CN1539199A - 用于校正信号失真的方法与装置 - Google Patents

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Abstract

数字预矫正器将输入信号与从查找表中取得的系数相乘。为降低所需存储量，这些系数以部分形式存储，并且或者该系数在应用到输入信号之前通过加一常量(44，图3b)重新构造，或者将所检索的系数直接应用到输入信号，然后将所得的修改后信号与原来输入信号相组合(34，图2a)。

Description

用于校正信号失真的方法与装置
技术领域
本发明有关用于校正信号失真的方法与装置，其使用一组自适应系数以调整结果信号(consequential signal)，从而改善由信号处理设备响应于输入信号而在输出信号中所产生的失真。具体地，所涉及的失真校正为该信号处理设备的线性化。
背景技术
与常规的RF预矫正器相比，使用数字式预矫正具有明显的灵活性的优点。在数字式预矫正器的情况下，可以形成更复杂的非线性而不用显著增加所需硬件的复杂度，并且该非线性的所有方面都可以在自动控制之下更新。另外，与RF预矫正器构造相比，在数字式预矫正构造中自适应控制的失真量度的准确性一般有很大改善。
在功率放大器中为非线性存储效应进行预矫正是有益的。存储效应导致放大器失真特性依赖于过去的历史地在同一包络电平上不同，例如在大的RF输出脉冲之后。非线性存储效应在功率放大器中是常见现象，表现为在所要的信号频谱周围的非平衡失真结果。随着所要信号带宽的增加，存储效应校正变得越来越重要。
数字式预矫正线性化系统的性能主要受限于该数字式系统的各种部件的分辨率，例如：
1.用来采样回馈信号或者提供预矫正后信号的数据转换器(A/D与D/A)的分辨率。
2.查找表的大小与分辨率。
3.信号处理(误差估计与自适应)的分辨率。
4.在任何输入预处理或输出后处理(例如数字上变频或下变频，滤波)中所使用的分辨率。
在该系统中这些部件的每一个中所使用的各种分辨率不必相等，而且从数字硬件资源(例如在FPGA或ASIC实现中)最佳利用的角度来看，它们不相同是有益的。
发明内容
本发明的一个目的是提供用来降低信号失真的改进的技术，例如用来进行预矫正线性化的技术。
根据一个方面，本发明提供了一种用于校正信号失真的装置，其通过使用一组自适应系数以调整结果信号，从而改善由信号处理设备响应于输入信号而在输出信号中所产生的失真，该装置包括：用来在该结果信号调整中使用部分自适应系数的部件；以及用来对所检索系数是部分的这一事实进行校正，以得到进行该结果信号调整是使用了完整系数的效果的部件。
本发明还包括一种用于校正信号失真的方法，其通过使用一组自适应系数以调整结果信号，从而改善由信号处理设备响应于输入信号而在输出信号中所产生的失真，该方法包括：该结果信号调整中使用部分自适应系数；以及对所检索系数是部分的这一事实进行校正，以得到进行该结果信号调整是使用了完整系数的效果。
部分自适应系数可以小于完全自适应系数。这意味着部分自适应系数比完全自适应系数可以用较少的位表示。因此，部分自适应系数需要的存储较少，并且由此导致功耗的降低。对于给定分辨率，与完全自适应系数相比，表示部分自适应系数可能需要较少的位，这是因为部分自适应系数可以小于完全自适应系数。因此，当给定表示自适应系数的位数时，使用部分形式允许自适应系数使用更大的分辨率。
在一个实施例中，对于使用部分自适应系数的校正是：调整所检索的部分自适应系数，使其成为对应的完整自适应系数。这可以通过以下实现：每一自适应系数都等于其对应的完整的自适应系数减去常量。然后在其被用于结果信号调整之前，将该常量加到每一自适应系数。在优选实施例中，完整的自适应系数的至少很大部分都位于特定值周围，并且该值被用做该常量。
在另一实施例中，部分自适应系数被应用于结果信号，并且对使用部分自适应系数的校正通过以下完成：将结果信号调整后的(即在用部分自适应系数处理之后)与未调整(即在用部分自适应系数处理之前)的版本进行组合。优选地，在组合之前，时间对准结果信号的调整后的与未调整的版本。在组合之前，结果信号的调整后的与未调整的版本可以相对于对方地缩放。
在一个实施例中，待使用的系数由索引信号从组中选取。优选地，该索引信号可以被调整，以对该信号处理设备中的存储效应进行校正。
根据第二方面，本发明提供了一种用于校正信号失真的装置，其通过使用一组自适应系数以调整结果信号，从而改善由信号处理设备响应于输入信号而在输出信号中所产生的失真，该装置包括：用来使用索引信号选择在该结果信号调整中所使用的系数的部件；以及用来调整该索引信号，以对该信号处理设备中的存储效应进行校正的部件。
本发明还提供了一种用于校正信号失真的方法，其通过使用一组自适应系数以调整结果信号，从而改善由信号处理设备响应于输入信号而在输出信号中所产生的失真，该方法包括：使用索引信号选择在该结果信号调整中所使用的系数；以及调整该索引信号，以对该信号处理设备中的存储效应进行校正。
该索引信号的调整通过以下完成：将该索引信号交付以下处理：时间移位或者滤波。
在优选实施例中，该失真校正为信号处理设备的线性化。优选地，该线性化通过预矫正进行，在这种情况下，结果信号为到该信号处理设备的输入信号。在另一实施例中，该线性化通过前馈结构进行，在这种情况下，到该信号处理设备的输入信号被测得以提供该结果信号，并且该结果信号为该被测得信号，其在使用这些自适应系数进行调整之后，与输出信号进行组合。
在优选实施例中，该信号处理设备为放大器或者放大电路。
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1a为现有具有数字预矫正的数字到RF发射器的方框图；
图1b示出当输入信号为数字IF(中频)格式时，图1a中的预矫正器方框的构造；
图1c示出当输入信号为IQ格式时，图1a中的预矫正器方框的构造；
图2a为根据本发明的具有数字预矫正的数字到RF发射器的方框图；
图2b示出图2a中预矫正器方框的构造；
图2c示出图2a中预矫正器方框的替换构造；
图3a为根据本发明另一实施例的具有数字预矫正的数字到RF发射器的方框图；
图3b示出图3a中预矫正器方框的构造；以及
图3c示出图3a中预矫正器方框的替换构造；
具体实施方式
图1a示出现有具有数字预矫正的数字到RF发射器的方框图。在该系统中假定为数字输入，然而通过增加下变频功能以及模拟到数字转换(A/D)以将RF输入转换为数字输入，可以使用RF输入。
RF功率放大器(RFPA)10、以及在较轻程度上上变频(U/C)器12显示了产生幅度与相位失真的非线性特性。数字预矫正器14用以下方式克服这些非线性：修改数字输入以形成新的数字数据流，使误差估计与自适应方框16的两个输入之间的差异最小。通过在20上数字到模拟转换(D/A)并且在12上上变频至低功率上所需RF频率，该修改后的数据流被转换为模拟信号。然后，功率放大器10放大该低功率RF信号，产生了大部分信号失真。借助下变频器(D/C)24与26上的模拟到数字转换(A/D)，该输出功率的一个样本从22反馈到误差估计方框16。
图1b与1c中所示的数字预矫正方框14的构造显示输入信号以正交处理，然而也可能以幅度与相位(极坐标)处理。两者都允许将幅度与相位两个失真特性线性化。
在该预矫正方框构造中，数字输入样本由在查找表28、30中所包含的值加权(相乘)。图1c的构造的缺点在于：由于输入信号的IQ格式，需要更多的乘法器，而优点在于：可能以较低的时钟频率运行，并且在上变频处理12中有更到的灵活性。通过表索引的方法，从查找表(LUT)中选取给定样本的适当的查找表值。该索引一般基于输入包络功率，如此处所示(27)，然而存在其他可能(例如输入包络幅度)。
在该现有技术中数字硬件的低效率使用表现在“查找表”(LUT1)28中，该表的值以单位一为中心。因为LUT位于主信号通道，所以其分辨率必须考虑到所需响应的线性与非线性两个方面。例如，如果给定样本需要5％的增益增加以补偿在该功率水平上的非线性，则查找表将包含值1.05000—将此值与输入样本相称将得到所需的增益扩充。然而，为避免引入由LUT中离散数目的水平所导致的噪声，LUT表的深度必须足够，一般在大部分数字式通信应用中为12到14位。这需要可观数量的数字硬件资源以存储该精确度上的这些信息，并且在随后的乘法与加法步骤中也一样。
通过只需要存储LUT的增益误差部分(在上例中0.05000而不是1.05000)，即去除乘法的线性部分，以下的实施例降低了数字硬件需求。这就将该数字系统分辨率(在需要它的地方)集中到准确地生成所要求的增益压缩/扩充，并且一般将LUT中位的数目减少3到4。
下面一些实施例所具备的另一个优点在于：存储效应将被预矫正；这在图1的构造中是可能的，其中线性与增益压缩/扩展项被组合到一个表中。
图2a的构造将特性的线性增益部分与增益误差部分(压缩/扩充)分离，其包括数字延迟32，与失真处理14平行。该延迟32具有单位增益，其作用在于将线性信号与误差信号在求和点14处时间对准。因为该处理是以数字格式进行的，所以可以确保精确地进行该对准，由此保持了与现有技术相同的线性化带宽。
如图2b所示，LUTI 36现在只包含在给定功率水平上所要求的增益扩充(或压缩)的值(例如上述的5％)，并且由此该系统的所有分辨率可以被用来表示该值(例如5％)，而一般将在LUTI表中的位的数目减少3到4。这在图2b中示出，其中LUTI表显示以0而不是如图1b中的1为中心。注意图2b的预矫正器构造也适用于数字IQ输入，尽管此处未显示。简要而言，图2b中的预矫正器构造需要如图1c所示地去除输入90°分流器，并且再增加两个乘法器与减法器。对于所有下面预矫正器方框构造的实施例，可以进行类似的从数字IF到数字IQ格式的转换。
图2a系统的其余部分的操作与参照图1a所描述的相同，不同之处在于现在误差估计与自适应功能只需要计算所需的增益扩充或压缩，而不计算总体转送特性。因此其能够运行于所要求(最佳)的分辨率。
图2a的构造对于包含存储校正也是很理想的，而这对于宽带宽系统尤其重要。预矫正器方框14可以采用图2c中所示的形式以达到这一点。在I与Q查找表之前的滤波器40、42一般具有不同的特性，以允许功率放大器(PA)10中幅度与相位失真过程中的不同的存储特性。这些滤波器延迟到这些LUT的输入包络，以匹配在PA 10中发生的那些过程。它们也可以或者额外地整形供给这些LUT的输入包络。图2a的重要特征在于增益项的线性与误差校正部分的分离，其允许相对于线性部分地延迟与滤波误差校正部分。这种构造能够预矫正失真结果的不平衡，其常见于功率放大器。
滤波器I与滤波器Q也可以紧跟各自的LUT之后，然而优选实施例为所示位置。
在图3a与3b中显示了替换的构造。该构造满足了将增益的线性与误差校正部分分离的要求，而没有延迟的输入信号通路。然而，该分离通过以下完成：在乘法过程46之前，在44增加常量至LUTI的输出。此替换构造与现有技术相比具有与图2的构造一样的优点，能够大大降低LUT的大小，并且允许存储效应校正(图3b)。
图2与3的构造之间的区别在于乘法器与加法器的大小的细微差异。
已经就将部分系数应用到结果信号以改善失真的情况描述了本发明。当然，对于本领域技术人员来说，显然本发明也可以扩展到在目标信号上进行某些其他信号处理操作时使用部分系数，具有对所检索系数是部分的这一事实的校正，以得到信号处理操作是使用了完整系数进行的效果。

Claims (28)

1.一种用于校正信号失真的装置，其通过使用一组自适应系数以调整结果信号，从而改善由信号处理设备响应于输入信号而在输出信号中所产生的失真，该装置包括：用来在该结果信号调整中使用部分自适应系数的部件；以及用来对所检索系数是部分的这一事实进行校正，以得到进行该结果信号调整是使用了完整系数的效果的部件。
2.如权利要求1所述的装置，其中所检索的部分自适应系数在其被用于该结果信号调整之前被转换为完整的自适应系数。
3.如权利要求2所述的装置，其中该部分自适应系数被相对于常量地计算，并且每一自适应系数都等于其对应的完整的自适应系数减去该常量。
4.如权利要求3所述的装置，其中这些完整的自适应系数的很大部分都接近为该常量所选择的值。
5.如权利要求1所述的装置，其中该部分自适应系数被应用于该结果信号，并且对使用部分自适应系数的校正通过以下完成：将该结果信号的调整后的版本与该结果信号的未调整的版本进行组合。
6.如权利要求1至5任意一项所述的装置，其中待使用的系数由索引信号从组中选取。
7.如权利要求6所述的装置，其中该索引信号可以被调整，以对该信号处理设备中的存储效应进行校正。
8.一种用于校正信号失真的装置，其通过使用一组自适应系数以调整结果信号，从而改善由信号处理设备响应于输入信号而在输出信号中所产生的失真，该装置包括：用来使用索引信号选择在该结果信号调整中所使用的系数的部件；以及用来调整该索引信号，以对该信号处理设备中的存储效应进行校正的部件。
9.如权利要求7或8所述的装置，其中该索引信号的调整通过以下完成：将该索引信号交付以下至少一个处理：时间移位或者滤波。
10.如权利要求1至9任意一项所述的装置，其中该失真校正为该信号处理设备的线性化。
11.如权利要求10所述的装置，其中该线性化通过预矫正进行，并且结果信号为到该信号处理设备的输入信号。
12.如权利要求10所述的装置，其中该线性化通过前馈结构进行，并且到该信号处理设备的输入信号被测得以提供该结果信号，并且该结果信号在其使用这些自适应系数进行调整之后，与输出信号进行组合。
13.如权利要求1至11任意一项所述的装置，其中该信号处理设备包含放大部件。
14.一种用于校正信号失真的方法，其通过使用一组自适应系数以调整结果信号，从而改善由信号处理设备响应于输入信号而在输出信号中所产生的失真，该方法包括：该结果信号调整中使用部分自适应系数；以及对所检索系数是部分的这一事实进行校正，以得到进行该结果信号调整是使用了完整系数的效果。
15.如权利要求14所述的方法，其中所检索的部分自适应系数在其被用于该结果信号调整之前被转换为完整的自适应系数。
16.如权利要求15所述的方法，其中该部分自适应系数被相对于常量地计算，并且每一自适应系数都等于其对应的完整的自适应系数减去该常量。
17.如权利要求16所述的方法，其中这些完整的自适应系数的很大部分都接近为该常量所选择的值。
18.如权利要求14所述的方法，其中该部分自适应系数被应用于该结果信号，并且对使用部分自适应系数的校正通过以下完成：将该结果信号的调整后的版本与该结果信号的未调整的版本进行组合。
19.如权利要求14至18任意一项所述的方法，其中待使用的系数由索引信号从组中选取。
20.如权利要求19所述的方法，其中该索引信号可以被调整，以对该信号处理设备中的存储效应进行校正。
21.一种用于校正信号失真的方法，其通过使用一组自适应系数以调整结果信号，从而改善由信号处理设备响应于输入信号而在输出信号中所产生的失真，该方法包括：使用索引信号选择在该结果信号调整中所使用的系数；以及调整该索引信号，以对该信号处理设备中的存储效应进行校正。
22.如权利要求20或21所述的方法，其中该索引信号的调整通过以下完成：将该索引信号交付以下至少一个处理：时间移位或者滤波。
23.如权利要求14至22任意一项所述的方法，其中该失真校正为该信号处理设备的线性化。
24.如权利要求23所述的方法，其中该线性化通过预矫正进行，并且结果信号为到该信号处理设备的输入信号。
25.如权利要求23所述的方法，其中该线性化通过前馈结构进行，并且该到该信号处理设备的输入信号被测得以提供该结果信号，并且该结果信号在其使用这些自适应系数进行调整之后，与输出信号进行组合。
26.如权利要求14至25任意一项所述的方法，其中该信号处理设备包含放大部件。
27.一种用于校正信号失真的方法，实质上如同上文中参照附图所描述的一样。
28.一种用于校正信号失真的装置，实质上如同上文中参照附图所描述的一样。
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