TWI538418B - 功率編碼器及資料調變方法 - Google Patents

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TWI538418B TW103136759A TW103136759A TWI538418B TW I538418 B TWI538418 B TW I538418B TW 103136759 A TW103136759 A TW 103136759A TW 103136759 A TW103136759 A TW 103136759A TW I538418 B TWI538418 B TW I538418B
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Description

功率編碼器及資料調變方法
本發明一般係關於功率放大器之線性化，並且更尤指多位準(level)數位脈寬調變編碼器之線性化。
直接數位射頻發信器(TX)相較於數位類比射頻發信器，具有諸多優點。直接數位射頻發信器將數位類比介面列置到靠近天線處，從而減少需用到的類比組件。可大大地降低甚至是避免典型的類比問題，如：同相位(I)與正交相位(Q)信號不匹配、局部振盪器洩漏、影像失真等。直接數位射頻發信器亦透過藉由靈活的數位信號處理啟用的多模式及多頻帶運作，增強系統彈性。此外，直接數位射頻發信器本質還適用於數位，優點在於提升數位處理的速度與密度、高度整合性。因此，直接數位射頻發信器對無線基地台及行動應用都有利。
直接數位射頻發信器包括諸如D類或S類功率放大器等切換模式功率放大器(switching mode power amplifier；簡稱SMPA)、利用諸如DSM(三角積分調變)、PWM(脈寬調變)及PPM(脈位調變)之類的特定功率編碼方 案，另外還有重建帶通濾波器(band-pass filter；簡稱BPF)。
為了要符合現代無線通訊系統嚴苛的線性 度要求，大部分習用的SMPA類發信器都將三角積分調變器(DSM)當作功率編碼器。此類調變器的範例包括帶通三角積分調變(band-pass delta-sigma modulation；簡稱BPDSM)式S類功率放大器。請參閱，例如，美國(U.S.)2003/0210746、美國(U.S.)2006/0188027、歐洲(EP)2063536、以及美國(U.S.)7,825,724。DSM係附有回授迴圈的雜訊整形函數，其可將帶內雜訊升高到帶外頻譜。帶內信號雜訊比(signal-to-noise ratio；簡稱SNR)可大於60dB。
雖然高帶內SNR為所欲，近頻帶量化雜訊 卻會突然增加。因此，要讓已濾波射頻信號符合頻譜發射遮罩(spectrum emission mask)，需要有極高的品質因子(Q)帶通濾波器(BPF)。再者，DSM式直接數位射頻發信器因功率編碼器的功率編碼效率低，會造成整體功率無效率。
在功率方面，射頻(RF)功率放大器(PA)在發 信器中消耗大部分能量。這種發信器的主要優點在於，SMPA總是處於ON(飽和)與OFF(截止)操作區之間，使效率達到高峰。然而，若將常用於第三代(3G)及第四代(4G)蜂巢式行動通訊系統的非恆定包絡信號(envelope signal)編碼成單一位元數位化信號，則整個數位化信號功率的帶內功率(定義為功率編碼效率)低，這是因為量化雜訊的產生不可避免，且因系統線性度規格要求的雜訊整形函數而廣泛散布於整個頻域。由於SMPA也將雜訊信號放大，不想 要的雜訊功率白費掉，不僅造成功率過度耗損，也使總TX效率退化。
低功率編碼效率源自於三角積分功率編碼 方案中的雜訊整形。因此，某些習用編碼方案將各種脈寬調變(pulse-width modulation；簡稱PWM)技術用於處理功率編碼效率。例如，某些基於PWM的新式高效率功率編碼方案包括RFPWM及3位準極性PWM架構。由於PWM量化固有的非線性度，編碼器中的線性度效能會降低。兩種功率編碼方案都備有類比高速比較器，其將較高頻率之三角形或鋸齒波形當作待比較的參考信號。由於臨限電壓隨時間變化，兩種方案都很需要組建相關的預失真功能塊(pre-distorted block)。
歐洲專利(EP)2575309揭示一種用於3位準 PWM功率編碼方案之預加強線性化功能塊(pre-emphasis linearization block)。預加強功能塊使用RFPWM功率編碼之轉移函數的反函數。將預加強功能塊的輸出遞交至RFPWM編碼器的輸入。在理想情況下，預加強可藉由RFPWM編碼器校正非線性度。然而，這只有在反函數存在且可分析推導時才有可能。
例如，該歐洲專利(EP)2575309的系統使用 較簡單的3位準PWM，故可判定反函數。然而，對於超過3位準(例如：5位準)的RFPWM編碼，轉移函數會變得複雜到無法導出其反函數之解答，導致難以組建預加強功能塊。因而，這種方法不適用於需要複數編碼之高頻傳輸。
因此，需要一種新式線性化方法，尤其是多位準高功率編碼效率之功率編碼器。
本發明某些實施例之一個目標在於補償直接數位射頻發信器的線性度，例如，用以符合寬頻寬高峰均功率比(peak-to-average power ratio；簡稱PAPR)無線通訊信號的規格。進一步目標在於將查詢表(look-up-table；簡稱LUT)式數位預失真(digital pre-distortion；簡稱DPD)提供予直接數位射頻發信器中的功率編碼器。
本發明的某些實施例係基於辨識脈寬調變器(PWM)之轉換函數為非線性，但必須藉由功率編碼器線性映射輸入資料。再者，映射的非線性度取決於轉換函數，並且無法一直進行分析判定。
某些實施例係基於意識到，映射之非線性度其實驗判定可藉助於將轉換函數套用至資料，並且在輸入到功率編碼器之資料與功率編碼所輸出之資料之間組建映射，例如：查閱查詢表(LUT)。進一步意識到的是，有可能基於預定非線性度映射，令輸入信號預失真，使得PWM之轉換函數將預失真信號轉換成與輸入信號呈線性關係之值。
本案實施例的有利之處在於，功率編碼器之位準數及其它複雜度沒有限制。例如，本發明之一實施例可藉由附有至少五個位準的多位準PWM而使用。
因此，一實施例揭示一種功率編碼器，其 包括振幅相位分割器，係用於將輸入信號分割成包絡信號及相位調變信號；預失真單元，係使用查詢表(LUT)令包絡信號失真以產生已失真包絡信號，其中，查詢表儲存轉換函數之非線性映射；數位轉換器，係用於結合已失真包絡信號與相位調變信號以產生已失真輸入信號；脈寬調變器(PWM)，係根據轉換函數用於調變已失真輸入信號以產生已調變信號，其中，已失真輸入信號與已調變信號之間的關係為非線性；以及切換模式功率放大器，係用於放大已調變信號。
另一實施例揭示一種使用多位準脈寬調變 器(PWM)之資料調變方法。本方法包括使用儲存轉換函數之非線性映射之查詢表(LUT)，令輸入信號失真以產生已失真輸入信號；根據轉換函數，利用PWM調變已失真輸入信號以產生已調變信號；以及放大已調變信號。
在此實施例之某些變化例中，失真包括基 於一部分輸入信號之機率密度函數(probability density function；簡稱PDF)，判定PWM之一組臨限值；根據這組臨限值，判定轉換函數；藉由將轉換函數套用至輸入信號，判定LUT；以及利用LUT，使用輸入信號之資料點之向後映射，判定已失真輸入信號，使得已失真輸入信號之各資料點皆等於與轉換函數之輸出(其等於輸入信號之資料點)對應之轉換函數的輸入。若需要，輸入信號之一組訊框(frame)可予以反復進行失真。
10‧‧‧示意圖
11‧‧‧振幅相位分割器
12‧‧‧預失真單元
13‧‧‧數位轉換器
14‧‧‧PWM
15‧‧‧切換模式功率放大器
21‧‧‧正規化
22‧‧‧索引
23‧‧‧振幅對振幅轉移函數
24‧‧‧LUT
25‧‧‧增益功能塊
31‧‧‧振幅相位分割器
32‧‧‧查詢表
33‧‧‧頻率升頻轉換器
34‧‧‧數位編碼器
35‧‧‧多位準功率編碼器
36‧‧‧頻率升頻轉換器
37‧‧‧切換模式功率放大器
38‧‧‧數位降頻轉換器
39‧‧‧加法器
40‧‧‧處理器
41‧‧‧基頻輸入資料
42‧‧‧記憶體
43‧‧‧判定
44‧‧‧機率密度函數
45‧‧‧積分
46‧‧‧曲線
48‧‧‧臨限值
49‧‧‧反復進行
100‧‧‧處理器
105‧‧‧轉換函數
109‧‧‧相位調變信號
110‧‧‧輸入
111‧‧‧包絡信號
115‧‧‧資料點
120‧‧‧套用
121‧‧‧已失真包絡信號
125‧‧‧輸出
130‧‧‧判定
131‧‧‧已失真輸入信號
135‧‧‧LUT
136‧‧‧資料點
137‧‧‧映射
138‧‧‧數值
140‧‧‧選擇
141‧‧‧已調變信號
151‧‧‧功率編碼信號
310‧‧‧延遲功能塊
391‧‧‧下結合器
392‧‧‧錯誤資料
393‧‧‧上結合器
394‧‧‧已校正資料
400‧‧‧流程圖
401‧‧‧判定
402‧‧‧提取
403‧‧‧機率密度函數
404‧‧‧累積分布函數
405‧‧‧選擇
406‧‧‧振幅對振幅轉移函數
407‧‧‧LUT
408‧‧‧預失真
409‧‧‧錯誤
410‧‧‧迴授
411‧‧‧功率放大器
412‧‧‧功率編碼器
第1A圖係根據本發明之某些實施例之利用線性化之功率編碼器的方塊圖。
第1B圖係根據某些實施例之預加強線性化方法的方塊圖。
第1C圖係根據一實施例之線性化映射的一範例。
第2圖係組建並且檢索查詢表之方塊圖。
第3圖係這種直接數位射頻發信器線性化方法之電路示意圖，其係基於如第2圖所示之查詢表。
第4A圖係根據本發明之某些實施例之判定這組固定臨限值的示意圖。
第4B圖係這種直接數位射頻發信器線性化方法之流程圖。
第5圖係根據本發明之某些實施例之直接數位射頻發信器的方塊圖。
先進的切換模式功率放大器(SMPA)(例如：S類放大器)已成為重要功率放大器架構之一。高理論功率效率及運作彈性之效益可使軟體定義無線電(software-defined radio；簡稱SDR)中的下一代直接數位射頻(RF)發信器(TX)成為可能。
直接數位射頻發信器將S類放大器用於將經由像是三角積分調變器(DSM)、脈寬調變器(PWM)、或脈位調變器(PPM)等功率編碼器產生的高速脈衝列(pulse train) 放大。高Q(>500)帶通濾波器(BPF)通常是用於將信號重建變回類比射頻。引人注目的是，由於近來在氮化鎵(GaN)射頻電晶體技術方面的進步，這種架構正更加獲得青睞，在微微級/宏巨級基地台(pico-/macro- base station)蜂巢式應用上尤其如此。
脈寬調變器(PWM)係用於切換放大器(例 如：用於高效率切換功率放大器)，以供放大無線電信號，透過空氣介面在無線或有線通訊網路中傳輸。原則上，PWM能讓振幅連續且頻寬有限的信號理想轉換成時間連續信號。
然而，PWM本質上為非線性，會導致已調 變信號失真。因此，為了要維持信號所需的完整性/線性度，尤其是為了抑制帶內底雜訊及帶外複影像，本發明之某些實施例在資料信號量化之前先令其失真。
第1A圖係根據本發明之某些實施例而顯示 附有預加強線性化之功率編碼器的示意圖10。振幅相位分割器11將輸入信號11分割成包絡信號111及相位調變信號109。包絡信號111表示輸入信號之振幅，並且相位調變信號109表示輸入信號之相位。預失真單元12使用查詢表(LUT)令包絡信號111失真以產生已失真包絡信號121。
本發明之某些實施例係基於辨識PWM之轉 換函數為非線性，但輸入信號(例如：包絡信號)必須藉由功率編碼器予以線性映射。再者，映射的非線性度取決於轉換函數，並且無法一直進行分析判定。
某些實施例係基於意識到，映射之非線性 度其實驗判定可藉助於將轉換函數套用至資料，並且在輸入到功率編碼器之資料與功率編碼所輸出之資料之間組建映射(例如：LUT)。進一步意識到的是，有可能基於預定非線性度映射，令輸入資料預失真，使得PWM之轉換函數將預失真資料轉換成與輸入資料呈線性關係之值。為達此目的，查詢表儲存脈寬調變器(PWM)14為了調變所用轉換函數之非線性映射，如下面更詳細所述。
由於輸入信號必須校正的只有振幅，數位 轉換器13將已失真包絡信號121與相位調變信號109結合以產生已失真輸入信號131。其次，PWM 14根據轉換函數調變已失真輸入信號以產生已調變信號141，並且切換模式功率放大器(SMPA)15放大已調變信號141以產生功率編碼信號151。已失真輸入信號與已調變信號之間的關係為非線性。然而，由於已失真輸入信號係基於PWM之轉換函數而失真，原來的輸入信號與已調變信號之間的關係實質為線性。
在一實施例中，PWM為射頻(RF)PWM (RFPWM)，並且數位轉換器利用射頻載波信號將已失真包絡信號及相位調變信號升頻，使得已調變信號係射頻脈衝列。在替代實施例中，PWM為中頻(IF)PWM(IFPWM)，並且數位轉換器利用中頻載波信號將已失真包絡信號及相位調變信號升頻，使得已調變信號係中頻脈衝列。此實施例亦可包括第二數位升頻轉換器，用於將中頻脈衝列轉換成 射頻(RF)脈衝列，並且用於將射頻脈衝列遞交予SMPA。
第1B圖係根據某些實施例之預加強線性化 方法的方塊圖。可藉由處理器100進行本方法。藉由將轉換函數套用至一組輸入資料點，使用向前映射判定130映射(例如：LUT 135)。例如，處理器將轉換函數105套用120至這組輸入資料點115以產生輸出資料125。轉移函數可為振幅對帪幅(AM-AM)轉移函數。將LUT 135判定130為輸入110與輸出125之間的轉換映射。
相比之下，藉由使用LUT 135選擇140轉換 函數之輸入(對應於轉換函數之輸出，其等於包絡信號之資料點)，利用包絡信號之資料點之向後映射，判定已失真資料。
例如，使用LUT 135令功率編碼器接收處 理的輸入資料失真140以產生已失真資料。已失真資料145隨後藉由功率編碼器進行編碼以產生與輸入資料呈線性關係之已編碼資料。輸入信號之一組資料點進行向後映射，使得已失真輸入信號145之各資料點等於與轉換函數之輸出(其等於輸入信號之資料點)對應的轉換函數之輸入。
第1C圖係根據一實施例而顯示使用LUT 135進行向後映射之範例。LUT 135以轉換之輸出Y映射輸入X。本發明之各實施例在功率編碼之前，將LUT 135用於令輸入信號預失真。例如，包絡信號之資料點y` 136係映射137至數值x` 138。數值138係已失真包絡信號之對應資料點的預失真值，並且係為了在包絡信號之資料點 136與已調變信號之對應點之間產生線性映射而予以調變。
第2圖係根據本發明之某些實施例而描述 用於判定查詢表(LUT)24之方法的圖示。在某些實施例中，輸入信號(例如：訊框)之各部分都以可調適方式判定LUT 24。為了要組建LUT 24，首先需推導多位準量化器之振幅對振幅轉移函數23。一般(2N+1)位準量化器的振幅對帪幅(AM-AM)轉移函數可為 其中，a(t)為輸入資料之包絡，以及V thi 為第i個臨限值，當1i<jN.,V thi <V thj 。
其次，實施例建立離散LUT的索引。輸出向量Y為計算自振幅對振幅函數的結果，定義的輸入向量X係，例如，由Vth1至1，具有固定步級(例如：0.001)。這個程序是在包絡正規化21之後，藉由組建索引22予以完成。此時，LUT 24逆向檢索包絡輸入Y’以選擇最靠近的預失真輸出X’。另一增益功能塊25可將預失真輸出再正規化成後級功率編碼器之輸入。
可組構LUT 24以敍述編碼器之非線性度之逆向行為(inverse behavior)，其敍述係如方程式(1)。可根據檢索出的LUT值，進行預失真程序。這種LUT檢索演算法理論上沒有量化位準數目的的限制，其優於分析性反函數式預失真方案。
第3圖係根據本發明之一實施例而顯示用 於考慮SMPA非線性度之方法的方塊圖。直接數位射頻發信器線性化方法30包括多位準功率編碼器35及切換模式功率放大器(SMPA)37兩者的線性化。這種發信器失真校正的主要部分係藉由高速數位邏輯積體電路(較佳為ASIC)予以實現，其包括兩個加法器39、振幅相位分割器31、查詢表32、數位編碼器34以及數位降頻轉換器(digital down converter；簡稱DDC)38。數位編碼器34內有兩個頻率升頻轉換器33及36、以及多位準中頻(IF)脈寬調變器(ML-IFPWM)35。
本發明的某些實施例係基於下列實現：藉 由將PWM輸入載波降至中頻(IF)，並接著藉由脈寬調變器進行中頻信號編碼，使時域量化擴展且量化大小增加。因此，目前數位處理器的可達時脈速率可實施這種功率編碼演算法，並且對切換模式功率放大器(SMPA)的直接數位輸出變為可實現。
第一升頻轉換器33將預失真包絡轉換成中 頻，接著送入ML-IFPWM35。藉由第二升頻轉換器36將已編碼結果進一步升頻到射頻(RF)。在較佳實施例之發信器30中，功率放大器37為切換功率放大器(較佳為S類PA模組)，其接收多位準脈衝列作為輸入，並且放大含必要帶內資訊之高速脈衝列信號。
部分SMPA 37輸出經受耦合及數位化而回 到數位降頻轉換器(DDC)38，其將射頻信號降頻轉換回基 頻作為回授資料。輸入資料可透過延遲功能塊310與回授對齊。下結合器391判定錯誤資料392，藉由上結合器393將輸入資料減去錯誤資料392，然後產生已校正資料394。 這個回授迴圈校正切換模式功率放大器(SMPA)37之失真。已校正資料之包絡係藉由振幅相位分割器31(較佳為CORDIC單元)計算。功能塊查詢表32令包絡預失真以校正ML-IFPWM 35之失真。
第4A圖係顯示用於判定這組固定臨限值之 方法的示意圖，其適應於根據本發明某些實施例之各傳輸之訊框或子訊框。本方法可藉由連接至記憶體42之處理器40實施。訊框之基頻輸入資料41係在記憶體42中儲存成向量或陣列。接著，處理器40判定43來自訊框中之資料的機率密度函數(PDF)44。PDF進行積分(integrate)45以產生累積分布函數(cumulative distribution function；簡稱CDF)之曲線46。一組臨限值48係選自CDF曲線46，例如，CDF曲線等間隔。以可調適方式逐訊框反復進行49這個流程以確保這組臨限值48維持最佳化。
第4B圖係根據本發明之另一實施例而顯示 線性化方法的流程圖400。本實施例藉由將輸入資料減去用回授410判定之錯誤409以判定401已校正資料，並且提取402已校正資料之包絡。判定包絡之機率密度函數(PDF)403及累積分布函數(CDF)404。給定CDF，自CDF曲線選擇405各量化位準之一組臨限值。振幅對振幅轉移函數406及LUT 407係如上述予以判定，並且用於透過檢 索LUT 407令輸入資料之包絡預失真408。以可調適方式逐訊框反復進行步驟以確保功率編碼效率一直在最佳化狀態。功率編碼器412將功率放大器411要傳輸的預失真資料及輸出編碼。亦可將少部分功率迴授410以計算功率放大器411導致的失真錯誤。
第5圖係根據某些實施例而顯示直接數位射頻發信器50的方塊圖。在這些實施例中，於編碼器前先列置基於LUT之預失真功能塊以進一步補償線性度。於編碼器後，4相位LO係用於將中頻IQ信號升頻到射頻頻帶。因此，此實施例屬於取樣速率已降低的兩段式數位升頻。由於這是種管線(pipeline)架構，實施例可將並聯實施(parallel implementation)用於提升較高時域量化之取樣速率以達到所欲線性度。
輸入資料為複數，並且兼含同相位(I)及正交相位(Q)路徑。藉由座標旋轉數位電腦(coordinate rotation digital computer；簡稱CORDIC)功能塊51處理複數輸入以將直角坐標轉換成極坐標資料(即：包絡(ENV)以及相位θ)。啟用LUT預失真單元52進行ENV預失真以供進行非線性ML-IFPWM54功率編碼器之線性度校正。輸出以PRE表示。相位調變器56於中頻載波頻率(例如：LTE應用的100-MHz)產生相位調變(PM)IQ信號(LOIFI及LOIFQ)。兩個中頻數位升頻轉換器(DUC)53分別將PRE與LOIFI及LOIFQ進行混波。
中頻DUC 53的輸出IFI及IFQ係藉由兩個 ML-IFPWM功率編碼器54(例如第3圖所示)進行編碼。產生的脈衝列為PWMI及PWMQ。另一組數位升頻轉換器分別將PWMI及PWMQ與LORFI{1,0,-1,0,…}及LORFQ{0,1,0,-1,…}進行混波。藉由結合器55將乘積加至輸出RFin(即：RFin=PWMI．LORFI+PWMQ．LORFQ)。然後，映射器57將多位準RFin轉換成控制位元信號。
(2M-1)個位準脈衝列通常需要M個控制位 元，例如，3位準用2個位元以及5位準IFPWM信號用3個位元。這M個控制位元為用以控制59中功率放大器(例如：S類PA)之切換器(例如：使用GaN電晶體)的二進位切換信號SW(0：M-1)。為了要適合多位元輸入，可將功率放大器組態成3位準信號用的H橋、5位準信號用的並聯H橋。
也可有來自功率放大器之輸出的回授。此 回授將少量功率耦接回輸入，用於特徵化功率放大器帶來的非線性度。在功率放大器前，需要有緩衝驅動器58，用以同步多位元輸入，並且提供達到功率放大器輸入功率要求的某種放大作用。在59內，也可在SMPA模組中包括帶通重建濾波器(BPF)，用於濾除帶外量化雜訊，以便傳輸乾淨的類比RFout，並且，例如，BPF或另一另外設計的能量回收功能塊(例如：寬頻RF-DC整流器)可將與那些非所欲頻譜成分相關的射頻功率回收回到SMPA DC供應器。RFout適用於藉由天線傳輸。也可將其它習用發信器及接收器組件(例如：隔離器)用於消除功率反射之效應。
10‧‧‧示意圖
11‧‧‧振幅相位分割器
12‧‧‧預失真單元
13‧‧‧數位轉換器
14‧‧‧PWM
15‧‧‧切換模式功率放大器
109‧‧‧相位調變信號
110‧‧‧輸入
111‧‧‧包絡信號
121‧‧‧已失真包絡信號
131‧‧‧已失真輸入信號
141‧‧‧已調變信號
151‧‧‧功率編碼信號

Claims (12)

  1. 一種功率編碼器，其包含：振幅相位分割器，係用於將輸入信號分割成包絡信號及相位調變信號；預失真單元，係將查詢表(LUT)用於令該包絡信號失真以產生已失真包絡信號，該查詢表係儲存轉換函數之非線性映射，並且該預失真單元係使用該查詢表選擇該已失真包絡信號之已失真資料點，使得以該轉換函數轉換之該已失真資料點之值與該包絡信號之對應資料點呈線性關係，而該查詢表係使用向前映射藉由將該轉換函數套用至一組輸入資料點來判定，並且，其中，該已失真資料點係藉由該包絡信號之該資料點的向後映射來判定，以選擇與等於該包絡信號之該資料點的該轉換函數之輸出對應的該轉換函數之輸入；數位轉換器，係用於將該失真包絡信號與該相位調變信號結合以產生已失真輸入信號；脈寬調變器(PWM)，係根據該轉換函數用於調變該已失真輸入信號以產生已調變信號，其中，該已失真輸入信號與該已調變信號之間的關係為非線性；以及切換模式功率放大器，係用於將該已調變信號放大。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之功率編碼器，其中，該脈寬調變器為射頻(RF)脈寬調變器(RFPWM)，並且該數位轉換器利用射頻載波信號將該已失真包絡信號及該相位調變信號升頻，使得該已調變信號係射頻脈衝列。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之功率編碼器，其中，該脈寬調變器為中頻(IF)脈寬調變器(IFPWM)，並且該數位轉換器利用中頻載波信號將該已失真包絡信號及該相位調變信號升頻，使得該已調變信號係中頻脈衝列。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之功率編碼器，更包含：第二數位升頻轉換器，係用於將該中頻脈衝列轉換成射頻(RF)脈衝列並且用於將該射頻脈衝列遞交至該切換模式功率放大器。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之功率編碼器，其中，該脈寬調變器至少為附有至少五個位準之多位準脈寬調變器。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之功率編碼器，其中，該脈寬調變器為基於一組固定臨限值調變之多位準脈寬調變器。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之功率編碼器，其中，各固定臨限值係基於該輸入信號之一部分的機率密度函數(PDF)。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之功率編碼器，更包含：記憶體，係用於儲存該已失真輸入信號之訊框；處理器，係用於自該訊框之資料判定該機率密度函數、用於積分該機率密度函數以產生累積分布函數(CDF)之曲線、以及用於以該曲線為基礎選擇各固定臨限值之值。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之功率編碼器，其中，該處理器針對該已失真輸入信號之各訊框，判定該組固定臨 限值、該轉換函數、以及該查詢表。
  10. 如申請專利範圍第1項所述之功率編碼器，更包含：數位降頻轉換器，係用於判定該切換模式功率放大器之回授錯誤；以及結合器，係用於在將該輸入信號遞交至該預失真單元之前，利用該回授錯誤校正該輸入信號。
  11. 一種使用多位準脈寬調變器(PWM)之資料調變方法，其包含：使用儲存轉換函數之非線性映射的查詢表(LUT)，令輸入信號失真以產生已失真輸入信號；根據該轉換函數，利用該脈寬調變器調變該已失真輸入信號以產生已調變信號；以及將該已調變信號放大；其中，該失真包含：基於該輸入信號之一部分的機率密度函數(PDF)，判定該脈寬調變器之一組臨限值；根據該組臨限值，判定該轉換函數；藉由將該轉換函數套用至該輸入信號，判定該查詢表；以及使用該查詢表，利用該輸入信號之資料點的向後映射，判定該已失真輸入信號，使得該已失真輸入信號之各資料點皆等於與等於該輸入信號之該資料點的該轉換函數之輸出對應的該轉換函數之輸入。
  12. 如申請專利範圍第11項所述之方法，更包含：反復進行令該輸入信號之一組訊框失真。
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Families Citing this family (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9054940B2 (en) * 2013-10-25 2015-06-09 Mitsubishi Electric Research Laboratories, Inc. System and method for linearizing power amplifiers
US9270504B2 (en) * 2014-07-28 2016-02-23 Mitsubishi Electric Research Laboratories, Inc. System and method for linearizing power amplifiers
US9800236B2 (en) * 2015-11-10 2017-10-24 Infineon Technologies Ag Integrated analog delay line of a pulse-width modulator
US10069662B2 (en) 2015-11-10 2018-09-04 Infineon Technologies Ag Mixed analog-digital pulse-width modulator
CN106777533B (zh) * 2016-11-24 2020-06-09 北京理工大学 一种基于查找表的功放非线性模拟方法
CN107204785B (zh) * 2017-04-23 2019-10-15 复旦大学 一种可配置低功耗全数字发射机
US9985667B1 (en) * 2017-04-24 2018-05-29 Mitsubishi Electric Research Laboratories, Inc. Inter-band CA digital transmitter with multi-stage out-of-band noise canceller
US10177776B1 (en) * 2017-08-04 2019-01-08 Mitsubishi Electric Research Laboratories, Inc. Noise mitigating quantizer for reducing nonlinear distortion in digital signal transmission
US10998863B2 (en) 2017-10-16 2021-05-04 Analog Devices, Inc. Power amplifier with nulling monitor circuit
US10411706B1 (en) 2017-10-20 2019-09-10 United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force Wide-band digital buffer driver
US11211900B2 (en) * 2019-07-04 2021-12-28 Paulo Carvalho Multi quantized digitally controlled power supply voltage for multi amplifier stages
CN112532549B (zh) 2019-09-18 2023-10-03 深圳市中兴微电子技术有限公司 一种信号补偿方法及装置
US11545943B2 (en) 2020-12-04 2023-01-03 Mks Instruments, Inc. Switched capacitor modulator
CN113078802A (zh) * 2021-04-01 2021-07-06 浙江大学 一种基于数字编码的pwm调制方法
CN112910475B (zh) * 2021-05-10 2021-07-20 成都瀚德科技有限公司 应对复杂信号监测的数字接收机
CN114710385B (zh) * 2022-03-09 2024-09-24 陕西科技大学 一种数模联播广播发射系统

Family Cites Families (23)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3192244B2 (ja) * 1992-10-15 2001-07-23 株式会社東芝 記録装置
US6078628A (en) * 1998-03-13 2000-06-20 Conexant Systems, Inc. Non-linear constant envelope modulator and transmit architecture
GB2359681B (en) * 2000-02-25 2004-03-10 Wireless Systems Int Ltd Switched amplifier
US7953174B2 (en) 2002-03-20 2011-05-31 The Regents Of The University Of California Radio transmission frequency digital signal generation
CN100471047C (zh) * 2002-05-14 2009-03-18 西门子公司 用于产生发射信号的方法
US6930547B2 (en) * 2002-08-09 2005-08-16 Andrew Corporation Linearizing LINC amplifiers using pre-distortion
CN1333604C (zh) * 2003-04-17 2007-08-22 华为技术有限公司 一种脉冲宽度调制方法及装置
DE102004060698B3 (de) * 2004-12-16 2006-06-14 Infineon Technologies Ag Polarmodulator und Verfahren zur Modulation eines Signals
US7394311B2 (en) 2005-02-18 2008-07-01 Samsung Electronics Co., Ltd. Apparatus and method for reduced sample rate class S RF power amplifier
WO2007106460A2 (en) * 2006-03-13 2007-09-20 Interdigital Technology Corporation One bit digital quadrature modulator
US20090004981A1 (en) * 2007-06-27 2009-01-01 Texas Instruments Incorporated High efficiency digital transmitter incorporating switching power supply and linear power amplifier
US8224266B2 (en) * 2007-08-30 2012-07-17 Dali Systems Co., Ltd. Power amplifier predistortion methods and apparatus using envelope and phase detector
FI20075690A0 (fi) * 2007-10-01 2007-10-01 Nokia Corp Signaalin esivääristäminen radiolähettimessä
WO2009047705A1 (en) * 2007-10-10 2009-04-16 St Wireless Sa Transmitter
EP2063536A1 (en) 2007-11-26 2009-05-27 Alcatel-Lucent Deutschland AG A switching signal generator
WO2009072071A1 (en) * 2007-12-07 2009-06-11 Nxp B.V. Transmitter comprising a pulse width pulse position modulator and method thereof
US7825724B2 (en) 2007-12-18 2010-11-02 Motorola Mobility, Inc. Method and apparatus for direct digital to radio frequency conversion
US8064852B2 (en) * 2008-11-13 2011-11-22 Panasonic Corporation Methods and apparatus for dynamically compensating for DC offset drift and other PVT-related signal variations in polar transmitters
US8675725B2 (en) * 2010-04-29 2014-03-18 Mediatek Singapore Pte. Ltd. Integrated circuit, communication unit and method for improved amplitude resolution of an RF-DAC
US9647866B2 (en) * 2011-04-21 2017-05-09 Mediatek Singapore Pte, Ltd. RF transmitter, integrated circuit device, wireless communication unit and method therefor
EP2575309B1 (en) 2011-09-22 2014-11-05 Alcatel Lucent A method for pulse width modulation, and a transmitter therefor
US8767814B2 (en) * 2012-03-09 2014-07-01 Infineon Technologies Ag Pulse-width modulator and methods of implementing and using the same
US9054940B2 (en) * 2013-10-25 2015-06-09 Mitsubishi Electric Research Laboratories, Inc. System and method for linearizing power amplifiers

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