CN1206251A - 在数字传输系统中线性化放大器输出的自适应预失真装置 - Google Patents

Abstract

在一个传输系统里,用于补偿放大器的非线性失真作用的自适应装置。I信道和Q信道存贮器存贮大量的预失真校正值。通过使用输入的原始信息信号的一个预先规定数目个重要比特作为对存贮器寻址的地址,以重新产生I信道和Q信道预失真校正值。I信道和Q信道预失真校正值数字地与原始信息信号的I信道与Q信道分量组合,以对原始信息信号预失真。预失真了的信号按实格式被提供到放大器,反馈抽样信号从放大器的输出去耦合。在复数域(I/Q)按数字格式将原始信息信号与反馈抽样信号作比较。

Description

在数字传输系统中线性化 放大器输出的自适应预失真装置

本发明涉及到通信系统，尤其涉及对传输系统的高功率放大器的非线性失真行为产生抵消作用的系统。

广播通信系统使用一高功率放大器作为系统的信号传输或转发器单元的一部分。不幸的是，高功率放大器具有非线性失真的特征，它将使被放大的信息信号产生失真。高功率放大器的非线性失真特征将严重地影响信号的瞬间幅度和相位。由于成本和功率浪费，只能作到这个程度来“线性化”高功率放大器。

现有的技术往往是对信息信号“预校正”，以线性化放大器的输出。这些技术的其中之一包括幅度校正，它产生一个与放大器的非线性特征相关的线性分段预校正函数。其结果是得到一根接近理想校正的分段校正曲线。该校正被加到信息信号。

已知技术中也有用信息信号对一个RAM寻址，该RAM包含信息数据值的预先决定的预失真版本，正如美国专利No．4，291，277的说明书中公开的。该预失真版本作为信号与实际的信息信号一起加到馈入传输放大器的部件(例如，一个正交混合器)。RAM中的替代值通过在实际的期望得到的数据的表征与来自于放大器的已解调的“切片”(或重新量化)抽样信号之间作模拟比较而被更新。抽样信号是通过适当的部分(例如，一个正交解调器)沿着反馈路径提供的，以用于比较。

然而，现有的系统受限于由正交混合器和正交解调器输出的值。例如，对于一个采用16QAM的系统，抽样信号的正交解调受限于在每个实轴(I)或虚轴(Q)上的四个电平之一。现有系统不能提供一定的频谱校正。而且，模拟比较受限于模拟信号的分辨率。特别是，解调器的限幅器(slicer)不提供在抽样期之间的信息(即就是，得不到有用信息)。现有系统不能校正带外失真。这样，现有系统不能校正由放大器在8残余边带系统(8VSB)中对每字32位的PAM信号产生的非线性。特别是，QAM被量化成每根实轴(I)和虚轴(Q)上的一个有限的电平级别组。比较而言，8VSB在实轴(I)上量化，这样，虚轴(Q)是不定变量。

本发明包括一个用于补偿由宽带传输系统的传输放大器对信息信号产生的失真作用的自适应装置，该放大器使信号的信号特征从它们的期望值偏移，所述的装置包括：用于提供一个多比特数字信息信号的信号提供装置，用于存贮大量数字的预失真校正值的存贮装置，用于在所述的存贮装置中选择一个预失真校正值的选择装置，它使用信息信号的预定数目个重要的比特作为存贮器的地址，用于数字化地将信息信号与选择的预失真校正值组合起来以提供一个预失真信号的组合装置，用于将预失真信号加到放大器的输入端的提供装置，用于从放大器的输出耦合抽样信号的抽样装置，此外的抽样信号是从信息信号的预失真的放大得出的，用于将信息信号与抽样信号以数字格式比较的比较装置，以及用于在所述的存贮装置中基于通过所述的比较装置比较来修改所选的预失真校正值。

方便地，用于补偿在宽带传输系统中由传输放大器作用到信息信号的失真的自适应装置，具有使信号的信号特征从它们的期望值偏移的放大器。该装置包括用于提供一个多比特数字信息信号的数据提供装置。存贮装置存贮大量的数字预失真校正值。选择装置在存贮装置中选择一个预失真校正值，它使用信息信号的一预定数目的重要比特作为存贮地址。组合器将信息信号与所选的预失真校正值数字地组合以提供一个预失真信号。提供装置将预失真信号提供到放大器的输入端。抽样装置将抽样信号从放大器的输出去耦合，该抽样信号是从预失真信息信号的放大得出的。比较装置以数字格式将信息信号与抽样信号比较。更新装置基于由比较装置执行的比较在存贮装置中修改所选的预失真值。

现在，本发明将参考以下附图，通过例子，来描述，其中：

图1是一个装置的原理图；

图2是一个实例设备的原理图；

图3是图2中所示的包括该装置的设备的一部分的原理图；

图4是放大器传输曲线图；以及

图5是表示本发明的预失真校正的复数失量图。

图1表示一个补偿信息数据信号失真的装置10。根据本发明，装置10为信息数据提供预失真校正，该信息数据以相对高速率发送。而且，本发明对宽带(例如，18MHz)应用很有用。

高速率和带宽与该装置10的使用系统环境相关。相应地，装置10可以用于具有这一需求的任何系统中。例如，装置10被用于如图2中所示的一个高清晰度电视(HDTV)系统12中。该HDTV系统12包括多个信号源14，例如一个摄象单元，一个存贮单元，或一个接收单元(例如，一个卫星下行业务)。从信号源14来的信号被提供到总体联合编码器16。从总体联合编码器16来的信号被提供到一个分配转换器18，该分配转换器18给STL复用器／发射机20提供一个信号。

在信号源和远端微波天线22和24之间建立一个微波链路，从远端天线24来的信号被提供到STL接收机／解调器26。该信号通过一个解复用器28和一个转换器30，到达一个八(8)残留边带(此后称作“8VSB”)激励器32。8VSB激励器32(图3)包含根据本发明的装置10。8VSB激励器32的输出(图2)被提供到一个UHF／VHF发射机34，则在电视40可以接收到一个从广播天线36来的一个广播信号。了解该技术的人将意识到需要到系统各个组成部分(包括装置10的诸组成部分)的提供适当定时信号的信号定时线，以用于同步各个组成部分的操作。了解该技术的人也应理解该定时操作。相应地，为了清楚起见，定时线将被忽略。

现在转到如图3中所示的8VSB激励器32实例的详细描述，从转换器30接收信息数据流，并经过一个字节信息设备42到达一个字节随机化设备44。信息数据流经过一个Reed Solomon编码器46，并经过一个Trellis编码器48。信息数据流通过一个或多个滤波器和／或校正器50，一个自适应非线性校正器52，和一个或多个滤波器和／或均衡器54。在优选的实施方式中，输入到非线性校正器52的信息数据流是由在一个相位-幅度调制电信号中定义的32比特字组成。非线性校正器52是装置10的一部分，装置10补偿信息信号的非线性失真，它将在下面更详细地描述。

信息数据流通过一个数模转换器(DAC)56和一个由一个本地振荡器60驱动的上变频器58。信息数据流从上变频器58前进到发射机34。在发射机34里，信息数据流(现在是模拟的，但经过了上变频)经过发射机34的一个高功率传输放大器62。放大器62以一个非线性方式使经过放大器的信号失真。

例如，图4是一个高功率放大器的转移函数图(即就是输入对输出)。放大器的实际转移曲线如图4中实线所示。线性转移曲线，通常是理想的而不可达到的，如图4中的虚线所示。该图表示出随着输入的增加；实际转移曲线与理想情况的偏差。

作为补偿由放大器62引起的非线性失真的过程的一部分，放大器62的输出被“抽样”以提供一个反馈抽样信号。反馈抽样信号指示放大器的输出，并沿着一条反馈路径提供。具体说，耦合器64将抽样信号从放大器62的输出耦合出来。反馈抽样信号通过一个下变频器66，它与上变频器58一样由同一个本地振荡器60驱动。反馈抽样信号通过一个模数转换器(ADC)68，并提供到非线性校正器52。

在非线性校正器52里(图1)，为了补偿由放大器62引起的非线性失真，信息信号(即就是，源数据信号，此后称作原始信息信号)被预失真。具体说，放大器期望的输出，经过预先失真的信号的放大，是一个如果放大器62不产生失真时将出现的信号。而且，随着放大器62的失真特性的改变(例如，由于温度起伏引起的变化，以及由于元件老化引起的变化)，非线性校正器52适应预失真以补偿从放大器62产生的新失真。

在非线性校正器52中，原始信息信号被提供到一个实-复转换器70。应认识到，如果原始信息信号以复数格式(I，Q)被加到非线性校正器52，该实-复转换器70不需要。例如，原始信息信号的实-复转换将产生至少一个滤波器／校正器50的上行流，它以复数而不是实数的形式运作。这一讨论的目的是说明而不是限制，加到非线性校正器52的数据流是实的，实-复转换器70是现存的。

实-复转换器70的输出是一个I-信道信号，它是代表实分量，和一个Q-信道信号，它是代表虚分量。在优选的实施方式中，I信道原始信息信号每字包含16比特(即就是，原始32比特字的一“半”)，以及Q信道原始信息信号每字包含16比特(即就是，原始32比特字的另一“半”)。

I信道原始信息信号作为第一个输入加到I信道求和设备72I，Q信道原始信息信号作为第一个输入加到Q信道求和设备72Q。到I信道求和设备72I的第二个输入是从I信道随机接入存贮器74I提供来的。类似地，到Q信道求和设备72Q的第二个输入是从Q信道随机接入存贮器74Q提供来的。在每个求和设备72I，72Q里面，两路提供来的信号被相加起来。

由I信道和Q信道存贮器74I和74Q提供到求和设备72I和72Q的值是预失真校正值。每个I信道和Q信道存贮器包括一个由存贮位置的数组，它是按查找表的形式。每个存贮器位置一个校正值字，该字与I／Q原始信息信号字的长度一致。因此，在优选的实施方式中，在I信道和Q信道存贮器里的每一个字有16位。

推荐地，I信道存贮器74I的数组的大小与Q信道存贮器74Q的大小一样大。I信道和Q信道存贮器74I和74Q的数组大小与每个信息数据字的比特数有关，该信息数据字标识为“最重要的”。特别是，每个I信道和Q信道存贮器74I，74Q的大小是2^k1×2^k2，其中K₁是I信道原始信息信号的指示最重要比特的数目，K₂是Q信道原始信息信号的指示最重要比特的数目。在优选实施方式，每一信道(I和Q)8比特(总共16比特)标记为最重要。这样，优选地，每个存贮器数组(I和Q)有2⁸×2⁸(65636)个存贮器位置，每个存贮器(I和Q)的大小是2⁸×2⁸×16。

通过使用I信道原始信息信号字的K个最重要比特加上Q信道原始信息信号字的K个最重要比特作为一个地址，来存取I信道存贮器74I的校正值并加到I信道求和设备72I的第二个输入端。I信道原始信息信号字的K个最重要比特是在地址总线76I上通过一个缓冲连接78I提供(例如，适当的三状态缓冲器互接)。在I信道存贮器74I里，I信道原始信息信号的K个最重要比特被用作存贮器地址的K个最重要比特，Q信道原始信息信号的K个最重要比特被用作存贮器地址的K个最不重要比特。应该认识到存取I信道存贮器74I是通过一个地址总线缓冲控制器和一根读／写控制线控制的，这一点为了清楚起见被忽略。

同样，Q信道存贮器74Q里的校正值是通过使用I信道原始信息信号字的K个最重要比特加上Q信道原始信息信号字的K个最重要比特作为一个地址来存取，并加到Q信道求和设备72Q的第二个输入。在Q信道存贮器74Q里，I信道原始信息信号的K个最重要比特被用作存贮器地址的K个最重要比特，Q信道原始信息信号的K个最重要比特被用作存贮器地址的K个最不重要比特。应认识到存取Q信道存贮器74Q是通过一个地址总线缓冲控制器和一根读／写控制线控制的，这一点为了清楚起见被忽略。

将由存贮器74I提供的校正值加到I信道原始信息信号(通过求和设备72I)得到一个预失真的I信道信息信号。将由存贮器74Q提供的校正值加到Q信道原始信息信号(通过求和设备72Q)得到一个预失真的Q信道信息信号。本发明不仅提供信号幅度失真的校正，而且提供由放大器62引起的瞬间相位失真校正。因此，存贮器中的值具有复数分量，它通过使用Q信道原始信息信号作为存贮器地址的一部分来存取。

预失真的I信道和Q信道信号分别从求和设备72I和72Q输出。预失真的I信道和Q信道信号提供到复-实转换器80。转换器80组合I信道和Q信号，并以实数格式输出一个预失真的信息信号。复-实转换器80的输出被提供到数模转换器56，以开始下行流，从上行转换器58到具有放大器62的发射机34。从复-实转换器80输出的预失真信息信号使得由放大器62引起的非线性失真得到补偿。

随着放大器62的非线性失真特性变化是通过提供反馈抽样信号到非线性校正器52完成的(即就是，从模数转换器68输出预失真的，失真了的信号)。在校正器52里，反馈抽样信号输入到实-复转换器82。实-复转换器82的输出是一个I信道反馈抽样信号和一个Q信道反馈抽样信号。I信道和Q信道反馈抽样信号代表在复数域里的预失真的、放大器失真的原始信息信号。在优选的实施方式中，I信道和Q信道反馈抽样信号包括16比特字。

校正算法84适应或调整非线性校正器52要加到随后的信息数据信号的预失真的数量。从实-复转换器70输出的I信道和Q信道原始信息信号，作为第一个输入提供到校正算法84。I信道和Q信道反馈抽样信号，作为第二个信号被提供到校正算法84。在校正算法84里，I信道原始信息信号与一个相应的I信道反馈抽样信号相比较，以检测出不同。优选地，两个被比较的I信道信号中的一个从另一个中减去。类似地，Q信道原始信息信号与相应的Q信道反馈抽样信号相比较，以检测出不同。如果需要，可以在校正算法84里对I信道和Q信道的原始信息信号进行比例换算，以适应系统增益的变化。

由于非线性校正器52是一个数据流系统里的一个组成部分，“原始”信息数据继续通过系统，并必须被处理。而且，与一特定原始信息信号相应的反馈抽样信号在该原始信息信号通过放大器62时被产生(即就是，从放大器输出端耦合出来)。反馈抽样信号在给校正算法84提供相应的原始信息信号稍后的时刻产生。而且，必须产生相应的反馈抽样信号，并经过几个组成部分到达校正算法84。因此，校正算法84包括缓冲存贮装置(未画出)，该存贮装置用于短期保持每个I信道和Q信道的原始信息信号，直到与它们相匹配的用来比较的相应的I信道和Q信道反馈抽样信号到来。原始信息信号(I和Q)保持在缓冲存贮器中，等待有关给校正算法84提供的相应的反馈抽样信号(I和Q)活动的完成(为了清楚起见相关和同步需要的定时信号再一次被忽略)。现在关注校正算法84里的相应信号之间的比较。原始信息信号(I和Q)与返回的抽样信号的反馈(I和Q)之间的差别，如果有的话，代表原始信息信号为了完全补偿在放大器62里出现的失真应被预失真的比例的量。这可以通过在复平面中将原始信息信号标识为“A”矢量(图5)，在复平面中将反馈抽样信号标识为“B”矢量来理解。A与B矢量之间的差用“C”矢量表示。“C”矢量代表标识校正需要的方向和相对幅度的误差矢量。

校正算法84产生一个新的I信道校正值和一个新的Q信道校正值，用于分别调整在I信道和Q信道存贮器74I和74Q里的值。如果需要，新的I信道和Q信道值被进行比例换算。新的校正值被校正算法84分别提供到I信道和Q信道存贮器74I和74Q的输入线86I，86Q。同时，校正算法84为每个I信道和Q信道存贮器提供一个8位地址以分别加到地址总线76I和76Q。由校正算法提供的存贮器地址由存贮在校正算法84的缓冲存贮器里的原始I信道和Q信道信号产生。

当放大器62的失真特性改变时，校正算法84每当相同的原始信息信号前行经过数据流时将连续地微调在I信道和Q信道存贮器74I和74Q里的校正值。换句话说，处理是重复的或经验的。校正算法84产生的校正量(即就是，图5中矢量C)将随着校正趋向理想预失真校正值而变得越来越小。而且，每当放大器62的失真特性改变时，自适应非线性校正器52和它的校正算法84，适应新的失真。

因此，本发明提供更精确的转移曲线控制和适应系统的变化(例如，漂移)。而且，由脉冲变形或／和系统带宽限制而产生的码间电平也被校正。特别是，抽样间的电平通过比码元速率大的抽样速率来容纳。

在一个传输系统中用于补偿一个放大器的非线性失真的自适应装置。I信道和Q信道存贮器存贮大量的数字化预失真校正值。存贮器通过使用输入的原始信息信号的一预定数目个重要比特来寻址，以产生I信道和Q信道的预失真校正值。I信道和Q信道的预失真校正值数字地与原始信息信号的I信道和Q信道分量组合，以使原始信息信号预失真。预失真了的信号按实数形式被加到放大器，并且反馈抽样信号被从放大器的输出耦合出来。在原始信息信号和反馈抽样信号之间按数字形式在复数域(I／Q)中作比较。

Claims (10)

1．用于补偿由一个宽带传输系统的一个传输放大器作用到信息信号的失真的自适应装置，该放大器使信号的信号特征从它们的期望值偏移，所述的装置包括：用于提供一个多比特数字信息信号的信号提供装置，用于存贮大量数字预失真校正值的存贮器装置，用于在所述的存贮器装置里选择一个预失真校正值的选择装置，它用信息信号的一预定数目个重要比特作为存贮器地址，用于数字地将信息信号与所选的预失真校正值组合以提供一个预失真信号的组合装置，用于将预失真信号提供到放大器输入端的提供装置，用于将抽样信号从放大器的输出耦合出来的抽样装置，抽样信号是从信息信号的预失真的放大得来的，用于以数字格式将信息信号与抽样信号相比较的比较装置，以及用于在所述的存贮装置中基于由所述的比较装置执行的比较来修改所选的预失真校正值。

2．如权利要求1中要求的装置，其中所述的信号提供装置包括用I信道和Q信道格式提供信息信号的装置。

3．如权利要求2中要求的装置，其中所述的存贮装置包括用于存贮预失真校正值的I信道和Q信道分量的装置，包括的所述的组合装置具有用于组合I信道分量的装置和用于组合Q信道分量的装置。

4．在权利要求1到4中任何一个中要求的装置，其中所述的提供装置包括一个复-实转换器，一个数模转换器，和一个上变频器，并且在其中所述的比较装置包括用于检测信息信号与抽样信号差别的装置。

5．如权利要求6中所述的装置，其中所述的更新装置包括用于修改所选的预失真校正值以包括信息信号与抽样信号差别的装置。

6．如权利要求1到5中任何一个要求的装置，其中信息信号具有一个32位字，所述的选择装置使用信息信号的16个重要比特作为存贮器的一个地址。

7．如权利要求1中要求的装置，其中所述的存贮装置包括用于存贮预失真校正值的I信道和Q信道分量的装置，所述的选择装置包括用于选择预失真校正值的I信道分量的装置，选择时使用信息信号的一个I信道分量和一个Q信道分量作为存贮地址，以及用于选择一个预失真校正值的Q信道分量的装置，选择时使用信息信号的I信道分量和Q信道分量作为一个存贮器地址。

8．如权利要求7中要求的装置，其中信息信号的I信道分量有一个16位的字，信息信号的Q信道分量有一个16位的字，以及所述的选择装置使用信息信号的I信道分量的8个重要比特作为一个存贮器地址，所述选择装置使用信息信号的Q信道分量的8个重要比特作为一个存贮器地址。

9．如权利要求8中要求的装置，其中所述的用于存贮预失真校正值的I信道分量的装置有一个用于存贮2^k1×2^k2个预失真校正值大小的数组，其中k₁是用作存贮器地址的信息信号的I信道分量的重要比特的数目，k₂是用作存贮器地址的信息信号的Q信道分量的重要比特的数目。

10．如权利要求9中要求的装置，其中所述的用于存贮预失真校正值的Q信道分量的装置具有一个用于存贮2^k1×2^k2个预失真校正值大小的数组，其中k₁是用作存贮器地址的信息信号的I信道分量的重要比特的数目，k₂是用作存贮器地址的信息信号的Q信道分量的重要比特的数目。

Images