DE10354413A1

DE10354413A1 - Modellbasierte Vorwärtslinearisierung von Verstärkern

Info

Publication number: DE10354413A1
Application number: DE10354413A
Authority: DE
Inventors: Rajiv Chandrasekaran
Original assignee: Andrew AG
Current assignee: Commscope Technologies AG
Priority date: 2002-12-18
Filing date: 2003-11-21
Publication date: 2004-07-22
Also published as: US6765440B2; US20040119534A1

Abstract

Das Signal aus einem Großsignalverstärker (HPA), der in seinem nichtlinearen Bereich arbeitet, wird von einer mit Vorwärtskompensierung arbeitenden Verstärkerschaltung linearisiert, in der ein Hilfskanal anhand eines Modells des HPAs ein Hilfssignal erzeugt, das mit dem HPA-Ausgangssignal verknüpft wird, um ein Hilfssignal zu erzeugen, das mit dem HPA-Ausgangssignal verknüpft wird, um ein verstärktes linearisiertes Ausgangssignal zu erzeugen. Die Verstärkerschaltung ist mit einem Vorverzerrer im Hauptkanal realisierbar, um den HPA mit sowohl einer Vor- als auch einer Vorwärtskompensation zu linearisieren. Durch Verwenden des HPA-Modells im Hilfskanal lässt das Hilfssignal sich ohne direkten Zugriff auf das HPA-Ausgangssignal erzeugen, so dass die Verstärkerschaltung ohne Verzögern des HPA-Ausgangssignals hoher Leistung vor dem synchronen Verknüpfen mit dem Hilfssignal auskommt. In bevorzugten Ausführungsformen wird das Hilfskanalsignal unter Verwendung eines auf verhältnismäßig niedrigem Leistungsniveau in seinem linearen Bereich arbeitenden Verstärkers erzeugt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft die Signalverarbeitung und insbesondere Verfahren zum Linearisieren von in kommunikationstechnischen Anlagen eingesetzten Verstärkern unter Verwendung der Mitkopplungs- bzw. Vorwärtskompensation.
Hintergrund der Erfindung
Verstärker wie Leistungsverstärker in den Basisstationen von Funk-Kommunikationssystemen sind typischerweise innerhalb ihrer Arbeitsbereiche nichtlinear. Diese Nichtlinearität kann zu Störungen führen, die die Nutzsignale verstümmeln oder sonstwie stören. Zum Lösen des Problems kann man dem Verstärker zusätzliche Schaltungselemente hinzufügen, um das effektive Verstärkerverhalten zu linearisieren. Herkömmlichen Verfahren zum Linearisieren sind typischerweise u.a. die Vor- und/oder die Mitkopplungs- bzw. Vorwärtskompensation.
Bei der Verstärkerlinearisierung auf der Basis einer Vorkompensation wird das zu verstärkende Signal vor dem Anlegen an den Verstärker aufgrund bekannter Nichtlinearitäten von dessen Übertragungsfunktion vorverzerrt. Das Vorverzerrungsmodul wird typischerweise mit einem vom dem vom Verstärker erzeugten Ausgangssignal abgeleiteten Rückkopplungssignal angesteuert. Bei der Vorwärtskompensation wird ein Hilfssignal vorwärts geleitet und mit dem Verstärkerausgangssignal verknüpft, um dieses auf die Nichtlinearitäten der Verstärker-Übertragungsfunktion einzustellen. Die 1 zeigt ein Großsignal-Blockschaltbild einer linearisierten Verstärkerschaltung 100 nach dem Stand der Technik. Die Verstärkerschaltung 100 verwendet sowohl eine Vor- als auch eine Vorwärskompensation, um einen Leistungsverstärkers (HPA) 104 zu linearisieren. Die Verstärkerschaltung 100 hat einen Nutz- und einen Hilfssignal-Verarbeitungskanal. Der Nutzsignalkanal enthält einen Vorverzerrer 102, den HPA 104 und ein Großsignal-Verzögerungsmodul 106, der Hilfssignalkanal ein Verzögerungsmodul 110, den Summierknoten 114 und einen Kleinsignalverstärker (LPA) 116. Weiterhin enthält die Verstärkerschaltung 100 den Summierknoten 108.
Das Eingangssignal wird sowohl an den Vorverzerrer 102 als auch an das Verzögerungsmodul 110 gelegt. Der Vorverzerrer 102 unterzieht das Eingangssignal einer Vorverzerrung, d.h. einer Vorkompensation, bevor es an den HPA 104 gelegt wird. Das Ausgangssignal des HPA 104 geht an das Großsignal-Verzögerungsmodul 106 und wird am Knoten 112 abgenommen. Der Summierknoten 114 subtrahiert das verzögerte Eingangssignal des Verzögerungsmoduls 110 vom verminderten Verstärkersignal am Knoten 112 zum Eingangssignal des LPA 116. Der Summierknoten 108 subtrahiert das Ausgangssignal des LPA 116 vom verzögerten Ausgangssignal des HPA 104 um das linearisierte Ausgangssignal zu erzeugen.
Obgleich in der 1 nicht gezeigt, enthält die Verstärkerschaltung 100 typischerweise auch einen dritten ("Rückkopplungs-Steuer-") Kanal, in dem aus Ausgangssignalen einer oder mehrer Schaltungskomponenten (bspw. des Vorverzerrers 102, des HPA 104, des Summierknotens 114 und/oder des LPA 116) Signale zum Ansteuern verschiedener Komponenten – bspw. des Vorverzerers 102 und/oder des LPA 116 – erzeugt werden.
Der Zweck der Verzögerungsmodule 106 und 110 ist, die Synchronisierung der an den Summierknoten 108 bzw. 114 verknüpften Signalpaare zu gewährleisten. Insbesondere verzögert das Verzögerungsmodul 110 das Eingangssignal, um die Laufzeit des Vorverzerrers 102 und des HPA 104 zu berücksichtigen, während das Großsignal-Verzögerungsmodul 106 das Leistungs-Ausgangssignal des HPA 104 verzögert, um die Laufzeit des Summierknotens 114 und LPA 116 zu berücksichtigen. Diese Verzögerungen werden mit steigender Datenübertragungsgeschwindigkeit immer unerwünschter.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Andere Aspekte, Besonderheiten und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich vollständiger aus der folgenden ausführlichen Beschreibung, den beigefügten Zeichnungen und den Zeichnungen, in denen gleiche Bezugszeichen entsprechende oder identische Elemente bezeichnen.
1 ist ein Großsignal-Blockschaltbild einer linearisierten Verstärkerschaltung nach dem Stand der Technik.
2 zeigt ein Großsignal-Blockschaltbild einer linearisierten Verstärkerschaltung nach der vorliegenden Erfindung.
3 ist ein Blockschaltbild einer linearisierten Verstärkerschaltung nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Ausführliche Beschreibung
Generische Ausführungsform
Die 2 zeigt ein Großsignal-Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen linearisierten Verstärkerschaltung 200. Wie die bekannte Verstärkerschaltung 100 der 1 arbeitet die Verstärkerschaltung 200 mit sowohl Vor- als auch Vorwärtskompensation, um einen Leistungsverstärker 204 zu linearisieren. Die Verstärkerschaltung 200 hat einen Nutzsignal-Verarbeitungskanal und einen Hilfssignal-Verarbeitungskanal. Der Hauptkanal weist den Vorverzerrer 202, das Verzögerungsmodul 203 und den HPA 204 auf, der Hilfskanal den nichtlinearen HPA-Modell-Block 212, den Summierknoten 214 und den LPA 216. Zusätzlich enthält die Verstärkerschaltung 200 das Verzögerungsmodul 210 und den Summierknoten 208.
Das Eingangssignal wird an den Vorverzerrer 202, das Verzögerungsmodul 210 und das HPA-Modell 212 gelegt. Der Vorverzerrer 202 vorverzerrt (d.h. vorkompensiert) das Eingangssignal, bevor es über das Verzögerungsmodul 203 an den HPA 204 gelegt wird. Das HPA-Modell 212 modelliert die Verzerrungen durch den HPA 204. Insbesondere verarbeitet das HPA-Modell 212 das Eingangssignal aufgrund eines Modells der Nichtlinearitäten des HPA 204. Der Summierknoten 214 subtrahiert das gefilterte Eingangssignal aus dem HPA-Modell 212 vom verzögerten Eingangssignal vom Verzögerungsmodul 210 zu einem Fehlersignal, dass die Verstärkerverzerrungen darstellt und an den LPA 216 gelegt wird. Der Summierknoten 208 subtrahiert das Ausgangssignal des LPA 216 vom Ausgangssignal des HPA 104, um das linearisierte Ausgangssignal zu erzeugen.
Obgleich nicht in 2 gezeigt, weist die Verstärkerschaltung 200 typischerweise auch einen dritten ("Rückkopplungs-Steuer-") Kanal auf in dem aufgrund von Ausgangssignalen eines oder mehrerer veschiedener Komponenten (bspw. des Vorverzerrers 202, des HPA 204, des Summierknotens 214 und/ oder des LPA 216) Ansteuersignale zum Ansteuern verschiedener Komponenten – bspw. des Vorverzerrers 202, des HPA-Modells 212 und/oder des LPA 216) – erzeugt werden.
Die Kleinsignal-Verzögerungsmodule 203 und 210 gewährleisten die Synchronisierung zwischen den an den Summierknoten 208 bzw. 214 verknüpften Signalpaare. Insbesondere verzögert das Verzögerungsmodul 210 das Eingangssignal, um die Laufzeit des HPA-Modells 212 zu berücksichtigen, während das Verzögerungsmodul 203 das Eingangssignal zum HPA 104 verzögert, um die Laufzeitunterschiede zwischen dem Haupt- und dem Hilfskanal zu berücksichtigen.
Ein Unterschied zwischen der Architektur der erfindungsgemäßen Verstärkerschaltung 200 und der bekannten Verstärkerschaltung 100 der 1 ist, dass in der Verstärkerschaltung 200 das Fehlersignal im Hilfskanal unter Verwendung des HPA-Modells 212 erzeugt wird, in der Verstärkerschaltung 100 jedoch unter Verwendung des Ist-Ausgangssignals des HPA 104. Daher ist in der Verstärkerschaltung 200 ein Großsignal-Verzögerungsmodul ähnlich dem Großsignal-Verzögerungsmodul 106 der Verstärkerschaltung 100 nicht erforderlich, um das Ausgangssignal des HPA 204 zur Synchronisierung der Eingangssignale des Summierknotens 208 zu verzögern. Weiterhin lässt die Gesamt-Laufzeit vom Ein- zum Ausgang des Verstäckerschaltung 200 sich relativ zu der der bekannten Verstärkerschaltung 100 reduzieren.
Durch sorgfältige Auslegung der verschiedenen Schaltungsteile im Haupt- und im Hilfskanal lässt die Gesamt-Laufzeit des Vorverzerrers 202 und des HPA 204 im Hauptkanal sich gleich der des Hilfskanals machen. In diesem Fall kann das Verzögerungsmodul 203 entfallen. Selbst wenn eine gewisse Verzögerung nötig ist, um den Haupt- mit dem Hilfskanal zu synchronisieren, ist sie immer noch kürzer als die der bekannten Verstärkerschaltung 100 und braucht auch nicht auf ein Großsignal wie in der Verstärkerschaltung 100 angewandt zu werden.
HF-Ausführung
Die 3 zeigt ein Blockschaltbild einer linearisierten Verstärkerschaltung 300 nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die ein HF-Eingangssignal verstärkt. Die Verstärkerschaltung 300 hat drei Signalverarbeitungskanäle: einen Nutz- bzw. Hauptkanal, einen Hilfskanal und einen Rückkopplungs-Steuerkanal. Insbesondere nimmt die Verstärkerschaltung 300 ein analoges HF-Eingangssignal zur (optionalen) Vorkompensation und Verstärkung im Hauptkanal auf. Der Hilfskanal generiert ein Hilfssignal, das vorwärts geführt und mit dem Ausgangssignal des Hauptkanals kombiniert wird, um ein linearisiertes Ausgangssignal für die Schaltung zu erzeugen. Der Rückkopplungs-Steuerkanal erzeugt Ansteuersignale, mit denen die Funktionen der verschiedenen Komponenten im Haupt- und im Hilfskanal gesteuert werden.
Insbesondere weist der Hauptkanal einen digitalen Vorverzerrer 306, den adaptiven Entzerrer 308, den Digital-/Analog-Wandler (DAC) 310, den ZF/HF-(Zwischen-auf-Sendefrequenz-) Aufwärtsmischer 312 und den nichtlinearen Leistungsverstärker 314 auf. Der Hilfskanal enthält den nichtlinearen HPA-Modell-Block 316, den Summierknoten 318, den adaptiven Entzerrer 320, den DAC 322, den ZF/HF-Aufwärtsmischer 324 und den LPA 326. Der Rückkopplungs-Steuerkanal enthält den 330, den HF/ZF-Abwärts- bzw. Empfangsmischer 332, den Analog/Digital-Wandler (ADC) 334 und den Steueralgorithmus-Block 336. Zusätzlich enthält die Verstärkerschaltung 300 den HF/ZF-Abwärtsmischer 302, den ADC 304 und den Summierknoten 328.
Im Betrieb wird ein analoges HF-Verbundeingangssignal u_in(t) innerhalb der Arbeitsbandbreite der Verstärkerschaltung 300 an den HF/ZF-Abwärtsmischer 302 gelegt, der das HF-Eingangssignal umsetzt und als Analogsignal y_if(t) auf eine geeignete Zwischenfrequenz zentriert. Der ADC 304 tastet das ZF-Signal y_if(t) ab und quantisiert es zu einem diskreten Zeitsignal y_adc(n), von den Kopien an den digitalen Vorverzerrer 306, das HPA-Modell 316, den Summierknoten 318 (über ein nicht gezeigtes Verzögerungsmodul analog dem Verzögerungsmodul 210 in 2) und an den Steueralgorithmus 336 gehen.
Im Hauptkanal verzerrt der digitale Vorverzerrer 306 das digitale Signal y_adc(n) vor, d.h. er vorkompensiert es) zum vorverzerrten Signal y_pre(n). Der Vorverzerrer 306, bei dem es sich um eine optionale Komponente handelt, wird vorzugsweise unter Verwendung einer Kombination von Verweistabellen (LUTs) und Filtern implementiert, die sich über den Rückkopplungs-Steuerkanal in regelmäßigen Abständen aktualisieren lassen.
Das vorverzerrte Signal y_pre(n) wird dann im adaptiven Entzerrungsfilterblock 308 verarbeitet, um Amplituden- und Phasenschwankungen im Hauptkanal zu kompensieren. Der Entzerrer 308 kompensiert auch Unterschiede zwischen dem Haupt- und dem Hilfskanal. Das resultierende entzerrte Signal y_eq(n) wandelt der DAC 310 zu einem analogen ZF-Signal y_dac(t) zurück, das der ZF/HF-Aufwärts- bzw. Sendemischer 312 zu einem HF-Signal y_up(t) umsetzt, das an den nichtlinearen HPA 314 gelegt und dort zum Signal y_til(t) verstärkt wird. In einer bevorzugten Implementierung erzeugt der Entzerrer 308 Ansteuersignale zur Verstärkungssteuerung des HPA 314.
Im Hilfskanal geht das digitale Signal y_adc(n) auf das HPA-Modell 316, das ein digitales Signal y_ffnl(n) erzeugt. Ein systemidentifizierender Algorithmus, der im Steueralgorithmus-Block 336 sitzt, adaptiert dieses nichtlineare Modell, um eine genaue Darstellung des Hauptkanals der Verstärkerschaltung 300 zu generieren. Das Modell-Eingangssignal y_adc(n) wird am Summierknoten 318 vom Modell-Ausgangssignal y_ffnl(n) zu einem Fehlersignal y_ffe _r _r(n)subtrahiert, das Informationen über die Verzerrungen des Verstärkers enthält. Dieses Verzerrungssignal y_fferr(n) wird vom adaptiven Entzerrer 320 verarbeitet, wo Amplituden- und Phasenschwankungen ausgeglichen werden. Entsprechend dem Hauptkanal wird das entzerrte Signal y_ffeq(n) vom DAC 322 zu einem analogen ZF-Signal y_ffdac(t) analogisiert und vom ZF/HF-Aufwärts- bzw. Sendemischer 324 zu einem HF-Signal y_ffup(t) umgesetzt. Da das Leistungsniveau des Verzerrungssignals relativ zu dem des Eingangssignals typischerweise niedrig ist, wird das Ausgangssignal y_ffup(t) des Aufwärtsmischers 324 von einem Kleinsignalverstärker 326 angehoben, der in seinem linearen Bereich arbeitet. Das resultierende, linear verstärkte Signal y_err(t) wird im Summierknoten 328 vom Hauptkanal-Ausgangssignal y_til(t) zu einem linearisierten Ausgangssignal y(t) der Verstärkerschaltung 300 subtrahiert. In einer bevorzugten Ausführungsform erzeugt der Entzerrer 320 Ansteuersignale zum Steuern der Verstärkung des LPA 326.
Der Rückkopplungs-Steuerkanal erhält fünf Eingangssignale: y_up(t) vom Aufwärtsmischer 312, y_til(t) vom nichtlinearen HPA 314, y_ffup(t) vom Aufwärtsmischer 324, y_e _rr(t) vom LPA 326 und y(t) vom Summierknoten 328. Der digital angesteuerte Schalterblock 330 bestimmt, welches dieser fünf Signale im Rückkopplungs-Steuerkanal verwendet wird. Eines oder mehr dieser Signale wird für den Systemidentifizierungsalgorithmus, zur Vorverzerrer-Berechnung und/oder zur Entzerrung eingesetzt.
Insbesondere setzt der HF/ZF-Abwärtsmischer 332 die HF- zu ZF-Signalen um und digitalisiert der ADC 334 die resultierenden ZF-Signale zur Ansteuerung des Steueralgorithmus-Blocks 336. Der Steueralgorithmus berechnet (a) Parameter für den digitalen Vorverzerrer 306 und das HPA-Model 316 und (b) Koeffizienten für die Entzerrer 308 und 320. Zusätzlich ist der Steueralgorithmus vorzugsweise in der Lage, den Systemabgleich, das Strom-Management und andere unterstützende Systemfunktionen durchzuführen.
Die in der 3 gezeigte Architektur geht davon aus, dass die Gesamt-Verarbeitungszeit im Hauptkanal gleich der im Hilfskanals ist. Dies lässt sich durch sorgfältige Auslegung der Komponenten in diesen Kanälen erreichen. Laufzeitunterschiede lassen sich auch mittels der Entzerrer 308 and 320 ausgleichen. Selbst wenn eine gewisse Verzögerung nötig ist, um die Signale in diesen Kanälen zu synchronisieren, ist diese Verzögerung immer noch kürzer als die Gesamtverzögerung einer bekannten Verstärkerschaltung 100 und sie braucht auch nicht auf ein Großsignal angewandt zu werden wie in der Verstärkerschaltung 100.
Weitere Informationen über einige dieser verschiedenen Komponenten enthalten die folgenden Abschnitte der Beschreibung.
Vorverzerrer
Der digitale Vorverzerrer 306 der Verstärkerschaltung 300 ist optional. Ist er in der Architektur enthalten, linearisiert die Verstärkerschaltung der 3 den HPA 314 unter Verwendung sowohl einer Vor- als auch einer Vorwärtskompensation; ohne ihn verwendet die Verstärkerschaltung nur die Vorwärtskompensation.
Die Implementierung des Vorverzerrers 306 arbeitet bevorzugt mit der adaptiven Aktualisierung von Verweistabellen und Filtern. Die Linearisierung mit Vorverzerrung involviert mit einer adaptiv aktualisienrten Funktion G(y_adc(n)), die so auf das Eingangssignal arbeitet, dass das komplexe vorkompensierte Signal y_prr _e(n) genau komplementär zu den nichtlinearen AM-AM-, AM-PM- und anderen frequenzabhängigen Verzerrungen verzerrt wird, die der HPA 314 erzeugt. Derartige Verfahren der Linearisierung mit Vorverzerrung sind in der am 17.09.2002 eingereichen US-Patentanmeldung Nr. 10/245 008 beschrieben, deren Lehre durch die Bezugnahme als Teil der vorliegenden Anmeldung gelten soll.
Entzerrer
Die Entzerrer 308 und 320 der Verstärkerschaltung 300 sollen Phasen- und Amplitudendifferenzen zwischen dem Hilfs- und dem Hauptkanal ausgleichen, die sich aus nicht vorhersehbaren Schwankungen der Komponenten ergeben. Zusätzlich zum Phasen- und Amplitudenausgleich lassen sich die Entzerrer auch so implementieren, dass ungleiche Laufzeiten zwischen dem Haupt- und dem Hilfskanal selbsttätig ausgeglichen werden, um die an den Summierknoten 328 gelegten Signale einwandfrei zu synchronisieren. Diese Entzerrer werden vorzugsweise mit FIR-Filtern mit Koeffizienten realisiert, die sich vom Steueralgorithmus-Block 336 aktualisieren lassen.
Zusätzlich ist der adaptive Entzerrer 308 vorzugsweise ausgelegt, den Frequenzgang (Änderungen der Amplitude und der Gruppenlaufzeit) des Aufwärtsmischzweigs im Hauptkanal zu kompensieren, der den DAC 310 und den ZF/HF-Aufwärtsmischer 312 enthält. Der Entzerrer 308 ist so ausgelegt, dass das Eingangssignal y_up(t) des HPA 314 eine verzögerte Version des Ausgangssignals y_pr _e(n) des Vorverzenerblocks 306 ist.
Die Entzerrerkoeffizienten lassen sich nach der Fehlerquadratmethode berechnen. Es sei angenommen, dass der Schalterblock 330 das Ausgangssignal des ZF/HF-Aufwärtsmischers 312 abtasten soll, so dass das Ausgangssignal des ADC 334 im Rückkopplungskanal eine Abtastversion des Ausgangssignals y_up(n) des Aufwärtsmischers 312 ist. Dann lässt sich das Entzenungsproblem wie folgt beschreiben: Es ist eine Menge Filterkoeffizienten zu berechnen derart, dass y_up(n) y_pre(n-d), wo d eine willkürliche Verzögerung ist.
Bezeichnet man die Impulsantwort des Entzerrers 308 mit h(n) und die Impulsantwort der Aufwärtsumsetzung (d.h. DAC 310 + Aufwärtsmischer 312) mit g(n), ergibt sich gem. Gl. (1): Yup(n) = ypre(n - d) = ypre(n)·h(n)·g(n) (1)wo "*" den Faltungsoperator bezeichnet. Daher erfüllt der optimale Verzerrer die Gl. (2) wie folgt: h(n)·g(n) = δ(n - d) (2)
Fasst man die Gln. (1) und (2) zusammen, erhält man die Gl. (3) wie folgt: yup(n)·h(n) = ypre(n)·h(n)·g(n)·h(n) = v(n - d) (3)wo v(n) = y_pr _e(n)·h(n).
Mit der Gl. (3) lassen sich die Koeffizienten des Entzerrers 308 bestimmen. Es sei angenommen, dass der Entzerrer als FIR-Filter der Länge N_eq realisiert ist und die Entzenerkoeffizienten in einem Spaltenvektor h(n) als [h(1)h(2) ... h(Neq)]^T dargestellt werden. Die Schritte zum Berechnen der Entzenerkoeffizienten sind:

(1) Aufnahme von N Abtastwerten von v(n) und y_up(n).
(2) Aufstellen der Faltungsmatrix Y_u _p (n) der Gl. (4) wie folgt:
und des Verzögerungsvektors v(n – d ) der Gl. (5) wie folgt:
(3) Lösen nach den Entzenerkoeffizienten durch Minimieren der Kostenfunktion Ch der folgenden Gl. (6): Ch = ∥⁣Yup(n)h(n) – v(n – d )∥⁣2. (6)
Die Lösung erhält man durch Setzen von
was zur folgenden Gl. (7) führt: h(n) = (YupH(n)Yup(n))-1 Yup H(n)v(n – d ), (7)mit Y_up(n) als der konjugiert Transponierten der Faltungsmatrix Y_up(n).

Der Entzerrer 308 verwendet die berechneten Koeffizienten zum Entzerren des vorverzerrten Signals Y_pre(n)
Mit dem oben beschriebenen Verfahren lassen sich auch die Koeffizienten für den Hilfskanal-Entzerrer 320 bestimmen derart, dass das Eingangssignal des LPA 326 eine verzögerte Version des am Summierknoten 318 erzeugten Fehlersignals ist.
Nichtlineares HPA-Modell
Das nichtlineare HPA-Model 316 dient dazu, ein akkurates Modell des HPA 314 aufgrund von Parametern zu bilden, die in regelmäßigen Abständen durch einen adaptiven Systemidentifizierungsalgorithmus aktualisiert werden, der mit LMS-("least mean squares")- oder RLS-("recursive least squares)-Verfahren arbeitet. Das Eingangssignal wird vom Ausgangssignal des HPA-Modells 316 zu einem Fehlersignal subtrahiert, das eine Abschätzung der Verzerrungen des Verstärkers beinhaltet. Dabei ist angenommen, dass die vom HPA 314 erzeugten Verzerrungen relativ zu einem verzerrungsfreien HF-Eingangssignal ein niedrigeres Leistungsniveau aufweisen. Das HPA-Model 316 lässt sich mit einem digitalen Signalverarbeitungsprozessor (DSP) realisieren. Wird das HPA-Model digital realisiert, lassen die Anzahl und die Art der justierbaren Parameter sich erhöhen, um eine zunehmend höhere Genauigkeit und eine bessere Linearität zu erreichen. In alternativen Ausführungsformen lässt sich das HPA-Modell 316 auch mit analogen Bauteilen hardwaremäßig realisieren. In einer bevorzugten Ausführungsform generiert und realisiert man das HPA model 316 nach den in der oben genannten US-Patentanmeldung offenbarten Methoden.
Kleinsignalverstärker
Da das Leistungsniveau im Hilfskanal verhältnismäßig niedrig ist, verstärkt der LPA 326 der Verstärkerschaltung 300 das Eingangssignal, während er in seinem linearen Bereich arbeitet. Idealerweise ist das Ausgangssignal des LPA 326 eine genaue verstärkte Version des an ihn gelegten Eingangssignals Y_err(t) = Ky_ffup(t), wobei K der Verstärkungsfaktor des LPA und über den Arbeitsbereich konstant ist.
Steueralgorithmus
In einer bevorzugten Ausführungsform führt der Steueralgorithmus 336 folgende Schritte aus:

(1) Den Schalterblock 330 so setzen, dass er das Ausgangssignal y_up(t) des Hauptkanal-Aufwärtsmischers 312 synchron mit y_p _r _e(n) erfasst. Nach den oben im Abschnitt "Entzerrer" beschriebenen Methoden die Entzerrerkoeffizienten für den Hauptkanal aus y_pre(n) und y_up(t) berechnen.
(2) Den Schalterblock 330 so setzen, dass er das Ausgangssignal y_ffup(t) des Hilfskanal-Aufwärtsmischers 324 synchron mit y_fferr(n) erfasst. Die Entzerrerkoeffizienten für den Hilfskanal aus y_fferr(n) und y_ffu _up(t) nach den oben im Abschnitt "Entzerrer" beschriebenen Methoden berechnen.
(3) Den Schalterblock 330 so setzen, dass er das Ausgangssignal y_til(t) von HPA 314 erfasst. Nach der in der oben genannten US-Patentanmeldung beschriebenen Methode aus u_in(t) und y_tilt) ein Verstärkermodell berechnen.
(4) Die Parameter für das Verstärkermodell in das HPA-Modell 316 laden und mit dem Summierblock 318 das Fehlersignal erzeugen.
(5) Die Verzögerung, den Verstärkungsfaktor und die Phase des Entzerrers 320 so einstellen, dass die Verzerrungen des HPA 314 durch Subtrahieren des aufwärtsgemischten Fehlersignals y_err(t) aus y_til(t) aufgehoben werden.
(6) Die Schritte (1) – (5) ggf. wiederholen, um die Verstärkerschaltung 300 auf optimales Verhalten anzupassen.

Alternative Ausführungsformen
Die 2 zeigt zwar den Summierknoten 214 als das Ein- vom Ausgangssignal des HPA-Modells 212 subtrahierend und den Summierknoten 208 als das Ausgangssignal des LPA 216 vom Ausgangssignal des HPA 204 summierend; der Fachmann wird jedoch einsehen, dass sich auch eine Verstärkerschaltung realisieren lässt, die diese Subtraktionen umkehrt. Die gleiche Alternative gilt für die Subtraktionen an den Sammierknoten 318 and 328 in der Verstärkerschaltung der 3.
Die Erfindung ist oben im Zusammenhang der Verstärkerschaltung 300 der 3 beschrieben, in der ein analoges HE-Eingangssignal verstärkt, dieses aber auf eine Zwischenfrequenz abwärts gemischt und für die optionale Vor- sowie für die Vorwärtskompensation digitalisiert wird. Die vorliegende Erfindung ist jedoch für diese Anwendung nicht auf eine solche Ausführungsform beschränkt. In anderen An wendungen lässt die vorliegende Erfindung sich auch zum Verstärken von anderen als analogen HF-Eingangssignalen anwenden – bspw. von Analogsignalen anderer Frequenzen und/oder von digitalen Signalen. Bspw. ließe sich aus einem digitalen Eingangssignal ein verstärktes Analog-Ausgangssignal erzeugen. Auch lassen sich in anderen Ausführungsformen die optionale Vor- und/oder die Vorwärtskompensation bei einer anderen als einer Zwischenfrequenz durchführen – bspw. bei Hochfrequenz, im Basisband und/oder im Analogbereich.
Die vorliegende Erfindung lässt sich im Kontext von Funksignalen anwenden, die von einer Basisstation an eine oder mehrere Mobileinheiten eines Funk-Fernmeldenetzes gesendet werden. Theoretisch ließen sich Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung auch für Funksignale realisieren, die von einer Mobileinheit an eine oder mehr Basistationen gesendet werden. Die vorliegende Erfindung ließe sich auch im Kontext von anderen drahtlosen und auch drahtgebundenen Fernmeldenetzen realisieren, um das Emittieren von Störsignalen abzuschwächen.
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung lassen sich als schaltungsbasierte Prozesse realisieren, möglicherweise auch auf einem einzigen integrierten Schaltkreis. Wie für den Fachman auf der Hand liegt, lassen sich verschiedene Funktionen von Schaltungselementen auch als Verfahrensschritte in einem Software-Programm realisieren. Derartige Software lässt sich dann bspw. in einem digitalen Signalprozessor, Mikrocontroller oder Allzweck-Computer implementieren.
Weiterhin ist einzusehen, dass der Fachmann an den Einzelheiten, Werkstoffen und Anordnungen der Teile, die zur Erläuterung des Wesens der Erfindung beschrieben und erklärt worden sind, verschiedene Änderungen durchführbar sind, ohne die Erfindung, wie sie in den folgenden Ansprüchen ausgedrückt ist, zu verlassen.

Claims

Verstärkerschaltung zum Erzeugen eines linearisierten verstärkten Ausgangssignals aus einem Eingangssignal, welche Verstärkerschaltung aufweist: einen Hauptkanal, der ein Eingangssignal aufnehmen und unter Verwendung eines in seinem nichtlinearen Bereich arbeitenden Hauptverstärkers ein verstärktes Hauptkanalsignal erzeugen kann; einen Hilfskanal, in dem das Eingangssignal an ein Modell des Hauptverstärkers anlegbar ist um ein Hilfskanalsignal zu erzeugen; und einen Summierknoten, mit dem das verstärkte Haupt- mit dem Hilfskanal verknüpfbar ist, um das linearisierte verstärkte Ausgangssignal zu erzeugen.
Erfindung nach Anspruch 1, bei dem der Hilfskanal weiterhin aufweist: einen Hilfs-Summierknoten, mit dem aufgrund einer Differenz zwischen dem Eingangsignal und dem Ausgangssignal des Hauptverstärkermodells ein Fehlersignal erzeugbar ist; und einen Hilfsverstärker, mit dem das Fehlersignal verstärkbar ist um das Hilfskanalsignal zu erzeugen.
Erfindung nach Anspruch 2, bei der der Hilfsverstärker in seinem linearen Bereich betrieben wird.
Erfindung nach Anspruch 2, bei der das Leistungsniveau des Hilfsverstärkers niedriger ist als das des Hauptverstärkers.
Erfindung nach Anspruch 1, bei der zum Erzeugen des Hilfskanalsignals das verstärkte Hauptkanalsignal nicht direkt an das Modell des Hauptverstärkers gelegt wird.
Erfindung nach Ansruch 1, bei der die Verstärkerschaltung ohne Großsignal-Verzögerungsmodule realisiert ist.
Erfindung nach Anspruch 1, bei der die Verstärkerschaltung ohne Verzögerungsmodul zwischen dem Ausgang des Hauptverstärkers und dem Summierknoten realisiert ist.
Erfindung nach Anspruch 1 weiterhin mit einem Rückkopplungs-Steuerkanal, mit dem ein oder mehr Steuersignale zum Ansteuern einer oder mehrerer Komponenten Haupt- und im Hilfskanal erzeugbar sind.
Endung nach Anspruch 1, dessen Hauptkanal weiterhin einen Vorverzerrer aufweist, mit dem das Eingangssignal vorverzerrbar ist, bevor es an den Hauptverstärker gelegt wird.
Erfindung nach Anspruch 1, bei der: der Hauptkanal weiterhin einen Hauptentzerrer aufweist, mit dem das Hauptkanalsignal vor dem Anlegen an den Hauptverstärker entzerrbar ist; und der Hilfskanal weiterhin aufweist: einen Hilfssummierknoten, mit dem aus einer Differenz zwischen dem Eingangssignal und dem Ausgangssignal des Hauptverstärkermodells ein Fehlersignal erzeugbar ist; einen Hilfsentzerrer, mit dem das Fehlersignal entzerrbar ist; und einen Hilfsverstärker, mit dem das entzerrte Fehlersignal verstärkbar ist, um das Hilfskanalsignal zu erzeugen.
Erfindung nach Anspruch 10, deren Hauptkanal weiterhin einen Vorverzerrer aufweist, mit dem das Eingangssignal vor dem Anlegen an den Hauptentzerrer vorverzerrbar ist.
Erfindung nach Anspruch 10, deren Hilfsverstärker in seinem linearen Bereich betrieben wird.
Erfindung nach Anspruch 10, bei der das Leistungsniveau des Hilfsverstärkers niedriger ist als das des Hauptverstärkers.
Erfindung nach Anspruch 10, deren Haupt- und Hilfsentzerrer Phasen-, Amplituden- und Laufzeitunterschiede zwischen dem Haupt- und dem Hilfskanal ausgleichen.
Erfindung nach Anspruch 10 weiterhin mit einem Rückkopplungs-Steuerkanal, mit dem ein oder mehr Ansteuersignale zum Steuern des Betriebs des Hauptentzerrers, des Hauptverstärkermodells, des Hilfsentzerrers und des Hilfsverstärkers einzeln oder beliebig kombiniert erzeugbar sind.
Erfindung nach Anspruch 15, deren Rückkopplungs-Steuerkanal aufweist: einen Schalterblock, mit dem ein oder mehr Signale zur Verwendung beim Erzeugen der Ansteuersignale auswählbar sind; und einen Steueralgorithmus-Block, mit dem aus dem oder den ausgewählten Signalen das oder die Ansteuersignale erzeugbar sind.
Erfindung nach Anspruch 16, mit deren Schalterblock ein oder mehr der folgenden Signale aufnehm- und auswählbar sind: (1) das Eingangssignal des Hauptverstärkers, (2) das verstärkte Hauptkanal-Ausgangssignal des Hauptverstärkers, (3) das Eingangssignal des Hilfsverstärkers, (4) das Hilfskanal-Ausgangssignal des Hilfsverstärkers und (5) das linearisierte verstärkte Ausgangssignal des Summierknotens.
Erfindung nach Anspruch 10, deren Hauptentzerrer, Hauptverstärkermodell und Hilfsentzerrer im Digitalbereich arbeiten.
Erfindung nach Anspruch 18, bei der: die Verstärkerschaltung weiterhin einen Analog-Digital-Wandler (ADC) aufweist, mit dem ein analoges Eingangssignal zur Verarbeitung im Haupt- und Hilfskanal digitalisierbar ist; der Hauptkanal weiterhin einen Haupt-Digital-Analog-Wandler (DAC) aufweist, mit dem das Ausgangssignal des Hauptentzerrers vor dem Anlegen an den Hauptverstärker analogisierbar ist; und der Hilfskanal weiterhin einen Hilfs-DAC aufweist, mit dem das Ausgangssignal des Hilfsentzerrers vor dem Anlegen an den Hilfsverstärker analogisierbar ist.
Erfindung nach Anspruch 19, bei der: die Verstärkerschaltung weiterhin einen HF/ZF-Mischer aufweist, mit dem ein analoges HF-Eingangssignal vor dem Anlegen an den ADC zu einem analogen ZF-Eingangssignal umsetzbar ist; der Hauptkanal weiterhin einen Haupt-ZF/HF-Mischer aufweist, mit dem das Ausgangssignal des Haupt-DACs vor dem Anlegen an den Hauptverstärker vom ZF- in den HF-Bereich umsetzbar ist; und der Hilfskanal weiterhin einen Hilfs-ZF/HF-Mischer aufweist, mit dem das Ausgangssignal des Hilfskanal-DACs vor dem Anlegen an den Hilfsverstärker vom ZF- in den HF-Bereich umsetzbar ist.
Verfahren zum Erzeugen eines linearisierten verstärkten Ausgangssignals aus einem Eingangssignal mit folgenden Schritten: Erzeugen eines verstärkten Hauptkanalsignals auf der Grundlage des Eingangssignals unter Verwendung eines in seinem nichtlinearen Bereich arbeitenden Nutzsignalverstärkers; Erzeugen eines Hilfskanalsignals auf der Grundlage des Eingangssignals unter Verwendung eines Modells des Hauptverstärkers; und Verknüpfen des verstärkten Haupt- mit dem Hilfskanalsignal, um das linearisierte verstärkte Ausgangssignal zu erzeugen.
Erfindung nach Anspruch 21, bei der das Erzeugen des Hilfskanalsignals weiterhin aufweist: Erzeugen eines Fehlersignals auf der Grundlage einer Differenz zwischen dem Eingangssignal und dem Ausgangssignal des Hauptverstärkermodells; und Verstärken des Fehlersignals unter Verwendung eines Hilfsverstärkers, um das Hilfskanalsignal zu erzeugen.
Erfindung nach Anspruch 22, deren Hilfsverstärker in einem linearen Bereich betrieben wird.
Erfindung nach Anspruch 22, bei der das Leistungsniveau des Hilfsverstärkers niedriger ist als das des Hauptverstärkers.
Erfindung nach Anspruch 21, bei der beim Erzeugen des Hilfskanalsignals das verstärkte Hauptkanalsignal nicht direkt an den Hauptverstärker gelegt wird.
Erfindung nach Anspruch 21, bei der das Verfahren ohne Großsignal-Verzögerungsmodule realisiert wird.
Erfindung nach Anspruch 21, bei der das Verfahren ohne Verzögerungsmodul zwischen dem Ausgangs des Hauptverstärkers und einem Summierknoten realisiert wird, das das verstärkte Hauptmit dem Hilfskanalsignal verknüpft.
Erfindung nach Anspruch 21, bei dem man weiterhin ein oder mehr Ansteuersignale erzeugt, mit denen der Betrieb einer oder mehrerer Komponenten im Haupt- und im Hilfskanal steuerbar sind.
Erfindung nach Anspruch claim 21, bei dem beim Erzeugen des verstärkten Hauptkanalsignals das Eingangssignal vor dem Anlegen an den Hauptverstärker vorverzerrt wird.
Erfindung nach Anspruch 21, bei der: zum Erzeugen des verstärkten Hauptkanalsignals weiterhin das Hauptkanalsignal vor dem Anlegen an den Hauptverstärker entzerrt wird; und das Erzeugen des Hilfskanalsignals weiterhin aufweist: Erzeugen eines Fehlersignals auf der Grundlage einer Differenz zwischen dem Eingangssignal und dem Ausgangssignal des Hauptverstärkermodells; Entzerren des Fehlersignals; und Verstärken des entzerrten Fehlersignals unter Verwendung eines Hilfsverstärkers zum Erzeugen des Hilfskanalsignals.
Erfindung nach Anspruch 30, bei der zum Erzeugen des verstärkten Hauptkanalsignals weiterhin das Eingangssignal vor dem Entzerren vorverzerrt wird.
Erfindung nach Anspruch 30, bei der der Hilfsverstärker in seinem linearen Bereich betrieben wird.
Erfindung nach Anspruch 30, bei der das Leistungsniveau des Hilfsverstärkers niedriger ist als das des Hauptverstäkers.
Erfindung nach Anspruch 30, bei dem das Entzerren des Hauptkanal- und des Fehlersignals Phasen-, Amplituden- und Laufzeitunterschiede zwischen dem Haupt- und dem Hilfskanal kompensiert.
Erfindung nach Anspruch 30, bei der man weiterhin ein oder mehr Ansteuersignale erzeugt, mit denen ein Hauptentzerrer, das Hauptverstärkermodell, ein Hilfsentzerrer und der Hilfsverstärker einzeln oder beliebig kombiniert steuerbar sind.
Erfindung nach Anspruch 35, bei der das Erzeugen des einen oder der mehreren Ansteuersignale aufweist: Auswählen eines oder mehrerer Signale zur Verwendung beim Erzeugen der Ansteuersignale; und Erzeugen eines oder mehrerer Ansteuersignale aus dem einen oder mehr der ausgewählten Signale.
Erfindung nach Anspruch 36, bei dem man zur Auswahl des einen oder der mehreren Signale einer oder mehrere der foglenden Signale aufnimmt und auswählt: (1) das Eingangssignal des Hauptverstärkers, (2) das verstärkte Hauptkanal-Ausgangssignal des Hauptverstärkers, (3) das Eingangssignal des Hilfsverstärkers, (4) das Hilfskanal-Ausgangssignal des Hilfsverstärkers und (5) das linearisierte verstärkte Ausgangssignal eines Summierknotens, der das verstärkte Haupt- mit dem Hilfskanalsignal verknüpft.
Erfindung nach Anspruch 30, bei der ein Hauptentzerrer, das Hauptverstärkermodell und ein Hilfsentzerrer in einem digitalen Bereich betreibbar sind.
Erfindung nach Anspruch 38 weiterhin mit folgenden Schritten: Digitalisieren eines analogen Eingangssignals mittels eines ADC zwecks Verarbeitung im Haupt- und im Hilfskanal; Analogisieren des Hauptentzerrer-Ausgangssignals unter Verwendung eines DAC vor dem Anlegen an den Hauptverstärker; und Analogisieren des Hilfsverzerrer-Ausgangssignals mittels eines Hilfs-DAC vor dem Anlegen an den Hilfsverstärker.
Erfindung nach Anspruch 39 weiterhin mit folgenden Schritten: Umsetzen eines analogen HF-Eingangssignals zu einem analogen ZF-Eingangssignal vor dem Anlegen an den ADC; Umsetzen des Ausgangssignals des Haupt-DACs vom ZF- in den HF-Bereich vor dem Anlegen an den Hauptverstärker; und Umsetzen des Ausgangssignals des Hilfs-DAC vom ZF- in den HF-Bereich vor dem Anlegen an den Hilfsverstärker.
Vorrichtung zum Erzeugen eines linearisierten verstärkten Ausgangssignals aus einem Eingangssignal mit: einer Einrichtung zum Erzeugen eines verstärkten Hauptkanalsignals auf der Grundlage des Eingangssignals unter Verwendung eines in seinem nichtlinearen Bereich arbeitenden Hauptverstärkers; einer Einrichtung zum Erzeugen eines Hilfskanalsignals auf der Grundlage des Eingangssignals unter Verwendung eines Modells des Hauptverstärkers; und einer Einrichtung zum Verknüpfen des verstärkten Hauptkanal- mit dem Hilfskanalsignal, um das linearisierte verstärkte Ausgangssignal zu erzeugen.