(shí)校正。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于使用數(shù)字裝置或裝置模型用于后矯正電路的進(jìn)一步步驟。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的方法，其特征在于使用數(shù)字裝置用于后矯正電路的拷貝以便作為數(shù)字預(yù)矯正電路的進(jìn)一步步驟。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于使用模擬裝置或裝置模型用于后矯正電路的進(jìn)一步步驟。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的方法，其特征在于使用模擬裝置用于后矯正電路的拷貝以便作為模擬預(yù)矯正電路的進(jìn)一步步驟。
8.一種用預(yù)矯正電路對(duì)來自固有非線性裝置的輸出進(jìn)行線性化的裝置，其特征在于在信號(hào)輸入和固有非線性裝置的輸入之間插入的具有單位傳遞函數(shù)的預(yù)矯正電路；在固有非線性裝置輸出端的第二個(gè)裝置或裝置模型，通過后檢波形成使用被固有非線性裝置的輸出或輸出的一部分進(jìn)行優(yōu)化的后矯正電路，并且后矯正電路將被優(yōu)化，得到與輸入到信號(hào)輸入中相同的相應(yīng)信號(hào)內(nèi)容作為線性化輸出信號(hào)，由此所獲得的后矯正電路參數(shù)可傳送至預(yù)矯正電路，以令該預(yù)矯正電路對(duì)固有非線性裝置的非線性進(jìn)行補(bǔ)償。
9.根據(jù)權(quán)利要求9的裝置，其特征在于預(yù)矯正電路和后矯正電路是數(shù)字裝置或裝置模型。
10.根據(jù)權(quán)利要求8的裝置，其特征在于預(yù)矯正電路和后矯正電路是模擬裝置或裝置模型。
11.根據(jù)權(quán)利要求8的裝置，其特征在于一個(gè)衰減器被設(shè)置在來自固有非線性裝置輸出的耦合器和后矯正電路之間。
全文摘要
公開了一種用于對(duì)來自產(chǎn)生互調(diào)或非線性分量的諸如放大器的固有非線性裝置的輸出信號(hào)進(jìn)行線性化的方法和裝置。具有單位傳遞函數(shù)的預(yù)矯正電路位于信號(hào)輸入和固有非線性裝置的輸入之間。此外，形成后矯正電路的第二個(gè)裝置連接至非線性裝置的輸出，以便能夠處理放大后的輸出信號(hào)或輸出信號(hào)的一部分。根據(jù)本方法，后矯正電路被優(yōu)化以輸出與非線性裝置輸入相同的信號(hào)頻譜，隨后后矯正電路得到的參數(shù)傳送至預(yù)矯正電路。換言之，將已優(yōu)化后矯正電路的拷貝用作非線性裝置之前的預(yù)矯正電路，以獲得在信號(hào)質(zhì)量方面改善的固有非線性裝置的輸出信號(hào)。隨后，后矯正電路再一次被優(yōu)化，且參數(shù)被再次傳送至預(yù)矯正電路進(jìn)一步進(jìn)行微小校正。在操作過程中，以適當(dāng)?shù)念A(yù)定方式對(duì)此進(jìn)行重復(fù)以對(duì)預(yù)矯正進(jìn)行正在進(jìn)行的校正。預(yù)矯正電路和后矯正電路可以是數(shù)字裝置或模擬裝置。
文檔編號(hào)H03F1/32GK1481607SQ01820619
公開日2004年3月10日 申請日期2001年11月28日 優(yōu)先權(quán)日2000年12月13日
發(fā)明者T·奈格倫, L·雷克斯貝里, B·約翰松, T 奈格倫, 慫貢蠢, 菜 申請人:艾利森電話股份有限公司