CN1330808A

CN1330808A - 发射机线性化

Info

Publication number: CN1330808A
Application number: CN99814593.9A
Authority: CN
Inventors: 米科·哈图宁
Original assignee: Nokia Networks Oy
Current assignee: Nokia Oyj
Priority date: 1998-12-17
Filing date: 1999-12-16
Publication date: 2002-01-09
Also published as: AU1986000A; FI982738A; US7062233B2; JP2002533022A; WO2000036800A3; BR9916227A; FI982738A0; WO2000036800A2; EP1151532A2; US20020016154A1

Abstract

一种在预失真方法所执行的发射机线性化中定义所使用的校正参数的方法和发射机,包括:抽样装置(9),用于抽样从发射机输出的信号(OUT),一个预失真器(3A,3B,4),用于预失真将被发送的信号(I_－IN和I_－IQ),以补偿发射机的非线性,发射机还包括:分类装置(17),用于将从发射机输出的信号(OUT)中得到的信号样本分类成多个类别;比较装置(17),用于将信号抽样(FB)与对应的理想信号值(REF)相比较;定义装置(17),用于响应于所述的比较装置(17),而为所讨论的每种类别定义幅度,并且优选地定义相位校正参数,从而在预失真被传送的信号时,预失真器被设置成利用所述的校正参数。

Description

发射机线性化

本发明涉及无线电发射机的线性化。

无线电频率的匮乏导致了需要在新的无线电系统使用频谱有效的调制方法。在欧洲，已经为PMR(专业移动无线电台)用户开发了一种新的无线电系统标准，被称为TETRA(地面集群无线电)。作为TETRA系统的调制方法，业已选择了π/4-DQPSK(π/4移相的四相差分相移键控)。从发射机的角度来看，这种调制方法的缺点在于RF信号包络幅度中的变化。在非线性放大器中，这种变化引起互调(IM)。IM成分扩展所发射信号的频谱，因而易于减少使用线性调制方法的益处。当形成的IM成分非常接近于所需要的信号时，这些IM成分通常不可能被过滤掉。对于恒定幅度调制方法来说，频谱扩展不会发生，因此信号可以由一个非线性放大器放大。

在不同用户群共享相同的无线电信道的集群PMR系统中，对于由发射机所引起的相邻信道干扰具有严格的要求。这些要求在所使用无线电系统的发射机中需要良好的线性。

在功率放大器中，良好的线性只有通过不良的效率来实现。然而，便携式装置的效率应该尽可能的高，以用于足够的工作时间，并且为了不浪费电池容量。而且，在基站的功率放大器中至少需要相对良好的效率，以避免散热的问题。足够效率和线性的实现需要发射机的线性化。

如果事先已知放大器的非线性，可以形成非线性的反函数，并且利用这些函数来转换输入信号，从而非线性将被消除。然而，放大器的特性不能保持相同，而是由于老化，加热，并且根据所使用的无线电信道和发射功率而变化。此外，放大器具有各自的差别。需要一种必须能够以自适应方式来适应变化条件的线性化方法。

已经对于多种不同的线性化方法进行研究，业已发现其中的三种方法具有适用于实际无线电系统的质量。这些方法是前馈、笛卡尔反馈以及预失真。线性化方法也可以自适应。

因而，如果已知放大器的非线性传递函数，并且如果该函数不是时间的函数，将被发送的信号可以通过将引起预失真的适当传递函数施加到该信号而实现线性化。这样，从该放大器出来的信号可以实现线性。这种方法被称为预失真。预失真通常利用查阅表在基带上执行，引起预失真的变换参数，即预失真参数存储在该查阅表中。

例如，其传递函数也随着放大器的温度和老化变化而改变，并且必须更新该查阅表中的预失真参数。为此，现有技术的技术方案使用了基于梯度的搜索。基于梯度的搜索用于使差错实现最小化。基于梯度搜索中的问题是它的低速。

因而，本发明的一个目的在于提供一种方法以及实现该方法的装置，以便解决上述问题。本发明的目的通过独立权利要求1和12所表征的方法和系统来实现。本发明的优选实施例在从属权利要求中被描述。

本发明是基于这样的构思，即不是利用梯度搜索来形成放大器模型和定义预失真参数，而是在测量信号，即发射机输出信号，以及缓冲到存储器的对应输入信号或任何其他的对应理想基准信号的基础上，快速而低收敛地形成模型。本发明方法的速度是基于这样的事实，即发射机的非线性在某些类别中的某一样本材料的基础上直接定义，这些类别诸如根据发送功率的类别。这可以比基于最小化误差的定义更快地实现，其中发射机的非线性必须通过在不同的类别中测试来确定，从而测试的数量可能很大。

本发明的优点在于通过提供一种更快的更新预失真参数的方式，对现有的技术方案做出了相当大的改进。根据由申请人所执行的测试，本发明方案可以达到比现有技术中所使用的梯度搜索快10倍。

下文通过结合优选实施例，并参照附图来描述本发明。

图1示出了根据本发明一个实施例的发射机的方框图；

图2示出了放大器和预失真器幅度的特性曲线；

图3示出了相位差的特性曲线。

图1示出了根据本发明一个实施例的发射机的方框图。应该注意的是，图1仅示出了理解本发明所必不可少的单元。在图1中，发射机接收I和Q信号I_IN和I_IQ，以用于传输。业已通过利用一个数字信号处理器(DSP)1来实现预失真。幅度的预失真根据从幅度表19中得到的幅度校正参数，在乘法器单元3A和3B中产生。于是，根据从相位表20中得到的相位校正参数，在移相单元4中产生一个可能的相位预失真。预失真的信号利用D/A转换器5A和5B，被D/A转换为模拟信号，该模拟信号优选地利用低通重建滤波器6A和6B来过滤。这些信号被传送到I/Q调制器7。I/Q调制器7和I/Q解调器15根据正交调制原理工作。利用该原理，可以在发射机中组合两个独立的信号，将它们在同一传送频带上传送，并且接着在接收机中将它们彼此分离开。正交调制原理在于，两个独立的信号，I和Q(同相和正交相位)利用同一载波频率调制，但是载波相位的区别在于，信号Q的载波滞后信号I的在波90°。调制之后，信号被累加。由于相位差，在累加信号被解调时，信号I和Q可以被彼此分开。在I/Q调制器7中，信号被调制和组合。I/Q调制器由本地振荡器10来实现同步。I/Q调制的信号被发送到功率放大器PA 8，并且被传送到输出天线2用于传输。同时，反馈借助于抽样装置9，例如定向耦合器来形成。无线电频率(例如400MHz)反馈信号优选地被下变换为一个450MHz的中频，例如，利用下变换器12。下变换由本地振荡器11实现同步。如果需要的话，中频信号可以利用一个宽带滤波器13来滤波，并且随后被衰减。该中频信号利用A/D转换器14来抽样，以用于基带(或者中频)处理。

I/Q解调器15已经利用数字信号处理器1来实现。A/D转换后的中频反馈信号由I/Q解调器通过数字乘法，被I/Q解调为基带I和Q信号。I/Q解调器由数字信号处理器中的软件实现，并且不需要独立的模拟I/Q解调器。I/Q解调也可以以模拟处理的形式执行，而不会影响本发明。基带I和Q反馈信号优选地在转换器16B中，从正交表示转换为极化表示。，从而幅度和相位直接从转换后的信号中得到，并且被传送到产生预失真表19和20的计算单元17中，其中预失真表的产生将在下文中描述。由发射机接收的用于传输的信号I_IN和I_IQ优选地在转换器16中被转换为极化表示，并且信号I_IN和I_IQ还被传送到计算单元17。实际的预失真借助于生成的预失真表19和20来实现。由信号I_IN和I_IQ形成的复合信号的绝对值，即信号的幅度，在单元18中限定。该幅度数据被提供给幅度预失真表19，该幅度预失真表在幅度数据的基础上，向乘法单元3A和3B提供一个对应的幅度校正参数。利用乘法单元21形成的校正的，即预失真的幅度数据被提供给相位预失真表20。在该数据的基础上，相位表20向移相单元4提供正确的相位校正参数。该幅度数据优选地用作相位表20中的控制数据，因为发射机中的相位误差取决于该信号的幅度。由相位表20接收到的幅度数据也优选地被预失真，从而对应于从预失真器中输出的信号的幅度，该信号的幅值确定了发射机中的非线性，并且所需要的相位于失真可以被尽可能精确地限定。也可以仅使用幅度预失真，这意味着不需要相位预失真表20和移相单元。

本发明的幅度和相位预失真表19和20的生成以如下方式执行：发射机输入信号I_IN和I_IQ的样本22和23以及(复合)发射机输出信号OUT的样本24和25被用作图1中计算单元17的输入。信号22和23一起形成以极化表示形式的复合基准信号。基准信号REF理想地不具有由发射机所引起的非线性。于是，信号24和25一起形成以极化表示形式的复合反馈信号FB。信号REF和FB被归一化，以便这两个信号的最高幅度都为1。基准信号REF和FB以不同的时间到达计算单元17，因为发射机在传送信号时引起了一定的延迟，即对应于输入复合信号I_IN和I_IQ的某一抽样值的基准信号REF的值比对应反馈信号FB的值要早一点到达计算单元17。由于这点，基准信号REF被缓冲，以便能够在计算单元17中将某一输入复合信号I_IN和I_IQ的值与从发射机输出的对应值相比较，其中该输入复合信号I_IN和I_IQ被输入到该发射机。为了形成预失真表19和20，表19和20中的预失真参数被设置成不会产生预失真的值。此后，一个合适的信号被馈入发射机，并且一个预定数量的抽样从输入到发射机中的信号I_IN和I_IQ以及从发射机输出的信号OUT中得到。抽样信号REF和FB中相互对应抽样点的幅度值在基准信号REF的幅度基础上，被分类成一个需要数量的类别(例如128到16384)。样本优选地在幅度的基础上分类，因为发射机的非线性取决于发射机的功率，多半取决于信号的幅度。接着，反馈信号FB中抽样点的值与基准信号REF的对应缓冲值相比较，并且基于该比较来定义校正参数。

就幅度而言，校正参数的比较和定义被示于图2中。直线31示出了理想发射机的归一化输出幅度与归一化输入幅度之间的依赖关系。直线31也示出了基准信号REF和输入信号I_IN和I_IQ之间的依赖关系，即它们相等。曲线32示出了发射机的非线性特性曲线(当不使用预失真时)。发射机的非线性主要由功率放大器8引起。该发射机也可以具有多个串联的功率放大器8。例如，曲线32在抽样信号REF和FB的基础上定义如下：计算每种类别中反馈信号FB中抽样点的平均值。类似地，计算每种类别中对应于反馈信号FB中抽样点的幅度的平均值。相对于理想曲线31的所述类别中心点上曲线32的值利用所计算平均值的比值而得到。在图2中，各个类别中心点利用圆圈标记。比值可以通过如下步骤计算：首先定义反馈信号FB上每个抽样点以及基准信号REF对应抽样点的幅度，接着定义每种类别抽样点比值的平均值。曲线33是通过相对于理想曲线31，来镜像没有被预失真定义的发射机的特性曲线而得到的预失真器的特性曲线。例如，通过定义发射机特性曲线32中每个点(用圆圈标记)的相对物而实现的。例如，点41的相对物通过在输出幅度值的基础上，首先发现对应于点41的理想曲线31上的点来确定。在该实例中，输出幅度是0.4的地方，结果是曲线31上的点42。接着，搜索输入幅度值与定义的理想曲线点42(0.4)上幅度值相同，且输出幅度值与特性曲线32上点41的输入幅度值(0.2)相同的点。在这种情况下，点42的相对物为43。以同样的方式定义特性曲线32上每个点的相对物。多个相对物(利用图2的×来标记)形成预失真器的特性曲线33。发射机的特性曲线32相对于输入幅度(x轴)是离散的，在此基础上定义的预失真器的特性曲线相对于输出信号(y轴)是离散的，即由于将样本分类成多个类别，因此它们以标记点的形式(圆圈和×)来定义。类别越多，得到的点就越多，就越接近于利用图中连续线标记的连续曲线32和33。

当业已定义预失真器的特性曲线上的点时，可以生成幅度预失真表19。由于预失真特性曲线相对于输出幅度是离散的，即仅定义了某一输出幅度的幅度校正参数，如上所述，另一方面，由于预失真器输入幅度可以得到任何值，用于某一输入幅度的校正参数通过发现最接近于离散曲线33上输入幅度的点，并且通过利用对应于该点的幅度校正参数来定义。幅度校正参数在此是指一个这样的值，即输入幅度乘以该值，以根据预失真器的特性曲线33得到所需要的输出幅度。因而，校正参数通过将所讨论点上的输出幅度值除以输入幅度值，而在曲线33的某一点上得到。幅度预失真表19可以通过向某一定义的校正参数定义一个特定的输入幅度范围而形成，其中在该输入幅度范围中使用该校正参数。这可以借助于特性曲线33，通过将特性曲线33响对于输入幅度分成多个范围来实现，范围的中心点(利用×来标记)是输出幅度和校正参数已经被定义的点。该表可以用于检验输入幅度值属于哪个范围，并且可以使用对应于该范围的校正参数。

图3示出了相位差(在反馈信号FB的抽样点和对应基准信号REF的抽样点之间)的校正参数的定义。图3示出了作为基准信号REF的归一化幅度(输入幅度)函数的相位差实例，即曲线51。相位差的特性曲线51通过在定义如上所述的幅度校正参数时，在幅度的基础上，定义在每个类别中的反馈信号FB和基准信号REF的抽样点对的平均相位差来形成，其中这两种信号被分类到该类别中。换句话说，相位差在基准信号REF的归一化幅度的基础上，被分类成多个类别，并且对于每个类别计算相位差的平均值。这样，就得到了每个类别中线点上的放大器相位的特性曲线值，即图3中标有圆圈的点形成相位的离散特性曲线。使用的类别越多，曲线51越连续。

当已经定义相位特性曲线51的点时，可以生成相位预失真表20。由于相位特性曲线是离散的，即仅对于某些输入幅度值(类别平均值)定义了相位差，如上所述，而且另一方面，由于输入幅度可得到任何值，因此某一输入幅度的校正参数通过在相位的离散特性曲线51上发现最接近于输入幅度的点，并且通过利用对应于该点的相位校正参数来定义。相位校正参数在此指的是这样的值，即该值用于定义多少个到达预失真器的信号的参数必须被移相，以及移相到哪个方向，以实现所需要的相位预失真。因而，通过将所讨论点上的相位差值乘以-1，即相位被预失真到相反方向一个相位差值，来得到特性曲线51上某一点的校正参数。例如，通过为某个已定义的校正参数定义一定的输入幅度值范围，可以形成相位预失真表20，其中校正参数用于该范围。这可以通过将曲线51相对于输入幅度分成多种类别，借助于特性曲线51来实现，该范围的中心点(利用圆圈标记)是输出幅度和校正参数已经被定义的点。该表接着可以用于检验输入幅度值属于哪个范围，并且可以是用对应于该范围的校正参数。

如果信号样本类别没有包含任何样本，并且校正参数不能在样本的基础上定义，优选地最接近该信号样本类别的另一种类校正参数可以被定义为该类别的校正参数。校正参数也可以通过内插，或者通过某些其他方法，在包含样本的多种相邻类别的校正参数的基础上定义。

预失真表19和20中数据的格式可以与上述的不同，而不会对本发明的基本构思产生任何差别。类似地，预失真表的生成可以不同与上述的生成。除了独立的幅度表19和相位表20，也还可以使用组合的预失真表，在该表中，特定输入幅度值具有一个复合校正参数，该参数包含幅度和相位校正参数。也可以仅使用减少存储器使用的幅度预失真，因为不需要相位预失真表。

综上所述，预失真表19和20的定义通过如下方式实现：

1)幅度预失真19中的校正参数被设置为1(该信号乘以1，没有发生预失真)，并且相位预失真表20中的校正参数被设置为0(信号相位移相0度，不产生预失真)。

2)发送正常调制后的信号或者适合于训练的另一个信号。

3)通过反馈支路，从被发送的信号OUT中得到多个样本。

4)补偿由电路引起的延迟。

5)从馈入到发射机的信号I_IN和I_IQ中得到的对应样本22和23，以及从发射机输出的信号OUT中得到的对应样本24和25，被相互比较，并且形成发射机的幅度特性曲线33和相位特性曲线51。

6)借助于这些特性曲线生成预失真表19和20。

尽管在此主要结合TETRA系统来描述本发明的应用，但不并不是以任何方式来限制本发明用于其他类型的系统中。所用发射机的结构可以不同于在此所述的结构，而不会背离本发明的基本构思。

对于本领域技术人员很显然的是，尽管技术进步，但本发明的基本构思可以以多种不同的方式实现。因而本发明以及实施例不应限于上述的实例，而是在权利要求书的范围内变化。

Claims

1.一种在预失真方法所执行的发射机线性化中定义所使用的校正参数的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

(a)从所述发射机输出的信号中得到预定数量的样本；

(b)将信号样本分类成多种类别；

(c)将信号样本与对应的理想信号值相比较；

(d)在所述比较的基础上，为每种类别定义一个校正参数。

2.根据权利要求1的方法，其特征在于，步骤(b)中的所述分类在对应于信号样本的理想信号基础上，优选地在理想信号的幅度的基础上执行。

3.根据权利要求1或2的方法，其特征在于，所述比较步骤(c)包括下述步骤：

将每个信号样本的归一化幅度与馈入到发射机的对应信号的归一化幅度相比较；

定义这些幅度值的比值。

4.根据权利要求3的方法，其特征在于，在步骤(d)中为每种类别定义一个校正参数包括以下步骤：

计算在步骤(c)中定义的、且对应于所讨论类别中信号样本的比值的平均值，并且；

在所计算的平均值的基础上，定义校正参数。

5.根据权利要求1或2的方法，其特征在于，所述比较步骤(c)包括下述步骤：

将每个信号样本的归一化幅度和相位与馈入到发射机、且分别对应于该样本的信号的归一化幅度和相位相比较；

定义幅度值的比值以及相位值的差值。

6.根据权利要求5的方法，其特征在于，在步骤(d)中为每种类别定义一个校正参数包括以下步骤：

在所计算的平均值的基础上，定义校正参数。

7.根据权利要求1或2的方法，其特征在于，所述比较步骤(c)包括以下步骤：

计算每种类别中信号样本的归一化幅度平均值，以及馈入到发射机、且对应于每种类别中样本的信号的归一化幅度平均值；

比较这两种所述的幅度平均值；并且

为每种类别定义幅度值平均值的比值。

8.根据权利要求7的方法，其特征在于，在步骤(d)中为某一类别定义一个校正参数是在为所述类别定义的平均值的比值基础上实现的。

9.根据权利要求1或2的方法，其特征在于，所述比较步骤(c)包括以下步骤：

计算每种类别中信号样本的相位平均值，以及馈入到发射机、且对应于每种类别中样本的信号的相位平均值；

比较这两种所述的幅度平均值；

为每种类别定义幅度值平均值的比值；

比较这两种所述的相位平均值；

为每种类别定义相位值平均值的比值。

10.根据权利要求9的方法，其特征在于，在步骤(d)中为某一类别定义一个校正参数是在为所述类别定义的平均值的比值基础上实现的。

11.根据权利要求4，6，8，或10的方法，其特征在于，如果所讨论类别没有信号样本，在步骤(d)中为某一类别定义一个校正参数包括以下步骤：

将另一个类别的校正参数，优选地将最接近类别的校正参数定义为所讨论类别的校正参数；或者

通过内插来自包含样本的、最接近类别的校正参数来定义所讨论类别的校正参数。

12.一种发射机，包括：

抽样装置(9)，用于抽样从发射机输出的信号(OUT)，

一个预失真器(3A，3B，4)，用于预失真将被发送的信号(I_IN和I_IQ)，以补偿发射机的非线性，

其特征在于，还包括：

分类装置(17)，用于将从发射机输出的信号(OUT)中得到的信号样本(FB)分类成多个类别；

比较装置(17)，用于将信号抽样(FB)与对应的理想信号值(REF)相比较；

定义装置(17)，用于响应于所述的比较装置(17)，而为所讨论的每种类别定义幅度，并且优选地定义相位校正参数，从而在预失真被传送的信号时，预失真器被设置成利用所述的校正参数。

13.根据权利要求12的发射机，其特征在于，如果不可能为一种类别定义一个校正参数，则所述的定义装置(17)用于从另一种类别中得到一个对应的校正参数，并且将该参数定义为所需要类别的校正参数。

14.根据权利要求12或者13的发射机，其特征在于，所述分类装置(17)在对应于每个信号样本的理想信号值(REF)的基础上，对所述抽样的信号样本(FB)进行分类。