CN104052413A - 欠采样数字预失真结构 - Google Patents

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CN104052413A CN201410092503.6A CN201410092503A CN104052413A CN 104052413 A CN104052413 A CN 104052413A CN 201410092503 A CN201410092503 A CN 201410092503A CN 104052413 A CN104052413 A CN 104052413A
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Abstract

一种功率放大器装置可包括:接收输入信号以产生预失真信号的预失真器；接收预失真信号以产生前置放大信号的第一转换器;接收前置放大信号以基于前置放大信号和输入信号产生输出信号的功率放大器;和将输出信号采样以产生反馈信号的第二转换器。功率放大器可在第一频率下产生失真信号，第二转换器可通过使用具有比第一频率低的第二频率的定时信号将输出信号采样以产生反馈信号，并且，基于反馈信号的预失真器可使预失真信号预失真，以在第一频率下降低失真信号。

Description

欠采样数字预失真结构
背景技术
功率放大器(PA)一般可被用于各种应用中，诸如用于无线通信的广播设备中。广播设备可包含于用于无线移动通信的基站收发器站(BTS)或用户设备(UE)中或者其它用于无线移动通讯的收发设备中，例如在LTE、WiMax、WiFi、CDMA、GSM、EDGE、以及UMTS标准。
用于功率放大输入信号的功率放大器在理想情况下可产生作为输入信号的线性放大的输出信号。但是，当它们被生产的时候，功率放大器经常通过它们的输出信号由于非理想电路出现失真。应用中的功率放大器会由于功率放大器中的非线性性能或非线性具有失真。为了减少输出信号中的这些失真，将附加电路元件加入到放大器装置以补偿功率放大器的非线性行为。
但是，用于补偿功率放大器中的非线性的但是这种附加的部件电路经常会消耗附加的电力。另外，随着在高速通信中需要的带宽增加，非线性补偿变得越来越困难及昂贵。
例如，BTS中的典型功率放大器可代表BTS的成本和功率需量的显著部分，例如，30%的总功率需量和30%的成本。典型的功率放大器可具有一个或多个非线性区，典型功率放大器的非线性行为可能受到各种因素的影响，诸如电源、温度、增益设置等。功率放大器中的非线性会损害误差矢量幅度(EVM)并提高频谱增生，误差矢量幅度用于量化无线电发送器或接收器的性能，频谱增生是由于失真而引起的信号带宽扩展。失真
功率放大器的非线性可能依赖于环境因素。这是依赖于该功率放大器条件（当该功率放大发生时）的非线性。另外，功率放大器的非线性可以依赖于该功率放大器的记忆效应。这是功率放大器的输出信号，可以含有在以前时间点发生的非线性失真。由于功率放大器记忆效应的失真可能是难以补偿的。
因此，需要改进的用于以低的功耗有效地补偿非线性的功率放大器。
附图说明
图1示出根据本公开的功率放大器装置的简化框图。
图2A和2B示出根据本公开的实施例的欠采样的模拟频率图。
图3A-3C示出根据本公开的特征的示例性欠采样信号序列。
图4示出根据本公开的实施例的示例性方法。
具体实施方式
根据本公开的示例性实施例，功率放大器装置可包括:接收输入信号以产生预失真信号的预失真器;接收预失真信号以产生前置放大信号的第一转换器;接收前置放大信号以基于前置放大信号和输入信号产生输出信号的功率放大器级;和将输出信号采样以产生反馈信号的第二转换器.功率放大器级可在第一频率下产生失真信号，第二转换器可以通过使用具有比第一频率低的第二频率的定时信号将输出信号采样以产生反馈信号，并且，预失真器可基于反馈信号使预失真信号预失真，以在第一频率下降低失真信号。
图1示出本公开的实施例。功率放大器装置100可包括接收输入信号以产生预失真信号的预失真器110、接收预失真信号以产生前置放大信号的第一转换器130、接收前置放大信号以基于前置放大信号和输入信号产生输出信号的功率放大器级150和采样输出信号以产生反馈信号的第二转换器140。
输出信号可通过天线170被传送。第二转换器140可通过藕合160接收输出信号。在该第一转换器130和该功率放大器150之间，可以存在额外的元件，例如，调制器以在传输路径中，从基带/中频（IF）转换信号至无线电频率（RF）。在该第二转换器130和藕合器160之间，有额外的元件，例如，调制器在该接受/反馈路径中，转换信号从RF至IF/基带。该额外的组件包括超外差或者零-IF收发器。
该功率放大器150可以具有非理想的电路行为。它的输出可以包括在第一频率的失真元件。该预失真器110可以度量通过功率放大器150引入的失真元件，并且包括至输入信号的预失真元件，以抵消该功率放大器的失真。特别地，该第二转换器140可以通过该耦合器160在低于第一频率的第二频率从输出信号采样，以形成反馈信号。该预失真器110可以将该第二转换器140的输出和该输入信号的局部表现比较，以估计失真信号并抵销它。
在实施方案中，该预失真器110可以包括滤波器110.1和控制器110.4。该滤波器110.1可以根据由控制器110.4提供的滤波参数，引入预失真信号至该输入信号。控制器110.4可直接从第二转换器140接收反馈信号，并控制滤波器110.1以使预失真信号预失真以补偿功率放大器级150中的非线性。
该滤波器110.1可以包括具有查询表(LUT)的存储器。该滤波器110.1可以包括基于多项式的滤波器，其可以使输入信号失真，基于多级的多项式方程，其包括对非线性失真的补偿。基于多项式滤波器可能能够有效补偿PA的记忆效应，而无显著的额外修饰。于预失真器的基于多项式滤波器，用于通信应用，可以以五级多项式方程实现充分的补偿。但是，其它数量级别也是可能的。
在其它实施方案中，该预失真器110可以包括第一滤波器110.1和110.2、减法器110.3和控制器110.4。该第一滤波器110.1可以根据由该控制器110.4提供的滤波参数，将该预失真信号元件引入至该输入信号。该第二滤波器110.2可以转换该反馈信号以产生第二预失真信号。然后，比较器110.3可比较第二预失真信号与来自滤波器110.1的预失真信号，以产生误差信号，该误差信号可被控制器110.4接收和使用，以控制和调整滤波器110.1和第二滤波器110.2。
该第一和第二滤波器110.1和110.2可以包括具有查询表(LUT)的存储器。该第一和第二滤波器110.1和110.2可以包括基于多项式的滤波器，其可以使输入信号失真，基于多级的多项式方程，其包括对非线性失真的补偿。基于多项式滤波器可能能够有效补偿PA的记忆效应，而无显著的额外修饰。于预失真器的基于多项式滤波器，用于通信应用，可以以五级多项式方程实现充分的补偿。但是，其它数量级别也是可能的。
控制器110.4可包含用于调整滤波器110.1和第二滤波器110.2的设置或参数的自适应滤波器算法。自适应滤波器算法可包含最小均方(LMS)、最小平方(LS)、递归最小二乘方(RLS)，线性二次估计(LQE,Kalman Filter),或者贝叶斯估计算法。
此外，控制器110.4可包含连续地记录和监视反馈信号或误差信号(以及其它信息，诸如PA的性能水平和环境条件)以连续地校准和提高功率放大器装置100的性能的学习算法。控制器110.4可包含相对于输入信号补偿反馈信号的时间延迟的时间延迟算法。
滤波器110.1和第二滤波器110.2可分别执行根据诸如截尾离散时间Volterra Series方程的用于非线性的多项式方程模型化的信号变换。滤波器110.1和第二滤波器110.2可执行由控制器110.4控制的相同的信号变换函数。控制器110.4可更新和调整用于非线性的多项式方程的系数。
根据本公开的特征，第一转换器130可基于第二转换器140的定时信号产生前置放大信号。即，可基于第二转换器140的采样定时设定第一转换器的定时，从而导致第一转换器130和第二转换器140相互时间对准。
根据本公开的特征，第一转换器130可包含数模转换器或具有多个信号信道的多个数模转换器。该第一转换器130可以是采样的转换器，其从采样的输入形成输出电压，然后在一段输出时间维持输出电压，直到当新输出电压产生时的下个输出时间段。
根据本公开的特征，第二转换器130可包含模数转换器或并联的多个模数转换器.功率放大器级150可在第一频率下产生失真信号，并且，第二转换器140可通过使用具有比第一频率低的第二频率的定时信号将输出信号采样以产生反馈信号。即，第二转换器140可在比在输出信号中产生的失真信号的频率低的频率下对输出信号进行采样。
功率放大器级150的非线性可使线性输入信号失真，以在比线性输入信号的频率高的频率下产生多个阶数的失真信号。为了在较高的频率下补偿失真信号，通过第二转换器140取得包含失真信号的输出信号的采样。随着输入信号的频率伴随通信技术的发展变高，第二转换器中的采样的频率可变高并且在实际中会需要太多的电力。
但是，由于只需要补偿失真信号，因此，只有失真信号包含可用于产生前置放大信号以补偿PA的非线性的信息。因此，第二转换器140只需要将足够的输出信号采样以获得关于失真信号的足够的信息。因此，第二转换器140可对输出信号进行欠采样以产生反馈信号。
图2A和图2B示出用于产生模型化预失真的欠采样的模拟频率方案。图2A示出，输出信号中的示例性失真信号210,220可在例如标为2Ord和3Ord的两个频率下由功率放大器级产生。图2A也示出，转换器的采样频率230可比失真信号201,220的频率低。由于频率误差，因此，得到的采样信号可包含低频率下的失真信号210,220。
图2B示出可用于将失真信号260,270模型化并产生用于补偿失真信号采样信号。一旦采样的反馈被模型化，例如，被补偿为负反馈，在预失真器110中，当例如通过在采样频率或定时下调制预失真信号产生前置放大信号时，第一转换器130可使用与第二转换器140相同的采样频率或相同的定时。因此，可在与上面的频率图中的失真信号相同的频率下对于模型化的预失真补偿得到的前置放大信号。
根据另一实施例，第二频率可比预失真信号的频率大。即，第二频率，就是第二转换器140的采样频率可比预失真信号的频率大。
可通过几种方式实现通过第二转换器140的欠采样。
在第一实施例中，第二转换器140可包含在第二频率的各采样周期内将输出信号采样一次的模数转换器。图3A示出可用于第二转换器140的示例性采样信号。在这种情况下，‘第二转换器140中的单个模数转换器可在采样信号的各采样周期内，例如，在采样信号的上升边或下降边上，将输出信号采样一次。
在另一实施例中，第二转换器140可包含被依次激活以依次以在第二频率的采样周期内将输出信号采样的多个模数转换器。图3B示出可用于第二转换器140的示例性采样信号。在这种情况下，包含于第二转换器140中的多个模数转换器可相互并联连接，每个在采样周期内的不同的时间将输出信号采样。得到的反馈信号可被组合。可对于各单个模数转换器使用各单独的采样信号，使各采样信号具有相互偏移的定时，从而允许各单个模数转换器在不同的时间，例如，在采样信号的多个偏移的上升边或下降边上将输出信号采样。作为替代方案，多个模数转换器可共享相同的采样信号，但可相互以级联的方式。
在进一步的实施例中，第二转换器140可包含在第二频率的各采样周期内多于一次地将输出信号采样的模数转换器。图3C示出可用于第二转换器140的示例性采样信号。在这种情况下，第二转换器140中的单个模数转换器可在采样信号的各采样周期内，例如，在采样信号的上升边或下降边上将输出信号多次采样。这里，采样信号可在各采样周期内包含多个子采样脉冲，由此允许第二转换器140在各采样周期中多次地将输出信号采样。
通过图3A-3C所示的这种欠采样技术，第二转换器140可随时间减少采样的数量，并由此减少功率需求。图3B和图3C所示的欠采样技术可在同时执行欠采样的同时有效地实现多重采样。即，它们的总采样定额比失真信号的频率少，但是，与图3A相比，它们可提供附加数量的采样，代价是需要附加的功耗。在图3B和图3C中完成的附加的采样可对预失真器提供附加的信息，以增加对于功率放大器级150中的记忆效应的补偿。
并且，图3B所示的技术可能在第二转换器140中的多个模数转换器中需要附加的硬件部件，而在图3C中，可能只需要单个模数转换器。另外，可以使用描述的技术的组合，以在第二转换器140中实现欠采样，并且，可以根据需要实时调整采样频率和采样信号，以适合于PA的性能需求。
图4示出用于补偿PA中的失真的示例性方法400。方法可包括：在块410中，通过第一转换器130基于预失真信号产生前置放大信号。在块420中，功率放大器级150基于前置放大信号和输入信号产生输出信号。在块430中，第二转换器140通过欠采样将输出信号采样以产生反馈信号。在块440中，预失真器110基于输入信号产生预失真信号。
虽然参照几个示例性实施例描述了本公开，但应理解，使用的措词是描述性和解释性的措词，而不是限制性的措词.在不背离本公开的各方面的范围和精神的情况下，可以在当前陈述和修改的所附的权利要求的范围内提出变化。虽然参照特定的手段、材料和实施例描述了本公开，但是，本公开不是要限于公开的细节，而本公开扩展到诸如处于所附的权利要求内的所有功能上等同的结构、方法和用途。
虽然计算机可读介质可被描述为单个介质，但是，术语“计算机可读介质”包含单个介质或多个介质，诸如集中式或分布式数据库和/或存储一组或更多组指令的相关的高速缓存和服务器。术语“计算机可读介质”还应包括能够存储、编码或携带由处理器执行的一组指令或者导致计算机系统执行这里公开的实施例中的任一个或更多个的任何介质。
计算机可读介质可包含非暂时计算机可读介质并且/或者包含暂时计算机可读介质。在特定的非限制性的示例性实施例中，计算机可读介质可包含诸如存储器卡的固态存储器或容纳一个或更多个非易失性只读存储器的其它封装。并且，计算机可读介质可以是随机存取存储器或其它易失性可重写存储器。另外，计算机可读介质可包含诸如盘或带或其它存储装置的磁光或光学介质，这些介质用于捕获诸如在传送介质上通信的信号的载波信号。因此，本公开被认为包括任何计算机可读介质或可存储数据或指令的其它等同和后继介质。
虽然本申请描述了可实现为计算机可读介质中的代码段的特定的实施例，但应理解，诸如应用特定集成电路、可编程逻辑阵列和其它硬件装置的专用硬件实现可被构建为实现这里描述的实施例中的一个或更多个。可包含这里阐述的各种实施例的应用可广泛地包括各种电子和计算机系统。因此，本申请可包括软件、固件和硬件实现或它们的组合。
本说明书描述了可参照特定的标准和协议在特定的实施例中实现的部件和功能，但本公开不限于这些标准和协议。这些标准定期地被具有基本上相同的功能的更快或更有效的等同物取代。因此，具有相同或类似的功能的替代标准和协议被视为其等同物。
这里描述的实施例的示图是要提供各种实施例的一般理解。示图不是要用作利用这里描述的结构或方法的装置和系统的所有元件和特征的完整描述。许多其它实施例对于回顾了本领域技术人员来说是十分明显的。可以利用并从本公开导出其它的实施例，使得可在不背离本公开的范围的情况下提出结构和逻辑的替代和变化。另外，示图仅是代表性的，并且，可能不按比例绘制。示图中的某些比例可能被夸大，而其它的比例可能被缩小。因此，本公开和附图应被视为解释性的而不是限制性的。
这里，仅为了方便而不是要自动地将本申请的范围限于任何特定的公开或发明概念，仅通过术语“公开”单独和/或一并地提到本公开的一个或更多个实施例。并且，虽然这里解释和描述了特定的实施例，但应理解，可用被设计为实现相同或类似的目标的任何随后的配置替代表示的特定的实施例。本公开要覆盖各种实施例的任何和全部随后的适应或变化。没有在这里具体描述的以上的实施例和其它实施例的组合对于阅读了说明书的本领域技术人员来说是十分明显的。
另外，在以上的详细的描述中，各种特征可被组在一起，或者，出于使本公开流畅化的目的，在单个实施例中被描述。本公开不应被解释为反映要求权利的实施例要求比在各权利要求中明确陈述的特征多的特征的意图。而是，如以下的权利要求反映的那样，本发明的主题可被指引为比公开的实施例中的任一个的所有特征少。因此，以下的权利要求被加入具体实施方式中，使得各权利要求依靠自身限定单独地要求权利的主题。
以上公开的主题应被视为解释性的而不是限制性的，并且，所附的权利要求要覆盖所有这些修改、提高和落入本公开的真实精神和范围内的其它实施例。因此，在法律允许的最大程度上，本公开的范围要由以下的权利要求和它们的等同物的最宽的允许的解释确定，并且不应由以上的详细描述限制或限定。

Claims (20)

1.一种功率放大器装置，包括:
接收由系统发出的输入信号的预失真器;
接收预失真信号以产生前置放大信号的第一转换器;
接收前置放大信号以基于前置放大信号产生输出信号的功率放大器；和
将输出信号采样以产生反馈信号的第二转换器；
其中该预失真器响应第二转换器的输出，引入预失真信号至该输入信号。
2.根据权利要求1的功率放大器装置，其中，第一转换器基于第二转换器的定时信号产生前置放大信号。
3.根据权利要求1的功率放大器装置，其中，第二转换器使用具有低于第一频率的第二频率的定时信号，将输出信号采样，以产生反馈信号，并且该第二频率大于该失真信号的频率。
4.根据权利要求1的功率放大器装置，其中，第一转换器包含数模转换器。
5.根据权利要求3的功率放大器装置，其中，第二转换器包含在第二频率的各采样周期内多于一次地将输出信号采样的模数转换器。
6.根据权利要求3的功率放大器装置，其中，第二转换器包含被依次激活以依次地在第二频率的采样周期内将输出信号采样的多个模数转换器。
7.根据权利要求1的功率放大器装置，其中，预失真器包含滤波器和调整滤波器以变换输入信号以产生预失真信号的控制器。
8.一种方法，包括:
通过第一转换器基于预失真信号产生前置放大信号；
通过功率放大器基于前置放大信号和输入信号产生输出信号；
通过第二转换器将输出信号采样以产生反馈信号；和
通过预失真器基于输入信号产生预失真信号；
其中该预失真器，响应该第二控制器的输出，引入预失真信号至该输出信号。
9.根据权利要求8的方法，其中，第一转换器基于第二转换器的定时信号产生前置放大信号。
10.根据权利要求8的方法，其中，该第二转换器使用具有低于第一频率的第二频率，将输出信号采样，以产生反馈信号，并且该第二频率大于该失真信号的频率。
11.根据权利要求8的方法，其中，第一转换器包含数模转换器。
12.根据权利要求10的方法，其中，第二转换器包含在第二频率的各采样周期内多于一次地将输出信号采样的模数转换器。
13.根据权利要求10的方法，其中，第二转换器包含被依次激活以依次地在第二频率的采样周期内将输出信号采样的多个模数转换器。
14.根据权利要求8的方法，其中，预失真器包含滤波器和调整滤波器以变换输入信号以产生预失真信号的控制器。
15.一种非暂时计算机可读介质，可由处理器执行以实现:
通过第一转换器基于预失真信号产生前置放大信号;
通过功率放大器基于前置放大信号和输入信号产生输出信号;
通过第二转换器将输出信号采样以产生反馈信号；和
通过预失真器基于输入信号产生预失真信号；
其中该预失真器响应第二转换器的输出，将预失真信号引入该输入信号。
16.根据权利要求15的非暂时计算机可读介质，其中，第一转换器基于第二转换器的定时信号产生前置放大信号。
17.根据权利要求15的非暂时计算机可读介质，其中该第二转换器使用具有低于第一频率的第二频率的定时信号，以产生该反馈信号，并且该第二频率大于该预失真信号的频率。
18.根据权利要求15的非暂时计算机可读介质，其中，第一转换器包含数模转换器。
19.根据权利要求17的非暂时计算机可读介质，其中，第二转换器包含在第二频率的各采样周期内多于一次地将输出信号采样的模数转换器。
20.根据权利要求17的非暂时计算机可读介质，其中，第二转换器包含被依次激活以依次地在第二频率的采样周期内将输出信号采样的多个模数转换器。
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