CN103609027A - Rf发射器架构、集成电路设备、无线通信单元及其方法 - Google Patents

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Abstract

一种射频发射器架构包括至少一个数字信号处理模块。所述数字信号处理模块可设置为操作在至少第一模式。其中，所述至少一个数字信号处理模块用于接收一数字输入信号，基于至少部分所述接收到的数字输入信号，从一组减少的数字功率放大器（DPA）控制值集合中选择多个DPA控制值，执行插补所述多个选择的DPA控制值，以从一组代表所述接收到的数字输入信号的未减少的DPA控制值集合中确定一DPA控制值，以及将代表所述接收到的数字输入信号的所述确定的DPA控制值输出到至少一个DPA元件。

Description

RF发射器架构、集成电路设备、无线通信单元及其方法
与相关申请的交叉引用
本申请请求主张美国临时申请61/500,900（申请日为2011年6月24日）、美国临时申请61/534,710（申请日为2011年9月14日）的优先权。本申请同时也是2012年4月20日申请的在先非临时申请13/451,570的部分连续案。这些相关申请的全部内容被结合起来参考。
技术领域
本发明涉及射频（RF）发射器架构、集成电路设备、无线通信单元和方法。本发明适用但不仅限于对通过一个RF接口进行传输的信号执行数字预失真的方法和装置。
背景技术
深亚微米CMOS（互补金属氧化物半导体）工艺上的进步使得数字电路变得更小且更省电。然而，模拟电路并没有随着深亚微米CMOS工艺的发展而很好地发展。因此，需要一些设备，例如射频发射器，以在数字信号处理算法的辅助下，尽可能多地减少模拟元件。
传统的射频发射器使用线性功率放大器（PA）。因此，由于其中使用的线性功率放大器的低效率，使得这种传统射频发射器的功效通常也很低。与此比较，开关模式功率放大器具有非常高的效率，从而使这种开关模式功率放大器具有吸引力，来替代在射频发射器中的传统线性功率放大器。
因此，亟需一种射频发射器，其可以利用开关模式功率放大器并通过数字处理算法的辅助而减少尺寸和提高电源效率。然而，开关模式功率放大器通常由于，例如，在同相/正交（IQ）发射器架构中的功率放大器的I路径与Q路径之间的负载相互作用，而表现出高非线性的输入输出关系。因此，开关模式功率放大器架构需要非线性补偿。除了功率放大器的这种非线性补偿之外，这种IQ发射器设计也需要补偿I路径和Q路径之间的失衡，所述失衡由于，例如，本地振荡器（LO）的不匹配以及I-部分PA和Q-部分的不匹配。
数字极性发射器是另一种类型的常用发射器设计，其也通过在压缩模式下运行功率放大器来实现高效率。数字极性发射器设计存在的一个问题是，由于在极性架构中将IQ信号转换成调幅（AM）和调相（PM）过程中存在固有的带宽扩展特性，这种发射器只适用于窄带调制信号。
为了适应信息通过量的处理越来越高的需求，一些无线标准，如WCDMA（宽带码分多址）、LTE（长期演进）、WLAN（无线局域网）的IEEE802.11等，已提出支持具有峰值-平均值功率比（peak-to-average power ratio，简称PAPR）和从5MHz到20MHz的带宽的调制信号，所述调制信号或者甚至具有更宽的带宽，如在IEEE802.11ac标准下为160MHz。因此，也希望有一个通用的发射器架构，可支持多模式和多带宽操作，同时实现低功耗和小型化。
因此，需要一种改进的射频发射器架构，以及需要一种方法来对通过RF接口传输的信号执行数字预失真和数字补偿技术。
发明内容
因此，本发明寻求单独地或通过任意组合来移除、减轻或消除上面所述的缺陷。本发明的实施例提供一种方法来对通过RF接口传输的信号执行数字预失真。
依据本发明的第一实施例，提供一种射频发射器架构，其包括至少一个数字信号处理模块。所述至少一个数字信号处理模块可设置为操作在至少一个第一模式，其中，所述至少一个数字信号处理模块用于接收一数字输入信号，基于至少部分所述接收到的数字输入信号，从一组减少的数字功率放大器（DPA）控制值集合中选择多个DPA控制值，对所述多个选择的DPA控制值执行插补，以从一组代表所述接收到的数字输入信号的未减少的DPA控制值集合中确定一DPA控制值，以及将代表所述接收到的数字输入信号的所述确定的DPA控制值输出到至少一个DPA元件。
因此，在此种方式中，通过适当地将DPA元件的预失真分布图中的数据点映射到DPA模块的DPA控制值，使得预失真可应用于接收到的数字输入信号，所述接收到的数字输入信号大大补偿了出现在一单个预失真级中的特定RF架构中的每个RF的减损（impairment）（如PA的非线性特性、IQ失衡等等）。在这种方式中，预失真功能得以简化，且更有效地执行在相对较高的速度。此外，因为所述接收到的数字输入信号用于从减少的一组DPA控制值集合中选择DPA控制值，所以只有所述减少的DPA控制值集合需要被校准，以对DPA模块的整个预失真分布图执行校正预失真功能训练（training）。因此，与校准全部未减少的DPA控制值集合所需要的时间相比，执行这种校准所需要的时间量可显著降低。此外，通过执行所述选择的DPA控制值的插补以从所述代表所述接收到的数字输入信号的未减少的DPA控制值集合中确定一DPA控制值，使得可能被控制的所述DPA模块的精度水平基本上得到保持。
根据本发明的一可选特征，所述至少一个数字信号处理模块可设置为，当操作在所述第一模式时，所述至少一个数字信号处理模块用于从已经被所述减少的DPA控制值集合映射到的一组DPA分布图数据点中，识别最接近所述接收到的数字输入信号的一组数据点；以及选择映射到所述识别出来的数据点的多个DPA控制值以用来执行插补。例如，所述至少一个数字信号处理模块用于从一个检索表中检索映射到所述识别到的数据点的DPA控制值。
根据本发明的一可选特征，所述数字输入信号包括一个二维信号，例如是一个同相/正交（I/Q）信号，且当操作在所述第一模式时，所述至少一个数字信号处理模块用于从一个二维数据分布图的一组数据点中识别出最接近所述接收到的数字输入信号的数据点的一二维集群，其中，所述二维数据分布图已被所述减少的DPA控制值集合映射到；以及选择映射到所述识别出的数据点的多个DPA控制值以执行插补。
根据本发明的一可选特征，所述接收到的数字控制信号包括一上采样基带信号。
根据本发明的一可选特征，当操作在所述第一模式时，所述至少一个数字信号处理模块用于执行所述接收到的数字输入信号的数字预失真。例如，当操作在所述第一模式时，所述至少一个数字信号处理模块用于执行所述接收到的数字输入信号的数字预失真，以补偿DPA非线性、同相/正交路径失衡、以及DPA内存效应组合中的至少之一者。
根据本发明的一可选特征，所述至少一个数字信号处理模块可设置为操作在至少一个其他模式，在所述至少一个其他模式中，所述至少一个数字信号处理模块用于接收一数字参考信号，将代表所述接收到的数字参考信号的一DPA控制值输出到所述至少一个DPA元件，接收来自所述至少一个DPA元件的输出的一个反馈信号，以及基于至少部分所述接收到的反馈信号，对其执行校准。
根据本发明的一可选特征，当操作在所述至少一个其他模式时，所述至少一个数字信号处理模块用于输出一DPA控制值到所述至少一个DPA元件，所述DPA控制值来自代表所述接收到的数字参考信号的减少的DPA控制值集合。
根据本发明的一可选特征，当操作在所述至少一个其他模式时，所述至少一个数字信号处理模组用于接收包括代表一数据点的值的数字参考信号，所述数据点映射到所述减少的DPA控制值集合中的一个DPA控制值，以及将被映射到的所述DPA控制值输出到所述至少一个DPA元件。
根据本发明的一可选特征，所述至少一个数字信号处理模块用于基于至少部分所述接收到的反馈信号，通过更新来自所述DPA控制值集合的所述至少一个DPA控制值来执行校准。
根据本发明的一可选特征，当操作所述至少一个其他模式时，所述至少一个数字信号处理模块用于更新所述映射到代表所述接收到的数字参考信号的所述数据点的DPA控制值，以使所述接收到的反馈信号的一个值与所述接收到的数字参考信号的一个值趋于相等。
根据本发明的一可选特征，当操作所述至少一个其他模式时，所述至少一个数字信号处理模块用于比较所述数字参考信号和所述反馈信号；以及基于至少部分上述比较结果，更新来自所述减少的DPA控制值集合的至少一个DPA控制值。
根据本发明的第二实施例，提供一种集成电路设备，其包括至少一个数字信号处理模块。所述至少一个数字信号处理模块可设置为操作在至少一第一模式，其中，所述至少一个数字信号处理模块用于接收一数字参考信号，基于至少部分所述接收到的数字参考信号，从一组减少的数字功率放大器（DPA）控制值集合中选择多个DPA控制值，执行插补所述多个选择的DPA控制值，以从一组代表所述接收到的数字参考信号的未减少的DPA控制值集合中确定一DPA控制值，以及将代表所述接收到的数字参考信号的所述确定的DPA控制值输出到至少一个DPA元件。
根据本发明的一可选特征，所述至少一个数字信号处理模块可设置为操作在至少一个其他模式，在所述至少一个其他模式中，所述至少一个数字信号处理模块用于接收一数字参考信号，将代表所述接收到的数字参考信号的一DPA控制值输出到所述至少一个DPA元件，接收来自所述至少一个DPA元件的输出的一个反馈信号，以及基于至少部分所述接收到的反馈信号，对其执行校准。
根据本发明的第三实施例，提供一种无线通信单元，其包括本发明第一实施例的所述射频发射器架构。
根据本发明的第四实施例，提供一种执行通过一射频接口传输的信号的数字预失真的方法。所述方法包括，在第一操作模式中，接收一数字输入信号，基于至少部分所述接收到的数字输入信号，从一组减少的数字功率放大器（DPA）控制值集合中选择多个DPA控制值，执行插补所述多个选择的DPA控制值，以从一组代表所述接收到的数字输入信号的未减少的DPA控制值集合中确定一DPA控制值，以及将代表所述接收到的数字输入信号的所述确定的DPA控制值输出到至少一个DPA元件。
根据本发明的一可选特征，所述方法进一步包括，在所述至少一个其他模式中，接收一数字参考信号，将代表所述接收到的数字参考信号的一DPA控制值输出到所述至少一个DPA元件，接收来自所述至少一个DPA元件的输出的一个反馈信号，以及基于至少部分所述接收到的反馈信号，对其执行校准。
本发明的上述这些以及其他特征可从下面描述的实施例中披露或者得到阐明。
附图说明
以下将结合图示，进一步描述本发明的细节、特征以及实施方式。图中的元件被清楚明了地标识，而且并非按照特定比例描绘。图示分别包含供参考的数字标号，以更容易理解。
图1为一个电子设备的一部分的简化框图实施例。
图2为了一个射频（RF）发射器架构的实施例。
图3为一个开关模式功率单元的实施例。
图4为数字功率放大器的一个二维非线性输入-输出映射分布图（mapping profile）的实施例。
图5和图7为数字信号处理模块的一个实施例的简化框图。
图6为图5的数字信号处理模块内的映射和内插值的简化实施例。
图8为图7的数字信号处理模块的一个训练（training）信号的简化实施例。
图9和10为实现一信号的数字预失真以通过一射频接口传输的一种方法的部分简化流程图。
具体实施方式
现在以一个射频（RF）发射器架构的实施例来对本发明进行描述，所述射频发射器架构用于一个无线通信手机，并与本发明的一些实施例相适应。然而，值得注意的是，所述的发明构思并不限于实施例的特定技术特征，且可在替代应用中被等同实施。
请参照图1，其为一电子设备100的一部分的简化示意图的实施例，所述电子设备100可支持本发明一实施例的发明构思。在本发明实施例中，所述电子设备100是一个无线通信手机。如此，所述电子设备100包括天线102和包含耦接到天线102的各种已知的RF收发器元件或电路。本实施例中，所述天线102可耦接到一个双工滤波器/天线开关104，所述双工滤波器/天线开关104可隔离一个接收器链106和一个发射器链107。本领域技术人员可知，接收器链106通常包括RF接收器电路，以提供接收、过滤和中频（intermediate）或基带频率转换。相反，所述发射器链107通常包括射频发射电路，以提供调制和功率放大。每个接收器链106和发射器链107根据产生自振荡器130的振荡信号进行操作。
所述电子设备100更完整地还包括信号处理逻辑108。来自所述信号处理逻辑108的输出可提供到一个合适的用户界面（UI）110，所述用户界面（UI）110可包括例如显示器、键盘、麦克风、扬声器等。所述信号处理逻辑108还可以耦接到一个储存操作管理（regime）的存储元件116，例如储存解码/编码功能诸如此类，且所述存储元件116可由多种技术实现，例如由随机存取存储器（RAM）（易失性）、（非易失性）只读存储器（ROM）、闪存或任何这些或其他内存技术的结合来实现。一定时器118通常耦接于所述信号处理逻辑108，以控制电子设备100中的操作时序。
本领域技术人员可以理解，这种无线通信手机的发射器链107包括用于接收输入信号的发射器电路，本实施例中，所述输入信号例如来自所述信号处理逻辑108。所述输入信号包括即将通过一RF接口传输的信息。所述发射器链107进一步用于输出射频信号，本实施例中，所述射频信号包括将要通过双工滤波器/天线开关104传送到天线102的信息。如此，所述发射器链107通常需要执行数模转换、混频、噪声整形和输入信号放大，以产生所述射频信号输出。
请参照图2，其为一射频发射器架构200的实施例，其适用于本发明的一些实施例，例如可在图1的发射器链107中实现。图2的射频发射器架构200包括一个数字信号处理（数字预失真）模块（在图2中记为“数字预失真器”）210，用于接收一个或多个包括将要经由RF接口（例如，通过天线102）传输的信息的数字输入信号。在所示的例子中，数字信号处理模块210用于接收来自数字基带元件的信号，如来自图1的信号处理逻辑108（图2表示为“基带信号发生器”）的信号。一IQ（同相/正交）输入信号包括第一（同相）信号元件222和第二（正交）信号元件224。数字信号处理模块210进一步用于将接收到的复数（complex）输入信号222、224映射到一个第一维数字控制字符（如同相控制字符212）和一个第二维数字控制字符（如正交控制字符214），并输出所述第一维和第二维数字控制字符212、214到所述数字功率放大器（DPA）模块230，图2中称为射频-功率-DAC（RF-Power-DAC）。在本实施例中，由数字信号处理模块210接收到的信号包括所述IQ信号的上采样版本。在这种方式中，所述数字信号处理模块210接收到的信号可被上采样，以将其采样率提高到DPA模块230的输入数据速率。
本实施例中，所述DPA模块230包括第一（同相）组开关模式功率单元（记为“I-功率DAC”）232和第二（正交）组开关模式功率单元（记为“Q-功率DAC”）234。所述DPA模块230用于接收由所述数字信号处理模块210输出的所述数字控制字符212、214（也被记为“IDPA_W”和“QDPA_W”），并基于至少部分所述接收到的（同相和正交）数字控制字符212、214，产生一模拟射频信号（即RF输出）240以通过一个射频接口传输，例如，通过天线102传输。
在这种方式中，所述射频发射器架构200包括一个基于复数信号的架构，例如一个基于IQ的架构，因此适用于窄带和宽带调制输入信号。与其相反的是，例如，一个数字极性架构，由于IQ信号转换成调幅（AM）和调相（PM）导致的固有带宽膨胀特性，它仅适用于窄带调制信号。此外，所述射频发射器架构200将数字域延伸到DPA模块230，从而可利用数字元件的可扩展性和效率，以比传统的（线性）PA架构具有更大的广度（greater extent）。此外，图2所示的所述射频发射器架构200具有开关模式功率单元的效率优势。
更具体的，所述第一组开关模式功率单元232用于接收至少部分所述第一（如同相）数字控制字符212和基于至少部分所述接收到的数字控制字符212，生成所述模拟射频信号240的第一（如同相）分量。相反，所述第二组开关模式功率单元234用于接收至少部分第二（如正交）数字控制字符214，并基于至少部分所述接收到的数字控制字符214，产生所述模拟射频信号240的第二（如正交）分量。所述两个单独的分量随后在（节点）245中被结合起来，以产生所述复数模拟射频信号240。
在这种方式中，通过提供多个开关模式功率单元组232、234分别接收所述数字控制字符212、214，来获得一个多维（例如复数IQ）信号的对应分量，并分别产生放大的分量（其随后可被结合），从而能够实现所述DPA模块230，其能够被数字化控制来生成一个多维（如IQ）放大信号。
本实施例中的开关模式功率单元300包括来自所述第一（同相）组232的一个功率单元，如图3所示，且所述开关模式功率单元300包括一个高效率反相D类结构（inverse Class D structure）。每个开关模式功率单元300用于接收一个对应的控制位（BB），如375所示，以及基于接收到的控制位375的值来选择性输出一电流信号（Iout+/Iout-）374。每个组232、234中的所述开关模式功率单元300的输出被可操作性地耦接在一起，使得单独的功率单元输出电流信号（Iout+/Iout-）374被结合起来，以提供所述模拟射频信号240的对应分量。每个组232、234中的所述开关模式功率单元300的所述输出电流信号（Iout+/Iout-）374可按照各自的控制位375的重要性进行加权。在这种方式下，每个组232、234的结合后的输出电流信号可代表由此接收到的数字控制字符的值。
优选的，在图2和图3中所示的DPA模块230使数模转换功能与功率放大器的功能相结合，从而简化了射频发射器的设计。此外，提供独立的开关模式功率单元阵列232、234，以支持复数IQ输入信号的独立的I和Q分量，使得DPA模块230适用于窄带和宽带调制输入信号。
图2中的DPA模块230的所述开关模式功率单元组232、234进一步用于接收各自的载波频率信号（LO_I+/LO_I）340（如图3所示），以及进一步基于至少部分接收到的载波频率信号340生成所述模拟射频信号240的对应分量。例如，对应的载波频率信号340可提供给每一个的开关模式功率单元300，如图3的功率单元300内所示。在这种方式中，图2所示的DPA模块230也可以使混频功能与功率放大器的功能和数模转换功能相结合。
本实施例中，所述DPA模块230包括相位选择器250，用于接收载波频率信号（LO_I/LO_Q）252和标志信号（Sign（IDPA_W）/Sign（QDPA_W））254，以及输出载波频率信号340到所述包括基于至少部分所述接收到的标志信号254的极性的开关模式功率单元组232、234。
本实施例的DPA模块230进一步包括级一个大小和标志发生器模块（记为“Mag及Sign Gen”）260。所述大小和标志发生器模块260用于接收所述数字信号处理模块210输出的数字控制字符212、214，并从每个数字控制字符212、214产生一个幅度控制字符（MAG（IDPA_W）/MAG（QDPA_W）），如375所示，所述幅度控制字符包括对应数字控制字符212、214的幅度分量以及一个标志信号254，所述标志信号254包括对应数字控制字符212、214的标志分量。然后，所述幅度控制字符375被提供给对应的开关模式功率单元组232、234，且所述标志信号254提供给对应的相位选择器250。在这种方式中，所述同相和正交信号分量的标志和幅度可能会被分离，以方便所述开关模式功率单元使用。
优选的，因为数字域延伸到DPA模块230，所以没有必要使用线性预驱动放大器或基带滤波器。此外，使用数字控制单元，能够使DPA模块230的功率消耗以及瞬间的RF输出功率得到调整。
所述DPA模块230的输出阻抗是信号功率位准（即压缩）的函数。因此，每个开关模式功率单元组232、234的有效载荷将包括出现在输出信号240的负载和另一个（opposing）开关模式功率单元组232、234的输出阻抗的组合。例如，所述第一（同相）功率单元组232的有效载荷将包括出现在输出信号240的负载和所述第二（正交）功率单元组234的输出阻抗的组合。因此，所述第一（同相）开关模式功率单元组232的有效载荷是Q-通道功率位准的函数，所述第二（正交）开关模式功率单元组234的有效载荷是I-通道功率位准的函数。因此，本实施例的DPA模块230的非线性特性不仅仅是所述复数信号功率（|I|2+|Q|2）的函数，而同时也依赖于所述提供到DPA模块230的同相和正交数字控制字符。
图4为所述DPA模块230的一个二维（2D）非线性输入-输出映射分布图（mappingprofile）410，以及所述DPA模块230的扩散（spread）AM-AM曲线420的一实施例。与传统的通常由AM-AM和AM-PM失真而赋予其非线性特点的线性放大器相反，本实施例中的DPA模块230受到二维非线性的不良影响。这是因为I和Q分量的输出电流在节点245处相加，在本实施例中，一个50％占空比的本地振荡器(LO)用于混频。这种非正交混频导致I通道功率单元组232和Q通道功率单元组234之间产生负载交叉（load interaction）。图4显示了所述二维非线性分布图（profile）的特点，所述分布图包括所述DPA模块230的输出分布和扩散AM-AM响应。因此，虽然AM-AM和/或AM-PM校正对于传统的具有短期存储器的线性电源放大器来说通常是足够的，但是仍需要2D预失真来补偿这种DPA模块230的非线性特性。
除了上述确认过的非线性特性，还要求对DPA模块230中的I和Q分量之间的失衡进行补偿，所述失衡是由于例如是本地振荡器（LO）不匹配、I部分PA和Q部分PA的不匹配等等原因导致。
现在请参照图5，其显示了所述数字信号处理模块210的一个实施例的简化框图。所述数字信号处理模块210包括用于操作在第一传输模式中的数字预失真，其中所述数字信号处理模块210用于接收一数字输入信号（即，上采样输出信号510、对所述接收到的数字输入信号510执行预失真、以及向所述DPA模块230输出一代表所述接收到的数字输入信号510的数字控制值。执行这种数字预失真，可以使用基于多项式（polynomial）的技术，或使用基于查找表（或类似）的技术。基于多项式的技术由于需要得到多项式系数，计算复杂，从而限制了实现这种预失真的速度。
因此，在上述实施例中，所述数字信号处理模块210用于实现一个基于查找表（LUT）的技术。特别的，所述数字信号处理模块210用于在DPA模块230的预失真二维分布图中识别一数据点，所述数据点与所述接收到的数字输入信号510对应，以及将所识别到的数据点映射（例如，使用的LUT）到一代表所述接收到的数字输入信号510的数字控制值，例如，通过LUT方式进行。在这种方式下，通过适当地将DPA模块230的二维预失真分布图中的数据点映射到DPA模块230的DPA控制值，使得预失真可应用于接收到的数字输入信号510，所述接收到的数字输入信号510大大补偿了出现在一单个预失真级中的特定RF架构中的每个RF的减损（impairment）（如PA的非线性特性、IQ失衡等等）。在这种方式中，预失真功能得以简化，且更有效地执行在相对较高的速度。
在上述实施例中，所述数字信号处理模块210用于接收所述上采样2D（IQ）输入信号作为所述数字输入信号510，以及输出一二维（I/Q）数字控制值520至所述DPA模块230，其中，所述上采样2D（IQ）输入信号包括所述第一（同相）信号分量222和第二（正交）信号分量224（图2）。这种二维数字控制值520可包括，例如，两个13位控制字符、对应所述DPA模块230的I和Q路径中的每一个的一个13位控制字符。因此，每个13位控制字符可包括一个范围从-4095到+4095的值。如此，所述数字信号处理模块210可用于输出一二维数字控制值，所述二维数字控制值包括8191x8191个可能的数字控制字符对组合中的一个。在本实施例中，为67092481个可能的数字控制值。
如前所述，需要数字预失真来补偿RF减损，所述RF减损例如是由PA的非线性、IQ失衡、AM/AM和AM/PM失真、以及内存效应等引起的（视所涉及的架构类型而定）。这种射频减损通常因设备而异，也可以随时间而变化（例如，由于温度的变化与元件的老化）。正因为如此，通常有必要的“训练（train）”每个设备的预失真功能，以根据特定设备的具体要求来校正所述预失真功能。这种训练动作通常需要在首次使用的RF发射电路之前进行，也可定期要求以补偿后续变化。
为了更有效，要求在DPA模块230的整个分布图（profile）上执行这种预失真功能的训练操作。如上所述，这样的分布图可能对应到大量可能的数字控制值，例如，上面例子中的13位DPA控制字符实施例中有67092481个。在如此大量的DPA控制值上全部执行校准将会花费一段非常长的时间，而且所述射频发射电路在预失真功能的校准期间长时间无法正常工作。
因此，根据本发明的一些实施例，所述数字信号处理模块210基于至少部分所述接收到的数字输入信号510，从减少的一组DPA控制值集合（即，在上述实施例中，在2D LUT540的内容中）中选择多个DPA控制值，并执行所述多个选定DPA控制值的插补（interpolation），以从一组代表所述接收到的信号510的未减少的DPA控制值中确定一个DPA控制值，以及将所述代表所述接收到的数字输入信号510的确定的DPA控制值520输出至所述DPA模块230。
通过这种方式，以及在下文中的更详细的描述，因为所述接收到的数字输入信号510用于从减少的一组DPA控制值集合中选择DPA控制值，所以只有所述减少的DPA控制值集合需要被校准，以对DPA模块230的整个预失真分布图执行校正预失真功能训练（training）。因此，与校准全部未减少的DPA控制值集合所需要的时间相比，执行这种校准所需要的时间量可显著降低。此外，通过执行所述选择的DPA控制值的插补以从所述代表所述接收到的数字输入信号510的未减少的DPA控制值集合中确定一DPA控制值，使得可能被控制的所述DPA模块230的精度水平基本上得到保持。
在图5的实施例中，所述数字信号处理模块210包括一集群索引(cluster index)搜索元件（记为“集群索引搜索”）530，用于接收所述数字输入信号510，并从一组DPA分布数据点中识别多个最接近所述接收到的数字输入信号510的数据点。例如，如图6所示，所述集群索引搜索元件530可用于在一二维复数数据点阵列600中选择数据点605的一个集群。特别的，在本实施例中，所述集群索引搜索元件530可用于选择位于点615周围的数据点605的一个集群610，所述点615由所述接收到的输入信号510的第一（同相）信号分量222和第二（正交）信号分量224（图2）定义。所述集群索引搜索元件530的输出535即是输入到2D LUT（查找表）540的所述数据点605的一个被选中的集群610。
所述二维LUT540用于映射所述DPA控制值到所述二维复数数据点阵列内的数据点605。因此，如图6所示，根据接收到的由集群搜索元件530输出的数据点605的集群610，所述二维LUT540用于检索（retrieve）DPA控制值625的“集群”620，所述DPA控制值625被映射到所述数据点605的接收到的集群610。通过这种方式，所述集群搜索元件530和2D LUT540用于在所述DPA分布图的数据点（即，在上述实施例中，保存在一内存的2D LUT里面的内容）组（阵列）中识别多个最接近所述接收到的数字输入信号615的数据点605，以及检索映射到识别后的数据点605的DPA控制值625的集群620。所述二维LUT540输出所述DPA控制值的选择的集群620到一个二维插补元件（表示为“二维插补”）550。值得注意的是，所述二维复数数据点阵列内的所述数据点605的数量要小于DPA模块230的DPA控制值的数量。如此，所述映射到数据点605的DPA控制值包括一组减少了的DPA控制值。
所述2D插补元件550接收由二维LUT540输出的DPA控制值625的选定集群620，包括接收源自一减少的DPA控制值集合的DPA控制值（在本实施例中，即那些映射到所述DPA分布图的数据点605）。在上述实施例中，所述2D插补元件550进一步用于接收所述数字输入信号510，并执行所述DPA控制值625的集群620的插补，例如线性插补、拉格朗日（Lagrange）多项式插补、样条（spline）插补、三次方（cubic）插补等，以从代表所述接收到的数字输入信号615的未减少的DPA控制值集合中确定一DPA控制值630（图6）。然后，所述2D插补元件550将所述插补后的DPA控制值630作为所述二维（I/Q）数字控制值520输出到所述DPA模块230。
所述数字信号处理模块210还包括一个自适应算法元件（表示为“二维自适应算法（2D Adaptive Algorithm）”）560。当所述信号处理模块210被配置为运行在第二训练模式时，所述自适应算法元件560用于执行所述数字信号处理模块210的校准。例如，如图7所示，当被配置为工作在第一传输模式“A”时，所述数字信号处理模块210用于接收一二维上采样基带信号作为所述数字输入信号510，执行如上所述的所述接收到的数字输入信号的预失真，以及将所述插补过的DPA控制值630作为所述二维（I/Q）数字控制值520输出到所述DPA模块230。相反，当所述数字信号处理模块210被配置运行在第二训练模式“B”时，所述数字信号处理模块210用于接收包括一个训练信号(Xi(l,m))710的一数字参考信号，并输出一DPA控制值(Yi(l,m))720到所述DPA模块230，所述DPA控制值(Yi(l,m))720代表所述接收到的训练信号710。所述数字信号处理模块210进一步用于从所述DPA模块230的一输出端740接收一反馈信号(Fi(l,m))730，并基于至少部分所述接收到的反馈信号730执行DPA模块230的校准。所述数字信号处理模块210可动态配置（例如通过软件），以在所述第一和第二模式之间切换操作。
特别的，对于上述实施例，当所述数字信号处理模块210运作在所述第二训练模式时，所述数字信号处理模块210的自适应算法元件560用于接收所述训练信号710，并输出其中一个数据点760至所述2D LUT540，所述数据点760来自代表所述训练信号710的DPA分布图的数据点集，且其中的一个DPA控制值已被映射。当所述自适应算法元件560接收到所述数据点输出760之后，所述2D LUT540输出对应的DPA控制值720到所述DPA模块230。因此，当数字信号处理模块210工作在第二训练模式时，所述数字信号处理模块210用于根据所述接收到的训练信号710，输出一DPA控制值，所述DPA控制值来自减少了的DPA控制值集合（即那些已映射到所述DPA分布图的数据点605（图6）的DPA控制值）。
在上述实施例中，通过一内部反馈路径750提供所述反馈信号730，所述内部反馈路径750包括一个，用于经由所述DPA模块230接收和执行所述信号输出740的衰减，以确保混频器不超载（over-driven）。混频器754接收来自所述衰减器752的衰减反馈信号，并将所述衰减反馈信号与提供到所述DPA模块230的载波频率信号252混频，以将所述衰减反馈信号从一传输射频频率降低到基带频率。然后，所述反馈信号由一个模拟滤波器756在模数转换器（ADC）758将所述模拟反馈信号转换成被所述数字信号处理模块210接收的数字反馈信号730之前进行滤波。在这种方式中，提供到所述数字信号处理模块210的所述数字反馈信号730可包括对应于所述数字训练信号710的一种格式。
根据本发明的一些实施例，所述数字训练信号710可包括一个值，所述值代表在DPA分布图的数据点集中的一个数据点，所述DPA分布图的数据点集被所述减少的DPA控制值集合映射。此外，所述数字信号处理模块210的自适应算法元件560可通过基于至少部分所述接收到的反馈信号730来更新一映射到所述数字训练信号数据点的DPA控制值，而在第二训练模式中执行校准，例如在一个迭代过程（iterativeprocess）中，使得所述接收到的反馈信号730的一个值与所述训练信号（已知的参考信号）710的数据点值基本一致。例如，所述自适应算法元件560可用于将所述数字训练信号（已知的参考信号）710与所述反馈信号730进行比较，并基于所述比较结果更新各自的映射到所述训练信号数据点值的DPA控制值。
例如，如图8所示，所述训练信号710可包括代表二维复数数据点阵列600内的一数据点605的一个值，其中，所述二维复数数据点阵列600在所述二维LUT540内被所述DPA控制值映射到。因此，所述训练信号710可记为Xi(l,m);l=1,2,…,L;m=1,2,…,M;其中l和m分别是所述训练信号的I和Q分量的表格索引，以及L x M是所述二维复数数据点阵列的行列大小。同样，所述LUT输出的DPA控制值720可表示为Yi(l,m)。不失一般性，可以假设所述反馈增益等于1（unity）。因此，可以在一二维梯度（2D gradient）搜索上实现校准项目，以实现适当地将一个DPA控制值映射到所述二维复数数据点阵列600内的数据点605，如下：
Yi+1(l,m)=Yi(l,m)+μEi(l,m),i=0,1,...,N-1    式子1
其中，i表示第i次迭代，μ是一个步进大小值（实际值），Ei(l,m)是一个复数误差值，N是迭代总数。
接下来，使Xi(l，m)＝xi (I)(l，m)+jxi (Q)(l，m)表示所述训练信号，其中所述训练信号与在第i个迭代中的所述索引(l,m)的表格内容相关，其中xi (I)(l，m)∈{-4095，...，0，...，4095}和xi (Q)(l，m)∈{-4095，...0，...，4095}是13位数字输入信号分量。所述2D LUT540Yi(l,m)（即所述DPA控制值）的输出720被输出到所述DPA模块230。在这种方式中，直接从所述DPA模块230的输出740导出的所述反馈信号730Fi(l,m))直接对应到所述2D LUT540Yi(l,m)（没有执行插补）的输出720。根据所述反馈信号Fi(l,m)以及已知的训练信号Xi(l,m)，所述复数误差值可根据下面式子导出：
Ei(l,m)=GXi(l,m)-Fi(l,m),i=0,1,...,N-1    式子2
其中，G是需要的线性增益。因此，经过N个迭代之后，所述2D LUT（540）可被更新以及校准，以获得：
Y(o)(l,m)=YN(l,m)    式子3
其中，映射到所述二维复数数据点阵列600中的DPA数据点605的所述减少的DPA控制值，根据所述DPA模块230的特定射频减损，将适当的预失真应用到所述接收到的信号。
值得注意的是，由于当所述数字信号处理模块210工作在第一传输模式时，所述接收到的数字输入信号510被用于从一组减少的DPA控制值集合中选择多个DPA控制值，所以只需要对所述减少的DPA控制值集合（即，在本实施例中，在2D LUT540的内容中）进行校准，以对DPA模块230的整个预失真分布图执行预失真功能训练。因此，与校准全部、未减少的DPA控制值集合所需要的时间相比，执行这种校准所需要的时间量可显著降低。例如，如果有必要为一二维的13位控制值进行一个全尺寸为8191x8191的LUT的校准，将需要校准67092481个可能的数字控制值。相比之下，利用一组减少了的DPA控制值集合，其具有大小减少了的LUT（例如，一个64x64的LUT），只需要校准4096个可能的数字控制值。因此，可显著节省校准时间和内存需求。
如前所述，当所述数字信号处理模块210工作在第一传输模式时，本实施例中的所述数字信号处理模块210根据所述校准过的减少的DPA控制值集合，以及DPA控制值的一个选定集群的后续内插值（interpolation），而将2D数字预失真应用到所述接收到的数字输入信号510，其中，所述接收到的数字输入信号510映射到所述DPA控制值。与传统的线性架构类似，本实施例的DPA模块230的特定架构遭受到IQ不匹配(mismatch)以及功率放大器（PA）的非线性的不利影响。按照惯例，所述IQ不匹配和PA非线性分开进行补偿，例如使用一个单调（single-tone）信号，在执行预失真之前校准所述IQ不匹配来补偿所述PA非线性。然而，在本实施例中，所述IQ不匹配和所述PA非线性可通过在校准过程中的取得的非对称输入-输出映射而被共同补偿，从而简化了预失真功能并提高了效率。
此外，对于传统PA的一些校准，所述AM/AM和AM/PM被分开校准（AM/PM跟随AM/AM校准）。所述传统的AM/AM校准是基于具有不同幅度的参考信号和来自内部反馈路径的基带失真信号的。相比之下，在本发明的实施例中，所述二维LUT540可根据上面的描述进行校准，使得所述LUT输入（训练信号）和来自内部反馈路径的所述观察到的基带信号之间的关系，与各自的振幅线性相关。同理，传统AM/PM校准采用的概念与AM/AM校准相同。而在本发明的实施例中，具有不同幅度的训练信号与同时来自于所述内部反馈路径的基带失真信号相结合之后，可以用来校准同一个校准级中的LUT的所有点。
请参照图9和图10，其显示了对通过一RF接口传输的信号执行数字预失真的方法的部分简化流程图900和1000。在操作的第一传输模式中，所述方法的第一部分以在步骤910中接收到一数字输入信号开始，所述数字输入信号例如是在图5和图7中所示的所述上采样数字信号510。接下来，在步骤920中，在所述DPA分布图中确定一群最接近所述输入信号的数据点。然后，在步骤930中，从一个LUT中检索到来自于一组减少的DPA控制值集合的多个DPA控制值，其中，所述多个DPA控制值映射到所述确定的一群数据点。在这种方式下，基于至少部分所述接收到的数字输入信号，将多个DPA控制值从一组减少的DPA控制值集合中选择出来。然后，在步骤940中，执行对所述多个选择的DPA控制值的插补，以从一组代表所述接收到的数字输入信号的未减少的DPA控制值集合中，确定一DPA控制值。然后，在步骤950中，输出从所述组代表接收到的数字输入信号的未减少的DPA控制值集合中确定的所述DPA控制值到一DPA模块。然后，所述方法的第一部分在步骤960结束。
在操作的第二训练模式期间，所述方法的第二部分以在步骤1010中开启对2DLUT540内的每个点的更新机制而开始。接下来，所述方法移到步骤1020，其中，在本实施例中，一训练信号Xi(l,m)包括一数字IQ信号。然后，在步骤1030中，一映射到LUT内的接收到的训练信号值的对应的DPA控制字符Yi(l,m)被检索出来，并在步骤1040中被输出到所述DPA模块。在步骤1050中，所述检索到的DPA控制字符的反馈信号Fi(l,m)从所述DPA模块的输出端获得。然后，在步骤1060中，判断具有线性增益G的所述训练信号Xi(l,m)是否大致等于所述反馈信号Fi(l,m)，其中，所述反馈信号Fi(l,m)供所述检索到的DPA控制字符映射。如果不是，所述方法转到步骤1070，在所述步骤中，更新映射到所述训练信号Xi(l,m)值的所述DPA控制值，以使所述反馈信号Fi(l,m)等于所述具有线性增益G的训练信号Xi(l,m)的值。然后，所述方法返回到步骤1040。请参照回到步骤1060，如果所述具有线性增益G的训练信号Xi(l,m)大致等于供检索到的DPA控制字符映射的所述反馈信号Fi(l,m)，则所述方法转到步骤1080，停止所述更新机制。
本发明的上述实施例中，大部分能够使用本领域技术人员熟知的电子元件和电路来实现。因此，为了能够理解和评估本发明的基本的以及潜在的概念，以及为了不混淆或分散本发明的教导思想，没有对比如上所示的必要考虑细节更大范围地进行解释。
虽然本发明已经以具体实施方式揭露如上，然在不脱离本发明的范围内，可以做一些改动，且本发明的保护范围应以权利要求所界定的范围为准。
本处所讨论到的连接可以是任何类型的适合传输信号的对应节点、单元或设备，例如，通过中间设备。因此，除非暗示或明确说明，否则，所述连接可以是，例如，直接连接或间接连接。所述连接可以被说明或描述为单个连接、多个连接、单向连接或双向连接。然而，在不同实施方式中，连接的实施可能不同。例如，使用单独的单向连接而非双向连接，反之亦然。此外，多个连接可能被替换成传输多路串行信号的单一连接或采用多路复用方式。同样，携带多个信号的单一连接可能会被分离成携带这些信号的子信号的多个不同连接。因此，存在许多选择方式来传输信号。
上述的每一个信号可设计为正或负逻辑。对于负逻辑信号，所述信号是低电平有效，逻辑真状态对应到逻辑电平“0”。对于正逻辑信号，信号是高电平有效，逻辑真状态对应到逻辑电平“1”。请注意，所述的信号可以被设计为正或负逻辑信号。因此，在替代实施例中，那些描述为正逻辑信号的信号可作为负逻辑信号来实现，而那些描述为负逻辑信号的信号可作为正逻辑信号来实现。
此外，当提到将信号、状态位、或类似的装置翻译为其逻辑真或逻辑假状态时，使用“断言”或“设定”和“否定”（或“反断言”或“清除”）。如果逻辑真状态是逻辑电平“1”，则其逻辑假状态就是逻辑电平“0”。如果逻辑真状态是逻辑电平“0”，则逻辑假状态是逻辑电平“1”。
本领域技术人员可以理解，逻辑块之间的边界只是用来示意，在替代实施例中，可将逻辑块或电路元件结合起来，或根据各种逻辑块或电路元件来强加替换的分解功能。因此，可以理解，上面所描述的架构仅仅是范例，实际上可以采用许多其他的架构来实现相同的功能。
元件的任何设置以达到相同的功能都是有效“关联”的，从而能够实现所需的功能。因此，任何两个上述元件相结合以实现特定功能均可以看成是相互“关联”，从而实现所需的功能，不管是架构亦或是中间元件。同样，任何两个这样关联的元件也可以被看作是互相“可操作地连接”或“可操作地耦接”以实现所需的功能。
此外，本领域技术人员可以理解，上述描述的操作之间的边界只是用来示意。所述多个操作结合成一个单一操作，单个操作也可以分布在额外的多个操作中，且操作可以执行在至少部分重叠的时间点。此外，替代的实施例可能包括多个特定操作的实例，以及操作顺序可能会在其他各种实施例中变化。
然而，其他修改、变形和替代也是有可能的。因此，上述说明书和附图应看作是示意性说明，而非狭义说明。
在说明书及权利要求书当中使用了某些词汇来指称特定的元件。所属领域中的技术人员应可理解，制造商可能会用不同的名词来称呼同样的元件。本说明书及权利要求书并不以名称的差异来作为区分元件的方式，而是以元件在功能上的差异来作为区分的基准。在通篇说明书及权利要求书当中所提及的“包括”是开放式的用语，故应解释成“包含但不限定于”。另外，“耦接”一词在此包含任何直接及间接的电气连接手段。因此，若文中描述第一装置耦接于第二装置，则代表第一装置可直接电气连接于第二装置，或透过其它装置或连接手段间接地电气连接至第二装置。

Claims (19)

1.一种射频发射器架构，包括至少一个数字信号处理模块，所述数字信号处理模块操作在至少一个第一模式，其中所述至少一个数字信号处理模块用于：
接收一数字输入信号；
基于至少部分所述接收到的数字输入信号，从一组减少的数字功率放大器（DPA）控制值集合中选择多个DPA控制值；
对所述多个选择的DPA控制值执行插补，以从一组代表所述接收到的数字输入信号的未减少的DPA控制值集合中确定一DPA控制值；以及
将代表所述接收到的数字输入信号的所述确定的DPA控制值输出到至少一个DPA元件。
2.如权利要求1所述的射频发射器架构，其特征在于，当操作在所述第一模式时，所述至少一个数字信号处理模块用于：
从已经被所述减少的DPA控制值集合映射到的一组DPA分布图数据点中，识别最接近所述接收到的数字输入信号的一组数据点；以及
选择映射到所述识别出来的数据点的多个DPA控制值以用来执行插补。
3.如权利要求2所述的射频发射器架构，其特征在于，所述至少一个数字信号处理模块用于从一个检索表中检索映射到所述识别到的数据点的DPA控制值。
4.如权利要求2所述的射频发射器架构，其特征在于，所述数字输入信号包括一个二维信号，且当操作在所述第一模式时，所述至少一个数字信号处理模块用于：
从一个二维数据分布图的一组数据点中识别出最接近所述接收到的数字输入信号的数据点的一二维集群，其中，所述二维数据分布图已被所述减少的DPA控制值集合映射到；以及
选择映射到所述识别出的数据点的多个DPA控制值以执行插补。
5.如权利要求1所述的射频发射器架构，其特征在于，所述接收到的数字控制信号包括一同相/正交（I/Q）信号。
6.如权利要求1所述的射频发射器架构，其特征在于，所述接收到的数字控制信号包括一上采样基带信号。
7.如权利要求1所述的射频发射器架构，其特征在于，当操作在所述第一模式时，所述至少一个数字信号处理模块用于执行所述接收到的数字输入信号的数字预失真。
8.如权利要求7所述的射频发射器架构，其特征在于，当操作在所述第一模式时，所述至少一个数字信号处理模块用于执行所述接收到的数字输入信号的数字预失真，以补偿一组中的至少一个，所述一组包括至少一个：
DPA非线性；
同相/正交路径失衡；以及
DPA内存效应。
9.如权利要求1所述的射频发射器架构，其特征在于，所述至少一个数字信号处理模块可设置为操作在至少一个其他模式，在所述至少一个其他模式中，所述至少一个数字信号处理模块用于：
接收一数字参考信号；
将代表所述接收到的数字参考信号的一DPA控制值输出到所述至少一个DPA元件；
接收来自所述至少一个DPA元件的输出的一个反馈信号；以及
基于至少部分所述接收到的反馈信号执行校准。
10.如权利要求9所述的射频发射器架构，其特征在于，当操作在所述至少一个其他模式时，所述至少一个数字信号处理模块用于：
输出一DPA控制值到所述至少一个DPA元件，所述DPA控制值来自代表所述接收到的数字参考信号的减少的DPA控制值集合。
11.如权利要求10所述的射频发射器架构，其特征在于，当操作在所述至少一个其他模式时，所述至少一个数字信号处理模组用于：
接收包括代表一数据点的值的数字参考信号，所述数据点映射到所述减少的DPA控制值集合中的一个DPA控制值；以及
将被映射到的所述DPA控制值输出到所述至少一个DPA元件。
12.如权利要求11所述的射频发射器架构，其特征在于，所述至少一个数字信号处理模块用于基于至少部分所述接收到的反馈信号，通过更新来自所述DPA控制值集合的所述至少一个DPA控制值来执行校准。
13.如权利要求12所述的射频发射器架构，其特征在于，当操作所述至少一个其他模式时，所述至少一个数字信号处理模块用于更新所述映射到代表所述接收到的数字参考信号的所述数据点的DPA控制值，以使所述接收到的反馈信号的一个值与所述接收到的数字参考信号的一个值趋于相等。
14.如权利要求9所述的射频发射器架构，其特征在于，当操作所述至少一个其他模式时，所述至少一个数字信号处理模块用于：
比较所述数字参考信号和所述反馈信号；以及
基于至少部分上述比较结果，更新来自所述减少的DPA控制值集合的至少一个DPA控制值。
15.一种集成电路设备，包括可设置为操作在至少一第一模式的至少一个数字信号处理模块，其特征在于，所述至少一个数字信号处理模块用于：
接收一数字参考信号；
基于至少部分所述接收到的数字参考信号，从一组减少的数字功率放大器（DPA）控制值集合中选择多个DPA控制值；
执行插补所述多个选择的DPA控制值，以从一组代表所述接收到的数字参考信号的未减少的DPA控制值集合中确定一DPA控制值；以及
将代表所述接收到的数字参考信号的所述确定的DPA控制值输出到至少一个DPA元件。
16.如权利要求15所述的集成电路设备，其特征在于，所述至少一个数字信号处理模块可设置为操作在至少一个其他模式，在所述至少一个其他模式中，所述至少一个数字信号处理模块用于：
接收一数字参考信号；
将代表所述接收到的数字参考信号的一DPA控制值输出到所述至少一个DPA元件；
接收来自所述至少一个DPA元件的输出的一个反馈信号；以及
基于至少部分所述接收到的反馈信号执行校准。
17.一种无线通信单元，包括如权利要求1所述的射频发射器架构。
18.一种执行通过一射频接口传输的信号的数字预失真的方法，在一第一操作模式中，所述方法包括:
接收一数字输入信号；
基于至少部分所述接收到的数字输入信号，从一组减少的数字功率放大器（DPA）控制值集合中选择多个DPA控制值；
执行插补所述多个选择的DPA控制值，以从一组代表所述接收到的数字输入信号的未减少的DPA控制值集合中确定一DPA控制值；以及
将代表所述接收到的数字输入信号的所述确定的DPA控制值输出到至少一个DPA元件。
19.如权利要求18所述的方法，进一步包括：在所述至少一个其他模式中，
接收一数字参考信号；
将代表所述接收到的数字参考信号的一DPA控制值输出到所述至少一个DPA元件；
接收来自所述至少一个DPA元件的输出的一个反馈信号；以及
基于至少部分所述接收到的反馈信号执行校准。
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