CN1703828A - 自适应地预矫正数字式原始数据值的方法及其执行的装置 - Google Patents

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Abstract

在用于自适应预矫正通信设备的具有功率放大器的末级的数字式原始数据值的方法中，具有以下的步骤：a)通过将原始数据值与来自参考表(2)中的预矫正值相乘而预矫正原始数据值(Vm)，用于补偿功率放大器(6)的与幅度有关和相位有关的失真，其中，参考表(2)含有原始数据值的幅度和预矫正值之间的分配关系，b)向适配单元(9)反馈功率放大器(6)的输出信号值(Vr)，c)将原始数据值(Vm)送至适配单元(9)，d)在适配单元中比较时间上彼此相对应的原始数据值和输出信号值，用于评价功率放大器(6)的失真，e)基于步骤d)的结果来适配参考表(2)，如此来解决节省用于适配预矫正值所需要的计算功率的任务，适配单元(9)不连续地工作，并且至少对未出现的原始数据值(Vm)来内插/外插参考表(2)的预矫正值。此外还说明了一种用于执行该方法的装置。

Description

自适应地预矫正数字式原始数据值的方法及其执行的装置
本发明涉及一种按权利要求1前序部分所述的、用于自适应预矫正通信设备的具有功率放大器的发射末级的数字式原始数据值的方法，以及涉及一种按权利要求8前序部分所述的用于执行该方法的装置。
从专业文献S.P.Stapleton著：“利用自适应数字式预矫正的放大器线性化”中(发表在“微波和无线应用”中，2001年2月，72至77页)，提了一种具有以下步骤的用于自适应预矫正的方法：
a)通过将原始数据值与来自参考表中的预矫正值相乘来预矫正原始数据值，用于补偿功率放大器的与幅度有关和相位有关的失真，其中，参考表含有原始数据值的幅度和预矫正值之间的分配关系，
b)向适配单元反馈功率放大器的输出信号值，
c)将原始数据值送至适配单元，
d)在适配单元中比较时间上彼此相对应的原始数据值和输出信号值，用于评价功率放大器的失真，
e)基于步骤d)的结果来适配参考表。
该方法连续地来执行，并且具有以下的目的：
在现代移动电信技术中对更高的传输速率和更高的频谱效率的需求导致，像QAM或QPSK那样的“更高级别的”调制方式获得了更大的重要性，而像FSK或GMSK那样的具有恒定包络线的调制方法已变得较少重要了。在首先提及的调制方法中，发送信号的幅度和相位都含有信息。所以有必要，在通过功率放大器放大时，幅度和相位都尽可能保持不失真。
但是在此应考虑到，与作为特性曲线的直线的理想情况不同，所有实际的功率放大器具有非线性的传输特性曲线。
借助所谓的AM-AM转换，即借助功率放大器的输出信号值的与原始数据值幅度有关的幅度，和借助AM-PM转换，即借助在功率放大器中与原始数据值幅度有关的相移，可以表征这种非线性工作的功率放大器的特性。
实际的功率放大器的传输特性曲线的非线性导致了失真。在此，生成基频的谐波，在基频附近这些谐波出现在功率放大器的输出端上。在如果在功率放大器的输入端上存在着至少两种基频的情况下，则对这些基频生成谐波，其中，也发生谐波的混合。通过合适的滤波措施可以抑制所生成的谐波。但是基于谐波的上述的混频，这不适用于接近基频的互调分量。在这方面由互调分量干扰了有用信号，或功率放大器的输出信号。该干扰可以通过合适地选择高的补偿来抑制，因而减少了功率放大器的传输特性曲线的非线性，并调节出线性化的工作。但是基于提高的能耗因而恶化了功率放大器的经济性。
借助附加的帮助措施，即借助补充电子元件，同样可以设法解决关于由滤波措施不能抑制的互调分量。这包括用于自适应数字式预矫正的设计构造，通过该构造将接近信道的干扰分布到较大的频谱上，并因此减小了它们的幅度。
与此有关地公开了，借助功率放大器的测量来计算出预矫正的参考表。但是在这种静态的预矫正时，与变化的环境条件的适配，诸如与上升的工作温度或与功率放大器的变化的电源电压的适配是不可能的。
与此相反地，在上面提及的专业文献中说明了一种预矫正方法，其中，以实时来实现预矫正的参考表的持续的适配。这基于原始数据值的幅度和相位与功率放大器输出信号值的那些幅度和相位的比较来实现。从此出发，如此来调定预矫正值，使得对于功率放大器的各自的工作点来补偿失真。
但是以实时来执行参考表的持续的适配具有要求很高的计算工作量的缺点。
从此出发，本发明所基于的任务在于创造一种用于功率放大器的自适应预矫正的方法，其中，要求减小的计算工作量，并且也提供一种用于执行这种方法的装置。
该任务关于方法方面通过以下一种方法来解决，该方法用于自适应预矫正通信设备的(诸如移动无线网的移动通信终端设备或基站的)具有功率放大器的发射末级的数字式原始数据值，该方法具有以下的步骤：
a)通过将原始数据值与来自参考表中的预矫正值相乘而预矫正原始数据值，用于补偿功率放大器的与幅度有关的失真，其中，参考表含有原始数据值的幅度和预矫正值之间的分配关系，
b)向适配单元反馈功率放大器的输出信号值，
c)将原始数据值送至适配单元，
d)在适配单元中比较时间上彼此相对应的原始数据值和输出信号值，用于评价功率放大器的失真，
e)基于步骤d)的结果来适配参考表，其中，适配单元不连续地工作，并且将参考表的预矫正值至少对未出现的原始数据值进行内插/外插。
该方法的决定性的优点是，相对于现有技术显著地节省了用于预矫正所必要的计算功率。这如此来达到，对为了合适地预矫正原始数据值而动用的参考表不进行连续的适配。更确切地说，适配单元不连续地工作，使得有针对性地舍弃了，将功率放大器的原始数据值和输出信号值的彼此从属的成对的完整收集量用于适配。在参考表中自动补充至少那些预矫正值，对于这些预矫正值，基于适配单元的不连续工作而未出现原始数据值和输出信号值的合适的对。为此，按照缺少的原始数据值/输出信号值对在所使用的幅度谱之内的位置，将所属的预矫正值进行内插或外插。
优选基于时窗之内的步骤d)的结果来进行适配。在这种时窗之内不仅收集原始数据值，也收集输出信号值，并在此之后在步骤d)中彼此进行比较，以便在关于原始数据值的幅度和/或相位方面，可以做出关于功率放大器的失真的说明。
在此，根据影响功率放大器失真的外部参数和所希望的相邻信道干扰抑制，来确定在相继跟随的时窗之间的间距。例如功率放大器的工作温度和它的电源电压会影响功率放大器的失真特性，即它的非线性的传输特性。在多大程度上希望功率放大器的线性化，取决于例如通过移动无线标准在功率放大器输出端上规定了尤其互调分量的何种抑制。
对于作为原始数据值幅度的函数的输出信号值的幅度，可以对于每个时窗计算出一个多项式，其中，基于多项式的函数值而决定了参考表的预矫正值。在此，详细地借助适配单元来计算出多项式的系数，该多项式原则上适用于描述作为原始数据值函数的输出信号值的曲线。为了简单起见，可以将输出信号值标准化为功率放大器的总放大率，从输出信号值的最大值和原始数据值的最大值中来计算出该总放大率。
多项式的采用具有平滑预矫正值的曲线的优点。多项式也可以被用于外插/内插在有关的时窗中缺少的原始数据值/输出信号值对。
要强调的是，在本方法中既可以用实数的，也可以用复数的预矫正值来工作。这取决于，功率放大器的相位失真是否也是重要的。借助步骤d)可以毫无问题地确定，是否存在这种重要性。如果例如比较导致了，原始数据值和输出信号值的相位仅显示出微小的差别，则可以舍弃通过相应的预矫正进行相位修正，而仅仅用实数的预矫正值来工作。这些实数的预矫正值用来补偿功率放大器的幅度失真。
上述的任务在关于装置方面通过以下一种装置来解决，该装置用于通信设备的(诸如移动无线网的移动通信终端设备或基站的)发射放大器的线性化，该装置具有：
一个乘法器，用于将数字式原始数据值与用于补偿功率放大器的与幅度有关的失真的预矫正值相乘，其中，参考表含有原始数据值的幅度和预矫正值之间的分配关系，以及
一个适配单元，给该适配单元时间上同步地输送功率放大器的输出信号值和原始数据值，并且该适配单元是为了适配参考表而构成的，其中，适配单元具有规定时窗的计时器，该时窗用于适配参考表。
所安排的计时器具有确定时窗的任务，在该时窗之内收集用于适配预矫正值的原始数据值和输出信号值，于是在适配单元中可以进一步处理这些原始数据值和输出信号值。
以下借助附图举例地还更详细阐述本发明，其中，唯一的附图展示了移动通信终端设备的发射末级的示意性方框图。
如从附图中得出的那样，含有借助移动通信终端设备的发射末级要发送出的信息的原始数据值Vm到达预矫正单元1，该预矫正单元1包括了参考表2，在该参考表2中存放了数量N的、在原始数据值的幅度区间和所属的预矫正值之间的分配关系。因此从原始数据值Vm的幅度中得出了各自要选择的预矫正值。
在复合乘法器3中，将来自参考表2中的各自要采用的预矫正值与刚好在复合乘法器3上到达的原始数据值相乘。借助幅度计算单元4来实现各自合适的预矫正值的选择，在该幅度计算单元4的输入端上施加着原始数据值，而在该幅度计算单元4的输出端上出现了原始数据值的输送给参考表2的绝对值平方值。
预矫正单元1的复合乘法器3的输出信号到达用于生成模拟信号Vd的D/A转换器11，该模拟信号Vd施加在正交调制器5的输入端上，该正交调制器5将模拟信号Vd调制到合适的载波上。正交调制器5的输出信号到达提供所希望的放大率和输出信号Va的功率放大器6，该输出信号Va通过(未示出的)天线来辐射。
出于经济性原因如此来选择功率放大器6，使得正交调制器5的输出信号的幅度至少部分地位于功率放大器6的非线性的工作区中，即功率放大器6的特性曲线对于正交调制器5输出信号的输入幅度的至少一部分是非线性的。
基于功率放大器6的特性曲线的非线性，不仅得出了正交调制器5输出信号的幅度误差，也得出了其相位误差。附加地，如果根据规定在移动无线网的移动通信终端设备中，或也在基站中采用了发射末级，则基于在功率放大器6中的谐波和混频的形成而导致相邻信道干扰。
借助复合乘法器3通过采用参考表2中的预矫正值，可以补偿由于功率放大器6的特性曲线的非线性而产生的幅度失真和相位失真。在此，预矫正值的实数部分用来补偿功率放大器6的辐度误差，而预矫正值的虚数部分用来补偿功率放大器6的相位误差。根据在所采用功率放大器6时的相位失真在何种程度上有效地出现，在本发明的简化的实施例中也可以用实数的预矫正值和简单的乘法器3来工作，使得仅仅进行关于功率放大器6的幅度误差的补偿。
自适应地更新参考表中2的录入项。为此进行如下过程：
采集功率放大器6的输出信号Va，并且输送给发射末级的正交解调器7，该正交解调器7同样像正交调制器5那样，以通常的方式与供应载频的本地振荡器12处于通信连接中。
在继续反馈基带中的输出信号Va的过程中，该输出信号Va到达A/D转换器，在该A/D转换器的输出端上存在着数字式信号Vr，该数字式信号Vr含有功率放大器6的输出信号值。将信号Vr输送给适配单元9的第一输入端，该适配单元9具有第二输入端，在该第二输入端上施加着含有原始数据值的数字式原始数据信号Vm。在此，数字式原始数据信号Vm路过延迟单元10，该延迟单元10的任务是如此来延迟原始数据信号Vm，使得在适配单元9的两个输入端上施加着时间上彼此相对应的原始数据值和输出信号值。
适配单元9具有以下的任务，将功率放大器6的工作特性中的影响辐度失真和相位失真的可能变化，转换成参考表2中的预矫正值的变化。为了节省计算功率，适配单元9借助在一个时窗之内所收集的原始数据值和输出数据值来工作。由于与现有技术相反不进行连续的适配，所以所选择的时窗有规则地在涉及原始数据值的N个幅度区间方面，将具有空隙，这些空隙借助通过合适算法的计算可以被推断出。
在通过适配单元9可以进行适配之前，首先应计算出延迟单元10的延迟时间Vd的合适值。为此，用在所观察的时窗之内反馈的数字式输出信号Vr，通过与数字式原始数据值信号Vm的相关性来估算延迟时间τD，其中，通过相应的内插可以达到延迟时间τD的必要的精度。因此原则上创造了在参考表中适配预矫正值的前提。
在所观察的时窗中，于是借助适配单元9既收集了原始数据值，也收集了输出信号值，其中，将原始数据值幅度的值范围划分成N个区间。在此之后，计算出功率放大器6的原始数据值和输出信号值的绝对值平方值。
对于落入共同的原始数据幅度区间n中的、原始数据值和输出信号值的幅度，分别形成一个平均值，使得产生N个平均值对。于是计算出多项式的系数，该多项式把输出信号值的幅度描述为原始数据值幅度的函数。这导致了描述这些参变量之间关系的曲线的平滑。为了填满具有值对的全部N个幅度区间，于是将多项式用于缺少的幅度对(原始数据值/输出信号值)的内插/外插。
随后如此来实现输出信号幅度的标准化，使得从最高的幅度区间N中，将原始数据幅度平均值和输出信号幅度平均值用于功率放大器6的总放大率的计算。
于是按照最小均方差法来更新参考表2中的预矫正值，其中，基于在幅度区间n中的原始数据值和输出信号值的实数部分和虚数部分的比较来计算出那个预矫正值，该预矫正值作为来自有关幅度区间n中的原始数据值的乘法因子，尽可能最好地补偿了功率放大器6的幅度失真和相位失真。在此，既采集了涉及所希望的总放大率的可能的幅度偏差，也采集了基于功率放大器6中失真的、原始数据值和输出信号值之间的可能的相位偏差，并且用于预矫正值的更新。

Claims (8)

1.用于自适应地预矫正通信设备的、诸如移动无线网的移动通信终端设备或基站的、具有功率放大器(6)的发射末级的数字式原始数据值的方法，具有以下的步骤：
a)通过将所述的原始数据值与来自参考表(2)中的预矫正值相乘而预矫正所述的原始数据值(Vm)，用于补偿所述功率放大器(6)的与幅度有关和相位有关的失真，其中，所述的参考表(2)含有所述原始数据值的幅度和预矫正值之间的分配关系，
b)向适配单元(9)反馈所述功率放大器(6)的输出信号值(Vr)，
c)将所述的原始数据值(Vm)送至所述的适配单元(9)，
d)在所述的适配单元(9)中比较时间上彼此相对应的原始数据值和输出信号值，用于评价所述功率放大器(6)的失真，
e)基于所述步骤d)的结果来适配所述的参考表(2)，
其特征在于，所述的适配单元(9)不连续地工作，并且将所述参考表(2)的预矫正值至少对未出现的原始数据值(Vm)进行内插/外插。
2.按权利要求1的方法，其特征在于，基于所述步骤d)的结果在时窗之内进行所述的适配。
3.按权利要求2的方法，其特征在于，根据影响所述功率放大器(6)的失真的外部参数和所希望的干扰抑制，来确定彼此相继时窗之间的间距。
4.按权利要求1至3之一的方法，其特征在于，对于作为所述原始数据值(Vm)幅度的函数的输出信号值(Vr)的幅度，对于每一个时窗计算出一个多项式，并且基于所述多项式的函数值来决定所述参考表的预矫正值。
5.按权利要求4的方法，其特征在于，基于所述原始数据值(Vm)的彼此相继的幅度区间的预定数量，来计算出所述的多项式，其中，给每一个幅度区间分配落入该区间中的原始数据值(Vm)的一个平均值，和所属的输出信号值(Vr)的一个平均值。
6.按权利要求1至5之一的方法，其特征在于，用实数的预矫正值来工作。
7.按权利要求1至5之一的方法，其特征在于，用复数的预矫正值来工作。
8.用于通信设备的、诸如移动无线网的移动通信终端设备或基站的、发射放大器的线性化的装置，具有：
一个乘法器(3)，用于将数字式原始数据值(Vm)与用于补偿所述功率放大器(6)的与幅度有关的失真的预矫正值相乘，其中，所述的参考表(2)含有所述原始数据值(Vm)的幅度和预矫正值之间的分配关系，以及
一个适配单元(9)，它时间上同步地给该适配单元(9)输送所述功率放大器(6)的输出信号值和所述的原始数据值(Vm)，并且该适配单元(9)是为了适配所述的参考表(2)而构成的，其特征在于，所述的适配单元(9)具有一个规定时窗的计时器，该时窗用于适配所述的参考表(2)。
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