CN108155877A - 发射器，通信单元以及用于限制频谱再生的方法 - Google Patents

发射器，通信单元以及用于限制频谱再生的方法 Download PDF

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Abstract

本发明实施例提供一种发射器，通信单元以及用于限制频谱再生的方法。其中，所述发射器包括：信号产生器，用于产生表示待发送的信号的数字基带信号；数字预失真电路，用于对所述数字基带信号进行预失真，得到预失真后的信号；功率放大器，用于放大所述预失真后的信号；信号调整电路，可操作的耦接到所述数字预失真电路，用于接收所产生的信号，并且应用多项式整形来调整被施加到所述产生的信号至少一幅度上的预失真。使用本发明技术方案，可以对预失真进行调整。

Description

发射器，通信单元以及用于限制频谱再生的方法
技术领域
本发明总体涉及一种发射器，通信单元以及用于控制或者限制频谱再生的方法，特别涉及一种控制或者限制无线通信单元中发射器内频谱再生的装置和方法。
背景技术
本发明的关键点和应用是发射器和射频功率放大器领域，该发射器和射频功率放大器能够在无线电信应用中使用。对无线电通信系统可用的有限频谱的持续压力迫使有效率的频谱线性调制方案的发展。由于这些线性调制方案的包络(envelope)波动，导致被传递到天线的平均功率显著的小于最大可能功率，导致功率放大器的效率降低。具体的，在该领域中，在发展能够提供在放大器的“回退”(线性)区域中有用性能的高功率效率的拓扑上已付出大量研究和努力。
线性调制机制需要调制信号的线性放大，以减小频谱再生中不想要的带外发射。然而，在典型的RF功率放大器中使用的有源器件本质上是非线性的。仅仅当消耗的直流功率的一小部分被转换成RF功率，放大器的传递函数(transfer function)才能接近直线，即，作为一个理想的放大器。这种操作模式给RF功率转换提供了DC的低效率。
此外，便携式设备的重点是增加电池寿命。为了获得线性和效率，使用所谓的线性化技术来改进高效率放大器类别的线性度，例如，“AB”类放大器，“B”或者“C”类放大器。存在多种线性化技术，例如笛卡尔反馈(Cartesian Feedback)，前馈(Feed-forward)和自适应数字预失真(Adaptive Digital Pre-distortion,DPD)，这些线性化技术在设计线性发射器时经常被使用。
为了增加在发射上行链路通信信道中使用的比特率，正在研究具有幅度调制(Amplitude Modulation，AM)分量的更大星座(constellation)调制方案，并且确实需要该研究。这些调制方案，例如十六位正交幅度调制(sixteen-bit Quadrature AmplitudeModulation，16-QAM)，需要线性功率放大器(Power Amplifier,PA)并且与调制包络波形的高“波峰”因数(即波动程度)相关联。这与先前经常使用的恒定包络调制方案相反，并且导致功率效率和线性度被显著降低。
为了帮助克服这种效率和线性度问题，针对各种通信标准，已经提出了许多技术。
请参考图1，如图1所示，示出了启用WiFiTM的设备的输出功率频谱遮罩(spectrummask)100，示出了WiFiTM传输的载波频率115的输出功率限制与带宽。如图所示，在启用WiFiTM的设备中，输出功率频谱100需要限制输出功率105。线性化技术，例如使用预失真，可用于对发射信号进行线性化，不能防止在远离载波频率115的较低输出功率水平上的频谱再生110。所以，期望有更好地控制频谱再生的机制。
图2示出了使用数字预失真(DPD)技术的已知发射器架构的框图200。这里，信号产生器205产生DPD数字训练信号Xref 210，DPD数字训练信号Xref 210通过发射器电路传输，在数字至模拟转换器(DAC)220中被转换成模拟形式，模拟形式的数字训练信号被传输到功率放大器225，使得输出信号XPA230是DPD数字训练信号Xref 210的放大的模拟形式，例如xPA＝a1xref。输出信号XPA的一部分230被传输回到DPD电路，并在模拟至数字转换器ADC 235中被转换成数字形式，并且随后在比较电路245中与DPD数字训练信号Xref210进行比较。校准电路(引擎)250通过分析来自比较电路245的输出并确定PA非线性影响(幅度调制到幅度调制(AM至AM)和幅度调制到相位调制(AM至PM))，确定发射器电路(特别是功率放大器225)如何影响DPD数字训练信号(Xref)210。然后，校准电路(引擎)250调整补偿电路215中的相位和增益分量，该补偿电路215可以是DPD补偿电路，该DPD补偿电路有效地对输入信号(例如，DPD数字训练信号Xref 210)进行预失真，以补偿随后由发射器电路对输入信号造成的非线性和失真影响。以这种方式，从功率放大器输出线性发射信号，其中由补偿电路215施加的DPD将消除所产生的固有的非线性效应。其中，图2中的c1是缩放因子。
为了满足输出功率频谱的需求限制，如图1所示，发射器通常通过PA反馈信号的输出功率频谱密度(Power Spectrum Density,PSD)测量来选择性地启用或禁用DPD补偿电路，例如基于输出功率频谱的测量结果来选择性地启用或禁用DPD补偿电路。或者，为了满足输出功率频谱的需求限制，如图1所示，发射器可以仅衰减整个输出信号，以降低整个工作带宽的输出功率，以便满足频谱遮罩(spectrum mask)。
US 8446979(2013，PMC-Sierra)描述了一种包络共享技术，其中DPD的系数被调整以提供软消波式(soft-clip type)滤波器响应特性,相对于硬消波式(hard-clip type)滤波器响应特性，减少了调制信号的峰-均值功率比(Peak-to-Average Power Ratio，PAPR)。然而，这种技术最适合于通信标准的较高调制编码机制版本。由史蒂夫撰写，题为“用于无线通信的射频功率放大器”的书也描述了一种在输入信号被采样时补偿预失真的机制。
因此，需要一种更有效和更具成本效益的解决方案来减少发射器中的频谱再生，特别是对于采用诸如DPD之类的线性化技术的发射器。
发明内容
本发明实施例提供一种发射器，通信单元以及限制频谱再生的方法，以限制发射器中的频谱再生。
本发明第一方面提供一发射器，该发射器包括：信号产生器，用于产生代表发射信号的数字信道信号；数字预失真(DPD)电路，用于预失真所述数字基带信号；功率放大器，用于放大预失真后的信号；以及信号调整电路，可操作的耦接所述信号产生器和DPD电路，用于接收所产生的信号并且应用多项式整形来调整应用到所产生信号的至少一幅度的预失真。其中，信号调整电路可以包括：如后续图4所示的逆多项式整形处理电路420，比较电路430和校准电路440。数字预失真电路可以包括后续图4所示的补偿电路415。或者，信号调整电路可以包括：如后续图5所示的多项式整形处理电路520，比较电路530和校准电路540。数字预失真电路可以包括后续图5所示的补偿电路515。
以这种方式描述发射器架构，例如，使用DPD电路的一个发射器能够根据应用到待发射信号的多项式整形，控制被发射的调制信号的频谱再生。在一些例子中，使用多项式整形，控制和调整DPD电路中施加到待发射信号的DPD值。
其中，所述信号调整电路用于接收数字信号，对所述数字信号进行多项式整形，将多项式整形后的数字信号与来自功率放大器的所述数字信号的放大形式进行比较，根据比较结果输出调整参数，以调整由所述数字预失真电路施加到至少所述数字基带信号的幅度上的预失真；或者，在另一种实施方式中，所述信号调整电路用于接收数字信号，对来自功率放大器的所述数字信号的放大形式进行逆多项式整形，将逆多项式整形后的信号与数字信号进行比较，根据比较结果输出调整参数，以调整由所述数字预失真电路施加到至少所述数字基带信号的幅度上的预失真。其中，数字信号可以是数字基带信号或者数字训练信号。
在一可选实施例中，发射器包括：处理器，耦接到信号调整电路并用于确定将被应用的多项式整形(fTX(x))，其中信号调整电路应用多项式整形到所述DPD电路，以在校准过程中预失真所产生信号的幅度。在该可选的校准实施例中，信号调整电路使用的多项式整形(fTX(x))是|x|的函数以及对应发射信号的幅度控制。在这个可选校准实施例中，多项式整形可以是逆多项式整形，该逆多项式整形在反馈路径中被应用到来自功率放大器的功率放大信号。在一些例子中，应用逆多项式包括基本上实施以下形式的乘法：1/(1-a|x|2)，或者实施以下形式的乘法：1/(1-a3*|x|2-a5*|x|4-...).在该可选的校准实施例中，在校准过程中DPD电路的输入数字信号可以是输入的数字线性化训练信号。在该可选的校准实施例中，确定的多项式整形可以包括由信号调整电路存储的多个DPD值。
在可选实施例中，确定多项式整形并且应用多项式整形到DPD电路来在补偿过程中预失真所产生信号的包络。在可选实施例中，多项式整形被应用到提供到DPD电路的输入数字信号的一部分，其中多项式整形用于调整应用到所产生的输入数字信号的包络的预失真。在该例子中，输入数字信号的多项式整形后的形式与反馈回路中功率放大器输出的功率放大信号相比较，以及该比较结果用于调整施加到所产生的输入数字信号的包络的预失真。在这些例子中，应用多项式整形包括基本上应用以下通用阶数(order)形式的乘法：fTX(x)＝1-a3*|x|2-a5*|x|4-…或在一些示例中应用三阶形式：fTX(x)＝1-a*|x|2。在一些示例中，确定并应用到DPD电路的多项式整形包括对DPD补偿路径中的输入数字信号应用第一多项式整形，将多项式整形后的输入数字信号应用到DPD增益电路，以放大多项式整形后的输入数字信号并将放大的多项式整形后的输入数字信号应用到第二多项式整形电路。在一些示例中，DPD增益电路被配置为包含第一多项式整形电路，DPD增益电路和第二多项式整形电路，DPD增益电路用于提供针对输入信号的调整的DPD分量。
在一些例子中，除了DPD电路被配置为施加幅度控制AM和相位控制PM，信号调整电路还被配置为仅仅使用多项式整形来施加幅度调制AM控制到所产生的信号。在一些例子中，耦合到DPD电路中的查找表(Look-up Table,LUT)包括DPD数据，所述DPD数据适合于计算由于所述信号调整电路使用所述多项式整形对所产生的信号施加幅度调制控制所导致的相位调制的影响。
本发明第二方面提供一通信单元，该通信单元包括发射器，该发射器包括信号产生器，用于产生待发射信号的数字基带信号；数字预失真电路，用于预失真该数字基带信号；功率放大器用于放大预失真后的信号；以及信号调整电路，可操作的耦接到信号产生器和数字预失真电路，用于接收所产生的信号和应用多项式整形来调整施加到所产生的信号的至少一幅度的预失真。
本发明第三方面提供用于限制发射器频谱再生的方法，该方法包括：产生待发射信号的数字基带信号；数字预失真电路对所述数字基带信号进行预失真，得到预失真后的信号；放大所述预失真后的信号，得到放大后的信号；应用多项式整形到所述数字基带信号或者所述放大后的信号；根据所述多项式整形调整所述数字预失真电路，使得施加到至少所产生信号的幅度上的预失真控制频谱再生。
本发明提供的发射器，通信单元和用于限制发射器频谱再生的方法通过使用多项式整形，来控制和调整数字预失真电路施加到待发射信号的数字预失真值。
附图说明
图1示出具有功率限制与WiFiTM发送频率的输出功率频谱；
图2示出使用数字预失真技术的发射器架构的结构图；
图3示出基于本发明实施例的通信单元例子的简化框图；
图4示出基于本发明实施例的使用数字预失真(DPD)校准配置的包络整形的第一示例框图；
图5示出基于本发明一些实施例的使用数字预失真(DPD)校准配置的包络整形的第二示例框图；
图6示出基于本发明一些实施例的使用数字预失真(DPD)校准的包络整形的示例流程图；
图7示出基于本发明一些实施例的使用数字预失真(DPD)补偿配置的包络整形的第一示例框图；
图8示出基于本发明一些实施例的使用数字预失真(DPD)补偿配置的包络整形的第二示例框图；
图9示出基于本发明一些实施例的使用数字预失真(DPD)补偿的包络整形的第一示例流程图；
图10示出基于本发明一些实施例的使用数字预失真(DPD)补偿的包络整形的第二示例流程图。
具体实施方式
后续将以使用在无线通信单元中的信号的多项式整形(polynomial shaping)来描述本发明例子，无线通信单元例如可以是启用WiFiTM的长期演进(Long Term Evolved,LTE)中的用户设备。然而，本文描述的信号的多项式整形的概念可以应用到想控制频谱再生的任何场景。在本发明实施例环境中，术语信号的多项式整形包括应用信号的逆(inverse)多项式整形(polynomial shaping)。本文以信号的三阶多项式整形来描述本发明例子。然而，信号的其他阶多项式整形也受益于本文描述的概念。本发明的一些例子基于应用到线性化技术的信号的多项式整形，例如数字预失真，使得信号的多项式整形能被使用作为DPD操作的一部分。然而，信号的多项式整形也可以被应用到其他的线性化技术中，或者对待发射信号进行数字调整的任何系统中。本文描述的本发明的例子是基于在两个路径中的一个或者两个中的信号包络的多项式整形，该两个路径包括：校准路径(例如DPD校准路径)，补偿路径(例如DPD补偿路径)。
执行用于DPD训练的DPD校准，并且在一些例子中DPD校准可以在出厂设置中启动或者在后续的终端上电过程中启动或者响应温度变化而启动，由此，训练信号用于确定要使用的合适的发射器线性化值。在DPD补偿阶段，发射器输出调制信号到接收器以及调制信号被DPD或者多项式整形控制补偿。
此外，由于本发明的所示实施例大部分可以使用本领域技术人员已知的电子元件和电路来实现，为了了解和理解本发明的基本概念，并且为了不使本发明的教导混淆或分散注意力，有些细节不用详细描述。
现在参考图3，示出本发明实施例采用的无线通信单元300的框图。在实践中，纯粹为了解释本发明实施例，基于无线用户通信单元(wireless subscriber communicationunit)来描述无线通信单元，在一些例子中，无线用户通信单元可以是支持WiFiTM通信的智能手机。无线通信单元300包括用于发射信号和/或接收传输的天线装置302，天线装置302与天线开关304耦接，天线开关304提供无线通信单元300内的接收链和发射链之间的隔离。一个或多个接收链，包括接收器前端电路306(有效提供接收，滤波和中频或基带频率转换)。接收器前端电路306耦接到信号处理模块308(通常由数字信号处理器(DigitalSignal Processor，DSP)实现)。本领域技术人员可以理解的是，在一些情况下，接收器电路或组件的集成度可以取决于实现。
控制器314保持无线通信单元300的总体操作控制。控制器314耦接到接收器前端电路306和信号处理模块308。在一些示例中，控制器314还耦接到缓冲器模块317和存储器设备316，该存储器设备316选择性地存储与操作功能有关的数据，诸如与DPD增益有关的信息，查找表信息(用于DPD)，多项式整形算法和/或函数(function)，逆多项式(inversepolynomial shaping)整形算法和/或函数等。定时器318可操作地耦接到控制器314，以控制无线通信单元300内的操作的时间(例如发送或接收信号的时间)。
发射链包括耦接到天线装置302的发射器/调制电路322和功率放大器324，天线装置302可以包括天线阵列或多个天线。发射器/调制电路322和功率放大器324可操作地响应于控制器314。在一些示例中，信号处理模块308和/或控制器314可接收来自一个或多个输入设备或侦测器模块320的输入。频率产生电路328包括至少一个本地振荡器LO 327，并且可操作地耦接到接收器前端电路306和发射器/调制电路322，并且用于向接收器前端电路306和/或发射器/调制电路322提供本地振荡器信号329。
在示例实施例中，发射链包括数字信号调整电路321，该数字信号调整电路321可位于发射器/调制电路322中或信号处理器308内，或任何其它合适的电路中，如图所示。在这里描述的一些示例中，数字信号调整电路321可以包括使用DPD查找表(LUT)的DPD功能，如后续图中所示出的。在示例性实施例中，信号处理器308生成数字信号，例如DPD数字训练信号，该DPD数字训练信号通过发射器/调制电路322传输，被通常位于发射器/调制电路322中的DAC转换成模拟形式，DPD数字训练信号的模拟表示被传递到功率放大器324，使得功率放大器324的输出信号325是DPD数字训练信号的放大的模拟形式。输出信号325的部分326在下转换器和模数转换器(ADC)350中被转换回数字形式并被传递回数字信号调整电路321。根据本文参照图4至图9描述的任何一个或多个示例，数字信号调整电路321被配置为对输入信号包络进行多项式整形。
显然，无线通信单元300内的多个组件可以以离散或集成的组件形式实现，因此，最终结构可以是专用于应用或基于设计的。
图4示出了根据本发明的一些示例的利用数字预失真(DPD)校准配置的包络整形的第一示例框图。图4中的例子应用三阶多项式整形函数，在其他例子中可以设想整形函数可以应用于多项式的任何其他阶数。在该例子中，信号产生器405产生DPD数字训练信号(Xref)410，DPD数字训练信号(Xref)410通过发射器电路传输，在可选的数字至模拟转换器(DAC)416中被转换成模拟形式，模拟形式的DPD数字训练信号(Xref)通过功率放大器324，使得功率放大器324的输出信号(YPA)326是DPD数字训练信号(Xref)410的放大的模拟形式。输出信号(YPA)的一部分326被传递回DPD电路，被下转换(未示出)到基带信号(XPA)并且在模拟至数字转换器(ADC)418中被转换回数字形式419。根据利用DPD校准对信号进行包络整形的第一示例，输出信号326下转换后的基带部分(XPA)被输入到逆多项式整形处理电路420，该逆多项式整形处理电路420对输出信号326下转换后的基带部分(XPA)执行逆整形操作。逆多项式整形处理电路420输出DPD数字训练信号425逆整形后的表示，比较电路430随后比较DPD数字训练信号425逆整形后的表示与DPD数字训练信号(Xref)410。
校准电路(例如校准处理引擎)440通过分析比较电路435的输出和确定PA非线性(幅度调制对幅度调制(AM-to-AM)以及幅度调制对相位调制(AM-to-PM))效应，确定发射器电路(特别是功率放大器324)对DPD数字训练信号(Xref)410的影响，包含逆多项式整形对DPD数字训练信号(Xref)410的影响。校准电路440然后改变DPD补偿电路415中的相位和增益分量，DPD补偿电路415有效的预失真输入信号(例如DPD数字训练信号(Xref)410)，以补偿后续发射器电路对输入信号造成的非线性和失真影响，同时对包络进行整形。以这种方式，功率放大器输出理想的包络整形后的发射信号，其中，补偿电路415施加的DPD会消除所产生的固有的非线性效应。
在该例子中，其中fTX(x)＝1-a*|x|2，逆多项式整形处理电路420用于在DPD校准过程中应用3阶逆多项式(inverse polynomial shaping)整形，特别用于控制发射信号的频谱再生并且降低高阶的非线性，以满足WiFiTM频谱遮罩。在这个例子中，逆多项式整形处理电路420包括处理器475，该处理器475用于将等式[1]中的三阶逆多项式整形函数应用到输出信号326下转换后的基带部分，然后在乘法器455中将处理器475的输出与输出信号326下转换后的基带部分相乘，其中，图4中的f0(x)可以是逆多项式整形处理电路420的输出。
其中，a是正的定值，以及fTX(x)是想要的整形。
在其他例子中，本发明的概念可以在其他关注频谱再生的发射器架构中应用，并且不限于DPD校准/补偿，以便支持包括多项式整形的任何整形。等式[1]中示出整形和逆整形之间的关系。
可以设想，在其他例子中，整形函数能被应用到任何更高阶的多项式整形函数中，如等式[2]所示。
其中，an是恒定的值。
例如，非多项式的实施可以在较低输出功率上和功率放大器PA的饱和区域上避免不必要的失真，非多项式的实施可以应用后续整形函数中的一个：
如果x＜x0，则fTX(x)＝1 [3]
如果x0≤x＜x1，则fTX(x)＝1-a3|x|2 [4]
如果x≥x1，则
其中，x0和x1可以是根据设计设定的任意值。
参阅图5，示出了本发明一些示例提供的利用数字预失真(DPD)校准机制的包络整形的第二示例框图500。图5示出的该实施例应用三阶多项式整形函数，在其他实施例中可以假定该整形函数能被应用到多项式的任何其他阶数。在该例子中，信号产生器505产生DPD数字训练信号(Xref)510，该DPD数字训练信号(Xref)510被发射器电路传输，并且在可选的数字至模拟转换器
(digital-to-analog converter，DAC)中被转换成模拟形式，DPD数字训练信号(Xref)的模拟表示特别的通过功率放大器324，使得功率放大器324的输出信号(YPA)326是DPD数字训练信号(Xref)510的放大的模拟表示。在这些例子中，我们定义YPA作为RF信号部分以及XPA作为基带信号部分。输出信号(YPA)的一部分326被传递回DPD电路，下转换(未示出)到基带信号(XPA)以及在模拟至数字转换器(analog-to-digital converter，ADC)518中被转换回数字形式。在该例子中，DPD数字训练信号(Xref)510被输入到多项式整形处理电路520，该多项式整形处理电路520对DPD数字训练信号(Xref)510执行整形操作。多项式整形处理电路520输出DPD数字训练信号的整形后的表示525。
根据利用DPD校准对信号进行包络整形的第一示例，在比较电路530中将输出信号(XPA)326下转换后的基带部分与DPD数字训练信号整形后的表示525进行比较。
校准电路(例如校准处理引擎)540通过分析比较电路535的输出和确定PA非线性(幅度调制对幅度调制(AM-to-AM)以及幅度调制对相位调制(AM-to-PM))效应，确定发射器电路(特别是功率放大器324)如何影响DPD数字训练信号(Xref)510，其中，可以包括整形对DPD数字训练信号(Xref)510的影响。校准电路540然后改变DPD补偿电路515中的相位和增益分量，DPD补偿电路515有效的预失真输入信号(例如DPD数字训练信号(Xref)510)，以补偿后续的发射器电路对输入信号造成的非线性和失真影响，同时对包络进行整形。以这种方式，功率放大器输出理想的包络整形后的发射信号，其中，补偿电路515施加的DPD会消除所产生的固有的非线性效应。
在该例子中，在DPD校准过程中使用三阶多项式整形，特别的用于控制发射信号的频谱再生和减少更高阶的非线性，以满足WiFiTM频谱遮蔽。在这个例子中，多项式整形处理电路520包括处理器575，该处理器575用于将公式(6)中的三阶多项式整形函数应用到DPD数字训练信号(Xref)510，然后乘法器555将处理器的输出fTX(x)与DPD数字训练信号(Xref)510相乘，得到Xref’＝|x|*fTX(x)，其中，处理器575的输出是fTX(x)，乘法器555的输出是|x|*fTX(x)。
fTX(x)＝1-a|x|2 [6]
可以设想，在其他例子中，整形能应用任何更高阶的多项式整形函数，如等式[7]所示。
其中，an是定值，即是恒定的值。
在其他例子中，本发明概念也可以被应用到任何关注频谱再生的其他发射器架构中，并不限于DPD校准/补偿，以支持包括多项式整形的任何整形。
图6示出本发明实施例提供的利用数字预失真校准的包络整形的示例性流程600。在该例子中，在步骤602中产生校准信号并且校准信号被提供到发射器，该校准信号可以是DPD数字训练信号(Xref)。校准信号通过发射器电路传输，在模拟至数字转换器(digital-to-analog converter，DAC)中被转换成模拟形式，模拟形式的校准信号被传递到功率放大器，使得功率放大器的输出信号(XPA)是DPD数字训练信号(Xref)放大后的模拟表示。在步骤604中，输出信号(XPA)的一部分被传递回DPD电路，被下转换(未示出)以及被转换回数字形式。
根据利用DPD校准对信号进行包络整形的第一示例，在步骤606中，输出信号(XPA)下转换后的基带部分被输入到逆多项式整形处理电路，该逆多项式整形处理电路根据等式[1]对输出信号(XPA)下转换后的基带部分执行逆整形操作。在步骤608中，比较DPD数字训练信号与来自功率放大器的反馈信号的逆多项式整形后的表示。该比较的结果在步骤610被输入到校准电路。在步骤612中，通过分析比较电路的输出，校准电路确定发射器电路(特别是功率放大器)对DPD数字训练信号(Xref)的影响，包括整形的影响。在步骤614中，校准电路然后调整DPD补偿电路中的相位和增益分量，该DPD补偿电路对输入信号(例如DPD数字训练信号(Xref))预失真，以补偿后续发射器电路对输入信号造成的非线性和失真影响，同时对包络进行整形。以这种方式，功率放大器输出理想的整形后的发射信号，补偿电路施加的DPD会消除所产生的固有的非线性效应，以及同时按需要对包络整形。
根据图6流程中的利用DPD校准对信号进行包络整形的第二示例，在步骤604之后，DPD数字训练信号(Xref)被输入到整形处理电路，在步骤616中，该整形处理电路根据公式[6]，对DPD数字训练信号(Xref)执行整形操作。在步骤618中，将DPD数字训练信号整形后的表示与来自功率放大器的反馈信号进行比较，在步骤610中，该比较的结果被输入到校准电路。在步骤612中，校准电路通过分析比较电路的输出，确定发射器电路(特别是功率放大器)如何影响DPD数字训练信号(Xref)。在步骤614中，校准电路然后调整DPD补偿电路中的相位和增益分量，该DPD补偿电路有效的对输入信号(例如DPD数字训练信号(Xref))预失真，以补偿后续的发射器电路对输入信号引起的非线性和失真影响，并且同时按需要对包络进行整形。
此后，采用补偿过程。在补偿过程中，在步骤630，发送调制信号，然后在步骤632中，将确定的DPD值应用到调制信号632中，例如，该确定的DPD值可以被存储在具有DPD值的DPD LUT中，该DPD值被使用整形(在步骤616中)修改或者被使用逆整形(在步骤606中)修改。
以这种方式，功率放大器输出包络整形后的发射信号，其中，通过补偿电路所施加的DPD消除了所产生的固有的非线性影响。
在该例子中，多项式整形处理电路在DPD校准过程中使用多项式整形，和/或，逆多项式整形处理电路在DPD校准过程中使用三阶逆多项式整形，用于控制发射信号的频谱再生，以满足WiFiTM频谱遮罩。
图6中所示出的实施例应用三阶逆多项式整形函数或者三阶多项式整形函数，其他例子中，可以假定整形函数f0(x)和f1(x)能被应用到多项式的任何其他阶数。
参考图7，示出了本发明实施例提供的采用数字预失真补偿配置的包络整形的第一示例框图700。在该例子中，信号产生器705产生调制信号710，该调制信号710通过发射器电路传递，在可选的数字至模拟转换器(未示出)中被转换到模拟形式，模拟形式的调制信号特别的被传递到功率放大器324，使得功率放大器324的输出信号(XPA)326是调制信号710的放大后的模拟表示。图7中所示出的例子应用三阶多项式整形函数，在其他实施例中，可以假定该整形函数可以应用到多项式的任何阶数。
在该例子中，调制信号710被输入到第一多项式整形处理电路520，第一多项式整形处理电路520对调制信号710执行第一整形操作。第一多项式整形处理电路520输出调制信号的整形后的表示到增益计算电路725，该增益计算电路725为第一DPD增益计算电路，该第一DPD增益计算电路用于计算第一AM(增益)补偿系数和/或PM补偿系数。其中调制信号的整形后的表示可以是调制信号的整形后的包络(例如调制信号的包络整形后的表示)，或者调制信号的整形后的幅度(例如调制信号的幅度整形后的表示)。
根据利用DPD补偿对信号进行包络整形的第一示例，调制信号增益调整且整形后的表示(例如第一AM(增益)补偿系数和/或PM补偿系数)以及调制信号本身被输入到第二多项式整形处理电路720，该第二多项式整形处理电路720执行第二整形操作。根据公式[1]和公式[6]中的fTX(x)，该第二多项式整形处理电路720对调制信号增益调整且整形后的表示(例如第一AM(增益)补偿系数和/或PM补偿系数)执行第二整形操作并且输出调制信号的第二增益调整且整形后的表示(例如调整后的AM(增益)补偿系数和/或PM补偿系数，可以称为第二AM(增益)补偿系数和/或PM补偿系数)到乘法器715。乘法器715用于将调制信号与调制信号第二增益调整且整形后的表示717(例如第二AM(增益)补偿系数和/或PM补偿系数)相乘，得到信号并传输给功率放大器324。该功率放大器324产生具有较低频谱再生的功率放大器输出326。以这种方式，功率放大器324输出包络整形后的发射信号，该发射信号中所产生的固有非线性影响被消除。
在该多项式整形例子中，第二多项式整形处理电路720用于在DPD补偿过程中使用三阶多项式整形，用于控制发射信号的频谱再生，以满足WiFiTM频谱遮罩。在该例子中，第二多项式整形处理电路720包括处理器775，该处理器775用于对调制信号710使用多项式整形函数(例如公式(6)中的三阶多项式的fTX)，然后处理器775的输出fTX(x)乘以来自增益计算电路725的信号，该增益计算电路725用于计算乘法器755中的AM(增益)补偿系数。其中，处理器775的输出是fTX(x)，乘法器755的输出是y*fTX(x),其中，y是来自第一DPD增益电路的第一AM(增益)补偿系数和/或PM补偿系数。
在一些例子中，在DPD补偿配置中使用三阶多项式整形。在一些例子中，增益计算电路725(也可以称为第一DPD增益电路)可以根据输入的DPD查找表(LUT)获得AM(增益)补偿系数和/或PM补偿系数。在可替代的实施例中，DPD补偿可以是多项式DPD而不是增益调整信号或者LUT DPD。此处，分离的AM-AM以及AM-PM补偿数据被存储在DPD LUT，以及补偿系数由分离的DPD LUT通过内插(interpolation)算出。同时，在多项式DPD情况下，多项式系数(例如等式(6)中的“a”)被存储在存储器中，并且通过多项式计算来计算补偿系数。由于PA非线性，数学上需要两个整形模块。
参考图8，本发明实施例示出利用数字预失真补偿配置的包络整形的第二示例框图800。利用数字预失真补偿配置的包络整形的第二示例框图800使用与图7中第一补偿配置相似的策略，第一补偿配置具有第一多项式整形处理电路520，第一增益计算电路725以及第二多项式整形处理电路720，第二示例框图800具有代替第一多项式整形处理电路520，第一增益计算电路725以及第二多项式整形处理电路720的第二DPD增益电路825。图8中的例子应用三阶多项式整形函数，在其他例子中，假定整形函数能被应用到多项式的任何其他阶数。以这种方式，图7中的两个整形操作520,720以及增益计算电路725的传输函数可以被预先计算以及作为第二DPD增益存储在DPD LUT中。在该例子中，没有实施实时整形，因为整形已经被预先估计了并且可以使用DPD LUT中适当的第二DPD增益值来实施。相应的，相比图7，图8的电路需要较少的硬件(或者固件)。
参考图9，示出本发明实施例提供的使用数字预失真补偿的包络整形的第一示例流程900。在该例子中，在步骤901中，执行校准过程，其中可以使用公知的DPD校准技术执行校准过程。在该例子中，不需要执行逆多项式整形。校准过程可以包括发送校准信号到发射器，应用DPD调整到校准信号以及比较来自发射器功率放大器的反馈信号和参考信号(例如，输入的校准信号)，并且相应的更新DPD值，比如DPD LUT中的DPD值。该校准过程可以被执行一次或者多次，例如5次精调DPD值。
然后执行补偿过程。在步骤902中，产生调制信号并发送调制信号，该调制信号通过发射器电路传输，并且在可选的数字至模拟转换器中被转换成模拟形式，以及模拟形式的调制信号被传输到功率放大器。在步骤904中，对调制信号和/或调制信号的幅度调制部分使用第一整形(例如第一三阶多项式整形)。在步骤906中，从DPD LUT中获得或者从多项式DPD中计算AM(增益)补偿系数。在步骤908，对调制信号应用第二多项式整形(例如第二三阶多项式整形)。在步骤910中，将第二多项式整形(例如经过处理的AM补偿系数)的输出与调制信号相乘，得到DPD补偿后的信号，并且将该DPD补偿后的信号输入到功率放大器中。以这种方式，该流程与图7中电路的流程的操作方式相似。
可替代的，采用与图8中电路相似的方式，预算的DPD增益补偿可以被施加到调制信号，此可以在图10中的示例流程1000中示出。在这个例子中，在步骤1001，执行校准过程，其中可以使用公知的技术执行校准过程。在该例子中，不需要执行逆多项式整形。校准流程可以包括：发送校准信号到发射器，对校准信号应用DPD调整，以及比较来自发射器功率放大器的反馈信号和参考信号(例如输入的校准信号)，相应的更新DPD值，例如更新DPD LUT中的DPD值。该校准过程被执行一次或者多次，例如，5次精调DPD值。
在该例子中，使用预先计算的DPD增益补偿执行预计算处理，其中，该预先计算的DPD增益补偿等于图7中两个多项式整形操作520,720和AM(增益)补偿系数电路725的计算的结合。在该例子中，在步骤1004中，将第一三阶多项式整形应用到第二校准信号。在一些例子中，步骤1004中第二校准信号可以是对应DPD LUT值的离散电平。在步骤1006中，计算AM补偿系数，并且可选择性的计算PM补偿系数。在步骤1008中，对预先计算的AM系数应用第二三阶多项式整形。
在步骤1012，将多项式整形后的输出与产生的信号相乘，得到DPD补偿后的信号，并将DPD补偿后的信号输入到功率放大器中。该步骤1012是可选步骤，也可以不具有该步骤1012。
然后执行补偿过程。在步骤1014中产生调制信号，在步骤1016中将预先计算的DPD值施加到调制信号中，施加了DPD值的调制信号在发射器电路中传输，在可选的数字至模拟转换器中被转换到模拟形式，然后传输到功率放大器。图10的步骤1014中的例子应用3阶多项式整形函数，在其他例子中，可以假想整形函数可以应用于多项式的其他阶数。
在一些例子中，例如在WiFiTM系统中，本文所描述的示例可以增强通信覆盖，例如在通信标准没有指定最大输出功率的情况下。这样的通信标准可以采用低调制编码方案(modulation coding scheme，MCS)，使得本文所描述的例子可以改进频谱遮罩。
在一些例子中，传统的DPD校准加上整形补偿技术可以不需要额外的用于整形的DPD LUT,与在校准步骤中插入整形模块相比，其具有实施上的优点。
在DPD校准意义上,执行两个DPD校准过程，以支持自适应调制，例如二进制相移键控(binary phase shift keyed,BPSK)和256级正交幅度调制(quadrature amplitudemodulation,QAM)。第一校准过程包括图2中传统的校准和补偿配置，其支持更高阶的调制传输(例如，256QAM传输)，由此DPD LUT 1提供了良好的EVM。相比之下，第二校准过程可以是图4-6中的包络整形DPD校准技术。以这种方式，DPD校准更好的支持低阶调制(例如BPSK)，其中低阶调制中的EVM要求更加宽松，且通常不需要高线性度，以及DPD LUT2提供了较低的频谱再生。
在DPD补偿意义上，执行传统的校准并且图2中的公知补偿方式用于支持较高阶调制(256QAM)，DPD LUT可以用于提供较好的EVM。相比之下，根据一些例子，图7-9中新颖的2阶多项式包络整形DPD补偿技术可以更好的支持低阶调制(例如BPSK)。而且，DPD LUT加上包络整形提供低的频谱再生。有利的是，在该例子中，不需要格外的DPD校准时间和额外的LUT(例如节省管芯(die)空间)。
在前面的说明书中，已经参考本发明的实施例的具体实施例描述了本发明。然而，显而易见的是，在不脱离如所附权利要求所述的本发明的范围的情况下，可以对其进行各种修改和改变。
本领域技术人员将认识到，逻辑块之间的边界仅仅是说明性的，并且替代实施例可以合并逻辑块或电路元件或者在各种逻辑块或电路元件上施加替代的功能分解。因此，应当理解，这里描述的架构仅仅是示例性的，并且实际上可以使用能实现相同功能的许多其他架构。
然而，其他修改，变化和替代也是可能的。因此，说明书和附图被认为是用于说明的目的而不是对本发明的限制。
实现相同功能的组件的任何布置被有效地“关联”，使得实现期望的功能。因此，这里组合以实现特定功能的任何两个组件可被视为彼此“相关联”，使得实现期望的功能，而不管架构或中间组件如何。类似地，如此相关联的任何两个组件也可被视为彼此“可操作地连接”或“可操作地耦接”，以实现期望的功能。
此外，本领域技术人员将认识到，上述操作之间的界限仅仅是说明性的。多个操作可以组合成单个操作，单个操作可以分成多个操作，并且可以在时间上至少部分地重叠执行这些操作。此外，替代实施例可以包括特定操作的多个实例，并且可以在各种其他实施例中改变操作的顺序。
例如，在一些示例性实施例中，设想单个处理器可以被配置为执行上述电路的多个功能和操作。此外，在一些示例性实施例中，虽然已经单独描述了多个LUT(例如，存储第一和第二DPD增益)，从而表明它们可以存储在独立的存储器组件中，但是可以设想一个或者每个可以形成单个LUT的一部分或存储器组件。
另外，例如，各种组件/模块或其部分可以被实现为物理电路或可转换成物理电路的逻辑表示的软件或代码，例如以任何适当类型的硬件描述语言。然而，也可以采取其他修改，变化和替代。因此，说明书和附图被认为是说明性的而不是限制性的。
在权利要求中，放置在括号之间的任何附图标记不应被解释为限制权利要求。“包括”是开放性用于，表示“包括但不限于”。此外，除非另有说明，诸如“第一”和“第二”之类的术语用于区分这些术语所描述的元素。因此，这些术语不一定意在表示这些元素的时间优先级或其他优先级。在不同的权利要求中记载某些技术特征并不表示不能利用这些技术特征的组合。
本文所讨论的连接可以是适于从相应的节点，单元或设备传送信号的任何类型的连接，例如经由中间组件。因此，除非另有暗示或陈述，连接可以例如是直接连接或间接连接。可以参考单个连接，多个连接，单向连接或双向连接来示出或描述连接。然而，不同的示例可能改变连接的实现方式。例如，可以使用单独的单向连接，而不是双向连接，反之亦然。此外，多个连接可以用串行或时间复用方式传输多个信号的单个连接来代替。同样地，承载多个信号的单个连接可以被分离成各种不同的连接，这些连接承载这些信号的子集。因此，可以选择多种方式传输信号。
应当理解，为了清楚的目的，上面的描述参照不同的功能单元和处理器描述了本发明的实施例。然而，显而易见的是，可以使用不同功能单元或处理器之间的任何合适的功能分布，例如一个或多个整形电路等，其也在本发明的保护范围之内。因此，对特定功能单元的引用仅被视为对提供所描述的功能性的适当方式的引用，而不是指示严格的逻辑或物理结构或组织。
此外，虽然独立的列出，但是可以通过例如单个单元或处理器来实现多个装置，元件或方法步骤。另外，虽然各个特征可以包括在不同的权利要求中，但是这些可以有利地组合，并且包含在不同权利要求中并不意味着特征的组合是不可行和/或不利的。而且，将特征包括在多组权利要求的一组权利要求中并不意味着该特征仅适用于该组权利要求，应该理解为该特征同样适用于其他组权利要求。
此外，权利要求中的特征的顺序并不意味着必须按照此顺序来执行，特别地，方法权利要求中的各个步骤的顺序并不意味着必须按照该顺序执行步骤。相反，步骤可以以任何合适的顺序执行。
因此，已经描述了较低频谱再生的解决方案，基本上减轻了现有技术装置的上述缺点。

Claims (20)

1.一种发射器，其特征在于，包括：
信号产生器，用于产生表示待发送的信号的数字基带信号；
数字预失真电路，用于对所述数字基带信号进行预失真，得到预失真后的信号；
功率放大器，用于放大所述预失真后的信号；
信号调整电路，可操作的耦接到所述数字预失真电路，用于接收所产生的信号，并且应用多项式整形来调整被施加到所述产生的信号至少一幅度上的预失真。
2.根据权利要求1所述的发射器，其特征在于，进一步包括：处理器，耦接到所述信号调整电路，并用于确定要被应用的多项式整形fTX(x)，其中，所述信号调整电路应用所述多项式整形到所述数字预失真电路，以在校准过程中对所述产生的信号的幅度进行预失真。
3.根据权利要求2所述的发射器，其特征在于，所述信号调整电路所应用的所述fTX(x)是|x|的函数，并且对应于所述待发送的信号的包络控制。
4.根据权利要求2所述的发射器，其特征在于，所述多项式整形是逆多项式整形，所述逆多项式整形在反馈回路中被应用到来自所述功率放大器的功率放大信号。
5.根据权利要求4述的发射器，其特征在于，应用逆多项式整形包括：应用以下形式的乘法:1/(1-a|x|2),其中x是所述功率放大信号。
6.根据权利要求2所述的发射器，其特征在于，在校准过程中输入到所述数字预失真电路的所述产生的信号是输入的数字线性化训练信号。
7.根据权利要求2所述的发射器，其特征在于，所确定的多项式整形包括：被所述信号调整电路存储的数字预失真数值。
8.根据权利要求1所述的发射器，其特征在于，所述多项式整形被确定并且被应用到所述数字预失真电路，以在补偿过程中预失真所述数字基带信号的包络。
9.根据权利要求8所述的发射器，其特征在于，所述多项式整形被应用到提供给所述数字预失真电路的数字基带信号的一部分，其中，所述多项式整形用于调整施加到所述数字基带信号的幅度上的预失真。
10.根据权利要求8所述的发射器，其特征在于，应用多项式整形包括：基本上应用以下形式的乘法:其中n是奇数。
11.根据权利要求10所述的发射器，其特征在于，应用多项式整形包括：在数字预失真补偿路径上对所述产生的信号应用第一多项式整形，将所述产生的信号的多项式整形后的信号提供给数字预失真增益电路，以对所述产生的信号的多项式整形后的信号进行预失真，并且将所述产生的信号的多项式整形且预失真后的信号应用到第二多项式整形电路。
12.根据权利要求11所述的发射器，其特征在于，所述第二多项式整形电路基本上应用以下形式的乘法:f2(x,y)＝y*fTX(x)，其中，fTX(x)＝1-a*|x|2，其中，a是任意值，y是所述数字预失真增益电路的输出。
13.根据权利要求1或者11所述的发射器，其特征在于，所述信号调整电路包括DPD增益电路，所述DPD增益电路用于提供所述产生信号的DPD分量调整到所述数字预失真电路。
14.根据权利要求1所述的发射器，其特征在于，所述数字预失真电路包括第一多项式整形电路，第二多项式整形电路和所述DPD增益电路。
15.根据权利要求1所述的发射器，其特征在于，除了所述数字预失真电路被配置为施加幅度调制控制和相位调制控制之外，仅将所述信号调整电路配置为利用所述多项式整形对所产生的信号应用幅度调制控制。
16.根据权利要求1所述的发射器，其特征在于，进一步包括：查找表，所述查找表包括数字预失真数据，所述数字预失真数据被调整以考虑由于所述信号调整电路使用所述多项式整形对所述产生的信号的幅度调制控制所导致的相位调制效应。
17.根据权利要求1所述的发射器，其特征在于，所述产生的信号是所述数字基带信号或者校准信号，当所述产生的信号是校准信号时，所述校准信号用于确定所述数字预失真电路对所述数字基带信号所使用的预失真的调整值。
18.一种通信单元，其特征在于，包括权利要求1至15中任一项所述的发射器。
19.一种用于限制发射器中频谱再生的方法，其特征在于，包括：
产生表示待发送的信号的数字信号；
数字预失真电路对所述数字信号进行预失真，得到预失真后的信号；
放大所述预失真后的信号，得到放大后的信号；
应用多项式整形到所述数字信号或者所述放大后的信号；
根据所述多项式整形调整所述数字预失真电路，使得施加到所述数字信号的幅度上的预失真控制频谱再生。
20.根据权利要求19所述的方法，其特征在于，其中，所述数字信号是数字基带信号或者数字训练信号。
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