CN111314253B - 特征化发送器的非线性失真的方法、发送器及特征化电路 - Google Patents

特征化发送器的非线性失真的方法、发送器及特征化电路 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种特征化发送器的非线性失真的方法、发送器及特征化电路，其中该方法包含：利用该发送器中的一发送链电路依据一测试信号产生一输出信号；利用该发送器中的一回送电路依据该输出信号产生一回送信号；依据该回送信号的多个回送样本计算该测试信号的多个测试样本所分别对应的多个失真指标，其中该多个测试样本分别对应于该多个回送样本；依据该多个测试样本的功率将该多个失真指标分成多个群组；计算该多个群组中的每一群组中的失真指标的平均值；以及依据该平均值来特征化该发送器的非线性失真。

Description

特征化发送器的非线性失真的方法、发送器及特征化电路
技术领域
本发明是关于非线性失真(nonlinear distortion)的特征化(characterizing)，尤指一种用于特征化一发送器的非线性失真的方法、相关发送器及其特征化电路。
背景技术
由于在一射频(radio frequency,RF)系统中的功率放大器等电路可能存在严重的非线性效应，该射频系统的效能会因此衰减。为了克服这个问题，在该射频系统正常运作之前，需要先针对该射频系统中的非线性效应进行分析，并依据分析的结果来进行后续的操作，以消除或减少非线性效应所造成的信号失真。
为了有效地消除或减少非线性效应所造成的信号失真，上述针对非线性效应进行分析的步骤尤为重要。举例来说，若分析的结果不够准确，使得该射频系统中的非线性效应无法被正确地估计，后续的操作就无法解决信号失真的问题，甚至会让整体效能变得更差。
发明内容
因此，本发明的其中一个目的在于提供一种用于特征化一发送器的非线性失真的方法、相关发送器及其特征化电路，来妥善地在一射频系统中估计一发送器的非线性失真。
本发明的另一目的在于提供一种用于特征化一发送器的非线性失真的方法、相关发送器及其特征化电路，以在没有副作用或较不会带来副作用的情况下解决相关技术的问题。
本发明至少一实施例提供一种用于特征化一发送器的非线性失真的方法。该方法包含：利用该发送器依据一测试信号产生一输出信号；接收该输出信号，以依据该输出信号产生一回送信号；依据该回送信号的多个回送样本计算该测试信号的多个测试样本所分别对应的多个失真指标，其中该多个测试样本分别对应于该多个回送样本；依据该多个测试样本的功率将该多个失真指标分成多个群组；计算该多个群组中的每一群组中的失真指标的平均值；以及依据该平均值来特征化该发送器的非线性失真。
本发明至少一实施例另提供一种发送器。该发送器可包含一发送链电路、一回送电路以及一特征化电路，其中该回送电路耦接至该发送链电路，且该特征化电路耦接至该回送电路。该发送链电路可用来依据一测试信号产生一输出信号，该回送电路可用来接收该输出信号以依据该输出信号产生一回送信号，以及该特征化电路可用来依据该回送信号特征化该发送器的非线性失真。具体来说，该特征化电路依据该回送信号的多个回送样本计算该测试信号的多个测试样本所分别对应的多个失真指标，其中该多个测试样本分别对应于该多个回送样本；该特征化电路依据该多个测试样本的功率将该多个失真指标分成多个群组；该特征化电路计算该多个群组中的每一群组中的失真指标的平均值；以及该特征化电路依据该平均值来特征化该发送器的非线性失真。
本发明至少一实施例另提供一种发送器的特征化电路，其中该特征化电路用于特征化一发送器的非线性失真，而该发送器可依据一测试信号产生一输出信号，该特征化电路接收该输出信号的一回送信号，该特征化电路依据该回送信号的多个回送样本计算该测试信号的多个测试样本所分别对应的多个失真指标，其中该多个测试样本分别对应于该多个回送样本；该特征化电路依据该多个测试样本的功率将该多个失真指标分成多个群组；该特征化电路计算该多个群组中的每一群组中的失真指标的平均值；以及该特征化电路依据该平均值来特征化该发送器的非线性失真。
本发明依据一测试信号中的多个测试样本的功率，将多个失真指标分群并计算每一组的失真指标的平均值，以取得一发送器的非线性失真的特征以供进行后续的预失真处理。由于本发明所提供的实施例不会大幅地增加额外成本，因此本发明能在没有副作用或较不会带来副作用的情况下解决相关技术的问题。
附图说明
图1为依据本发明一实施例的一发送器的示意图。
图2为依据本发明一实施例的基于一回送信号计算得到的振幅对振幅失真指标以及振幅对相位失真指标。
图3为依据本发明一实施例的基于一输出信号计算得到的振幅对振幅失真指标以及振幅对相位失真指标。
图4为依据本发明一实施例的用于特征化一发送器的非线性失真的方法的流程图。
具体实施方式
为了避免一射频系统因其内的电路的非线性效应造成整体效能的衰减，可利用预失真(pre-distortion)的方式来消除或减少非线性效应所造成的信号失真。在某些实施例中，该射频系统可以利用一特征化电路来特征化该射频系统中的发送器的非线性失真，以产生该发送器的非线性特征函数，并且依据该非线性特征函数来产生其反函数，以供该射频系统对信号进行预失真处理。在一信号被送出之前，该射频系统可先对该信号进行预失真处理以产生一预失真信号，再通过该发送器将该预失真信号送出。由上可知，产生该非线性特征函数的步骤尤为重要，因此，本发明提供一种用于特征化一发送器的非线性失真的方法、相关发送器及其特征化电路。
图1为依据本发明一实施例的发送器10的示意图，其中发送器10可包含一数字模拟转换器120、耦接至数字模拟转换器120的一发送链(chain)电路140、耦接至发送链电路140的一回送(loop back)电路160、以及耦接至回送电路160的一特征化电路180。
在本实施例中，发送链电路140可包含一滤波器电路142(其可由一或多个滤波器单元串联而成，该一或多个滤波器单元例如：低通滤波器、高通滤波器、及/或带通滤波器)、耦接至滤波器电路142的一升频器144(其可包含至少一混频器(mixer))、以及耦接至升频器144的一功率放大器146；此外，回送电路160可包含一衰减器162、耦接至衰减器162的一降频器164(其可包含至少一混频器)、以及耦接于降频器164与特征化电路180之间的一模拟数字转换器166。
在本实施例中，发送链电路140可接收一测试信号，以依据该测试信号产生一输出信号。在另一实施例中，发送器10包含一储存电路(图未示)，用以储存一默认测试信号，该储存电路可以是任何形式的内存或缓存器。发送链电路140可依据该默认测试信号，产生一输出信号。数字模拟转换器120可对该测试信号进行数字模拟转换以产生一模拟测试信号(即该测试信号的模拟信号)，滤波器电路142可接收该模拟测试信号并对该模拟测试信号进行滤波处理以产生一滤波后信号，升频器144可将该滤波后信号升频以产生一升频后信号，而功率放大器146可接收该升频后信号以输出该输出信号。接着，回送电路160可接收该输出信号，以依据该输出信号产生一回送信号。在一实施例中，回送电路160与特征化电路180为发送器10的内部电路，可依设计需求选择通过天线(图未示)或不通过天线的方式接收该输出信号，本发明不限于此。在另一实施例中，回送电路160与特征化电路180为独立于发送器10的一外部电路，回送电路160可通过天线接收该发送器10的输出信号。衰减器162可接收该输出信号并降低该输出信号的振幅大小以产生一衰减后信号，降频器164可将该衰减后信号降频以产生一降频后信号，而模拟数字转换器可对该降频后信号进行模拟数字转换以产生该回送信号。
在本实施例中，特征化电路180可包含一特征化引擎182，其中特征化引擎182可利用其内的多个运算单元以及逻辑单元来进行关于特征化发送器10的非线性失真的多个计算操作及多个逻辑操作，以容许特征化电路180依据该回送信号来特征化发送器10的非线性失真。在另一实施例中，特征化电路180包含一储存电路(图未示)，用以储存测试信号，该储存电路可以是任何形式的内存或缓存器。为便于理解，该测试信号可由多个测试样本x(1)、x(2)、…及x(N)来表示，以及该回送信号可由多个回送样本y(1)、y(2)、…及y(N)来表示，其中N为一正整数，且测试样本x(1)、x(2)、…及x(N)分别对应回送样本y(1)、y(2)、…及y(N)。特征化电路180可依据回送样本y(1)、y(2)、…及y(N)来计算测试样本x(1)、x(2)、…及x(N)所分别对应的多个失真指标(例如振幅对振幅(amplitude-to-amplitude(AMAM))失真指标AMAM(1)、AMAM(2)、…及AMAM(N)或振幅对相位(amplitude-to-phase(AMPM))失真指标AMPM(1)、AMPM(2)、…及AMPM(N))，其中对应于测试样本x(n)的振幅对振幅失真指标AMAM(n)以及振幅对相位失真指标AMPM(n)的计算方式如下：
AMAM(n)＝10xlogl0(|y(n)|2)-10xlogl0(|x(n)|2)
Figure BDA0002189405460000051
其中n为区间[1,N]内的一正整数。
需注意的是，为了符合不同国家或地区的机构(诸如联邦通信委员会(FederalCommunications Commission,FCC)及欧盟的CE标志等)所建立的规定，该测试信号应为一宽带信号(例如通过一调变器产生的带宽为20MHz的信号)，而不应为单一频率的信号。
图2为依据本发明一实施例的基于回送信号计算得到的振幅对振幅失真指标以及振幅对相位失真指标。如图2所示，特征化电路180可依据测试样本x(1)、x(2)、…及x(N)的功率(例如|x(n|2)将该多个失真指标分成多个群组诸如K个群组G(1)、G(2)、…及G(K)，其中K为一正整数。以群组G(i)为例(i为区间[1,K]内的一正整数)，群组G(i)可包含对应于具有功率-22.5dB的测试样本(测试样本x(1)、x(2)、…及x(N)中之一或多者)的一或多个失真指标(振幅对振幅失真指标AMAM(1)、AMAM(2)、…及AMAM(N)中之一或多者及/或振幅对相位失真指标AMPM(1)、AMPM(2)、…及AMPM(N))中之一或多者，图2中以实心圆点表示)，因此，在同一群组中的失真指针所对应的测试样本具有相同的功率，或者，这些测试样本的功率是落在同一范围内。在实作上，发送链电路140可能具有记忆效应，使得具有相同功率的输入信号通过发送链电路140在不同时间点输出时会产生具有不同的振幅对振幅失真指标及/或振幅对相位失真指标，诸如群组G(i)中的多个不同的振幅对振幅失真指标及/或振幅对相位失真指标。例如，x(1)与x(n)可能具有相同的功率，但振幅对振幅失真指标AMAM(1)与振幅对相位失真指标AMPM(n)可能不同。为了消除上述记忆效应对取得静态(static)振幅对振幅失真指针以及静态振幅对相位失真指针的影响，特征化电路180可计算该多个群组中的每一群组中的失真指针的平均值(如静态振幅对振幅失真以及静态振幅对相位失真的图例所示，图2中以空心圆点表示)，其中群组G(i)的失真指标的平均值可用来代表具有功率-22.5dB的测试样本所对应的振幅对振幅失真指针以及静态振幅对相位失真指标。由于所述每一群组具有一静态振幅对振幅失真指针及/或一静态振幅对相位失真指针，特征化电路180可依据该静态振幅对振幅失真指针及/或该静态振幅对相位失真指针来特征化发送器10的非线性失真。例如，图2上半部所示的静态振幅对振幅失真指针可构成一特征曲线以用来表示发送器10的非线性失真，并可借由特征化电路180所产生的特征曲线来产生一反曲线，以供发送器10中的耦接于该数字模拟转换器120的输入端子的预失真电路(未显示)进行预失真处理并进行信号补偿，其中该反曲线可利用一适应性算法(adaptivealgorithm)(诸如最小均方(least mean square,LMS)算法)来得到，但本发明不限于此。又例如，图2下半部所示的静态振幅对相位失真指针可构成一特征曲线以用来表示发送器10的非线性失真，而可借由特征化电路180所产生的特征曲线来产生另一反曲线，以供发送器10中的耦接于该数字模拟转换器120的输入端子的预失真电路进行预失真处理并进行信号补偿，同样地，该反曲线可利用该适应性算法(诸如最小均方算法)来得到，但本发明不限于此。
在本实施例中，特征化电路180可将群组G(1)、G(2)、…及G(K)分别对应于-30dB、-30+D dB、…及-30+(K-1)*D dB，其表示特征化电路180是以D dB为单位将该多个失真指标分成K个群组，且D以及K不限于特定数值。例如，特征化电路180可以0.5dB为固定单位从-30dB到0dB将该多个失真指标分成三十个群组的运作，但本发明不限于此；又例如，特征化电路180可以不同的单位将该多个失真指标分成多个群组，诸如将群组G(1)、G(2)、…及G(K)分别对应于-30dB、-25dB、-22.5dB…等等；但本发明不限于此。另外，群组G(1)、G(2)、…及G(K)中的每一者所对应的测试样本的功率范围可予以变化。例如，群组G(i)可包含功率落在区间[-22dB,-23dB]内的所有测试样本所对应的失真指针；又例如，群组G(i)可包含功率落在区间[-20dB,-25dB]内的所有测试样本所对应的失真指针；群组G(1)、G(2)、…及G(K)中的每一者所对应的测试样本的功率范围可依此类推，但本发明不限于此。在某些实施例中，上述该多个群组的数量以及所述每一群组所对应的功率的数值与范围可依据上述预失真电路的硬件架构来决定，但本发明不限于此。
图3为依据本发明一实施例的基于输出信号计算得到的振幅对振幅失真指标以及振幅对相位失真指标。在本实施例中，发送链电路140可能具有一特定增益(例如20dB)使得输出信号被放大。因此，相较于图2所示的基于该回送信号计算得到的结果，基于该输出信号计算得到的振幅对振幅失真指标亦具有该特定增益。由于在进行正常运作(例如，对外传送信号)时，该射频系统可通过耦接至发送链电路140的天线来发送该输出信号，因此上述特征化发送器10的非线性失真的运作是针对发送链电路140来进行。为了避免回送电路160的非线性效应也被包含进来，或者避免因信号振幅超出回送电路160的可用范围，衰减器162可将该输出信号的振幅或功率减小以产生该衰减后信号，其中该衰减后信号的衰减量是依据降频器164及/或模拟数字转换器166的线性度以及信噪比(signal to noiseratio,SNR)来决定。例如，该衰减量越大(该衰减后信号的振幅或功率越小)，降频器164以及模拟数字转换器166的线性度越不容易被包含进来；然而，该衰减后信号的振幅或功率越小，其信噪比会变差；因此，衰减器162的设计(例如衰减器162所产生的衰减量)需一并考虑线性度以及信噪比。
本发明所揭露的用于特征化一发送器的非线性失真的方法可通过图4来说明，其为依据本发明一实施例的该方法的流程图。为便于理解，请连同图1参考图4。
在步骤410中，发送链电路140可接收一测试信号，以依据该测试信号产生一输出信号。
在步骤420中，回送电路160可接收该输出信号，以依据该输出信号产生一回送信号。
在步骤430中，特征化电路180可依据该回送信号的多个回送样本计算该测试信号的多个测试样本所分别对应的多个失真指标，其中该多个测试样本分别对应于该多个回送样本。
在步骤440中，特征化电路180可依据该多个测试样本的功率将该多个失真指标分成多个群组。
在步骤450中，特征化电路180可计算该多个群组中的每一群组中的失真指标的平均值。
在步骤460中，特征化电路180可依据该平均值来特征化该发送器的非线性失真。
在本发明一实施例中，上述特征化该发送器的非线性失真的运作可在产品出厂前进行；在本发明另一实施例中，上述特征化该发送器的非线性失真的运作可在该发送器每一次上电时进行；在本发明又另一实施例中，该发送器可在正常传送信号进行通信前，定期地进行上述特征化该发送器的非线性失真的运作来持续更新该发送器的非线性失真，以因应在不同操作情况下(例如不同环境温度等等)均能有正确的非线性失真的信息以供进行预失真处理。需注意的是，上述方法或步骤，可依据设计者的需求，借由硬件、软件或是韧体来实现。
总结来说，本发明通过输入一宽带测试信号至一发送器中并产生一输出信号，接着通过该发送器中的一回送电路将该输出信号进行处理并传送至该发送器中的一特征化电路；此外，该特征化电路通过平均的方式消除记忆效应以取得静态失真指针，以提供特征化该发送器的非线性失真，使得该发送器可进行预失真处理及信号补偿。另外，上述利用平均的方式消除记忆效应的方法不会大幅增加硬件以及计算。因此，本发明能在没有副作用或较不会带来副作用的情况下解决相关技术的问题。
以上所述仅为本发明的优选实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。
【符号说明】
10 发送器
120 数字模拟转换器
140 发送链电路
142 滤波器电路
144 升频器
146 功率放大器
160 回送电路
162 衰减器
164 降频器
166 模拟数字转换器
180 特征化电路
182 特征化引擎
410、420、430、440、450、460 步骤
G(i) 群组。

Claims (10)

1.一种用于特征化一发送器的非线性失真的方法，包含：
利用所述发送器依据一测试信号产生一输出信号；
接收所述输出信号，以依据所述输出信号产生一回送信号；
依据所述回送信号的多个回送样本计算所述测试信号的多个测试样本所分别对应的多个失真指标，其中所述多个测试样本分别对应于所述多个回送样本；
依据所述多个测试样本的功率将所述多个失真指标分成多个群组；
计算所述多个群组中的每一群组中的失真指标的平均值；以及
依据所述平均值来特征化所述发送器的非线性失真。
2.如权利要求1所述的方法，其中依据所述平均值来特征化所述发送器的非线性失真的步骤包含：
借由所述平均值产生一静态失真指针，所述静态失真指针构成一特征曲线；
借由所述静态失真指针的所述特征曲线产生一反曲线；以及
利用所述反曲线对所述发送器进行预失真处理。
3.如权利要求1所述的方法，其中所述多个失真指标包含多个振幅对振幅失真指标或多个振幅对相位失真指针，所述测试信号是一宽带信号，以及所述多个群组的数量以及所述每一群组所对应的功率的数值与范围是依据一预失真电路决定。
4.如权利要求1所述的方法，其中利用所述发送器依据所述测试信号产生所述输出信号的步骤包含利用所述发送器中的一发送链电路依据所述测试信号产生所述输出信号，以及接收所述输出信号以依据所述输出信号产生所述回送信号的步骤包含利用所述发送器中的一回送电路接收所述输出信号以依据所述输出信号产生所述回送信号，其中利用所述发送器中的所述发送链电路依据所述测试信号产生所述输出信号的步骤包含：
通过一数字模拟转换器对所述测试信号进行数字模拟转换，以产生一模拟信号；
通过所述发送链电路中的一滤波器电路接收所述模拟信号，以产生一滤波后信号；
通过所述发送链电路中的一升频器将所述滤波后信号升频，以产生一升频后信号；以及
通过所述发送链电路中的一功率放大器接收所述升频后信号，以输出所述输出信号。
5.如权利要求4所述的方法，其中利用所述发送器中的所述回送电路接收所述输出信号以依据所述输出信号产生所述回送信号的步骤包含：
通过所述回送电路中的一衰减器降低所述输出信号的振幅大小，以产生一衰减后信号；
通过所述回送电路中的一降频器将所述衰减后信号降频，以产生一降频后信号；以及
通过所述回送电路中的一模拟数字转换器对所述降频后信号进行模拟数字转换，以产生所述回送信号；
其中所述衰减器所产生的衰减后信号的衰减量是依据所述降频器与所述模拟数字转换器的线性度以及信噪比来决定。
6.一种发送器，包含：
一发送链电路，用来依据一测试信号产生一输出信号；
一回送电路，耦接至所述发送链电路，用来接收所述输出信号以依据所述输出信号产生一回送信号；
一特征化电路，耦接至所述回送电路，用来依据所述回送信号特征化所述发送器的非线性失真，其中：
所述特征化电路依据所述回送信号的多个回送样本计算所述测试信号的多个测试样本所分别对应的多个失真指标，其中所述多个测试样本分别对应于所述多个回送样本；
所述特征化电路依据所述多个测试样本的功率将所述多个失真指标分成多个群组；
所述特征化电路计算所述多个群组中的每一群组中的失真指标的平均值；以及
所述特征化电路依据所述平均值来特征化所述发送器的非线性失真。
7.如权利要求6所述的发送器，其另包含：
一数字模拟转换器，用来对所述测试信号进行数字模拟转换以产生一模拟信号，且将所述模拟信号传送至所述发送链电路；
其中所述发送链电路包含：
一滤波器电路，耦接至所述数字模拟转换器，用来接收所述模拟信号以产生一滤波后信号；
一升频器，耦接至所述滤波器电路，用来将所述滤波后信号升频以产生一升频后信号；以及
一功率放大器，耦接至所述升频器，用来接收所述升频后信号以输出所述输出信号；
其中所述回送电路包含：
一衰减器，耦接至所述功率放大器，用来降低所述输出信号的振幅大小以产生一衰减后信号；
一降频器，耦接至所述衰减器，用来将所述衰减后信号降频以产生一降频后信号；以及
一模拟数字转换器，耦接至所述降频器，用来对所述降频后信号进行模拟数字转换以产生所述回送信号。
8.一种特征化电路，用于特征化一发送器的非线性失真，所述发送器依据一测试信号产生一输出信号，所述特征化电路接收所述输出信号的一回送信号，其中：
所述特征化电路依据所述回送信号的多个回送样本计算所述测试信号的多个测试样本所分别对应的多个失真指标，其中所述多个测试样本分别对应于所述多个回送样本；
所述特征化电路依据所述多个测试样本的功率将所述多个失真指标分成多个群组；
所述特征化电路计算所述多个群组中的每一群组中的失真指标的平均值；以及
所述特征化电路依据所述平均值来特征化所述发送器的非线性失真。
9.如权利要求8所述的特征化电路，其中所述发送器包含：
一发送链电路，用来接收所述测试信号以产生所述输出信号；
一回送电路，耦接所述发送链电路，用来接收所述输出信号以产生所述回送信号；以及
所述特征化电路通过所述回送电路接收所述输出信号的所述回送信号。
10.如权利要求8所述的特征化电路，其中所述特征化电路借由所述平均值产生一静态失真指针，所述静态失真指针构成一特征曲线，所述特征化电路借由所述静态失真指针的所述特征曲线产生一反曲线，以及所述发送器依据所述反曲线进行预失真处理。
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