TWI430562B - 傳送器、降低輸出訊號失真的方法以及產生用來降低輸出訊號失真之複數個預失真參數的方法 - Google Patents

傳送器、降低輸出訊號失真的方法以及產生用來降低輸出訊號失真之複數個預失真參數的方法 Download PDF

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Description

傳送器、降低輸出訊號失真的方法以及產生用來降低輸出訊號失真之複數個預失真參數的方法
本發明係有關於一種傳送器，尤指一種可以降低輸出訊號失真的傳送器及其相關方法。
在無線通訊系統中，傳送器(transmitter)通常在輸出端會具有一功率放大器以將所需傳送的訊號放大後輸出，然而，因為該功率放大器在功率輸入較大的時後會具有較差的線性度，進而影響到所輸出之放大後訊號的資料正確性，因此，在習知技術中，於功率放大器之前會設置一預失真(predistortion)電路，以補償功率放大器的非線性問題。請參考第1圖，第1圖為一預失真電路110以及一功率放大器120及其輸入輸出特性曲線的示意圖，如第1圖所示，藉由預失真電路110，整體電路(包含預失真電路110以及功率放大器120)的輸入訊號V1 與輸出訊號V3 之間會具有較佳的線性度，進而提升輸出訊號V3 的資料正確性。
此外，在美國專利US6,741,663中，已經揭露了一種可以補償功率放大器非線性問題的預失真電路，然而，其需要較複雜的演算法以及較高的成本。因此，如何提供一種較簡單且又有效率的預失真電路係為一重要的課題。
因此，本發明的目的之一在於提供一種可以降低輸出訊號失真的傳送器及其相關方法，以解決上述的問題。
依據本發明之一實施例，一種傳送器包含有一參數產生及儲存單元、一預失真計算單元以及一傳送電路，其中該參數產生及儲存單元包含有一儲存單元、一位址產生單元以及一內插計算單元。該儲存單元係用來儲存複數個預失真參數；該位址產生單元係用來依據一輸入訊號之一強度以決定一位址訊號，其中該位址訊號包含有一第一部分以及一第二部分，並依據該第一部分自該儲存單元中擷取一第一預失真參數以及一第二預失真參數；該內插計算單元係用來依據該第二部分來對該第一、第二預失真參數進行一內插計算，以產生一特定預失真參數；該預失真計算單元係用來依據該特定預失真參數來對該輸入訊號進行一預失真調整操作，以產生一預失真輸入訊號；該傳送電路係用來處理該預失真輸入訊號以產生一輸出訊號。
依據本發明之另一實施例，一種用來降低輸出訊號失真的方法包含有：提供一儲存單元以儲存複數個預失真參數；依據一輸入訊號之一強度以決定一位址訊號，其中該位址訊號包含有一第一部分以及一第二部分，並依據該第一部分自該儲存單元中擷取一第一預失真參數以及一第二預失真參數；依據該第二部分來對該第一、第二預失真參數進行一內插計算，以產生一特定預失真參數；依據該特定預失真參數來對該輸入訊號進行一預失真調整操作，以產生一預失真輸入訊號；以及處理該預失真輸入訊號以產生一輸出訊號。
依據本發明之另一實施例，一種傳送器包含有一預失真計算單元、一傳送電路、一接收電路、一調整單元以及一參數產生及儲存單元。該預失真計算單元係用來依據一特定預失真參數來對一輸入訊號進行一預失真調整操作，以產生一預失真輸入訊號；該傳送電路係用來處理該預失真輸入訊號以產生一輸出訊號；該接收電路係用來接收該輸出訊號以產生一接收訊號；該調整單元係用來調整該接收訊號以產生一調整後訊號，其中該調整後訊號實質上等於該輸入訊號；該參數產生及儲存單元係用來產生該特定預失真參數，並依據該輸入訊號以及該調整後訊號來更新所儲存之至少一預失真參數。
依據本發明之另一實施例，一種產生用來降低輸出訊號失真之複數個預失真參數的方法包含有：依據一特定預失真參數來對一輸入訊號進行一預失真調整操作，以產生一預失真輸入訊號；處理該預失真輸入訊號以產生一輸出訊號；接收該輸出訊號以產生一接收訊號；調整該接收訊號以產生一調整後訊號，其中該調整後訊號實質上等於該輸入訊號；以及依據該輸入訊號以及該調整後訊號來更新一儲存單元中所儲存之至少一預失真參數。
請參考第2圖，第2圖為依據本發明一實施例之一傳送器200的示意圖。如第2圖所示，傳送器200包含有一基頻調變器210、一緩衝器212、一預失真計算單元220、一參數產生及儲存單元230、一傳送電路240、一本地振盪器248、一耦合器260、一天線270、一接收電路280、以及一調整單元(於本實施例中係以一複數乘法器290為例)，其中參數產生及儲存單元230包含有一位址產生單元231、一儲存單元(於本實施例中係以一記憶體236為例)、一內插計算單元237、一延遲單元238以及一調適(adaptation)單元239；傳送電路240包含有一數位類比轉換器241、一正交調變器(quadrature modulator)242以及一功率放大器250，其中正交調變器242包含有兩個乘法器243、244、一90°相位偏移器245以及一加法器246；接收電路280包含有一類比數位轉換器281以及一正交解調變器(quadrature demodulator)282，其中正交解調變器282包含有兩個乘法器283、284以及一90°相位偏移器285。
此外，請另參考第3圖，第3圖所示為位址產生單元231以及記憶體236的示意圖，位址產生單元231包含有一功率偵測單元232以及一乘法器233，且記憶體236中包含有一對照表235，該對照表235中儲存有對應於每一個輸入訊號強度之預失真參數。
請同時參考第2、3、4圖，第4圖為依據本發明一實施例之降低輸出訊號失真的方法的流程圖，參考第2、3、4圖，流程敘述如下：
首先，於步驟400中，基頻調變器210對序列資料Din 進行基頻調變以產生包含有一同相(in-phase)訊號Iin 以及一正交(quadrature)訊號Qin 的一輸入訊號。接著，於步驟402，功率偵測單元232計算該輸入訊號的強度，並產生一強度值，舉例來說，功率偵測單元232可以使用公式(|I in |2 +|Q in |2 )來計算該輸入訊號的強度值，或是其他任何可以代表該輸入訊號之強度大小的計算方式。接著，於步驟404，乘法器233將功率偵測單元232所計算出之該強度值乘以一功率調整參數PWSF以得到一調整後強度值，而於本實施例中，舉例來說，假設Iin =0.5、Qin =0.4、PWSF=64，則功率偵測單元232所計算出之強度值為0.41且該調整後強度值為0.41*64=26.24，而該調整後強度值(26.24)可以分別5位元的數位訊號來表示，亦即整數部分的b’11010以及小數部分的b’11000，故該調整後強度值於本實施例中可視為一位址訊號。接著，於步驟406，位址產生單元231依據該位址訊號(亦即該調整後強度值)的整數部分Dint 自對照表235中擷取一第一預失真參數以及一第二預失真參數。於步驟408中，內插計算單元237依據該位址訊號的小數部分Dfrac 來對該第一預失真參數以及該第二預失真參數進行內插運算，以產生特定預失真參數TI 、TQ 。如上所述，因為內插計算單元237可以產生更精確的預失真參數(亦即特定預失真參數TI 、TQ )，因此便可以在不增加記憶體236容量的情形下提供精確的預失真參數給預失真計算單元220使用。舉例說明上述步驟406以及408，假設該位址訊號的整數部分二進位表示方式為b’11010且小數部分二進位表示方式為b’11000(亦即其值為26.24)，則位址產生單元231自對照表235中擷取對應於數值26的第一預失真參數XI 以及對應於數值27的第二預失真參數YI ，且內插計算單元237依據公式TI =λXI +(1-λ)YI 來計算出特定預失真參數TI ，其中λ=(24/32)，而計算出特定預失真參數TQ 的方法亦同。
需注意的是，上述之功率調整參數PWSF係用來調整輸入訊號的強度的比例，且功率調整參數PWSF與放大器250的增益成正比關係，而使用功率調整參數PWSF的目的是在於：因為功率放大器250的輸入以及增益會隨著前級電路的功率放大比例的變動而產生變動，因此可能會造成自對照表235中所擷取的預失真參數並非是最佳的預失真參數，故本實施例使用功率調整參數PWSF來動態調整輸入訊號的強度值，便以確保可以在對照表235中擷取出正確的預失真參數。
接著，在步驟410中，預失真計算單元220依據所產生的特定預失真參數TI 、TQ 來對經過緩衝器212之同相訊號Iin 以及正交訊號Qin 進行預失真計算，以得到預失真輸入訊號Ipd 、Qpd 。接著，於步驟412，預失真輸入訊號Ipd 、Qpd 在經過數位類比轉換器241、正交調變器242以及功率放大器250的處理過後，產生一輸出訊號Vout 至耦合器260，並經由天線270將輸出訊號Vout 傳送出去。請注意，因為本發明領域中具有通常知識者應能了解數位類比轉換器241、正交調變器242以及功率放大器250運作，故該些元件的詳細操作在此不再贅述。
此外，在傳送器200開始正式使用之前，傳送器會先進行產生複數個預失真參數的操作，並將所產生的預失真參數儲存於對照表235中，以下將敘述有關產生對照表235中之複數個預失真參數的流程。
請參考第2圖以及第5圖，第5圖為依據本發明一實施例之產生對照表235中之複數個預失真參數的方法的流程圖。參考第5圖，流程敘述如下：
首先，於步驟500，將一測試輸入訊號輸入至基頻調變器210並進行處理，其中為了避免需要一直確認該測試輸入訊號的強度是否超過數位類比轉換器241的操作區間，因此該測試輸入訊號係為一強度由大至小的訊號，如此一來，只要確定該測試輸入訊號的第一個弦波的強度未超過數位類比轉換器241的操作區間，則後續就不需要持續判斷該測試輸入訊號的強度，以降低系統上設計的成本。接著，於步驟502，該測試輸入訊號經過緩衝器212以及預失真計算單元220的處理之後，產生一預失真測試輸入訊號(請注意，在該測試輸入訊號的第一個弦波進入時，預失真計算單元220可以不對該測試輸入訊號進行處理，或是使用一數值為1的預設預失真參數來對該測試輸入訊號進行處理)。於步驟504，傳送電路240對預失真測試輸入訊號進行處理以產生一輸出訊號Vout 。接著，於步驟506，接收電路280經由耦合器260來接收輸出訊號Vout 以產生一接收訊號。接著，於步驟508，調適單元239依據該接收訊號並使用一最小均方(Least Mean Square,LMS)演算法來更新一複數調整參數W，以使得複數調整參數W可以用來補償傳送電路240、耦合器260以及接收電路280所造成的訊號失真，亦即使得將該接收訊號乘以複數調整參數W後，即乘法器290所輸出的調整後訊號會實質上等於輸入至緩衝器212的輸入訊號。
詳細說明以上調適單元239的操作，請參考第6圖，假設目前時間點為k，而可程式化延遲單元238將輸入訊號S(k)延遲時間點d以使得調適單元239所處理的訊號S(k-d)與訊號r(k)*W(k)可以同步(亦即，時間點d係為緩衝器212、預失真單元220、傳送電路240、耦合器260以及接收電路280所造成的訊號時間延遲)，則調適單元239比較訊號S(k-d)以及乘法器290所輸出的訊號r(k)*W(k)，並產生一誤差訊號e(k)，其中e(k)=S(k-d)-r(k)*W(k)。接著，使用以下公式來將複數調整參數W進行更新：W(k+1)=W(k)+μe(k)conj(r(k))，其中μ為一複數步階長度，其中該複數步階長度μ係依據以下條件來作決定：，且abs()為一絕對值運算子，而conj()為一共軛複數運算子。如上所述地使用最小均方演算法來進行運算，當誤差訊號e(k)的數值小於一預設值時(亦即S(k-d)實質上非常接近或是甚至等於乘法器290的輸出r(k)*W(k))，便可停止更新複數調整參數W，以得到可以用來補償傳送電路240、耦合器260以及接收電路280所造成之訊號失真的一複數調整參數W。
在決定好複數調整參數W之後，於步驟510，調適單元239依據該接收訊號並同樣地使用一最小均方演算法來更新對應於該測試輸入訊號之不同強度的複數個預失真參數。詳細說明以上調適單元239產生一預失真參數的操作，請參考第7圖，假設目前時間點為k，而可程式化延遲單元238將輸入訊號S(k)延遲時間點d以使得調適單元239所處理的訊號S(k-d)與訊號r(k)*W(k)可以同步(亦即，時間點d係為緩衝器212、預失真單元220、傳送電路240、耦合器260以及接收電路280所造成的訊號時間延遲)，則調適單元239比較訊號S(k-d)以及乘法器290所輸出的訊號r(k)*W(k)，並產生一誤差訊號e(k)，其中e(k)=S(k-d)-r(k)*W(k)。接著，使用以下公式來將一個預失真參數Xi 進行更新：Xi (k+1)=Xi (k)+μe(k)conj(S(k-d))，其中μ為一複數步階長度，其中該複數步階長度μ係依據以下條件來作決定：，且abs()為一絕對值運算子，而conj()為一共軛複數運算子，此外，使用複數步階長度μ來進行運算可以更快速的增加收斂速度。如上所述地使用最小均方演算法來進行運算，並將更新後的預失真參數Xi (k+1)儲存至記憶體236中。
參考上述步驟508以及510，因為在調適單元239產生預失真參數之前，已經先產生的用來補償傳送單元240、耦合器260以及接收單元280所造成之訊號失真的一複數調整參數W，因此，調適單元239產生每一個預失真參數的收斂速度將會加快，而增加系統的效率。
簡要歸納本發明，於本發明之傳送器中，係利用一功率偵測單元以及一內插計算單元來決定出一特定預失真參數，並使用該特定預失真參數來對輸入訊號進行一預失真操作以預先補償後端放大器的非線性現象：此外，在產生記憶體中所儲存之複數個預失真參數之前，本發明係先決定一複數調整參數以補償後端電路的失真現象，接著再以最小均方演算法來更新出複數個預失真參數，如此一來，產生每一個預失真參數的收斂速度將會加快，進而增加系統的效率。
以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。
110．．．預失真電路
120、250．．．功率放大器
200．．．傳送器
210．．．基頻調變器
212．．．緩衝器
220．．．預失真計算單元
230．．．參數產生及儲存單元
231．．．位址產生單元
232．．．功率偵測單元
235．．．對照表
236．．．記憶體
237．．．內插計算單元
238．．．延遲單元
239．．．調適單元
240．．．傳送電路
241．．．數位類比轉換器
242．．．正交調變器
233、243、244、283、284、290．．．乘法器
245、285．．．90°相位偏移器
246．．．加法器
260．．．耦合器
270．．．天線
280．．．接收電路
281．．．類比數位轉換器
282．．．正交解調變器
第1圖為一預失真電路以及一功率放大器及其輸入輸出特性曲線的示意圖。
第2圖為依據本發明一實施例之一傳送器的示意圖。
第3圖為第2圖所示之位址產生單元以及記憶體的示意圖。
第4圖為依據本發明一實施例之降低輸出訊號失真的方法的流程圖。
第5圖為依據本發明一實施例之產生對照表中之複數個預失真參數的方法的流程圖。
第6圖為調適單元產生調整參數W的示意圖。
第7圖為調適單元更新預失真參數的示意圖。
200．．．傳送器
210．．．基頻調變器
212．．．緩衝器
220．．．預失真計算單元
230．．．參數產生及儲存單元
231．．．位址產生單元
236．．．記憶體
237．．．內插計算單元
238．．．延遲單元
239．．．調適單元
240．．．傳送電路
241．．．數位類比轉換器
242．．．正交調變器
243、244、283、284、290．．．乘法器
245、285．．．90°相位偏移器
246．．．加法器
250．．．功率放大器
260．．．耦合器
270．．．天線
280．．．接收電路
281．．．類比數位轉換器
282．．．正交解調變器

Claims (14)

  1. 一種具備降低輸出訊號失真的傳送器，包含有：一參數產生及儲存單元，包含有：一儲存單元，用來儲存複數個預失真參數；一位址產生單元，耦接於該儲存單元，用來依據一輸入訊號之一強度以決定一位址訊號，其中該位址訊號包含有一第一部分以及一第二部分，並依據該第一部分自該儲存單元中擷取一第一預失真參數以及一第二預失真參數，其中該位址產生單元包含有：一功率偵測單元，用來偵測該輸入訊號之該強度，以產生一強度值；以及一乘法器，耦接於該功率偵測單元，用來將該強度值乘以一功率調整參數，以產生該位址訊號；以及一內插計算單元，耦接於該位址產生單元，用來依據該第二部分來對該第一、第二預失真參數進行一內插計算，以產生一特定預失真參數；一預失真計算單元，耦接於該參數產生及儲存單元，用來依據該特定預失真參數來對該輸入訊號進行一預失真調整操作，以產生一預失真輸入訊號；以及一傳送電路，耦接於該預失真計算單元，用來處理該預失真輸入訊號以產生一輸出訊號。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之傳送器，其中該功率調整參數與該傳送電路中一功率放大器的增益成正比。
  3. 一種用來降低輸出訊號失真的方法，包含有：提供一儲存單元以儲存複數個預失真參數；依據一輸入訊號之一強度以決定一位址訊號，其中該位址訊號包含有一第一部分以及一第二部分，並依據該第一部分自該儲存單元中擷取一第一預失真參數以及一第二預失真參數，其中決定該位址訊號的步驟包含有：偵測該輸入訊號之一功率強度；以及將該輸入訊號之該功率強度乘以一功率調整參數以產生該位址訊號；依據該第二部分來對該第一、第二預失真參數進行一內插計算，以產生一特定預失真參數；依據該特定預失真參數來對該輸入訊號進行一預失真調整操作，以產生一預失真輸入訊號；以及處理該預失真輸入訊號以產生一輸出訊號。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之方法，另包含有：提供一傳送電路以處理該預失真輸入訊號以產生該輸出訊號，其中該功率調整參數與該傳送電路中一功率放大器的增益成正比。
  5. 一種具備降低輸出訊號失真的傳送器，包含有：一預失真計算單元，用來依據一特定預失真參數來對一輸入訊號進行一預失真調整操作，以產生一預失真輸入訊號；一傳送電路，耦接於該預失真計算單元，用來處理該預失真輸入訊號以產生一輸出訊號；一接收電路，耦接於該傳送電路，用來接收該輸出訊號以產生一接收訊號；一調整單元，耦接於該接收電路，用來調整該接收訊號以產生一調整後訊號，其中該調整後訊號實質上等於該輸入訊號；以及一參數產生及儲存單元，耦接於該預失真計算單元以及該調整單元，用來產生該特定預失真參數，並依據該輸入訊號以及該調整後訊號來更新所儲存之至少一預失真參數；其中該調整單元係為一乘法器，且該參數產生及儲存單元另用來產生一調整參數，該調整單元將該接收訊號乘以該調整參數以產生該調整後訊號。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之傳送器，其中該參數產生及儲存單元依據一最小均方(Least Mean Square,LMS)演算法來決定出該調整參數。
  7. 如申請專利範圍第5項所述之傳送器，其中該輸入訊號係為一強度由大至小的訊號，且該參數產生及儲存單元會針對該輸入訊號 之每一強度產生及儲存一相對應預失真參數。
  8. 如申請專利範圍第5項所述之傳送器，其中該參數產生及儲存單元依據一最小均方演算法來更新該至少一預失真參數，其中計算該至少一預失真參數中所使用之一步階長度係為一複數步階長度。
  9. 一種用來產生降低輸出訊號失真之複數個預失真參數的方法，包含有：依據一特定預失真參數來對一輸入訊號進行一預失真調整操作，以產生一預失真輸入訊號；處理該預失真輸入訊號以產生一輸出訊號；接收該輸出訊號以產生一接收訊號；將該接收訊號乘以一調整參數以產生一調整後訊號，其中該調整後訊號實質上等於該輸入訊號；以及依據該輸入訊號以及該調整後訊號來更新一儲存單元中所儲存之至少一預失真參數。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之方法，其中該調整參數係依據一最小均方(Least Mean Square,LMS)演算法來決定。
  11. 如申請專利範圍第9項所述之方法，其中該輸入訊號係為一強度由大至小的訊號，且更新該儲存單元中所儲存之該至少一預失真 參數的步驟包含有：針對該輸入訊號之每一強度產生及儲存一相對應預失真參數。
  12. 如申請專利範圍第9項所述之方法，其中該至少一預失真參數係依據一最小均方演算法來進行更新，其中計算該至少一預失真參數中所使用之一步階長度係為一複數步階長度。
  13. 一種傳送器，包含有：一預失真計算單元，用來依據一特定預失真參數來對一輸入訊號進行一預失真調整操作，以產生一預失真輸入訊號；一傳送電路，耦接於該預失真計算單元，用來處理該預失真輸入訊號以產生一輸出訊號；一接收電路，耦接於該傳送電路，用來接收該輸出訊號以產生一接收訊號；一調整單元，耦接於該接收電路，用來調整該接收訊號以產生一調整後訊號，其中該調整後訊號實質上等於該輸入訊號；以及一參數產生及儲存單元，耦接於該預失真計算單元以及該調整單元，用來產生該特定預失真參數，並依據該輸入訊號以及該調整後訊號來更新所儲存之至少一預失真參數；其中該參數產生及儲存單元依據一最小均方演算法來更新該至少一預失真參數，其中計算該至少一預失真參數中所使用之一步階長度係為一複數步階長度。
  14. 一種用來產生降低輸出訊號失真之複數個預失真參數的方法，包含有：依據一特定預失真參數來對一輸入訊號進行一預失真調整操作，以產生一預失真輸入訊號；處理該預失真輸入訊號以產生一輸出訊號；接收該輸出訊號以產生一接收訊號；調整該接收訊號以產生一調整後訊號，其中該調整後訊號實質上等於該輸入訊號；以及依據該輸入訊號以及該調整後訊號來更新一儲存單元中所儲存之至少一預失真參數；其中該至少一預失真參數係依據一最小均方演算法來進行更新，其中計算該至少一預失真參數中所使用之一步階長度係為一複數步階長度。
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