CN1539198A - 信号的时间对准 - Google Patents

Abstract

为线性化的放大器(12)的输入与输出检测包络型信号。测量从输出取得的该信号的方差，并且调整所检测的信号之间的可变延迟(24)以最小化该方差。然后，该可变延迟的值给出通过该线性化的放大器的传播延迟。可以使用来自该输出的进一步的包络型信号以及插值，以改善该延迟的调整，从而最小化方差(variance)。

Description

信号的时间对准

技术领域

本发明涉及信号处理方法与装置。具体地，本发明涉及用于测定信号之间延迟以及将信号进行时间对准(time alignment)的装置。

背景技术

大家都知道使用线性化电路来调整放大器的输出信号以使其更加线性，即去除在放大器内发生的互调失真效应。另外，大家都知道将放大器的输入与输出信号进行比较以测量放大器输出中的残留失真，以及调整线性化电路以消除该残留失真。已经确定被监视的输入与输出信号的时间对准影响该线性化电路成功适应存在残留失真的能力。

发明内容

根据一个方面，本发明提供了一种信号处理装置，包括：监视部件，用来监视到信号处理设备的输入信号以及该信号处理设备的输出信号，以产生与该输入信号的包络有关的输入分析用(assay)信号以及与该输出信号的包络有关的输出分析用信号；捕获部件，用来捕获对于各种输入分析用信号值的输出分析用信号值；的度量以及调整部件，用来调整所述被监视信号之间的可变延迟，以降低捕获值中的方差。

本发明还包括一种信号处理方法，包括：监视到信号处理设备的输入信号以及该信号处理设备的输出信号，以产生与该输入信号的包络有关的输入分析用信号以及与该输出信号的包络有关的输出分析用信号；捕获对于各种输入分析用信号值的输出分析用信号值；的度量以及调整所述被监视信号之间的可变延迟，以降低该捕获值中的方差。

当方差降为零时，在其他参数不变的情况下，与相同输入分析用信号值有关的多个所捕获输出分析用信号值都将基本相同。通过降低方差，将降低所监视信号(即所监视的输入与输出信号)之间的时间错位。在这些分析用信号被用于其他从属信号处理操作时(例如，实现该输入信号上预矫正器操作的自适应控制)，这是有利的，这是因为减轻的时间错位在该从属信号处理操作中提供了更高的准确性。

这些分析用信号可以用任何适当的速度任意采样，而不局限于尼奎斯特准则。这就允许使用低成本-低性能处理器来操纵这些分析用信号。在所监视的输入与输出信号具有大的带宽时(例如，当输入与输出信号位宽带CDMA信号时)，这种脱离了其他情况下必须遵守的采样带宽限制的自由度尤其重要。通过使用较低的采样速度，可以降低在该信号处理硬件中对功率与处理资源的消耗。

在一个实施例中，调整该可变延迟以最小化输出分析用信号值中的方差。当该方差被最小化时，所监视的信号基本被时间对准(time-align)，这可以导致上述从属信号处理操作的优化。可以使用其上达到该优化的可变延迟的值，以确定通过该信号处理设备的信号所经受的传播延迟。如果该信号处理设备自身包括可调整的校准延迟，则可以将通过该信号处理设备的总传播延迟调整到任意值。由此，可以使一组示范性信号处理设备中每一个的传播延迟等同。这意味着制造该信号处理装备可以放松对决定内在传播延迟的制造公差的要求，而还能达到所需的传播延迟的标准化。显然，放松对这种公差的要求降低了该信号处理设备的制造费用与进入市场的时间。

在优选实施例中，为输入分析用信号的至少一个子范围或仓测量所捕获的输出分析用样本的方差。在一个实施例中，使用几个仓，并且他们一起覆盖了该输入分析用信号的几乎全部范围。在另一个实施例中，选择这些仓以排除该输入分析用信号的特定区域(例如已知不适合方差测量的区域)。优选地，为每一(或该)仓计算平均输出分析用信号值，并且该仓的方差为该仓中输出分析用信号到该仓均值的距离的度量。该输出分析用信号作为一个整体的方差采用为每一仓(在使用几个仓时)的方差的合。

在另一实施例中，以不同的方式测量该方差。绘制该输出分析用信号样本与其对应输入分析用信号样本的图，并用曲线(其可能是直线)拟合至少一些结果点。可以使用多种标准检测中的一种来确定该曲线拟合这些点的质量，并且可以将对该拟合的测定看作该输出分析用信号样本的方差的测定。

不管方差如何测定，都可以调整可变延迟以追求降低该方差。在一个实施例中，只可以用离散步阶调整可变延迟；已知最小的可能调整为该可变延迟的单位延迟，并且因此可能将该可变延迟调整到距时间对准位置最近的单位延迟(此处发生最小方差)。可能导出与该输出信号有关的第二输出分析用信号，并且将此第二输出分析用信号用于可变测量以产生第二值，用来设置最小化该方差的可变延迟。通过指定时间对准位置到最近可变延迟值，该时间对准位置可以被确定到1/2单位延迟的准确度。

可能使用插值来进一步改善确定该时间对准位置的准确度。可以绘制针对该可变延迟的多个值的每一个的输出分析用信号的方差(或者由此导出的参数)的值，并且至少一条曲线可以拟合这些数据点，并且可以从该(多条)曲线导出该时间对准位置的准确结果。可以使用数字滤波器来向被监视信号应用相对延迟平移，以使该被监视信号达到由插值所求得的时间对准位置。

在优选实施例中，输入分析用信号为输入信号包络的平方。在优选实施例中，输出分析用信号与所监视的输入和输出信号两者都有关(当使用两个输出分析用信号时，优选地，他们每一个都与输入和输出信号两者都有关，但显然是通过不同的关系)。

在一个实施例中，输出分析用信号通过所监视信号的分量的两个乘积的差值产生。例如，当所监视信号为IQ格式时，这些乘积可能为：输入信号的同相分量与输出信号的正交分量的乘积，以及输入信号的正交分量与输出信号的同相分量的乘积。可替换地，输出分析用信号可以是所监视信号的向量分量的两个乘积的合。例如，当所监视信号为IQ格式时，这些乘积可能为：输入与输出信号的同相分量的乘积，以及输入与输出信号的正交分量的乘积。当使用两个输出分析用信号时，一个可以通过所述乘积的合产生，而另一个可以通过所述乘积的差产生。应该注意可以使用向量分量的不同的正交座标轴组来计算这些乘积。

在另一实施例中，该输出分析用信号为所监视输出信号的包络的平方。

在本发明的优选应用中，该信号处理装备为放大器(或放大电路)。这些分析用信号可以由诸如线性化电路的失真矫正设备所使用以消除该放大器输出中的失真。

附图说明

现在将参照附图，描述本发明的特定实施例(仅作为示例)，其中：

图1为放大器线性化方案的方框图；

图2示出图1的DSP如何产生分析用信号的方框图，该分析用信号用于延迟测量与调整过程；

图3示出方差如何随延迟变化的一些图；

图4为方差的平方根对延迟的图；

图5示出延迟测量算法的流程图；以及

图6示出图1的DSP如何产生不同的分析用信号的方框图，该分析用信号用于延迟测量与调整过程。

具体实施方式

图1示出DSP(数字信号处理器)10，它用来线性化射频功率放大器RFPA12。DSP 10作为预矫正器来调整到放大器12的输入信号，以改善或消除后者输出中的失真。如果放大器输出信号所采用的中心频率不相容于DSP 10所使用的采样速度，则可以在供给DSP 10的放大器输入信号上使用下变频器14，并且在从该DSP发出的放大器输入信号上使用上变频器16。放大器的输出信号在分流器18处测得并作为回馈信号供给DSP 10。如果所测得的输出信号的频带中心频率不相容于DSP的采样速度，则可以在所测得的输出信号上使用下变频器20。

DSP 10使用所测得的输出信号来(除其他功能外)测量放大器输入信号从DSP出发、通过放大器16再以测得的放大器输出信号返回该DSP 10所需的时间。这个时段被称为传播延迟，并且主要由该放大器造成，然而该时段也部分地由其他模拟类延迟造成，例如上变频器16与下变频器20所造成的模拟延迟。

图2示出由DSP实现的、与测量传播延迟有关的处理。预处理器22将放大器输入信号交付固定延迟T_ip，并且将其转换为IQ格式。预处理器24将所测得的放大器输出信号交付可变延迟T_v将其转换为IQ格式。预处理器22与24的输出由相关器使用以产生三个分析用信号，即(i)放大器输入信号包络的平方，(ii)所测的输入与输出信号的I分量的积与所测的输入与输出信号的Q分量的积之和，以及(iii)所测的输入信号的I分量与所测的输出信号的Q分量的积减去所测的输入信号的Q分量与所测的输出信号的I分量的积。此后，这些信号将被分别称为E_input、E_isense以及E_qsense。

将这三信号供给延迟测定器28，其使用这些分析用信号以确定发自预处理器22(并交付延迟T_ip)的放大器输入信号是否与发自预处理器24(并交付延迟T_v)的所测的放大器输出信号时间对准。该测定器调整可变延迟T_v直到预处理器22与24的输出被时间对准。然后因为当到相关器26的输入对准时T_pd＝T_ip-T_v，所以可以从已知值T_ip与T_v计算传播延迟T_pd。设置T_ip的值以使放大器输入信号与所测得的输出信号之间的相对延迟在调整可变延迟时能够正值与负值都采用。为达到此目的，设置T_ip为T_ip＝T_pd(est)+1/2(T_v(max)+T_v(min))，其中T_pd(est)为传播延迟的估计，而T_v(max)与T_v(min)分别为T_v的最大值与最小值。

通过将相关器26的输入时间对齐，就间接地测量了传播延迟。如果在主信号通路(通过放大器)中包含了可调整延迟，知道了T_pd就能将传播延迟置为任意值。这允许在一组线性化的放大器之间对传播延迟标准化，而不用求助于与传播延迟相关的部件的严格的制造公差，这样便降低了制造成本，并且加快了将线性化放大器投放市场的时间。到相关器的输入被用来检测放大器输出中的残留失真，以及用来调整线性化过程以最小化该残留失真，而且时间对准相关器输入的另一个好处是对残留失真的抑制得到了改善。

如上所述，在可调整延迟T_v的多个值的每一上，多个延迟测定器28测定相关器输入是否时间对准。为测定相关器输入的时间对准，测定器28在信号E_isense与E_qsense的每一个上进行方差测量。可以通过只对这些分析用信号的一个进行方差测量来测定时间对准，然而优选地是两个都使用，因为这允许在确定时间对准与T_pd时更高的准确性。这些分析用信号不受对放大器输入与输出信号带宽的尼奎斯特采样准则的影响，并且因此该测定器可以在任意时间上或以任意速度采样分析用信号E_input、E_isense以及E_qsense。每次测定器采样这些分析用信号时，其获得三个值，每个分析用信号一个值。在可变延迟的每一设置上，测定器取得足够数目的样本三元组，并在T_v的该值上对E_input、E_isense以及E_qsense进行方差测量。然后调整T_v的值，取得新的样本三元组，并在T_v的新值上对E_input、E_isense以及E_qsense进行方差测量。持续该过程直到在足够数目的T_v值上进行了方差测量。然后，显示最小方差的T_v值被确定为将相关器输入进行时间对准的T_v值，并且该值是被用来计算T_pd的T_v值。

现在将讨论对在给定T_v值上的包络信号E_isense进行方差测量的方法。应该理解是由模拟过程在E_qsense上进行方差测量的。将所得的E_input与E_isense采样对列表，为E_input的多个范围中的每一个计算平均E_isense值，所述多个范围实际上将E_input分入一系列仓(bin)中。然后，通过参照每一个仓的E_isense平均值，为该仓或范围计算E_isense的方差，使用(例如)公式：

$V_m=\frac{1}{N}\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{({\stackrel{\‾}{e}}_m-e_n)}^2$

其中V_m为第m个仓的方差， e_m为第m个仓的E_isense平均值，e_n表示在第m个仓内的E_isense值，而N为在第m个仓内的E_isense值的个数。

然后，对当前的T_v值的方差测量V_tot由 $V_{\mathrm{tot}}=\underset{m}{\mathrm{\Σ}}{V}_m$ 给出。通过累加局部方差V_m，V_tot受放大器传送特性中的非线性的影响较少(例如，随着输入信号电平的增加，放大器的增益可能降低)。另外，方差测量中所包含的仓可以被限定为已知与放大器传送特性的大部分线性部分有关的那些仓。

图3中的每一张图表都绘出了E_input(横坐标)与E_isense(纵坐标)对。每一张图表都是针对相关器输入之间的相对延迟τ的不同值。如图所示，当τ为零时，E_isense值的方差最小。

图4显示 (纵坐标)对τ(横坐标)的图表，其中τ由T_v确定。显然，所绘 的最小值表示其上τ最小的T_v值，但是其准确度止于T_v的步长。由预处理器24中的可调整延迟线路来实现可调整延迟T_v，并且可能的最小步长为相关器输入信号的一个采样周期。在某些情况下，希望将相关器输入时间对准好于一个采样周期，这可以通过插值完成，下面将对其进行描述。

用两条直线拟合图4的

数据。用一条直线30拟合所绘 的最小值左边并且靠近该最小值的一些采样点。另一条直线32拟合所绘

的最小值右边并且靠近该最小值的一些采样点。直线的交叉点表示优于±1/2采样周期的时间对准位置。横轴上的的交叉点与所绘 的最小值之间的差异为“部分采样”(fractional sample)延迟。通过在预处理器24中使用FIR滤波以将测得的放大器输出信号平移等于部分采样延迟的量，可以对准相关器输入而消除部分采样延迟。

拟合

数据的直线每一条都拟合所绘

的最小值附近的多个连续点。在该最小值附近的

测量将落在 曲线的近似直线部分上，但更远的

测量将不会落在其上。能够合法地用来拟合直线的点的数目倚赖于放大器输入与输出信号的带宽与采样速度。作为一般建议，该数目由下式近似给出：

$\frac{1}{10\·\mathrm{\Δv}\·\mathrm{\Δ\τ}}$

其中Δv为Hz表示的3db带宽，Δτ为秒表示的延迟线路的步长。

上述的插值过程使用

是因为

图靠近最小值的部分近似线性。在另一实施例中，通过用抛物线拟合最小值附近的一组V_tot值(例如拟合V_tot的三个最小值)来计算部分采样延迟。然后从该抛物线最小值的纵坐标计算采样延迟。

图5的流程图示出确定时间对准到相关器的输入的T_v值的过程。

图6有关本发明的另一实施例，其示出了DSP 10中与将放大器输入和由预处理器发出的输出信号的版本进行时间对准有关的过程。此处，输入与输出信号的包络被确定，并且这两个包络信号提供分析用信号与T_v的值，所述分析用信号用于方差测定，而方差测定被用来计算T_pd和T_v的值，所述T_v的值对准信号。

对本领域的技术人员来讲，显然可以对所描述实施例进行许多改动而不超出本发明的范围。例如，ASIC或FPGA一样可以执行好DSP的作用。

Claims (27)

1.一种信号处理装置，包括：监视部件，用来监视到信号处理设备的输入信号以及该信号处理设备的输出信号，以产生与该输入信号的包络有关的输入分析用信号以及与该输出信号的包络有关的输出分析用信号；捕获部件，用来捕获对于各种输入分析用信号值的输出分析用信号值；的度量以及调整部件，用来调整所述被监视信号之间的可变延迟，以降低这些捕获值中的方差。

2.如权利要求1所述的装置，其中配置该调整部件以调整该可变延迟，从而最小化该输出分析用信号值中的方差。

3.如权利要求2所述的装置，进一步包括：用来从达到所述方差最小化的可变延迟的值中确定通过该信号处理设备的传播延迟的部件。

4.如权利要求1、2或3所述的装置，包括用来为该输入分析用信号的至少一个子范围或仓测量所捕获的输出分析用信号样本的方差的部件。

5.如权利要求4所述的装置，其中该方差测量部件测量几个仓的每一个中的方差，并且这些仓覆盖了该输入分析用信号的几乎全部范围。

6.如权利要求4所述的装置，其中配置该方差测量部件测量以测量几个仓的每一个中的方差，并且选择这些仓以排除该输入分析用信号的一个或更多的区域。

7.如权利要求4、5或6所述的装置，其中配置该方差测量部件测量以为每一仓确定平均输出分析用信号值，并且该仓的方差为该仓中输出分析用信号一个值或多个值到该仓均值的距离的度量。

8.如权利要求4至7中任意一项所述的装置，其中配置该方差测量部件以通过累加这些仓的方差，产生该输出分析用信号值作为一个整体的总方差。

9.如权利要求1至4中任意一项所述的装置，配置包括：方差测量部件，用来用曲线拟合由输入与输出分析用信号样本所提供的点，并且测定该拟合的质量以确定该方差。

10.如权利要求1至9中任意一项所述的装置，其中使用所述可变延迟的几个值的方差值，以插值对应最小方差的可变延迟值。

11.如权利要求10所述的装置，进一步包括：滤波部件，用来将所述可变延迟调整到由插值所导出的值。

12.如权利要求1至9中任意一项所述的装置，其中配置该监视部件以产生与该输出信号有关的进一步的输出分析用信号，该进一步的输出分析用信号用于针对该输入分析用信号的方差度量。

13.一种信号处理方法，包括：监视到信号处理设备的输入信号以及该信号处理设备的输出信号，以产生与该输入信号的包络有关的输入分析用信号以及与该输出信号的包络有关的输出分析用信号；捕获对于各种输入分析用信号值的输出分析用信号值；的度量以及调整所述被监视信号之间的可变延迟，以降低捕获值中的方差。

14.如权利要求13所述的方法，包括步骤：调整该可变延迟，从而最小化输出分析用信号值中的方差。

15.如权利要求14所述的方法，包括：从达到所述方差最小化的该可变延迟的值中确定通过该信号处理设备的传播延迟。

16.如权利要求13、14或15所述的方法，包括：为该输入分析用信号的至少一个子范围或仓，测量所捕获的输出分析用信号样本的方差。

17.如权利要求16所述的方法，其中使用几个仓，并且这些仓一起覆盖了该输入分析用信号的几乎全部范围。

18.如权利要求16所述的方法，其中使用几个仓，并且选择这些仓以排除该输入分析用信号的一个或更多的区域。

19.如权利要求16、17或18所述的方法，包括：为该仓或每一仓确定平均输出分析用信号值，以及该仓中输出分析用信号一个值或多个值到该仓均值的距离。

20.如权利要求16至19中任意一项所述的方法，包括：通过累加所有这些仓的的方差，从该输出分析用信号值作为一个整体来计算总方差。

21.如权利要求13、14或15所述的方法，进一步包括：用曲线拟合由输入与输出分析用信号样本所提供的点，并且测定该拟合的质量以测定方差。

22.如权利要求13至21中任意一项所述的方法，进一步包括：使用所述可变延迟的几个值的方差值，以插值对应最小方差的可变延迟值。

23.如权利要求22所述的方法，包括：调整滤波过程，以引入由插值所导出的值。

24.如权利要求13至23中任意一项所述的方法，包括：产生与该输出信号有关的进一步的输出分析用信号，该进一步的输出分析用信号用于针对该输入分析用信号的方差度量。

25.一种程序，用来使输出处理装置执行根据权利要求13至24中任意一项所述的方法。

26.一种信号处理方法，实质上如同上文中参照附图所描述的一样。

27.一种信号处理装置，实质上如同上文中参照附图所描述的一样。

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