CN104300919B - 预失真方法以及预失真装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种预失真方法以及预失真装置，该预失真方法包含有：接收一输入数据；以及将该输入数据输入至一预失真函数以得到一预失真输出，其中该预失真函数是依据后续的一功率放大器来决定。一种预失真装置包含有一接收单元和一预失真单元。其中该接收单元是用来接收一输入数据，且该预失真单元是用来将所输入的该输入数据经过一预失真函数以得到一预失真输出，其中该预失真函数是依据后续的一功率放大器来决定。此外，另提供一种储存有用以执行预失真方法的步骤的程序码的机器可读媒体。

Description

预失真方法以及预失真装置

技术领域

本发明所揭示的实施例相关于通信系统的校正方法以及相关电路，尤指一种用来补偿具有非线性特性及/或记忆效应(memory effect)的射频(radio frequency,RF)电路的功率放大器的预失真(pre-distortion)方法以及相关装置与机器可读媒体。

背景技术

随着通信系统的快速发展，频宽上升使得频谱效率(spectral efficiency)在行动通信中所造成的影响也越来越显着，例如在复杂度较高的非固定波封调变(Non-constant Envelope Modulation)中，由于具有较高的峰均功率比(peak-to-power ratio,PAPR)，因此对于设计者来说，便需要掌握其中的射频电路中所使用的功率放大器的特性。举例来说，请参考图1，图1为现有无线通信系统的传送端的示意图。功率放大器104的非线性特性会造成输出端的振幅调变-振幅调变(amplitude modulation–amplitudemodulation,AM-AM)失真以及振幅调变-相位调变(amplitude modulation–phasemodulation,AM-PM)失真，这些失真会随着频宽上升而跟着提高，并且导致邻近波道的频谱增长(spectral re-growth)以及频内(in-band)失真，进而降低系统的误差向量振幅值(Error Vector Magnitude,EVM)。除此之外，功率放大器104的输出有可能会受到过去的输入影响，称做记忆效应，记忆效应的影响同样地会随着通信系统的频宽提高而跟着增加，使得基频电路中无法处理非线性特性/记忆效应的现有预失真电路102已不能满足现今无线通信系统的需求。

发明内容

本发明的目的在于揭示一种用来补偿具有非线性特性及/或记忆效应的射频电路的功率放大器的预失真(pre-distortion)方法以及相关电路与机器可读媒体，藉以解决上述问题。

依据本发明一第一实施例，揭示一种预失真方法，包含有：接收一输入数据；以及将该输入数据输入至一预失真函数以得到一预失真输出，其中该预失真函数依据后续的一功率放大器来决定。

依据本发明一第二实施例，揭示一种预失真装置，包含有一接收单元以及一预失真单元。其中该接收单元用来接收一输入数据，以及该预失真单元用来将所输入的该输入数据经过一预失真函数以得到一预失真输出，其中该预失真函数依据后续的一功率放大器来决定。

依据本发明一第三实施例，揭示一种机器可读媒体，储存一程序码，当该程序码被一处理器所执行时，该程序码会致使该处理器执行以下的步骤：接收一输入数据；以及将该输入数据输入至一预失真函数以得到一预失真输出，其中该预失真函数依据后续的一功率放大器来决定。

本发明的其中一个优点是可以通过上述方法、装置与机器可读媒体来补偿射频电路的功率放大器中的非线性特性及/或记忆效应，使电子装置的使用者可以在完整的频宽中得到良好的操作效果。

附图说明

图1为现有无线通信系统的传送端的示意图。

图2为本发明的预失真模型的一示意图。

图3为本发明预失真方法的一示范性实施例的流程图。

图4为本发明预失真装置的一示范性实施例的示意图。

图5为本发明预失真方法中利用一自适应性演算法来计算多个系数的一示范性实施例的流程图。

图6为本发明预失真装置中的自适应性系数产生单元来自适应性地产生系数的一示范性实施例的示意图。

图7为本发明预失真装置中的自适应性系数产生单元中的测试信号产生单元的一示范性实施例的示意图。

图8为本发明预失真方法中依据一第一查找表、一第二查找表以及一第三查找表来得到一预失真函数的一示范性实施例的流程图。

图9为本发明预失真装置的另一示范性实施例的示意图。

图10为本发明预失真装置的再另一示范性实施例的示意图。

其中，附图标记说明如下：

102 预失真电路

104、204 功率放大器

202、404、904 预失真单元

302～312、502～508、802～810 步骤

400、900、1000 预失真装置

402 接收单元

4042 自适应性系数产生单元

4044 第一查找表单元

4046 第二查找表单元

4048 第三查找表单元

4050运算单元

602 测试信号产生单元

604、9044 延迟单元

606 有限脉冲响应滤波器

608 自适应性运算单元

610 误差计算电路

612 数字模拟转换器

614低通滤波器

615、617 混频器

708、710、9050 加法器

616 振荡器

618 功率放大器

620 衰减器

622 可程序增益放大器

624 模拟数字转换器

702 第一虚拟随机值产生单元

704 第二虚拟随机值产生单元

706 功率控制单元

712、714、716、9052、9054 乘法器

718、9046、9048 平方运算单元

720 平方根运算单元

9042 搜寻单元

1002 处理器

1004 机器可读媒体

具体实施方式

在说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定的元件。所属领域中技术人员应可理解，制造商可能会用不同的名词来称呼同样的元件。本说明书及后续的申请专利范围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准则。在通篇说明书及后续的请求项当中所提及的“包含”为一开放式的用语，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，若文中描述一第一装置耦接于一第二装置，则代表该第一装置可直接电气连接于该第二装置，或通过其他装置或连接手段间接地电气连接至该第二装置。

首先应说明的是，本发明的主要目的在于消除功率放大器的非线性特性及/或记忆特性的影响，也就是说，于最佳实作方式中，本发明仅会保留功率放大器的线性特性，而对于功率放大器的不想要的特性进行补偿。本发明的实施例所利用的架构是在信号进入位于射频电路中的功率放大器之前，在基频电路中(例如基频数字电路)预先让信号经过功率放大器的非线性函数及/或记忆函数的反函数(即预失真函数)，使得经过功率放大器的非线性函数及/或记忆函数的反函数的信号在到达功率放大器并且被输出之后，刚好将功率放大器的非线性特性及/或记忆特性的部分抵消掉。

关于本发明的预失真方法，以下先用数学式的推导过程来说明其理论，首先，我们需要建立射频电路中的功率放大器的模型，在实务上，关于射频电路中的功率放大器的特征函数，有许多的表示方法，举例来说，一般可以采用记忆多项式(memory polynomial,MP)来表示功率放大器的非线性特征，记忆多项式的好处为简洁易懂，而且记忆多项式虽经过简化，但其模型结果和实际上被模型化的原始物件的行为之间的差异并不大，换句话说，记忆多项式所造成的误差范围一般是可被接受的。使用记忆多项式来表示一功率放大器的数学式可表示如下：

在方程式(1)中，y(n)是该功率放大器的一功率放大器输出，而x(n)是该功率放大器的一功率放大器输入，另外，M是用来表示该功率放大器的一记忆深度(memory depth)，而p是用来表示该功率放大器的一多项式级数(polynomial order)。

应注意的是，根据一般功率放大器在射频的实际行为模式，在此可以在不过度影响准确度的前提之下，仅仅保留该功率放大器的记忆多项式的偶数级，如方程式(1)所示。如此一来，根据上述的假设，我们可以将方程式(1)展开并重新整理：

其中

其中d_i可以看成是时变(time-variant)的系数，也就是说，依据将该功率放大器的记忆多项式整理之后所得到的方程式(2)，我们可以将该功率放大器视为一时变的滤波器(即具有时变分接头(tap)系数的滤波器)。举例来说，该功率放大器的记忆多项式的级数可以为4，且记忆深度可以为2，即p=4且M=2，也就是说功率放大器输出y(n)除了会受到目前的功率放大器输入x(n)影响之外，还会受到前一时间单位的功率放大器输入x(n-1)以及前两时间单位的功率放大器输入x(n-2)的影响。将p=4以及M=2带入方程式(3)之后，经过整理可以得到下列的方程式：

y(n)＝C_0,0x(n)+C_0,2x(n)|x(n)|²+C_0,4x(n)|x(n)|⁴

+C_1,0x(n-1)+C_1,2x(n-1)|x(n-1)|²+C_1,4x(n-1)|x(n-1)|⁴

+C_2,0x(n-2)+C_2,2x(n-2)|x(n-2)|²+C_2,4x(n-2)|x(n-2)|⁴

＝x(n)d₀+x(n-1)d₁+x(n-2)d₂ (4)

其中三个滤波器抽头系数d₀、d₁、d₂分别为：

d₀＝C_0,0+C_0,2|x(n)|²+C_0,4|x(n)|⁴

d₁＝C_1,0+C_1,2|x(n-1)|²+C_1,4|x(n-1)|⁴ (5)

d₂＝C_2,0+C_2,2|x(n-2)|²+C_2,4|x(n-2)|⁴

也就是说，将该功率放大器化简所得到的该时变滤波器具有系数d₀、d₁以及d₂，且d₀系|x(n)|²的函数，d₁是|x(n-1)|²的函数，而d₂是|x(n-2)|²的函数。应注意的是，以上所述的该功率放大器的记忆多项式的级数以及记忆深度的范例仅为说明用途，本发明并不以此为限，换句话说，实际上可以利用本发明来处理任何长度的记忆多项式的级数以及记忆深度的设计，且这样的设计都属于本发明的范畴。

接下来，将会进一步说明本发明预失真方法是如何利用上述所推导出的公式来进一步得到所欲取得的预失真函数，这也是本发明的主要目的。请参考图2，图2为本发明预失真模型的一示意图。预失真模型包含有一预失真单元202以及一功率放大器204，在时间n的时候，a(n)是预失真单元202的一预失真输入，而x(n)是预失真单元202的一预失真输出，也就是功率放大器204的输入，此外，y(n)是功率放大器204的一功率放大器输出。根据之前段落中有关于本发明目的的叙述，可以知道若是能够使预失真单元202所代表的函数成为功率放大器204所代表的函数的反函数，即可得到y(n)=a(n)的结果，换言之，预失真单元202便得以完美地抵消功率放大器204的不完美。依据上述方程式(2)，我们可以进一步得到如下的方程式：

也就是说，预失真单元202必须要满足方程式(6)，才能够达到上述使预失真单元202所代表的函数成为功率放大器204所代表的函数的反函数的要求。然而不幸的是，根据前述的方程式(5)，我们可以知道d₀是|x(n)|²的函数，也就是说d₀是x(n)的函数；而根据方程式(6)，我们又可以知道x(n)是d₀的函数，这样的连动关系有其窒碍难行的地方，因此在实作上，我们必须使用其他的技巧来避开这样的窘境。

经过重新的整理后，方程式(6)可以改写为：

接着在等号两边分别取平方，我们可以进一步得到：

在时间n的时候，预失真单元202可以直接地取得当时的预失真输入a(n)，而且另一方面，时间n之前的预失真输出x(n-i)在时间n的时候亦为已知的数据，其中i=1,2,…,M。举例来说，可以将x(n-i)储存起来，在时间n的时候便可以直接取得并使用。至于d_i的部分，我们可以事先针对不同的x(n-i)，并且利用自适应性(adaptive)演算法来分别得到其相对应的d_i并且储存起来，例如储存在一查找表(look-up table)中，如此一来，在时间n的时候便可以依据x(n-i)来找出相对应的d_i并使用。换句话说，在时间n的时候，方程式(8)的等号右边的代数均为已知且可以得到的，然而，由于在时间n的时候我们并不知道x(n)的值，因此无法像之前一样利用x(n)来直接找出相对应的d₀并使用，我们只能够利用方程式(8)来找出|x(n)d₀|²的值。因此，在处理d₀的时候会较处理d_i稍微复杂一点，我们同样地事先建立一个查找表，只不过其中所储存的是d₀以及相对应|x(n)d₀|²的值，换句话说，我们不储存在时间n的时候无法得知的x(n)的值，而改为储存在时间n可以计算出的|x(n)d₀|²的值，接着在实际运算方程式(6)且需要使用到d₀的值的时候，我们便可以先计算之后再马上利用储存d₀以及相对应|x(n)d₀|²的查找表来反向地在所预先储存的多个|x(n)d₀|²之中找出一个来，而所找出的|x(n)d₀|²最接近所计算出来的|x(n)d₀|²的值，于是便可以得到其相对应的d₀的值，虽然不是最精准的值，但也相当接近。最后再将d₀的值带入方程式(6)，即可得到预失真单元202的预失真输出x(n)。其中关于建立查找表的方式，需要使用到自适应性演算法，并且在后面的段落中有详细的叙述。

请参考图3，图3为本发明预失真方法的一示范性实施例的流程图。倘若大体上可达到相同的结果，并不需要一定遵照图3所示的流程中的步骤顺序来进行，且图3所示的步骤不一定要连续进行，亦即其他步骤亦可插入其中，此外，图3中的某些步骤亦可根据不同实施例或设计需求省略之。该方法主要至少包含有以下步骤：

步骤302：接收一输入数据；

步骤304：利用一自适应性演算法来计算出该预失真输出在一特定功率范围内的多个功率的每一功率所对应的多个系数，其中该多个系数包含该功率放大器的函数的至少一第一系数以及一第二系数；

步骤306：将该多个功率所分别对应的多个第一系数的倒数储存于一第一查找表；

步骤308：将该多个功率所分别对应的多个第二系数储存于一第二查找表；

步骤310：将该多个第一系数的平方值分别乘上相对应的该预失真输出的平方值所得到的多个结果，储存于一第三查找表中；以及

步骤312：依据该第一查找表、该第二查找表以及该第三查找表来得到该预失真函数。

为了能够具体地说明图3的流程所进行的预失真方法，请一并参考图4，图4为本发明预失真装置的一示范性实施例的示意图，其中预失真装置400可以包含有一电子装置的至少一部分（例如一部分或全部），而该电子装置包含至少一传送电路与至少一接收电路，且该电子装置的例子可包含（但不限于）：多功能行动电话、智能型移动电话、个人数字助理（Personal Digital Assistant）、个人电脑（Personal Computer）诸如笔记本（Laptop）电脑与台式（Desktop）电脑。例如：预失真装置400可代表该电子装置中的处理模块，诸如一处理器。又例如：预失真装置400可代表该电子装置的整体。然而，此仅为了说明的用途，并非对本发明的限制，实际上，任何能够达到同样或类似功能的设计，且符合本发明的发明精神的其他变化，都属于本发明的权利范围。依据本实施例的一变化例，预失真装置400可代表包含该电子装置的一系统，而该电子装置是为这个系统的子系统。尤其是，该电子装置可为包含正交分频多工调变技术(Orthogonal Frequency Division Multiplexing,OFDM)的电子装置，其中预失真装置400可针对上述的正交分频多工调变电路中的功率放大器进行预失真补偿；但本发明并不以此为限。

如图4所示，预失真装置400包含有一接收单元402以及一预失真单元404。接收单元402用来进行步骤302中所述的动作，即接收一输入数据a(n)，其中n表示数字信号处理中的离散时间，在本实施例中，输入数据a(n)是经过一正交分频多工调变处理而产生的正交分频多工调变(Orthogonal Frequency Division Multiplexing,OFDM)数据，其中该正交分频多工调变被广泛地运用在通信系统中，尤其是无线通信系统，然而应注意的是，本发明并不以无线通信系为限，换句话说，实际上可以利用本发明来处理任何类似的通信系统的设计，而这些设计都属于本发明的范畴。另一方面，预失真单元404之中包含有一自适应性系数产生单元4042、一第一查找表单元4044、一第二查找表单元4046、一第三查找表单元4048以及一运算单元4050。请注意，在此实施例中所述的模块皆为广义的示意，在接下来的段落所叙述的实施例中，将会详细的说明预失真单元404中各个模块的实施方式。另外应注意的是，为了能够在说明本发明的时候简化实施例的复杂度，在此实施例中，设定预失真单元404所针对的功率放大器的记忆多项式的级数为2，且记忆深度为1；也就是说，在方程式(1)、(2)、(3)中，p=2且M=1。然而，以上所述的功率放大器的记忆多项式的级数以及记忆深度仅为说明用途，本发明并不以此为限，换句话说，实际上可以利用本发明来处理任何长度的记忆多项式的级数以及记忆深度的设计，且这些设计都属于本发明的范畴。

在图4中，接收单元402将输入数据a(n)传送至预失真单元404之后，输入数据a(n))会经过预失真单元404所代表的一预失真函数并且得到一预失真输出x(n)，在此实施例中，该预失真函数的运算即为前述的方程式(6)的内容。

接下来，依据前述关于查找表的说明，即事先针对不同的x(n-i)，利用自适应性演算法来分别得到其相对应的d_i并且储存起来，在时间n的时候便可以依据x(n-i)来找出相对应的d_i并使用，另外又依据方程式(5)，我们可以得知d_i是|x(n-i)|²的函数，而在正交分频多工调变的系统中，x(n-i)实际上是由同相位分量与正交相位分量所构成，|x(n-i)|²可以看成是x(n-i)的功率，因此为了方便自适应性演算法中的测试信号的产生(在后面的段落中会详细说明)，在本实施例的步骤304中，便通过使用一自适应性演算法的自适应性单元4042来预先计算出预失真输出x(n)在一特定功率范围内的多个功率的每一功率所对应的系数d₀以及d₁，也就是说，通过使用一自适应性演算法的自适应性单元4042来预先计算出该特定功率范围内的不同的|x(n)|²以及其所分别对应的d₀，还有该特定功率范围内的不同的|x(n-1)|²以及其所分别对应的d₁。举例来说，该自适应性演算法可以为一最小均方(least mean square,LMS)演算法，然而应注意的是，本发明所采用的自适应性演算法并不以最小均方演算法为限，换句话说，实际上可以利用任何其他的自适应性演算法来应用在本发明的设计，而这些设计都属于本发明的范畴。另一方面，该特定功率范围所指的是该功率放大器在实际的正常操作情况下的功率操作范围，也就是说，在实际的正常操作情况下，该功率放大器可能所产生的一般信号的功率范围；此外，因为必须在一个适当的合理范围内尽量储存足够使用的有限笔数据，因此在本实施例中，该特定功率范围内的该多个功率的分配是依据该功率放大器的非线性特性来决定。然而应注意的是，本发明的该特定功率范围内的该多个功率的分配方式并不以此为限，换句话说，实际上可以利用任何其他的方式来分配该特定功率范围内的该多个功率的分布，举例来说，可以将该特定功率范围平均分割为10等份，并且分别计算该10组功率所对应的系数，而这样的设计也属于本发明的范畴。

在经过步骤304的计算之后，需要在步骤306中将该特定功率范围内的多组|x(n)|²以及其所分别对应的d₀的倒数储存于一第一查找表LUT1中，以供后续计算方程式(6)所使用(也就是为了其中的1/d₀)。还有在步骤308中，将该特定功率范围内的的多组|x(n-1)|²以及其所分别对应的d₁储存至一第二查找表LUT2中，以供后续计算方程式(6)所使用(也就是为了其中的d_i，在此i=1)。另一方面，为了计算方程式(8)的|x(n)d₀|²的值，在步骤310中将该多个d₀的平方值分别乘上相对应的预失真输出x(n)的平方值，并将所得到的多个结果(即方程式(8)的|x(n)d₀|²的值)，储存于一第三查找表LUT3中。最后，依据方程式(6)，在步骤312中便可以利用第一查找表LUT1、第二查找表LUT2以及第三查找表LUT3来得到该预失真函数。

在接下来的段落当中，我们将针对步骤304中的内容作更具体与详细的说明。请参考图5，图5为本发明预失真方法中利用一自适应性演算法来计算多个系数的一示范性实施例的流程图。倘若大体上可达到相同的结果，并不需要一定遵照图5所示的流程中的步骤顺序来进行，且图5所示的步骤不一定要连续进行，亦即其他步骤亦可插入其中，此外，图5中的某些步骤亦可根据不同实施例或设计需求省略之。该方法至少包含有以下步骤：

步骤502：产生具有该多个功率中的一特定功率的一测试信号至一有限脉冲响应(finite impulse response,FIR)滤波器以及该功率放大器；

步骤504：在该有限脉冲响应滤波器的一输出端得到一有限脉冲响应滤波器输出；

步骤506：将该功率放大器的输出反馈至该有限脉冲响应滤波器的该输出端，并和该有限脉冲响应滤波器输出相减以得到一误差项；以及

步骤508：利用该误差项来进行该自适应性演算法来最佳化该有限脉冲响应滤波器，以得到该预失真输出在该特定功率所对应的多个系数。

为了能够具体地说明图5的流程所进行的操作，请一并参考图6，图6为本发明预失真装置400中的自适应性系数产生单元4042自适应性地产生系数的一示范性实施例的示意图。如图6所示，自适应性系数产生单元4042包含有一测试信号产生单元602、一延迟单元604、一有限脉冲响应滤波器606、一自适应性运算单元608以及一误差计算电路610。此外，图6中另包含有本实施例所应用的通信系统的传送端电路以及接收端电路，例如一数字模拟转换器612、一低通滤波器614、一振荡器616、一功率放大器618、一衰减器(attenuator)620、一可程序增益放大器(programmable gain amplifier,PGA)622、一模拟数字转换器624以及多个混频器615、617。应注意的是，以上所述的传送端电路以及接收端电路的范例仅为说明用途，本发明并不以此为限，换句话说，实际上可以将本发明来应用在其他架构的通信系统，且这样的应用都属于本发明的范畴。

首先，在步骤502中，自适应性系数产生单元4042中的测试信号产生单元602会被用来产生步骤304中所述的对应该多个功率的多个测试信号，其中对应每一功率的测试信号都会分别被用来进行自适应性系数产生的流程，举例来说，该特定功率范围内可以选择出五个不同的功率值，而测试信号产生单元602会分别依据这五个不同的功率值来产生相对应的五个测试信号，而后续的电路首先会针对这五个不同的测试信号中的其中一个来进行自适应性的系数产生流程，待完成之后，才会再针对这五个不同的测试信号中剩余的四个不同的测试信号中的其中一个来继续进行自适应性的系数产生流程，并且以此类推，直到完成所有的测试信号的自适应性的系数产生流程为止。另外请注意，由于想要得到的是能够在正常操作模式下补偿功率放大器618的预失真电路，因此测试信号产生单元602所产生的每一测试信号的频宽应该尽量地接近功率放大器618在正常操作模式下所处理的数据信号的实际频宽，也就是说，应该尽量让测试信号的特性接近功率放大器618在正常操作模式下所处理的数据信号的特性。举例来说，测试信号的内容可以为虚拟随机(pseudorandom)值，然而，这仅为说明用途，本发明所述的测试信号的内容并不以虚拟随机值为限。再者，测试信号具有固定的特定功率，因此，在本实施例中，测试信号中的同相位分量的平方值以及正交相位分量的平方值之和应为一固定值(此即测试信号所具有的固定的特定功率)。

关于测试信号产生单元602中产生具有特定功率且为虚拟随机值的正交分频多工调变测试信号方法，请参考图7，图7为本发明预失真装置400中的自适应性系数产生单元4042中的测试信号产生单元602的一示范性实施例的示意图。测试信号产生单元602包含有一第一虚拟随机值产生单元702、一第二虚拟随机值产生单元704、一功率控制单元706、多个加法器708、710、多个乘法器712、714、716、一平方运算单元718以及一平方根运算单元720。第一虚拟随机值产生单元702是用来利用虚拟随机的方式来产生介于-1至1之间的随机值PN1，并输出为一同相位测试信号分量TS_I，接下来通过平方运算单元718对同相位测试信号分量TS_I(亦即PN1)取平方值，然后加法器708对1与该平方值的负数进行加法运算(即让1和该平方值的负值相加)以得到一计算结果CR。之后平方根运算单元720会对计算结果CR取平方根(即开根号)并产生一计算结果CR’。而第二虚拟随机值产生单元704是用来利用虚拟随机的方式选择1或是-1来输出一选择结果PN2，并将选择结果PN2和计算结果CR’相乘，并且得到一正交相位测试信号分量TS_Q，而功率控制单元706会依据此时所欲产生的测试信号的特定功率值来调整同相位测试信号分量TS_I以及正交相位测试信号分量TS_Q，进而产生一功率调整后的同相位测试信号分量T_I以及一功率调整后的正交相位测试信号分量T_Q，最后，将功率调整后的同相位测试信号分量T_I以及功率调整后的正交相位测试信号分量T_Q合并并且输出，而测试信号产生单元602的输出可表示为T_I+j*T_Q。

接着，我们先针对产生对应于多个功率的其中一个功率的系数产生流程来说明步骤504至步骤508。请再次参阅图6，当自适应性系数产生单元4042中的测试信号产生单元602产生了一特定功率测试信号S_T(例如上述的T_I+j*T_Q)后，特定功率测试信号S_T会分为两路传送到后续的电路，其中一路会经过数字模拟转换器612被转换到模拟域，然后再经过低通滤波器614之后，通过混频(升频)而被载在振荡器616所产生的高频信号上传送至功率放大器618，而接着不通过天线发送出去而是通过内部的反馈回路直接进入接收电路中的衰减器620，然后经由混频(降频)而将信号从载波上取下，经过可程序增益放大器622之后被模拟数字转换器624转换回数字域，在此将此反馈回来的测试信号称作以一反馈测试信号S_R。而另一方面，另一路的特定功率测试信号S_T会被传送至有限脉冲响应滤波器606中，并且输出为一有限脉冲响应滤波器输出S_F，而反馈测试信号S_R以及有限脉冲响应滤波器输出S_F则会一同被送到误差计算电路610中来计算两着之间的一误差Err。

应注意的是，在实际的电路中，由于前述的反馈路径较长，可能会使得反馈测试信号S_R和有限脉冲响应滤波器输出S_F的内容不同步，因此应视情况将延迟单元604加入至另一路的路径中，例如将特定功率测试信号S_T传送至有限脉冲响应滤波器606的过程中，经过延迟单元604来造成一经过计算的特定时间延迟，以使得反馈测试信号S_R和有限脉冲响应滤波器输出S_F的内容能够同步。最后，将误差Err传送至一自适应性运算单元608中，接着，自适应性运算单元608便可依据误差Err以及自适应性演算法来调整有限脉冲响应滤波器606的抽头系数(tap coefficient)，直到误差Err已经无法再更进一步地被缩小的时候，换句话说，直到有限脉冲响应滤波器606的抽头系数已经最佳化的时候(所采用的不同演算法会有不同的最佳化结果)，便可以得到前述的该预失真输出在该特定功率所对应的多个系数。

在接下来的段落当中，我们将针对步骤312中的内容作更具体与详细的说明。请参考图8，图8为本发明预失真方法中依据一第一查找表、一第二查找表以及一第三查找表来得到一预失真函数的一示范性实施例的流程图。倘若大体上可达到相同的结果，并不需要一定遵照图8所示的流程中的步骤顺序来进行，且图8所示的步骤不一定要连续进行，亦即其他步骤亦可插入其中，此外，图8中的某些步骤亦可根据不同实施例或设计需求省略之。该方法主要至少包含有以下步骤：

步骤802：计算该预失真函数在前一时间单位的输出的一平方值，并利用该第二查找表找出前一时间单位的输出的该平方值所对应的一特定第二系数，并将该特定第二系数乘上该预失真函数在前一时间单位的输出以得到一第一子项；

步骤804：将该输入数据减去该第一子项以得到一第二子项，并计算该第二子项的一平方值；

步骤806：找出该第三查找表中最接近该第二子项的该平方值的一结果；

步骤808：找出该结果所对应的该特定第三系数；以及

步骤810：利用该第一查找表找出该特定第三系数所对应的一特定第一系数，并将其乘上该第二子项来产生该预失真函数。

为了能够具体地说明图8的流程所进行的预失真方法，请一并参考图9，图9为本发明预失真装置的另一示范性实施例的示意图，其中预失真装置900可以包含有一电子装置的至少一部分（例如，部分或全部），更具体地说，可以作为该电子装置内的一控制电路，如一积体电路。在另一范例中，预失真装置900可以是上述电子装置的整体。举例来说，该电子装置可包含有（但不局限于）行动电话（例如，多功能行动电话）、行动电脑（例如，平板电脑）、个人数字助理或是个人电脑，例如笔记本电脑或是台式电脑。

如图9所示，预失真装置900包含有如前述图4中的接收单元402以及一预失真单元904。如前所述，接收单元402是用来进行步骤302中所述的动作，即接收一输入数据a(n)，其中n表示数字信号处理中的离散时间，在本实施例中，输入数据a(n)经过一正交分频多工调变处理的一正交分频多工调变数据，其中该正交分频多工调变被广泛地运用在通信系统中，尤其是无线通信系统，然而应注意的是，本发明并不以无线通信系为限，换句话说，实际上可以利用本发明来处理任何类似的通信系统的设计，且这样的设计都属于本发明的范畴。另一方面，预失真单元904之中包含有图4中的自适应性系数产生单元4042、第一查找表单元4044、第二查找表单元4046、第三查找表单元4048，并且更进一步包含有一搜寻单元9042、一延迟单元9044、多个平方运算单元9046、9048、一加法器9050以及多个乘法器9052、9054。应注意的是，为了能够在说明本发明的时候简化实施例的复杂度，在此实施例中，设定预失真单元904所针对的功率放大器的记忆多项式的级数为2，且记忆深度为1；也就是说，在方程式(1)、(2)、(3)中，p=2且M=1。然而以上的功率放大器的记忆多项式的级数以及记忆深度的范例，仅为说明用途，本发明并不以此为限，换句话说，实际上可以利用本发明来处理任何长度的记忆多项式的级数以及记忆深度，而这些设计上的变化都属于本发明的范畴。

在图9中，于接收单元402将输入数据a(n)传送至预失真单元904之后，输入数据a(n))会经过预失真单元904所代表的一预失真函数并且得到一预失真输出x(n)，在此实施例中，该预失真函数的运算即为前述的方程式(6)的内容。接下来，关于第一查找表单元4044、第二查找表单元4046以及第三查找表单元4048的建立以及内容的计算，请参考本说明书中关于方程式(1)至方程式(8)的推导，以及步骤304至步骤310的上述说明，为了简洁起见，在此便不多作赘述。

在经过自适应性演算法的计算之后，第一查找表单元4044中的第一查找表LUT1储存了一特定功率范围内的多组|x(n)|²以及其所分别对应的1/d₀；第二查找表单元4046中的第二查找表LUT2储存了该特定功率范围内的的多组|x(n-1)|²以及其所分别对应的d₁；第三查找表单元4048中的第三查找表LUT3储存了该特定功率范围内的多组|x(n)|²以及其所分别对应的|x(n)d₀|²。接下来我们便可以依据方程式(6)来计算出x(n)，也就是进行的运算，其中M=1。

首先，在步骤802中，延迟单元9044可以暂存一个时间单位的数据，也就是说，延迟单元9044的输出为x(n-1)，而利用|x(n-1)|²(亦即平方运算单元9048的输出)可以在第二查找表单元4046中找到所对应的d₁；接着我们将x(n-1)与d₁相乘来得到一第一子项，即方程式(6)中的x(n-1)d₁。接下来，在步骤804中，我们可以将输入数据a(n)减去第一子项x(n-1)d₁(即加上第一子项x(n-1)d₁的负值)以得到一第二子项，即为(a(n)–x(n-1)d₁)，并计算第二子项(a(n)–x(n-1)d₁)的一平方值(亦即平方运算单元9046的输出)来得到|a(n)–x(n-1)d₁|²，依据方程式(8)中所述，我们可以得知如此一来，便可利用搜寻单元9042来从第三查找表单元4048中找出最接近该第二子项的该平方值的一结果，也就是利用搜寻单元9042在第三查找表单元4048中的多个|x(n)d₀|²之中找出最接近|a(n)–x(n-1)d₁|²的一个|x(n)d₀|²。于是在步骤808中，我们便可以利用步骤806中所得到的|x(n)d₀|²来找出相对应的|x(n)|²。最后，在步骤810中，再利用第一查找表单元4044来得到步骤808中所找出的|x(n)|²所对应的1/d₀，并将其乘上该第二子项(即|a(n)–x(n-1)d₁|)，最后便可以得到|a(n)–x(n-1)d₁|/d₀，即方程式(6)的等号的右半部，也就是本实施例欲求的结果。

应注意的是，本实施例中建立第一查找表LUT1、第二查找表LUT2以及第三查找表LUT3的内容的动作可以在预失真电路400、900上电后自动执行，亦可以在所属通信系统的环境发生改变时自动执行，举例来说，本实施例中建立第一查找表LUT1、第二查找表LUT2以及第三查找表LUT3的内容的动作可以在通道发生变化时自动执行，又或着是本实施例中建立第一查找表LUT1、第二查找表LUT2以及第三查找表LUT3的内容的动作可以在温度发生较大变化时自动执行。应注意的是，以上所述仅为说明用途，本发明并不以此为限，换句话说，实际上可以视实际应用的需求来设定建立第一查找表LUT1、第二查找表LUT2以及第三查找表LUT3的内容的动作的时间点。另外，本实施例中关于实现方程式(6)的电路仅为说明用途，本发明并不以此为限，换句话说，任何可以满足方程式(6)的数学式的设计，都可以应用在本发明中，且任何类似的应用都属于本发明的范畴。

请参阅图10，图10为本发明预失真装置的再另一示范性实施例的示意图。预失真装置1000可用以执行上述的预失真方法。于本实施例中，预失真装置1000包含有一处理器1002以及一机器可读媒体1004，其中机器可读媒体1004可以是任何具有数据储存功能的储存装置，例如易失性存储器、非易失性存储器、硬盘、光碟等等。本实施例中，机器可读媒体1004中储存一程序码PROG，因此，当程序码PROG被处理器1002所载入并执行时，程序码PROG会致使处理器1002执行本发明所揭示的预失真方法(亦即图3所示的步骤302～312、图5所示的步骤502～508以及图8所示的步骤802～810)。由于本领域技术人员于阅读上述针对预失真方法的内容的后应可轻易了解处理器1002执行程序码PROG所进行的预失真操作，故进一步的说明并在此省略以求简洁。

本发明的其中一个优点是可以通过上述的方法、装置与机器可读媒体来补偿射频电路的功率放大器中的非线性特性及/或记忆效应，使电子装置的使用者可以在完整的频宽中得到良好的操作效果。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明权利要求范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (16)

1.一种预失真方法，包含有：

接收一输入数据；以及

将该输入数据输入至一预失真函数以得到一预失真输出，其中该预失真函数是依据后续的一功率放大器来决定；

其中该输入数据系一正交分频多工调变数据；

其中将该输入数据输入至该预失真函数以得到该预失真输出的步骤包含有：

利用一自适应性演算法来计算出该预失真输出在一特定功率范围内的多个功率的每一功率所对应的多个系数，其中该多个系数包含该功率放大器的函数的至少一第一系数以及一第二系数；

将该多个功率所分别对应的多个第一系数的倒数储存于一第一查找表；

将该多个功率所分别对应的多个第二系数储存于一第二查找表；

将该多个第一系数的平方值分别乘上相对应的该预失真输出的平方值所得到的多个结果，储存于一第三查找表中；以及

依据该第一查找表、该第二查找表以及该第三查找表来得到该预失真函数。

2.如权利要求1所述的预失真方法，其中该自适应性演算是一最小均方演算法。

3.如权利要求1所述的预失真方法，其中该特定功率范围内的该多个功率的分配依据该功率放大器的非线性特性来决定。

4.如权利要求1所述的预失真方法，其中利用该自适应性演算法来计算出该输入数据在该特定功率范围内的该多个功率的每一功率所对应的该多个系数的步骤包含有：

产生具有该多个功率中的一特定功率的一测试信号至一有限脉冲响应滤波器以及该功率放大器；

在该有限脉冲响应滤波器的一输出端得到一有限脉冲响应滤波器输出；

将该功率放大器的输出反馈至该有限脉冲响应滤波器的该输出端，并和该有限脉冲响应滤波器输出相减以得到一误差项；以及

利用该误差项来进行该自适应性演算法来最佳化该有限脉冲响应滤波器，以得到该预失真输出在该特定功率所对应的多个系数。

5.如权利要求4所述的预失真方法，其中该测试信号的内容为虚拟随机值。

6.如权利要求4所述的预失真方法，其中该测试信号具有该功率放大器所欲处理的实际信号的频宽。

7.如权利要求1所述的预失真方法，其中依据该第一查找表、该第二查找表以及该第三查找表来得到该预失真函数的步骤包含有：

计算该预失真函数在前一时间单位的输出的一平方值，并利用该第二查找表找出前一时间单位的输出的该平方值所对应的一特定第二系数，并将该特定第二系数乘上该预失真函数在前一时间单位的输出以得到一第一子项；

将该输入数据减去该第一子项以得到一第二子项，并计算该第二子项的一平方值，并利用该第三查找表来找出该第二子项的该平方值所对应的一特定第三系数；以及

利用该第一查找表找出该特定第三系数所对应的一特定第一系数，并将其乘上该第二子项来产生该预失真函数。

8.如权利要求7所述的预失真方法，其中利用该第三查找表来找出该第二子项的该平方值所对应的该特定第三系数的步骤包含有：

找出该第三查找表中最接近该第二子项的该平方值的一结果；以及

找出该结果所对应的该特定第三系数。

9.一种预失真装置，包含有：

一接收单元，用来接收一输入数据；以及

一预失真单元，用来将所输入的该输入数据经过一预失真函数以得到一预失真输出，其中该预失真函数是依据后续的一功率放大器来决定；

其中该输入数据是一正交分频多工调变数据；

其中该预失真单元包含有：

一自适应性系数产生单元，用来利用一自适应性演算法来计算出该预失真输出在一特定功率范围内的多个功率的每一功率所对应的多个系数，其中该多个系数包含该功率放大器的函数的至少一第一系数以及一第二系数；以及

一第一查找表单元，具有一第一查找表，该第一查找表储存该多个功率所分别对应的多个第一系数的倒数；

一第二查找表单元，具有一第二查找表，该第二查找表储存该多个功率所分别对应的多个第二系数；

一第三查找表单元，具有一第三查找表，该第三查找表储存将该多个第一系数的平方值分别乘上相对应的该预失真输出的平方值所得到的多个结果；以及

一运算单元，用来依据该第一查找表、该第二查找表以及该第三查找表来得到该预失真函数。

10.如权利要求9所述的预失真装置，其中该自适应性演算法是一最小均方演算法。

11.如权利要求9所述的预失真装置，其中该特定功率范围内的该多个功率的分配是依据该功率放大器的非线性特性来决定。

12.如权利要求9所述的预失真装置，其中利用该自适应性系数产生单元包含有：

一测试信号产生单元，用来产生具有该多个功率中的一特定功率的一测试信号至一有限脉冲响应滤波器以及该功率放大器；

该有限脉冲响应滤波器，用来接收该测试信号，并输出一有限脉冲响应滤波器输出；

一误差计算电路，用来将该功率放大器的输出反馈至该有限脉冲响应滤波器的一输出端，并和该有限脉冲响应滤波器输出相减以得到一误差项；以及

一自适应性运算单元，用来利用该误差项来进行该自适应性演算法来最佳化该有限脉冲响应滤波器，以得到该预失真输出在该特定功率所对应的多个系数。

13.如权利要求12所述的预失真装置，其中该测试信号的内容为虚拟随机值。

14.如权利要求12所述的预失真装置，其中该测试信号是具有该功率放大器所欲处理的实际信号的频宽。

15.如权利要求9所述的预失真装置，其中该运算单元包含有：

一第一子运算单元，用来计算该预失真函数在前一时间单位的输出的一平方值，并利用该第二查找表找出前一时间单位的输出的该平方值所对应的一特定第二系数，并将该特定第二系数乘上该预失真函数在前一时间单位的输出以得到一第一子项；

一第二子运算单元，用来将该输入数据减去该第一子项以得到一第二子项，并计算该第二子项的一平方值，并利用该第三查找表来找出该第二子项的该平方值所对应的一特定第三系数；以及

一第三子运算单元，用来利用该第一查找表找出该特定第三系数所对应的一特定第一系数，并将其乘上该第二子项来产生该预失真函数。

16.如权利要求15所述的预失真装置，其中该第二子运算单元包含有：

一搜寻单元，用来找出该第三查找表中最接近该第二子项的该平方值的一结果；以及

一输出单元，用来输出该结果所对应的该特定第三系数。