DE102010038482B4

DE102010038482B4 - Digitale Vorverzerrung und Kompensation einer Betriebsbedingungsauswirkung

Info

Publication number: DE102010038482B4
Application number: DE102010038482.8A
Authority: DE
Inventors: Jan-Erik Müller; Norman Wolf
Original assignee: Intel Mobile Communications GmbH
Current assignee: Apple Inc
Priority date: 2009-07-31
Filing date: 2010-07-27
Publication date: 2014-07-24
Anticipated expiration: 2030-07-28
Also published as: DE102010038482A1; US20110025414A1; US8577311B2

Abstract

Vorrichtung (110), die folgende Merkmale aufweist: eine Vorverzerrungskomponente (150), die dahin gehend konfiguriert ist, eine digitale Vorverzerrung auf einer elektronischen Vorrichtung unter Verwendung einer statischen Kennlinie durchzuführen, wobei die statische Kennlinie für eine Mehrzahl von Betriebsbedingungen der elektronischen Vorrichtung gültig ist, wobei die Vorverzerrungskomponente (150) ausgelegt ist, um ein Eingangssignal mit einem von einer Betriebsbedingung abhängigen Faktor zu beaufschlagen und um das mit dem Faktor beaufschlagte Eingangssignal der digitalen Vorverzerrung unter Verwendung der statischen Kennlinie zu unterziehen.

Description

Bei der Verwendung eines Endgeräts (z. B. einer elektronischen Mobilkommunikationsvorrichtung) gibt es einen klaren Trend weg von Nur-Sprache-Kommunikation hin zu einer Datenübermittlung. Dies erfordert die Verwendung von spektraleffizienten Modulationsstandards, die die Anforderungen an die Netzwerkkapazität erhöhen. Diese Standards verwenden Modulationen mit nicht-konstanter Amplitude, die äußerst lineare Systeme erfordern, was zu einem erhöhten Stromverbrauch führt. Jedoch ist ein geringer Stromverbrauch von Mobilvorrichtungen wichtig, damit die Vorrichtung über eine angemessene Betriebsdauer hinweg arbeitet, und er ist wichtig für die Nutzerakzeptanz. Die Leistungsverstärker bei derartigen Endgeräten, die einen beträchtlichen Teil der Gesamtleistung des Systems verbrauchen, müssen gleichzeitig effizient und linear sein. Dieses Ziel ist allgemein schwierig zu erreichen, da der Leistungsverstärker seine höchste Effizienz bei maximaler Ausgangsleistung aufweist, wo er bei Sättigung arbeitet und äußerst nicht-linear ist. Für einen linearen Betrieb muss der Leistungsverstärker im Vergleich zu der gesättigten Leistung ausreichend zurückgefahren werden, so dass er sich linear verhält. Folglich sind die Effizienz und die Ausgangsleistung verringert. Um eine höhere lineare Leistung zu erzielen, muss die Vorrichtungsgröße eventuell erhöht werden, was zu einer größeren Halbleiterstückgröße und zu höheren Kosten führt. Folglich besteht das Entwurfsziel beim Entwerfen eines Leistungsverstärkers darin, Linearitäts- und Ausgangsleistungsanforderungen bei der besten erreichbaren Effizienz zu erfüllen.
Eine derartige Effizienz ist aufgrund einer oft relativ begrenzten Batteriespeisung besonders für Leistungsverstärker bei Mobilvorrichtungen von Bedeutung. Eine Optimierung der Effizienz für eine gegebene Linearität ist auch für Basisstationsleistungsverstärker von Bedeutung, da ihr immenser Stromverbrauch ein relevanter Betriebskostenfaktor ist.
Aus Kostengründen können Sender für Endgeräte Mehrband-, Mehrmodenlösungen umfassen, die einen Breitband-Sendeweg für Unterband und einen Breitband-Sendeweg für Hochband gemeinsam haben. Innerhalb der Grenzen der derzeit denkbaren Lösungen müssen diese kostengünstigeren Implementierungen mit einem beträchtlichen Leistungsspielraum entworfen werden, um alle Vorgaben zu erfüllen und folglich im Vergleich zu heutigen Systemen, die mehrere Schmalbandwege parallel aufweisen, mehr Strom zu verbrauchen. All diesen Anwendungen gemeinsam ist ein Bedarf an einigen flexiblen und ohne weiteres implementierbaren Verfahren, Techniken und/oder Vorrichtungen, die dahin gehend betreibbar sind, lineare Verstärker (einschließlich Sende-/Empfangsgerät-Ausgangsstufen) bezüglich einer höheren Linearität abzustimmen, und zwar praktisch ohne jeglichen zusätzlichen Leistungsverbrauch, bis zu deren Grenzen, die durch ihre gesättigte Ausgangsleistung und den Scheitelfaktor der zu verstärkenden Signale gegeben sind.
Leistungsverstärker für Mobilkommunikation verwenden üblicherweise analoge Entwurfstechniken, um den Kompromiss zwischen Linearität und Effizienz zu verbessern. Es werden mehrere Strategien eingesetzt, die auch kombiniert werden können. Eine davon besteht darin, die Amplituden- und Phasen-Nichtlinearitäten innerhalb einer Stufe durch ordnungsgemäße Einstellung von Vorspannung, Eingangs- und Ausgangsimpedanz zu kompensieren. Eine weitere Verbesserung kann erzielt werden, indem die verbleibenden Nichtlinearitäten der einzelnen Stufen so entworfen werden, dass sie zueinander entgegengesetzt sind, so dass sich diese bei dem mehrstufigen Leistungsverstärker gegenseitig aufheben. Auf diese Weise können die erreichbare lineare Leistung und Effizienz erhöht werden.
Diese analogen Entwurfstechniken beruhen auf einem Feineinstellen von Schaltungskennlinien, die auf Änderungen der Betriebsbedingungen wie z. B. Temperatur, Batteriespannung und Frequenzbereich sensibel reagieren und sogar ausfallen können, wenn sich die Betriebsbedingungen zu stark ändern.
Diese analogen Entwurfstechniken sind für moderne skalierte Nanometer(nm)-CMOS- und BiCMOS-Technologien mit ihren geringen Durchschlagsspannungsfähigkeiten und ausgeprägten Vorrichtungs-Nichtlinearitäten von begrenztem Nutzen. Andererseits gibt es einen eindeutigen Trend, nach einer immer höheren funktionellen Integration auf einem einzigen Silizium-Halbleiterstück hin zu Einchip-Radios zu streben, die sogar den Leistungsverstärker umfassen können. Zu den schwierigsten Problemen bei der Verwendung von standardmäßigen nm-CMOS-Technologien zählt der Entwurf von linearen Leistungsverstärkern mit hoher Effizienz.
Die Einschränkungen der analogen Entwurfstechniken werden auch bei den sehr breiten Bändern, Mehrfachbändern und Mehrfachstandards, die Sendelösungen für Endgeräte abdecken, die derzeit entwickelt werden, offensichtlich.
Im Vergleich zu analogen Linearisierungstechniken zeigt die digitale Vorverzerrung eine sehr gute Anpassbarkeit an sich ändernde Betriebsbedingungen. Die jeweiligen Systeme, die beispielsweise bei Basisstationsleistungsverstärkern eingesetzt werden, sind sehr komplex, kostspielig und sind vor allem bezüglich einer sehr hohen Linearität optimiert. Aufgrund dessen können die jeweiligen Techniken, die für Basisstationsleistungsverstärker eingesetzt werden, nicht ohne weiteres an Mobilsysteme angepasst werden.
Erste Versuche, die digitale Vorverzerrung bei Endgerätsendern in Offener-Regelkreis-Konfigurationen einzusetzen, scheiterten hauptsächlich aufgrund der komplexen Auswirkung von Betriebsbedingungen und Abtastwertschwankungen auf Systemkennlinien und aufgrund des erforderlichen hohen Kalibrierungsaufwands (RFMD: Polaris, Tropian: Polar transmitters (dt.: Polarsender)).
Die Druckschrift US 6304140 B1 offenbart eine digitale Vorverzerrung für Verstärker, wobei Signale, auf deren Grundlage auf eine Nachschlagtabelle mit Vorverzerrungskoeffizienten zugegriffen wird, unter Verwendung von Skalierfaktoren skaliert werden. Die Skalierfaktoren hängen von einer erfassten Temperatur ab. Dabei wird ein Signal, das die Leistung des Eingangssignals anzeigt, mit den Skalierfaktoren beaufschlagt und verwendet, um auf die Nachschlagtabellen zuzugreifen. Das Eingangssignal (Basisbandsignal) wird dann direkt einer entsprechenden Vorverzerrung unterzogen.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung sowie Verfahren mit verbesserten Kennlinien zu liefern.
Die Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Weiterbildungen finden sich in den abhängigen Ansprüchen.
Die ausführliche Beschreibung wird unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben. In den Figuren identifiziert bzw. identifizieren die äußerste(n) linke(n) Ziffer(n) eines Bezugszeichen die Figur, in der das Bezugszeichen zum ersten Mal auftritt. Die Verwendung derselben Bezugszeichen in verschiedenen Auftretensfällen in der Beschreibung und in den Figuren kann auf ähnliche oder identische Posten hinweisen.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1A und 1B beispielhafte Graphen, die ein Skalieren einer geringen Signal-Hochfrequenz-Leistungsverstärkung für die AM-AM-Kennlinien zeigen;
2A und 2B exemplarische Graphen, die verstärkungsnormierte AM-AM-Kennlinien ohne bzw. mit Nichtlinearitätsskalierung zeigen;
3A exemplarische Graphen, die AM-PM-Kurven ohne bzw. mit Nichtlinearitätsskalierung zeigen;
4 ein schematisches Blockdiagramm eines auf einer Nachschlagtabelle (LUT – look up table) beruhenden Vorverzerrungssystems auf der Basis einer Nutzung von definierten Skalierungsregeln;
5 ein schematisches Blockdiagramm, das eine Kompensation der Betriebsbedingungen bei einem polynombasierten Vorverzerrungssystem veranschaulicht;
6 ein schematisches Blockdiagramm, das eine Kompensation der Betriebsbedingungen bei einem polynombasierten Vorverzerrungssystem unter Verwendung der inversen PA-Kennlinien (PA = power amplifier, Leistungsverstärker) veranschaulicht;
7 ein schematisches Blockdiagramm des LUT-basierten Systems der 4 bei einer polaren Implementierung;
8 ein schematisches Blockdiagramm, das ein LUT-basiertes digitales Vorverzerrungssystem mit Kompensation der Auswirkung von sich ändernden Betriebsbedingungen unter Verwendung von LUTs zur Beschreibung der geringen Signalverstärkungs- und -nichtlinearitätsfaktoren veranschaulicht;
9 ein schematisches Blockdiagramm, das ein einzelnes LUT-basiertes digitales Vorverzerrungssystem zur Kompensation der Auswirkung der Vorrichtungstemperatur veranschaulicht;
10 ein schematisches Blockdiagramm, das ein bekanntes LUT-basiertes Vorverzerungssystem veranschaulicht, das ausschließlich die Nichtlinearitätsauswirkung von sich ändernden Betriebsbedingungen kompensiert;
11 ein schematisches Blockdiagramm, das ein Vorverzerrungssystem veranschaulicht, das lediglich die Auswirkung von sich ändernden Betriebsbedingungen auf die Verstärkung kompensiert;
12 ein schematisches Blockdiagramm, das ein Sendersystem mit einer Rückkopplungsschleife und ein adaptives LUT-basiertes Vorverzerrungssystem zur Kompensation der Auswirkung von sich ändernden Betriebsbedingungen veranschaulicht;
13 ein schematisches Blockdiagramm, das eine Variante der 12 veranschaulicht, die bei einer LUT-Adresserneuerung eine Nichtlinearitätsskalierung verwendet; und
14 eine exemplarische Umgebung, in der Techniken gemäß der vorliegenden Offenbarung implementiert werden können.
Gemäß bestimmten Implementierungen ermöglichen einfache, kostengünstige, einen geringen Stromverbrauch aufweisende und zuverlässige digitale Vorverzerrungstechniken mit geringem Kalibrierungsaufwand für lineare, jedoch effiziente Sender, die die Fähigkeiten von nm-skalierten CMOS vollständig nutzen, neue Niveaus bezüglich Leistungsfähigkeit und Kosten. Gemäß anderen Aspekten der vorliegenden Offenbarung wird die digitale Vorverzerrung so vereinfacht, dass eine Systemeinfügung vor allem in Mobilvorrichtungen denkbar wird. Die hierin offenbarten Konzepte sind für Systeme sowohl ohne als auch mit Rückkopplungsschleifen von Vorteil.
Die einfachsten Arten von digitalen Vorverzerrungssystemen arbeiten mit statischen Amplitudenmodulation-Amplitudenmodulation(AM-AM)- und Amplitudenmodulation-Phasenmodulation(AM-PM)-Kennlinien, die lediglich für einen Satz von Betriebsbedingungen gültig sind. Falls sich diese Bedingungen ändern, z. B. bezüglich Temperatur, Versorgungsspannung, Betriebsfrequenz, Lastbedingung, Vorspannungseinstellung usw., nimmt die Linearität des Systems ab. Bei einem System mit Rückkopplungsschleife ist ein neuer Anpassungszyklus erforderlich.
Die hierin offenbarten Konzepte berücksichtigen bzw. eliminieren die Effekte von Änderungen der Betriebsbedingungen als wesentlichem Störfaktor für digitale Vorverzerrungssysteme. Alle Änderungen der Betriebsbedingungen, die durch teilweise oder vollständig skalierte nichtlineare Kennlinien beschrieben werden können, können kompensiert werden. Auf der Basis dieser Konzepte kann eine digitale Vorverzerrung trotz sich ändernder Betriebsbedingungen unter Verwendung lediglich einer einzigen statischen nichtlinearen Kennlinie durchgeführt werden. Dies gilt für Implementierungen ohne und mit Rückkopplungsschleifen.
Bei Systemen mit einer oder mehreren Rückkopplungsschleifen für das Signal kann dasselbe Verfahren angewendet werden, wodurch eine dynamische Anpassung von Nachschlagtabellen(LUT)-Inhalt im Falle von sich ändernden Betriebsbedingungen unnötig wird. Dies ist besonders bei starken Änderungen der Betriebsbedingungen von Vorteil, die zu starken Änderungen von nichtlinearen Systemkennlinien führen können, was zu einer langen Anpassungszeit oder sogar zu einem Schwingungsverhalten eines dynamischen anpassbaren Systems führen kann.
Bei Systemen, die ohne eine Rückkopplungsschleife entworfen sind, können die Schwankungen einzelner Vorrichtungen von Abtastwert zu Abtastwert, die zu einer leichten Abweichung durchschnittlicher nichtlinearer Kennlinien führen, kalibriert werden, wenn die Vorrichtung zum ersten Mal eingeschaltet wird. Jegliche langsame Vorrichtungsdrift, die auf das Altem zurückzuführen ist, kann durch geeignete Anpassungsalgorithmen während des Einschalten ebenfalls gelegentlich kalibriert werden. Für Systeme mit Rückkopplungsschleife werden die Schwankungen einzelner Vorrichtungen von Abtastwert zu Abtastwert sowie jegliche langsame Vorrichtungsdrift durch die Rückkopplungsschleife ohne weiteres beseitigt.
Eine Änderung der Betriebsbedingungen führt zu einer Skalierung von nichtlinearen AM-AM- und AM-PM-Kennlinien. Folglich können verschiedene nichtlineare Kennlinien auf eine resultierende einzelne nichtlineare Kennlinie abgebildet werden, die für diese Art der Änderung der Betriebsbedingungen gültig ist.
Das Skalierungskonzept wird in Situationen verwendet, bei denen Temperaturänderungen eine wichtige variable Betriebsbedingung sind. Die Temperaturauswirkung kann durch zwei auf die Kennlinien bezogene separate Effekte beschrieben werden:

1. Skalierung einer geringen Signal-Hochfrequenz-Leistungsverstärkung
2. Skalierung der Nichtlinearität.

Diese zwei Skalierungsregeln werden nachfolgend in Bezug darauf, wie sie zu einer einzigen resultierenden skalierten Kennlinie führen, beschrieben. Danach daran wird man verstehen, dass eine derartige skalierte Kennlinie verfügbar ist, und anschließend wird erläutert, wie sie angewendet werden kann, um alle anderen Kennlinien, die für verschiedene Betriebsbedingungen gelten, abzuleiten.
Skalieren einer geringen Signal-Hochfrequenz-Leistungsverstärkung
Ein Skalieren der geringen Signalverstärkung entspricht einem Skalieren der y-Achse und damit einem Skalieren der Ausgangsleistung bezüglich Ausgangs- gegenüber Eingangsleistungskennlinien. In 1A sind Leistungswobbelungen für Ausgangsleistung gegenüber Eingangsleistung mit der Temperatur als Variable auf einer logarithmischen Skala gezeigt. Es wird keine Skalierung angewendet. In dieser Figur bedeutet Skalierung eine Verschiebung der Kurven in die y-Richtung. Man kann erkennen, dass alle Kurven denselben Abstand voneinander aufweisen, so dass eine einzige Zahl ausreichend ist, um alle Kurven in dem Bereich, wo die Verstärkung konstant ist, zu einer einzigen Kurve zu skalieren, wie in 1A gezeigt ist.
Skalieren der Nichtlinearität
Als Nächstes beschreiben die verstärkungsnormierten Kennlinien, wie sie in 2A für AM-AM und in 3A für AM-PM gezeigt sind, die Nichtlinearität selbst, da die Verstärkungsauswirkung beseitigt wurde. Die Skalierung der Nichtlinearität kann folgende Kriterien erfüllen:

1. Ein Skalieren der verstärkungsnormierten AM-AM-Kurven um denselben Betrag in der y- und der x-Richtung muss zu einer einzigen resultierenden Kurve führen, wie in 2B gezeigt ist.
2. Ein Skalieren der AM-PM-Kurven in der x-Richtung führt zu einer einzigen resultierenden Kurve, wie in 3B gezeigt ist.

Falls eine Skalierbarkeit in dem definierten Sinn gegeben ist, so können darauf bezogene Auswirkungen von sich ändernden Betriebsbedingungen auf eine einzige resultierende statische Vorverzerrungskennlinie abgebildet und ohne weiteres kompensiert werden.
Falls das Skalieren einer logarithmischen Regel folgt, wie für die Temperaturgraphen in 2A, 2B, 3A und 3B gezeigt ist, dann können alle Skalierungsfaktoren durch eine einzige konstante Zahl beschrieben werden. Allgemein kann es möglich sein, andere Regeln zu finden, die ein Abbilden unter Verwendung einer oder lediglich einiger weniger Konstanten ermöglichen. Derartige Regeln sind nicht erforderlich, können jedoch zur Vereinfachung des Vorverzerrungssystems verwendet werden.
Nutzung bei digitalen Vorverzerrungssystemen
Eine Anwendung der Erkenntnisse bezüglich des Skalieren der Nichtlinearität auf digitale Vorverzerrungssysteme führt zu einer Anpassung der Adresse der LUT oder zu einer Modifizierung der Eingangsleistung bei einer polynomischen Berechnung. Die Kenntnis einer einzigen nichtlinearen Kennlinie für beispielsweise eine gegebene Temperatur ermöglicht eine Bestimmung der nichtlinearen Kennlinien bei anderen Temperaturen.
Somit kann eine LUT mit feststehenden Einträgen oder einem feststehenden Vorverzerrungspolynom verwendet werden, um das System über die gesamte Temperaturregion hinweg zu steuern. Somit bedürfen lediglich die Adressen zum Auswählen der Vorverzerrungskoeffizienten oder die abhängige Variable des Polynoms einer Anpassung. Die geringe Signalverstärkung wird angepasst, indem die Eingangssignale (I und Q) im Basisband mit einem temperaturabhängigen Faktor multipliziert werden.
Das hier zu Demonstrationszwecken verwendete, auf der Temperatur basierende Beispiel kann auf ähnliche Weise für andere Betriebsbedingungsauswirkungen verwendet werden, falls die erörterten Skalierungseigenschaften erfüllt sind. Das schematische Blockdiagramm eines jeweiligen Systems ist in 4 gezeigt.
Gemäß einer Implementierung verwendet ein System einen Betriebsbedingungssensor (z. B. Temperatursensor), um eine aktuelle Betriebsbedingung zu erfassen. Indem man den Unterschied der Betriebsbedingungen der implementierten Vorverzerrung im Vergleich zu der tatsächlichen Betriebsbedingung kennt, kann zumindest eine Signalkennlinie, z. B. geringe Signalverstärkung und/oder Nichtlinearität, angepasst werden, z. B. anhand von Verstärkungs- und/oder Nichtlinearitätsfaktoren.
Polynombasierte Vorverzerrungssysteme mit umfassender Temperaturkompensation
Es ist möglich, das Konzept auf polynombasierte Vorverzerrungssysteme anzuwenden. Modelle der Volterra-Reihe und abgeleitete Modelle können auf dieselbe Weise wie Polynome kompensiert werden.
Allgemein sind Polynome durch
gegeben, wobei an die Koeffizienten des Polynoms sind und B die Betriebsbedingungen darstellt.
Falls eine Skalierbarkeit vorliegt, folgt:
Eine Verwendung dieser Beziehung filtert zu
Die konstante Komponente a₀ sollte vernachlässigbar sein, und es gilt:
Der Nichtlinearitätsfaktor v_Faktor stellt die Verschiebung parallel zur x-Achse dar: v_Faktor(B) = x_Skala(B)
Der Faktor g_Faktor der geringen Signalverstärkung ist durch Folgendes gegeben:
Das jeweilige schematische Blockdiagramm ist in 5 gezeigt. Ein ähnlicher Ansatz wurde bereits bezüglich der LUT-Implementierung der 4 präsentiert. f_PA stellt die nichtlinearen PA-Kennlinien dar, und f_pAnormiert = f_PA/a₁ stellt die auf eine Verstärkung von 1:1 normierten PA-Kennlinien dar. Die Funktion für die Vorverzerrung führt zu:
Die diskreten Eintrage der LUT stellen die Werte der Funktion f_{Vorverzerrung}(x) für diskrete LUT-Adresswerte dar, die hier die Variable x wären.
Für Vorverzerrungssysteme, die die inversen PA-Kennlinien (f^–1 _PAnormiert(x)) verwenden, ist eine Implementierung, wie sie in 6 angegeben ist, verwendbar.
Alle Betrachtungen beinhalten, dass x und y komplexe Werte sein können und somit Basisbandsignale darstellen können. Bei einem polbasierten System kann das komplexe Signal durch Amplitude und Phase dargestellt werden, wie in 7 gezeigt ist. In diesem Fall sind alle Funktionen, einschließlich inverser Funktionen, die das Verhalten des Verstärkers darstellen, als Funktion der Größe des komplexen Signals beschrieben.
Nachschlagtabelle(LUT)-basierte digitale Vorverzerrung mit umfassender Temperaturkompensation und LUTs für die Skalierungsfaktoren
Falls die Skalierungsfaktoren g_Faktor und v_Faktor nicht anhand von Funktionen ausgedrückt werden können, die die Betriebsbedingungen mit konstanten Werten darstellen, oder falls ein Anwenden der Formeln zu kompliziert ist, kann ein LUT-basierter Ansatz, bei dem Koeffizienten gemäß den Betriebsbedingungen gespeichert sind, verwendet werden, wie in 8 gezeigt ist.
Nachschlagtabelle(LUT)-basierte digitale Vorverzerrung mit Berechnung von Skalierungsfaktoren
In einem Fall, bei dem Messungen und/oder Simulationen zeigen, dass der für eine Anpassung der betriebsbedingungsabhängigen Vorverzerrung erforderliche Wert durch ein logarithmisches Gesetz gegeben ist, ist eine feststehende Zahl ausreichend, um die Betriebsbedingungsabhängigkeit zu kompensieren. In 1A bis 3B wurde eine derartige Abhängigkeit bereits bei der Betrachtung der Auswirkung von Temperatur beschrieben. Bei jenen Beispielen war der verwendete Skalierungswert für Temperaturschritte von 10°C gültig. Diese Faktoren für ein Skalieren der Nichtlinearität und einer geringen Signalverstärkung können verwendet werden, um die Faktoren g_Faktor und v_Faktor zu bestimmen:
Eine Verwendung einer anderen Basis kann zu Formeln führen, die eventuell leichter implementiert werden können. Die erwähnten Werte der feststehenden Zahlen und der Basis sind Beispiele eines gegebenen Verstärkers und können für eine andere Art von Verstärker anders ausfallen. Andere Verstärker können andere Abhängigkeiten von Betriebsbedingungen aufweisen.
9 zeigt ein schematisches Blockdiagramm einer auf einer einzigen LUT basierenden Implementierung zur Kompensation der Temperaturauswirkung. Für den untersuchten Leistungsverstärker ist es möglich, die logarithmische Abhängigkeit der Verstärkung und der Vorverzerrungskoeffizienten zu bestimmen. Falls der DSP oder die verwendete digitale Schaltungsanordnung in der Lage ist, die logarithmischen Berechnungen effizient durchzuführen, so kann der durch die 9 gegebene Ansatz direkt verwendet werden. Sollte dies nicht der Fall sein, kann stattdessen eine Taylorreihe-Näherung oder eine andere, geeignetere Funktion verwendet werden.
Versionen für lediglich eine Kompensation von Nichtlinearitäten oder einer geringen Signalverstärkung
Die Entwicklung von Vorverzerrungssystemen erfordert nicht, dass eine Vorverzerrung angewendet wird, um die Auswirkung von Temperatur sowohl auf die Verstärkung als auch auf die Nichtlinearität zu kompensieren. Es mag Gründe geben, das Verfahren zum Kompensieren lediglich eines der Effekte zu verwenden. Falls beispielsweise Schwankungen einer geringen Signalverstärkung, die auf sich ändernde Betriebsbedingungen zurückzuführen sind, toleriert werden könnten oder auf andere Weise kompensiert worden wären, bestünde eventuell kein zusätzlicher Bedarf, diesen Effekt durch Einsatz des vorgestellten Vorverzerrungsverfahrens zu kompensieren. Der Weg einer Kompensation der geringen Signalverstärkung könnte weggelassen werden. 10 zeigt ein Beispiel dafür, wie das Vorverzerrungssystem der 4 vereinfacht werden könnte.
Desgleichen ist es möglich, all die anderen Implementierungen, die als Beispiele gezeigt sind, zu vereinfachen, und/oder weitere Wege vorzusehen, um zusätzliche Effekte zu berücksichtigen.
Der andere Fall besteht darin, anzunehmen, dass eine Linearität durch den Verstärker bereits erfüllt ist. Hier kann auf den Weg einer Nichtlinearitätskompensation verzichtet werden, und die Auswirkung der sich ändernden Betriebsbedingungen auf eine geringe Signalverstärkung könnte auf die erörterte Weise kompensiert werden. Wenn 4 erneut als Referenzsystem genommen wird, kann dies wie in 11 gezeigt vereinfacht werden.
Eine weitere Anwendung kann aus der Annahme resultieren, dass der Verstärker für geringe Ausgangsleistungen bereits ausreichend linear sein kann. Falls der Verstärker in diesem Bereich betrieben werden soll, kann der Nichtlinearitätsvorverzerrungspfad abgeschaltet werden, wobei lediglich der Verstärkungskompensationspfad aktiv ist.
Systeme mit einer Rückkopplungsschleife
Im Fall von Systemen mit einer Rückkopplungsschleife kann es auch vorteilhaft sein, die Auswirkungen von sich ändernden Betriebsbedingungen zu kompensieren. Zur Berechnung der Vorverzerrungsfunktion oder der LUT-Einträge ist es erforderlich, das Eingangs- und das Ausgangssignal so zu modifizieren, dass die Auswirkung von sich ändernden Betriebsbedingungen beseitigt wird. Dies wird erzielt, indem die Eingangs- und die Ausgangsleistung mit den zwei jeweiligen Skalierungsfaktoren skaliert wird.
12 zeigt eine Implementierung eines LUT-basierten Vorverzerrungssystems. Die Konzepte der vorliegenden Implementierung können auf einfache Weise auf andere adaptive Vorverzerrungssysteme angewandt werden, die ein Skalieren einer Eingangs- und einer Ausgangssignalleistung ermöglichen. Eine Vereinfachung von Systemen, die getrennte Vorverzerrungs- und Anpassungseinheiten aufweisen, wie das in 12 gezeigte, kann erzielt werden. In diesem Fall ist es möglich, eine Anpassung ohne eine Kompensation von Nichtlinearitäten durchzuführen; jedoch ist während der Aktualisierung der Vorverzerrungsblöcke ein Skalieren der Nichtlinearität erforderlich. Im Fall einer LUT-basierten Implementierung kann dies erfolgen, indem die Adressen um den Nichtlinearitätsfaktor modifiziert werden, wenn diese erneuert werden, wie in 13 gezeigt ist.
Falls die in der Rückkopplungsschleife durchgeführte Anpassung eine dynamische Anpassung einer geringen Signalverstärkung umfasst, kann die Kompensation der geringen Signalverstärkung in der Rückkopplungsschleife weggelassen werden (Blöcke M1 in 12 und 13). Folglich müssen das Eingangs- und das Ausgangssignal lediglich mit dem Nichtlinearitätsfaktor multipliziert werden.
Beispiele von vorteilhaften Systemimplementierungen
Im Prinzip ermöglichen digitale Vorverzerrungsverfahren mit offenem Regelkreis ein Erreichen der erzielbaren Leistungsgrenzen gegebener Systeme über alle Betriebsbedingungen wie z. B. Temperatur, Spannungsversorgung, Vorspannung, Frequenzbereich und Lastimpedanz hinweg. Auf diese Weise könnten die klassischen Entworfen innewohnenden Leistungsspielräume beträchtlich verringert werden. Die zum Erreichen dieses Ziels zu erfüllenden Anforderungen umfassen diejenige, dass die Auswirkung jener Betriebsbedingungen voraussehbar ist und präzise beschrieben werden kann.
Die Nützlichkeit des vorgeschlagenen Verfahrens wurde oben für die Temperaturauswirkung gezeigt. Die offenbarten Systeme, Techniken und Verfahren funktionieren auch für Änderungen der Spannungsversorgung und für schwankende Lastimpedanzen. Sogar in Fällen, in denen das vorgeschlagene Verfahren Grenzen bezüglich eines Kompensieren einer bestimmten Art von Auswirkungen von Betriebsbedingungen aufweist, verbessert es die Fähigkeiten ordnungsgemäß entworfener Systeme beträchtlich. Die Lösung bezüglich eines Erreichen dieses Ziels besteht darin, das System so zu entwerfen, dass es bezüglich der Auswirkung, die durch das Verfahren nicht gut abgedeckt ist, unempfindlich ist.
Nachstehend sind Beispiele für Systeme angegeben, bei denen die Auswirkung der Last gering ist. Eine weitere Hemmschwelle bezüglich einer Einführung einer digitalen Vorverzerrung bei Endgerätesystemen sind die Schwankungen von Abtastwert zu Abtastwert. Wie ebenfalls nachstehend erörtert wird, können die hierin präsentierten Implementierungen eine Kalibrierung erleichtern.
Systeme mit geringer Empfindlichkeit in Bezug auf sich ändernde Lastbedingungen
Beispielhafte Implementierungen können in Fällen verwendet werden, in denen es andernfalls schwierig ist, die Auswirkung von Änderungen der Lastimpedanz zu kompensieren. Beispielsweise:

(1) Die hierin offenbarten Techniken können dazu verwendet werden, den Stromverbrauch einer Sende-/Empfangsgerät-Ausgangsstufe durch Verbessern ihre Linearität zu verringern. Man geht davon aus, dass der Vorteil die Breite, mit der die jeweilige Stufe entworfen werden kann, und die Anzahl von Signalstandards, die abgedeckt werden können, erhöht. Die Lastimpedanzänderung einer Mobilvorrichtung, die im normalen Gebrauch auftritt, ist an dem Ausgang des Sende-/Empfangsgeräts gering.
(2) Die hierin offenbarten Techniken können auch bei Systemen mit lastunempfindlichen Leistungsverstärkern verwendet werden. Dies kann durch eine Verwendung von Isolatoren oder Zirkulatoren oder Entworfen mit 90°-Hybriden erzielt werden.

Probleme bei der Systemkalibrierung
Bei manchen Systemen ist es eventuell nicht erforderlich, eine Kalibrierung zu verwenden, um die Auswirkung von Abtastwertschwankungen zu berücksichtigen. Stattdessen könnten Daten, die der Vorrichtung zugeordnet sind, verwendet werden, was dazu führt, eine Verbesserung der Leistungsfähigkeit gemäß den hierin offenbarten Lehren zu erzielen.
Eine Verwendung der hierin offenbarten Techniken weist den Vorteil auf, dass die Komplexität einer Vorrichtungsbeschreibung extrem verringert ist. Statt eine große Anzahl von diskreten Werten für eine Vorrichtungsbeschreibung zu benötigen, können einige wenige kontinuierliche Kennlinien für einen typischen Abtastwert abgeleitet werden. Für Eckabtastwerte können zusätzliche Kennilinien erhalten werden. Es kann erwartet werden, dass jeder Abtastwert durch Kennlinien einer ähnlichen Form, die innerhalb der Grenzen der Kennlinien der Eckabschnittskennlinien liegt, beschrieben wird. Durch Studieren der Kennlinien von statistisch ausgewählten Abtastwerten kann eine zusätzliche Kenntnis der Kennlinien abgeleitet werden. Dies sollte eine angemessen genaue und schnelle Bestimmung spezifischer Kennlinien von Abtastwerten durch Messen einiger weniger Punkte während der Herstellung oder Kalibrierung oder beim Einschalten der Vorrichtung ermöglichen.
Exemplarische Umgebung
14 veranschaulicht eine exemplarische Umgebung 100, in der Techniken gemäß der vorliegenden Offenbarung implementiert werden können. Bei dieser Implementierung umfasst die Umgebung 100 eine Kommunikationsvorrichtung 110 oder eine andere Mobil- und/oder elektronische Vorrichtung, die eine oder mehrere Vorverzerrungskomponenten 150 aufweist, die gemäß den Lehren der vorliegenden Offenbarung konfiguriert ist bzw. sind. Die Kommunikationsvorrichtung 110 kommuniziert wirksam über ein oder mehrere Netzwerke 140, z. B. drahtloses lokales Netz (WLAN – wireless local area network), mit einer Mehrzahl von anderen Vorrichtungen 142. Alternativ dazu kann die Kommunikationsvorrichtung 110 die Netzwerke 140 umgehen und direkt mit einer oder mehreren der anderen Vorrichtungen 142 kommunizieren.
Bei der repräsentativen Umgebung 100 ist die Kommunikationsvorrichtung 110 eine in der Hand zu haltende Vorrichtung, z. B. ein MP3-Player (MP3 = Moving Picture Exerts Group Layer-3), ein persönlicher Datenassistent (PDA – personal data assistant), eine GPS-Einheit (GPS = global positioning system, globales Positionierungssystem), ein Mobiltelefon, ein Smartphone oder eine andere, ähnliche in der Hand zu haltende Vorrichtung, und die anderen Vorrichtungen 142 können beispielsweise einen Computer 142A, eine andere in der Hand zu haltende Vorrichtung 142B, einen Compact-Disk(CD)- oder Digitale-Videoplatte(DVD)-Player 142C, einen Signalprozessor 142D (z. B. Radio, Navigationseinheit, Fernsehen usw.) und ein Mobiltelefon 142E umfassen. Bei alternativen Implementierungen können die Vorrichtungen 110, 142 selbstverständlich beliebige andere geeignete Vorrichtungen umfassen, und es versteht sich, dass jegliche der Mehrzahl von Vorrichtungen 142 mit Vorverzerrungskomponenten 150 ausgestattet sein können, die gemäß den Lehren der vorliegenden Offenbarung arbeiten.
Wie in 14 ferner gezeigt ist, umfasst die Kommunikationsvorrichtung 110 einen oder mehrere Prozessoren 112 und eine oder mehrere Kommunikationskomponenten 114, z. B. Eingabe-/Ausgabevorichtungen (I/O-Vorrichtungen) (z. B. Sende-/Empfangsgeräte, Sender, Empfänger usw.), die über einen Bus 116 mit einem Systemspeicher 120 gekoppelt sind. Bei der in 14 gezeigten Implementierung ist die Vorverzerrungskomponente 150 als Komponente in der Kommunikationskomponente 114 der Kommunikationsvorrichtung 110 enthalten. Bei alternativen Implementierungen kann die Vorverzerrungskomponente 150 jedoch mit einem beliebigen anderen geeigneten Teil der Vorrichtung 110 integriert sein, oder sie kann eine separate einzelne Komponente der Vorrichtung 110 sein.
Der Systembus 116 der Kommunikationsvorrichtung 110 stellt jegliche der mehreren Typen von Busstrukturen dar, einschließlich eines Speicherbusses oder einer Speichersteuerung, eines Peripheriebusses, einer schnellen Graphikschnittstelle, und eines Prozessors oder lokalen Busses, der beliebige einer Vielzahl von Busarchitekturen verwendet. Die Kommunikationskomponente 114 kann dahin gehend konfiguriert sein, mit einem oder mehreren externen Netzwerken 140 wie z. B. einem Mobiltelefonnetzwerk, einem Satellitennetzwerk, einem Informationsnetzwerk (z. B. Internet, Internet, zellulares Netz, Kabelnetz, faseroptisches Netzwerk, LAN, WAN usw.), einem Infrarot- oder Funkwellennetzwerk oder einem beliebigen anderen geeigneten Netzwerk wirksam zu kommunizieren.
Der Systemspeicher 120 kann computerlesbare Medien umfassen, die dahin gehend konfiguriert sind, Daten und/oder Programmmodule zum Implementieren der hierin offenbarten Techniken, die für den Prozessor 112 unmittelbar zugänglich sind und/oder derzeit auf demselben betrieben werden, zu speichern. Beispielsweise kann der Systemspeicher 120 auch ein Grundeingabe-Ausgabe-System (BIOS – basic input/output system) 122, ein Betriebssystem 124, ein oder mehrere Anwendungsprogramme 126 und Programmdaten 128 speichern, auf die der Prozessor 112 zum Ausführen verschiedener Aufgaben, die durch einen Nutzer der Kommunikationsvorrichtung 110 gewünscht werden, zugreifen kann.
Überdies können die in dem Systemspeicher 120 enthaltenen computerlesbaren Medien beliebige verfügbare Medien sein, auf die durch die Vorrichtung 110 zugegriffen werden kann, einschließlich Computerspeichermedien und Kommunikationsmedien. Computerspeichermedien können sowohl flüchtige als auch nicht-flüchtige, entnehmbare und nicht-entnehmbare Medien umfassen, die in einem beliebigen Verfahren oder in einer beliebigen Technologie zum Speichern von Informationen wie z. B. computerlesbaren Anweisungen, Datenstrukturen, Programmmodulen oder sonstigen Daten implementiert sind. Computerspeichermedien umfassen, sind aber nicht beschränkt auf, Direktzugriffsspeicher (RAM – random access memory), Nur-Lese-Speicher (ROM – read-only memory), elektrisch löschbare programmierbare ROM (EEPROM – electrically erasable programmable ROM), Flash-Speicher oder eine sonstige Speichertechnologie, Compact-Disk-ROM (CD-ROM), digitale vielseitige Platten (DVD) oder sonstige Optische-Platte-Speicherung, Magnetkassetten, Magnetband, Magnetplattenspeicherung oder sonstige Magnetspeichervorrichtungen oder ein beliebiges anderes Medium, einschließlich Papier, Lochkarten und dergleichen, die verwendet werden können, um die gewünschten Informationen zu speichern, und auf die durch die Kommunikationsvorrichtung 110 zugegriffen werden kann.
Desgleichen verkörpern Kommunikationsmedien üblicherweise computerlesbare Anweisungen, Datenstrukturen, Programmmodule oder sonstige Daten in einem modulierten Datensignal wie z. B. einer Trägerwelle oder einem anderen Transportmechanismus, und umfassen jegliche Informationsbereitstellungsmedien. Der Begriff „moduliertes Datensignal” bedeutet ein Signal, bei dem eine oder mehrere seiner Kennlinien dahin gehend eingestellt oder geändert werden, Informationen in dem Signal zu codieren. Beispielsweise, jedoch nicht beschränkt hierauf, umfassen Kommunikationsmedien verdrahtete Medien wie z. B. Verdrahtetes-Netzwerk- oder direktverdrahtete Verbindungs- und drahtlose Medien wie z. B. akustische, HF-, Infrarot- und sonstige drahtlose Medien. Kombinationen beliebiger der Obigen sollten ebenfalls in dem Schutzumfang von computerlesbaren Medien enthalten sein.
Allgemein können Programmmodule, die auf der Vorrichtung 110 ausgeführt werden (14), Routinen, Programme, Objekte, Komponenten, Datenstrukturen usw. zum Ausführen bestimmter Aufgaben oder Implementieren bestimmter abstrakter Datentypen umfassen. Diese Programmmodule und dergleichen können als nativer Code ausgeführt werden oder können heruntergeladen und ausgeführt werden, beispielsweise in einer virtuellen Maschine oder in anderen Just-in-Time- bzw. zeitgerechten Kompilationsausführungsumgebungen. Üblicherweise kann die Funktionalität der Programmmodule bei verschiedenen Implementierungen nach Wunsch kombiniert oder verteilt sein.
Obwohl die exemplarische Umgebung 100 in 14 als Kommunikationsnetzwerk gezeigt ist, soll diese Implementierung lediglich als nicht-einschränkendes Beispiel einer geeigneten Umgebung zur Verwendung einer Vorverzerrungskomponente 150 gemäß der vorliegenden Offenbarung dienen. Desgleichen ist die Vorrichtung 110 lediglich ein nicht-einschränkendes Beispiel einer geeigneten Vorrichtung, die eine Vorverzerrungskomponente 150 gemäß der vorliegenden Offenbarung umfassen kann.
Obwohl der Gegenstand in einer Sprache beschrieben wurde, die für strukturelle Merkmale und/oder methodologische Handlungen spezifisch ist, versteht es sich, dass der in den angehängten Patentansprüchen definierte Gegenstand nicht unbedingt auf die beschriebenen spezifischen Merkmale oder Handlungen beschränkt ist. Vielmehr sind die spezifischen Merkmale und Handlungen als bevorzugte Formen einer Implementierung der Patentansprüche offenbart. Demgemäß sollte der Schutzumfang der Erfindung nicht durch die Offenbarung der oben dargelegten spezifischen Implementierungen eingeschränkt werden. Stattdessen sollte die Erfindung gänzlich durch Bezugnahme auf die folgenden Patentansprüche bestimmt werden.

Claims

Vorrichtung (110), die folgende Merkmale aufweist: eine Vorverzerrungskomponente (150), die dahin gehend konfiguriert ist, eine digitale Vorverzerrung auf einer elektronischen Vorrichtung unter Verwendung einer statischen Kennlinie durchzuführen, wobei die statische Kennlinie für eine Mehrzahl von Betriebsbedingungen der elektronischen Vorrichtung gültig ist, wobei die Vorverzerrungskomponente (150) ausgelegt ist, um ein Eingangssignal mit einem von einer Betriebsbedingung abhängigen Faktor zu beaufschlagen und um das mit dem Faktor beaufschlagte Eingangssignal der digitalen Vorverzerrung unter Verwendung der statischen Kennlinie zu unterziehen.
Vorrichtung (110) gemäß Anspruch 1, bei der die statische Kennlinie eine statische Nichtlinearitätskennlinie oder eine statische Verstärkungskennlinie ist.
Vorrichtung (110) gemäß Anspruch 1 oder 2, bei der die Mehrzahl von Betriebsbedingungen eines oder mehrere der Folgenden umfasst: Temperatur, Versorgungsspannung, Betriebsfrequenz, Lastbedingung oder Vorspannungseinstellung.
Verfahren, das ein Durchühren einer digitalen Vorverzerrung auf einer elektronischen Vorrichtung unter Verwendung einer statischen Kennlinie umfasst, wobei die statische Kennlinie für eine Mehrzahl von Betriebsbedingungen der elektronischen Vorrichtung gültig ist, wobei ein Eingangssignal mit einem von einer Betriebsbedingung abhängigen Faktor beaufschlagt wird und wobei das mit dem Faktor beaufschlagte Eingangssignal der digitalen Vorverzerrung unter Verwendung der statischen Kennlinie unterzogen wird.
Verfahren gemäß Anspruch 4, bei dem die statische Kennlinie eine statische Nichtlinearitätskennlinie oder eine statische Verstärkungskennlinie ist.
Verfahren gemäß Anspruch 4 oder 5, bei dem die Mehrzahl von Betriebsbedingungen eine oder mehrere der Folgenden umfasst: Temperatur, Versorgungsspannung, Betriebsfrequenz, Lastbedingung oder Vorspannungseinstellung.
Verfahren, das folgende Schritte umfasst: Durchführen einer digitalen Vorverzerrung auf einer elektronischen Vorrichtung unter Verwendung einer statischen Kennlinie bei einer ersten Betriebsbedingung; Erfassen einer zweiten Betriebsbedingung unter Verwendung eines Betriebsbedingungssensors, der der elektronischen Vorrichtung zugeordnet ist; Vergleichen der ersten Betriebsbedingung mit der zweiten Betriebsbedingung; und Anpassen einer Signalkennlinie der elektronischen Vorrichtung auf der Basis der statischen Kennlinie und des Vergleichs der ersten Betriebsbedingung mit der zweiten Betriebsbedingung, wobei ein Eingangssignal mit einem von dem Vergleich abhängigen Faktor beaufschlagt wird und wobei das mit dem Faktor beaufschlagte Eingangssignal der digitalen Vorverzerrung unter Verwendung der statischen Kennlinie unterzogen wird.