DE19631388A1 - Vorverzerrung für eine nichtlineare Übertragungsstrecke im Hochfrequenzbereich - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Modulationsver­ fahren, die zu einer nichtkonstanten Hüllkurve eines hoch­ frequenten Trägersignals führen, und insbesondere auf die Vorverzerrung für eine nichtlineare Übertragungsstrecke im Hochfrequenzbereich.

Werden in einem beispielsweise drahtlosen Kommunikationssy­ stem Modulationsverfahren eingesetzt, die zu einer nichtkon­ stanten Hüllkurve des hochfrequenten Trägersignals führen, müssen alle Signalverarbeitungskomponenten nach dem Modula­ tor eine hinreichende Linearität aufweisen. Diese Forderung ist besonders bei Leistungsverstärkerstufen, die mit einem guten Wirkungsgrad arbeiten sollen, schwer zu erfüllen.

Bei der Verwendung von Puls-Amplituden-Modulationsverfahren verschlechtert sich die spektrale Effizienz durch die Nicht­ linearität der Verstärker. Der Grund dafür liegt in den nichtlinearen Amplitudenausgangscharakteristika eines Ver­ stärkers, was zu einer AM/AM-Konversion führt, wobei ferner das Driften der Phase eines Ausgangssignals eines Verstär­ kers bezüglich der Phase eines Eingangssignals Intermodula­ tionskomponenten erzeugt, was auch als AM/PM-Konversion be­ zeichnet wird. Die AM/AM- und die AM/PM-Konversion müssen jedoch durch geeignete Linearisierungsverfahren unterbunden werden. Wird dies nicht durchgeführt, verschlechtert sich die spektrale Effizienz des eingesetzten Modulationsverfah­ rens sowie der Signal/Rausch-Abstand. In digitalen Übertra­ gungssystemen kann sich dadurch die Bitfehlerrate bei der Übertragung wesentlich erhöhen.

Insbesondere in Übertragungssystemen, die eine QPSK-Modula­ tion verwenden (QPSK = Quatenary Phase Shift Keying = Vier­ phasenumtastung), wie es beispielsweise bei Mobiltelefonsy­ stemen der Fall ist, ist es besonders wichtig, den nichtli­ nearen Bereich von Leistungsverstärkern auszunützen. Auf­ grund der Tatsache, daß bei beispielsweise Mobiltelefonen die verfügbare Leistungsversorgung begrenzt ist, d. h. ein größerer Akku führt zu einer wesentlichen Gewichtszunahme und Verteuerung eines Mobiltelefons, muß der Endstufen­ verstärker mit möglichst hohem Wirkungsgrad arbeiten, was jedoch nicht in seinem linearen Verstärkungsbereich möglich ist. Leistungsverstärker mit hohem Wirkungsgrad werden daher bevorzugt in ihrem nichtlinearen Bereich in der Nähe der Sättigung betrieben, was zu nichtlinearen Verzerrungen mit den beschriebenen Problemen führt.

Modulationsverfahren, die neben der PAM-Modulation eine Li­ nearisierung erfordern, sind grundsätzlich alle Mehrträger­ verfahren, (z. B. COFDM beim digitalen Rundfunk) und alle Pulsamplitudenmodulations-Verfahren, zu denen neben der QPSK-Modulation auch die QAM-Modulation gehört. Weitere Ein­ satzmöglichkeiten für die Vorverzerrung einer nichtlinearen Übertragungsstrecke bestehen im Bereich der Basisstationen von Mobilfunksystemen, wenn mehrere Frequenzkanäle parallel auf eine Senderendstufe gegeben werden.

Es besteht also ein Bedarf nach einem geeigneten Linearisie­ rungsverfahren basierend auf der Vorverzerrung. Dieses könn­ te in allen Fällen Anwendung finden, in denen allgemein eine nichtlineare Übertragungsstrecke linearisiert werden soll. Die Linearisierung einer nichtlinearen Übertragungsstrecke sollte ferner zulassen, daß sich der Frequenzbereich des Eingangssignals in die zu entzerrende nichtlineare Übertra­ gungsstrecke von dem Frequenzbereich des Ausgangssignales aus der nichtlinearen Übertragungsstrecke heraus unterschei­ den kann. Die Linearisierung darf daher nicht auf reine Ver­ stärkerstufen beschränkt sein, sondern es müssen auch Fre­ quenzumsetzungen innerhalb der nichtlinearen Übertragungs­ strecke vorgenommen werden können.

In der Technik existieren bereits mehrere Verfahren zum Li­ nearisieren von Hochfrequenzendstufen. Die bekanntesten Ver­ fahren zum Linearisieren von Hochfrequenzendstufen lassen sich folgendermaßen einordnen.

Bei der digitalen Vorverzerrung eines zu übertragenden Si­ gnales werden die digital dargestellten Werte des Signals mit geeignet gewählten Koeffizienten multipliziert. Die Vorverzerrung erfolgt somit zusammen mit dem digitalen Er­ zeugen des Steuersignals des Modulators.

Ein weiteres bekanntes Verfahren ist die analoge Vorverzer­ rung. Sie bedient sich nichtlinearer Bauteile, wie z. B. Schottky-Dioden, um eine zu der Verstärkerverzerrungskenn­ linie komplementäre Entzerrungskennlinie zu synthetisieren.

Die "kartesische Schleife" ("auch Cartesian Loop" genannt) stellt eine analoge Gegenkopplung der Hochfrequenzendstufe dar, welche im Basisband durchgeführt wird.

Die Vorwärtskopplung (in der Technik auch "Feedforward" ge­ nannt) stellt im Sinne der Regelungstechnik eine Störgrößen­ aufschaltung dar, wobei zu dem Ausgangssignal der Endstufe eine entsprechende Korrekturspannung addiert wird, um die Verzerrung der Endstufe zu kompensieren.

In der WO 93/18581 ist eine "Cartesian Loop" beschrieben, deren Parameter entsprechend verschiedener Systemparameter, die den aktuellen Betriebszustand des Systems widerspie­ geln, eingestellt werden. Ein Funksendegerät weist dabei einen Leistungsverstärker, eine Linearisierungseinrichtung und eine Rückkopplungseinrichtung zum Rückkoppeln eines Sig­ nals von einem Ausgang des Leistungsverstärkers zu der Li­ nearisierungseinrichtung auf, um die Linearität des Aus­ gangssignals sicherzustellen. Die Linearisierungseinrichtung arbeitet im Basisband, wobei die IQ-Signale von einer linea­ ren Steuerung gesteuert werden, welche mit einer Direktzu­ griffstabelle verbunden ist, welche vorbestimmte Schleifen­ linearisierungsparameter speichert. Nachdem die IQ-Signale durch die Linearisierungseinrichtung geeignet verarbeitet worden sind, werden diese verarbeiteten Signale mittels ei­ nes Aufwärtsmischers hochgemischt und durch den Leistungs­ verstärker verstärkt. Die Rückkopplungseinrichtung nimmt ein Ausgangssignal des Leistungsverstärkers, mischt es mittels eines Abwärtsmischers herunter, und speist das herunterge­ mischte Signal in die Linearisierungseinrichtung ein. Die Linearisierung erfolgt daher nicht im Hochfrequenzbereich, sondern im Basisbandbereich, da auf die IQ-Signale zugegrif­ fen wird. Ferner verwirklicht die beschriebene Schaltung ei­ ne dauerhafte Gegenkopplung der HF-Endstufe im Sinne einer Cartesian Loop.

Die GB 2240893 A offenbart eine Schaltung zur Linearisierung der Amplitudenantwort und der Phasenantwort eines Verstär­ kers. Eine Hüllkurvendetektorschaltung erfaßt die Hüllkurve eines zu übertragenden Eingangssignales, wobei das Ausgangs­ signal der Hüllkurvendetektorschaltung in eine Steuerschal­ tung vom nichtlinearen Typ sowie in eine Phasenschiebersteu­ erschaltung eingegeben wird. Die Phasenschiebersteuerschal­ tung steuert einen Phasenschieber, der vor dem Leistungsver­ stärker angeordnet ist, um das Hochfrequenzsignal phasen­ mäßig vorzuverzerren. Die Steuerschaltung vom nichtlinearen Typ liefert ein Eingangssignal in einen spannungsvariablen Gleichspannungs-Gleichspannungswandler, welcher die Vorspan­ nungsparameter, d. h. den Arbeitspunkt des Leistungsverstär­ kers geeignet einstellt, um die Verzerrung des nichtlinearen Verstärkers zu kompensieren. Der Amplitudenfehler der Ver­ stärkers wird daher über dessen Arbeitspunkteinstellung kom­ pensiert, was den Nachteil besitzt, daß die Arbeitspunktpa­ rameter des Verstärkers ständig geändert werden müssen, was eine Anpassung des Verstärkers an eine Last wesentlich er­ schweren kann. Üblicherweise erfordert nämlich ein geänder­ ter Arbeitspunkt automatisch ein anderes (komplexes) Trans­ formationsverhältnis des Ausgangswiderstandes.

Das US-Patent Nr. 5,023,937 stellt eine analoge Vorverzer­ rungsschaltung für einen im nichtlinearen Bereich betriebe­ nen Leistungsverstärker dar. Diese Vorverzerrung arbeitet mittels einer Gegenkopplungsschleife, bei der im Gegensatz zur Cartesian Loop nicht die IQ-Komponenten des Ausgangs­ signals geregelt werden, sondern der Betrag und die Phase desselben. Ein Hüllkurvendetektor erfaßt die Amplitude des zu verstärkenden Signals, welche durchgehend rückkopplungs­ mäßig mit der Hüllkurve des Ausgangssignals des Leistungs­ verstärkers verglichen wird, wobei das Vergleichsergebnis an ein variables Dämpfungsglied angelegt ist, das das Eingangs­ signal vor dem Leistungsverstärker geeignet dämpft, um ein möglichst lineares Ausgangssignal zu erzeugen. Die Phasen­ vorverzerrung wird mittels einer Phasenregelschleife durch­ geführt, die als Eingangssignal das zu verstärkende Signal erhält. Ein Teil des Ausgangssignals des Verstärkers wird mittels eines Mischers, eines Lokaloszillators und einer Phasenschieberschaltung ebenfalls in die Phasenregelschleife eingegeben, welche ein Lokaloszillatorsignal für einen vor dem Leistungsverstärker angeordneten Mischer liefert, um das zu verstärkende Signal phasenmäßig geeignet vorzuverzerren. Diese Schaltung arbeitet vollständig analog und basiert auf einer im wesentlichen durchgehenden Rückkopplung, falls die vorhandene Phasenregelschleife eingerastet ist.

Das US-Patent Nr. 4,465,980 stellt ebenfalls eine analoge Vorverzerrungsschaltung dar. Ein Detektor erfaßt die Hüll­ kurve eines zu verstärkenden Signals und legt dieses Signal an einen Feldeffekttransistor mit zwei Gate-Anschlüssen ("Dual Gate FET") an. An das andere Gate des Dual-Gate-FET wird das zu verstärkende Signal angelegt. Durch geeignetes Steuern des Arbeitspunktes dieses Dual-Gate-FET wird das HF-Eingangssignal geeignet vorverzerrt, um die nichtlineare Verstärkung eines Leistungsverstärkers, der über ein Anpas­ sungsnetzwerk mit dem Drain-Anschluß des Dual-Gate-FET ver­ bunden ist, zu kompensieren.

Die DE 33 12 030 A1 offenbart einen Verstärker mit Vorverzer­ rungskompensation, welcher Vorverzerrungskomponenten verwen­ det, die von einem dem Verstärkungsbauteil ähnlichen Lei­ stungsverstärkungsbauteil erzeugt werden, um eine wirksame Linearisierung zur wesentlichen Reduzierung aller Intermo­ dulations-Verzerrungsprodukte zu erreichen. Ferner kann eine zusätzliche Rückkopplungsschaltung vorgesehen werden, um ei­ ne weitere Verringerung von Nichtlinearitäten zu erreichen.

Die GB 8723874 offenbart eine Linearitätskorrekturschaltung, die in einem Zwischenfrequenzbereich arbeitet, um eine ge­ eignete Vorverzerrung in eine Amplitudenhüllkurve einzufüh­ ren, um die Nichtlinearität der Leistungsverstärkerstufen zu kompensieren. Ein Array von parallelen Stromquellen, von de­ nen jede als Reaktion auf eine Vorverzerrung über einem ent­ sprechenden Amplitudenband einstellbar ist, speist einen Strom ein, der ausreichend ist, um eine geeignete Differenz­ spannung an dem Ausgang einzuführen. Bei dieser Schaltung findet offensichtlich keine Phasenvorverzerrung statt.

Die EP 0 658 975 A1 bezieht sich auf ein Basisbandvorver­ zerrungssystem für die adaptive Linearisierung von Lei­ stungsverstärkern und auf einen Funksender, der das Vorver­ zerrungssystem verwendet. Dabei werden zwei Fehlertabellen, und zwar eine für die Amplitude und eine für die Phase, ak­ tualisiert, wobei der Inhalt derselben zum Korrigieren der Basisbandabtastwerte verwendet wird. Der Inhalt der Tabellen wird erhalten, indem eine geeignet gewichtete Differenz zwi­ schen Abtastwerten, die in das Vorverzerrungsgerät eingege­ ben werden, und einem demodulierten Rückkopplungswert akku­ muliert wird. Eine Vorverzerrung wird also ähnlich zu der WO 93/1851, wie vorher beschrieben wurde, nicht im Hochfre­ quenzbereich, sondern digital im Basisband durchgeführt, wobei ein Zugriff auf die digitale Signalaufbereitung im Ba­ sisband vorhanden sein muß.

Eine digitale Vorverzerrung, wie sie in der EP 0 658 975 A1 und in der WO 93/18581 beschrieben ist, bedingt eine Zu­ griffsmöglichkeit auf das Modulationssignal, bevor es von einer digitalen Darstellung in einen Analogspannungswert um­ gewandelt wird, um die erforderlichen digitalen Berechnungen zur Korrektur von Trägeramplitude und Trägerphase durchfüh­ ren zu können. Dieser Zugriff ist in vielen Fällen nicht ge­ geben, da nur innerhalb des abgeschlossenen Systems der Lei­ stungsendstufe linearisiert werden kann.

Bei der analogen Vorverzerrung des Hochfrequenzsignals er­ gibt sich das Problem, eine geeignete Kennlinie aus nichtli­ nearen Bauteilen synthetisieren zu müssen, welche Exemplar­ streuungen, Temperaturdrift, Alterung usw. aufweisen. Bei Alterung der Bauteile kann sich die Nichtlinearität verstär­ ken.

Die "Cartesian Loop", d. h. eine HF-Gegenkopplung, reagiert sehr empfindlich auf Parameterschwankungen. Durch die hohe Verstärkung besteht ferner eine erhebliche Schwingneigung der gesamten Anordnung bei nicht exakt ermittelten Parame­ tern der Rückkopplung. Ebenfalls wird durch die Gegenkopp­ lung das Rauschverhalten der Endstufe drastisch verschlech­ tert, da die Gegenkopplung ihrerseits unkorreliertes Rau­ schen in die Verstärkerstufe einführt.

Das "Feedforward"-Verfahren erfordert eine genaue Bestimmung der Signallaufzeiten der Endstufe. Die Linearitätsanforde­ rungen an das Korrektursignal sind hoch, weshalb bei einer Schaltung, die eine Linearisierung gemäß dem Vorwärtskopp­ lungsverfahren durchführt, hochwertige und teure Leistungs­ verstärker eingesetzt werden müssen.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der vorliegen­ den Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Schaltung zum Vor­ verzerren eines über eine nichtlineare Übertragungsstrecke zu übertragenden Signals und ein Verfahren zum Vorverzerren eines derartigen Signals zu schaffen, um auf flexible und zuverlässige Art und Weise eine optimale Kompensation der durch die nichtlineare Übertragungsstrecke eingeführten Ver­ zerrung zu erreichen.

Diese Aufgabe wird durch eine Schaltung gemäß Anspruch 1 sowie durch ein Verfahren gemäß Anspruch 14 gelöst.

Bei der Vorverzerrung besteht das Kernproblem darin, eine Realisierung einer nichtlinearen Kennlinie zu finden, die mit hinreichender Genauigkeit einstellbar ist und durch li­ neare Bauteile realisiert werden kann. Da es, wie bereits angemerkt wurde, schwierig ist, eine nichtlineare Kennlinie beispielsweise durch Schottky-Dioden nachzubilden, verwendet die vorliegende Erfindung eine Tabelleneinrichtung, die Vor­ verzerrungskoeffizienten enthält, die von der Amplitude des Eingangssignals sowie von den Eigenschaften der nichtlinea­ ren Übertragungsstrecke, die beispielsweise ein Verstärker oder eine Verstärker-Mischer-Anordnung sein kann, abhängen. Die Vorverzerrung erfolgt durch Multiplikation des Eingangs­ signals mit den komplexen Vorverzerrungskoeffizienten. Diese Vorverzerrungskoeffizienten sind komplexe Zahlen, die einen Realteil, d. h. eine I-Komponente, und einen Imaginärteil, d. h. eine Q-Komponente, aufweisen.

Im äquivalenten Tiefpaßbereich wird daher ein komplexes Aus­ gangssignal y(t) aus einem komplexen Eingangssignal v(t) ge­ mäß folgender Gleichung erzeugt:

y(t) = v(t)A(|v(t)|)

In dieser Gleichung stellt A(|v(t)|) die komplexe Verstär­ kung dar, die erforderlich ist, um die AM/AM- und die AM/PM-Konversion der nichtlinearen Übertragungsstrecke zu korrigieren. Diese nichtlineare Funktion hängt im wesentli­ chen von der Amplitude des Eingangssignals v(t) ab. Die Auf­ gabe besteht nun darin, diese komplexe Funktion A geeignet zu linearisieren, um das Eingangssignal v(t) geeignet vor­ verzerren zu können. Die Lösung dieser Aufgabe besteht in einer abschnittsweisen Linearisierung der komplexen Verstär­ kung, wobei in einer bestimmten Staffelung für jede Ein­ gangssignalamplitude ein komplexer Vorverzerrungskoeffizient gewonnen wird. Die nichtlineare Verstärkung A wird also ab­ schnittsweise linearisiert, wobei die Auflösung, d. h. die Anzahl der Linearisierungen in einem bestimmten Amplituden­ bereich, von den Anforderungen sowie von der zur Verfügung stehenden Speicherkapazität der Tabelleneinrichtung abhängt. Die abschnittsweise Linearisierung der komplexen Verstärkung A, d. h. die Vielzahl von komplexen Vorverzerrungskoeffizien­ ten, erlaubt also eine praktische Implementierung des Ver­ fahrens, welche es gestattet, die Vorverzerrung direkt im HF-Bereich durchzuführen.

Die Vorverzerrung mit abschnittsweise konstanten Vorverzer­ rungskoeffizienten ist besonders dort vorteilhaft, wo kein Zugriff auf die digitale Darstellung des Signals (im Basis­ band) möglich ist. Ferner ist das erfindungsgemäße Vorver­ zerrungsverfahren gegenüber Parameterschwankungen unempfind­ lich, da alle Parameterschwankungen durch geeignetes Ein­ stellen der Vorverzerrungskoeffizienten kompensiert werden können.

Das Rauschverhalten der nichtlinearen Übertragungsstrecke wird nicht wesentlich verschlechtert, da im Gegensatz zur HF-Gegenkopplung kein unkorreliertes Rauschen in den Signal­ weg eingeführt wird. Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung gegenüber Vorverzerrungsverfahren, die eine Rück­ kopplung verwenden, besteht darin, daß die nichtlineare Übertragungsstrecke gegen Rückkopplungsschwingungen unem­ pfindlich ist, da kein direkter Rückkopplungspfad vorhanden ist.

Wesentlich für das erfindungsgemäße Vorverzerrungsverfahren ist eine genaue und effiziente Bestimmung der in der Tabel­ leneinrichtung vorhandenen Vorverzerrungskoeffizienten. Die­ se müssen jedoch nicht in Echtzeit durchgehend bestimmt wer­ den, sondern es ist ausreichend, dieselben beispielsweise vor Inbetriebnahme der Schaltung oder zu bestimmten Kali­ brierzeitpunkten digital zu berechnen.

Die Verzögerungszeit der erfindungsgemäßen Vorverzerrung ist von vorneherein festgelegt und nicht von irgendwelchen Para­ metern abhängig, da die Vorverzerrung durch einen externen Takt synchronisiert ist. Eine Kompensation der Verzögerungs­ zeit ist daher auf einfache Art und Weise zuverlässig mög­ lich.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend bezugnehmend auf die beiliegenden Zeich­ nungen detaillierter erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockdiagramm einer Schaltung zum Vorverzerren gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorlie­ genden Erfindung; und

Fig. 2 ein Blockdiagramm einer Schaltung zum Vorverzerren gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorlie­ genden Erfindung.

Wie es in Fig. 1 gezeigt ist, gelangt ein Eingangssignal in eine Vorverzerrungsschaltung 10 über eine Verzögerungsein­ richtung 12 in eine Bewertungseinrichtung 14 zum komplexen Bewerten des Eingangssignals v(t) mit komplexen Vorverzer­ rungskoeffizienten, welche in einer Tabelleneinrichtung 16 gespeichert sind. Die Bewertungseinrichtung 14 kann bei­ spielsweise eine Einrichtung zum komplexen Multiplizieren eines Eingangssignals, d. h. ein IQ-Modulator, sein.

Die Bewertungseinrichtung 14 erhält von der Tabelleneinrich­ tung 16 von der Amplitude des Eingangssignals v(t) und von der Übertragungsfunktion einer nichtlinearen Übertragungs­ strecke 18 abhängige komplexe Vorverzerrungskoeffizienten. Der Realteil eines komplexen Vorverzerrungskoeffizienten wird über einen I-Kanal 20a in die Bewertungseinrichtung 14 eingegeben, während der Imaginärteil eines einer bestimmten Eingangsamplitude entsprechenden Vorverzerrungskoeffizienten über einen Q-Kanal in die komplexe Bewertungseinrichtung 14 eingegeben wird.

Die Tabelleneinrichtung 16 wird von einer Quantisierungs­ einrichtung 22 adressiert, welche quantisierte Hüllkurven­ werte bildet, und zwar in Abhängigkeit der Hüllkurve des Eingangssignals v(t), die von einer Hüllkurvenerfassungs­ einrichtung 24 erfaßt wird. Ein geeigneter Anteil des Ein­ gangssignals v(t), der zur Erfassung der Hüllkurve nötig ist, kann auf für Fachleute bekannte Art und Weise, wie z. B. durch einen Richtkoppler, aus dem Hauptsignalweg, der in Fig. 1 der direkten Verbindung von v(t) zu y(t) entspricht, entnommen werden.

Wie bereits erwähnt wurde, werden bei der vorliegenden Er­ findung die Vorverzerrungskoeffizienten, die in der Tabel­ leneinrichtung 16 gespeichert sind und durch die Quantisie­ rungseinrichtung 22 geeignet adressiert werden, außerhalb des Betriebs der Schaltung, z. B. bei der Schaltungsherstel­ lung oder bei der Inbetriebnahme, berechnet und abgespei­ chert. Um zu bestimmten Zeitpunkten während des Betriebs der Schaltung 10 eine Feinabstimmung der Vorverzerrungskoeffi­ zienten durchführen zu können, kann optional eine Ver­ gleichseinrichtung 26 vorgesehen sein, die das Eingangssig­ nal v(t) und das Ausgangssignal y(t) vergleicht, um festzu­ stellen, ob zwischen beiden ein linearer Zusammenhang, wie z. B. eine einfache Verstärkung, besteht. Sollte kein linea­ rer Zusammenhang vorhanden sein, deutet dies darauf hin, daß sich Umgebungsbedingungen verändert haben, weswegen die Vor­ verzerrungskoeffizienten nicht mehr optimal eingestellt sind. In einem Neukalibrationsschritt greift nun die Ver­ gleichseinrichtung 26 auf die Tabelleneinrichtung 16 zu, um die Vorverzerrungskoeffizienten entsprechend den neuen Umge­ bungsbedingungen geeignet zu modifizieren.

Im Betrieb wird ein bestimmter Bruchteil des Eingangssignals v(t) durch die Hüllkurvenerfassungseinrichtung 24, die bei­ spielsweise ein Diodengleichrichter sein kann, möglichst li­ near gleichgerichtet, um den Betrag der Amplitude des Ein­ gangssignals v(t) zu gewinnen. Diese Hüllkurve des Eingangs­ signals wird der Quantisierungseinrichtung 22 zum Bilden von quantisierten Hüllkurvenwerten aufgrund der erfaßten Hüll­ kurve zugeführt. Mittels dieser quantisierten Hüllkurvenwer­ te wird die Tabelleneinrichtung 16 adressiert, die die kom­ plexen Vorverzerrungskoeffizienten beispielsweise in karte­ sischer Darstellung enthält. Der einer speziellen Amplitude der Hüllkurve entsprechende komplexe Vorverzerrungskoeffi­ zient wird als Reaktion auf eine Adressierung der Tabellen­ einrichtung über den I-Kanal und über den Q-Kanal nach Real- bzw. Imaginärteil der Bewertungseinrichtung 14 zugeführt, die als komplexer IQ-Modulator ausgeführt ist und die dem Eingangssignal v(t) eine zum Erhalten eines linear verstärk­ ten Ausgangssignals y(t) der nichtlinearen Übertragungs­ strecke 18 erforderliche Vorverzerrung aufmoduliert. Die Li­ nearität des Gleichrichters ist nicht zwingend erforderlich, solange sein Verhalten bekannt ist. Unzulänglichkeiten kön­ nen bei der Festlegung der komplexen Koeffizienten in der Tabelle entsprechend kompensiert werden. Etwaige geringe Nichtlinearitäten des Multiplizierers können durch eine adaptive Entzerrung, die die Vergleichseinrichtung 26 ver­ wendet, automatisch ausgeregelt werden. Die Koeffizienten werden entsprechend modifiziert.

Der Signalweg über die Hüllkurvenerfassungseinrichtung 24, die Quantisierungseinrichtung 22 und die Tabelleneinrichtung 16 sowie das Einstellen der komplexen Vorverzerrungskoeffi­ zienten weist eine geringe Verzögerungszeit in der Größen­ ordnung von < 100 ns auf. Sofern erforderlich kann diese Verzögerungszeit durch die der Bewertungseinrichtung 14 vor­ geschaltete Verzögerungseinrichtung 12 ausgeglichen werden.

Bei der Entzerrung der nichtlinearen Übertragungsstrecke 18 kann das Verhalten derselben durch ihre Übertragungsfunk­ tion, d. h. den Quotient aus dem verzerrten Ausgangssignal und dem Eingangssignal, nach Betrag und Phase charakteri­ siert werden. Diese Übertragungsfunktion kann im HF-Bereich erhalten werden. Eine vorherige Frequenzumsetzung in das Ba­ sisband oder auf eine Zwischenfrequenz ist jedoch ebenfalls optional möglich. Aus der Übertragungsfunktion der nicht­ linearen Übertragungsstrecke 18 können dann Schätzwerte für die AM/AM- und die AM/PM-Kennlinie der nichtlinearen Über­ tragungsstrecke 18 berechnet werden. Die entsprechenden Vor­ verzerrungskoeffizienten werden dann anschließend aus den Meßwerten ermittelt und entsprechend in der Tabelleneinrich­ tung 16 gespeichert.

Fig. 2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel der erfindungs­ gemäßen Vorverzerrungsschaltung 10. In Fig. 1 und Fig. 2 gleiche Komponenten sind durch gleiche Bezugszeichen gekenn­ zeichnet. Im Zusammenhang mit Fig. 2 werden lediglich die neu hinzugekommenen Schaltungskomponenten näher erläutert, wobei bezüglich der in Fig. 2 und Fig. 1 vorhandenen Kompo­ nenten auf deren Beschreibung im Zusammenhang mit Fig. 1 verwiesen wird.

Im Unterschied zu Fig. 1 enthält die Vorverzerrungsschaltung 10 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung einen Eingangsabwärtsmischer 30 sowie einen Aus­ gangsabwärtsmischer 32. Beide Abwärtsmischer 30, 32 liefern jeweils zwei Werte, die beispielsweise Real- und Imaginär­ teil des Eingangs- bzw. des Ausgangssignals sein können, in die Vergleichseinrichtung 26, die beim zweiten Ausführungs­ beispiel der vorliegenden Erfindung ein digitaler Signalpro­ zessor sein kann. Ferner weist das zweite Ausführungsbei­ spiel zwischen der Tabelleneinrichtung 16 und der Bewer­ tungseinrichtung 14 für den I-Zweig sowie für den Q-Zweig jeweils eine Kombination aus einem Digital/Analog-Wandler 34a, 34b sowie einem nachgeschalteten Tiefpaß 36a, 36b auf. Die Tiefpaßfilterung des I- und des Q-Zweiges dienen zur wirksamen Unterdrückung von Nebenaussendungen in Nachbar­ frequenzkanäle. Die Quantisierungseinrichtung 22, die bei­ spielsweise ein Analog/Digital-Wandler sein kann, und die Digital/Analog-Wandler 34a, 34b werden durch einen gemein­ samen Takt 38 getaktet, wobei jedoch der Takt für die Digi­ tal/Analog-Wandler 34a, 34b durch eine Taktverzögerungsein­ richtung 40 im Vergleich zu dem Takt der Quantisierungsein­ richtung 22 geeignet verzögert ist, um die Verzögerung der Tabelleneinrichtung 16 zu berücksichtigen. Die Verzögerung der Taktverzögerungseinrichtung 40 sowie die Verzögerung der Tabelleneinrichtung 16 werden so gewählt, daß die Durchlauf­ verzögerungen der Quantisierungseinrichtung 22 und der Ta­ belleneinrichtung 16 kleiner als die Zeitverzögerung der Taktverzögerungseinrichtung 40 sind. Die Bestimmung der AM/AM- und der AM/PM-Kennlinie der nichtlinearen Übertra­ gungsstrecke, die beim zweiten Ausführungsbeispiel als End­ stufe 18 ausgeführt ist, erfolgt über das durch den Ein­ gangsabwärtsmischer 30 demodulierte Eingangssignal v(t) so­ wie über das durch den Ausgangsabwärtsmischer 32 demodulier­ te Ausgangssignal y(t).

Das zweite Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung kann beispielsweise die Endstufe in einem Hauptsender oder Füllsender für den digitalen Rundfunk linearisieren, um die Aussendung in den Nachbarkanälen unterhalb der geforderten Grenzwerte zu halten und gleichzeitig eine geringe Verlust­ leistung der Endstufe 18 zu erreichen.

In Abweichung der beschriebenen Ausführungsbeispiele ist es ferner möglich, die Realisierung der Vorverzerrung durch A/D-Umsetzung in der Quantisierungseinrichtung 22, durch die Tabelle in der Tabelleneinrichtung 16 sowie durch die D/A- Umsetzung in den beiden Digital/Analog-Wandlern 34a, 34b durch eine einzige Einheit zu realisieren, die in Form einer integrierten Schaltung vorhanden ist. Bei dieser Realisie­ rung kann, wie es beim ersten Ausführungsbeispiel der Fall ist, auf die Digital/Analog-Umsetzung 34a, 34b verzichtet werden, wobei es die Schaltungsintegration ermöglicht, die Vorverzerrung lediglich durch eine Quantisierung und eine nachfolgende Zuweisung eines analogen Ausgangssignals zu realisieren, welches noch gering vom analogen Eingangssignal abhängt, was die benötigte Auflösung für die Vorverzerrungs­ koeffizienten reduzieren kann. Die integrierte Schaltung weist hierbei programmierbare Stromquellen auf, deren Werte adaptiv nachgeführt werden. Vorteile dieser Realisierung sind eine höhere Verarbeitungsgeschwindigkeit sowie ein geringerer Stromverbrauch der Vorverzerrungsschaltung 10.

Ferner ist es bei dem in Fig. 2 gezeigten Ausführungsbei­ spiel optional möglich, die Hüllkurvenerfassungseinrichtung 24 vor der Auslieferung der Schaltung oder nach bestimmten Kalibrationsintervallen zu kalibrieren. Das Eingangssignal in die Hüllkurvenerfassungseinrichtung 24 steht über den Eingangsabwärtsmischer 30 zur Verfügung, während das Aus­ gangssignal der Hüllkurvenerfassungseinrichtung als quanti­ sierte Adressierung der Tabelleneinrichtung 16 vorliegt. Dies ermöglicht es, bei Bedarf die quantisierten Ausgangs­ werte der Hüllkurvenerfassungseinrichtung 24 ebenfalls in den digitalen Signalprozessor 26 einzulesen und außerhalb des Betriebs der Vorverzerrungsschaltung 10 die Kennlinie der Hüllkurvenerfassungseinrichtung durch Vergleich der beiden genannten Signale zu bestimmen. Dies kann für eine Korrektur der in der Tabelleneinrichtung 16 gespeicherten Vorverzerrungskoeffizienten auf vorteilhafte Weise ausge­ nutzt werden.

Bei den meisten nichtlinearen Übertragungsstrecken, welche beispielsweise Leistungsverstärker sein können, bleibt der eingeführte Phasenfehler innerhalb eines Quadranten, d. h. zwischen 0° und 90°. Dann wird es ausreichend sein, statt des komplexen IQ-Modulators, der ein Vierquadrantenmultipli­ zierer ist, eine Anordnung bestehend aus einem π/2-Hybrid, je einem Dämpfungsglied für den I- bzw. für den Q-Kanal und einem nachfolgenden 0°-Kombinierer zu verwenden. Diese Be­ wertungseinrichtung hat gegenüber dem komplexen (passiven) IQ-Multiplizierer den Vorteil, daß sie eine höhere Lineari­ tät aufweisen kann.

Claims (14)

1. Schaltung (10) zum Vorverzerren eines über eine nicht­ lineare Übertragungsstrecke (18) zu übertragenden Sig­ nals (v), mit folgenden Merkmalen:
einer Hüllkurvenerfassungseinrichtung (24) zum Erfassen einer Hüllkurve des Signals (v);
einer Quantisierungseinrichtung (22) zum Bilden von quantisierten Hüllkurvenwerten aufgrund der erfaßten Hüllkurve;
einer Tabelleneinrichtung (16) zum Liefern von komple­ xen Vorverzerrungskoeffizienten, die von den quanti­ sierten Hüllkurvenwerten und von einer vorab erfaßten Übertragungsfunktion der nichtlinearen Übertragungs­ strecke (18) abhängen; und
einer von der nichtlinearen Übertragungsstrecke (18) getrennten Bewertungseinrichtung (14) zum komplexen Be­ werten des Signals (v) mit den komplexen Vorverzer­ rungskoeffizienten, derart, daß die durch die nicht­ lineare Übertragungsstrecke (18) eingeführte Verzerrung nach Betrag und Phase im wesentlichen kompensiert ist.

2. Schaltung (10) gemäß Anspruch 1, bei der die nichtlineare Übertragungsstrecke (18) ein Leistungsverstärker ist.

3. Schaltung (10) gemäß Anspruch 1 oder 2, bei der die Quantisierungseinrichtung (22) ein Ana­ log/Digital-Wandler ist.

4. Schaltung gemäß einem beliebigen der vorhergehenden An­ sprüche, bei der die Hüllkurvenerfassungseinrichtung (24) eine Diodengleichrichteranordnung ist.

5. Schaltung (10) gemäß einem beliebigen der vorhergehen­ den Ansprüche, bei der die Bewertungseinrichtung (14) ein IQ-Modulator ist.

6. Schaltung gemäß einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 4, bei der die Bewertungseinrichtung (14) eine Anordnung aus einem π/2-Hybrid, aus zwei zueinander parallel ge­ schalteten Dämpfungsgliedern und aus einem 0°-Kombinie­ rer aufweist.

7. Schaltung gemäß einem beliebigen der vorhergehenden An­ sprüche, bei der die Quantisierungseinrichtung (22) und die Ta­ belleneinrichtung (16) in einer einzigen integrierten Schaltung realisiert sind, derart, daß in der inte­ grierten Schaltung vorhandene programmierbare Quellen als Reaktion auf die quantisierten Hüllkurvenwerte gesteuert werden, um der Bewertungseinrichtung (14) analoge IQ-Signale zu liefern.

8. Schaltung gemäß einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 6, bei der zwischen der Tabelleneinrichtung (16) und der Bewertungseinrichtung (14) Digital/Analog-Wandler (34a, 34b) für sowohl das I- als auch das Q-Signal sowie Tiefpaßfilter (36a, 36b) angeordnet sind.

9. Schaltung (10) gemäß einem beliebigen der vorhergehen­ den Ansprüche, bei der signalflußmäßig vor der Bewertungseinrichtung (14) eine Verzögerungseinrichtung (12) angeordnet ist, um die durch die Strecke von der Quantisierungseinrich­ tung (22) zu der Bewertungseinrichtung (14) eingeführte zeitliche Verzögerung zu kompensieren.

10. Schaltung (10) gemäß einem beliebigen der vorhergehen­ den Ansprüche, bei der eine Vergleichseinrichtung (26) das über die nichtlineare Übertragungsstrecke (18) zu übertragende Signal (v) mit einem Ausgangssignal (y) der nichtli­ nearen Übertragungsstrecke (18) vergleicht und dement­ sprechend die Vorverzerrungskoeffizienten der Tabellen­ einrichtung zu vorbestimmten Zeitpunkten einstellt.

11. Schaltung gemäß Anspruch 10,
bei der ein Eingangsabwärtsmischer (30) das über die nichtlineare Übertragungsstrecke (18) zu übertragende Signal (v) und ein Ausgangsabwärtsmischer (32) das Aus­ gangssignal (y) der nichtlinearen Übertragungsstrecke (18) in das Basisband umsetzen; und
bei der die Vergleichseinrichtung (26) ein digitaler Signalprozessor ist.

12. Schaltung gemäß einem beliebigen der Ansprüche 8 bis 11, bei der die Quantisierungseinrichtung (22) und die Di­ gital/Analog-Wandler (34a, 34b) für den I- und Q-Kanal (20a, 20b) durch den gleichen Takt (38) getaktet wer­ den, wobei jedoch der Takt für die Digital/Analog-Wand­ ler für den I- und den Q-Kanal (20a, 20b) gegenüber dem Takt für die Quantisierungseinrichtung (22) durch eine Taktverzögerungseinrichtung (40) verschoben sind, um die durch die Tabelleneinrichtung (16) eingeführte Ver­ zögerung zu kompensieren.

13. Schaltung gemäß Anspruch 11 oder 12, bei der die Hüllkurvenerfassungseinrichtung (24) kali­ briert wird, indem die quantisierten Hüllkurvenwerte und die Hüllkurve selbst in die Vergleichseinrichtung (26) eingegeben werden, wodurch eine Kennlinie der Hüllkurvenerfassungseinrichtung (24) bestimmt werden kann, um die Vorverzerrungskoeffizienten in der Tabelleneinrichtung (16) zu vorbestimmten Zeitpunkten entsprechend zu korrigieren.

14. Verfahren zum Vorverzerren eines über eine nichtlineare Übertragungsstrecke (18) zu übertragenden Signals (v), mit folgenden Schritten:
Erfassen einer Hüllkurve des Signals;
Bilden von quantisierten Hüllkurvenwerten aufgrund der erfaßten Hüllkurve;
Liefern von komplexen Vorverzerrungskoeffizienten, die von den quantisierten Hüllkurvenwerten und von einer vorab erfaßten Übertragungsfunktion der nichtlinearen Übertragungsstrecken (18) abhängen; und
komplexes Bewerten des über die nichtlineare Übertra­ gungsstrecke (18) zu übertragenden Signals (v) mit den komplexen Vorverzerrungskoeffizienten, derart, daß die durch die nichtlineare Übertragungsstrecke (18) einge­ führte Verzerrung nach Betrag und Phase im wesentlichen kompensiert ist.