CN106470018B - 时域数字预失真内的频率切换 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及时域数字预失真内的频率切换。适当的信号处理可以在各种通信系统和其元件中是有益的。例如，时域数字预失真可受益于频率切换的合适处理。一种方法可以包括确定输入信号的瞬时频率是正还是负。该方法还可包括基于正或负瞬时频率的确定来从一组预失真模型选择预失真模型。该方法还可以包括将所选择的预失真模型应用于输入信号达与瞬时频率的确定相对应的时间，以提供输出信号。该方法还可以包括提供输出信号给功率放大器。

Description

时域数字预失真内的频率切换
技术领域
适当的信号处理在各种通信系统及其元件中可能是有益的。例如，时域数字预失真可受益于频率切换的适当处理。
背景技术
数字预失真可以用于放大器（诸如射频（RF）功率放大器）的线性化中。典型的常规线性算法在时域在线性化环内操纵基带信号，以便RF功率放大器的输出被自适应地强制为线性的。许多时域算法对于窄带信号可能执行良好，但当信号带宽增加时执行（performance）迅速下降。
这种执行下降的原因可能是RF功率放大器（PA）失真的性质。PA失真可通过电路级设计并通过晶体管技术开发/选择而被线性化。数字预失真（DPD）可以被视为系统级线性化电路，其能够进一步提高RF PA的线性度。
根据视图的数字预失真点，失真可以被看作复增益的非线性变化。DPD的示例因此可以是非线性增益预失真器。线性基带信号可在数字时域与非线性增益元素相乘。因此，原始基带信号可能失真。该结果可以被称为预失真信号。自适应算法可以调整非线性增益元件以使得当预失真信号通过RF功率放大器时，PA输出可以是线性的。
当基带信号带宽增加时，RF功率放大器失真机制可以改变。因此，常规DPD线性化执行可能下降。执行可能下降是因为失真开始具有频率相关的量值改变。当信号带宽窄时，这些改变可能不被看到。该频率相关失真量值改变可以被称为记忆效应。不对称的记忆效应常规上难以线性化。
双音调功率和音调间隔扫描可以被用来获得PA记忆效应的第一手预测。放大器可利用双音调信号来激励，并且音调间隔可以在输入信号功率保持恒定时发生变化。因为输入信号功率是恒定的，所以失真在音调间隔改变时不应当改变。然而，互调（IM）失真（IMD）水平可能会改变，因为除了其他贡献以外，失真机制作为信号带宽的函数而改变。因而，下IMD分量和上IMD分量可以作为信号带宽、双音调间隔的函数而不同地改变。
因此，失真或增益的非线性变化可以具有记忆性和不对称性。双音调测试可以给出RF功率放大器宽带线性度能力的指示，并且可以给出视图的DPD点的第一手信息。
在另一方面，无记忆非线性增益预失真器可能无法产生作为带宽的函数而改变的预失真信号。一些非线性增益算法可以包含针对不同阶失真电压的滤波器，以便存在能够被自适应控制的失真贡献者的更广的集合。仍然，不对称性可能难以常规地线性化。
图1图示RF功率放大器内失真的生成。如图1中所示，在失真内可以存在长和短时间常数，并且失真可以针对中心频率不对称。双音调测试并不完全预测RF PA线性执行。例如，在调制信号的情况下，失真可以是不同的。
图1一般地使RF放大器内的失真生成可视化。RF功率放大器电阻和电容非线性可以创建n阶失真电流。这些失真电流可通过个体失真电流贡献者所经历的阻抗或跨阻抗变换成电路结点电压。非线性电流可由宽带电压频谱来控制。带内失真也可以由带外结点电压通过非线性元件的上变频和下变频过程（其也可以被称为自混频）所贡献。
因此，RF功率放大器线性增益可以发生变化。增益变化可以是非线性的并且非线性可包含电路的短和长时间常数滤波机制。偏置电路和热常数可以引入长时间常数记忆效应。在另一方面，带内和更高频率结点阻抗可以引入短时间常数记忆效应。这些效应可能会增加RF功率放大器基带建模的复杂性，例如，预失真建模的复杂性。
发明内容
根据某些实施例，一种方法可以包括确定输入信号的瞬时频率是正还是负。该方法还可包括基于正或负瞬时频率的确定来从一组预失真模型选择预失真模型。该方法还可以包括将所选择的预失真模型应用于输入信号达与瞬时频率的确定相对应的时间，以提供输出信号。该方法还可以包括提供输出信号给功率放大器。
在某些实施例中，设备可以包括至少一个处理器和包括计算机程序代码的至少一个存储器。所述至少一个存储器和所述计算机程序代码可以被配置为：利用所述至少一个处理器使得所述设备至少确定输入信号的瞬时频率是正还是负。至少一个存储器和所述计算机程序代码还可以被配置为：利用所述至少一个处理器使得所述设备至少基于正或负瞬时频率的确定来从一组预失真模型选择预失真模型。所述至少一个存储器和所述计算机程序代码可以进一步被配置为：利用所述至少一个处理器使得所述设备至少将所选择的预失真模型应用于输入信号达与瞬时频率的确定相对应的时间，以提供输出信号。所述至少一个存储器和所述计算机程序代码还可以被配置为：利用所述至少一个处理器使得所述设备至少提供输出信号给功率放大器。
根据某些实施例，一种设备可以包括用于确定输入信号的瞬时频率是正还是负的装置。该设备还可以包括用于基于正或负瞬时频率的确定来从一组预失真模型选择预失真模型的装置。该设备还可以包括用于将所选择的预失真模型应用于输入信号达与瞬时频率的确定相对应的时间以提供输出信号的装置。该设备还可以包括用于提供输出信号给功率放大器的装置。
在某些实施例中，一种计算机程序产品可以包括用于执行一个过程的指令。该过程可以包括确定输入信号的瞬时频率是正还是负。该过程还可以包括基于正或负瞬时频率的确定来从一组预失真模型选择预失真模型。该过程还可以包括将所选择的预失真模型应用于输入信号达与瞬时频率的确定相对应的时间，以提供输出信号。该过程还可以包括提供输出信号给功率放大器。
根据某些实施例，一种非临时性计算机可读介质可以编码有指令，当该指令在硬件中执行时执行一个过程。该过程可以包括确定输入信号的瞬时频率是正还是负。该过程还可以包括基于正或负瞬时频率的确定来从一组预失真模型选择预失真模型。该过程还可以包括将所选择的预失真模型应用于输入信号达与瞬时频率的确定相对应的时间，以提供输出信号。该过程还可以包括提供输出信号给功率放大器。
附图说明
为了适当理解本发明，应当参考附图，其中：
图1图示RF功率放大器内失真的生成。
图2图示关于100个连续样本的复基带信号相量和对应的瞬时频率和信号量值。
图3图示根据某些实施例的具有正和负频率切换的预失真模型。
图4图示根据某些实施例的系统。
具体实施方式
某些实施例可以在时域数字预失真（DPD）线性化内被结合使用。例如，某些实施例涉及提高时域DPD的针对宽带信号的执行。某些实施例可以把基带信号瞬时频率极性作为附加参数来调整DPD输出。因此，在某些实施例中，线性化可以成功地应用到宽带信号。
某些实施例可以通过把瞬时频率极性用作一个参数来分离负和正频率。因此，根据某些实施例的模型可以比许多其他DPD模型在计算上简单得多，同时仍然有效地控制失真频率相关性。
在某些实施例中，正/负频率开关可在时域DPD内使用。频率开关可以把预失真函数分离成两个单独函数。因此，DPD可以针对正和负频率被分别执行。具有记忆效应的PA的失真可以针对正和负频率而不同，如上所述。如上所述，IMD不对称性可以是这种不对称性的一个指示。
图2图示关于100个连续样本的复基带信号相量和对应的瞬时频率和信号量值。在这个示例中，瞬时频率特性通过使用10MHz的双载波正交频分复用（OFDM）信号示出。
在图2中，复相量是基带信号的一个表现形式，具有缩放到0.6的峰值幅度。在一个圆圈处结束的矢量表示当前复基带信号样本，而其他99个圆圈示出先前的基带信号样本值。复相量的量值和相位是将调制RF载波（包括幅度和相位）的信号。一次仅可以存在一个幅度和频率。
当基带信号复相量逆时针旋转时，瞬时频率可以被认为是正的，并且当相量顺时针旋转时，瞬时频率可以被认为是负的。当信号最接近IQ平面原点时实现最高瞬时频率。这可能是因为：接近原点的小幅度改变可以实现最大的相位偏差，而大包络相量的小幅度改变不能改变相位那么多，并且因此瞬时频率可能不会如此迅速地改变。
如从图2可以看出的，对于所研究的时间段，瞬时频率从正到负改变，并且然后从负到正改变。最高幅度水平可以表示接近PA的峰值功率驱动，其中0.6是峰值幅度。幅度改变是陡峭的，但瞬时频率改变由于高复向量幅度而是平稳的。这些高峰值功率时间段可以创建可能具有长时间常数和/或不对称性的失真。因此，即使在不对称性的情况下，如果预失真针对正和负频率利用不同的预失真模型被分别完成，则可以发生预失真。
简单的频率切换可能是足够的原因是：与针对小信号幅度的瞬时频率相比，瞬时频率改变针对大的基带信号幅度可能非常小、温和以及平稳。同时，大部分失真可以由PA在中和高输入信号功率下生成。由于高功率包络时间期间平稳的瞬时频率特性，简单的频率切换可能是足够的。中和高输入信号功率可分别为如下情况下的功率电平：当PA从其压缩点被驱动成中输出回退水平时以及对应地当PA被驱动成稍微低于或高于其压缩点时。这些水平可以变化，但是当PA被利用这种所述功率水平驱动时通常PA创建最高失真信号。例如，在中或高输入功率水平之间设置限制的输出回退水平可以发生变化。一般所谓的小信号水平是当PA被认为具有足够的线性时的水平。频率切换不限于中或高功率水平，相反地，它可以用于所有信号功率水平。
在高信号功率时间段期间，RF PA晶体管热和偏置电路可以被调制。由包络频率贡献的记忆效应可以创建具有长时间常数的失真。带内失真内的包络频率贡献可以是IMD不对称性和线性化困难的一个原因。
利用频率切换技术，DPD可以包含两个长时间常数非线性包络滤波器，一个用于负频率，并且一个用于正频率。这样，预失真信号可以有长时间常数包络记忆效应补偿，其还自动考虑到非对称预失真。这样做的益处可以出现，因为个体非线性滤波器可用于正和负频率。
频率切换还可以被用于短时间常数失真校正。实际上，相同的频率切换可以在这种情况下使用。当RF PA被利用包络信号调制时，RF信号一次可仅具有一个幅度和频率。
图3图示根据某些实施例的具有正和负频率切换的预失真模型。除了常规的时域处理之外，例如，除了多项式记忆多项式预失真之外，还可以存在两个预失真模型，它们一次一个地被更新和使用。而且，瞬时频率可以针对反馈信号被计算，并且在预失真模型更新内使用。
在某些实施例中，预失真模型可以是任何时域算法。针对这种模型的附加参数可以是频率切换。因此，考虑仅包含正或负频率的时域波形，对应的预失真模型可以利用频率切换选择数据来更新。
如图3中所示，可以提供输入信号V1。输入信号V1可以在极性检测单元310处被接收，极性检测单元310被配置为计算相位时间导数。极性检测单元310的输出可以是频率切换时间段。
输入信号V1也可被提供给控制单元320，控制单元320被配置为提供预失真模型控制和更新。该控制单元320可以确定正模型330或负模型340中的哪个应被选择供使用和用于更新。控制单元320也可以接收反馈信号V反馈。
正模型330和负模型340中的每一个都可以接收输入信号V1。模型330和340可以提供它们的输出，它们的输出可以结合地作为预失真输出值V预失真被用于预失真模型。
图4图示了根据本发明的某些实施例的系统。应当理解的是，图3的流程图的每个块可以通过如下各种装置或它们的组合来实现：诸如硬件、软件、固件、一个或多个处理器和/或电路。在一个实施例中，系统可以包括几个设备，诸如例如网络元件410和用户装备（UE）或用户设备420。系统可以包括多于一个的UE 420和多于一个的网络元件410，尽管出于说明的目而仅示出每种中的一个。网络元件可以是接入点、基站、eNode B（eNB）或任何其他网络元件。这些设备中的每一个都可以包括至少一个处理器或控制单元或模块，分别指示为414和424。至少一个存储器可以在每个设备中被提供，并分别指示为415和425。存储器可以包括包含于其中的计算机程序指令或计算机代码，例如用于执行上述实施例。一个或多个收发器416和426可以被提供，并且每个设备也可以包括天线，分别图示为417和427。虽然各自只有一个天线被示出，但许多天线和多个天线元件可以被提供给每个设备。例如可以提供这些设备的其他配置。例如，除了无线通信之外，网络元件410和UE 420可以另外配置用于有线通信，并且在这种情况下，天线417和427可以图示任何形式的通信硬件，而不仅限于天线。
收发器416和426可以各自独立地是发射器、接收器或发射器和接收器二者，或者可以配置为既用于传送也用于接收的单元或设备。发射器和/或接收器（就无线电部分而言）也可以被实现为远程无线电头，其不位于该设备本身中，而是在例如天线杆中。还应该理解的是，根据“液体”或灵活无线电概念，操作和功能可以在不同的实体（诸如节点、主机或服务器）中以灵活的方式被执行。换句话说，分工可能按情况而有变化。一种可能的使用是使网络元件递送本地内容。一个或多个功能也可以被实现为被提供为能够在服务器上运行的软件的虚拟应用。
用户设备或用户装备420可以是移动站（MS）（诸如移动电话或智能电话或多媒体设备）、被提供有无线通信能力的计算机（诸如平板电脑）、被提供有无线通信能力的个人数据或数字助理（PDA）、便携式媒体播放器、数码相机、小型摄像机、被提供有无线通信能力的导航单元或它们的任意组合。用户设备或用户装备420可以是传感器或智能仪表或通常可被配置用于单个位置的其他设备。
在示例性实施例中，一种设备（诸如节点或用户设备）可以包括用于执行上述与图3有关的实施例的装置。
处理器414和424可以由任何计算或数据处理设备（诸如中央处理单元（CPU）、数字信号处理器（DSP）、专用集成电路（ASIC）、可编程逻辑器件（PLD）、现场可编程门阵列（FPGA）、数字增强电路、或可比的设备或它们的组合）来体现。该处理器可以被实现为单个控制器或多个控制器或处理器。此外，该处理器可以被实现为采用本地配置、云配置或其组合的处理器集群。
对于固件或软件，实现方式可包括具有至少一个芯片组的模块或单元（例如，程序、函数等等）。存储器415和425可独立地为任何合适的存储设备，诸如非临时性计算机可读介质。硬盘驱动器（HDD）、随机存取存储器（RAM）、闪速存储器或其他合适的存储器可被使用。这些存储器可以被组合在作为处理器的单个集成电路上，或者可以与单个集成电路分离。此外，该计算机程序指令可以被存储在存储器中并且其可被处理器处理，可以是任何合适形式的计算机程序代码，例如，用任何合适的编程语言编写的编译或解释的计算机程序。存储器或数据存储实体通常在内部，但也可以在外部，或这两种情况的组合，诸如在从服务提供者获得额外的存储容量的情况下。存储器可以是固定的或可移除的。
在针对特定设备的处理器的情况下，存储器和所述计算机程序指令可以被配置为使得硬件设备（诸如网络元件410和/或UE 420）执行上述任何过程（参见例如图3）。因此，在某些实施例中，非临时性计算机可读介质可以被编码有计算机指令或一个或多个计算机程序（诸如添加或更新的软件例程、小程序或宏），当它们在硬件中被执行时，可以执行诸如本文描述的过程之一。计算机程序可以由编程语言编码，编程语言可以是高级编程语言（诸如面向对象的-C、C、C++、C＃、Java等）或低级编程语言（诸如机器语言、或汇编语言）。替代地，本发明的某些实施例可以完全在硬件中执行。
此外，虽然图4图示包括网络元件410和UE 420的系统，但本发明的实施例可以适用于其他配置，以及涉及附加元件的配置，如本文中所图示和所讨论的。例如，多个用户装备设备和多个网络元件可以是提供类似功能的现有或其他节点，诸如组合了用户装备和接入点的功能的节点，诸如中继节点。
本领域普通技术人员将容易理解的是，如上所讨论的本发明可以利用不同顺序的步骤来实施，和/或利用采用不同于已公开的那些的配置的硬件元件来实施。因此，虽然本发明已基于这些优选实施例进行了描述，但对于本领域技术人员将显而易见的是，在保持在本发明的精神和范围内的情况下，某些修改、变化和替代构造将是显而易见的。为了确定本发明的边界和范围，因此，应参考所附权利要求。
缩略语表
DPD 数字预失真
IMD 互调失真（由两个或更多不同的频率信号创建的交叉失真产物）
DSP 数字信号处理。

Claims (18)

1.一种频率切换方法，包括：
确定宽带通信输入信号的瞬时频率是正还是负，其中，当所述输入信号复相量逆时针旋转时，所述输入信号的瞬时频率是正的，并且当所述输入信号复相量顺时针旋转时，所述输入信号的瞬时频率是负的；以及
基于正或负瞬时频率的确定来从一组预失真模型（330,340）选择预失真模型；
将所选择的预失真模型应用于输入信号达与瞬时频率的确定相对应的时间，以提供输出信号；以及
提供输出信号给功率放大器。
2.如权利要求1所述的方法，还包括：
基于来自相同极性的瞬时频率的反馈更新所选择的预失真模型。
3.如权利要求2所述的方法，其中所述更新包括更新具有每个非线性贡献记忆的非线性复增益。
4.如权利要求1所述的方法，还包括：
针对正频率使用第一个体非线性滤波器，并且针对负频率使用第二个体非线性滤波器。
5.如权利要求1所述的方法，其中选择预失真模型进一步取决于对功率放大器的期望输出信号是小、中还是高功率信号。
6.如权利要求1所述的方法，其中所述输入信号包括利用包络信号调制的射频功率放大器信号。
7.一种频率切换设备，包括：
至少一个处理器；和
包括计算机程序代码的至少一个存储器，
其中所述至少一个存储器和所述计算机程序代码被配置为：利用所述至少一个处理器，使得所述设备至少进行如下操作：
确定宽带通信输入信号的瞬时频率是正还是负，其中，当所述输入信号复相量逆时针旋转时，所述输入信号的瞬时频率是正的，并且当所述输入信号复相量顺时针旋转时，所述输入信号的瞬时频率是负的；以及
基于正或负瞬时频率的确定来从一组预失真模型（330,340）选择预失真模型；
将所选择的预失真模型应用于输入信号达与瞬时频率的确定相对应的时间，以提供输出信号；以及
提供输出信号给功率放大器。
8.如权利要求7所述的设备，其中所述至少一个存储器和所述计算机程序代码被配置为：利用所述至少一个处理器，使得所述设备至少基于来自相同极性的瞬时频率的反馈更新所选择的预失真模型。
9.如权利要求8所述的设备，其中所述至少一个存储器和所述计算机程序代码被配置为：利用所述至少一个处理器，使得所述设备至少更新具有每个非线性贡献记忆的非线性复增益。
10.如权利要求7所述的设备，其中所述至少一个存储器和所述计算机程序代码被配置为：利用所述至少一个处理器，使得所述设备至少针对正频率使用第一个体非线性滤波器并且针对负频率使用第二个体非线性滤波器。
11.如权利要求7所述的设备，其中所述至少一个存储器和所述计算机程序代码被配置为：利用所述至少一个处理器，使得所述设备至少进一步取决于对功率放大器的期望输出信号是小、中还是高功率信号来选择预失真模型。
12.如权利要求7所述的设备，其中输入信号包括利用包络信号调制的射频功率放大器信号。
13.一种频率切换设备，包括：
用于确定宽带通信输入信号的瞬时频率是正还是负的装置，其中，当所述输入信号复相量逆时针旋转时，所述输入信号的瞬时频率是正的，并且当所述输入信号复相量顺时针旋转时，所述输入信号的瞬时频率是负的；以及
用于基于正或负瞬时频率的确定来从一组预失真模型（330,340）选择预失真模型的装置；
用于将所选择的预失真模型应用于输入信号达与瞬时频率的确定相对应的时间以提供输出信号的装置；以及
用于提供输出信号给功率放大器的装置。
14.如权利要求13所述的设备，还包括：
用于基于来自相同极性的瞬时频率的反馈更新所选择的预失真模型的装置。
15.如权利要求14所述的设备，其中所述更新包括更新具有每个非线性贡献记忆的非线性复增益。
16.如权利要求13所述的设备，还包括：
用于针对正频率使用第一个体非线性滤波器并且针对负频率使用第二个体非线性滤波器的装置。
17.如权利要求13所述的设备，其中选择预失真模型进一步取决于对功率放大器的期望输出信号是小、中还是高功率信号。
18.如权利要求13所述的设备，其中所述输入信号包括利用包络信号调制的射频功率放大器信号。
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