CN1210977C - 发送信号数字预畸变和频率特性补偿及前馈的线性化的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

为了使数字信号线性化，把两个不同的信号馈入前馈放大器的校正环路。信号之一(主信号)，在其被送到非线性放大器(3)之前，被施加预畸变和频率特性补偿。第二信号保持未经畸变并用作参考信号，此信号被用于抵消主信号部分。这两个信号被馈入校正环路用于输出高度线性化的输出信号。

Description

发送信号数字预畸变和频率特性补偿 及前馈的线性化的方法和装置
技术领域
本发明涉及一种数字式生成的发送信号的线性化方法，该线性化具有组合的数字预畸变和频率特性补偿线性化以及前馈线性化(前向校正线性化)。
此外，本发明涉及可实现本发明方法的几种装置。
背景技术
已知的具有调幅部分的调制方法，在发送信号的非线性分量上生成起干扰作用的信号部分，如发送信号频率的频谱展宽和误差信号的增加。
由P.B.凯灵顿(Kerington)所著，Artech出版社出版，书号ISBN 1-58053-143-1的″高线性RF放大器设计″中已知，例如用于数字信号线性化的方法，尤其是如在数字移动无线网站的发送机中出现的数字信号。在其中尤其涉及例如所谓的反馈，前馈(前向校正)和预畸变(数字预畸变)方法。此外，从此现有技术中已知所谓的线性放大器在所谓的甲类工作中以补偿(调节不足)运行。然而这些已知线性放大器通常只有很低的效率。
在由此现有技术已知的方法中，特别是前馈(FF＝前向校正)方法得到广泛应用。这种方法例如在所谓的多载波功率放大器(多信道载波功率放大器)中应用于UMTS标准(参阅ETSI。标准ETSI/3088，在网站www.etsi.org)。
前馈方法需要高昂的电路技术费用，但是也具有能将随时间变化的畸变线性化的优点。为了能够实现满足GSM规范围(参阅GSM标准05.05)的多信道载波功率放大器，需要多于一个单独的前馈环路(前向校正环路)用于发送信号线性化。然而随着每增加一个前馈环路放大器的效率也随着下降，同时成本提高。由于这种原因，″高线性RF放大器设计″中已知的方法用于串联多个前馈环路，在实践中是不受欢迎的。
与此相反，如果利用数字专用集成电路，所谓的ASIC，借助数字预畸变实现线性化则是费用很低的。这样一种方法例如在″高线性RF放大器设计″中也己公开。然而单独采用这种办法还不能充分满足GSM标准的线性化要求。
尤其在数字移动无线网中，通过在调制时使用高峰值与平均值之比的新式调制方法提出对高度线性化信号越来越高的要求，其中应尽可能廉价实现线性化。尤其在多通道载波运行时，在实践中对发送放大器的线性度提出很高要求。上述已知方法不能令人满意地满足这些要求。
发明内容
因此本发明的任务是，提供发射机，尤其是数字移动无线网的基站或移动站中发送机的用于数字信号线性化的一种方法，用此方法可以克服现有技术的缺点。
根据本发明的数字式生成信号的线性化的方法，包括：数字生成信号的数字预畸变和频率特性补偿；预畸变数字生成信号的数模转换用于由数字生成信号生成模拟预畸变的和频率特性补偿的信号；由数字生成信号生成模拟的相位和幅度匹配的参考信号；通过模拟预畸变和频率特性补偿的信号与模拟相位和幅度匹配的参考信号相减生成误差信号，和误差信号与预畸变和频率特性补偿信号叠加成输出信号，其中预畸变和频率特性补偿信号的编号改变及参考信号的相位和幅度匹配，通过评估输出信号的测试量的逻辑反馈到预畸变和频率特性补偿的信号及相位和幅度匹配的参考信号上来实现。
根据本发明的用于数字式生成信号的线性化的装置，包括：一个第一信号处理线路具有一个数字预畸变单元，在发送单元中数字式生成的信号被馈送到此预畸变单元中，并被数字式地预畸变，在此信号处理线路上引导一个由数字式生成的信号导出的、模拟的预畸变和频率特性补偿的信号到一个非线性主放大器中；一个第二信号处理线路，在此信号处理线路上引导一个由数字式生成的信号导出的模拟参考信号；部件用于把模拟的、预畸变和频率特性补偿的信号和模拟的参考信号组合成误差信号并引入第二信号处理线路；在预畸变和频率特性补偿信号生成线路中的装置和在参考信号生成线路中的装置，用于改变预畸变和频率特性补偿信号的预畸变和改变参考信号的相位和幅度；在第二信号处理线路中的第二放大器，用于放大所改变的相位和/或幅度的误差信号；部件，把第二信号处理线路中第二放大器的输出信号与第一信号处理线路中模拟的、预畸变和频率特性补偿的信号组合成输出信号；其中用于把模拟预畸变信号和模拟参考信号组合成误差信号的部件，在第二信号处理线路中用于放大所改变的相位和/或幅度的误差信号的第二放大器，和第二信号处理线路中第二放大器的输出信号与第一信号处理线路中的模拟预畸变信号相组合的部件是安装在校正环路中的；以及设置部件，用于把评估输出信号的测试量逻辑反馈到预畸变和频率特性补偿的信号及相位和幅度匹配的参考信号上。
本发明的优点和特征也可以从下面结合附图给出的实施例中得到。
附图说明
这些附图示出：
图1.用于按本发明组合实施数字预畸变和频率特性补偿线性化与前馈线性化的组件方框图；
图2.组件方框图，该组件应用数字上混频器，使生成一个预畸变和频率特性补偿信号和生成一个参考信号，如它们被输入图1所示组件；
图3.组件方框图，该组件应用IQ调制器(同相位-正交相位调制器＝向量调制器)使生成一个预畸变和频率特性补偿信号和生成一个参考信号，如它们被输入图1所示组件。
具体实施方式
图1示出的组件包括，在上侧画出的、用于生成预畸变和频率特性补偿信号的笫一信号处理链，及在下侧画出的、用于生成参考信号的第二信号处理链。如下面要说明的，第一和第二信号处理链是相互耦合的，以便构成使数字信号线性化的校正环路。
图1中经第一输入线1进入的、模拟预畸变和频率特性补偿的信号的生成及经第二输入线2进入的、模拟参考信号的生成，下面稍后将结合图2和图3详细阐述。
图1上侧画出的第一信号处理链中，经第一连接线1进入的、模拟预畸变和频率特性补偿的信号到达非线性主放大器3、并在那里被放大。
被非线性主放大器3放大的、模拟预畸变和频率特性补偿的信号到达第一耦合器4。一方面第一耦合器4把放大的、模拟预畸变和频率特性补偿的信号转送到第一延迟单元5。另一方面第一耦合器4与第二信号处理链中的第二耦合器8连接。
第一延迟单元5与笫三耦合器6连接。此耦合器还与位于下侧信号处理链中的放大器11的输出端连接。
经第二输入线2进入的模拟参考信号，在下侧的信号处理链中，首先到达第二个可选择的延迟单元7。经此第二延迟单元7延迟输出的参考信号到达第二耦合器8，在此耦合器中它与从第一耦合器4输入的、经放大的、预畸变和频率特性补偿的信号相接合。
然后，第二耦合器8，将由第一耦合器4馈入的、经放大的、预畸变和频率特性补偿的信号与经延迟的参考信号之差作为抵消信号(误差信号)，一方面到达可选择的、用于观察两个信号抵消的装置10，另一方面到达用于误差信号相位和幅度匹配的单元9。单元9把相位和幅度匹配的误差信号送到第二放大器11。此放大器11在校正环路中有误差放大器的功能。由可选择的用于观察两个信号的抵消的装置10，选择性地把反馈信号(所谓的″逻辑反馈″)交给下面稍后详细说明的单元21、22，或31、32(参阅图2和3)。
第二放大器11把经放大的相位和幅度都匹配的信号交给第三耦合器6。
在第三耦合器6中，把来源于第一信号处理链中第一延迟单元5的、经延迟的、放大的、预畸变和频率特性补偿的信号，和把来自下侧信号处理链中第二放大器11的、经放大的、相位和幅度都匹配的误差信号集聚到一起，即相减。于是在耦合器6中被集聚到一起的信号由于减去了误差信号而高度线性化。
由此相减得到的高度线性化的信号经输出线送到校正监视器13，从这里向回传送可选择的反馈信号(″逻辑反馈″)到下面稍后详细说明的单元21，22或31，32(参阅图2和3)。从校正监视器13把高度线性化的信号进一步经输出线传送到发射天线(未示出)。
由第一耦合器4、第一延迟单元5、第三耦合器6、第二耦合器8、用于误差信号的相位和幅度匹配的单元9以及误差放大器11制成的装置形成用于前馈放大器的前向校正环路。
在图2中可以看到根据第一实施结构的组件方框图，用于生成一个预畸变和频率特性补偿的信号及一个参考信号，为了生成这些信号使用了数字上混频器。
在图2中示出的组件中，进入数字发射单元20的数字调制数据(也用于多个载频)-此种发射单元比如应用于数字移动无线网的基站或移动站中，-被馈入位于图2上部画出的预畸变和频率特性补偿信号生成链中和被馈入位于图2下部画出的参考信号生成链中。
在预畸变和频率特性补偿信号生成链中，由数字发射单元20来的数字调制数据首先到达用于预畸变和频率特性补偿的单元21。在那里，参量化的数字数据通过参量的编号操作被处理，也即″编号畸变″。如此畸变的数据例如用编号选择的畸变系数表示。数字预畸变和频率特性补偿的目的是，从把耦合器8之后的误差信号功率减至最小的意义上，补偿主放大器3的非线性度。在频率特性补偿时，尤其是在特定频率功率输出的主放大器3的非线性度得到补偿。
由用于预畸变和频率特性补偿的单元21把预畸变和频率特性补偿的数字调制的数据交给一个用于数字(频率)上混频的可选择第一单元23。从那里把上混频预畸变和频率特性补偿的数字调制数据交给第一数模变换器25。然后此数模变换器经第一输入线1把模拟上混频的预畸变和频率特性补偿的信号送到图1中示出的非线性主放大器3。
在图2位于下侧示出的参考信号链中，把由发射单元20馈入的数字调制数据(也用于多个载波频率)送到用于相位和幅度匹配的单元22。从那里把相位和幅度匹配的数字调制数据送到用于数字(频率)上混频的可选择第二单元24。此单元把(频率)上混频的、相位和幅度匹配的数字调制数据送到第二数模变换器26上。然后此数模变换器经第二输入线2把模拟参考信号送到图1中示出的可选择的第二延迟单元7。
在图2中用于数字上混频的第一和第二单元23、24是可选择的，并且用于把输入信号的频率转换成中间频率位置。
在图3中可以看到第二实施结构的组件方框图，其中使用I/Q调制器(向量调制器)，用于生成预畸变和频率特性补偿的信号以及生成参考信号，为了进一步处理把这些信号馈入图1中示出的组件用于实施本发明方法。
在图3中，由发送单元30-如这种发送单元应用在例如数字移动无线网的基站或移动站中-把进入的数字调制数据馈入在图3上侧画出的预畸变和频率特性补偿信号生成链，和馈入在图3下侧画出的参考信号生成链。
在预畸变和频率特性补偿信号生成链中，从发送单元30来的数字调制数据首先到达用于数字预畸变和频率特性补偿的单元31。这里也出现″编号预畸变″和频率特性补偿。由单元31把预畸变和频率特性补偿的数字调制数据送入用于I/Q双重DA变换的第一单元33。从那里把模拟变换的数据送入I/Q调制器35。
在图3示出的参考信号生成链中，由发送单元30馈入的数字调制数据被送到用于相位和幅度匹配的单元32。从那里把相位和幅度匹配的数字调制数据送到用于I/Q双重DA变换的第二单元34。此用于I/Q双重DA变换的第二单元34把模拟变换的数据送到第二I/Q调制器36。
第一I/Q调制器35和第二I/Q调制器36是经可选择的第一连接线38相互连接的。由可选择LO单元37(本地振荡器＝本地振荡回路)把信号馈入第一连接线38。从而由I/Q双重数模变换器33、34来的信号可以出现频率转换。第一连接线用于把由LO单元37馈入的信号相位相同地分配。
然后，从预畸变和频率特性补偿信号生成链中，经第一输入线1把模拟预畸变和频率特性补偿信号送到图1中示出的非线性主放大器3。
然后，从参考信号生成链中，经第二输入线2把模拟参考信号送到图1中示出的第二延迟单元7。
根据本发明，用于输入信号线性化的方法借助前馈与数字预畸变和频率特性补偿的方法相结合。从而用相当少的电路技术费用得到非常高的线性化效果。
根据本发明，两种不同的信号，即一种数字预畸变和频率特性补偿信号和一种未畸变的参考信号，在前馈放大器的校正环路中相结合。参考信号用于补偿在校正环路中的预畸变信号。
为了最佳抑制误差放大器11中的信号部分，通过反馈(″逻辑反馈″)实现预畸变和频率特性补偿信号的、相位和幅度的、必要的适当调节。
如在图1中可以看到，这里进行一种可选择的、从输出线12上的校正监视器13到预畸变和频率特性补偿信号生成链(确切地说：到位于那里的单元21或31)的和到参考信号生成链(确切地说：到位于那里的单元22或32)的逻辑反馈，和/或进行一种可选择的、从校正监视器13到校正环路中用于误差信号相位和幅度匹配单元9的逻辑反馈，和/或进行一种可选择的、从观察抵消信号的设备10到预畸变和频率特性补偿信号生成链(确切地说：到位于那里的单元21或31)的和到参考信号生成链(确切地说：到位于那里的单元22或32)的逻辑反馈。
通过这些逻辑反馈，参考信号的相位和幅度及经输入线1送到主放大器3的信号的预畸变系数及频率特性补偿被如此调节，使得例如通过校正环路中监控抵消的单元10测出第二耦合器8后面的最小功率。
重要的是，至少构成图1所示三种逻辑反馈环路中的一种环路，可选择地，可以两种所有三种逻辑反馈线路相互组合，以便提高反馈的稳定性。
第二耦合器8给校正环路中所谓的误差放大器11馈送信号。单元9中误差信号的相位和幅度的再次匹配，用于与主放大器的信号相比精确地调整校正信号，并且尤其是也用于补偿温度漂移和用于补偿误差放大器11的频率特性。
校正环路如在常规前馈放大器中一样有相同的作用。
分开生成预畸变和频率特性补偿信号还有其它优点，为适当调整误差信号的相位和幅度，不要附加电路技术费用同样可以数字式生成可能需要的监听声(这些声是有意地在数字输入信号中加入的小幅度误差信号)。在校正环路中如此选择相位和幅度调整(或I/Q调整)，使得达到相移180的在校正环路中放大的误差信号(＝校正信号)的最大抑制。这一点由单元9实现。
参考信号及预畸变和频率特性补偿信号的生成可以在最终频率上实现，或在中间频率上实现，然后此中间频率必须再转变到最终频率。
为生成参考信号和预畸变信号，如结合图2和3所说明的。存在几种可能性。图3示出的模拟I/Q调制器在此对最终频率和中间频率产生影响。中间频率通过可选择的第一本地振荡器37和/或可选择的第二本地振荡器39生成。由可选择的第二本地振荡器39生成的中间频率，经第二连接线40和各一个混频器41或42与预畸变和频率特性补偿信号或参考信号混频。由此实现I/Q调制的、I/Q双重数模变换的、数字式预畸变输入信号与I/Q调制的、I/Q双重数模变换的、数字式预畸变信号的频率转换。
各根据所选择生成方式，必须将可能还会出现的限制线性化带宽的延迟差，通过插入附加延迟单元在参考信号生成后补偿。在此利用图1中所示可选择的第二延迟单元7。
本发明解决方案的优点在于，它组合两种有效线性化方法，从而达到很高的线性化效果。
同时它可以理想的方式用新式高集成度变换器设计，例如直接工作在最终频率情况下实现。
从而有可能以一种解决方案工作，即它与插入第二前馈环路相比成本降低很多，并与仅在最终频率上的适当预畸变相比可达到很高的线性度。

Claims (16)

1、数字式生成信号的线性化的方法，
其特征在于，
数字生成信号的数字预畸变和频率特性补偿；
预畸变数字生成信号的数模转换用于由数字生成信号生成模拟预畸变的和频率特性补偿的信号；
由数字生成信号生成模拟的相位和幅度匹配的参考信号；
通过模拟预畸变和频率特性补偿的信号与模拟相位和幅度匹配的参考信号相减生成误差信号，和误差信号与预畸变和频率特性补偿信号叠加成输出信号，其中预畸变和频率特性补偿信号的编号改变及参考信号的相位和幅度匹配，通过评估输出信号的测试量的逻辑反馈到预畸变和频率特性补偿的信号及相位和幅度匹配的参考信号上来实现。
2、按权利要求1的方法，
其特征在于，
功率减少到最小的误差信号的相位和幅度被匹配，相位和幅度匹配的误差信号与延迟的、模拟的、预畸变和频率特性补偿的信号组合成线性化的输出信号。
3、按权利要求1或2的方法，
其特征在于，
在生成误差信号前把模拟的、预畸变和频率特性补偿的信号放大。
4、按权利要求1至2之一的方法，
其特征在于，
相位和幅度匹配的误差信号在与延迟的、模拟的预畸变信号组合前被放大。
5、按权利要求1的方法，
其特征在于，
预畸变的和频率特性补偿的信号按如下方式从数字式生成的信号获得：
数字式生成信号的数字预畸变和频率特性补偿；
数字式生成信号可选择的数字的上混频；
上混频的、预畸变的、数字式生成信号的数模变换。
6、按权利要求1的方法，
其特征在于，
预畸变和频率特性补偿的信号按如下方式从数字式生成的信号获得：
数字式生成信号的数字预畸变和频率特性补偿；
数字式预畸变的、数字式生成信号的I/Q双重数模变换；
I/Q双重数模变换的、数字式预畸变的、数字式生成信号的I/Q调制。
7、按权利要求1、2或5的方法，
其特征在于，
参考信号按如下方式从数字式生成的信号获得：
数字式生成信号的相位和幅度的匹配；
相位和幅度匹配的、数字式生成信号的数字的上混频；
上混频的、预畸变的、数字式生成信号的数模变换。
8、按权利要求1、2或6的方法，
其特征在于，
参考信号按如下方式从数字式生成的信号获得：
数字式生成信号的相位和幅度的匹配；
数字式预畸变的、数字式生成信号的I/Q双重数模变换；
I/Q双重数模变换的、数字式预畸变的、数字式生成信号的I/Q调制，其中I/Q调制的、I/Q双重数模变换的、数字式预畸变的、数字式调制的输入信号将用I/Q调制的、I/Q双重数模变换的、数字式预畸变的数字信号进行频率调整。
9、用于数字式生成信号的线性化的装置，
其特征在于，
装置包括：
一个第一信号处理线路具有一个数字预畸变单元(21)，在发送单元(20)中数字式生成的信号被馈送到此预畸变单元中，并被数字式地预畸变，在此信号处理线路上引导一个由数字式生成的信号导出的、模拟的预畸变和频率特性补偿的信号到一个非线性主放大器(3)中；
一个第二信号处理线路，在此信号处理线路上引导一个由数字式生成的信号导出的模拟参考信号；
部件(4，8)，用于把模拟的、预畸变和频率特性补偿的信号和模拟的参考信号组合成误差信号并引入第二信号处理线路；
在预畸变和频率特性补偿信号生成线路中的装置(21，31)和在参考信号生成线路中的装置(22，32)，用于改变预畸变和频率特性补偿信号的预畸变和改变参考信号的相位和幅度；
在第二信号处理线路中的第二放大器(11)，用于放大所改变的相位和/或幅度的误差信号；
部件(6)，把第二信号处理线路中第二放大器(11)的输出信号与第一信号处理线路中模拟的、预畸变和频率特性补偿的信号组合成输出信号；
其中用于把模拟预畸变信号和模拟参考信号组合成误差信号的部件(8)，在第二信号处理线路中用于放大所改变的相位和/或幅度的误差信号的第二放大器(11)，和第二信号处理线路中第二放大器(11)的输出信号与第一信号处理线路中的模拟预畸变信号相组合的部件(6)是安装在校正环路中的；以及
其中设置部件(10，13)，用于把评估输出信号的测试量逻辑反馈到预畸变和频率特性补偿的信号及相位和幅度匹配的参考信号上。
10、按权利要求9的装置，
其特征在于，
在第二信号处理线路中设置一个用于误差信号的相位和幅度匹配的单元(9)。
11、按权利要求9或10的装置，
其特征在于，
该装置包括：
在第一信号处理线路中用于延迟模拟预畸变信号的第一延迟单元(5)。
12、按权利要求9至10之一的装置，
其特征在于，
在第二信号处理线路中设置用于观察误差信号的设备(10)。
13、按权利要求9至10之一的装置，
其特征在于，
在第二信号处理线路中，在用于把模拟预畸变信号和模拟参考信号组合成误差信号并输入第二信号处理线路中的部件(4，8)之前，安置了用于延迟参考信号的第二延迟单元(7)。
14、按权利要求9的装置，
其特征在于，
该装置此外还包括：
一个用于生成数字信号的发送单元；
一个第一信号整形线路，用于从数字式生成的信号中导出模拟的预畸变和频率特性补偿的信号，其中第一信号整形线路的输出端连接到通向第一信号处理线路中的非线性主放大器(3)的第一输入线(1)；
一个第二整形线路，用于从由发送单元接收的数字信号中导出模拟参考信号；其中第二信号整形线路的输出端连接到通向部件(8)的第二输入线(2)，以便把模拟预畸变信号和模拟参考信号组合成误差信号并且引入到第二信号处理线路。
15、按权利要求14的装置，
其特征在于，
第一信号整形线路包括：
一个数字预畸变单元，在此单元中馈入在发送单元内数字式生成的信号并将其数字式预畸变；
一个用于把由数字预畸变单元输出的预畸变数字数据进行数字的上混频的第一单元(23)，
一个第一数模变换器(27)，该变换器把由用于数字的上混频单元(23)输出的数字数据变换为模拟的预畸变信号；
和第二信号整形线路包括：
一个用于把由发送单元接收的数字调制数据信号的相位和幅度匹配的第二单元(22)；
一个用于把由匹配相位和幅度的单元(22)输出的数字数据进行数字的上混频的第二单元(24)；
一个第二数模变换器(26)，该变换器把由用于数字的上混频的单元(24)输出的数字数据变换为模拟参考信号。
16、按权利要求14的装置，
其特征在于，
第一信号整形线路包括：
一个数字预畸变单元，在此单元中馈入由发送单元数字式地生成的信号，并将其数字式地预畸变和频率特性补偿；
一个用于把由数字预畸变单元输出的预畸变和频率特性补偿的数字数据进行I/Q双重数模变换的第一单元(33)；
一个用于把由用于I/Q双重数模变换的第一单元(33)输出的信号调制成模拟的、预畸变和频率特性补偿信号的第一I/Q调制器(35)；
和第二整形线路包括：
一个用于由发送单元接收的数字式生成信号的相位和幅度匹配的单元(32)；
一个用于把由用于进行相位和幅度匹配的单元(32)输出的预畸变和频率特性补偿的数字数据进行I/Q双重数模变换的第二单元(34)；
一个用于把由用于I/Q双重数模变换的单元(33)输出的信号调制成模拟参考信号的第二I/Q调制器(36)；
其中第一I/Q调制器(35)和第二I/Q调制器(36)经连接线(38)连接，在其中馈入本地振荡回路单元(37)的信号。
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