CN103222197B - 对用于操控信号的非线性设备中的非线性进行补偿的方法和设备 - Google Patents

Abstract

描述了一种用于对用于操控信号的非线性设备的非线性进行补偿的方法和装置。在初始离散功率增加应用于设备之前不久，基于第一组DPD参数来生成第一预失真函数，并且在信号到达设备之前，将第一预失真函数应用于该信号。在初始功率增加之后的预定时间段，第一预失真函数停止被应用于该信号，并且基于第二组DPD参数来生成第二预失真函数，并且将第二预失真函数应用于该信号。在后续离散功率增加被应用于设备之前不久，基于第一组DPD参数来生成第一预失真函数，并且将第一预失真函数应用于该信号。

Description

对用于操控信号的非线性设备中的非线性进行补偿的方法和设备

技术领域

本发明涉及非线性设备的数字预失真。具体地，本发明涉及在处理突发业务的、诸如基站这样的网络节点中的功率放大器的数字预失真。

背景技术

在如今的移动通信中，频谱效率越来越重要。在很多2.5G和3G无线系统中使用的非恒定包络(高峰均比)数字调制方案使得RF功率放大器(PA)的线性和效率成为重要的设计问题。通常，线性是通过降低效率或者通过使用线性化技术来实现的。对于类别A的PA，简单地“回退(backingoff)”输入可以改善线性，但是这降低了功率效率并且增加了热耗散。当考虑到无线运营商需要管理的大量基站时，增加功耗消耗实际上是不现实的，并且因此需要线性化技术。

对于诸如基站功率放大器和混频器这样的非线性设备来说，数字预失真(DPD)已经成为最重要的线性化技术。预失真器的基本原理在于计算非线性设备的逆非线性函数。对在调制、上变频和由PA进行的放大之前的基带信号应用预失真，以便减少互调(IM)。非线性表达可以通过多项式或查找表(LUT)来实现。非线性函数通常是简化的沃尔特拉级数(Volterraseries)，该简化的沃尔特拉级数的特征在于用于更好的线性化性能的设备的输入以及“记忆效应”。当利用具有低平均功率变化的信号激励PA时，DPD的学习可以达到非常好的精度。不幸的是，在实践中，就功率而言，信号很少是连续的。依赖于不同的功率方案，信号在每个时隙中改变。每当施加功率时(即，存在功率的瞬变(transient))，DPD和PA将会一起生成残余互调，其是预失真器频谱与PA频谱的失配结果。瞬变IM的量取决于在平均状态和瞬变状态之间的PA特性的差异。

例如，考虑以时分双工(TDD)进行操作的基站中的PA。在TDD操作中，当不进行传输时，PA将被关断以减少接收机中的噪声和不必要的功耗。该过程意味着，在整个TX传送时段期间，PA将处于转换状态。这在图1中被示出，这是对用于这样的随时间变化的PA的典型功率输出的表示。信号1类似于方波，其中被施加功率2a，然后保持处于高值达短时间段3a(用于TX传输)并且然后被切断4a。TX传输时段3a对于将达到的稳态来说过短，因此在TX传输突发3a的时段中任何DPD都需要改变。需要对每个TX突发3b、3c重复该过程。一种解决该问题的方式在于使系统的很多特性依赖于温度、电流、输入功率等。

现有方法通常关注静态DPD。该DPD与传送突发3a中的某个位置的采样相适配，其对于后续的TX突发3b、3c来说可能是错误的。存在对于类似问题的其他解决方案，如DPD参数的多维集合或等价物。线性化方案将不可避免地变得非常复杂和高成本，而性能取决于这些时间变化常数的准确度。

替代地，DPD参数可以从一个突发4a的结束开始被记忆，并且应用于下一突发2b的开始处。这是对于PA的高功率特性的补偿，但是PA已经在其间经历了关断。换言之，PA可能在PA被关断4a之前已经达到温度、电流等的稳态。当重新被激活2b时，作为中间关断的结果，这些条件将不同，并且该校正并不足以减少整个IM。然后，在DPD被更新或者PA行为改变回适配的状态之前瞬变IM一直保持。

这可以参考图2来理解，图2图示了如何通过各个突发3a、3b、3c的过程来减少IM。如果从前一突发的结束开始记忆DPD的状态(即，LUT中的值或者多项式中的参数)，则在下一突发的开始处的瞬变IM将再次变大，因为该突发的开始处的状况与前一突发的结束处的状况不同。

期望设计一种减少每个突发的开始处的瞬变IM的DPD方案。

发明内容

本发明的目的在于解决或至少减轻上述问题。

根据本发明的第一方面，提供了一种在电信网络的网元中使用的信号操控单元。信号操控单元包括用于对信号进行操控的非线性设备。数字预失真单元被提供用于使用存储的参数来生成预失真函数，并且在信号到达非线性设备之前将该函数应用于该信号，以便于对设备中的非线性进行补偿。适配单元被提供用于从设备的输出接收反馈，并且响应于接收到的反馈来适配参数。存储单元可操作地连接到适配单元和预失真单元以存储参数。数字预失真单元包括函数生成器，该函数生成器被配置为在应用于设备的初始离散功率增加之前不久，基于第一组参数来生成第一预失真函数。信号失真器被配置为对信号应用第一预失真函数。时钟被配置为确定在初始功率增加之后的预定时间段。预失真单元被配置为使得在预定时间段之后，函数生成器停止生成第一预失真函数，并且开始基于第二组参数来生成第二预失真函数。预失真单元进一步被配置为使得在应用于设备的后续离散功率增加的开始之前不久，函数生成器开始基于第一组参数来生成第一预失真函数。

因此，可以使用第一预失真函数来对紧接在功率的急剧增加之后设备处于“瞬变”状态时的IM进行补偿。一旦设备稳定，可以使用第二预失真函数来进行补偿，直至下一次功率的急剧增加，此时第一预失真函数应当被重新激活。换言之，在时间上存在至少两种DPD状态，这两种DPD状态表示突发的开始和结束，该突发的开始和结束表示非线性设备的行为改变。应当认识到，在多数情况下，在初始离散增加和后续增加之间将存在功率的降低。

信号操控单元可以被配置为，当在初始功率增加之后停止应用第一预失真函数时，将第一组参数存储在存储单元中，使得用于在后续功率增加之前不久开始生成第一预失真函数的第一组参数与在初始功率增加之后的预定时间段的结束处的那些参数相对应。

该方法使得用于后续功率增加的第一预失真函数能够从先前的功率增加进行“学习”。第一预失真函数可以使用在前一瞬变时段的结束处存储的参数，而不是返回到在前一瞬变的开始处使用的相同参数。

通过比较，在数字预失真单元开始生成第二预失真函数时所使用的第二组参数可以与在数字预失真单元停止生成第一预失真函数时的第一组参数相对应。换言之，第二预失真函数可以从第一预失真函数停止时开始。

信号可以具有多个离散突发的形式，其中每次功率增加都与突发的开始相对应。

预失真函数可以从LUT或者使用具有由参数填充的系数的多项式来生成。

预失真单元可以被配置为使用多个不同组的参数来生成和应用多个不同的预失真函数，以对非线性设备中的不同功率状况进行补偿。

非线性设备可以是用于对信号进行放大的PA。信号操控单元可以被提供在可以以时分双工模式进行操作的网元中，可选地在基站中。

根据本发明的另一方面，提供了一种用于对用于操控信号的非线性设备中的非线性进行补偿的方法。在对设备应用初始离散功率增加之前不久，基于第一组参数来生成第一预失真函数，并且在信号到达设备之前将第一预失真函数应用于该信号。在初始功率增加之后的预定时间段，第一预失真函数停止被应用于信号，并且基于第二组参数来生成第二预失真函数，并且对信号应用该第二预失真函数。在对设备应用后续离散功率增加之前不久，基于第一组参数来生成第一预失真函数并且将其应用于信号。

本发明还提供了一种包括计算机可读代码的计算机程序，该计算机可读代码使得信号操控单元作为上述信号操控单元来操作或者执行上述方法。

本发明还提供了一种计算机程序产品，该计算机程序产品包括计算机可读介质以及存储在计算机可读介质中的如上所述的计算机程序。

附图说明

将仅通过示例的方式并且参考附图来描述本发明的一些优选实施例，在附图中：

图1是随着时间操作TDD的基站中的功率放大器的功率输出的图示；

图2图示了其中稳态DPD函数被使用的每个突发中的IM的减少；

图3图示了将传送突发的时间划分成子集；

图4图示了“瞬变”和“正常”DPD函数的使用，其中每个“瞬变”函数从前一突发进行学习；

图5是对学习的瞬变行为和正常DPD设置下的IM的影响的示意性表示；

图6是信号操控单元的示意性表示；以及

图7是图示在非线性设备中的功率突发的预数字失真中所涉及的步骤的流程图。

具体实施方式

数字预失真通常由预失真器和适配算法构成。预失真器通常由LUT块(或者多项式系数集合)来构建，该LUT块包含PA的逆非线性信息。当信号下降到低功率水平时，PA行为随着多各时间常数改变。当信号跳变到高功率时(如图1中所示)发生类似行为。适用于低功率PA行为的DPD将不适用于高功率PA行为。虽然仅在信号功率跳变到最高功率水平时的瞬变情况下存在问题，但是这反过来也成立。所有其他的功率变化将给出较低的IM瞬变，并且总的说来将不会高于最大功率下的IM。比DPD更新速率更慢的功率变化受到DPD更新本身的影响。

DPD更新速率被构造为对从功率变化信号引入的PA行为变化进行补偿。在TDD操作中，该改变不连续：而是该信号由突发3a、3b、3c构成，并且包括瞬变“阶跃”改变2a、4a、2b、4b、2c、4c，如图1中所示。如上所述，如果DPD利用来自前一突发的结束时的PA行为的最近已知信息来开始每个突发，则将产生IM的增加。这是因为，前一突发的结束是对于PA的高功率特性的补偿，但是PA在其间已经经历了关断。该校正不足以减少整个IM，并且在DPD被更新或者PA行为改变回适配的状态之前瞬变IM将一直保持。

一种用于克服该问题的方式在于将传送的突发的时间划分成若干子集。每个时间子集都与一组DPD参数相关联，该组DPD参数被设计为对用于该传送的突发的特定部分的PA行为的补偿进行建模。用于该突发的开始的DPD参数与稍后在突发中的那些DPD参数不同。这可以通过参考图3来理解。在功率到期被施加2a到PA之前不久，应用瞬变DPD10a(具有在LUT或多项式中的瞬变特定参数)。在由具有不同参数的其他DPD函数11a、12a、13a、14a、15a替代之前，这仅被应用短的时间。对于后续突发使用相同的方法(具有DPD参数10b…15b以及10c…15c)。

这样的优点在于不需要时间先决的算法，但是缺点在于需要很多存储器来表示和写入所有的子集。最明显的缺点在于，由于在突发期间的统计内容的变化而导致补偿的不准确。

更复杂的方法使得能够使用适用于传送突发的开始的瞬变DPD设置来减少残余IM或瞬变IM。然后，正常DPD操作将捕捉在稳态之前的缓慢PA行为改变期间的IM。

这可以参考图4来理解。DPD具有初始瞬变设置20a，其中，适配算法足够快以便紧接在施加2a功率之后的PA行为随时间改变时跟踪瞬变状态下的PA行为。在信号向上跳变为功率2a之前不久(在瞬变之前)应用瞬变设置20a。在第一突发发生之前，可以预先估计用于瞬变DPD设置20a的初始参数。该瞬变设置20a可以被视作基于第一组DPD参数生成的第一预失真函数。

瞬变DPD设置20a在短的时间间隔中非常快速地适配，并且一旦收敛就估计或减少瞬变IM。在短得足以使“瞬变”与“正常操作”分离的预定的时间段之后，瞬变DPD设置20a的完成参数(即，在快速适配之后达到的值)被存储以供未来的使用，并且应用“正常”DPD设置21a。用于正常DPD设置21a的初始参数是在瞬变DPD设置20a的结束时达到的那些参数。然后，在下一突发2b的开始之前一直应用正常DPD设置(具有连续的适配)。应当认识到，正常DPD设置可以继续通过功率被关断4a的点：当信号向下跳变到产生更低IM的低功率时，不论功率的阶跃改变如何，正常DPD都可以继续跟踪IM。正常DPD设置可以被视作基于第二组DPD参数生成的第二预失真函数。

当应用下一突发时，仅在施加功率2b之前再次应用瞬变DPD设置20b。然而，此次，初始参数是在前一瞬变DPD设置20a的结束时被保存的那些参数。这意味着已经从前一突发的相应时段“学习”了瞬变时段的瞬变DPD设置。瞬变DPD设置20b再次随时间快速适配，并且再次在短的预定时间结束时保存参数，其中从瞬变DPD设置20b的参数开始，由正常DPD设置21b接替。

然后，针对所有突发重复该过程。不同类型的设置可以被视作长期或短期记忆。瞬变DPD设置20a、20b的结束的参数被记忆用于下一瞬变设置20b、20c的开始(长期记忆)。从紧接的先前瞬变DPD设置20a、20b、20c的结束起(短期记忆)采用用于每个正常DPD设置21a、21b、21c的开始的参数。

图5是对学习的瞬变行为和正常DPD设置下的IM的影响的示意性表示。可以看到，第一突发的IM开始时很高(如果初始参数估计差)，但是迅速下降到其中第一次应用瞬变DPD设置的时段的结束30a。在第二突发2b的开始，由于从第一突发学习的行为而导致IM不会上升那么高。在第三突发2c的开始，学习的参数还要更加准确，并且IM几乎不增加。

应当认识到，以上的描述说明了两种DPD设置，但是该原理可以被扩展到每一个都对PA行为的特定时间常数进行补偿的其他参数集合。

该技术给出了瞬变操作中的最优性能以及卓越的精度。存储器需求低，但是算法需求高。

图6是信号操控单元61的示意性表示，该信号操控单元61可以被包括在诸如基站或用户设备这样的网络节点中。信号操控单元包括用于放大信号的PA62。数字预失真单元63包括：函数生成器63a，其基于存储的DPD参数来生成DPD函数；信号失真器63b，其在信号到达PA之前，将DPD函数应用于信号；以及时钟63c，其监视从急剧功率增加开始的时间长度。应当认识到，函数生成器63a、信号失真器63b以及时钟63c可以仅仅是单个实体的功能单元。适配单元64从PA的输出接收反馈，并且调整DPD参数以优化预失真并且最小化IM。DPD参数被存储在存储单元65中。

图7是图示在非线性设备中的功率突发的预数字失真中所涉及的步骤的流程图。在识别到即将到来的功率增加71(通常是突发2a的开始)时，基于第一组参数来生成“瞬变”DPD函数，并且将该“瞬变”DPD函数应用于进入PA的信号72。响应于来自PA的输出的反馈回路来适配这些参数73，以优化瞬变DPD函数。

在突发2a开始之后的预定时间，第一组DPD参数被存储74以用于未来的使用。第一组DPD参数中的值被复制到第二组75中，该第二组用作“正常”DPD函数的适配过程中的开始值，“正常”DPD函数在预期的下一次功率增加之前一直被应用于信号76。预期下一次功率增加77(例如，仅在下一突发2b开始之前)，当操作从“瞬变”切换到“正常”时，使用作为初始参数在步骤74处被存储的第一组来生成瞬变DPD函数78。然后，该过程重复。

应当认识到，根据上述实施例的变体也可以落在本发明的范围内。例如，已经描述了通常在基站中使用的PA的操作。然而，该方法可以用于诸如混频器这样的用于操控信号的任何非线性设备。

此外，已经一般性地在所应用的功率接近方波的“突发”信号的背景中描述了该方法。应当认识到，该方法可以用在稳态时段之后的急剧功率增加的任何情况中，使得温度、电荷等稳定。因此，该方法可以适用于例如具有很多不同功率水平的设备。

Claims (18)

1.一种在电信网络的网元中使用的信号操控单元(61)，包括：

非线性设备(62)，用于操控信号；

数字预失真单元(63)，适用于生成预失真函数，并且在信号到达所述非线性设备之前将所述预失真函数应用于所述信号，以便对所述设备中的非线性进行补偿，所述预失真函数是使用一组存储的参数来生成的；

适配单元(64)，适用于从所述设备的输出接收反馈，并且响应于接收到的所述反馈来适配所述参数；以及

存储单元(65)，用于存储所述预失真单元所使用的、用于生成所述预失真函数的所述参数；

其中所述数字预失真单元包括：

函数生成器(63a)，被配置为在被应用到所述非线性设备的初始离散功率增加(2a)之前不久(71)，基于第一组参数来生成第一预失真函数；

信号失真器(63b)，用于对所述信号应用所述预失真函数(72)；以及

时钟(63c)，用于确定在所述初始离散功率增加之后的预定时间段；

并且其中所述预失真单元被配置使得在所述预定时间段之后，所述信号失真器停止生成所述第一预失真函数，并且开始生成基于第二组参数而生成的第二预失真函数(76)；

在被应用到所述设备的后续离散功率增加(2b，2c)的开始之前不久(77)，所述信号失真器开始基于所述第一组参数来生成所述第一预失真函数(78)；并且

当在所述初始离散功率增加之后停止生成所述第一预失真函数时，所述第一组参数被存储在所述存储单元(74)中，使得在所述后续离散功率增加之前不久，用于开始生成所述第一预失真函数的所述第一组参数与在所述初始离散功率增加之后的所述预定时间段的结束时的那些参数相对应。

2.根据权利要求1所述的信号操控单元，被配置使得当所述函数生成器开始生成所述第二预失真函数时使用的所述第二组参数与所述函数生成器停止生成所述第一预失真函数时的所述第一组参数相对应(75)。

3.根据前述任一项权利要求所述的信号操控单元，其中所述信号操控单元被配置为作用于由所述单元在多个离散突发中接收到的信号，每个功率增加(2a、2b、2c)与突发的开始相对应。

4.根据权利要求1或2所述的信号操控单元，其中所述函数生成器被配置为根据存储在所述存储单元中的查找表来生成所述第一预失真函数和所述第二预失真函数。

5.根据权利要求1或2所述的信号操控单元，其中所述函数生成器被配置为使用具有由所述第一组参数和所述第二组参数填充的系数的多项式来生成所述第一预失真函数和所述第二预失真函数。

6.根据权利要求1或2所述的信号操控单元，其中所述函数生成器被配置为使用多组参数来生成和应用多个不同的预失真函数，以对所述非线性设备中的不同功率状况进行补偿。

7.根据权利要求1或2所述的信号操控单元，其中所述非线性设备是用于放大所述信号的功率放大器(62)。

8.一种网元，包括根据前述任一项权利要求所述的信号操控单元。

9.根据权利要求8所述的网元，其中所述网元是基站。

10.根据权利要求8或9所述的网元，被配置为以时分双工模式进行操作。

11.一种对用于操控信号的非线性设备(62)中的非线性进行补偿的方法，包括：

在初始离散功率增加(2a)被应用到所述设备之前不久(71)，基于第一组参数来生成第一预失真函数，并且在信号到达所述设备之前，对所述信号应用所述第一预失真函数(72)；

在所述初始离散功率增加之后的预定时间段，停止应用所述第一预失真函数，基于第二组参数来生成第二预失真函数，并且对所述信号应用所述第二预失真函数(76)；

在后续离散功率增加(2b、2c)被应用到所述设备之前不久(77)，基于所述第一组参数来生成所述第一预失真函数，并且对所述信号应用所述第一预失真函数(78)；

当所述第一预失真函数在所述初始离散功率增加之后的所述预定时间段处被停止时，存储所述第一组参数(74)；以及

当所述第一预失真函数在所述后续离散功率增加之前不久被再次生成时，使用所存储的第一组参数来开始这样的生成。

12.根据权利要求11所述的方法，进一步包括：

在所述第一预失真函数被应用到所述信号的同时，响应于来自所述设备的输出的反馈来适配所述第一组参数(73)。

13.根据权利要求11或12所述的方法，其中当数字预失真单元开始生成所述第二预失真函数时使用的所述第二组参数与所述数字预失真单元停止生成所述第一预失真函数时的所述第一组参数相对应(75)。

14.根据权利要求11或12所述的方法，其中所述信号由多个离散突发形成，每个离散功率增加(2a、2b、2c)与突发的开始相对应。

15.一种对用于操控信号的非线性设备(62)中的非线性进行补偿的设备，包括：

用于在初始离散功率增加(2a)被应用到所述设备之前不久(71)，基于第一组参数来生成第一预失真函数，并且在信号到达所述设备之前，对所述信号应用所述第一预失真函数(72)的装置；

用于在所述初始离散功率增加之后的预定时间段，停止应用所述第一预失真函数，基于第二组参数来生成第二预失真函数，并且对所述信号应用所述第二预失真函数(76)的装置；

用于在后续离散功率增加(2b、2c)被应用到所述设备之前不久(77)，基于所述第一组参数来生成所述第一预失真函数，并且对所述信号应用所述第一预失真函数(78)的装置；

用于当所述第一预失真函数在所述初始离散功率增加之后的所述预定时间段处被停止时，存储所述第一组参数(74)的装置；以及

用于当所述第一预失真函数在所述后续离散功率增加之前不久被再次生成时，使用所存储的第一组参数来开始这样的生成的装置。

16.根据权利要求15所述的设备，进一步包括：

用于在所述第一预失真函数被应用到所述信号的同时，响应于来自所述设备的输出的反馈来适配所述第一组参数(73)的装置。

17.根据权利要求15或16所述的设备，其中当数字预失真单元开始生成所述第二预失真函数时使用的所述第二组参数与所述数字预失真单元停止生成所述第一预失真函数时的所述第一组参数相对应(75)。

18.根据权利要求15或16所述的设备，其中所述信号由多个离散突发形成，每个离散功率增加(2a、2b、2c)与突发的开始相对应。