CN1173463C - 用于自动预失真系统的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种自动预失真系统，包括：第一电路；至少一个具有至少一个输入端以及至少一个输出端的处理电路，所述处理电路耦合到所述第一电路；耦合到所述处理电路和所述第一电路的扫描电路，所述扫描电路包括：第一扫描接收机，用于扫描施加到所述系统的信号，第二扫描接收机，用于扫描在所述处理电路的输出端上所施加信号的边带，以及与所述第一和第二扫描接收机耦合的压控振荡器；其中所述第二扫描接收机得到与由所述处理电路所产生的失真相关的信息，并且使用所述信息来修改由所述第一电路所产生的失真；所述修改后的失真被施加到所述处理电路的至少一个输入端，以便减少由所述处理电路所产生的失真。

Description

用于自动预失真系统的方法和装置
技术领域
本发明一般涉及预失真系统，尤其涉及用于处理电路的自动预失真系统。
背景技术
当信号被施加给电路(例如电子电路，光路)时，由于经过电路处理的原因，信号常常会失真。失真包括由这些处理电路所产生的任何不希望的信号，这些失真被增加到所施加的信号中，或者与所施加的信号组合。一种用于实质上消除由处理电路所产生的失真的众所周知技术是一种前馈控制系统，该前馈控制系统包括至少两个耦合到处理电路的前馈回路，以实质上减少由处理电路所产生的失真。这种技术带来的主要问题在于，每个特定处理电路需要它自己独立的一组前馈控制回路，因而对于要求多个处理电路的应用来说，控制系统的复杂性明显地增加。而且，前馈系统常常需要相关的电路用于每个前馈回路，该相关电路向前馈回路提供控制信号以及信息，用于减少由处理电路所产生的失真；这还增加了控制系统的复杂性。而且，相关电路常常利用施加给处理电路的导频信号以及从该导频信号得出的信息。导频信号常常干扰施加给处理电路的信号，因而需要更多的电路以控制导频信号的产生和适当应用。
因此需要一种具有低的复杂性并且能够实质上消除由一个或多个处理电路所产生的失真的系统。
发明内容
本发明提供了一种用于减少由至少一个处理电路所产生的失真的方法和装置。
根据本发明的一个方面，提供了一种自动预失真系统，包括：
第一电路；
至少一个具有至少一个输入端以及至少一个输出端的处理电路，所述处理电路耦合到所述第一电路；
耦合到所述处理电路和所述第一电路的扫描电路，所述扫描电路包括：
第一扫描接收机，用于扫描施加到所述系统的信号，
第二扫描接收机，用于扫描在所述处理电路的输出端上所施加信号的边带，以及
与所述第一和第二扫描接收机耦合的压控振荡器；
其中所述第二扫描接收机得到与由所述处理电路所产生的失真相关的信息，并且使用所述信息来修改由所述第一电路所产生的失真；
所述修改后的失真被施加到所述处理电路的至少一个输入端，以便减少由所述处理电路所产生的失真。
根据本发明的另一个方面，提供了一种用于减少由处理电路所产生的失真的方法，所述处理电路是预失真系统的一部分，所述方法包括步骤：
隔离由所述预失真系统的第一电路所产生的失真，其中所述预失真电路还包括一个扫描电路，所述扫描电路具有耦合到第一扫描接收机和第二扫描接收机的压控振荡器，并且所述扫描电路和所述第一电路耦合到所述处理电路；
根据来自所述扫描电路的信息，修改所述隔离失真；
将所述修改后的隔离失真施加到所述处理电路。
本发明被配置成一种自动预失真系统，该自动预失真系统包括被配置成具有与至少一个处理电路相同的物理特性的第一电路。由这个第一电路所产生的失真非常类似于由至少一个处理电路所产生的失真，失真由耦合到该第一电路的第一前馈回路所隔离。耦合到第一前馈回路、第一电路以及至少一个处理电路的第二前馈回路被用于修改该隔离的失真。耦合到第一电路、前馈回路以及至少一个处理电路的扫描电路被配置成得到用于修改该隔离失真的信息。该信息从施加给自动预失真系统的信号的边带中得出，并且出现在预失真系统的输出中，以便当修改的隔离失真被施加给至少一个电路时，修改的隔离失真与由至少一个处理电路产生的失真破坏性组合，从而实质上减少由至少一个处理电路所产生的失真。
附图说明
图1示出了本发明的自动预失真系统的示意图；
图2A描述了施加给本发明自动预失真系统的信号的频谱；
图2B描述了本发明自动预失真系统的输出端上的施加信号的频谱；
图2C描述了图2B频谱的左边带，以及扫描电路的扫描路径和返回路径；
图2D描述了图2B频谱的右边带，以及扫描电路的扫描路径和返回路径。
具体实施方式
回到图1，其示出了本发明的自动预失真系统。处理电路130A-130H被示为以并行方式耦合的放大器。很容易理解的是，在此描述的处理电路以及所有其他电路可以是来自任何一种技术或多种技术的组合(例如电子，光学技术)的任何类型的电路(以任何方式耦合)。为了便于讨论，处理电路130A-130H是射频(RF)电子放大器，例如用于诸如无线通信系统的通信系统中。而且，为了便于讨论，第一电路108也是一个射频放大电路。由第一电路108所产生的失真位于回路1的点A。隔离的失真被施加给回路2，该回路根据从施加给处理电路的信号的边带中取回的信息，来修改这种隔离失真。当修改的隔离失真被施加给并行耦合的处理电路(130A-130H)时，它与由处理电路所产生的失真破坏性地组合，因而实质上减少了由这些处理电路所产生的失真。
第一电路108具有与每个处理电路130A-130H相同的物理特性，也就是说，就工作以及物理构成而言，第一电路108是利用与用于设计处理电路的元件实质上相同的元件来构造。例如，为了半导体电路制造，第一电路108以及处理电路130A-130H都是利用相同的半导体条形材料构成。因为这些电路的近乎相同的物理以及工作特性，它们将产生非常类似的失真信号。
回路1以下面的方式隔离由第一电路108所产生的失真：施加到分路器102的信号被复制到路径103以及127上。分路器102是称作回路1的前馈回路的一部分。除了分路器102，回路1还包括增益/相位电路104，放大器106，第一电路108，耦合器124，耦合器112以及延迟电路126。增益/相位电路104是一个具有至少一个输入端，多个控制输入端以及至少一个输出端的任何已知电路，其电路根据施加到增益/相位电路的控制输入端的控制信号，来修改施加到其输入端信号的振幅以及相位。耦合器112以及124是具有至少一个输入端以及至少一个输出端的任何已知电路，其中输出是施加到至少一个输入端信号的代数组合的至少一部分。延迟电路126是带有至少一个输入端以及至少一个输出端的任何已知电路，其中施加到至少一个输入端的信号经过一定时间的延迟出现在至少一个输出端。
路径103上的输入信号被施加到增益/相位电路104。增益/相位电路104的输出被施加到输出端施加到第一电路108的放大器106。第一电路108输出的一部分(包括由第一电路108所产生的失真以及施加的信号)被从耦合器112得到，并且在耦合器124与输入信号的延迟版本(路径125上的信号)相组合。路径127上的输入信号(到耦合器124)被延迟电路124所延迟，以便路径125上的输入信号实质上经历与路径113上输入信号相同的延迟。耦合器124输出的一部分经过耦合器116而得到，并且被提供给对数放大器111。对数放大器111是提供信号振幅的平均值的任何已知电路。对数放大器111的输出被施加给零电路110，零电路110产生用于增益/相位电路104的控制信号。零电路110是将信号特性(即振幅以及相位)转换为控制信号的任何已知电路，零电路110的控制信号被施加给增益/相位电路104。由零电路110产生的控制信号使增益/相位电路104修改施加的输入信号，以便出现在路径113上的输入信号实质上是出现在路径125上的输入信号的反相(实质上振幅相等，而相位相差180°+/-0°)。当两个输入信号由耦合器124组合时，它们实质上消除了由第一电路108所产生的、留在点A的任何失真。因此，回路1起隔离由第一电路108在点A所产生的失真的作用。点A上的隔离失真由增益/相位电路122以及放大器120所修改，以便出现在路径117上的失真与由处理电路所产生的失真破坏性地组合。增益/相位电路122以及放大器120根据来自施加到本发明自动预失真系统的信号的信息，来修改隔离的失真。
施加到自动预失真系统用于由处理电路130A-130H所处理的信号具有一个特定的带宽。信号的带宽被定义为频率范围，信号的频率分量位于该范围内。回到图2A，其示出了输入到本发明自动预失真系统的信号(即输入到分路器182)的频率响应(200)或者频谱。从图2A可以看出，该带宽是较低频率fl到较高频率fU之间频率的范围，在该带宽内，具有振幅为A的信号的频率分量f0被称为中心频率。因此，信号的带宽为fU-fl。在由并行耦合的放大器处理后的当前信号具有由图2B所示的频谱。
在图2B中，预失真系统输出端上信号的频谱(当前由因素k所放大)具有三个部分，即信号频谱20以及边带204以及202。每个边带为位于施加信号的带宽以外的频谱。业已知道，边带是由处理电路所产生的失真的表现形式，而这种失真并没有出现在图2A所示的原始信号中。因此，关于处理电路所产生失真的信息可以从边带中得出。而且，业已知道，失真是对称的，也就是说，边带204具有与边带202相同的失真信息。
回到图1，并行耦合的处理电路130A-130H的输出信号出现在路径135上，并且具有由图2B所示的频谱。应该注意的是，由频率f1以及f2所限定的较大带宽代表处理电路(130A-130H)的带宽以及第一电路108的带宽。本发明的自动预失真系统还包括一个扫描电路，其用于得到关于处理系统所产生的失真的信息。扫描电路的元件以及它们的相互关系被在下文中讨论。扫描电路的工作参考图2C和图2D被最佳地描述。
现在回到图2C，扫描电路扫描由频率f1以及f2所限定的频率范围。频率范围f1-f2具有三个区域，即区域x，区域y以及区域z。区域x由频率f1和fl所限定，区域y由频率fl和fu所限定，区域z由频率fu以及f2所限定。扫描电路以路径208所示的方式扫描这三个区域。尤其是，扫描电路在f1开始，并且如路径208所示，经过区域x，区域y以及区域z，最后扫描到右边。当扫描电路的到达频率f2时，它复位为f1，以再次用相同的顺序来扫描这三个区域。返回路径以虚线示出，指示扫描电路在已经扫描这三个区域之后，将自己复位为f1。扫描电路以上述方式扫描，直到信号被施加到预失真系统。
当具有带宽fu-fl的信号被施加给预失真系统时，扫描电路检测到信号的存在，接着反向(相反方向)扫描一段固定时间，并且得到由扫描接收机138所接收到的信号的平均值(利用定时积分器142)。接着扫描电路前向扫描到fl，并且如果施加的信号仍然存在，扫描电路从fl向后扫描一段固定时间，因而扫描了一部分或者整个边带204。边带204被扫描的数量取决于扫描速率。扫描边带204使扫描电路得到失真信息。现在回到图2D，扫描电路也可以被设计成从右到左扫描，在f1开始，并且如路径212所示，经过区域z，区域y以及区域x，最后扫描到左边。返回路径以虚线示出，指示扫描电路在已经扫描这三个区域之后，将自己复位为f2。当信号被施加给自动预失真系统时，扫描电路检测到信号的存在，接着前向(相反方向)扫描一段固定时间，并且得到由带有定时积分器142的扫描接收机138所接收到信号的平均值。接着扫描电路反向扫描到fU，并且如果施加的信号仍然存在，扫描电路从前向扫描一段固定时间，因而扫描了一部分或者整个边带202。边带202被扫描的数量取决于扫描速率。扫描边带202使扫描电路得到失真信息。应该指出的是，因为边带(202以及204)是对称的，并且包含相同的失真信息，为了得到失真信息，扫描电路仅需要扫描其中一个边带。
返回图1，扫描电路包括耦合到扫描接收机146以及138的压控振荡器(VCO)144。扫描电路还包括对数放大器148，140，信号检测器150以及定时积分器142。VCO 144是一个标准的压控振荡器，其振荡频率与施加的变化电压成比例。一般来说，斜坡信号产生器(未示出)被施加到VCO，以使这种电路以连续方式输出频率的范围，并且当它到达特定结束频率时，返回其开始频率。扫描接收机是一般的滤波器，其中心频率可以根据振荡器电路的输出而变化。扫描接收机在整个频率扫描范围上的带宽(即f1到f2)优选地为6kHz。扫描时间优选地在1毫秒到10毫秒的范围中。因而，扫描电路具有以特定扫描频率从f1到f2扫描的6kHz窗口。扫描速率(一般以Hz/sec为单位来测量)被定义为所扫描的频率范围与扫描这个频率范围所花费的时间的比值。扫描接收机146扫描预失真系统的输入(即分路器的输入)，并且扫描接收机138扫描预失真系统的输出(即路径135)。
由于仅讨论的缘故，扫描电路被假定设计成扫描区域x，用于当信号被施加给本发明的自动预失真系统时，得到关于处理电路(130A-130H)所产生的失真的信息。扫描电路沿着图2C所示的路径，从频率f1开始扫描。再回到图1，扫描操作涉及VCO 144在频率f1振荡，振荡频率以连续的方式并且以特定扫描速率增加。扫描接收机146以及138被耦合到VCO 144，以便它们被在VCO 144的振荡频率上调谐。因此，VCO 144增加其振荡频率(在频率f1时开始)的速率就是扫描接收机146以及138分别扫描本发明自动预失真系统的输入以及输出的速率。
当扫描接收机扫描过这些频率区域时，它们接收出现在被扫描的频率范围中的信号。对于扫描接收机146来说，在本发明预失真系统的输入端检测到的信号被施加到对数放大器148。对于扫描接收机138来说，在本发明预失真系统的输出端检测到的信号被施加到对数放大器140。对数放大器148的输出被施加到信号检测器150，该信号检测器产生一个“能量被检测到”信号(例如脉冲，电压)，以指示其输入信号高于某一门限。该门限被设置，以便当某一电平或振幅的信号出现在预失真系统的输入端时，该信号由扫描接收机146所接收，由对数放大器148所处理并且由信号检测器150所检测，该信号检测器发送一个“能量被检测到”信号(经过路径152)到定时积分器142。
信号检测器150也发送另一个“能量被检测到”信号(它可能或者不可能处于与路径152上信号相同的格式中)经过路径154到VCO144，使VCO振荡频率在反向方向上开始扫描一段固定时间。在接收到来自信号检测器150的“能量被检测到”信号之后，定时积分器142产生“扫描速率/范围”信号经过路径156到VCO 144。扫描速率/范围信号使VCO 144(以及扫描滤波器138)以某一扫描速率扫描区域x或者其中一部分。此时，扫描接收机138正在接收出现在本发明预失真系统的输出端(即路径135)的信号。接收到的信号被施加给对数放大器140，对数放大器140的输出被施加到定时积分器142。定时积分器是用任何已知方式实现的平均值电路，也就是说，定时积分器142得到其输入的特性(例如振幅，相位)的平均值(例如，统计平均值，加权平均值，算术平均值)。定时积分器142的输出被施加到零电路119。
零点路119是任何已知的电路，其将施加到其输入端的信号特性转换为施加到增益/相位电路122的控制信号。增益/相位电路122被配置成修改在其输入端出现的信号的增益或相位。因此，根据由零电路119所产生的控制信号，来修改点A上的隔离失真。
零电路119被配置成产生控制信号，以便修改点A上的失真，使得在该失真已经由增益/相位电路122，放大器120处理，并且与出现在路径115上的信号组合(利用组合器130)之后，路径117上产生的失真信号实质上是由并行耦合的处理电路130A-130H(经过组合器130以及分路器128)所产生的失真的反相(即振幅实质上相等，而相位相差180°+/-1°)。因此，当修改的隔离失真被施加到并行耦合的处理电路130A-130H时，它与由这种处理电路所产生的失真破坏性地组合，以便出现在路径135上的处理电路失真被实质性地减少。
因为由并行耦合的处理电路所产生的失真并没有被完全消除，出现在路径135上的信号包含了某些剩余的处理电路失真。出现在路径135上信号的一部分(即预失真系统的输出信号包括剩余的处理电路失真以及输入信号)经过路径166耦合到差值电路136。应注意的是，出现在路径162上的信号是由延迟电路160所延迟的输入信号的复制(经过分路器182，路径174，分路器172以及路径170)。由延迟电路160所提供的延迟是这样的，即在输入信号经过分路器182，增益/相位电路180，回路1，回路2，分路器128，并行耦合的处理电路130A-130H，组合器132，耦合器134，路径166传播之后，输入信号所经历的延迟实质上等于由输入信号经过分路器182，路径174，分路器172，路径170以及路径162所经历的延迟。应该注意的是，组合器130以及132是任何已知电路，其中出现在其输出端的信号是施加到其输入端信号的组合(例如代数和)。
差值电路产生路径166上信号(输入信号+剩余失真)以及路径162上信号(输入信号)之间的差值(即代数差值)。产生的差值信号经过路径137施加给扫描接收机138，并且也出现在路径158上。当假设路径166与162输入信号在振幅和相位相等时，以代数术语表示：(路径166上的输入信号+剩余失真)-(路径162上的输入信号)＝剩余失真。在实际电路中，在路径137以及158上也有剩余输入信号。路径137上的剩余输入信号由扫描接收机138所滤出，因为该接收机正在扫描区域x，该区域在施加的输入信号的频带之外。路径137上的剩余失真由扫描接收机138所检测，并且施加给对数放大器140，定时积分器142以及零电路119，该零电路产生控制信号以减少剩余失真。
路径158上的信号(即剩余失真以及剩余输入信号)被施加给对数放大器176，零电路178以及增益/相位电路180。应该注意的是，由于出现在路径158上的剩余失真在振幅上比剩余的输入信号相对地小的多，对数放大器事实上仅检测到剩余的输入信号。剩余的输入信号表示在施加到处理电路之前的输入信号与在由处理电路处理之后的输入信号之间的差值。由零电路178所产生的控制信号是这样的，即增益/相位电路调整经过路径175所施加的输入信号的振幅和相位，以便施加到分路器102的信号的振幅保持相对地固定。因此，路径166-路径158(经过差值电路136)-对数放大器176-零电路178表示一个自动增益控制(AGC)电路。AGC电路通过调整施加到回路1的信号的振幅，来试图保持输入信号(路径135上)振幅的相对固定。
衰减器109(例如可变电阻器)被提供在第一电路108的输出端，以便可以减少施加到并行耦合电路130A-130H的信号。当操作衰减器109来减少路径117上的输入信号时，为了将输出信号(路径135上)的振幅保持在固定电平上，本发明预失真系统的AGC电路还将放大经过增益/相位电路180施加的输入信号，使第一电路108处理带有相对较高能量或功率的信号。由于被施加给第一电路108的输入信号的相对较高能量，由第一电路108所产生的失真将非常地相关于或极近地跟踪由并行耦合的处理电路130A-130H所产生的失真。因此，由于由第一电路108以及处理电路130A-130H所产生的各自失真将非常地相关，如上所述，这种失真事实上可以被彼此消除。因而，衰减器109被还用于减少由处理电路所产生的失真。

Claims (16)

1.一种自动预失真系统，包括：
第一电路；
至少一个处理电路，具有至少一个输入端以及至少一个输出端，所述处理电路耦合到所述第一电路；
耦合到所述处理电路和所述第一电路的扫描电路，所述扫描电路包括：
第一扫描接收机，用于扫描施加到所述系统的信号，
第二扫描接收机，用于扫描在所述处理电路的至少一个输出端上所施加信号的边带，以及
与所述第一和第二扫描接收机耦合的压控振荡器；
其中所述第二扫描接收机得到与由所述处理电路所产生的失真相关的信息，并且使用所述信息来修改由所述第一电路所产生的失真；
所述修改后的失真被施加到所述处理电路的至少一个输入端，以便减少由所述处理电路所产生的失真。
2.根据权利要求1的自动预失真系统，还包括耦合到所述第一电路的第一前馈回路以及第二前馈回路，其中所述第一前馈回路被用于隔离由所述第一电路所产生的失真，所述第二前馈回路被用于修改所述被隔离的失真。
3.根据权利要求2的自动预失真系统，其中所述第二前馈回路具有根据由所述扫描电路所提供的信息，修改所述被隔离失真的相位及振幅特性的电路，其中所述被修改的隔离失真被传送给所述处理电路的至少一个输入端。
4.根据权利要求2的自动预失真系统，还包括一个AGC电路，其耦合到所述第一前馈回路以及所述处理电路。
5.根据权利要求1的自动预失真系统，其中所述信息包括由所述处理电路所产生的失真。
6.根据权利要求1的自动预失真系统，其中一个衰减器被耦合到所述第一电路的输出端，并且所述衰减器的操作使得由所述第一电路所产生的失真匹配于由所述处理电路所产生的失真。
7.根据权利要求1的自动预失真系统，其中所述第一电路以及所述处理电路被配置成它们具有相同的特性。
8.根据权利要求1的自动预失真系统，其中所述第一电路以及所述处理电路均为RF放大器。
9.根据权利要求1的自动预失真系统，其中所述处理电路包括多个并联耦合的电路。
10.根据权利要求1的自动预失真系统，其中所述施加信号具有一个带宽，所述第二扫描接收机扫描频谱位于所述施加信号的带宽之外的频率范围，以得到所述信息。
11.根据权利要求1的自动预失真系统，其中所述扫描电路还包括：
经过第一对数放大器耦合到所述第一扫描接收机的信号检测器；
经过第二对数放大器耦合到所述第二扫描接收机的定时积分器，
其中所述定时积分器以及所述信号检测器都耦合到所述压控振荡器。
12.根据权利要求11的自动预失真系统，其中在所述信号检测器检测到所述施加信号时，所述定时积分器产生扫描速率/范围信号，使所述第二接收机扫描施加给所述自动预失真系统的信号的边带。
13.根据权利要求11的自动预失真系统，其中所述第一扫描接收机具有一个输出，并且所述输出被施加到所述信号检测器，从而使得所述信号检测器检测所述施加信号。
14.一种用于减少由处理电路所产生的失真的方法，所述处理电路是预失真系统的一部分，所述方法包括步骤：
隔离由所述预失真系统的第一电路所产生的失真，其中所述预失真电路还包括一个扫描电路，所述扫描电路具有耦合到第一扫描接收机和第二扫描接收机的压控振荡器，并且所述扫描电路和所述第一电路耦合到所述处理电路；
根据来自所述扫描电路的信息，修改所隔离的失真；
将所述修改后的隔离失真施加到所述处理电路。
15.根据权利要求14的方法，其中所述修改步骤中的信息包括由所述处理电路所产生的失真。
16.根据权利要求14的方法，其中所述修改隔离失真的步骤包括：
利用所述第二扫描接收机扫描所述处理电路所产生的失真所位于的频谱，
根据所述扫描的频谱来得到失真信息，
利用所述失真信息来修改所述隔离的失真。
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