專利名稱：基于復合查找表的放大器預失真處理的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及信號處理，尤其是涉及基于預補償來線性化放大器的技術。
背景技術：
諸如用于無線通信系統(tǒng)基站的高功率放大器的放大器，通常會在其工作范圍內顯示出非線性。這種非線性會產生噪聲，噪聲引起通信中斷或者干擾。為解決此問題，必須為放大器增加額外的電路，以使其有效的放大器響應線性化。使得放大器線性化的傳統(tǒng)技術通常包含預補償和/或前饋補償。
在基于預補償?shù)姆糯笃骶€性化中，待放大的輸入信號在加到放大器前被預失真，以便基于放大器傳輸函數(shù)的已知非線性來調整輸入信號。在前饋補償中，輔助信號被前饋并與放大器的輸出組合，以為放大器傳輸函數(shù)的非線性而調整輸出信號。
圖1示出了現(xiàn)有技術放大器系統(tǒng)100的高級框圖，它采用預補償線性化。特別地，RF輸入信號x(t)的采樣被加到包絡檢測器102，由它生成用于表示輸入信號的即時包絡功率水平的電壓。模擬功率信號p(t)被模數(shù)轉換器(ADC)104數(shù)字化。生成的數(shù)字功率信號p(n)被加到預失真器106，由它產生數(shù)字預失真復合信號I(n)和Q(n)形式的預失真信號。I(n)和Q(n)這些數(shù)字預失真信號由數(shù)模轉換器(DAC)108轉換為模擬預失真信號I(t)和Q(t)。向量調制器110使用模擬預失真信號I(t)和Q(t)去調制RF輸入信號x(t)由延時線114延時后產生的延時版本，生成預失真RF信號y(t)，y(t)然后被輸入放大器112，放大器112產生放大的RF輸出信號z(t)。RF延時線114的目的是補償元件102-108的處理時間，以保證向量調制器110恰當?shù)厥褂脮r間對準的信號I(t)和Q(t)去調制RF輸入信號x(t)。(盡管圖1中顯示了預失真使用向量調制器被應用在模擬域的輸入信號，但是在其他的實施例中，預失真也可應用于數(shù)字域的輸入信號的基帶表示。)延時RF信號可能非常昂貴(如，每延時1納秒約1$)，因此，實施放大器系統(tǒng)100的目標之一就是減少元件102-108的總處理時間，以使需要RF延時線114加上去的延時盡可能得小。此外，延時線越大，RF信號的衰減越大。因此，通常增加增益到放大器以考慮到衰減，導致進一步的成本和增加的失真。


從下列詳細的描述、所附的權利要求書以及附圖中將會更加清楚地理解本發(fā)明的方面、特征和優(yōu)點，附圖中相同的標號表示相同的元件。
圖1示出了使用預補償來線形化的現(xiàn)有技術放大器系統(tǒng)的高級框圖；圖2示出了可被用于實現(xiàn)圖1中的預失真器的預失真器框圖；圖3示出了可被用于實現(xiàn)圖1中的預失真器的另一種預失真器框圖；圖4示出了可被用于實現(xiàn)圖1中的預失真器的另一種預失真器框圖；以及圖5示出了可被用于實現(xiàn)圖1中的預失真器的基于RAM的預失真器框圖。
具體實施例方式
圖2示出了現(xiàn)有技術預失真器206的框圖，它可被用于實現(xiàn)圖1中的預失真器。特別地，圖2示出了ADC204(類似于圖1中的ADC104)，它接收由包絡檢測器(類似于圖1中的包絡檢測器102)產生的模擬電壓信號p(t)，并產生對應于接收電壓并代表即時RF包絡功率水平的數(shù)字信號p(n)。數(shù)字功率信號p(n)被加到預失真器206，預失真器206產生兩個數(shù)字預失真分量I(n)和Q(n)，每個分量被加到一個DAC208(類似于圖1中的DAC108)以產生模擬預失真信號I(t)和Q(t)，I(t)和Q(t)被加到一個向量調制器(類似于圖1中的向量調制器110)以產生將被放大器(類似于圖1中的放大器112)放大的預失真信號。
圖2中的預失真器206可由現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)或其他合適的處理器實現(xiàn)。如圖2所示，預失真器206具有輸入延時模塊216(如觸發(fā)器)，它是FPGA的I/O電路的一個可選部分。來自模塊216的包絡功率信號被并行地加到主I查找表(LUT)218，差分ILUT220，主QLUT222，和差分QLUT224，它們每個都存儲數(shù)字預失真參數(shù)值(如修正系數(shù))的一個不同集合，這些參數(shù)值初始是使用不同操作條件下的離線校準過程推導出的。主LUT218和222分別優(yōu)選地存儲與頻率無關的I和Q預失真參數(shù)(也被稱為”第一層”參數(shù))，而差分LUT220和224分別優(yōu)選地存儲與頻率相關的I和Q預失真參數(shù)(也被稱為”第二層”參數(shù))。包絡功率信號p(n)被用作從LUT中檢索相應預失真參數(shù)的索引。
延時模塊226，228和230，求差點232，和求和點234被設計用于根據(jù)公式(1)如下產生數(shù)字預失真分量I(n)I(n)＝Ip1(p(n))+(Id1(p(n+1))-Id1(p(n-1))) (1)其中，Ip1(p(n))是來自LUT218的對于當前功率采樣p(n)的主I預失真參數(shù)，Id1(p(n-1))是來自LUT220的對于前一次功率采樣p(n-1)的差分I預失真參數(shù)，Id1(p(n+1))是來自LUT220的對于下一次功率采樣p(n+1)的差分I預失真參數(shù)。
類似地，延時模塊236，238和240，求差點242，和求和點244被設計用于根據(jù)公式(2)如下產生數(shù)字預失真分量Q(n)Q(n)＝Qp1(p(n))+(Qd1(p(n+1))-Qd1(p(n-1))) (2)其中，Qp1(p(n))是來自LUT222的對于當前功率采樣的主Q預失真參數(shù)，Qd1(p(n-1))是來自LUT224的對于前一次功率采樣的差分Q預失真參數(shù)，Qd1(p(n+1))是來自LUT224的對于下一次功率采樣的差分Q預失真參數(shù)。
延時點226-230和236-240的目的是將各種預失真參數(shù)在時間上對準以實施期望的公式。
生成的預失真分量I(n)和Q(n)被加到輸出延時模塊246和248，模塊246和248是FPGA的I/O電路的可選部分，I(n)和Q(n)被DAC208轉換為模擬預失真信號I(t)和Q(t)以便加到向量調制器。
由于信號處理導致的延時，圖2的電路在ADC和DAC之間增加了延時。實施RF延時線，例如RF延時線114，以補償這些延時可能是極其昂貴的。
圖3示出了一種可選的預失真器306的框圖，它可被用于以更小的延時實現(xiàn)圖1中的預失真器。特別地，圖3示出了ADC304，它接收由包絡檢測器產生的模擬電壓信號p(t)，并產生對應于接收電壓并代表即時RF包絡功率水平的數(shù)字信號p(n)。數(shù)字功率信號p(n)被加到預失真器306，預失真器306產生兩個數(shù)字預失真分量I(n)和Q(n)，它們每個被加到一個DAC308以產生模擬預失真信號I(t)和Q(t)。I(t)和Q(t)被加到一個向量調制器以產生預失真信號以便加到放大器。
類似于圖2中的預失真器206，預失真器306具有輸入延時模塊316和兩個輸出延時模塊346和348，它們是FPGA的I/O電路的可選部分。此外，類似于預失真器206，預失真器306具有主和差分LUT318-324，它們存儲(與頻率相關和與頻率無關的)預失真參數(shù)值。
但是，與具有實現(xiàn)公式(1)和(2)的電路的預失真器206不同的是，預失真器306具有如下實現(xiàn)公式(3)和(4)的電路I(n)＝Ip2(p(n))+Id2(p(n)-p(n-1)) (3)Q(n)＝Qp2(p(n))+Qd2(p(n)-p(n-1)) (4)其中Ip2(p(n))是來自LUT318的對于當前功率采樣的主I預失真參數(shù)，Id2(p(n)-p(n-1))是來自LUT320的對于當前功率采樣與前一次功率采樣的差的差分I預失真參數(shù)，Qp2(p(n))是來自LUT322的對于當前功率采樣的主Q預失真參數(shù)，Qd2(p(n)-p(n-1))是來自LUT324的對于當前功率采樣與前一次功率采樣的差的差分Q預失真參數(shù)。注意，主LUT318與322存儲的預失真參數(shù)數(shù)據(jù)通常與圖2中主LUT218與222存儲的一致，但是，差分LUT320與324存儲的I和Q參數(shù)數(shù)據(jù)與圖2中差分LUT220與224存儲的不一致，因為LUT320和324使用功率差作為索引。
預失真器306具有延時328和求差點332，它們產生當前功率采樣p(n)與前一次功率采樣p(n-1)之間的差。這個差被加到I和Q差分LUT320和324。預失真器306也具有求和點334和344，它們分別將兩個ILUT的輸出和兩個QLUT的輸出相加。
比較圖2和圖3，預失真器306使用了兩個更小延時的元件實現(xiàn)，每個I和Q處理路徑上具有一個更小延時的元件。因此，預失真器306的總處理時間比圖2的預失真器206的總處理時間要少，導致對于放大器系統(tǒng)RF延時線更廉價。更低的總處理時間可以提升性能，如對那些減少信號等待時間有利的應用而言。
盡管圖3中的預失真器306具有求和點334和344，一個模擬預失真器可采用求差點，通過在合適的LUT存儲符號相反的數(shù)據(jù)而實施。
圖4示出了另一種預失真器406的框圖，它可被用于實現(xiàn)圖1中的預失真器。特別地，圖4示出了ADC404，它接收由包絡檢測器產生的模擬電壓信號p(t)，并產生對應于接收電壓并代表即時RF包絡功率水平的數(shù)字信號p(n)。數(shù)字功率信號p(n)被加到預失真器406，預失真器406產生兩個數(shù)字預失真分量I(n)和Q(n)，它們每個被加到一個DAC408以產生模擬預失真信號I(t)和Q(t)，I(t)和Q(t)被加到向量調制器以產生預失真信號以便加到放大器。
類似于圖2中的預失真器206和圖3中的預失真器306，預失真器406具有輸入延時模塊416和兩個輸出延時模塊446和448，它們是FPGA的I/O電路的可選部分。此外，類似于預失真器206和預失真器306，預失真器406具有主和差分LUT418-4324，存儲預失真參數(shù)值。
但是，與具有實現(xiàn)公式(1)和(2)的電路的預失真器206及具有實現(xiàn)公式(3)和(4)的電路的預失真器306不同的是，預失真器406具有如下實現(xiàn)公式(5)和(6)的電路I(n)＝Ip3(p(n))-Id3(p(n-1)) (5)Q(n)＝Qp3(p(n))-Qd3(p(n-1)) (6)其中Ip3(p(n))是來自LUT418的對于當前功率采樣的主I預失真參數(shù)，Id3(p(n-1))是來自LUT420的對于前一次功率采樣的差分I預失真參數(shù)，Qp3(p(n))是來自LUT422的對于當前功率采樣的主Q預失真參數(shù)，Qd3(p(n-1))是來自LUT424的對于前一次功率采樣的差分Q預失真參數(shù)。與前面的一樣，這些LUT中存儲的預失真參數(shù)可能與其它實現(xiàn)方案中LUT存儲的數(shù)據(jù)不一致。
預失真器406具有延時428和求差點432和442，它們分別產生當前功率采樣p(n)的主I與Q預失真參數(shù)與前一次功率采樣p(n-1)的差分I與Q預失真參數(shù)之間的差。
比較圖3和圖4，預失真器306的實現(xiàn)使用到了一個求差點(332)和兩個求和點(334和344)，而預失真器406的實現(xiàn)使用到了兩個求差點(432和442)，沒有求和點。除了少用一個點以外，預失真器406在每一條I和Q處理路徑上都減少一次求差/求和的操作，因此預失真器406的總處理時間比預失真器306的總處理時間要少，因而甚至對于放大器系統(tǒng)的RF延時線更廉價。如前所述，更短的總處理時間可以提升性能，如對那些減少信號延時有利的應用而言。
盡管圖4中的預失真器406具有求差點432和442，一個模擬預失真器可采用求和點，通過在合適的LUT存儲符號相反的數(shù)據(jù)而實施。
與圖2-4中基于FPGA的實現(xiàn)不同的是，公式(5)和(6)以及圖4的體系結構允許基于RAM的實現(xiàn)。
圖5示出了一種基于RAM的預失真器506的框圖，它可被用于實現(xiàn)圖1中的預失真器。特別地，圖5示出了ADC504，它接收由包絡檢測器產生的模擬電壓信號p(t)，并輸出兩個數(shù)字值，一個(550)對應于當前RF包絡功率水平p(n)，另一個(552)對應于前一次RF包絡功率水平p(n-1)。在一種實現(xiàn)中，ADC504被設計為在每個ADC操作周期輸出當前及前一個采樣。此外，ADC504輸出時鐘信號554用于啟動DAC508。
預失真器506的核心是兩個單端口的異步RAM556，一個用于在一個單個復合ILUT中存儲I預失真參數(shù)，另一個用于在一個單個復合QLUT中存儲Q預失真參數(shù)。根據(jù)這種實現(xiàn)，每個復合LUT接收一個單個組合的索引值，其中一半比特對應于來自ADC504當前的數(shù)字功率水平p(n)，剩余的比特對應來自ADC504前一次的數(shù)字功率水平p(n-1)，其中這兩個功率水平被鏈接或者附在一起以形成組合的索引。實質上，每個復合的LUT將連續(xù)功率水平的所有可能組合映射到對應的預失真參數(shù)上，因此避免了對任何附加的計算電路的需求，如圖2-4所示的那樣。特別地，對于m比特當前和前一次功率水平，基于RAM的LUT556將22m種不同的組合索引映射到相應的I(n)和Q(n)預失真元件上。
這些I(n)和Q(n)預失真信號被加到DAC508以產生模擬預失真信號I(t)和Q(t)，I(t)和Q(t)被加到一個向量調制器以產生預失真信號以便加到放大器。
此外，預失真器506包含控制器558，交換機560和562，延時564，以及反相器566，這些使得RAM556可以在初始化和可能的間斷的動態(tài)LUT更新過程中加載I和Q預失真參數(shù)值。特別地，為裝載RAM556，控制器558將禁止交換機560和562以阻止ADC輸出到達RAM556。同時，控制器558配置RAM556經數(shù)據(jù)線568接收I和Q預失真參數(shù)值，而時鐘控制線570禁止DAC508。
取決于特定的實現(xiàn)，控制器558可能是一個DSP，CPLD，F(xiàn)PGA或者任何其它合適的處理設備。交換機560和562可使用FET交換機實現(xiàn)，而RAM556可使用兩個異步RAM實現(xiàn)。
圖5的實現(xiàn)能夠顯著減少預失真器506的總共處理時間，因此可大大減少這樣的放大器系統(tǒng)的實現(xiàn)成本。
圖2-5中所示的每個實現(xiàn)中的DAC可被數(shù)字調制器替代。
本發(fā)明可在無線通信網(wǎng)絡中從基站至一個或多個移動單元間發(fā)射的無線信號環(huán)境下實現(xiàn)。理論上，本發(fā)明的實施例可對于從移動單元至一個或多個基站間發(fā)射的無線信號而實現(xiàn)。本發(fā)明也可實現(xiàn)在其它無線通信網(wǎng)絡，甚至是有線通信網(wǎng)絡以減少雜散發(fā)射。
本發(fā)明的實施例可用基于電路的過程實現(xiàn)，包括在單塊集成電路(如ASIC或FPGA)，一個多芯片模塊，一個單卡，或多卡電路包上的可能實現(xiàn)。對本領域技術人員來說，顯然電路元件的各種功能也可以以軟件程序中的處理步驟實現(xiàn)。這種軟件可在諸如數(shù)字信號處理器、微控制器或通用計算機中采用。
還應理解，本領域技術人員可在不偏離由下面的權利要求書表述的本發(fā)明的范圍的情況下，作出對為解釋本發(fā)明的本質而描述和示出的部分的細節(jié)、材料以及安排的各種改變。
權利要求
1.一種用于處理用于加到放大器以產生放大的輸出信號的輸入信號的方法，該方法包括產生表征輸入信號的前一次功率的測量值；產生表征輸入信號的當前功率的測量值；從當前和前一次功率的測量值產生組合索引值；應用該組合索引值到一個或多個查找表(LUT)以檢索一個或多個預失真參數(shù)；應用一個或多個預失真參數(shù)到輸入信號以產生用于加到放大器的預失真輸入信號。
2.權利要求1的方法，還包含使用放大器放大預失真輸入信號以產生放大的輸出信號。
3.權利要求1的方法，其中當前功率的測量值是輸入信號的即時包絡功率的測量值；以及前一次功率的測量值是來自前一次處理周期的輸入信號的即時包絡功率的測量值。
4.權利要求1的方法，其中組合索引值相應于當前和前一次功率測量值的鏈接。
5.權利要求4的方法，其中每個LUT映射當前和前一次功率測量值的所有可能組合。
6.權利要求1的方法，其中組合索引值相應于當前功率測量值和當前與前一次功率測量值的差的鏈接。
7.權利要求6的方法，其中每個LUT映射當前功率測量值和功率測量值的差的所有可能組合。
8.權利要求1的方法，其中每個LUT被存儲在RAM中，其中組合索引值應用于每個RAM，以檢索一個或多個預失真參數(shù)中的一個。
9.權利要求1的方法，其中一個或多個LUT包括復合I LUT和復合Q LUT。
10.權利要求9的方法，其中通過將輸入信號和從復合I和QLUT中檢索到的I及Q預失真參數(shù)加到向量調制器，產生預失真輸入信號。
11.一種用于處理用于加到放大器以產生放大的輸出信號的輸入信號的設備，該設備包含功率檢測器，適于產生表征輸入信號功率的測量值；一個或多個查找表(LUT)，適于提供一個或多個預失真參數(shù)，其中每個LUT適于接收基于當前輸入信號功率測量值與前一次輸入信號功率測量值而產生的組合索引值；以及調制器，適于將一個或多個預失真參數(shù)應用到輸入信號上以產生用于加到放大器的預失真輸入信號。
12.權利要求11的方法，還包括適于放大預失真輸入信號以產生放大的輸出信號的放大器。
13.權利要求11的方法，其中功率檢測器適于測量輸入信號的即時包絡功率。
14.權利要求13的方法，還包括適于將來自功率檢測器的模擬功率測量值轉換為數(shù)字功率測量值的模數(shù)轉換器(ADC)。
15.權利要求14的方法，其中ADC適于在每個操作周期輸出當前的數(shù)字功率測量值和前一次數(shù)字功率測量值。
16.權利要求11的方法，其中組合索引值相應于當前和前一次功率測量值的鏈接。
17.權利要求16的方法，其中每個LUT映射當前和前一次功率測量值的所有可能組合。
18.權利要求11的方法，其中組合索引值相應于當前功率測量值和當前與前一次功率測量值的差的鏈接。
19.權利要求18的方法，其中每個LUT映射當前功率測量值和功率測量值的差的所有可能組合。
20.權利要求11的方法，其中每個LUT被存儲在RAM中，其中組合索引值應用于每個RAM以檢索一個或多個預失真參數(shù)中的一個。
21.權利要求11的方法，其中一個或多個LUT包括復合I LUT和復合Q LUT。
22.權利要求21的方法，其中調制器是適于將從復合I和Q LUT中檢索出的I和Q預失真參數(shù)應用到輸入信號上以產生預失真輸入信號的向量調制器。
23.權利要求11的方法，其中功率檢測器適于測量輸入信號的即時包絡功率；還包括適于將來自功率檢測器的模擬功率測量值轉換為數(shù)字功率測量值的模數(shù)轉換器(ADC)，其中ADC適于在每個操作周期輸出當前數(shù)字功率測量值和前一次數(shù)字功率測量值；組合索引值相應于當前和前一次功率測量值的鏈接；每個LUT映射當前和前一次功率測量值的所有可能組合；每個LUT被存儲在RAM中，其中組合索引值應用于每個RAM以檢索一個或多個預失真參數(shù)中的一個；一個或多個LUT包括復合I LUT和復合Q LUT；以及調制器是適于將從復合I和Q LUT中檢索出的I和Q預失真參數(shù)應用到輸入信號上以產生預失真輸入信號的向量調制器。
24.權利要求23的方法，還包括適于放大預失真輸入信號以產生放大的輸出信號的放大器。
全文摘要
當前和前一次輸入信號功率測量值被用于產生一個組合索引值，該索引值應用于一個或多個組合查找表(如，I LUT和Q LUT)以檢索一個或多個預失真參數(shù)(如I和Q)。在一種實施例中，一個組合索引值是將當前和前一次的功率測量值鏈接而生成的，其中每個復合LUT將當前和前一次的功率測量值的所有可能組合映射到相應的預失真參數(shù)值上。通過為每個I和Q使用復合LUT，與現(xiàn)有技術相比，預失真處理的總共信號處理時間可被極大削減，從而顯著減小用于延時輸入信號的RF延時線，因此提供一個更加廉價和更加有效的放大器系統(tǒng)。
文檔編號H03F1/32GK1610249SQ20041007916
公開日2005年4月27日 申請日期2004年9月15日 優(yōu)先權日2003年10月22日
發(fā)明者羅伯特·E·約翰森, 楊瑞康 申請人:安德魯公司