CN1481607A - 通过后检波实现非线性装置的预矫正 - Google Patents

Abstract

公开了一种用于对来自产生互调或非线性分量的诸如放大器的固有非线性装置的输出信号进行线性化的方法和装置。具有单位传递函数的预矫正电路位于信号输入和固有非线性装置的输入之间。此外，形成后矫正电路的第二个装置连接至非线性装置的输出，以便能够处理放大后的输出信号或输出信号的一部分。根据本方法，后矫正电路被优化以输出与非线性装置输入相同的信号频谱，随后后矫正电路得到的参数传送至预矫正电路。换言之，将已优化后矫正电路的拷贝用作非线性装置之前的预矫正电路，以获得在信号质量方面改善的固有非线性装置的输出信号。随后，后矫正电路再一次被优化，且参数被再次传送至预矫正电路进一步进行微小校正。在操作过程中，以适当的预定方式对此进行重复以对预矫正进行正在进行的校正。预矫正电路和后矫正电路可以是数字装置或模拟装置。

Description

通过后检波实现非线性装置的预矫正

技术领域

本发明涉及通过使用后检波来将预矫正用作对固有非线性装置进行线性化的方法。

背景技术

随着网络中用户数的增多，无线通信迅速发展，同时必须增加在给定区域中的载频数以保持确定的业务量。这意味着也必须改进无线电频率(RF)组合以避免浪费过多功率。组合载波的典型方法意味着一个大的3dB梯形组合器，导致效率很低。

另一种将大量载波组合的方式是以低信号功率在数字基带或在某个中频组合。组合信号随即被使用宽带多载波功率放大器(MCPA)一起放大。

除了直接改进诸如晶体管的线性外，一种改进MCPA性能的方式是在放大器前放置预矫正电路。有多种实现方式完成这种功能。一种方式是在MCPA内部实现预矫正。通常在模拟RF结构中实现。这种解决方案示例见US，A，5,126,687。RF预矫正(PD)也可以在全MCPA外部实现。可以查到许多描述使用预矫正的不同解决方案的文档。例如JP，A，01-314439和JP，A，59-017736示出预矫正电路的使用。

另一种方式是实现数字预矫正。只要有数字组合信号，即可以使用数字PD。例如，US，A，6,072,364示出这类数字解决方案。所谓软件无线电收发信机的引入令准确地抽取此信号成为可能。在系统层面上应有一个数字软件收发信机，一个宽带数模转换器(DAC)，一些RF硬件和基本上通过天线馈送电缆连接到天线端口的RF MCPA。数字预矫正电路应优选放置于软件收发信机和DAC之间。

实现预矫正电路的现有技术仍然刚刚起步。通常该技术是为了强制预矫正电路能固有地反映MCPA自身的非线性特性。失真曲线的细节由一组参数确定，可能依模型而异。预矫正电路的实际功能是反方向“弯曲”非线性曲线以反作用非线性装置。

计算预矫正电路参数的方法通常是比较输入信号和输出信号，然后以某种方式调整参数以令非线性装置输出信号的失真最小。通常这意味着输入和输出信号时间或相位上的仔细对齐，实际实现时是非常困难的。

此外，通常涉及结合MCPA自身的预矫正电路的某种建模。这样，优化步骤多少是双倍的，因为需要对迭代步骤中的两项进行建模。可以预见迭代过程是相当复杂的并且还需要时间执行。

因此，仍然需要一种替代方法，可以简化结合MCPA自身的失真补偿建模的过程，以避免输入与输出信号时间或相位的仔细对齐，这通常令反馈解决方案在实际实现时很困难。

发明内容

本发明公开提出一种新的方式来计算并优化预矫正电路，以避免需要对MCPA的输入和输出之间进行时间对齐。也即，直接使用模拟输出频谱来计算最优预矫正电路。另一种方式是使用输入和输出信号用于预矫正电路的优化。

由此，公开了一种方法和一种装置，通过使用预矫正电路对固有非线性装置的输出线性化。具有单位传递函数的预矫正电路位于信号输入和固有非线性装置的输入之间。此外，形成后矫正电路的第二个装置连接至非线性装置的输出，以便能够处理放大后的输出信号或输出信号的一部分。换言之，随后将已优化后矫正电路的拷贝作为非线性装置之前的预矫正电路，以便从固有非线性装置获得在信号质量方面的改进的输出信号。后矫正电路随即再次被优化并再次将参数传送至预矫正电路以进一步微小校正。在运行过程中，通常以适当预定的方式对此进行重复，以便对预矫正进行正在进行的校正。预矫正电路和后矫正电路可以是数字装置或模拟装置。

根据本发明的方法通过独立权利要求1和从属权利要求2-8进行阐述，根据本发明的装置通过独立权利要求9进行阐述，更进一步的实施方案通过从属权利要求10-12进行阐述。

附图说明

本发明及其进一步的目标和优点，可参考附图得到更好理解，其中：

图1表示非线性装置的输出频谱可视为输入频谱和装置内产生的互调频谱之和。

图2表示算子L2作为伴随算子，作用于算子L1的输出，且L2是算子L1的逆(伴随)算子。

图3表示算子L1作用于算子L2的输出，提供输出信号y。

图4表示算子L1作用于算子L2的输出，从概念证明表明L1和L2互为逆(伴随)算子。

图5假定后矫正电路是理想的，意味着当应用于非线性装置时，可以恢复输入信号。

图6表示如果图5中的假定成立，并进一步假定存在PD和PA的逆算子，则PA和PD的逆序也成立。

图7中通过示例表明对输入信号X，功率放大器PA的非线性传递函数产生输出频谱Y。

图8表示对输入信号X，图7的给定非线性功率放大器通过相当良好的后矫正电路后产生输出频谱Z。

图9表示按照图7和图8，将一个“理想的”的后矫正电路放置作为一个前失真器，可以给出相似的好结果。

图10给出根据本发明的一个后矫正电路实现示例。

详细描述

用来解决上述问题的方法是直接使用输出信号来优化例如互调性能之类的非线性影响，而不是试图将输入信号或频谱与输出信号或频谱相匹配。换言之，输出信号(除可能的增益常量外)可直接用作优化过程的输入。由于互调分量通常比载波本身的幅度更低，所以可以较可靠地作为输入信号。此外，在本公开内容中还将证明除某些功率增益外，对功率放大器的输出信号进行后矫正与对输入载波进行预矫正等价。

技术描述：

本发明提出的方法是只使用输出信号用于线性优化和预矫正电路的实际实现，从而取代在非线性装置中利用预矫正电路试图使用输入信号来与输出频谱或信号匹配。所提出的方法中实现一个后矫正电路可以完美地获得线性化，这与将同样的线性化电路放置于非线性装置的输入是等价的。

此假定将易于计算线性化操作所需要的参数。它避免了输入信号与输出信号时间对齐的问题。此外，还取消了优化程序中的迭代步骤，这些步骤必须对非线性装置本身进行建模。使用这种策略，仅需要计算后矫正电路，以将不需要的伪信号从非线性装置的输出中去除。

概念证明：

最基本的数学定律之一是交换律。调用此定律可实现例如逆序的乘法运算，也即，ab＝ba。但是，交换律并非对所有的情况都成立。一个例子是在矩阵代数中，两个矩阵相乘AB通常不等于BA。这表明即使使用此特定定律是显然的，也需要对每个单独的情况进行证明。因此，我们继续证明在随后算子的使用中满足此定律。

假定存在一个后矫正算子(L2)可精确地矫正来自非线性装置的输出信号L1(x)，由此在后矫正算子的输出可再次获得装置的精确输入函数(x)。假定还存在预矫正电路的逆算子L2^-1，当应用于后矫正电路的输出信号时可恢复后矫正电路的输入信号。

考虑图2中表示两个算子L1和L2之间上述关系的框图。在这种情况中，L2代表后矫正电路。从图2和上述提到的关系，显然下述等式成立：

L2[L1(x)]＝x    (1)

由上式，通过对等式两边同时运用逆算子L2^-1(假定存在)，显然下式成立：

L1(x)＝L2^-1(x)  (2)

进一步交换图2中的两个算子，并且目前用“y”表示输出信号，得到图3。

则有第二个等式：

L1[L2(x)]＝y    (3)

从等式(2)可进一步展开等式(3)，例如：

L1[L2(x)]＝L2^-1[L2(x)]＝y    (5)

根据下式，得到x＝y：

L1[L2(x)]＝x＝y    (6)

在如图4的方框图中说明上述推导。因此，我们已经证明如果给定一个理想的失真器并假定后矫正电路和非线性装置本身都存在逆算子，则也可以在非线性装置前面放置后矫正电路以得到同样的结果。

因此如图4所示的方框对功率放大器和理想失真器成立。根据上述描述，这与方框交换后对应的原问题是等价的。

上述证明表明可以使用来自非线性装置的输出信号并试图直接对该信号优化非线性。此外，所得到的后线性化电路可以直接放置在非线性装置之前。这种方式更优，因为输入信号的功率比输出信号低，而且实现预矫正电路比在放大器的输出端放置高功率装置更容易。

现在根据图2，图5假定后矫正电路PD是理想的，意味着当应用于非线性装置PA时可恢复输入信号X。图6表明如果图5中的假定成立，且进一步假定PD和PA的逆算子存在，则PA和PD的逆序同样成立。

示例：

假定功率放大器的特性如图7所示。给定输入信号，将产生由输入信号频谱和一些互调或非线性分量相加后组成的输出频谱。互调分量的特性由非线性自身的实际参数确定。

现在，如图7所示的非线性装置可以通过在放大器输出端放置其它非线性装置来进行线性化，示于图8。通过仔细地选择后矫正电路的参数，可以从互调和非线性分量方面大大改进输出信号频谱。在本文档中如何实现优化并不重要，重要的是我们认可这种实现方式是可能的。当图中参数给定并且输入信号频谱如图所示时，可以得到图中所示的改进输出频谱。

现在，本描述的目标是表明同样的后矫正电路可放置于(作为功率放大器的)非线性装置之前，仍然可以得到一个相当好的互调结果。应注意，我们从后矫正电路应是“理想”的这一个假设稍微转移，而是将仅以非理想的互调结果表示。将仍然通过此示例说明本公开专利的原理论证。

如图9所示，互调分量的阶次和图8中的相同，但后矫正电路作为预矫正电路放置。随后通过理论论证和合理的示例说明本方法是成立的。

实际实现

图10表明后矫正电路的实际实现示例。图中示出一个预矫正电路，放大器和一个与衰减器和后矫正电路相连的装置。衰减器的选择应使后矫正电路的输入功率电平与MCPA自身的输入相同。也即衰减器的值应选为MCPA增益的倒数。否则必须对参数进行校正以保持MCPA的输入功率。

假定开始预矫正电路具有单位传递函数和增益。后矫正电路被优化以给出V_postdist＝V_in，可能有特定增益或换言之，得到最小的互调分量。接着，后矫正电路的参数传送至预矫正电路。

后矫正电路随后被再次优化，然后，数据被传送至预矫正电路进行进一步的微小校正。此过程将重复以对预矫正进行正在进行的自适应修正。

本发明的优点是不需要进行非线性装置输入及其输出之间定时和/或相位的调整。通过使用本身经过后矫正的输出信号，所公开的简单方法拷贝被获得并且被优化的后矫正电路参数，以便随后利用对应的预矫正电路操作。

另一个优点是直接使用输出信号来确定用于后矫正电路的参数，因为这意味着不需要对非线性装置进行实际的建模。可以直接对输出信号实现后矫正电路的优化，而不是以一种离线方式通过预矫正电路和非线性装置的模型跟踪输入信号。此方案对模拟和数字预矫正和后矫正电路均有效。可以用多种方式实现将后矫正电路参数传送至预矫正电路的方式，由于并非本发明的一部分，在此处不予讨论，但对电子信号和电路设计领域技术人员将显而易见。

在不脱离由权利要求所定义的本发明范围和精神的条件下，根据本发明，可以用多种方法实现对于来自固有非线性装置的输出信号进行线性化，所述固有非线性装置在其输出信号中产生响应于输入信号的互调分量。

Claims (11)

1.一种用于对在其输出信号中产生响应于输入信号的互调分量的固有非线性装置的输出信号进行线性化的方法，其特征在于下述步骤：

通过直接对非线性装置的输出信号后检波来定义并优化一个后矫正电路，以优化固有非线性装置的输出信号，使其与输入信号一致；

直接使用实际输出信号作为优化过程的输入，以在定义后矫正电路的后矫正过程中消除输出信号中的互调或非线性分量，从后矫正电路的输出信号中按照希望地来消除互调或非线性分量，从而使用已优化后矫正电路的拷贝作为固有非线性装置之前的预矫正电路，由此从固有非线性装置得到改进的输出信号。

2.根据权利要求1的方法，其特征在于进一步的步骤：

将预矫正电路设置为单位传递函数，同时优化后矫正电路，以便按照希望地去除后矫正电路输出信号中的互调或非线性分量；

将后矫正电路参数传送至预矫正电路，并随后将后矫正电路设置为单位传递函数。

3.根据权剩要求2的方法，其特征在于更进一步的步骤：

再一次优化后矫正电路并将后矫正电路参数传送至预矫正电路进行进一步的微小校正；

在预先定义的时间标度内，重复上述后矫正电路的优化以获得预矫正电路的适时校正。

4.根据权利要求1的方法，其特征在于使用数字装置或装置模型用于后矫正电路的进一步步骤。

5.根据权利要求4的方法，其特征在于使用数字装置用于后矫正电路的拷贝以便作为数字预矫正电路的进一步步骤。

6.根据权利要求1的方法，其特征在于使用模拟装置或装置模型用于后矫正电路的进一步步骤。

7.根据权利要求6的方法，其特征在于使用模拟装置用于后矫正电路的拷贝以便作为模拟预矫正电路的进一步步骤。

8.一种用预矫正电路对来自固有非线性装置的输出进行线性化的装置，其特征在于：

在信号输入和固有非线性装置的输入之间插入的具有单位传递函数的预矫正电路；

在固有非线性装置输出端的第二个装置或装置模型，通过后检波形成使用被固有非线性装置的输出或输出的一部分进行优化的后矫正电路，并且后矫正电路将被优化，得到与输入到信号输入中相同的相应信号内容作为线性化输出信号，由此所获得的后矫正电路参数可传送至预矫正电路，以令该预矫正电路对固有非线性装置的非线性进行补偿。

9.根据权利要求9的装置，其特征在于预矫正电路和后矫正电路是数字装置或装置模型。

10.根据权利要求8的装置，其特征在于预矫正电路和后矫正电路是模拟装置或装置模型。

11.根据权利要求8的装置，其特征在于一个衰减器被设置在来自固有非线性装置输出的耦合器和后矫正电路之间。

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