-
Querverweis zu in Zusammenhang stehenden Patentanmeldungen
-
Diese Anmeldung beansprucht die Prioritätsrechte der vorläufigen US-Patentanmeldung Nr. 61/734,602, eingereicht am 7. Dezember 2012, und der US-Patentanmeldung Nr. 13/932,099, eingereicht am 1. Juli 2013. Die gesamte Offenbarung der oben angegebenen Anmeldung ist hier durch Bezug aufgenommen.
-
Gebiet
-
Die vorliegende Offenbarung betrifft Kommunikationssysteme im Allgemeinen und genauer ein digitales Vorverzerrungssystem für Hochfrequenzsender mit reduzierter Abtastrate in der Überwachungsschleife.
-
Hintergrund
-
Die hier vorgesehene Beschreibung des Hintergrunds dient dem Zweck, allgemein den Kontext der Offenbarung darzustellen. Die Arbeit der vorliegend genannten Erfinder, in dem Ausmaß, in dem sie in diesem Hintergrundabschnitt beschrieben ist, sowie Aspekte der Beschreibung, die bei der Einreichung nicht anderweitig als Stand der Technik gelten können, sind weder ausdrücklich noch implizit als Stand der Technik gegenüber der vorliegenden Offenbarung zugelassen.
-
Digitale Vorverzerrungsysteme werden in Hochfrequenzsendern (HF-Sendern) verwendet, um Verzerrungen in einer Leistungsverstärkerstufe aufzuheben. Die digitale Vorverzerrung verwendet typischerweise einen Analog-Digital-Umsetzer (ADC) in einer Überwachungsschleife. In digitalen Vorverzerrungssystemen muss die ADC-Umwandlungsrate Nyquist-Abtastanforderungen für die Bandbreite des Sendesignals, multipliziert mit der Ordnung der digitalen Vorverzerrung erfüllen. In modernen Kommunikationssystemen muss der ADC in der Überwachungsschleife möglicherweise bis zu 1 GHz Bandbreite erfassen. Diese Anforderung stößt an die Grenzen der aktuellen Technik und erhöht die Kosten der digitalen Vorverzerrungssysteme.
-
Zusammenfassung
-
Ein System umfasst einen Digital-Analog-Umsetzer, einen Leistungsverstärker, einen Analog-Digital-Umsetzer, ein Filter und ein Vorverzerrungsmodul. Der Digital-Analog-Umsetzer erzeugt analoge Daten auf Grundlage digitaler Daten. Der Leistungsverstärker erzeugt Ausgangsdaten auf Grundlage der analogen Daten. Der Analog-Digital-Umsetzer erzeugt Abtastwerte auf Grundlage der Ausgangsdaten bei einer niedrigeren Abtastrate als einer Nyquist-Abtastrate. Das Filter filtert die digitalen Daten und erzeugt gefilterte Daten. Das Vorverzerrungsmodul verzerrt die digitalen Daten auf Grundlage der Abtastwerte und der gefilterten Daten, um durch den Leistungsverstärker erzeugte Verzerrung zu kompensieren.
-
In anderen Merkmalen umfasst das System weiter ein Anpassungsmodul, das ein Verzerrungsmodell des Leistungsverstärkers enthält, das verwendet wird, um Gewichtungen auf Grundlage der Abtastwerte und der gefilterten Daten zu erzeugen. Das Vorverzerrungsmodul verzerrt die digitalen Daten auf Grundlage der Gewichtungen.
-
In anderen Merkmalen umfasst das System weiter ein Anpassungsmodul, das ein Verzerrungsmodell des Leistungsverstärkers enthält, das verwendet wird, um die gefilterten Daten zu verzerren, um Verzerrungskomponenten zu erzeugen, und einen Korrelator, der die Verzerrungskomponenten mit nichtlinearen Komponenten eines auf Grundlage der Abtastwerte und der gefilterten Daten erzeugten Fehlersignals korreliert und Gewichtungen erzeugt. Das Vorverzerrungsmodul verzerrt die digitalen Daten auf Grundlage der Gewichtungen.
-
In anderen Merkmalen umfasst das System weiter ein Auflösungs-Verringerungsmodul, das die gefilterten Daten in der Auflösung verringert und auflösungsverringerte Daten erzeugt, die zu den durch den Analog-Digital-Umsetzer erzeugten Abtastwerten zeitlich ausgerichtet sind, einen Subtrahierer, der ein Fehlersignal auf Grundlage der Abtastwerte und der auflösungsverringerten Daten erzeugt, ein Verzerrungsmodell des Leistungsverstärkers, das verwendet wird, um die gefilterten Daten zu verzerren, um Verzerrungskomponenten zu erzeugen, und einen Korrelator, der die Verzerrungskomponenten mit nichtlinearen Komponenten des Fehlersignals korreliert und Gewichtungen erzeugt. Das Vorverzerrungsmodul verzerrt die digitalen Daten auf Grundlage der Gewichtungen.
-
In anderen Merkmalen umfasst das System weiter ein Auflösungs-Verringerungsmodul, das die Auflösung der gefilterten Daten um einen Faktor k verringert und auflösungsverringerte Daten erzeugt, die zu den durch den Analog-Digital-Umsetzer erzeugten Abtastwerten zeitlich ausgerichtet sind, und einen Subtrahierer, der ein Fehlersignal auf Grundlage der Abtastwerte und der auflösungsverringerten Daten erzeugt. Das Filter enthält ein Filter mit endlicher Impulsantwort (FIR-Filter) mit Koeffizienten, die auf Grundlage des Fehlersignals bei jedem durch den Analog-Digital-Umsetzer erzeugten k-ten Abtastwert eingestellt werden.
-
In noch anderen Merkmalen umfasst ein System einen Leistungsverstärker, der Ausgangsdaten auf Grundlage von digitalen Daten erzeugt, einen Analog-Digital-Umsetzer, der Abtastungen auf Grundlage der Ausgangsdaten bei einer niedrigeren Abtastrate als einer Nyquist-Abtastrate erzeugt, ein Filter, das die digitalen Daten filtert und gefilterte Daten erzeugt, ein Verzerrungsmodell des Leistungsverstärkers, das verwendet wird, um die gefilterten Daten zu verzerren, um Verzerrungskomponenten zu erzeugen, einen Korrelator, der die Verzerrungskomponenten mit nichtlinearen Komponenten eines auf Grundlage der Abtastwerte und der gefilterten Daten erzeugten Fehlersignals korreliert und Gewichtungen erzeugt, und ein Vorverzerrungsmodul, das die digitalen Daten auf Grundlage der Gewichtungen verzerrt, um durch den Leistungsverstärker erzeugte Verzerrung zu kompensieren.
-
In anderen Merkmalen umfasst das System weiter ein Auflösungs-Verringerungsmodul, das die gefilterten Daten in der Auflösung verringert und auflösungsverringerte Daten erzeugt, die zu den durch den Analog-Digital-Umsetzer erzeugten Abtastwerten zeitlich ausgerichtet sind, und einen Subtrahierer, der ein Fehlersignal auf Grundlage der Abtastwerte und der auflösungsverringerten Daten erzeugt.
-
In anderen Merkmalen umfasst das System weiter ein Auflösungs-Verringerungsmodul, das die gefilterten Daten um einen Faktor k in der Auflösung verringert und auflösungsverringerte Daten erzeugt, die zu den durch den Analog-Digital-Umsetzer erzeugten Abtastwerten zeitlich ausgerichtet sind, und einen Subtrahierer, der ein Fehlersignal auf Grundlage der Abtastwerte und der auflösungsverringerten Daten erzeugt. Das Filter enthält ein Filter mit endlicher Impulsantwort (FIR-Filter) mit Koeffizienten, die auf Grundlage des Fehlersignals bei jedem durch den Analog-Digital-Umsetzer erzeugten k-ten Abtastwert eingestellt werden.
-
In noch anderen Merkmalen umfasst ein Verfahren Erzeugen analoger Daten auf Grundlage von digitalen Daten, Erzeugen von Ausgangsdaten auf Grundlage der analogen Daten unter Verwendung eines Leistungsverstärkers, Erzeugen von Abtastwerten auf Grundlage der Ausgangsdaten bei einer niedrigeren Abtastrate als einer Nyquist-Abtastrate, Filtern der digitalen Daten, um gefilterte Daten zu erzeugen, und Verzerren der digitalen Daten auf Grundlage der Abtastwerte und der gefilterten Daten, um durch den Leistungsverstärker erzeugte Verzerrung zu kompensieren.
-
In anderen Merkmalen umfasst das Verfahren weiter Erzeugen von Gewichtungen auf Grundlage der Abtastwerte und der gefilterten Daten unter Verwendung eines Verzerrungsmodells des Leistungsverstärkers und Verzerren der digitalen Daten auf Grundlage der Gewichtungen.
-
In anderen Merkmalen umfasst das Verfahren weiter Verzerren der gefilterten Daten unter Verwendung eines Verzerrungsmodell des Leistungsverstärkers, um Verzerrungskomponenten zu erzeugen, Korrelieren der Verzerrungskomponenten mit nichtlinearen Komponenten eines auf Grundlage der Abtastwerte und der gefilterten Daten erzeugten Fehlersignals, um Gewichtungen zu erzeugen, und Verzerren der gefilterten Daten auf Grundlage der Gewichtungen.
-
In anderen Merkmalen umfasst das Verfahren weiter Auflösungs-Verringern der gefilterten Daten und Erzeugen von auflösungsverringerten Daten, die zu den Abtastwerten zeitlich ausgerichtet sind, Erzeugen eines Fehlersignals auf Grundlage der Abtastwerte und der auflösungsverringerten Daten, Verzerren der gefilterten Daten unter Verwendung eines Verzerrungsmodells des Leistungsverstärkers, um Verzerrungskomponenten zu erzeugen, Korrelieren der Verzerrungskomponenten mit nichtlinearen Komponenten des Fehlersignals, um Gewichtungen zu erzeugen, und Verzerren der gefilterten Daten auf Grundlage der Gewichtungen.
-
In anderen Merkmalen umfasst das Verfahren weiter Auflösungs-Verringern der gefilterten Daten um einen Faktor k und Erzeugen auflösungsverringerter Daten, die zu den Abtastwerten zeitlich ausgerichtet sind, Erzeugen eines Fehlersignals auf Grundlage der Abtastwerte und der auflösungsverringerten Daten und Einstellen von Koeffizienten für das Filtern auf Grundlage des Fehlersignals bei jedem k-ten Abtastwert.
-
In noch anderen Merkmalen umfasst ein System Erzeugen von Ausgangsdaten auf Grundlage von digitalen Daten unter Verwendung eines Leistungsverstärkers, Erzeugen von Abtastwerten auf Grundlage der Ausgangsdaten bei einer niedrigeren Abtastrate als einer Nyquist-Abtastrate, Filtern der digitalen Daten, um gefilterte Daten zu erzeugen, Verzerren der gefilterten Daten unter Verwendung eines Verzerrungsmodells des Leistungsverstärkers, um Verzerrungskomponenten zu erzeugen, Korrelieren der Verzerrungskomponenten mit nichtlinearen Komponenten eines auf Grundlage der Abtastwerte und der gefilterten Daten erzeugten Fehlersignals zum Erzeugen von Gewichtungen und Verzerren der digitalen Daten auf Grundlage der Gewichtungen, um durch den Leistungsverstärker erzeugte Verzerrung zu kompensieren.
-
In anderen Merkmalen umfasst das Verfahren weiter Auflösungs-Verringern der gefilterten Daten, um auflösungsverringerte Daten zu erzeugen, die zu den Abtastwerten zeitlich ausgerichtet sind, und Erzeugen des Fehlersignals auf Grundlage der Abtastwerte und der auflösungsverringerten Daten.
-
In anderen Merkmalen umfasst das Verfahren weiter Auflösungs-Verringern der gefilterten Daten um einen Faktor k, um auflösungsverringerte Daten zu erzeugen, die zu den Abtastwerten zeitlich ausgerichtet sind, Erzeugen des Fehlersignals auf Grundlage der Abtastwerte und der auflösungsverringerten Daten und Einstellen von Koeffizienten für das Filtern auf Grundlage des Fehlersignals bei jedem k-ten Abtastwert.
-
Weitere Gebiete der Anwendbarkeit der vorliegenden Offenbarung werden aus der genauen Beschreibung, den Ansprüchen und den Zeichnungen offensichtlich. Die genaue Beschreibung und spezifische Beispiele sind nur zu Zwecken der Erläuterung bestimmt und sollen nicht den Umfang der Offenbarung einschränken.
-
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
-
Die vorliegende Offenbarung wird vollständiger aus der genauen Beschreibung und den begleitenden Zeichnungen verstanden, wobei:
-
1 ein Funktionsblockschaltbild eines Senders ist, der ein direkt lernendes digitales Vorverzerrungssystem enthält, das in einem Hochfrequenzbereich (HF-Bereich) arbeitet;
-
2 ein Funktionsblockschaltbild eines Senders ist, der ein indirekt lernendes digitales Vorverzerrungssystem enthält, das in dem HF-Bereich arbeitet;
-
3 ein Funktionsblockschaltbild eines Senders ist, der ein direkt lernendes digitales Vorverzerrungssystem enthält, das in einem Basisbandbereich arbeitet;
-
4 ein Funktionsblockschaltbild eines Senders ist, der ein indirekt lernendes digitales Vorverzerrungssystem enthält, das in dem Basisbandbereich arbeitet;
-
5 ein Funktionsblockschaltbild eines Senders ist, der ein digitales Vorverzerrungssystem enthält, das bei einer niedrigeren als der Nyquist-Abtastrate arbeitet;
-
6 ein Funktionsblockschaltbild eines Senders ist, der ein digitales Vorverzerrungssystem enthält, das bei einer niedrigeren als der Nyquist-Abtastrate und mit Überwachungsschleifen-Frequenzgangkompensation arbeitet;
-
7 ein Beispiel eines in der Simulation benutzten Vorverzerrungsmodells ist;
-
8A bzw. 8B Spektraldiagramme ohne und mit digitaler Vorverzerrung für eine erste WCDMA-Simulation zeigen;
-
9 eine Kurve ist, die Konvergenz von Vorverzerrungsparametern über der Zeit für die erste WCDMA-Simulation zeigt;
-
10A bzw. 10B Spektraldiagramme ohne und mit digitaler Vorverzerrung für eine zweite WCDMA-Simulation zeigen;
-
11 eine Kurve ist, die Konvergenz von Vorverzerrungsparametern über der Zeit für die zweite WCDMA-Simulation zeigt;
-
12A bzw. 12B Spektraldiagramme ohne und mit digitaler Vorverzerrung für GSM-Simulation zeigen;
-
13 eine Kurve ist, die Konvergenz von Vorverzerrungsparametern über der Zeit für GSM-Simulation zeigt;
-
14A und 14B einen Sender darstellen, der ein digitales Vorverzerrungssystem enthält, das in dem Basisbandbereich arbeitet;
-
15 ein Funktionsblockschaltbild eines Anpassungsmoduls ist, das in dem Sender von 14B verwendet ist; und
-
16 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Abtasten eines Leistungsverstärkerausgangs bei einer geringeren als der Nyquist-Rate, zum Vorverzerren zu sendender Daten und zum Kompensieren der Leistungsverstärkerverzerrung ist.
-
Genaue Beschreibung
-
Nun mit Bezug auf 1 enthält ein HF-Sender 100 ein Vorverzerrungsmodul 102, einen Digital-Analog-Umsetzer (DAC) 104, einen Leistungsverstärker 106, ein Rückkopplungsmodul 108, einen ADC 110, einen Subtrahierer 112 und ein Anpassungsmodul 114. Zu sendende digitale Daten x(n) werden in das Vorverzerrungsmodul 102 eingegeben. Das Vorverzerrungsmodul 102 gibt Daten y(n) an den DAC 104 aus. Das Vorverzerrungsmodul 102 verzerrt die zu sendenden Daten x(n) und erzeugt verzerrte Daten y(n). Der DAC 104 wandelt die verzerrten Daten y(n) aus dem digitalen in ein analoges Format um. Der Leistungsverstärker 106 verstärkt die durch den DAC 104 ausgegebenen analogen Daten mit einer Verstärkung G. Der Leistungsverstärker 106 gibt verstärkte Daten p(t) aus. Der Sender 100 sendet die verstärkten Daten p(t).
-
Das Rückkopplungsmodul 108 skaliert die durch den Leistungsverstärker 106 ausgegebenen verstärkten Daten p(t) mit einer Verstärkung 1/G. Das Rückkopplungsmodul 108 gibt eine skalierte Version der zu sendenden Daten aus. Das Rückkopplungsmodul 108 gibt die skalierten Daten an den ADC 110 aus. Der ADC 110 wandelt die skalierten Daten aus dem analogen in ein digitales Format um. Der ADC 110 gibt analoge Daten x~(n) aus. Der Subtrahierer 112 subtrahiert die analogen Daten x~(n) von den in das Vorverzerrungsmodul 102 eingegebenen digitalen Daten x(n). Der Subtrahierer 112 erzeugt ein Fehlersignal e(n). Das Anpassungsmodul 114 steuert das Vorverzerrungsmodul 102 auf Grundlage des Fehlersignals e(n).
-
Die digitale Vorverzerrungstechnik wird in HF-Sendern verwendet, um nichtlineare Verzerrung aufzuheben, die in dem Leistungsverstärker 106 erzeugt wird. Das Anpassungsmodul 114 stellt Parameter des Vorverzerrungsmoduls 102 so ein, dass das Fehlersignal e(n) minimiert ist. Wenn das Fehlersignal e(n) gleich Null wird, erzeugt das Vorverzerrungsmodul 102 eine Verzerrung, die die Leistungsverstärker-Verzerrung aufhebt.
-
Um die Nyquist-Anforderungen zu erfüllen, muss der ADC 110 in der Überwachungsschleife bei einer Umwandlungsrate arbeiten, die größer ist als die doppelte Bandbreite des Sendesignals, multipliziert mit einer Ordnung des Vorverzerrungsmoduls 102. In aufkommenden Standards kann die ADC-Umsetzung bis zu 2 GHz erreichen müssen. Insbesondere der ADC 110 in der Überwachungsschleife kann bis zu 1 GHz Bandbreite erfassen müssen. Demgemäß kann der ADC 110 bei Umwandlungsraten von mehr als 2 GHz arbeiten müssen. Betrieb bei Umwandlungsraten von mehr als 2 GHz stößt an die Grenzen der aktuellen Technik und erhöht die Kosten des digitalen Vorverzerrungssystems.
-
Die vorliegende Offenbarung betrifft Verringern der Abtastrate des ADC in der Überwachungsschleife in digitalen Vorverzerrungssystemen, die in HF-Sendern verwendet sind. Verringern der Abtastrate des ADC verringert Leistungsaufnahme und Kosten digitaler Vorverzerrungssysteme. Die vorliegende Offenbarung setzt eine digitale Vorverzerrungs-Architektur um, bei der die Abtastrate in der Überwachungsschleife beliebig niedrig sein kann und nur durch die Zeitanforderungen der Anpassungskonvergenz bestimmt ist.
-
Die vorliegende Offenbarung betrifft das bei Hochfrequenzsendern (HF-Sendern) verwendete digitale Vorverzerrungssystem. Insbesondere ist die vorliegende Offenbarung auf Sender anwendbar, die in Mobilfunk-Basisstationen (BTS) und in anderen Kommunikationssystemen verwendet sind. Die in den HF-Sendern verwendeten Leistungsverstärker sind nichtlineare Vorrichtungen. Die Nichtlinearitäten der Leistungsverstärker verursachen sowohl Verzerrung des Sendesignals als auch erhöhten Leistungsverlust außerhalb des Bandes, was zum Erhöhen von Störungen in Nachbarkanälen führt. Der Gesamtwirkungsgrad und das Erfüllen von Systemanforderungen (z. B. Fehlervektorbetrag (EVM) und Frequenzmaske) sind hauptsächlich durch das nichtlineare Verhalten des Leistungsverstärkers bestimmt. Daher sind einige Linearisierungstechniken wichtig, um die Verzerrung des Sendesignals zu minimieren, ohne den Wirkungsgrad des Leistungsverstärkers zu beeinträchtigen.
-
Digitale Vorverzerrung ist die effektivste unter den verwendeten Linearisierungstechniken. Bei der digitalen Vorverzerrung wird das Sendesignal absichtlich so verzerrt, dass die eingeführte Verzerrung die durch den Leistungsverstärker erzeugte Verzerrung aufhebt. Die Vorverzerrung wird in der digitalen Ebene eingeführt, bevor die Sendedaten in den Leistungsverstärker eingegeben werden. Das Sendesignal wird basierend auf einem nichtlinearen Leistungsverstärkermodell vorverzerrt. Die Modellparameter werden für beste Verzerrungsaufhebung optimiert.
-
Die Leistungsverstärker-Modellparameter werden unter Verwendung eines Anpassungsalgorithmus optimiert. Zum Beispiel ist in 1 ein direkt lernendes Anpassungssystem gezeigt. Bei dem direkt lernenden Anpassungssystem wird das Ausgangssignal des Leistungsverstärkers unter Verwendung eines ADC in die digitale Ebene zurückgewandelt und mit dem unverzerrten Signal verglichen. Die Verzerrungsmodellparameter werden dann so optimiert, dass die Differenz zwischen dem unverzerrten Signal und dem gemessenen Ausgangssignal minimiert ist.
-
Nun ist mit Bezug auf 2 ein indirekt lernendes Anpassungssystem gezeigt. Das indirekt lernende Anpassungssystem ist robuster und unempfindlicher gegen Ungenauigkeiten des Verzerrungsmodells als das direkt lernende Anpassungssystem. In beiden Fällen benutzt das Anpassungsverfahren den Algorithmus der kleinsten quadratischen Abweichung (LMS) oder rekursiven quadratischen Abweichung (RLS).
-
In 2 enthält ein HF-Sender 150 ein erstes Vorverzerrungsmodul 102-1, den Digital-Analog-Umsetzer (DAC) 104, den Leistungsverstärker 106, das Rückkopplungsmodul 108, den ADC 110, ein zweites Vorverzerrungsmodul 102-2, den Subtrahierer 112 und das Anpassungsmodul 114. Das erste Vorverzerrungsmodul 102-1 kann dem zweiten Vorverzerrungsmodul 102-2 ähnlich sein. Das heißt, das erste und das zweite Vorverzerrungsmodul 102-1 und 102-2 benutzen identische nichtlineare Leistungsverstärkermodelle und -modellparameter.
-
Zu sendende digitale Daten x(n) werden in das erste Vorverzerrungsmodul 102-1 eingegeben. Das erste Vorverzerrungsmodul 102-1 verzerrt die zu sendenden Daten x(n) und gibt verzerrte Daten y(n) an den DAC 104 aus. Der DAC 104 wandelt die verzerrten Daten y(n) aus dem digitalen in ein analoges Format um. Der Leistungsverstärker 106 verstärkt die durch den DAC 104 ausgegebenen analogen Daten mit einer Verstärkung G. Der Leistungsverstärker 106 gibt verstärkte Daten p(t) aus. Der Sender 150 sendet die verstärkten Daten p(t).
-
Das Rückkopplungsmodul 108 skaliert die durch den Leistungsverstärker 106 ausgegebenen verstärkten Daten p(t) mit einer Verstärkung 1/G. Das Rückkopplungsmodul 108 gibt eine skalierte Version der zu sendenden Daten aus. Das Rückkopplungsmodul 108 gibt die skalierten Daten an den ADC 110 aus. Der ADC 110 wandelt die skalierten Daten aus dem analogen in ein digitales Format um. Der ADC 110 gibt analoge Daten aus. Das zweite Vorverzerrungsmodul 102-2 verzerrt die durch den ADC 110 ausgegebenen analogen Daten und erzeugt verzerrte Daten y~(n). Der Subtrahierer 112 subtrahiert die verzerrten Daten y~(n) von den verzerrten Daten y(n). Der Subtrahierer 112 erzeugt ein Fehlersignal e(n). Das Anpassungsmodul 114 steuert das erste und das zweite Vorverzerrungsmodul 102-1 und 102-2 auf Grundlage des Fehlersignals e(n).
-
Die digitale Vorverzerrungstechnik wird verwendet, um nichtlineare Verzerrung aufzuheben, die in dem Leistungsverstärker 106 erzeugt wird. Das Anpassungsmodul 114 stellt Parameter des zweiten Vorverzerrungsmoduls 102-2 so ein, dass das Fehlersignal e(n) minimiert ist. Wenn das Fehlersignal e(n) gleich Null wird, erzeugt das zweite Vorverzerrungsmodul 102-2 eine Verzerrung, die die Leistungsverstärker-Verzerrung aufhebt. Das erste Vorverzerrungsmodul 102-1 verwendet ein identisches Modell und identische Parameter wie das zweite Vorverzerrungsmodul 102-2, um das Sendesignal zu verzerren, um die Aufhebung der durch den Leistungsverstärker 106 erzeugten Verzerrung weiter zu verbessern.
-
In 1 und 2 arbeiten sowohl der Digital-Analog-Umsetzer (DAC) 104 als auch der Analog-Digital-Umsetzer (ADC) 110 im HF-Signalpfad. Die Anforderung, dass die Umsetzer-Abtastraten das Nyquist-Kriterium erfüllen müssen, stellt unakzeptable Anforderungen an die Umsetzergeschwindigkeit. Die Umsetzer-Abtastrate kann verringert werden, indem der digitale Vorverzerrungsbetrieb in den Basisband-Frequenzbereich verschoben wird.
-
Nun sind mit Bezug auf 3 und 4 Sender gezeigt, die digitale Vorverzerrungssysteme im Basisband-Frequenzbereich verwenden. 3 zeigt einen Sender 200, der ein direkt lernendes digitales Vorverzerrungssystem im Basisbandbereich umfasst. 4 zeigt einen Sender 250, der ein indirekt lernendes digitales Vorverzerrungssystem im Basisbandbereich umfasst.
-
In 3 enthält der Sender 200 alle Bestandteile des in 1 gezeigten Senders 100 und enthält zusätzlich einen Modulator 202 und einen Frequenz-Abwärtskonvertierer 204. In 4 enthält der Sender 250 alle Bestandteile des in 2 gezeigten Senders 150 und enthält zusätzlich den Modulator 202 und den Frequenz-Abwärtskonvertierer 204.
-
In 3 und 4 moduliert der Modulator 202 den Ausgang des DAC 104. Der Ausgang des Modulators 202 wird in den Leistungsverstärker 106 eingegeben. In der Überwachungsschleife konvertiert der Frequenz-Abwärtskonvertierer 204 den Ausgang des Rückkopplungsmoduls 108 vom HF- zum Basisband-Frequenzbereich herunter. Das Vorverzerrungsmodul 102 und das Anpassungsmodul 114 arbeiten im Basisband-Frequenzbereich. Die Abtastraten des DAC 104 und des ADC 110 können verringert werden, indem der digitale Vorverzerrungsbetrieb in den Basisband-Frequenzbereich verschoben wird.
-
Im digitalen Vorverzerrungssystem muss die ADC-Umwandlungsrate die Anforderungen des Nyquist-Abtasttheorems erfüllen. Demgemäß muss der ADC bei einer größeren Abtastrate als der doppelten Bandbreite des Eingangssignals arbeiten. Wegen dieser Anforderung muss der ADC, wenn die digitale Vorverzerrung bei der Basisbandfrequenz durchgeführt wird, bei einer größeren Abtastrate als der doppelten Bandbreite des Signals des Leistungsverstärkerausgangs arbeiten. (Alternativ können zwei ADCs für die I- und die Q-Signalkomponente bei der halben Abtastrate arbeiten.) Das Signal am Leistungsverstärkerausgang enthält Intermodulationskomponenten, die von der Leistungsverstärker-Nichtlinearität herrühren. Demgemäß ist die Gesamtsignalbandbreite, die durch den ADC erfasst werden muss, N-mal breiter als die Senderbandbreite, wobei N die Ordnung der durch die digitale Vorverzerrung zu korrigierende Leistungsverstärkerverzerrung ist. Bei modernen BTS-Sendern kann die Sendebandbreite bis zu 200 MHz betragen, mit erforderlicher Vorverzerrung fünfter Ordnung. Dies führt zu einer Bandbreite der digitalen Vorverzerrung von 1 GHz, die durch den ADC erfasst werden muss. Eine solche Anforderung für die ADC-Leistungsfähigkeit stößt an die Grenzen der aktuellen Technik und erhöht die Kosten der Sender.
-
Die vorliegende Offenbarung schlägt vor, dass die Nyquist-Anforderung beim Abtasten des Fehlersignals e(n) nicht erfüllt werden muss. Insbesondere, da das Bringen des Fehlersignals e(n) auf Null gleichwertig mit Bringen der Leistung des Fehlersignals e(n) auf Null ist, reicht Messen der Leistung des Fehlersignals e(n) aus. Das Sendesignal und das Fehlersignal können durch bandbegrenztes Rauschen angenähert werden, dessen Autokorrelationsfunktion sich mit im Laufe der Zeit Null nähert. Demgemäß kann die Leistung des Fehlersignals e(n) durch Sammeln einer ausreichenden Anzahl von Abtastwerten geschätzt werden, und die Abtastrate ist irrelevant.
-
Bei der neuen, vorgeschlagenen digitalen Vorverzerrungsarchitektur kann die ADC-Umwandlungsrate beliebig niedrig sein, und die niedrigere Umwandlungsrate des ADC beeinflusst nur die Konvergenzzeit des Anpassungsmoduls. Die neue digitale Vorverzerrungslösung beruht auf der Beobachtung, dass die Anpassungsalgorithmen der kleinsten Quadrate auf Grundlage der Minimierung der Fehlersignalleistung arbeiten, und dass die Leistung eines stochastischen Signals mit beliebig niedriger Abtastrate gemessen werden kann. Das Sendesignal in digitalen Kommunikationssystemen kann als stochastisch betrachtet werden, und damit auch das durch das Anpassungsmodul gelieferte Fehlersignal.
-
Nun mit Bezug auf 5 umfasst ein Sender 300 einen ADC mit einer beliebig niedrigen Umwandlungsrate. Der Sender 300 enthält das Vorverzerrungsmodul 102, den DAC 104 und den Leistungsverstärker 106. Der ADC 110 wandelt den Ausgang des Leistungsverstärkers 106, p(t), aus dem analogen in ein digitales Format um und gibt Daten y(n) aus. Der Sender enthält ein Verzögerungsmodul 304, das die zu sendenden Daten x(n) verzögert und die verzögerten Sendedaten an ein Verzerrungsmodell 302 ausgibt. Das Verzerrungsmodell 302 erzeugt einen Vektor v -(n), wie unten erläutert, und gibt den Vektor zum Anpassungsmodul 114 aus. Der Subtrahierer 112 erzeugt das Fehlersignal e(n) auf Grundlage einer Differenz zwischen den durch den ADC 110 ausgegebenen Daten y(n) und den durch das Verzögerungsmodul 304 ausgegebenen verzögerten Sendedaten. Das Anpassungsmodul 114 steuert das Vorverzerrungsmodul 102 auf Grundlage des Fehlersignals e(n) und des Vektors v -(n), wie unten erläutert.
-
In 5 durchläuft das bei niedriger Rate abgetastete Signal keinen linearen oder nichtlinearen dynamischen Block mit Speicher, und daher ist seine Zeitinformation irrelevant. Dies ermöglicht die Verringerung der Abtastrate in der Überwachungsschleife der digitalen Vorverzerrung.
-
In 5 wird das ideale Eingangssignal x(n) in zwei Pfade aufgeteilt. Der Hauptpfad verläuft durch das Vorverzerrungsmodul 102, den DAC 104 und den Leistungsverstärker 106. Der Sekundärpfad ist verwendet, um einen Vektor erwarteter Verzerrungskomponenten zu erzeugen. Nach Durchlaufen des Verzögerungsmoduls 304 tritt das ideale Signal x(n) in das Verzerrungsmodell 302 ein. Das Verzerrungsmodell 302 erzeugt alle bei der Volterra-Reihen-Entwicklung benutzten Signalkomponenten und gibt sie als Vektoren v -(n) aus (in 16 als Vektor dn gezeigt).
-
Der Vektor v -(n) kann wie folgt definiert werden. Die Vektoren u -
(m₁,m₂,...) seien Einheits-Basisvektoren von v -(n). v -(n) kann geschrieben werden als
-
In Gleichung (1) enthält der Vektor v -(n) alle Signalkomponenten der Volterra-Reihenentwicklung p-ter Ordnung mit Speicher von M Abtastwerten. In praktischen Anwendungen wird die Volterra-Reihenentwicklung abgebrochen und gestutzt, um ausreichende Genauigkeit der Verzerrungsmodellierung mit minimaler Anzahl von Termen zu erhalten.
-
Die Volterra-Reihenentwicklung des Signals x(n) ist eine lineare Kombination der Komponenten des Vektors v -(n). Demgemäß kann das Verzerrungssignal e(n) wie folgt abgeschätzt werden. e ~(n) = v -(n)·h -T (Gl. 2)
-
In 5 findet das Anpassungsmodul 114 einen solchen Vektor h -, dass das Fehlersignal e(t) am besten durch Gleichung (2) abgeschätzt ist. In nachfolgenden Anpassungsschritten wird die Leistung des Fehlersignals e(t) minimiert, indem h - auf Grundlage des restlichen Fehlersignals aktualisiert wird.
-
Das Fehlersignal wird durch Subtrahieren gewichteter Verzerrungskomponenten vom Eingangssignal x(n) im Vorverzerrungsmodul 102 aufgehoben. Das Vorverzerrungsmodul 102 enthält eine Kopie des Verzerrungsmodells 302. Das Vorverzerrungsmodul 102 berechnet die Fehlersignalschätzung auf Grundlage von Gleichung (2) und Vektor h - vom Anpassungsmodul 114. Die berechnete Fehlersignalschätzung wird vom Eingangssignal x(n) subtrahiert.
-
Die Anpassung verwendet eine Variante entweder des LMS- oder des RLS-Algorithmus zum Bestimmen des Vektors h -. In beiden Fällen können die Abtastwerte des Fehlersignals e(n) an das Anpassungsmodul 114 bei einer beliebig niedrigen Rate geliefert werden, die nur durch die Zeitanforderungen an die Anpassungskonvergenz bestimmt ist.
-
In 5 sind die Signalpfade mit verringerter Abtastrate mit breiter Linie gekennzeichnet. In der Praxis wird die Abtastrate im langsamen Abtastpfad gleich einem ganzzahligen Bruch der Abtastrate des Eingangssignals x(n) sein.
-
Die oben beschriebene digitale Vorverzerrungs-Architektur setzt voraus, dass das Sendesignal ein stochastischer stationärer Prozess ist. In der Praxis ist das Sendesignal pseudo-stochastisch und kann eine zyklostationäre Charakteristik aufweisen. Demgemäß muss die langsame Abtastrate so gewählt sein, dass sie asynchron zum Zyklus des Sendesignals liegt.
-
Die stochastische Charakteristik des Fehlersignals e(n) kann weiter verbessert werden, indem die Abtastrate in der Überwachungsschleife der digitalen Vorverzerrung randomisiert wird. Genauer werden die Abtastwerte in der Überwachungsschleife alle N Abtastwerte des Eingangssignals x(n) genommen, und N wird in einem gewissen Bereich zufällig variiert.
-
In 5 wird eine durch das Verzögerungsmodul 304 vorgesehene feste Verzögerung verwendet, um das gewünschte Eingangssignal x(n) zum gemessenen Ausgangssignal y(n) zeitlich auszurichten. In der Praxis sind jedoch Latenz und Frequenzgang der Überwachungsschleife nicht bekannt. Darüber hinaus variieren Latenz und Frequenzgang der Überwachungsschleife aufgrund von Schwankungen der Betriebsbedingungen. Daher sollte das Verzögerungsmodul 304 durch ein allgemeineres Filter mit der Fähigkeit verwendet werden, sich anzupassen und der sich ändernden linearen Kennlinie der Überwachungsschleife zu folgen.
-
Nun ist mit Bezug auf 6 ein Sender 350 gezeigt, der eine verbesserte digitale Vorverzerrungsschleife umfasst. Anders als der in 5 gezeigte Sender 300 enthält der Sender 350 nicht das Verzögerungsmodul 304. Stattdessen enthält der Sender 350 ein adaptives FIR-Filter (z. B. das adaptive LMS-FIR-Filter) 352. Außerdem enthält der Sender 350 ein Tiefpassfilter 354 und ein Bandpassfilter 356. Das Tiefpassfilter 354 filtert den Ausgang des DAC 104 und gibt den gefilterten Ausgang zum Leistungsverstärker 106 aus. Das Bandpassfilter 356 filtert den Ausgang des Leistungsverstärkers 106 und gibt den gefilterten Ausgang zum ADC 110 aus.
-
Das zusätzliche lineare adaptive FIR-Filter 352 folgt dem linearen Frequenzgang und der Latenz der Überwachungsschleife. Die Anpassungsschleife arbeitet mit reduzierter Abtastrate. Aufgrund des adaptiven FIR-Filters 352 enthält das Fehlersignal e(n) nur nichtlineare Verzerrungskomponenten des Rückkopplungssignals, da das adaptive Filter der gesamten linearen Verzerrung folgt und sie aufhebt. Beseitigen des gewünschten Teils des Signals von Eingang des Anpassungsmoduls 114 verbessert das Konvergenzverhalten des Anpassungsmoduls 114.
-
Der Ausgang des adaptiven FIR-Filters 352 wird auch als Eingabe in das Verzerrungsmodell 302 benutzt. Dies ermöglicht, dass das Verzerrungsmodell 302 die Verzerrungssignalkomponenten erzeugt, die genau zu der in der Überwachungsschleife gemessenen Verzerrung ausgerichtet sind.
-
In 6 enthält der Sender 350 das Rekonstruktions-Tiefpassfilter 354 am Ausgang des DAC 104 und das Bandpassfilter 356 am Eingang des ADC 110. Das Bandpassfilter 356 am Eingang des ADC 110 wählt das gewünschte digitale Vorverzerrungsband und beseitigt alle unerwünschten Signale, die den Betrieb der Anpassungsschleife stören würden. Das adaptive FIR-Filter 352 kompensiert den Frequenzgang im Band für beide Filter 354 und 356. Demgemäß beeinträchtigen die Filter 354 und 356 den Betrieb der digitalen Vorverzerrungsschleife nicht.
-
Nun sind mit Bezug auf 7–13 Simulationsergebnisse für die oben beschriebene digitale Vorverzerrungs-Architektur unter Verwendung von Matlab/Simulink-Simulationen gezeigt. Für die Zwecke der Simulation wurde die Leistungsverstärkerverzerrung durch Addieren kubischer Signale und kubischer Signalableitungskomponenten zum Leistungsverstärkerausgang modelliert. Die Verzerrung wurde im kontinuierlichen Zeitbereich erzeugt und addiert. Die Vorverzerrung wurde im diskreten Zeitbereich unter Verwendung einer in 7 gezeigten Schaltung angewendet, die dem allgemeinen Verzerrungsmodell aus Gleichung (1) folgt.
-
Die DAC-Aktualisierungsrate in der Simulation wurde auf 4,05504 GHz eingestellt. Die Abtastrate in der Überwachungsschleife wurde 61-mal niedriger als die DAC-Aktualisierungsrate gewählt, das heißt, 66,476 MHz. Das Verhältnis 61 wurde gewählt, um Synchronisierung der langsamen Abtastung mit den Symbolen im modulierten Signal zu vermeiden. Der Schrittkoeffizient μ im LMS-Algorithmus wurde als bester Kompromiss zwischen der Konvergenzzeit und der Veränderung der Vorverzerrungsparameter im eingeschwungenen Zustand gewählt. Falls eine geringere Veränderung der Parameterwerte im eingeschwungenen Zustand gewünscht ist, kann μ verringert werden. Verringern von μ stabilisiert die Parameter im eingeschwungenen Zustand auf Kosten erhöhter Konvergenzzeit.
-
Zwei Simulationsfälle wurden mit einem Vier-Träger-WCDMA-Signal mit zwei verschiedenen Leistungsverstärker-Verzerrungsniveaus durchgeführt. Die Simulation wurde auch mit einen Sechs-Träger-GSM-(GMSK-)Signal durchgeführt. Alle Simulationen wurden mit 14-Bit-Eingangsmustern und Quantisierungsrauschen durchgeführt, das der 14-Bit-Auflösung entsprach und zum Eingang des ADC addiert wurde. Die Simulationsergebnisse sind in 8–13 gezeigt. Die Kurven zeigen Spektraldiagramme ohne und mit digitaler Vorverzerrung. Die Kurven zeigen auch die Konvergenz der digitalen Vorverzerrungs-Gewichtungen über der Zeit.
-
8A bzw. 8B zeigen Spektraldiagramme ohne und mit digitaler Vorverzerrung für eine erste WCDMA-Simulation. Die Kurven in 9 zeigen Konvergenz von Vorverzerrungsparametern über der Zeit für die erste WCDMA-Simulation. 10A bzw. 10B zeigen Spektraldiagramme ohne und mit digitaler Vorverzerrung für eine zweite WCDMA-Simulation. Die Kurven in 11 zeigen Konvergenz von Vorverzerrungsparametern über der Zeit für die zweite WCDMA-Simulation. 12A bzw. 12B zeigen Spektraldiagramme ohne und mit digitaler Vorverzerrung für eine GSM-Simulation. Die Kurven in 13 zeigen Konvergenz von Vorverzerrungsparametern über der Zeit für die GSM-Simulation.
-
Die Simulationsergebnisse zeigen, dass die digitale Vorverzerrungs-Architektur gemäß der vorliegenden Offenbarung durchweg etwa 30 dB Verbesserung des Verzerrungsniveaus ergab. Die Simulationsergebnisse scheinen auch zu zeigen, dass die Verzerrungs-Aufhebung eher durch das Vorverzerrungsmodell als durch die Konvergenz des adaptiven Algorithmus eingeschränkt war.
-
Zusammenfassend betrifft die vorliegende Offenbarung das Folgende: Einsatz digitaler Vorverzerrungs-Architektur, die eine beliebig niedrige Abtastrate in der Überwachungsschleife ermöglicht; Randomisieren von Abtastzeitpunkten in der Überwachungsschleife, um die Leistungsfähigkeit des Anpassungsalgorithmus zu verbessern; Zufügen eines adaptiven linearen Filters in den Vorwärts-Signalpfad, um lineare Verzerrung in der Überwachungsschleife zu kompensieren; Verwenden des Ausgangs des adaptiven Filters, um Verzerrungskomponenten zu erzeugen, die zu der in der Überwachungsschleife gemessenen Verzerrung zeitlich ausgerichtet sind; Verwenden des Ausgangs des adaptiven Filters, um den in der Überwachungsschleife gemessenen unverzerrten Teil des Signals aufzuheben und nur Verzerrungskomponenten an den Anpassungsblock zu liefern; und Umsetzen der digitalen Vorverzerrung niedriger Abtastrate im Basisband-Frequenzbereich, um die erforderliche Datenrate in den DSP-Modulen zu reduzieren.
-
Mit Bezug auf 14A und 14B ist nun eine Ausführungsform der digitalen Vorverzerrungs-Architektur in einem Sender 500 gemäß der vorliegenden Offenbarung gezeigt. In 14A enthält der Sender 500 den DAC 104, das Tiefpassfilter 354, den Leistungsverstärker 106, das Bandpassfilter 356, den ADC 110, den Subtrahierer 112, das adaptive FIR-Filter 352 und ein Auflösungs-Verringerungsmodul 502. Das Auflösungs-Verringerungsmodul 502 verringert die Auflösung des Ausgangs des adaptiven FIR-Filters 352 um k und gibt auflösungsverringerte Daten x(k.n) an den Subtrahierer 112 aus. Der Subtrahierer 112 erzeugt das Fehlersignal e(k.n) auf Grundlage einer Differenz zwischen dem Ausgang des bei reduzierter Abtastrate arbeitenden ADC 110 und dem Ausgang des Auflösungs-Verringerungsmoduls 502.
-
Das lineare adaptive FIR-Filter 352 folgt dem unverzerrten Teil des Signals in der Überwachungsschleife und hebt ihn auf. Das adaptive FIR-Filter 352 verwendet das bei der reduzierten Rate abgetastete Fehlersignal e(k.n) und minimiert die Leistung des Fehlersignals e(k.n). Das Fehlersignal e(k.n) enthält alle nichtlinearen Verzerrungskomponenten d(k.n) und eine kleine restliche lineare Komponente h(k.n).
-
In 14B enthält der Sender 500 weiter das Vorverzerrungsmodul 102 und ein Anpassungsmodul 504, das auch ein Verzerrungsmodell des Leistungsverstärkers 106 enthält. Das Anpassungsmodul 504 steuert das Vorverzerrungsmodul 102 auf Grundlage des Fehlersignals e(k.n) und des Ausgangs des adaptiven FIR-Filters 352.
-
Der Anpassungsalgorithmus verwendet das Verzerrungsmodell, um die Parameter des Vorverzerrungsmoduls 102 einzustellen und die Leistung des Fehlersignals e(k.n) zu minimieren. Das Anpassungsmodul 504 benutzt das bei der verringerten Rate abgetastete Fehlersignal e(k.n). Sobald die Leistung des Fehlersignals e(k.n) einen Minimalwert erreicht, sind die Parameter des Vorverzerrungsmoduls 102 optimiert.
-
Nun mit Bezug auf 15 enthält das Anpassungsmodul 504 ein Verzerrungsmodell 506 und einen Korrelator 508. Das Verzerrungsmodell 506 erzeugt die in der Volterra-Reihen-Entwicklung benutzten Signalkomponenten. Der Korrelator 508 berechnet die Korrelation zwischen dem Fehlersignal e(k.n) und allen Verzerrungssignalkomponenten und stellt Werte vn des Vektors v ein. Das Vorverzerrungsmodul 102 enthält eine Kopie des Verzerrungsmodells 506 und benutzt den Vektor v als Gewichtungen für die Verzerrungssignalkomponenten.
-
Die Anpassungsgleichung in diesem Algorithmus weist folgende Form auf: v -n+1 = v -n + μ·e(n)d -(n)
-
Die reduzierte Abtastrate des Fehlersignals e(k.n) ist gleichwertig mit dem Ändern von μ, einem Anpassungskoeffizienten, von 0 auf 1 bei jeder k-ten Abtastung. μ ist ungleich Null bei jeder k-ten Abtastung und gleich Null zu anderen Malen. Demgemäß ist Vn + 1 = Vn, wenn μ = 0 bei Malen außer jeder k-ten Abtastung, und es gibt keine Aktualisierung; und Vn + 1 ≠ Vn, wenn μ = 1 bei jeder k-ten Abtastung, und es gibt eine Aktualisierung bei jeder k-ten Abtastung.
-
Im Wesentlichen wird, wie in 14B gezeigt, das Verzerrungssignal in der Überwachungsschleife bei einer niedrigeren Abtastrate als einer Nyquist-Abtastrate abgetastet, und Abtastwerte des Verzerrungssignals werden mit Abtastwerten korreliert, die durch das Verzerrungsmodell erzeugt sind. Die Korrelation erzeugt Gewichtungen für durch das Verzerrungsmodell erzeugte Signale. Um diesen Vorgang zu vereinfachen, wird das lineare adaptive FIR-Filter 352 benutzt, um das Signal in der Überwachungsschleife zu dem Signal auszurichten, das verwendet wird, um Verzerrungssignalkomponenten in dem Verzerrungsmodell zu erzeugen. Das adaptive FIR-Filter 352 benutzt auch die reduzierte Abtastrate in seiner Rückkopplungsschleife. Somit werden zwei Anpassungsebenen verwendet.
-
Das adaptive FIR-Filter 352 erzeugt einen Frequenzgang, der ähnlich dem Frequenzgang des Teils des Senders ist, der den DAC 104, das TPF 354 und den Leistungsverstärker 106 enthält. Die Differenz zwischen dem Ausgang des adaptiven Filters 352 und dem Ausgang des ADC 110 enthält nur nichtlineare Komponenten. Somit enthält das Fehlersignal e(k.n) nur nichtlineare Komponenten. Das Anpassungsmodul 504 erzeugt unter Verwendung des Verzerrungsmodells 506 und des Korrelators 508 die Vektoren, um die nichtlinearen Komponenten zu kompensieren.
-
Demgemäß sieht das digitale Vorverzerrungssystem, da der Leistungsverstärker 106 die zu sendenden Daten aufgrund von Nichtlinearitäten verzerrt, Informationen vor, die benutzt werden können, um die digitalen Daten absichtlich zu verzerren. Wenn die verzerrten digitalen Daten in das analoge Format umgewandelt und durch den Leistungsverstärker 106 verstärkt sind, gibt der Ausgang des Leistungsverstärkers 106 nach der durch den Leistungsverstärker 106 erzeugten Verzerrung die unverzerrten digitalen Daten genau wieder. Um dies zu erreichen, wird der Ausgang des Leistungsverstärkers 106 überwacht, abgetastet und mit den unverzerrten digitalen Daten verglichen, und die Vorverzerrung der digitalen Daten wird bearbeitet.
-
Das adaptive FIR-filter 352 weist programmierbare Koeffizienten auf. Die Koeffizienten werden so eingestellt, dass der Ausgang des adaptiven FIR-Filters, x(n), zum Signal in der Überwachungsschleife zeitlich ausgerichtet. Die Koeffizienten werden alle k Abtastwerte eingestellt, die durch das Auflösungs-Verringerungsmodul 502 auflösungsverringert sind. Die Abtastrate des Auflösungs-Verringerungsmoduls (d. h. der Auflösungsverringerungsfaktor k) wird mit den aus dem ADC 110 kommenden Abtastwerten zeitlich ausgerichtet.
-
Das Verzerrungsmodell 506 verzerrt den Ausgang des adaptiven FIR-Filters 352, x(n), auf Grundlage der Nichtlinearitäten des Leistungsverstärkers 106 und erzeugt nichtlineare Komponenten. Der Korrelator 508 korreliert die durch das Verzerrungsmodell 506 erzeugten nichtlinearen Komponenten mit den nichtlinearen Komponenten des Fehlersignals e(k.n) und erzeugt Gewichtungen. Die Gewichtungen werden durch das Vorverzerrungsmodul 102 benutzt, um die digitalen Daten absichtlich zu verzerren, um die Verzerrung zu kompensieren, die anschließend durch den Leistungsverstärker 106 eingeführt wird.
-
Nun ist mit Bezug auf 16 ein Verfahren 600 zum Abtasten eines Leistungsverstärkerausgangs bei einer geringeren als der Nyquist-Rate, zum Vorverzerren zu sendender Daten und zum Kompensieren der Leistungsverstärkerverzerrung gezeigt. Bei 602 filtert die Steuerung zu sendende digitalen Daten unter Verwendung eines adaptiven FIR-Filters. Bei 604 verringert die Steuerung die Auflösung des Ausgangs des adaptiven FIR-Filters. Bei 606 wandelt die Steuerung den Ausgang des Leistungsverstärkers in einen digitalen Ausgang bei einer geringeren Abtastrate als der Nyquist-Abtastrate um. Bei 608 erzeugt die Steuerung ein Fehlersignal auf Grundlage einer Differenz zwischen den auflösungsverringerten Daten und dem digitalen Ausgang. Bei 610 verzerrt die Steuerung den Ausgang des adaptiven FIR-Filters unter Verwendung eines Verzerrungsmodells des Leistungsverstärkers und erzeugt Verzerrungskomponenten. Bei 612 korreliert die Steuerung die Verzerrungskomponenten mit nichtlinearen Komponenten im Fehlersignal und erzeugt Gewichtungen. Bei 614 verzerrt die Steuerung die zu sendenden digitalen Daten unter Verwendung der Gewichtungen, um die durch den Leistungsverstärker erzeugte Verzerrung zu kompensieren.
-
In einigen Fällen kann das Sendesignal eine zyklostationäre Charakteristik aufweisen, und die verringerte Abtastrate muss so gewählt sein, dass die Abtastung nicht mit dem Sendesignalzyklus synchronisiert ist. Die statistische Charakteristik des abgetasteten Sendesignals kann durch Randomisieren der Abtastzeitpunkte in dem Pfad verringerter Abtastrate weiter verbessert werden.
-
Auf Grundlage des Vorangehenden kann die vorliegende Offenbarung wie folgt zusammengefasst werden: Die hier offenbarte digitale Vorverzerrungs-Architektur verwendet eine statistische Schätzung der Leistung des Fehlersignals zur Vorverzerrungs-Optimierung und ermöglicht eine beliebig niedrige Abtastrate in der Überwachungsschleife. Die digitale Vorverzerrungs-Architektur benutzt ein lineares adaptives Filter mit einer verringerten Abtastrate in der Anpassungsschleife im Vorwärtspfad der Überwachungsschleife, um die linearen Komponenten des Rückkopplungssignals aufzuheben und das DAC-Eingangssignal zum Überwachungsschleifen-Rückkopplungssignal in der Phase auszurichten. Die digitale Vorverzerrungs-Architektur benutzt das Fehlersignal des linearen adaptiven Filters, das hauptsächlich nichtlineare Verzerrungskomponenten enthält, als ein Fehlersignal für das Vorverzerrungs-Anpassungsmodul und verringert die Anpassungs-Konvergenzzeit. Die digitale Vorverzerrungs-Architektur benutzt das in der Phase ausgerichtete Signal als den Eingang in das Verzerrungsmodell und verringert die Anzahl von Termen im Verzerrungsmodell. Die digitale Vorverzerrungs-Architektur benutzt eine verringerte Abtastrate im Rückkopplungspfad der Vorverzerrungs-Anpassungsschleife. Die digitale Vorverzerrungs-Architektur randomisiert Abtastzeitpunkte in der Überwachungsschleife, um die Leistungsfähigkeit des Anpassungsalgorithmus zu verbessern.
-
Die vorstehende Beschreibung ist nur erläuternder Natur, und es ist keineswegs beabsichtigt, dass sie die Offenbarung, ihre Anwendung oder ihre Nutzungen einschränkt. Die weitreichenden Lehren der Offenbarung können in einer Vielzahl von Formen umgesetzt sein. Daher sollte, während diese Offenbarung besondere Beispiele enthält, der wahre Umfang der Offenbarung nicht so beschränkt sein, da andere Modifikationen nach Studium der Zeichnung, der Beschreibung und der folgenden Ansprüche offensichtlich werden. Zu Zwecken der Klarheit werden dieselben Bezugsnummern in der Zeichnung verwendet, um ähnliche Elemente zu bezeichnen. Wie er hier benutzt ist, sollte der Satz „mindestens eines aus A, B oder C” so ausgelegt werden, dass er ein logisches (A oder B oder C) meint, unter Verwendung eines nicht-exklusiven logischen ODERs. Es versteht sich, dass ein oder mehrere Schritte innerhalb eines Verfahrens in anderer Reihenfolge (oder gleichzeitig) ausgeführt werden können, ohne die Prinzipien der vorliegenden Offenbarung zu verändern.
-
In dieser Anmeldung, einschließlich der nachstehenden Definitionen, kann der Begriff „Modul” durch den Begriff „Schaltkreis” ersetzt werden. Der Begriff „Modul” kann sich beziehen auf, Teil sein von oder enthalten: eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC); eine digitale, analoge oder gemischte analoge/digitale diskrete Schaltung; eine digitale, analoge oder gemischte analoge/digitale integrierte Schaltung; eine kombinatorische Logikschaltung; ein Field Programmable Gate Array (FPGA); einen Prozessor (gemeinsam, eigen oder Gruppe), der Programmcode ausführt; einen Speicher (gemeinsam, eigen oder Gruppe), der durch einen Prozessor ausgeführten Programmcode speichert; andere geeignete Hardware-Bauteile, welche die beschriebene Funktionalität vorsehen; oder eine Kombination einiger oder aller der Obigen, wie etwa in einem Ein-Chip-System.
-
Der Begriff „Programmcode”, wie er oben benutzt ist, kann Software, Firmware und/oder Mikrocode enthalten und sich auf Programme, Routinen, Funktionen, Klassen und/oder Objekte beziehen. Der Begriff „gemeinsamer Prozessor” schließt einen einzelnen Prozessor ein, der einigen oder den gesamten Programmcode von vielfachen Modulen ausführt. Der Begriff „Gruppenprozessor” schließt einen Prozessor ein, der in Kombination mit zusätzlichen Prozessoren einigen oder den gesamten Programmcode von einem oder mehreren Modulen ausführt. Der Begriff „gemeinsamer Speicher” schließt einen einzelnen Speicher ein, der einigen oder den gesamten Programmcode von vielfachen Modulen speichert. Der Begriff „Gruppenspeicher” schließt einen Speicher ein, der in Kombination mit zusätzlichen Speichern einigen oder den gesamten Programmcode von einem oder mehreren Modulen speichert. Der Begriff „Speicher” kann eine Untermenge des Begriffs „computerlesbarer Datenträger” sein. Der Begriff „computerlesbarer Datenträger” umfasst keine flüchtigen elektrischen und elektromagnetischen Signale, die sich durch ein Medium fortpflanzen, und kann daher als materiell und nichtflüchtig betrachtet werden. Nicht einschränkende Beispiele eines nichtflüchtigen materiellen computerlesbaren Datenträgers sind nichtflüchtiger Speicher, magnetische Speicherung und optische Speicherung.
-
Die in dieser Anmeldung beschriebenen Vorrichtungen und Verfahren können teilweise oder vollständig durch ein oder mehrere Computerprogramme umgesetzt sein, die durch einen oder mehrere Prozessoren ausgeführt werden. Die Computerprogramme enthalten Prozessor-ausführbare Anweisungen, die auf mindestens einem nichtflüchtigen materiellen computerlesbaren Datenträger gespeichert sind. Die Computerprogramme können auch gespeicherte Daten enthalten oder sich darauf stützen.
