EP1550211A1 - Verfahren zur adaptiven vorverzerrung digitaler rohdatenwerte und vorrichtung zu dessen durchf hrung - Google Patents

Verfahren zur adaptiven vorverzerrung digitaler rohdatenwerte und vorrichtung zu dessen durchf hrung

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EP1550211A1
EP1550211A1 EP03773491A EP03773491A EP1550211A1 EP 1550211 A1 EP1550211 A1 EP 1550211A1 EP 03773491 A EP03773491 A EP 03773491A EP 03773491 A EP03773491 A EP 03773491A EP 1550211 A1 EP1550211 A1 EP 1550211A1
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EP
European Patent Office
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raw data
data values
power amplifier
predistortion
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP03773491A
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English (en)
French (fr)
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Yingjie Gao
Ralf Kern
Rolf Theisen
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Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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Publication date
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H04B1/00—Details of transmission systems, not covered by a single one of groups H04B3/00 - H04B13/00; Details of transmission systems not characterised by the medium used for transmission
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    • H04B1/04—Circuits
    • H04B2001/0408—Circuits with power amplifiers
    • H04B2001/0433—Circuits with power amplifiers with linearisation using feedback

Definitions

  • the invention relates to a method for the adaptive predistortion of digital raw data values for a transmission amplifier having a transmission output stage of a communication device according to the preamble of claim 1 and to an apparatus for performing the method according to the preamble of claim 8.
  • Characterization of such nonlinear power amplifiers can be accomplished by so-called AM-AM conversion, i. H. the amplitude of the output values of the power amplifier dependent on an amplitude of the raw data values, and the AM-PM conversion, d. H. the dependent on the amplitude of the raw data values phase shift in the power amplifier, take place.
  • the non-linearity of the transfer characteristic of real power amplifiers leads to distortions.
  • harmonics of a fundamental frequency are generated, which are present in addition to the fundamental frequency at the output of the power amplifier.
  • the harmonics are generated at these fundamental frequencies, wherein a mixture of the harmonics takes place.
  • Suitable filtering measures can be used to generate generated harmonics suppress.
  • this does not apply to fundamental-frequency intermodulation products due to the harmonic frequency mixing described above.
  • the useful signal or the output signal of the power amplifier is disturbed by the intermodulation products. This disturbance could be suppressed by a suitably high back-off, thereby reducing nonlinearity of the transfer characteristic of the power amplifier and adjusting linearized operation.
  • Supplementing electronic components can also be remedied with regard to intermodulation products, which can not be suppressed by filtering measures. This includes a constructive set-up for adaptive, digital predistortion, which distributes interference close to the channel over a larger frequency spectrum, thereby reducing its amplitudes.
  • the object of the invention is to provide a method for adaptive predistortion for a power amplifier, in which a reduced
  • Computing power is required, and also to provide an apparatus for performing such a method.
  • Raw data values for a transmission output stage having a power amplifier of a communication device comprising the steps of: a) predistorting the raw data values by multiplying the
  • Raw data values with predistortion values from a look-up table for compensating for amplitude-dependent distortions of the power amplifier the look-up table including an association between amplitudes of the raw data values and predistortion values
  • b) returning output signal values of the power amplifier to an adaptation unit c) passing the raw data values to the adaptation unit, d) comparing in time e) adjusting the look-up table based on results of step d), wherein the adaptation unit is discontinuous and interpolating / extrapolating the predistortion values of the lookup table at least for non-occurring raw data values.
  • Predistortion of the raw data values is resorted to. Rather, the adaptation unit operates discontinuously, so that it is purposefully omitted to use a complete collection of associated pairs of raw data values and output signal values of the power amplifier for adaptation. At least those predistortion values for which matching pairs of raw data values and output signal values do not occur due to the discontinuous operation of the adaptation unit are automatically supplemented in the reference table. For this purpose, the associated predistortion values are interpolated or extrapolated, depending on the location of the missing raw data value / output signal value pair within the amplitude spectrum that is used.
  • the adaptation is carried out on the basis of results of step d) within time windows.
  • time windows both raw data values and output signal values are collected and then compared with one another in step d) in order to be able to make a statement about the amplitudes of the power amplifier in terms of amplitude and / or phase of the raw data values.
  • a distance between successive time windows can depend on external parameters which the
  • Affect distortion of the power amplifier, and a desired adjacent channel noise suppression are set.
  • an operating temperature of the power amplifier and its supply voltage have an influence on the distortion behavior of the
  • Power amplifier ie its non-linear transmission characteristics. To what extent a linearization of the Power amplifier is desired, depends on what suppression particular intermodulation products at the output of the power amplifier z. B. is prescribed by a mobile standard.
  • a polynomial can be calculated for each time window, the predistortion values of the reference table being determined on the basis of the function values of the polynomial.
  • coefficients of a polynomial which is fundamentally suitable for describing the course of the output signal values as a function of the raw data values are calculated with the aid of the adaptation unit. For the sake of simplicity, normalization of the output signal values to a total gain of the
  • Power amplifier which is calculated from the maximum value of the output signal values and the maximum value of the raw data values.
  • the use of the polynomial has the advantage of smoothing the history of the predistortion values.
  • the polynomial can also be used for extrapolation / interpolation in the relevant time window of missing raw data value / output signal value pairs.
  • the method can work with both real and complex predistortion values. This depends on whether also a phase distortion of the power amplifier is significant. Whether such a significance exists can easily be determined by means of step d). If, for example, the comparison results in the phases of the raw data values and of the output signal values showing only slight differences, phase correction by means of corresponding predistortion can be dispensed with and real precorrection values are used exclusively. These are real Predistortion values are used to compensate for the amplitude distortion of the power amplifier.
  • a device for linearizing a transmission amplifier of a communication device comprising: a multiplier for multiplying digital raw data values with predistortion values for equalizing amplitude-dependent distortions of the power amplifier, the look-up table having a Assignment between amplitudes of the raw data values and predistortion values, and an adaptation unit to which the output signal values of the power amplifier and the raw data values are supplied synchronized in time and which is adapted to adapt the look-up table, wherein the adaptation unit has a timer which defines a time window for the adaptation the reference table is used.
  • the intended timer has the task of determining the time window within which the raw data values and output signal values for adaptation of the predistortion values are collected, which can then be further processed in the adaptation unit.
  • raw data values V m which contain information to be transmitted by means of a transmission output stage of a mobile communication terminal, reach a predistortion unit 1, which includes a look-up table 2, in which a number N Associations are stored between amplitude intervals of the raw data values and associated predistortion values.
  • the respective predistortion values to be selected thus result from an amplitude of the raw data values V m .
  • a complex multiplier 3 the respective predistortion values to be used from the look-up table 2 are multiplied by the raw data values currently arriving at the complex multiplier 3.
  • the respectively suitable predistortion values are selected with the aid of an amplitude calculation unit 4, at the input of which the raw data values are present and at whose output the magnitude square values of the raw data values are present, which are forwarded to the reference table 2.
  • An output signal of the complex multiplier 3 of the predistortion unit 1 is supplied to a D / A converter 11 for generating an analog signal V d which is applied to the input of a quadrature modulator 5 which modulates the analog signal Vd onto a suitable carrier.
  • An output signal from the quadrature modulator 5 is applied to a power amplifier 6, which provides a desired gain and provides an output signal V a which is transmitted via an antenna (not shown).
  • the power amplifier 6 is chosen for reasons of economy so that the amplitudes of the output signal of the quadrature modulator 5 are at least partially in a non-linear operating range of the power amplifier 6, d. H. a characteristic of the power amplifier 6 is non-linear for at least part of the incoming amplitudes of the output signal of the quadrature modulator 5.
  • the amplitude and phase distortions resulting from the non-linearity of the characteristic curve of the power amplifier 6 can be compensated with the aid of the complex multiplier 3 using the predistortion values in the reference table 2.
  • a real part of the predistortion values is used to compensate for an amplitude error and an imaginary part of the predistortion values to compensate for a phase error of the power amplifier 6.
  • Phase distortion in the used power amplifier 6 significantly comes to light, can be used in a simplified embodiment of the invention with real Vorverzerrungs tone and a simple multiplier, so that only compensation for an amplitude error of the power amplifier 6 is made.
  • the entries in the lookup table 2 are adaptively updated.
  • the procedure is as follows:
  • the output signal V a of the power amplifier 6 is tapped off and supplied to a quadrature demodulator 7 of the transmission output stage, which supplies as well as the Quadradurmodulator 5 with a carrier frequencies
  • Local oscillator 12 in the usual way is in communication.
  • Output values of the power amplifier 6 contains.
  • the signal V r becomes a first input of an adaptation unit 9 which has a second input to which the raw digital data signal V m containing the raw data values is applied.
  • the digital raw data signal V m passes through a delay unit 10 whose task is to delay the raw data signal V m in such a way that temporally mutually corresponding raw data values and output signal values are present at the two inputs of the adaptation unit 9.
  • the adaptation unit 9 has the task of converting any changes in the operating behavior of the power amplifier 6, which influence the amplitude and phase distortions, into a change of the predistortion values in the look-up table 2. To save computing power, the adaptation unit 9 works with the aid of raw data values and output data values which are collected within a time window. Since in contrast to the prior art, no continuous adaptation is made, the selected time window is regularly with respect to the N
  • Amplitude intervals for the raw data values have gaps to be closed by calculation by a suitable algorithm.
  • a suitable value for a delay time V d of the delay unit 10 is first to be calculated.
  • the delay time ⁇ D is estimated by means of the correlation with the digital raw data value signal V m using the digital output signal V r returned within the considered time window, whereby a required accuracy for the delay time ⁇ D can be achieved by appropriate interpolation.
  • the prerequisites for an adaptation of the predistortion values in the lookup table are basically created.
  • both raw data values and output signal values are then collected by means of the adaptation unit 9, the value range for the Amplitudes of the raw data values is divided into the N intervals. Thereafter, the magnitude squared values of the raw data values and the output values of the power amplifier 6 are calculated.
  • Output signal amplitude average for calculating a total gain of the power amplifier 6 are used.
  • the predistortion values in the lookup table 2 are then updated using a comparison of the real and imaginary parts of the raw data and output signal values in a look-up table
  • Amplitude interval n that predistortion value is calculated which optimally compensates for an amplitude and phase distortion of the power amplifier 6 as a multiplication factor for the raw data value from the relevant amplitude interval n.

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Abstract

Bei einem Verfahren zur adaptiven Vorverzerrung digitaler Rohdatenwerte für eine einen Leistungsverstärker aufweisende Endstufe eines Kommunikationsgerätes, mit den Schritten a) Vorverzerren der Rohdatenwerte (Vm) durch Multiplizieren der Rohdatenwerte mit Vorverzerrungswerten aus einer Verweistabelle (2) zum Ausgleichen amplitudenabhängiger und phasenabhängiger Verzerrungen des Leistungsverstärkers (6), wobei die Verweistabelle (2) eine Zuordnung zwischen Amplituden der Rohdatenwerte und Vorverzerrungswerten enthält,b) Rückführen von Ausgangssignalwerten (Vr) des Leistungsverstärkers (6) zu einer Adaptionseinheit (9), c) Führen der Rohdatenwerte (Vm) zu der Adaptionseinheit (9), d) Vergleichen zeitlich einander entsprechender Rohdatenwerte und Ausgangssignalwerte in der Adaptionseinheit zur Beurteilung der Verzerrungen des Leistungsverstärkers (6), e) Anpassen der Verweistabelle (2) aufgrund von Ergebnissen des Schrittes d),wird die Aufgabe, eine zur Adaption von Vorverzerrungswerten genötigte Rechenleistung einzusparen, dadurch gelöst, dass die Adaptionseinheit (9) diskontinuierlich arbeitet und die Vorverzerrungswerte der Verweistabelle (2) wenigstens für nicht auftretende Rohdatenwerte (Vm) inter-/extrapoliert werden. Beschrieben wird außerdem eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Description

Besehreibung
Verfahren zur adaptiven Vorverzerrung digitaler Rohdatenwerte und Vorrichtung zu dessen Durchführung
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur adaptiven Vorverzerrung digitaler Rohdatenwerte für eine einen Leistungsverstärker aufweisende Sendeendstufe eines Kommunikationsgerätes nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 sowie auf eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach dem Oberbegriff von Anspruch 8.
Aus dem Fachartikel „Amplifier Linearisation Using Adaptive Digital Predistortion" von S. P. Stapleton, erschienen in
„Applied Micro Wave & ireless", Februar 2001, Seiten 72 bis 77, geht ein Verfahren zur adaptiven Vorverzerrung mit den folgenden Schritten hervor:
a) Vorverzerren der Rohdatenwerte durch Multiplizieren der Rohdatenwerte mit Vorverzerrungswerten aus einer Verweistabelle zum Ausgleichen amplitudenabhängiger und phasenabhängiger Verzerrungen des Leistungsverst rkers, wobei die Verweistabelle eine Zuordnung zwischen Amplituden der Rohdatenwerte und Vorverzerrungswerten enthält, b) Rückführen von Ausgangssignalwerten des Leistungsverstärkers zu einer Adaptionseinheit, c) Führen der Rohdatenwerte zu der Adaptionseinheit, d) Vergleichen zeitlich einander entsprechender
Rohdatenwerte und Ausgangssignalwerte in der Adaptionseinheit zur Beurteilung der Verzerrungen des Leistungsverstärkers , e) Anpassen der Verweistabelle aufgrund von Ergebnissen des Schrittes d) . Dieses Verfahren wird kontinuierlich durchgeführt und hat den folgenden Zweck:
Der Bedarf an höheren Übertragungsraten und höherer spektraler Effizienz in der modernen
Mobiltelekommunikationstechnik hat dazu geführt, dass „höherstufige" Modulationsarten wie QAM oder QPSK mehr an Bedeutung gewinnen, während Modulationsverfahren mit konstanter Hüllkurve wie FSK oder GMSK weniger interessant wurden. Bei den erstgenannten Modulationsverfahren enthalten sowohl eine Amplitude als auch eine Phase eines Sendesignals Informationen. Daher ist es notwendig, dass sowohl die Amplitude als auch die Phase bei einer Verstärkung durch den Leistungsverstärker möglichst unverzerrt bleiben.
Dabei ist jedoch zu berücksichtigen, dass sämtliche realen Leistungsverstärker, abweichend von dem Idealfall einer Geraden als Kennlinie, eine nichtlineare Übertragungskennlinie aufweisen.
Eine Charakterisierung solcher nichtlinear arbeitender Leistungsverstärker kann mit Hilfe sog. AM-AM-Konversion, d. h. der von einer Amplitude der Rohdatenwerte abhängigen Amplitude der Ausgangssignalwerte des Leistungsverstärkers, und der AM-PM-Konversion, d. h. der von der Amplitude der Rohdatenwerte abhängigen Phaseverschiebung im Leistungsverstärker, erfolgen.
Die Nichtlinearität der Übertragungskennlinie realer Leistungsverstärker führt zu Verzerrungen. Dabei werden Oberwellen einer Grundfrequenz erzeugt, die neben der Grundfrequenz am Ausgang des Leistungsverstärkers vorliegen. In dem Fall, wenn am Eingang des Leistungsverst rkers mindestens zwei Grundfrequenzen vorhanden sind, so werden die Oberwellen zu diesen Grundfrequenzen erzeugt, wobei auch eine Mischung der Oberwellen stattfindet. Durch geeignete Filterungsmaßnahmen lassen sich erzeugte Oberwellen unterdrücken. Dies gilt jedoch nicht für grundfrequenznahe Intermodulationsprodukte aufgrund der oben beschriebenen Frequenzmischung der Oberwellen. Insofern ist das Nutzsignal bzw. das Ausgangssignal des Leistungsverstärkers durch die Intermodulationsprodukte gestört. Diese Störung ließe sich durch einen geeignet hoch gewählten Back-Off unterdrücken, wodurch eine Nichtlinearität der Übertragungskennlinie des Leistungsverstärkers vermindert und ein linearisierter Betrieb eingestellt wird. Dadurch wird jedoch die Wirtschaftlichkeit des Leistungsverstärkers aufgrund des erhöhten Energieverbrauchs verschlechtert .
Mit Hilfe von zusätzlichen, konstruktiven Maßnahmen, d. h. Ergänzung elektronischer Komponenten, lässt sich ebenfalls Abhilfe hinsichtlich der Intermodulationsprodukte schaffen, die durch Filterungsmaßnahmen nicht zu unterdrücken sind. Dazu gehört ein konstruktiver Aufbau zur adaptiven, digitalen Vorverzerrung, durch den kanalnahe Störungen über ein größeres Frequenzspektrum verteilt und damit ihre Amplituden vermindert werden.
In diesem Zusammenhang ist es bekannt, anhand von Vermessungen des Leistungsverstärkers eine Verweistabelle für eine Vorverzerrung zu berechnen. Eine Anpassung an geänderte Umgebungsbedingungen, wie beispielsweise eine ansteigende Betriebstemperatur oder eine geänderte Versorgungsspannung des Leistungsverstärkers, ist bei einer solchen statischen Vorverzerrung jedoch nicht möglich.
Demgegenüber wird in dem oben erwähnten Fachartikel ein
Vorverzerrungsverfahren beschrieben, bei dem in Echtzeit eine ständige Adaption der Verweistabelle für die Vorverzerrung erfolgt . Dies geschieht aufgrund eines Vergleichs von Amplituden und Phasen von Rohdatenwerten mit denjenigen von Ausgangssignalwerten des Leistungsverstärkes . Ausgehend hiervon werden die Vorverzerrungswerte so eingestellt, dass für einen jeweiligen Arbeitspunkt des Leistungsverstärkers die Verzerrungen ausgeglichen werden.
Die Durchführung einer ständigen Adaption der Verweistabelle in Echtzeit hat jedoch den Nachteil, dass ein sehr hoher Rechenaufwand erforderlich ist.
Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur adaptiven Vorverzerrung für einen Leistungsverstärker zu schaffen, bei dem ein verminderte
Rechenleistung erforderlich ist, und auch eine Vorrichtung zur Durchführung eines solchen Verfahrens bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird hinsichtlich des Verfahrens gelöst durch ein Verfahren zur adaptiven Vorverzerrung digitaler
Rohdatenwerte für eine einen Leistungsverstärker aufweisende Sendeendstufe eines Kommunikationsgerätes, wie eines mobilen Kommunikationsendgerätes oder einer Basisstation eines Mobilfunknetzwerkes, mit den Schritten: a) Vorverzerren der Rohdatenwerte durch Multiplizieren der
Rohdatenwerte mit Vorverzerrungswerten aus einer Verweistabelle zum Ausgleichen amplitudenabhängiger Verzerrungen des Leistungsverstärkers, wobei die Verweistabelle eine Zuordnung zwischen Amplituden der Rohdatenwerte und Vorverzerrungswerten enthält, b) Rückführen von Ausgangssignalwerten des Leistungsverstärkers zu einer Adaptionseinheit, c) Führen der Rohdatenwerte zu der Adaptionseinheit, d) Vergleichen zeitlich einander entsprechender Rohdatenwerte und Ausgangssignalwerte in der Adaptionseinheit zur Beurteilung der Verzerrungen des Leistungsverstärkers, e) Anpassen der Verweistabelle aufgrund von Ergebnissen des Schrittes d) , wobei die Adaptionseinheit diskontinuierlich arbeitet und die Vorverzerrungswerte der Verweistabelle wenigstens für nicht auftretende Rohdatenwerte inter- /extrapoliert werden. Der entscheidende Vorteil dieses Verfahrens ist es, gegenüber dem Stand der Technik erheblich an für die Vorverzerrung erforderlicher Rechenleistung einzusparen. Dies wird dadurch erreicht, dass keine kontinuierliche Adaption der Verweistabelle vorgenommen wird, auf die zur geeigneten
Vorverzerrung der Rohdatenwerte zurückgriffen wird. Vielmehr arbeitet die Adaptionseinheit diskontinuierlich, so dass gezielt darauf verzichtet wird, eine vollständige Sammlung einander zugehöriger Paare von Rohdatenwerten und Ausgangssignalwerten des Leistungsverstärkers zur Adaption heranzuziehen. Wenigstens diejenigen Vorverzerrungswerte, für die aufgrund des diskontinuierlichen Betriebs der Adaptionseinheit passende Paare von Rohdatenwerten und Ausgangssignalwerten nicht auftreten, werden in der Verweistabelle automatisch ergänzt. Dazu werden die zugehörigen Vorverzerrungswerte interpoliert bzw. extrapoliert, je nach Lage des fehlenden Rohdatenwert- /Ausgangssignalwert-Paares innerhalb des Amplitudenspektrums, das benutzt wird.
Bevorzugt wird die Adaption aufgrund von Ergebnissen, des Schrittes d) innerhalb von Zeitfenstern vorgenommen. Innerhalb solcher Zeitfenster werden sowohl Rohdatenwerte als auch Ausgangssignalwerte gesammelt und danach in Schritt d) miteinander verglichen, um eine Aussage über die Verzerrungen des Leistungsverstärkers hinsichtlich Amplitude und/oder Phase der Rohdatenwerte treffen zu können.
Dabei kann ein Abstand zwischen aufeinander folgenden Zeitfenstern abhängig von äußeren Parametern, welche die
Verzerrung des Leistungsverstärkers beeinflussen, und einer gewünschten NachbarkanalStörunterdrückung festgelegt werden. Beispielsweise eine Betriebstemperatur des Leistungsverstärkers und seine VersorgungsSpannung haben Einfluss auf das Verzerrungsverhalten des
Leistungsverstärkers, d. h. seine nichtlinearen Übertragungseigenschaften. Inwieweit eine Linearisierung des Leistungsverstärkers gewünscht wird, hängt davon ab, welche Unterdrückung insbesondere der Intermodulationsprodukte am Ausgang des Leistungsverstärkers z. B. durch einen Mobilfunkstandard vorgeschrieben ist.
Für die Amplituden der Ausgangssignalwerte als Funktion der Amplituden der Rohdatenwerte kann für jedes Zeitfenster ein Polynom errechnet werden, wobei aufgrund der Funktionswerte des Polynoms die Vorverzerrungswerte der Verweistabelle bestimmt werden. Im Einzelnen werden dabei Koeffizienten eines grundsätzlich zur Beschreibung des Verlaufs der Ausgangssignalwerte als Funktion der Rohdatenwerte geeigneten Polynoms mit Hilfe der Adaptionseinheit berechnet. Der Einfachheit halber kann eine Normierung der Ausgangssignalwerte auf eine Gesamtverstärkung des
Leistungsverstärkers vorgenommen werden, die sich aus dem Maximalwert der Ausgangssignalwerte und dem Maximalwert der Rohdatenwerte berechnet .
Die Verwendung des Polynoms hat den Vorteil einer Glättung des Verlaufs der Vorverzerrungswerte . Das Polynom kann auch zur Extrapoation/Interpolation in dem betreffenden Zeitfenster fehlender Rohdatenwert-/Ausgangssignalwert-Paare herangezogen werden.
Es ist hervorzuheben, dass bei dem Verfahren sowohl mit reellen als auch mit komplexen Vorverzerrungswerten gearbeitet werden kann. Dies hängt davon ab, ob auch eine Phasenverzerrung des Leistungsverstärkers signifikant ist. Ob eine solche Signifikanz vorliegt, lässt sich ohne weiteres anhand des Schrittes d) feststellen. Wenn beispielsweise der Vergleich dazu führt, dass die Phasen der Rohdatenwerte und der Ausgangssignalwerte nur geringfügige Unterschiede zeigen, kann auf eine Phasenkorrektur durch entsprechende Vorverzerrung verzichtet werden und es wird ausschließlich mit reellen Vorverzerrungswerten gearbeitet. Diese reellen Vorverzerrungswerte dienen zum Ausgleich der Amplitudenverzerrung des Leistungsverstärkers.
Die oben genannte Aufgabe wird hinsichtlich der Vorrichtung gelöst durch eine Vorrichtung zur Linearisierung eines Sendeverstärkers eines Kommunikationsgerätes, wie eines mobilen Kommunikationsendgerätes oder einer Basisstation eines Mobilfunknetzwerkes, mit: einem Multiplizierer zum Multiplizieren digitaler Rohdatenwerte mit Vorverzerrungswerten zum Ausgleichen amplitudenabhängiger Verzerrungen des Leistungsverstärkers, wobei die Verweistabelle eine Zuordnung zwischen Amplituden der Rohdatenwerte und Vorverzerrungswerten enthält, und einer Adaptionseinheit, der Ausgangssignalwerte des Leistungsverstärkers und die Rohdatenwerte zeitlich synchronisiert zugeleitet werden und die zu einer Adaption der Verweistabelle ausgebildet ist, wobei die Adaptionseinheit einen Zeitgeber aufweist, der ein Zeitfenster definiert, das für die Adaption der Verweistabelle genutzt wird.
Der vorgesehene Zeitgeber hat die Aufgabe, das Zeitfenster festzulegen, innerhalb dessen die Rohdatenwerte und Ausgangssignalwerte zur Adaption der Vorverzerrungswerte gesammelt werden, die dann in der Adaptionseinheit weiterverarbeitet werden können.
Nachfolgend wird die Erfindung beispielshalber anhand der Zeichnung noch näher beschrieben, wobei die einzige Zeichnung ein schematisches Blockdiagramm einer Sendeendstufe eines mobilen Kommunikationsendgerätes zeigt.
Wie aus der Zeichnung hervorgeht, gelangen Rohdatenwerte Vm, die mittels einer Sendeendstufe eines mobilen Kommunikationsendgerätes auszusendende Informationen beinhalten, zu einer Vorverzerrungseinheit 1, die eine Verweistabelle 2 einschließt, in der eine Anzahl N Zuordnungen zwischen Amplitudenintervallen der Rohdatenwerte und zugehörigen Vorverzerrungswerten abgelegt sind. Die jeweils zu wählenden Vorverzerrungswerte ergeben sich somit aus einer Amplitude der Rohdatenwerte Vm.
In einem komplexen Multiplizierer 3 werden die jeweils zu verwendenden Vorverzerrungswerte aus der Verweistabelle 2 mit den gerade an dem komplexen Multiplizierer 3 eintreffenden Rohdatenwerten multipliziert. Die Auswahl der jeweils geeigneten Vorverzerrungswerte geschieht mit Hilfe einer Amplitudenberechnungseinheit 4, an deren Eingang die Rohdatenwerte anliegen und an deren Ausgang die Betragsquadratwerte der Rohdatenwerte vorliegen, welche der Verweistabelle 2 zugeleitet werden.
Ein Ausgangssignal des komplexen Multiplizierers 3 der Vorverzerrungseinheit 1 gelangt zu einem D/A-Wandler 11 zur Erzeugung eines analogen Signals Vd, das am Eingang eines Quadraturmodulators 5 anliegt, der das Analogsignal Vd auf einen geeigneten Träger aufmoduliert. Ein Ausgangssignal des Quadraturmodulators 5 gelangt zu einem Leistungsverstärker 6, der eine gewünschte Verstärkung bereitstellt und ein Ausgangssignal Va liefert, das über eine Antenne (nicht dargestellt) ausgestrahlt wird.
Der Leistungsverstärker 6 ist aus Wirtschaftlichkeitsgründen so gewählt, dass die Amplituden des Ausgangssignals des Quadraturmodulators 5 wenigstens teilweise in einem nichtlinearen Arbeitsbereich des Leistungsverstärkers 6 liegen, d. h. eine Kennlinie des Leistungsverstärkers 6 ist für wenigstens einen Teil der einkommenden Amplituden des AusgangsSignals des Quadraturmodulators 5 nichtlinear.
Aufgrund der Nichtlinearität der Kennlinie des Leistungsverstärkers 6 ergeben sich sowohl Amplituden- als auch Phasenfehler für das Ausgangssignal des Quadraturmodulators 5. Zusätzlich kommt es aufgrund der Bildung von Oberwellen und Frequenzmischungen im Leistungsverstärker 6 zu Nachbarkanalstörungen, wenn die Sendeendstufe bestimmungsgemäß in dem mobilen Kommunikationsendgerät oder auch in einer Basisstation eines Mobilfunknetzes eingesetzt wird.
Die sich aufgrund der Nichtlinearität der Kennlinie des Leistungsverst rkers 6 ergebenden Amplituden- und Phasenverzerrungen können mit Hilfe des komplexen Multiplizierers 3 unter Verwendung der Vorverzerrungswerte in der Verweistabelle 2 ausgeglichen werden. Dabei dient ein Realteil der Vorverzerrungswerte zum Ausgleich eines Amplitudenfehlers und ein Imaginärteil der Vorverzerrungswerte zum Ausgleich von eines Phasenfehlers des Leistungsverstärkers 6. Abhängig davon, inwieweit eine
Phaseverzerrung bei dem eingesetzten Leistungsverstärker 6 signifikant zu Tage tritt, kann bei einer vereinf chten Ausführungsform der Erfindung auch mit reellen Vorverzerrungswerten und einem einfachen Multiplizierer gearbeitet werden, so dass lediglich ein Ausgleich hinsichtlich eines Amplitudenfehlers des Leistungsverstärkers 6 vorgenommen wird.
Die Einträge in der Verweistabelle 2 werden adaptiv aktualisiert. Dazu wird wie folgt vorgegangen:
Das Ausgangssignal Va des Leistungsverstärkers 6 wird abgegriffen und einem Quadraturdemodulator 7 der Sendeendstufe zugeführt, der ebenso wie der Quadradurmodulator 5 mit einem Trägerfrequenzen liefernden
Lokaloszillator 12 in üblicher Weise in Verbindung steht.
Im Zuge einer weiteren Rückführung des Ausgangssignals Va im Basisband gelangt dieses zu einem A-/D-Wandler, an dessen Ausgang ein digitales Signal Vr vorliegt, das
Ausgangssignalwerte des Leistungsverstärkers 6 enthält . Das Signal Vr wird einem ersten Eingang einer Adaptionseinheit 9 zugeleitet, die einen zweiten Eingang aufweist, an dem das digitale Rohdatensignal Vm anliegt, das die Rohdatenwerte enthält . Dabei passiert das digitale Rohdatensignal Vm eine Verzögerungseinheit 10, deren Aufgabe es ist, das Rohdatensignal Vm derart zu verzögern, dass an den beiden Eingängen der Adaptionseinheit 9 sich zeitlich einander entsprechende Rohdatenwerte und Ausgangssignalwerte anliegen.
Die Adaptionseinheit 9 hat die Aufgabe, etwaige Änderungen im Betriebsverhalten des Leistungsverstärkers 6, welche die Amplituden- und Phasenverzerrungen beeinflussen, in eine Änderung der Vorverzerrungswerte in der Verweistabelle 2 umzusetzen. Zur Einsparung von Rechenleistung arbeitet die Adaptionseinheit 9 mit Hilfe von Rohdatenwerten und Ausgangsdatenwerten, die innerhalb eines Zeitfensters gesammelt werden. Da im Gegensatz zum Stand der Technik keine kontinuierliche Adaption vorgenommen wird, wird das gewählte Zeitfenster regelmäßig hinsichtlich der N
Amplitudenintervalle für die Rohdatenwerte Lücken aufweisen, die mittels Berechnung durch einen geeigneten Algorithmus zu schließen sind.
Bevor eine Adaption durch die Adaptionseinheit 9 vorgenommen werden kann, ist zunächst ein geeigneter Wert für eine Verzögerungszeit Vd der Verzögerungseinheit 10 zu berechnen. Dazu wird mit dem innerhalb des betrachteten Zeitfensters zurückgeführten digitalen AusgangsSignals Vr über eine Korrelation mit dem digitalen Rohdatenwertsignal Vm die Verzögerungszeit τD abgeschätzt, wobei sich eine erforderliche Genauigkeit für die Verzögerungszeit τD durch entsprechende Interpolation erreichen lässt. Damit sind die Voraussetzungen für eine Adaption der Vorverzerrungswerte in der Verweistabelle grundsätzlich geschaffen.
In dem betrachteten Zeitfenster werden dann mittels der Adaptionseinheit 9 sowohl Rohdatenwerte als auch Ausgangssignalwerte gesammelt, wobei der Wertebereich für die Amplituden der Rohdatenwerte in die N Intervalle aufgeteilt ist . Danach werden die Betragsquadratwerte der Rohdatenwerte und der Ausgangssignalwerte des Leistungsverstärkers 6 berechnet .
Für die Amplituden der Rohdatenwerte und der Ausgangssignalwerte, die in ein gemeinsames Rohdaten- Amplitudenintervall n fallen, wird jeweils ein Mittelwert gebildet, so dass sich N Mittelwertpaare ergeben. Dann werden Koeffizienten eines Polynoms berechnet, das die Amplituden der Ausgangssignalwerte als Funktion der Amplituden Rohdatenwerte beschreibt . Dies führt zu einer Glättung der Kurve, die die Abhängigkeit zwischen diesen Größen beschreibt. Das Polynom wird dann zur Inter-/Extrapolation fehlender Amplitudenpaare (Rohdatenwert/Ausgangssignalwert) zur Füllung sämtlicher N Amplitudenintervalle mit Wertepaaren herangezogen.
Anschließend findet eine Normierung der Ausgangssignalamplituden insofern statt, dass aus dem höchsten Amplitudenintervall N der Rohdatenamplitudenmittelwert und der
Ausgangssignalamplitudenmittelwert zur Berechnung einer Gesamtverstärkung des Leistungsverstärkers 6 herangezogen werden.
Nach einem Kleinstes-Mittleres-Fehlerquadrat-Verfahren werden dann die Vorverzerrungswerte in der Verweistabelle 2 aktualisiert, wobei aufgrund eines Vergleichs der Real- und Imaginärteile der Rohdaten- und Ausgangssignalwerte in einem
Amplitudenintervall n derjenige Vorverzerrungswert berechnet wird, der als Multiplikationsfaktor für den Rohdatenwert aus dem betreffenden Amplitudenintervall n eine Amplituden- und Phasenverzerrung des Leistungsverst rkers 6 bestmöglich ausgleicht. Dabei werden sowohl etwaige
Amplitudenabweichungen im Hinblick auf eine gewünschte Gesamtverstärkung und als auch etwaige Phasen-Abweichungen zwischen Rohdatenwert und Ausgangssignalwert aufgrund von Verzerrungen im Leistungsverstärker 6 erfasst und zur Aktualisierung der Vorverzerrungswerte herangezogen.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur adaptiven Vorverzerrung digitaler Rohdatenwerte für eine einen Leistungsverstärker (6) aufweisende Sendeendstufe eines Kommunikationsgerätes, wie eines mobilen Kommunikationsendgerätes oder einer Basisstation eines Mobilfunknetzwerkes, mit den Schritten: a) Vorverzerren der Rohdatenwerte (Vm) durch Multiplizieren der Rohdatenwerte mit Vorverzerrungswerten aus einer Verweistabelle (2) zum Ausgleichen amplitudenabhängiger und phasenabhängiger Verzerrungen des Leistungsverstärkers (6) , wobei die Verweistabelle (2) eine Zuordnung zwischen Amplituden der Rohdatenwerte und Vorverzerrungswerten enthält, b) Rückführen von Ausgangssignalwerten (Vr) des
Leistungsverstärkers (6) zu einer Adaptionseinheit (9) , c) Führen der Rohdatenwerte (Vm) zu der Adaptionseinheit (9), d) Vergleichen zeitlich einander entsprechender Rohdatenwerte und Ausgangssignalwerte in der Adaptionseinheit zur Beurteilung der Verzerrungen des Leistungsverstärkers (6), e) Anpassen der Verweistabelle (2) aufgrund von Ergebnissen des Schrittes d) , dadurch gekennzeichnet, dass die Adaptionseinheit (9) diskontinuierlich arbeitet und die Vorverzerrungswerte der Verweistabelle (2) wenigstens für nicht auftretende Rohdatenwerte (Vm) inter-/extrapoliert werden .
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Adaption aufgrund von Ergebnissen des Schrittes d) innerhalb von Zeitfenstern vorgenommen wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2 , dadurch gekennzeichnet, dass ein Abstand zwischen aufeinander folgenden Zeitfenstern abhängig von äußeren Parametern, welche die Verzerrungen des Leistungsverstärkers (6) beeinflussen, und einer gewünschten Störunterdrückung festgelegt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeich et, dass für die Amplituden der Ausgangssignalwerte (Vr) als Funktion der Amplituden der Rohdatenwerte (Vm) für jedes Zeitfenster ein Polynom berechnet wird und aufgrund der Funktionswerte des Polynoms die Vorverzerrungswerte der Verweistabelle bestimmt werden.
5. Verfahren nach Anspruch 4 , dadurch gekennzeichnet, dass das Polynom aufgrund einer vorbestimmten Anzahl von aneinander anschließenden Amplitudenintervallen der Rohdatenwerte (Vm) berechnet wird, wobei jedem
Amplitudenintervall ein Mittelwert für die in dieses Intervall fallenden Rohdatenwerte (Vm) und ein Mittelwert der zugehörigen Ausgangssignalwerte (Vr) zugeordnet sind.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass mit reellen Vorverzerrungswerten gearbeitet wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass mit komplexen Vorverzerrungswerten gearbeitet wird.
8. Vorrichtung zur Linearisierung eines Sendeverstärkers eines Kommunikationsgerätes, wie eines mobilen Kommunikationsendgerätes oder einer Basisstation eines Mobilfunknetzwerkes, mit: einem Multiplizierer (3) zum Multiplizieren digitaler
Rohdatenwerte (Vm) mit Vorverzerrungswerten zum Ausgleichen amplitudenabhängiger Verzerrungen des Leistungsverstärkers (6) , wobei die Verweistabelle (2) eine Zuordnung zwischen Amplituden der Rohdatenwerte (Vm) und Vorverzerrungswerten enthält, und einer Adaptionseinheit (9) , der Ausgangssignalwerte des Leistungsverstärkers (6) und die Rohdatenwerte (Vm) zeitlich synchronisiert zugeleitet werden und die zu einer Adaption der Verweistabelle (2) ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Adaptionseinheit (9) einen Zeitgeber aufweist, der ein Zeitfenster definiert, das für die Adaption der Verweistabelle (2) genutzt wird.
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