消除載波的數(shù)字預(yù)失真的制作方法
【專利摘要】一種非線性功率放大器，基于預(yù)失真信號產(chǎn)生放大的輸出信號，其中所述預(yù)失真信號是由數(shù)字預(yù)失真器(DPD)基于輸入信號產(chǎn)生的。一種反饋路徑，基于所述放大的輸出信號產(chǎn)生反饋信號。所述反饋信號與輸入信號對齊，或者相反，并且所述對齊的信號被用來自適應(yīng)地更新DPD處理。特別地，基于所述輸入和反饋信號，估計(jì)線性FIR濾波器以最小化成本函數(shù)。根據(jù)濾波器如何產(chǎn)生，將所述濾波器應(yīng)用于所述輸入信號或反饋信號，以產(chǎn)生對齊的輸入和反饋信號。
【專利說明】消除載波的數(shù)字預(yù)失真
[0001]相關(guān)申請的交叉引用
[0002]本申請要求2011年12月5日提交的以美國臨時(shí)申請N0.61/485，161 (代理案卷號為1052.090PR0V)的優(yōu)先權(quán)，通過引用將其教導(dǎo)整體并入在此。
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0003]本發(fā)明涉及信號處理，并且更具體地但不排他地，涉及使用數(shù)字預(yù)失真將非線性系統(tǒng)(例如，非線性放大器)線性化。
【背景技術(shù)】
[0004]介紹
[0005]本部分介紹了可以有助于促進(jìn)更好地理解本發(fā)明的若干方面。因此，本部分的陳述應(yīng)從這個(gè)角度來閱讀，并且不應(yīng)被理解為關(guān)于什么是現(xiàn)有技術(shù)或者什么不是現(xiàn)有技術(shù)的承認(rèn)。
[0006]圖1示出了信號處理系統(tǒng)100的示意性框圖，其實(shí)現(xiàn)了傳統(tǒng)的使用數(shù)字預(yù)失真來線性化具有非線性放大器134的模擬子系統(tǒng)130的線性化方案。信號處理系統(tǒng)100接收數(shù)字輸入信號x[n]并產(chǎn)生線性化的、放大的模擬輸出信號y_(t)。
[0007]尤其，通過數(shù)字預(yù)失真(DPD)模塊114處理數(shù)字(例如，基帶或IF(中頻))輸入信號x[n]以產(chǎn)生預(yù)失真的數(shù)字信號Xpd [η]，其通過數(shù)字-模擬轉(zhuǎn)換器(DAC) 120轉(zhuǎn)換為模擬預(yù)失真信號xpd(t)。使用上變頻器132將DAC的輸出變頻轉(zhuǎn)換為期望的頻率(例如，RF(射
頻))，以產(chǎn)生RF模擬預(yù)失真信號⑴=Re{v(OeMi}。通過非線性放大器134放大RF
信號Xpd—rf(t)以產(chǎn)生輸出信號yamp⑴。
[0008]數(shù)字預(yù)失真的目的
[0009]信號處理系統(tǒng)100中的數(shù)字預(yù)失真的目的是確保輸出信號yamp(t)接近數(shù)字輸入信號χ[η]的(理論)模擬版本X(n)的線性縮放版本。即，JW (O =&句，其中G是常數(shù)。注意，在上面的符號中，數(shù)字信號x[n]是模似信號x(t)的采樣的版本。
[0010]數(shù)字預(yù)失真函數(shù)的計(jì)算
[0011]在一個(gè)典型實(shí)施方式中，放大器輸出信號Yamp(t)的一小部分在抽頭140處被移除，并被使用下變頻器150向下混合到合適的中頻(IF)(或者，替代地，到基帶)。使用模擬-數(shù)字(ADC)轉(zhuǎn)換器160將所得到的下變頻反饋信號yfb(t)數(shù)字化以產(chǎn)生數(shù)字反饋信號Yfb [η]。
[0012]最初，計(jì)算由模塊114實(shí)現(xiàn)的數(shù)字預(yù)失真函數(shù)，隨后通過使用控制器(圖1中未示出)來比較輸入信號x[n]和反饋信號yfb[n]而自適應(yīng)地更新該數(shù)字預(yù)失真函數(shù)，其中所述控制器可被實(shí)施為DH)模塊114的一部分，或者與DH)模塊114分離?？梢杂?至少)下面兩種方式中的一種來執(zhí)行該計(jì)算:
[0013]I)在非實(shí)時(shí)實(shí)現(xiàn)方式中，通過控制器離線地捕獲并處理輸入信號x[n]的樣本塊和反饋信號yfjn]的樣本塊，以估計(jì)預(yù)失真函數(shù)。這種估計(jì)通常在DSP (數(shù)字信號處理器)或微控制器中執(zhí)行。
[0014]2)在實(shí)時(shí)實(shí)方式現(xiàn)中，通過控制器，利用自適應(yīng)非線性濾波器結(jié)構(gòu)，基于逐個(gè)樣本更新預(yù)失真函數(shù)。
[0015]預(yù)處理
[0016]在兩種情況下，在控制器估計(jì)預(yù)失真函數(shù)之前，對信號χ [η]和yfb[n]中的一方或兩方進(jìn)行預(yù)處理。該預(yù)處理對齊這兩個(gè)信號的延遲、增益和相位。在數(shù)學(xué)上，這可被描述為如下:
[0017]根據(jù)下式(I)估計(jì)使成本函數(shù)(cost function) C ( τ，α )最小化的延遲τ和復(fù)合增益α:
[0018]CO，α ) = E {(χ [η- τ ] - a yfb [η])2}, (I)
[0019]其中，Ε{.}表示期望值算子(或平均)。在非實(shí)時(shí)實(shí)現(xiàn)方式中，將成本函數(shù)最小化縮簡為估計(jì)在最小二乘的意義上最小化成本函數(shù)的延遲τ和復(fù)合增益α的值。注意，可以依次地和/或聯(lián)合地估計(jì)延遲τ和復(fù)合增益α。此外，注意，延遲τ可以是分?jǐn)?shù)延遲(fractio nal delay)。用于最小二乘法估計(jì)的技術(shù)是公知的。例如，參見W.H.Press,B.P.Flannery, S.A.Teukolsky,和 W.Τ.Vetterling 著，Numerical Recipes:The art ofScientific Computing(紐約:劍橋大學(xué)出版社(Cambridge University Press), 1986),通過引用將其教導(dǎo)并入在此。τ和α的優(yōu)值分別被表示為Tc^Pacit5
[0020]數(shù)字預(yù)失真函數(shù)
[0021]在預(yù)處理之后，根據(jù)下式(2)，數(shù)字預(yù)失真可被描述為估計(jì)使偏差D最小化的任意的非線性函數(shù)fpd(.):
[0022]D = E {(ftxl (χ [η- τ J , χ [η- τ 0-1]，χ [η— τ 0+1]，...)Si0Jfh [η])2} (2)
[0023]現(xiàn)有技術(shù)的局限性
[0024]如式(I)所示的輸入信號的預(yù)處理采取了延遲(由參數(shù)τ的估計(jì)表示)和相位對齊(由參數(shù)α的估計(jì)表示)。如果有導(dǎo)致輸入信號x[n]和反饋信號yfb[n]之間的進(jìn)一步的不對齊的其它線性失真產(chǎn)物(linear distortion products),那么上述對齊過程會限制數(shù)字預(yù)失真算法的線性度和穩(wěn)定性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0025]在一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明是一種線性化的系統(tǒng)，包括:自適應(yīng)預(yù)失真器，被配置為對輸入信號進(jìn)行預(yù)失真以產(chǎn)生預(yù)失真的信號；非線性傳輸路徑，被配置為從所述預(yù)失真的信號產(chǎn)生輸出信號；以及反饋路徑，被配置為基于所述輸出信號產(chǎn)生反饋信號，其中所述系統(tǒng)被配置為通過如下使所述自適應(yīng)預(yù)失真器自適應(yīng):(I)基于所述輸入信號和所述反饋信號優(yōu)化使成本函數(shù)最小化的濾波器；(2)將優(yōu)化的濾波器應(yīng)用于所述輸入信號或所述反饋信號，以產(chǎn)生對齊的輸入信號和對齊的反饋信號；以及(3)基于所述對齊的輸入和反饋信號更新所述自適應(yīng)預(yù)失真器。
[0026]附圖簡要說明
[0027]從下面詳細(xì)的描述、所附權(quán)利要求、以及附圖，本發(fā)明的其他方面、特征和優(yōu)勢將變得更全面清楚，并且附圖中相似的標(biāo)記指示相似或相同的元素。[0028]圖1示出了實(shí)現(xiàn)采用數(shù)字預(yù)失真來線性化具有非線性放大器的非線性子系統(tǒng)的傳統(tǒng)線性化方案的信號處理系統(tǒng)的示意性框圖；以及
[0029]圖2示出了根據(jù)本公開一個(gè)實(shí)施例的對齊處理的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0030]圖2示出了根據(jù)本公開一個(gè)實(shí)施例的對齊處理的流程圖。圖2的處理意圖在利用輸入信號x[n]和反饋信號yfb[n]更新圖1的自適應(yīng)DTO模塊114中用來將輸入信號χ [η]預(yù)失真的預(yù)失真參數(shù)之前，對齊輸入信號χ [η]和反饋信號yfb[n]。在一個(gè)典型的實(shí)施例中，通過與實(shí)現(xiàn)DH)模塊114相同的數(shù)字處理器來實(shí)現(xiàn)圖2的處理。
[0031 ] 在圖2的步驟202中，對于與輸入信號χ [η]和反饋信號yfb [η]兩者對應(yīng)的樣本集，根據(jù)下式(3)，估計(jì)長度為 Nh的線性有限脈沖響應(yīng)(FIR)濾波器ha[n]，其使成本函數(shù)C(h)最小化:
[0032]C (h) = E {(χ [n] *ha [n] -yft [η])2}.(3)
[0033]其中*表示卷積。可以應(yīng)用傳統(tǒng)的方法，例如最小二乘法(LS)、總最小二乘法(TLS)、遞歸最小二乘法(RLS)、梯度下降法(Gradient Descent)、或最小均方法(LMS),來使式(3)中的成本函數(shù)最小化，以獲得優(yōu)化的解決方案。從上述優(yōu)化得到的優(yōu)化的濾波器結(jié)果由ha—_[η]表示。
[0034]在步驟204中，根據(jù)下式(4)，計(jì)算在零頻率處所述優(yōu)化的濾波器ha _ [η]的復(fù)合增益(幅值和相位)ga—
[0035]
【權(quán)利要求】
1.一種線性化的系統(tǒng)，包括: 自適應(yīng)預(yù)失真器，被配置為對輸入信號進(jìn)行預(yù)失真以產(chǎn)生預(yù)失真的信號； 非線性傳輸路徑，被配置為從所述預(yù)失真的信號產(chǎn)生輸出信號；以及反饋路徑，被配置為基于所述輸出信號產(chǎn)生反饋信號，其中所述系統(tǒng)被配置為通過如下使所述自適應(yīng)預(yù)失真器自適應(yīng): (1)基于所述輸入信號和所述反饋信號優(yōu)化使成本函數(shù)最小化的濾波器； (2)將優(yōu)化的濾波器應(yīng)用于所述輸入信號或所述反饋信號，以產(chǎn)生對齊的輸入信號和對齊的反饋信號；以及 (3)基于所述對齊的輸入和反饋信號更新所述自適應(yīng)預(yù)失真器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的發(fā)明，其中所述非線性傳輸路徑包括非線性功率放大器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的發(fā)明，其中所述成本函數(shù)C(h)由下式給出:
C (h ) = E {(X [n] *ha [n] -yft [η])2} 其中: X [n]是所述輸入信號； yfb[n]是所述 反饋信號； ha[n]是所述濾波器； *表示卷積；以及 E{.}是期望算子。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的發(fā)明，其中所述系統(tǒng)被配置為根據(jù)下式計(jì)算在零頻率處所述優(yōu)化的濾波器ha—_[η]的復(fù)合增益ga—_:
Nh-1
8a_opt =
k=Q 其中: Nh是所述優(yōu)化的濾波器的長度。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的發(fā)明，其中: 所述系統(tǒng)被配置為根據(jù)下式產(chǎn)生所述對齊的輸入信號Χρ [η]: xp[n] = x[n]*Ha-opti.-

S a_opt 并且所述系統(tǒng)被配置為根據(jù)下式產(chǎn)生所述對齊的反饋信號yfb—p[n]: yfb—p[n] — yfb[n]。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的發(fā)明，其中所述成本函數(shù)C(h)由下式給出:
C (h) = E {(yfb [n] *hb [η] -χ [η])2} 其中: X [η]是所述輸入信號； yfb[n]是所述反饋信號； hb[n]是所述濾波器； *表示卷積；以及 E{.}是期望算子。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的發(fā)明，其中所述系統(tǒng)被配置為根據(jù)下式計(jì)算在零頻率處所述優(yōu)化的濾波器hb—_[η]的復(fù)合增益gb—_:
8.根據(jù)權(quán)利要求7的發(fā)明，其中: 所述系統(tǒng)被配置為根據(jù)下式產(chǎn)生所述對齊的反饋信號yfb—p[n]:
9.根據(jù)權(quán)利要求1的發(fā)明，其中所述系統(tǒng)被配置為自適應(yīng)地實(shí)時(shí)更新所述自適應(yīng)預(yù)失真器。
10.根據(jù)權(quán)利要求1的發(fā)明，其中所述系統(tǒng)被配置為自適應(yīng)地非實(shí)時(shí)更新所述自適應(yīng)預(yù)失真器。
11.一種將非線性傳輸路徑線性化的方法，所述方法包括: 施加輸入信號到自適應(yīng)預(yù)失真器以產(chǎn)生預(yù)失真的信號； 施加所述預(yù)失真的信號到所述非線性傳輸路徑以產(chǎn)生輸出信號；以及 使用反饋路徑基于所述輸出信號產(chǎn)生反饋信號，以及 通過以下使所述自適應(yīng)預(yù)失真器自適應(yīng): (1)基于所述輸入信號和所述反饋信號優(yōu)化將成本函數(shù)最小化的濾波器； (2)將優(yōu)化的濾波器應(yīng)用于所述輸入信號或所述反饋信號，以產(chǎn)生對齊的輸入信號和對齊的反饋信號；以及 (3)基于所述對齊的輸入信號和反饋信號更新所述自適應(yīng)預(yù)失真器。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的發(fā)明，其中所述非線性傳輸路徑包括非線性功率放大器。
13.根據(jù)權(quán)利要求11的發(fā)明,其中所述成本函數(shù)C(h)由下式給定:
C (h) = E {(X [n] *ha [n] -yft [η])2} 其中: X [n]是所述輸入信號； yfb[n]是所述反饋信號； ha[n]是所述濾波器；以及 E{.}是期望算子。
14.根據(jù)權(quán)利要求13的發(fā)明，其中根據(jù)下式計(jì)算在零頻率處所述優(yōu)化的濾波器1^opt [η]的復(fù)合增 ? ga opt:
15.根據(jù)權(quán)利要求14的發(fā)明，其中: 根據(jù)下式產(chǎn)生所述對齊的輸入信號Χρ[η]:
xp[n] = x[n]*ha-opt[n-

S a_ opt 并且根據(jù)下式產(chǎn)生所述對齊的反饋信號yft—p[η]: yfb—ρ [η] — Yfb [η]。
16.根據(jù)權(quán)利要求11的發(fā)明,其中所述成本函數(shù)C(h)由下式給定:
C (h) = E {(yfb [n] *hb [η] -χ [η])2} 其中: X [η]是所述輸入信號； yfb[n]是所述反饋信號； hb[n]是所述濾波器； *表示卷積；以及 E{.}是期望算子。
17.根據(jù)權(quán)利要求16的發(fā)`明，其中根據(jù)下式計(jì)算在零頻率處所述優(yōu)化的濾波器hboPt [η]的復(fù)合增? gb—oPt:
Nh-1 gb_oPl = Συ&] k=0 其中: Nh是所述優(yōu)化的濾波器的長度。
18.根據(jù)權(quán)利要求17的發(fā)明，其中: 根據(jù)下式產(chǎn)生所述對齊的反饋信號yfb—p[n]:
…n’hb optW


O b_ opt 并且，根據(jù)下式產(chǎn)生所述對齊的輸入信號xp[n]:
Xp [η] = χ [η]。
19.根據(jù)權(quán)利要求11的發(fā)明，其中所述自適應(yīng)預(yù)失真器被自適應(yīng)地實(shí)時(shí)更新。
20.根據(jù)權(quán)利要求11的發(fā)明，其中所述自適應(yīng)預(yù)失真器被自適應(yīng)地非實(shí)時(shí)更新。
【文檔編號】H03F1/32GK103620952SQ201280023035
【公開日】2014年3月5日 申請日期:2012年5月1日 優(yōu)先權(quán)日:2011年5月12日
【發(fā)明者】雷杰弗·錢德拉瑟卡蘭 申請人:安德魯有限責(zé)任公司