CN111224695A - 通信系统 - Google Patents

Abstract

一种装置，包括用于以下的部件：应用波束形状系数，以获得针对由传输器阵列形成的波束的线性部分的波束形状输出，每个传输器与包括相应功率放大器的相应传输路径相关联；改变至少一个传输路径的输出特性，以增加传输路径之间的非线性特性，以提供针对波束的非线性部分的波束形状；通过以下来线性化阵列的输出：确定阵列的线性化系数，以用于对到阵列的输入信号进行数字预失真；并且将线性化系数应用于被输入到阵列的信号；以及通过以下来校准传输器阵列：测量至少两个传输路径上的误差分布；修改波束形状系数以在线性化之后更好地获得波束形状；并且将经修改的波束形状系数应用于传输器阵列。

Description

通信系统

技术领域

本申请涉及方法、装置、和计算机程序。

背景技术

通信系统可以被视为一种设施，该设施通过在通信路径中所涉及的各个实体之间提供载波来实现两个或更多实体(诸如，用户终端、基站/接入点和/或其他节点)之间的通信会话。通信系统可以例如通过通信网络和一个或多个兼容的通信设备来提供。通信会话可以包括例如用于携带通信(诸如语音、电子邮件(email)、文本消息、多媒体和/或内容数据等)的数据通信。所提供的服务的非限制性示例包括双向或多路呼叫、数据通信或多媒体服务以及对数据网络系统(诸如互联网)的接入。

发明内容

根据第一方面，提供了一种装置，该装置包括用于以下的部件：应用波束形状系数，以用于获得针对由传输器阵列形成的波束的线性部分的波束形状输出，每个传输器与包括相应功率放大器的相应传输路径相关联；改变至少一个传输路径的输出特性，以增加传输路径之间的非线性特性，以提供针对波束的非线性部分的波束形状；通过以下来线性化阵列的输出：确定阵列的线性化系数，以用于对到阵列的输入信号进行数字预失真；并且将线性化系数应用于被输入到阵列的信号；以及通过以下来校准传输器阵列：测量至少两个传输路径上的误差分布；修改波束形状系数以在线性化之后更好地获得波束形状；并且将经修改的波束形状系数应用于传输器阵列。

该装置可以进一步包括用于以下的部件：用于线性化的部件和用于校准的部件之间交替，直到具有线性分量和非线性分量的混合的波束形状被获得为止。

测量至少两个传输路径上的误差分布可以包括：测量以下中的任何一项：至少两个传输路径上的功率分布、幅度分布、和/或包络分布。

确定线性化系数可以包括：获得由阵列输出的信号的时域样本。

该装置可以进一步包括用于以下的部件：将所测量的误差分布与阈值相比较；以及在所测量的误差分布高于阈值的同时，在用于线性化的所述部件和用于校准的所述部件之间交替。

该装置可以进一步包括用于以下的部件：将所测量的误差分布与阈值相比较；以及当所测量的误差分布高于阈值时，操作用于校准的部件；以及当所测量的误差分布低于阈值时，操作用于线性化的部件。

该装置可以进一步包括用于以下的部件：向用于校准的部件提供线性化系数；以及使用线性化系数来修改波束形状系数。

该装置可以进一步包括用于基于以下中的至少一项来在该装置的操作期间更改波束形状的部件：非线性传输路径之间的非线性差异；装置周围的干扰水平；接收信号功率水平；该装置相对于与该装置通信的其他装置的运动；所确定的接收信号的质量水平；通信信号中的干扰方向；与线性化阵列的输出相关联的传输方向或收敛速度；以及与校准传输器阵列相关联的传输方向或收敛速度。

该装置可以进一步包括用于通过计算以下中的任何一项来确定波束的非线性部分的部件：相邻信道功率；总辐射相邻信道功率；信噪比；以及信干比。

用于修改传输路径之间的非线性特性的部件可以被配置为通过以下中的至少一项来修改非线性特性：更改至少一个传输路径中的移相器的相位；更改至少一个传输路径中的可变增益放大器的增益；以及对至少一个传输路径中的功率放大器进行偏置。

根据第二方面，提供了一种方法，该方法包括：应用波束形状系数，以获得针对由传输器阵列形成的波束的线性部分的波束形状输出，每个传输器与包括相应功率放大器的相应传输路径相关联；改变至少一个传输路径的输出特性，以增加传输路径之间的非线性特性，以提供针对波束的非线性部分的波束形状；通过以下来线性化阵列的输出：确定阵列的线性化系数，以用于对到阵列的输入信号进行数字预失真；并且将线性化系数应用于被输入到阵列的信号；以及通过以下来校准传输器阵列：测量至少两个传输路径上的误差分布；修改波束形状系数以在线性化之后更好地获得波束形状；并且将经修改的波束形状系数应用于传输器阵列。

该方法可以进一步包括：在线性化和校准之间交替，直到具有线性分量和非线性分量的混合的波束形状被获得为止。

测量至少两个传输路径上的误差分布可以包括测量以下中的任何一项：至少两个传输路径上的功率分布、幅度分布、和/或包络分布。

确定线性化系数可以包括：获得由阵列输出的信号的时域样本。

该方法可以进一步包括：将所测量的误差分布与阈值相比较；以及在所测量的误差分布高于阈值的同时，在所述线性化和所述校准之间交替。

该方法可以进一步包括：将所测量的误差分布与阈值相比较；以及当所测量的误差分布高于阈值时，操作校准；以及当所测量的误差分布低于阈值时，操作线性化。

该方法可以进一步包括：向执行校准的装置提供线性化系数；以及使用线性化系数来修改波束形状系数。

该方法可以进一步包括基于以下中的至少一项来在装置的操作期间更改波束形状：非线性传输路径之间的非线性差异；装置周围的干扰水平；接收信号功率水平；装置相对于与装置通信的其他装置的运动；所确定的接收信号的质量水平；通信信号中的干扰方向；与线性化阵列的输出相关联的传输方向或收敛速度；以及与校准传输器阵列相关联的传输方向或收敛速度。

该方法可以进一步包括通过计算以下中的任何一项来确定波束的非线性部分：相邻信道功率；总辐射相邻信道功率；信噪比；以及信干比。

修改传输路径之间的非线性特性可以包括通过以下中的至少一项来修改非线性特性：更改至少一个传输路径中的移相器的相位；更改至少一个传输路径中的可变增益放大器的增益；对至少一个传输路径中的功率放大器进行偏置。

根据第三方面，提供了一种计算机程序，该计算机程序包括指令，该指令用于使装置至少执行以下：应用波束形状系数，以获得针对由传输器阵列形成的波束的线性部分的波束形状输出，每个传输器与包括相应功率放大器的相应传输路径相关联；改变至少一个传输路径的输出特性，以增加传输路径之间的非线性特性，以提供针对波束的非线性部分的波束形状；通过以下来线性化阵列的输出：确定阵列的线性化系数，以用于对到阵列的输入信号进行数字预失真；并且将线性化系数应用于被输入到阵列的信号；以及通过以下来校准传输器阵列：测量至少两个传输路径上的误差分布；修改波束形状系数以在线性化之后更好地获得波束形状；并且将经修改的波束形状系数应用于传输器阵列。

该指令可以进一步使装置执行线性化和校准之间的交替，直到具有线性分量和非线性分量的混合的波束形状被获得为止。

测量至少两个传输路径上的误差分布可以包括测量以下中的任何一项：至少两个传输路径上的功率分布、幅度分布、和/或包络分布。

确定线性化系数可以包括：获得由阵列输出的信号的时域样本。

该指令可以进一步使装置执行：将所测量的误差分布与阈值相比较；以及在所测量的误差分布高于阈值的同时，在所述线性化和所述校准之间交替。

该指令可以进一步使装置执行：将所测量的误差分布与阈值相比较；以及当所测量的误差分布高于阈值时，操作校准；以及当所测量的误差分布低于阈值时，操作线性化。

该指令可以进一步使装置执行：向执行校准的装置提供线性化系数；以及使用线性化系数来修改波束形状系数。

该指令还可以基于以下中的至少一项使装置在装置的操作期间执行更改波束形状：非线性传输路径之间的非线性差异；装置周围的干扰水平；接收信号功率水平；装置相对于与装置通信的其他装置的运动；所确定的接收信号的质量水平；通信信号中的干扰方向；与线性化阵列的输出相关联的传输方向或收敛速度；以及与校准传输器阵列相关联的传输方向或收敛速度。

指令还可以通过计算以下中的任何一项来使装置执行确定波束的非线性部分：相邻信道功率；总辐射相邻信道功率；信噪比；以及信干比。

修改传输路径之间的非线性特性可以包括通过以下中的至少一项来修改非线性特性：更改至少一个传输路径中的移相器的相位；更改至少一个传输路径中的可变增益放大器的增益；对至少一个传输路径中的功率放大器进行偏置。

根据第五方面，提供了一种非暂态计算机可读介质，该非暂态计算机可读介质包括程序指令，该程序指令用于使装置至少执行以下：应用波束形状系数，以获得针对由传输器阵列形成的波束的线性部分的波束形状输出，每个传输器与包括相应功率放大器的相应传输路径相关联；改变至少一个传输路径的输出特性，以增加传输路径之间的非线性特性，以提供针对波束的非线性部分的波束形状；通过以下来线性化阵列的输出：确定阵列的线性化系数，以用于对到阵列的输入信号进行数字预失真；并且将线性化系数应用于被输入到阵列的信号；以及通过以下来校准传输器阵列：测量至少两个传输路径上的误差分布；修改波束形状系数以在线性化之后更好地获得波束形状；并且将经修改的波束形状系数应用于传输器阵列。

在示例中，非暂态计算机可读介质可以包括指令，该指令用于使装置至少执行在上述第二方面之间描述的示例的步骤中的任何步骤。

根据第六方面，提供了一种装置，该装置包括至少一个处理器和至少一个存储器，该至少一个存储器包括计算机程序代码，其中至少一个存储器和计算机程序代码被配置为与至少一个处理器一起使该装置：应用波束形状系数，以获得针对由传输器阵列形成的波束的线性部分的波束形状输出，每个传输器与包括相应功率放大器的相应传输路径相关联；改变至少一个传输路径的输出特性，以增加传输路径之间的非线性特性，以提供针对波束的非线性部分的波束形状；通过以下来线性化阵列的输出：确定阵列的线性化系数，以用于对到阵列的输入信号进行数字预失真；并且将线性化系数应用于输入到阵列的信号；以及通过以下来校准传输器阵列：测量至少两个传输路径上的误差分布；修改波束形状系数以在线性化之后更好地获得波束形状；并且将经修改的波束形状系数应用于传输器阵列。

该装置可以进一步被使得在线性化和校准之间交替，直到具有线性分量和非线性分量的混合的波束形状被获得为止。

测量至少两个传输路径上的误差分布可以包括测量以下中的任何一项：至少两个传输路径上的功率分布、幅度分布、和/或包络分布。

确定线性化系数可以包括：获得由阵列输出的信号的时域样本。

该装置可以进一步被使得：将所测量的误差分布与阈值相比较；以及在所测量的误差分布高于阈值的同时，在所述线性化和所述校准之间交替。

该装置可以进一步被使得：将所测量的误差分布与阈值相比较；以及当所测量的误差分布高于阈值时，操作校准；以及当所测量的误差分布低于阈值时，操作线性化。

该装置可以进一步被使得：向执行校准的装置提供线性化系数；以及使用线性化系数来修改波束形状系数。

该装置可以进一步被使得：基于以下中的至少一项来在该装置的操作期间更改波束形状：非线性传输路径之间的非线性差异；装置周围的干扰水平；接收信号功率水平；装置相对于与装置通信的其他装置的运动；所确定的接收信号的质量水平；通信信号中的干扰方向；与线性化阵列的输出相关联的传输方向或收敛速度；以及与校准传输器阵列相关联的传输方向或收敛速度。

该装置可以进一步被使得通过计算以下中的任何一项来确定波束的非线性部分：相邻信道功率；总辐射相邻信道功率；信噪比；以及信干比。

修改传输路径之间的非线性特性可以包括通过以下中的至少一项来修改非线性特性：更改至少一个传输路径中的移相器的相位；更改至少一个传输路径中的可变增益放大器的增益；以及对至少一个传输路径中的功率放大器进行偏置。

附图说明

现在将仅通过示例的方式参考附图来描述实施例，附图中：

图1示出了包括多个基站和多个通信设备的示例通信系统的示意图；

图2示出了示例移动通信设备的示意图；

图3示出了示例网络元件的示意图；

图4示出了示例系统的框图，其中单个线性化器被应用于多个非线性传输分支；

图5A示出了当线性和非线性功率放大器被使用并且当公共线性化器被应用于线性化多个功率放大器时，天线输入上的递减的功率分布的模拟示例；

图5B示出了当线性和非线性功率放大器被使用并且当公共线性化器被应用于和不被应用于线性化多个功率放大器时，在方位角半平面上的信道功率的模拟波束形状的示例；

图5C示出了当非线性功率放大器被使用并且当公共线性化器被应用于以及不被应用于线性化多个功率放大器时，在方位角半平面上的信道功率和相邻信道功率的模拟波束形状的示例；

图6示出了示例系统的框图，其中波束校准和公共线性化过程彼此连接；

图7示出了组合的校准和线性化过程的流程图；

图8示出了组合的校准和线性化过程的流程图，其中校准和线性化过程被组合；

图9A示出了在具有和不具有图8的步骤804的情况下图8中描述的过程的收敛的示例；

图9B示出了在具有和不具有图8的步骤804的情况下，图8中描述的过程被使用和不被使用时的天线上的功率分布的示例；

图10示出了组合的校准和线性化过程的流程图，其中在应用线性化过程以提高过程的稳定性之前，校准过程被重复直到收敛为止。

图11A示出了在图10的步骤1204被执行和不被执行的情况下，图10中描述的过程的示例收敛；

图11B示出了在具有和不具有图10的步骤1204两者的情况下，当图10中描述的过程被应用时天线上的功率分配的示例；

图12示出了示例系统的框图，其中波束校准和公共线性化过程彼此分开；

图13示出了示例系统的框图，其中波束校准和公共线性化过程彼此连接，并且功率放大器特性在波束校准和公共线性化过程期间被控制；

图14A示出了示例系统的框图，其中波束校准针对信号包络或平均包络被执行，并且与线性化过程组合；

图14B示出了用于确定天线上的包络分布的示例电路系统的示意图；

图14C示出了用于确定天线上的包络差分布的示例电路系统的示意图；

图15示出了用于计算至少一个天线上的校准系数和/或误差分布的示例差分电路系统的示意图；

图16A示出了图16B中所示的相邻信道功率滤波器的失真信号频谱和频率响应的示例。

图16B示出了示例系统的框图，其中波束校准和线性化过程被组合，使得总辐射相邻信道功率性能被保证；以及

图16C示出了示例系统的另一框图，其中波束校准和线性化过程被组合，使得总辐射ACP性能被保证，但只有一个共享相邻信道功率滤波器被使用。

具体实施方式

本申请涉及控制具有多个非线性路径的传输器阵列的线性和非线性特性。

特别地，当信号通过多个功率放大器时，功率放大器输出可以被组合以形成整个输出波束形状。每个功率放大器可以具有线性操作模式和非线性操作模式，因此输出波束形状可以包括线性部分和非线性部分两者。以下提出这种输出波束的线性特性和非线性特性可以通过使用波束成形和线性化技术的组合而被控制。特别地，波束的(多个)非线性部分可以使用校准过程而被控制，而波束的(多个)非线性部分可以使用线性化技术(诸如数字预失真)来控制。

在详细解释示例之前，参考图1至2简要解释了无线通信系统和移动通信设备的某些一般原理，以帮助理解所描述示例的基础技术。

在诸如图1所示的无线通信系统100中，移动通信设备或用户装置(UE)102、104、105经由至少一个基站或相似的无线传输和/或接收节点或点而被提供无线接入。用户可以通过适当的通信设备或终端来接入通信系统。用户的通信设备通常被称为用户设备(UE)或用户装置。在下文中，这些术语将互换使用。通信设备被提供有适当的信号接收和传输装置以用于实现通信，例如，实现对通信网络的接入或直接与其他用户的通信。通信设备可以接入由站或接入点提供的载波，并且在该载波上传输和/或接收通信。

通信系统和相关联的设备通常根据给定的标准或规范来操作，该给定的标准或规范阐明了与该系统相关联的各种实体被允许做什么以及应当如何被实现。通常还定义了将被用于连接的通信协议和/或参数。通信系统的一个示例是UTRAN(3G无线电)。解决与增加的容量需求相关联的问题的尝试的示例是被称为通用移动电信系统(UMTS)无线电接入技术的长期演进(LTE)的架构。LTE正在由第三代合作伙伴计划(3GPP)标准化。

基站在LTE中被称为eNodeB(eNB)，并且可以更一般地被简称为网络装置或网络接入点。基站通常由至少一个适当的控制器装置控制，以使其能够操作和对与基站通信的移动通信设备进行管理。控制器装置可以位于无线电接入网络(例如，无线通信系统100)中或核心网络(CN)(未示出)中，并且可以被实现为一个中央装置，或者其功能可以被分布在若干装置上。控制器装置可以是基站的一部分和/或由诸如无线电网络控制器的单独实体提供。在图1中，示出了控制装置108和109以控制相应的宏级基站106和107。在一些系统中，控制装置可以附加地或备选地被提供在无线电网络控制器中。

然而，LTE系统可以被认为具有所谓的“扁平”架构，不提供RNC；而是(e)NB与系统架构演进网关(SAE-GW)和移动性管理实体(MME)通信，这些实体也可以被合并，意味着多个这些节点可以服务多个(e)NB或(e)NB集合。每个用户装置一次仅由一个MME和/或S-GW服务，并且(e)NB跟踪当前关联。SAE-GW是LTE中的“高级”用户平面核心网络元素，其可以包括S-GW和P-GW(分别为服务网关和分组数据网络网关)。S-GW和P-GW的功能性是分开的，并且它们不需要位于同一位置。

在LTE系统中，无线电资源控制(RRC)被定义为仅存在于控制平面中的无线电接口层3的子层，并且其向非接入层提供信息传送服务(参见3GPP技术规范组服务和系统方面21.905)。RRC是用户装置与eNB之间的协议层，并且负责例如在业务到来时寻呼用户装置、建立/保持或者释放无线电承载(在用户装置与eNB之间建立RRC连接)、用户装置移动性、用户装置测量配置和用户装置报告配置等。RRC负责控制无线电接口层1和2的配置。

在图1中，基站106和107被示为经由网关112连接到较宽的通信网络113。另外的网关功能可以被提供以连接到另一网络。

较小的基站116、118和120也可以例如由单独的网关功能和/或经由宏级站的控制器连接到网络113。基站116、118和120可以是微微或毫微微级基站等。在示例中，基站116和118经由网关111连接，而站120经由控制器装置108连接。在一些实施例中，较小的站可以不被提供。

现在将参考图2更详细地描述可能的移动通信设备，图2示出了通信设备200的示意性局部剖视图。这样的通信设备通常被称为用户装置(UE)或者终端。适当的移动通信设备可以由能够发送和接收无线电信号的任何设备提供。非限制性示例包括诸如移动电话或所谓的“智能电话”的移动站(MS)或者移动设备、被提供有无线接口卡或者其他无线接口设施(例如，USB加密狗)的计算机、个人数据助理(PDA)或被提供有无线通信能力的平板电脑，或这些的任何组合等。移动通信设备可以提供例如用于携带诸如语音、电子邮件(email)、文本消息、多媒体等的通信的数据通信。因此，用户可以经由他们的通信设备被供应或被提供许多的服务。这些服务的非限制性示例包括双向或多路呼叫、数据通信或多媒体服务或只是对数据通信网络系统(诸如因特网)的接入。用户还可以被提供广播或多播数据。内容的非限制性示例包括下载、电视和广播节目、视频、广告、各种警报或其他信息。

移动设备200可以经由用于接收的适当的装置通过空中或者无线电接口207来接收信号，并且可以经由用于传输无线电信号的适当的装置来传输信号。在图2中，收发器装置由框206示意性地指定以用于通过空中或无线电接口207来传输和接收信号。收发器206可以例如通过无线电部件或者相关联的天线布置来提供。天线布置可以是单个天线或天线阵列。天线布置可以被布置在移动设备的内部或外部。

移动设备通常被提供有至少一个数据处理实体201、至少一个存储器202和其他可能的组件203，以用于在被设计要执行的任务的软件和硬件辅助的执行中使用，包括控制对接入系统和其他通信设备的接入以及控制与接入系统和其他通信设备的通信。数据处理、存储和其他相关的控制装置可以被提供在适当的电路板上和/或芯片组中。该特征由附图标记204表示。用户可以通过合适的用户接口(诸如键盘205、语音命令、触摸屏或触摸板，及其组合等)来控制移动设备的操作。显示器208、扬声器和麦克风还可以被提供。此外，移动通信设备可以包括到其他设备和/或用于将外部配件(例如免提设备)连接到其上的适当的连接器(有线或无线)。通信设备102、104、105可以基于各种接入技术来接入通信系统。

无线通信系统的示例是由第三代合作伙伴计划(3GPP)标准化的架构。最新的基于3GPP的发展通常被称为通用移动电信系统(UMTS)无线电接入技术的长期演进(LTE)或LTE高级Pro。无线电接入系统的其他示例包括由基于诸如无线局域网(WLAN)和/或WiMax(微波接入全球互通性)的技术的系统的基站所提供的那些无线电接入系统。基站可以为整个小区或相似无线电服务区域提供覆盖。

在图3中示出了用于3GPP系统的示例网络设备。图3示出了用于通信系统的控制装置300的示例，该控制装置300例如耦合到和/或用于控制接入系统的站，诸如RAN节点(例如基站或(e)节点B)、或核心网络(诸如MME)的节点。在图1中，这些接入节点可以是106、107、116、118、120中的任何一个。该方法可以被植入单个控制装置中或者跨多个控制装置。控制装置可以与核心网络或RAN的节点或模块集成或在其外部。在一些实施例中，基站包括单独的控制装置单元或模块。在其他实施例中，控制装置可以是另一网络元件，诸如无线电网络控制器或频谱控制器。在一些实施例中，每个基站可以具有这样的控制装置以及在无线电网络控制器中被提供的控制装置。控制装置300可以被布置为提供对系统的服务区域中的通信的控制。控制装置300包括至少一个存储器301、至少一个数据处理单元302、303和输入/输出接口304。经由接口，控制装置可以耦合到基站的接收器和传输器。接收器和/或传输器可以被实现为无线电前端或远程无线电头，并且可以以与收发器装置206相似的方式起作用。

例如，控制装置300可以被配置为执行适当的软件代码以提供控制功能。控制装置300可以被包括在芯片组或调制解调器装置中。包括装置300的芯片组或调制解调器装置可以被包括在诸如eNB(无线电基站)的控制节点中。

当设备之间通信时，通信设备可以利用天线的阵列。例如，传输器可以具有传输器天线的阵列以用于向接收器传输信号，而接收器可以具有接收器天线的阵列以用于接收传输的信号。以下将重点介绍传输器阵列。

设备的传输器阵列是具有相应的非线性信号分支的两个或更多个传输器的集合，其中来自传输器的信号分支的信号被组合或处理以实现提高设备传输的性能。每个信号路径(在本文中也被称为传输器路径)包括至少一个相应的功率放大器，以用于增加在该信号路径上正在被处理的信号的传输功率；以及相应的天线，以用于传输沿信号路径被处理的信号。信号可以通过空中传输(例如，以射频或微波频率)。传输器阵列可以被用于增加整体传输增益，以将传输波束“引导”到特定方向中，对其进行“整形”以具有特定的空间形状，和/或最大化信号与干扰加噪声比(SINR)。

为了将波束引导到特定方向，相控传输器阵列可以被使用。相控传输器阵列是这样的传输器阵列，其中传输波束的方向可以以电子方式被引导，而无需物理移动天线本身。相反，信号被传递到多个信号分支，每个信号分支包括移相器，该移相器以电子方式更改该信号分支中信号的相位。这可以被用于在特定方向上指导/引导无线电波。另外，每个相控阵列分支的增益可以例如通过可变增益放大器被控制，使得波束形状也可以被改变。换言之，每个相控阵列分支的幅度可以被控制。为了实际实现这一点，为了获得高增益相控阵列，通常使用大量的小型天线(有时是数千个天线级)。

相控阵列传输器在毫米波(mmW)频段通信中正变得越来越受欢迎，并且是面向5G通信网络的新兴技术。6GHz频率范围内的相控天线收发器也正在成为5G通信网络的流行技术。由于5G网络可能需要高数据传输速率，因此这意味着相控阵列应当以线性模式操作以保证高质量的通信。

线性通常是指功率放大器的属性。特别地，功率放大器具有两个操作区域。在第一区域中，功率放大器呈现线性行为(即，输出功率与输入功率成比例)，但是以低效率(即，输出功率与总功率消耗之间的低比率)操作。在第二区域中，功率放大器呈现非线性行为(即，输出功率与输入功率不成比例)，但是以高效率(即，输出功率与总功率消耗之间的高比率)操作。尽管需要高线性、高效率的信号，但是功率放大器设计中的限制可能使其难以实现。

用于获得高线性、高效率的信号的一种机制是使通信信号的峰值失真以实现高效率，并且稍后补偿例如由预失真线性化所引入的非线性失真。预失真线性化(包括数字预失真)通过修改功率放大器输入信号的每个样本的相位和/或幅度来补偿功率放大器的非线性行为。预失真通过时域或频域样本对信号整形。该信号修改通过分析功率放大器的输出信号并且生成与功率放大器的输出信号互补的非线性来使其均匀而被执行。

以下参考图4至图5描述了在先前提交的申请GB 1720236.7中公开的用于线性化信号的技术。

图4示出了正在被输入到数字预失真器401中的输入波形。数字预失真器401基于预失真系数h(稍后讨论)来使输入信号失真。数字预失真器401将失真的波形输出到数模转换器402，该数模转换器402将信号转换为模拟信号到本地振荡器403。本地振荡器403将信号上变频到较高的频率，并将经上变频的信号输出到多个信号分支404a、404b…404n。每个信号分支都是非线性的，并且包括相应的移相器405a、405b…405n(其应用相应的相移以便控制波束方向)、可变增益放大器406a、406b…406n、功率放大器407a、407b…407n、耦合元件408a、408b…408n，其向相应的天线409a、409b…409n以及向包括移相器410a、410b…410n(其可以将负相移应用到由移相器405a、405b…405n应用的相移)的反馈电路系统提供分支中的信号的副本和可控衰减器411a、411b…411n以在求和之前衰减信号。来自所有这些分支的输出的总和被输入到本地振荡器412，该本地振荡器412将求和后的信号下变频为较低的频率。然后，经下变频的信号被输入到模数转换器413，该模数转换器413以采样频率将经下变频的信号转换成数字表示。然后，数字表示/数字域样本被输入到数字预失真计算器414，该数字预失真计算器414确定在使输入信号失真时要由数字预失真器401使用的预失真系数h。

因此，关于图4所示的系统将数字预失真系数的单个集合应用于信号分支的阵列。系数被选择，使得单独功率放大器输出在通过空中被组合时引起非线性功率放大器输出的线性组合。例如，波束成形方向上的非线性组合的建模和/或测量可以通过利用阵列因子而被执行(例如，单独天线的方向性函数可以被乘以其以获得整个阵列的方向性的因子)，其中数字预失真系数基于组合的反馈输出。

相控阵列传输器可以在装置的生产、校准和/或操作期间控制传输器的传输功率。为此，最常见的方法之一是使用可变增益放大器406a、406b…406n。功率控制算法控制可变增益放大器406a、406b…406n的操作以产生所需的预定传输功率。因此，功率控制算法可以控制可变增益放大器406a、406b…406n的单独增益以符合组合的传输功率要求。功率控制算法可以与数字预失真算法组合以优化数字预失真性能。

相控阵列传输器还可以使用可变增益放大器来对波束进行整形，例如，为了产生一个或多个期望方向的零值和/或最大值。例如，为了减少在某个或多个方向上的干扰，整形可能被需要。除了每个分支的相位之外，许多波束成形技术(诸如，迫零(ZF)或最大比率传输(MRT))还控制每个天线分支/传输路径的幅度。增益控制也可以被用于将由阵列输出形成的信号设计为具有一定的旁瓣电平，即，与主波束相比，在所有其他方向上减小干扰。这样的技术被称为幅度递减方法。幅度递减方法的示例是泰勒幅度递减。

来自阵列的整体输出(也称为阵列行为)可以通过对功率放大器的输出逐个采样并且组合它们的响应来被测量和/或建模。行为的测量和/或建模可以通过利用反馈结构(诸如图4所示)来完成，该结构“模拟”RF域中功率放大器输出的阵列行为。

单独功率放大器407a、407b…407n的输入功率可以被改变以控制可变增益放大器406a、406b…406n，使得功率放大器407a、407b…407n以不同的线性模式操作。因此，从预失真系数引入的预失真可以引起功率放大器407a、407b…407n中的一些功率放大器的扩展，当压缩-扩展行为通过空中被组合时，其可以补偿功率放大器407a、407b…407n中的其他功率放大器的压缩。组合可以通过可控移相器410a、410b…410n集合和(多个)反馈分支中的可控衰减器来模拟。因此，反馈分支中的移相器410a、410b…410n和可控衰减器411a、411b…411n模拟了无线电信道，而通过空中被组合的那些信号最终在接收器处被接收。

图5A示出了利用泰勒递减(目标旁瓣电平被设置为30dBc)的功率放大器输出上的幅度分布。顶部曲线示出了利用“理想”线性功率放大器的“理想”幅度分布。中间的曲线代表利用非线性功率放大器且不利用数字预失真的幅度分布，而下部曲线代表利用非线性功率放大器且利用阵列数字预失真的幅度分布。与“理想”分布相比，应用了数字预失真的曲线比不应用数字预失真的曲线较趋向峰值。然而，朝向尾部，应用了数字预失真的曲线比“理想”曲线和不应用数字预失真的曲线都扩展了较多。

当非线性功率放大器在不进行阵列数字预失真的情况下被使用时，来自位于中心的天线的输出功率被压缩。通过中间曲线和顶部曲线之间的差异示出了这一点。在利用和不利用非线性功率放大器的情况下，来自最外面天线的输出功率都保持不变。与之相对照，当预失真技术被应用时(底部曲线)，与预失真技术未被应用的情况(中间曲线)相比，来自中心天线的输出功率被较多地压缩，并且由于数字预失真，来自外部边缘天线的输出功率被扩展。因此，与针对较低驱动功率放大器相比，针对较高驱动功率放大器，任何非线性区域被压缩得较多。此外，数字预失真将最外面的功率放大器和中心功率放大器扩展了不同量，这意味着数字预失真也改变了天线上的功率分布。与没有线性化的情况相比，这引起了波束形状的变化，如图5B所示。

图5B示出了在三种不同场景下的天线阵列的波束图案：(1)使用具有线性功率放大器的“理想”方向图，(2)当使用不利用数字预失真的非线性功率放大器时的“w/o DPD”图案，以及(3)当使用利用数字预失真的非线性功率放大器时的“w Array DPD”。利用数字预失真的阵列的图示出了压缩的主瓣/波束和紧邻主波束的较大旁瓣。图5B示出了数字预失真不能恢复波束形状，因为当前的数字预失真技术针对并联非线性功率放大器的阵列是公共的。图5A和5B一起示出了波束形状和数字预失真彼此之间具有关系。

图5C示出了在通信信号的主信道上测量的信道功率和在由非线性信号放大器的阵列输出的通信信号的相邻信道上测量的相邻信道功率的波束图案。具有与30°方向一致的主瓣的实线图呈现了没有数字预失真的较下和较上相邻信道功率(ACP)的最大值，而在沿30°方向上具有最小值的实线图给出了在数字预失真被应用的情况下的相应曲线。虚线以与图5B所描绘的相同的方式呈现了信道功率的波束图案。利用数字预失真的ACP波束在波束成形方向上产生陷波，因为在该方向上公共的数字预失真被计算。在其他方向上，与没有数字预失真的情况相比，ACP略有增加。与此类似，信号质量通过数字预失真在波束成形方向上被最大化。因此，图5C示出了当公共线性化器被应用于多个非线性功率放大器时，信号的非线性部分和线性部分可以具有彼此不同的波束形状。

如图5C中的示例所示，根据关于图4描述的系统利用阵列线性化引起空中线性化，其中信号的非线性部分的波束形状可能不同于信号的线性部分的波束形状。然而，如图5A和5B所示，阵列预失真改变了波束形状。特别地，如果功率放大器的幅度、偏置点、功率放大器的操作电压和/或单独元件之间的相互耦合变化，则波束形状也将随输入幅度和相位而变化，从而引起波束图案变为取决于包络。取决于包络的波束意味着，由于非线性，在不同方向的空间域上测量的每个时域或频域波形样本可能绘制不同的波束形状。然而，功率放大器之间的幅度差被用于对线性部分和非线性部分的波束进行整形，因此为了线性化目的而在功率放大器之间引入附加的差异将导致辐射波束形状中的误差，尽管该差异实现了较好的线性化结果(如关于图5C描述的示例中所示)。

采用校准方案来准确地确定功率放大器的操作点，以便使功率放大器的效率最大化并且使所使用的数字预失真算法稳定两者是有用的。然而，如果功率放大器的操作点不同，则波束校准将影响线性化，反之亦然。换言之，以线性或非线性方式改变功率放大器的响应可以改变系统在空中在一定方向上或阵列要被线性化的方向集合上的整体线性。特别地，线性化可以使单独放大器扩展或压缩其输出信号(取决于其非线性特性)，这也将改变波束形状。换言之，线性化和校准操作之间存在共生关系。因此，为了同时获得预期的波束形状和线性(效率)两者，以下提出了用于将线性化和校准操作组合的技术。

图6示出了该技术在其中可以被采用的潜在系统。

图6示出了正在从处理单元600输入到数字预失真器601中的输入波形，其来自处理单元620。数字预失真器601基于预失真系数h(稍后讨论)来使输入信号失真，这可能确定应用最小二乘拟合来求解预失真系数。数学模型可以是例如多项式、存储器多项式或包络多项式。预失真系数是数学模型的系数，其试图对无线电系统的非线性行为进行建模。用于计算预失真系数h的其他方法也可以被应用。在自适应阵列DPD中，系数也可以通过自适应滤波方法(诸如最小均方(LMS)、递归最小二乘(RLS)、卡尔曼滤波等)来被求解。数字预失真器601将失真的波形输出到数模转换器602，数模转换器602将信号转换成模拟形式到本地振荡器603。本地振荡器603将信号上变频到较高的频率，并且将经上变频的信号输出到多个信号分支604a、604b…604n。每个信号分支都是非线性的，并且包括相应的移相器605a、605b…605n(其应用相应的相移)、可变增益放大器606a、606b…606n、功率放大器607a、607b…607n、耦合元件608a、608b…608n，其将分支中的信号的副本提供给相应的天线609a、609b…609n以及包括移相器610a、610b…610n的反馈电路(其应用与移相器605a、605b…605n所应用的相移相反的相移)和可控衰减器611a、611b…611n。来自所有这些分支的输出之和被输出到本地振荡器612，其将求和后的信号下变频为较低的频率。然后，经下变频的信号被输出到模数转换器613，该模数转换器613通过以采样频率采样来将经下变频的信号转换成数字表示。信号的数字表示/数字域样本被输入到数字预失真计算器614，其确定要由数字预失真器601在使输入信号失真时使用的预失真系数h。

因此，关于图6所示的系统，类似于图4的系统，将数字预失真系数的单个集合应用于信号分支的阵列。这些系数被选择，使得单独功率放大器输出在空中被组合时引起非线性功率放大器输出的线性组合。例如，波束成形方向上的非线性组合的建模和/或测量可以通过利用阵列因子而被执行(例如，单独天线的方向性函数可以被乘以其以获得整个阵列的方向性的因子)，其中数字预失真系数基于组合的反馈输出。该反馈输出可以如关于图4所描述的。

除了在图4中还显示的那些组件外，图6还包括波束校准机制。这在图6中由目标波束成形器615、波束校准单元616和测量单元617表示(由从耦合元件608a、608b…608n中的每个耦合元件的输出获取输入的单个框表示)。例如，如果每个放大器的功率被用于校准，则测量单元可以包括功率检测器以用于测量每个功率放大器输入的相应输出功率。备选的测量机制可以被用于执行校准，如下所述。

在操作中，目标波束成形器615向校准单元616提供关于预期波束形状的信息。测量单元617向校准单元616提供关于正通过以用于由天线传输的信号的反馈信息。该反馈信息可以基于以下因素中的至少一项：功率放大器输出的功率、应用在每个功率放大器上的电压、每个单独分支的信号包络、以及单独分支的平均包络。反馈信息可以关于至少一个天线上的分布(或者可以关于在天线阵列中的多个天线上的分布)。因此，该反馈信息实质上指示了当前输出波束形状。除了所提供的预期波束形状之外，校准单元可以使用该反馈信息来产生校准系数，以用于控制可变增益放大器606a、606b…606n和/或移相器607a、607b、…、607n中的每一个。

在图7中提供了详细描述诸如关于图6所示的系统的潜在操作的流程图。图7关于组合的校准和线性化过程，其中功率放大器特性被预改变以增加非线性传输路径的非线性的可变性，并且其中功率放大器特性也被校准以形成期望的(目标)波束形状。

在701处，获得针对由传输器阵列形成的波束的线性部分的第一波束形状输出的第一波束形状系数由传输器阵列应用。第一波束形状可以保存在存储器单元中。该存储器单元可以以各种不同的方式存储第一波束形状。例如，第一波束形状可以被保存为寄存器值、目标偏置电压、电流和/或目标输出电压、功率、信号包络和/或平均包络。第一波束形状可以包括传输器分支上的预期增益/功率/相位变化。每个传输器与包括相应功率放大器的相应传输路径相关联。第一波束形状可以由从装置的处理单元的存储器获取的目标波束成形器值形成。通常，波束整形意味着整个波束的形状可以通过例如依据控制单独分支的相移、延迟、功率增益和/或偏置电流来控制单独路径的幅度和相位而被控制。因此，所有天线/功率放大器上的幅度平衡的改变可以引起波束形状的改变。在第一波束形状已经通过功率放大器之后，功率放大器的非线性部分使输出信号的幅度和相位分布不同于输入信号的幅度和相位分布。处理单元可以基于以下中的至少一项来在装置的操作期间改变目标波束形状：非线性分支之间的非线性差异、传输无线电装置周围的干扰水平、接收信号功率水平、移动设备的移动、接收信号的质量水平、干扰方向、传输方向。

在702处，至少一个传输路径的特性被改变以增加传输路径之间的非线性特性。该变化被执行以为由传输器阵列形成的波束的非线性部分提供目标波束形状。换言之，至少一个传输路径的特性被改变以增加传输路径的非线性之间的可变性。作为示例，特性可以以多种不同方式变化。如何实现该变化的示例是经由以下中的至少一项：更改至少一个传输路径中的移相器的相移，通过更改至少一个传输路径中的可变增益放大器的增益，以及对至少一个传输路径中的功率放大器进行偏置。这些操作的要点是给不同的信号路径彼此不同的非线性，以便失真波束形状可以被整形为与输出波束形状的线性部分不同。

在703处，线性化被应用以线性化传输器阵列的输出。从这个意义上讲，可以理解，线性化是找到输入和相应输出的线性近似的数学过程。该线性化可以通过以下被执行：确定阵列的第一线性化系数，以用于对到阵列的输入信号进行数字预失真，并且将第一线性化系数应用于被输入到阵列的信号。例如，功率放大器阵列响应可以使用在某个特定空间方向上模拟或仿真无线电信道的反馈接收器而被测量。预失真可以针对波形(其包括时域样本)被执行。来自该反馈接收器的信息然后可以被用来为阵列提供线性化系数(数字预失真)。原则上，如上所述，线性化输出具有扩展形状，这意味着某些功率放大器正在扩展其输入信号以用于输出，而其他功率放大器正在收缩其输入信号以用于输出。这意味着失真的波束也正在通过线性化被整形，这会根据每个单独分支的特性而对每个单独分支产生不同的影响。反过来，这会改变波束的非线性部分和线性部分两者。为了对此进行校正，校准系数可以利用在701中的初始校准系数而被重新计算。

在704处，校准被应用以校准传输器阵列的功率放大器输出的功率。在这种意义上，可以理解，校准是一种电气和/或数学过程，用于将仪器配置为在可接受的范围内为输入提供输出。校准可以通过以下被执行：测量至少两个传输路径上的误差分布、修改第一波束形状系数以在线性化之后较好地获得第一波束形状、并且将经修改的第一波束形状系数应用于传输器阵列。在这种意义上，术语“较好”被用于指示与第一波束形状系数未被修改的情况相比，通过应用经修改的第一波束形状系数，由传输器阵列输出的信号与目标波束形状更加类似。天线上的幅度或功率分布可以使用单独分支的功率或包络函数而被测量。如上所述，这些分布中的任何一个都可以被用于确定实际的输出波束形状，这会影响波束的线性部分和非线性部分两者。校准方案可以在天线上被执行(功率、幅度或包络分布)。校准过程的要点是控制波束的线性部分的形状，而702和703控制波束的非线性部分的形状。

该过程可以在校准/波束整形过程和公共线性化操作模式之间交替，直到线性分量和非线性分量的期望波束形状被获得为止。如果因为阵列是非线性的而使用线性校正，则提供多次迭代是有用的。

因此，如上所述，所提出的相控阵列系统具有公共线性化器和校准两者，并且与先前描述的系统相对照，提供了被用于校准非线性波束形状的波束校准部分。波束校准可以分别调谐/校准信号路径。这与公共线性化方案相对照，在公共线性化方案中，预失真系数的公共集合被用来对被输入到阵列的信号进行整形。

图8提供了用于正在利用线性化技术执行的波束校准的算法描述。

在所确定的波束误差大于阈值的同时，图8的步骤可以被应用。在执行图8的步骤的装置的操作期间，阈值可以更改/改变。

在801处，输出波束通过测量功率放大器输出的功率分布而被确定。应当理解，这仅是一种用于确定输出波束成形的机制，并且其他机制(诸如本文所讨论的那些机制)也可以或备选地被用于确定801中的输出波束。

在802处，波束校正系数在目标波束成形器值与测量的波束成形器之间的所有幅度上被求解。根据上述示例，目标波束成形器值可以从存储器单元被获得。在本示例中，所测量的功率分布可以从所测量的功率放大器输出被获得。

在803处，求解的波束校正系数被应用于更改功率放大器的输出。波束校正系数可以使不同的校正因子被应用于不同的功率放大器。换言之，每个信号路径单独地/分开地被校准。

在804处，如上所述，波形数字预失真被执行。

在805处，来自所应用的波形数字预失真和所应用的波束校正系数的组合的新的波束误差被计算。然后，该过程被重复直到计算出的波束误差小于阈值为止。

图9A和9B示出了所应用的校准的效果。

图9A示出了随着图8中讨论的该机制的迭代次数增加，校准误差如何减小。该图的底部图示出了没有数字预失真的校准收敛，而上面的图示出了利用数字预失真的校准收敛。

图9B示出了目标波束形状如何根据所应用的过程而更改。特别地，底部曲线(红色)示出了既未应用校准也未应用数字预失真时，目标波束如何被压缩。相对照，当使用波束校准或波束校准和阵列数字预失真时所形成的波束基本上类似于理想线，并且彼此重叠。因此，当还应用数字预失真时，图8中讨论的机制校准阵列上的输出功率分布。

如果阵列是非常非线性的，则关于图8描述的算法可能偶尔出现稳定性问题。这是因为校准改变了数字预失真正在其中操作的操作点，并且数字预失真改变了校准正在其中操作的操作点。为了解决该问题，算法的备选版本可以被使用。下面将结合图10和11对此进行描述。

在图10中，当波束误差大于阈值的同时，系统应用步骤1201至1203。

在1201处，输出波束被测量(例如，使用功率放大器的功率分布)。

在1202处，波束校正系数在目标波束成形器和测量的波束成形器之间的幅度上被确定。

在1203处，波束校正系数被应用于传输路径，并且新的波束误差被计算。然后，该过程再次从1201开始，直到计算出的波束误差小于阈值。当计算出的波束误差小于阈值时，步骤1204和1205被应用。所使用的实际阈值可以关于其被应用的实际系统来确定，并且在操作期间任何阈值可以被改变。

在1204处，阵列预失真被执行。

在1205处，来自数字预失真的波束误差被确定。如果该确定的波束误差小于阈值，则处理返回到步骤1202，以便为正在由在步骤1204中得出的系数进行预失真的输入信号计算新的校准系数。在步骤1205中使用的阈值可以与在步骤1201中使用的阈值不同以便提高算法收敛性。

因此，图10关于如下系统，在其中在线性化被执行之前，校准首先被执行，直到低于一定值的波束误差被获得为止。然后线性化被应用，并且该过程被继续，直到来自线性化的波束误差小于阈值为止。如果确定的波束误差使两个操作(线性化和校准)切换(即如果所测量的误差与相应的阈值的比较使该切换发生)，则系统可以在这两个操作之间切换。

图11A和图11B示出了校准的效果。

图11A示出了随着该机制的迭代次数增加，校准误差如何减小。没有数字预失真的校准收敛最初不像利用数字预失真图的校准收敛那样降低到低的校准误差，但是会出现一个中间区域，校准收敛在该中间区域中比利用数字预失真图的校准收敛低。

图11B示出了天线输入的目标分布如何根据所应用的过程而变化。特别地，底部曲线示出，当既未应用校准也未应用数字预失真时，目标分布被压缩。相对照，当使用波束校准时所形成的波束基本上类似于理想线，而波束校准和阵列数字预失真的曲线略低于理想线。利用数字预失真和不利用数字预失真的曲线与理想线之间的差异的原因是模拟中使用的阈值。曲线可以利用适当的阈值选择来相互收敛。曲线的实际形状取决于所应用的阈值，因此系统设计人员可以针对特定环境中使用的实际设备调整该阈值。天线元件上的幅度分布中的任何变化都引起预期的波束形状中的变化。

图12示出了示例框图，在其中阵列校准过程和线性化进一步彼此分开。例如，如果校准过程比数字预失真过程快得多，则这可以被执行。处理的流程与图10所示的流程类似，但是不同之处在于，信息在校准和线性化过程之间不被共享。在这种情况下，阵列校准可以是自动的，因为数字预失真过程自动地考虑校准系数的变化。如下面进一步所述，这可以通过两个并行运行的循环来实现。示出的元素的编号与图6中所使用的编号相同。

在第一循环1401中，阵列校准被执行，并且阵列校准包括目标波束成形器615、校准单元616和测量单元617(由单个框表示，该框从耦合元件608a、608b…608n中的每个耦合元件的输出中获取输入)。第一循环可以分三个步骤来执行校准。在第一步中，实际的波束形状被确定(例如，使用功率放大器输出的功率分布或如上所述的某种其他测量)。在第二步中，波束系数通过比较目标波束成形器和测量的波束成形器之间的差异来确定。在第三步中，功率放大器的幅度使用可变增益放大器来改变，以试图消除比较的差异。

在第二循环1402中，线性化(诸如数字预失真)被执行。第二循环1402可以包括移相器610a、610b…610n、可控衰减器611a、611b…611n、本地振荡器612、模数转换器613、数字预失真计算器614和数字预失真器601。第二步骤可以分两个步骤被执行。在第一步中，输出波的组合非线性被测量。在第二步中，数字预失真被执行以使阵列输入波形预失真(如以上结合图4所述)。

图13示出了布置的示例，在其中波束校准单元还可以控制以下中的至少一项：单独功率放大器的偏置电压、电流、增益、或操作点。为了增加单独分支的效率和/或增加非线性分支的可变性，功率放大器特性可以被控制，以便产生可以进一步被用于由数字预失真在空中相互抵消的变化。图13使用与图6相同的附图标记指示相似的元件。

图14A示出了波束校准和线性化可以如何被组合的另一示例。图14a使用与图6相同的附图标记来指示相似的元件。

在该示例中，校准单元被布置为跟随每个功率放大器的输出包络或每个功率放大器的平均包络，并且改变单独功率放大器的操作电压，以使功率放大器以较高效的模式操作。备选地或附加地，功率放大器的偏置点可以基于所测量的包络来改变。由于跟踪可以作为包络的函数(即，关于波形的平均幅度的函数)被执行，因此，波束校准还可以校正包络的波束图案。

关于图14B和图14C示出了用于测量图14A中的天线输入上的信号包络分布的测量电路系统框的示例实现。

在图14B中，用于检测天线阵列上的包络或功率分布的布置被提供如下。提供了多个传输路径1600a、1600b、…、1600n，每个传输路径向相应的二极管1602a、1602b、…、1602n提供相应的输入1601a、1601b、…。相应系列的电容器1603a、1603b、…、1603n和一系列电阻器1604a、1604b、…、1604n与每个二极管并联连接。相应的输出1605a、1605b、…1605n代表检测到的包络。如果检测器相互连接，则包络分布可以从该输出被检测，例如从检测电路的节点Ve1…VeNa。

图14C提供了用于检测天线阵列上的包络或功率分布的另一布置。图14C利用与图14B相同的标记来表示相似的元件。该布置与图14B的布置的不同之处在于，包络检测电路彼此连接。因此，该电路给出关于相邻天线的包络分布，因此该电路直接测量天线分支上的包络差。该布置可以备选地连接到在图14A的反馈电路中放置在移相器之后的耦合元件，使得到包络检测器VFB1…VFBNa的输入的相位可以被控制。

图15中示出了图14A中的校准单元的差分电路系统的示例实现，该差分电路系统用于基于目标波束成形器和所测量的包络或功率分布来产生校准权重。

在图15中，示出了多个“差分电路”，每个差分电路与相应的功率放大器/信号路径相关联。针对每个差分电路，代表目标波束成形器信号的电压被输入，来自与该差分电路的功率放大器/信号路径相关联的测量单元(例如，来自功率或包络检测器)的电压信号被输入，并且用于相关联的功率放大器的新的控制/校准电压被输出。差分电路可以包括例如运算放大器和多个电阻器。一个电阻器R1可以位于运算放大器的输入与目标波束成形器值的输入之间。可以将另一电阻器R2连接在R1的输出和差分电路的输出之间。R2可以进一步从其他运算放大器被设置为接地。可以将另一电阻器R3连接在运算放大器的另一输入与来自测量单元的电压之间。

目标波束成形器值通过电压数模转换器(VDAC)被改变为模拟电压。差分电路将每个所测量的包络、平均包络或功率与相应分支的模拟目标波束成形器电压进行比较。如果R3被选择为非常小并且R1被选择为与R2相同的值，则新的校准系数可以直接从微分电路的输出中被读取为Vc₁…Vc_N。备选地，如果R3被选中为与R1和R2相同，则电路给出输入电压之间的差，该差可以进一步被处理以产生用于每个放大器分支的下一个校准电压。

图16A到图16C示出了示例，在其中组合的校准和数字预失真方案被使用，以便根据操作通信协议(例如3GPP/新无线电)来实现总辐射相邻信道功率性能。总辐射相邻信道功率(ACP)是品质因数，其中相邻信道功率在整个空间上被积分。因此，指导ACP(如关于图5C所示)并不一定改变总辐射ACP。这是因为天线阵列从根本上仅指导功率，因此在一个方向上测量ACP不能给出对总辐射ACP的指示，因为其他方向可能具有不同的失真量。

图16A示出了彼此重叠的两个曲线图。第一曲线图1901代表用于ACP测量的带通滤波器的响应。第二曲线图1902代表传输器阵列中的第n功率放大器的输出中的频谱。

总辐射相邻信道功率比(ACPR)可以被计算为总辐射信道功率(例如，功率放大器输出的信道功率之和)与总辐射相邻信道功率(功率放大器的相邻信道功率之和)之间的差。在该布置中，校准电路系统通过每个功率放大器输出的RF滤波器对相邻信道功率的一部分进行滤波，如图16A所示，并且在处理过程期间将滤波后的部分加在一起。由于单独功率放大器输出不依赖于波束成形方向，因此所形成的指示代表三维空间上辐射的相邻信道功率的总量。这可以被用于控制功率放大器响应(诸如输入幅度、偏置电压等)，以使响应彼此之间足够不同，从而空中线性化可以受益于其响应中的差异。除了有助于引起符合操作通信协议的相邻信道功率总辐射功率要求之外，这还可以帮助改善传输方向上的信号质量。因此，校准电路系统也可以被用于确保符合传输阵列的总辐射相邻信道功率线性化要求，诸如以上结合图4所讨论的。因此，该布置/方法提供了在空间上积分的总辐射ACP与在预期传输方向上测量的信号质量之间进行权衡的可能性。

图16B是组合的校准和线性化电路系统的框图。该图与图6的不同之处在于，测量单元的示例部件被示出。

在该示例中，来自传输路径的每个输出被输入到相应的带通滤波器1901a’、1901b’、…1901n’，其又将输出传递到相应的接收信号强度指示器1902a’、1902b’、…1902n’。这些接收信号强度指示器的输出将被输出到校准单元。

图16C示出了用于进行总辐射ACP测量的另一布置的框图。

该图与图6的不同之处在于，测量单元包括下变频器1901”，该下变频器1901”被配置为从传输路径1902”的多个输出接收任何一个输入。在输出/传输路径之间的这种选择可以由开关元件1903”所影响。下变频器1901”输出的信号被输出到带通滤波器1904”，带通滤波器1904”又将其传递给接收信号强度指示器1905”(滤波后)。

在图16C中，信号在滤波之前由下变频器1901”下变频到较低的频率，以便降低对总辐射ACP计算框的ACP部分进行滤波的滤波器的要求。可以通过开关元件1903”与多个反馈分支共享一个或多个混频器，以便降低电路的复杂性。

在上文中应当理解，用于波束校准的电路系统可以直接从数字预失真计算单元接收指示所应用的线性化系数的信息。用于波束校准的电路系统可以使用该接收到的信息来确定如何校准功率放大器阵列中的至少一个功率放大器。还应当理解，用于波束校准的电路系统可以不直接从数字预失真计算单元接收指示所应用的线性化系数的信息。

应当理解，附图流程图的每个框及其任何组合可以通过各种方式或其组合来实现，诸如硬件、软件、固件、一个或多个处理器和/或电路系统。

注意，尽管已经关于独立LTE网络的一个示例描述了实施例，但是类似的原理可以被应用于关于独立3G、LTE或5G网络的其他示例。应当注意，其他实施例可以基于除LTE之外的其他蜂窝技术或者基于LTE的变体。因此，尽管以上参考无线网络、技术和标准的某些示例架构以示例的方式描述了某些实施例，但是实施例可以被应用于除本文中示出和描述的那些通信系统之外的任何其他适当形式的通信系统。

在此还应当注意，尽管以上描述了示例实施例，但是在不脱离本发明的范围的情况下，可以对所公开的解决方案进行若干变化和修改。

应当理解，这些装置可以包括或者耦合到其他单元或者模块等，诸如用于传输和/或接收的天线、无线电部件或无线电头。尽管装置已经被描述为一个实体，但是不同的模块和存储器可以被实现在一个或多个物理或逻辑实体中。

通常，各种实施例可以以硬件或专用电路、软件、逻辑或其任何组合来实现。本发明的一些方面可以以硬件来实现，而其他方面可以以可以由控制器、微处理器或其他计算设备执行的固件或软件来实现，但是本发明不限于此。尽管本发明的各个方面可以被图示和描述为框图、流程图或者使用一些其他图形表示，但是众所周知，本文所述的这些框、装置、系统、技术或方法可以以非限制示例、硬件、软件、固件、专用电路或逻辑、通用硬件或控制器或其他计算设备、或其某种组合来实现。

本发明的实施例可以由计算机软件实现，该计算机软件可由移动设备的数据处理器(诸如在处理器实体中)执行、或者由硬件执行、或者由软件和硬件的组合执行。包括软件例程、小程序和/或宏的计算机软件或程序(也称为程序产品)可以被存储在任何装置可读数据存储介质中，并且它们包括用以执行特定任务的程序指令。计算机程序产品可以包括一个或多个计算机可执行组件，在程序被运行时该一个或多个计算机可执行组件被配置为执行实施例。一个或多个计算机可执行组件可以是至少一个软件代码或其部分。

进一步在这一点上，应当注意，如图中的逻辑流程的任何框可以代表程序步骤，或者互连的逻辑电路、框和功能，或者程序步骤和逻辑电路、框和功能的组合。软件可以被存储在诸如存储器芯片或在处理器内实现的存储块的物理介质、诸如硬盘或软盘的磁性介质，以及诸如例如DVD及其数据变体CD的光学介质上。物理介质是非暂态介质。

存储器可以是适合于本地技术环境的任何类型，并且可以使用任何适当的数据存储技术来实现，诸如基于半导体的存储设备、磁存储设备和系统、光学存储设备和系统、固定存储器和可移动存储器。数据处理器可以是适合本地技术环境的任何类型，并且作为非限制性示例，可以包括以下中的一项或多项：通用计算机、专用计算机、微处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、FPGA、门级电路和基于多核处理器架构的处理器。

本发明的实施例可以在诸如集成电路模块的各种组件中实践。集成电路的设计总体上是高度自动化的过程。复杂而功能强大的软件工具可以被用于将逻辑级设计转换为准备在半导体衬底上蚀刻和形成的半导体电路设计。

前述描述通过非限制性示例的方式提供了本发明的示例性实施例的完整且信息丰富的描述。然而，当结合附图和所附权利要求阅读时，鉴于以上描述，各种修改和改编对于相关领域的技术人员而言将变得显而易见。然而，本发明的教导的所有这些和类似的修改仍将落入所附权利要求所限定的本发明的范围内。实际上，存在另一实施例，其包括一个或多个实施例与先前讨论的任何其他实施例的组合。

Claims (15)

1.一种用于通信的装置，包括用于以下的部件：

应用波束形状系数，以获得针对由传输器阵列形成的波束的线性部分的波束形状输出，每个传输器与包括相应功率放大器的相应传输路径相关联；

改变至少一个传输路径的输出特性，以增加所述传输路径之间的非线性特性，以提供针对所述波束的非线性部分的波束形状；

通过以下来线性化所述阵列的所述输出：

确定所述阵列的线性化系数，以用于对到所述阵列的输入信号进行数字预失真；并且

将所述线性化系数应用于被输入到所述阵列的所述信号；以及

通过以下来校准所述传输器阵列：

测量至少两个传输路径上的误差分布；

修改所述波束形状系数以在所述线性化之后更好地获得所述波束形状；并且

将经修改的所述波束形状系数应用于所述传输器阵列。

2.根据权利要求1所述的装置，进一步包括用于以下的部件：用于线性化的所述部件和用于校准的所述部件之间交替，直到具有线性分量和非线性分量的混合的所述波束形状被获得为止。

3.根据权利要求1或2所述的装置，其中所述测量至少两个传输路径上的所述误差分布包括测量以下中的任何一项：所述至少两个传输路径上的功率分布、幅度分布、和/或包络分布。

4.根据权利要求1或2所述的装置，其中确定所述线性化系数包括：获得由所述阵列输出的所述信号的时域样本。

5.根据权利要求1或2所述的装置，进一步包括用于以下的部件：

将所测量的所述误差分布与阈值相比较；以及

在所测量的所述误差分布高于所述阈值的同时，在用于线性化的所述部件和用于校准的所述部件之间交替。

6.根据权利要求1或2所述的装置，进一步包括用于以下的部件：

将所测量的所述误差分布与阈值相比较；以及

当所测量的所述误差分布高于所述阈值时，操作用于校准的所述部件；以及

当所测量的所述误差分布低于所述阈值时，操作用于线性化的所述部件。

7.根据权利要求1或2所述的装置，进一步包括用于以下的部件：

向用于校准的所述部件提供所述线性化系数；以及

使用所述线性化系数来修改所述波束形状系数。

8.根据权利要求1或2所述的装置，其中所述装置包括用于基于以下中的至少一项来在所述装置的操作期间更改所述波束形状的部件：非线性传输路径之间的非线性差异；所述装置周围的干扰水平；接收信号功率水平；所述装置相对于与所述装置通信的其他装置的运动；所确定的接收信号的质量水平；通信信号中的干扰方向；与线性化所述阵列的所述输出相关联的传输方向或收敛速度；以及与校准所述传输器阵列相关联的传输方向或收敛速度。

9.根据权利要求1或2所述的装置，进一步包括用于通过计算以下中的任何一项来确定所述波束的所述非线性部分的部件：相邻信道功率；总辐射相邻信道功率；信噪比；以及信干比。

10.根据权利要求1或2所述的装置，其中用于修改所述传输路径之间的所述非线性特性的所述部件被配置为通过以下中的至少一项来修改所述非线性特性：更改至少一个传输路径中的移相器的相位；更改至少一个传输路径中的可变增益放大器的增益；以及对至少一个传输路径中的功率放大器进行偏置。

11.一种用于通信的方法，所述方法包括：

应用波束形状系数，以获得针对由传输器阵列形成的波束的线性部分的波束形状输出，每个传输器与包括相应功率放大器的相应传输路径相关联；

改变至少一个传输路径的输出特性，以增加所述传输路径之间的非线性特性，以提供针对所述波束的非线性部分的波束形状；

通过以下来线性化所述阵列的所述输出：

确定所述阵列的线性化系数，以用于对到所述阵列的输入信号进行数字预失真；并且

将所述线性化系数应用于被输入到所述阵列的所述信号；以及

通过以下来校准所述传输器阵列：

测量至少两个传输路径上的误差分布；

修改所述波束形状系数以在所述线性化之后更好地获得所述波束形状；并且

将经修改的所述波束形状系数应用于所述传输器阵列。

12.根据权利要求11所述的方法，进一步包括：在所述线性化和所述校准之间交替，直到具有线性分量和非线性分量的混合的所述波束形状被获得为止。

13.根据权利要求11或12所述的方法，进一步包括：

将所测量的所述误差分布与阈值相比较；以及

在所测量的所述误差分布高于所述阈值的同时，在所述线性化和所述校准之间交替。

14.根据权利要求11或12所述的方法，进一步包括：

将所测量的所述误差分布与阈值相比较；以及

当所测量的所述误差分布高于所述阈值时，操作所述校准；以及

当所测量的所述误差分布低于所述阈值时，操作所述线性化。

15.一种计算机程序，所述计算机程序包括指令，所述指令用于使装置至少执行以下：

应用波束形状系数，以获得针对由传输器阵列形成的所述波束的线性部分的波束形状输出，每个传输器与包括相应功率放大器的相应传输路径相关联；

改变至少一个传输路径的输出特性，以增加所述传输路径之间的非线性特性，以提供针对所述波束的非线性部分的波束形状；

通过以下来线性化所述阵列的所述输出：

确定所述阵列的线性化系数，以用于对到所述阵列的输入信号进行数字预失真；并且

将所述线性化系数应用于被输入到所述阵列的所述信号；以及

通过以下来校准所述传输器阵列：

测量至少两个传输路径上的误差分布；

修改所述波束形状系数以在所述线性化之后更好地获得所述波束形状；并且

将经修改的所述波束形状系数应用于所述传输器阵列。

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