本發(fā)明一般來說涉及射頻(RF)通信，且更明確地說涉及改進射頻(RF)信號的功率放大的效率。

背景技術：

現(xiàn)代無線通信應用需要高速數據傳輸。此通過多級調制技術(例如，相移鍵控(PSK)及正交振幅調制(QAM))而成為可能。RF放大器中的非線性效應(例如，增益壓縮)會造成功率效率問題，在多級調制方案中尤其如此，由此導致折衷。存在用以補償這些非線性效應的若干方法。

在一種補償方法中，放大器的輸入功率降低，但此會導致功率效率損失?；衔锇雽w(例如，GaAs)也可用于RF放大器中，但其增加放大器的成本，使得其不適合于低成本及小規(guī)模集成電路實施方案。

一種類型的數字調制，PSK，使用不同的相位。這些相位中的每一者表示唯一的位符號型式。經調制信號具有同相分量及正交分量。一般來說，在調制之后，符號將是復的(x+iy)。如果信號值下降超過散點圖中的特定閾值，那么其將被檢測為另一符號，由此導致誤差。

QAM既是數字方案也是模擬方案。QAM使用振幅移位鍵控來傳遞兩個模擬信號或數字位流，且這些信號或位流通常為90度異相(且由此稱為正交的)。RF放大器中的增益不是線性的。在較高輸入電平下，增益往往會飽和。此效應稱為增益壓縮，且用以表示增益壓縮的參數稱為1dB壓縮點。1dB壓縮點可定義為輸出比預期值小1dB時的輸入功率。線性功率放大器的系統(tǒng)方程式可如下給出

y(t)＝a1*x(t) (1)

RF放大器的系統(tǒng)方程式可由于非線性度而一般化為：

y(t)＝a1*x(t)+a2*x²(t)+a3*x³(t) (2)

增益壓縮導致振幅及相位兩者的誤差(這是因為通常呈x+iy以及x及y形式的符號是單獨地被放大)。為獲得高速數據速率，可使用多級調制方案。先前觀察展示，RF放大器中的非線性度效應對這些調制方案造成了嚴重性能損失。

技術實現(xiàn)要素：

實例性實施例提供用以改進數字預失真調適性能的線性損傷建模系統(tǒng)。簡單來說，在架構中，除其它之外，所述系統(tǒng)的一個實例性實施例可如下實施：數字預失真(DPD)模塊，其經配置以接收射頻(RF)輸入信號且應用算法來對RF輸入信號進行濾波以產生經濾波RF輸入信號；功率放大器，其經配置以放大經濾波RF輸入信號以產生RF輸出信號；反饋后處理模塊，其經配置以對RF輸出信號進行取樣并處理經取樣信號；線性損傷建模模塊，其經配置以將輸入信號的非線性誤差與線性誤差分離；及DPD調適引擎，其經配置以基于線性損傷建模模塊的輸出及反饋后處理模塊的輸出來更新DPD算法。

實例性實施例還提供用以改進數字預失真調適性能的線性損傷建模方法。就此而言，除其它之外，此方法的一個實施例可由以下步驟來寬泛地概述：接收射頻(RF)輸入信號；對RF輸入信號應用數字預失真(DPD)處理以產生DPD信號；用功率放大器來放大DPD信號以產生RF輸出信號；根據RF輸出信號處理反饋信號；對RF輸入信號應用線性損傷模型；將經處理反饋信號與線性損傷模型的輸出組合以產生DPD誤差；及用DPD誤差來更新DPD處理。

附圖說明

圖1是DPD系統(tǒng)的實例性實施例的框圖。

圖2是圖1的發(fā)射處理器的實例性實施例的框圖。

圖3A是發(fā)射信號功率譜密度的信號圖。

圖3B是功率放大器輸出功率譜密度的信號圖。

圖4A是系統(tǒng)信號的功率譜密度曲線的信號圖。

圖4B是系統(tǒng)信號的功率譜密度曲線的信號圖。

圖5是用以改進數字預失真調適性能的線性損傷建模系統(tǒng)的實例性實施例的框圖。

圖6是圖5的發(fā)射處理器的實例性實施例的框圖。

圖7A是所接收反饋信號的功率譜密度曲線的信號圖。

圖7B是在DPD調適中使用的誤差的功率譜密度曲線的信號圖。

圖8是在DPD調適之后所接收信號的功率譜密度曲線的信號圖。

圖9是用以改進數字預失真調適性能的線性損傷建模方法的實例性實施例的流程圖。

具體實施方式

為了對抗由包絡追蹤系統(tǒng)中的功率放大器對輸入信號引入的失真，已開發(fā)出用于在放大輸入信號之前將預失真信號注入到輸入信號的路徑中的技術。所述預失真信號包含與由功率放大器引入的失真相等及相反的分量且經設計以消除由功率放大器對輸入信號引入的失真。

常規(guī)線性功率放大系統(tǒng)包含包絡檢測器、耦合到所述包絡檢測器的追蹤電力供應器、輸入信號調節(jié)器設備及功率放大器(PA)。PA優(yōu)選地耦合到用于無線地發(fā)射經放大輸出信號的天線(或天線陣列)。所述系統(tǒng)還可包含延遲電路。

所述包絡檢測器及追蹤電力供應器可用于追蹤輸入到系統(tǒng)中的信號并向功率放大器提供可變供應電壓?？勺児妷航浽O計以使功率放大器輸出維持處于或接近飽和并在輸入信號的寬廣變化范圍內增加功率放大器的效率。然而，供應到PA的供應電壓的變化可導致由所述PA向經放大信號引入增益及相位失真。

為了對抗由PA引入的增益及相位失真，輸入信號調節(jié)器使輸入信號預失真或對輸入信號進行調節(jié)。所述輸入信號調節(jié)器可包含非線性相位映射器、相位調整器、非線性增益映射器及增益調整器中的一者或多者。輸出信號的增益及相位變化可與提供到PA的供應電壓相關或以其它方式隨著所述供應電壓變化而出現(xiàn)。可依據供應電壓來校準或以其它方式經驗性地確定輸出信號的增益及相位變化，以形成分別在非線性相位映射器及非線性增益映射器中實施的非線性相位映射及增益映射。

所述非線性相位映射器及非線性增益映射器可接著分別用于基于提供到PA的供應電壓而調整相位調整器及增益調整器的傳遞函數。通過調整所述相位調整器及增益調整器的傳遞函數，可調整輸入信號的相位及增益以對抗由PA在變化的供應電壓下對輸入信號引入的增益及相位失真。

在用以改進數字預失真(DPD)調適性能的線性損傷建模系統(tǒng)及方法的實例性實施例中，使用反饋線性建模來增加DPD調適的性能及穩(wěn)定性。通過使用性能及穩(wěn)定性DPD抑制RF功率放大器非線性頻率再增長來改進PA效率。為增加PA效率，本文中所揭示的系統(tǒng)及方法使用RF反饋環(huán)路建模來移除線性誤差且僅使用非線性誤差來調適DPD。

在實例性實施方案中，蜂窩式網絡系統(tǒng)部署RF PA以將RF信號從基站發(fā)射到移動電話。數字預失真系統(tǒng)可通過使用預失真模塊抑制因功率放大器飽和產生的頻譜再增長而改進RF放大器效率。RF損傷存在于發(fā)射路徑及反饋路徑兩者中且將影響DPD性能。帶內誤差比非線性度更加快地隨著時間而漂移，且所述漂移的一部分是由于相位及增益隨著時間的變化而引起。

先前方法已使用聯(lián)合線性與非線性誤差來執(zhí)行調適并使用反饋均衡器來使信道頻率相依響應特性均衡。在先前系統(tǒng)中，DPD性能已受帶內誤差的限制。由于功率放大器非線性信號與線性信號展示出有限相關性而出現(xiàn)穩(wěn)定性問題。為滿足規(guī)定的參數，這些問題也會使PA效率受損。

實例性實施例實施線性損傷模型以有效地將非線性誤差與線性誤差分離，此會優(yōu)化DPD性能并增加系統(tǒng)穩(wěn)定性。線性損傷起因于模擬濾波器分量頻率響應特性及IQ失衡。參考圖1，線性損傷通過使復均衡器的輸出與放大器反饋之間的誤差最小化而使用業(yè)務信號X及反饋來訓練所述均衡器。DPD將使用被移除了線性帶內誤差的誤差以專注于非線性校正，此會改進DPD性能。在減去線性損傷之后，用于DPD調適的誤差僅含有非線性誤差。在本文中所揭示的系統(tǒng)及方法中，線性損傷模型在DPD調適被執(zhí)行之前移除線性誤差。

實例性實施例實施線性損傷模型以移除線性誤差，因此DPD模型可專注于非線性校正，此優(yōu)化DPD性能并以減少的成本增加系統(tǒng)穩(wěn)定性?？蓪⒋朔N技術擴展為在DPD不具有極高取樣率時將高階非線性混疊包含在損傷模型中。實例性實施例使用損傷模型來對線性化帶寬(在混疊方面，其可能會出現(xiàn))之外的非線性度進行建模，因此DPD可專注于所需線性化帶寬內的非線性度補償且還可以低得多的速率運行。還可將此種技術擴展到在存在其它結構化噪聲的情況下出現(xiàn)的任何估計或補償問題。

損傷模型適用于對可能遺漏于補償器中的補償模型之外的結構化噪聲進行建模。功率放大器非線性頻譜分量通常比帶內線性頻譜分量低20dB到30dB。因此，可使用聯(lián)合調適算法來調適DPD塊及發(fā)射線性度均衡器。對DPD塊與發(fā)射線性度均衡器塊的聯(lián)合調適會因PA功率放大器非線性信號與線性信號展示出有限相關性而經歷穩(wěn)定性問題及DPD鄰近信道功率比性能漂移。對于復反饋應用，具有頻域約束的反饋均衡器訓練在IQ失衡分量與帶內分量重疊時會經歷顯著的性能降級。

回環(huán)延遲時間可隨著時間且相對于發(fā)射信號的不同頻率分量而漂移。這些時間延遲漂移可大約為分數模/數轉換取樣時間間隔?？蓪嵤╊~外分數延遲補償。分數延遲計算的準確度會限制DPD性能穩(wěn)定性。應用于參考信號的線性模型對于帶內信號來說可為準確的，此大大地簡化了包含I及Q失衡估計的信道估計。另一方面，如果在反饋后處理模塊之內應用I及Q補償，那么補償器可為跨越頻帶平直交叉的。發(fā)射信號頻譜可由蜂窩式網絡物理層標準定義。功率放大器輸出信號頻譜是具有廣泛散布的再增長的頻譜。隨著DPD調適收斂，在DPD開始之前，DPD塊輸出信號功率譜密度類似于功率放大器輸出信號功率譜密度。

在具有功率放大器的蜂窩式網絡系統(tǒng)中，可估計數字預失真分量。此估計可產生非線性再增長，而此會影響頻域信號。預失真信號可用于在保持于規(guī)范內的同時改進功率放大器的效率。然而，對于線性路徑及非線性路徑會發(fā)生損傷。另外，線性誤差比非線性度誤差更快地進行調整，此也影響最終的DPD結果。使用線性及非線性兩種調適的先前方法是使用均衡器來嘗試補償反饋損傷。然而，DPD性能受因相位或增益變化而處于主導地位的線性誤差限制。由于所有線性信號與非線性信號組合在一起，因而整體穩(wěn)定性可能會成問題。因此，調適受限且將影響穩(wěn)定性。為了滿足規(guī)范，會使功率放大器效率受損。

實例性實施例通過將線性損傷與非線性損傷分離而允許實現(xiàn)較高功率放大器效率。線性分量可與整體誤差分離，因此在DPD調適中僅使用非線性誤差。實例性實施例包含三個主要模塊，其為：DPD模塊、DPD調適引擎及線性損傷建模模塊。線性損傷建模模塊對具有某一IQ失衡的模擬響應進行建模。線性損傷模型可近似為線性復濾波器，其可表示為：

$X_{\mathrm{mod}el}=\underset{k}{\Σ}\left(X\right(n-k)h_k+X*(n-k\left)g_k\right)$

可在線地或逐樣本地執(zhí)行對損傷模型的訓練?？墒褂脤嶋H輸入信號及來自功率放大器的反饋來訓練線性損傷模型?？稍趯斎氲紻PD模塊的業(yè)務信號的每一捕獲或取樣期間訓練濾波器系數。在先前設計中，對準或相位旋轉是在反饋環(huán)路中的分數延遲補償中執(zhí)行。在實例性實施例中，此反饋處理并非必需的，因為誤差的線性部分已被移除。在線性建模訓練過程期間移除相位改變及增益改變，從而改進反饋后處理。DPD、DPD調適引擎、反饋后處理及線性損傷建模全部可在DSP上的軟件中執(zhí)行。

圖1展示常規(guī)發(fā)射器100，其將基帶信號BB轉換為射頻(RF)以在發(fā)射電路上發(fā)射。作為轉換過程的一部分，發(fā)射處理器102可在數字域中對基帶信號BB執(zhí)行峰值因數減小(CFR)、數字上變頻、DPD及其它過程以產生數字I及Q信號。這些數字I及Q信號接著由數/模轉換器(DAC)104-1及104-2轉換為模擬I及Q信號以為調制器(包含從本機振蕩器(LO)112接收本機振蕩器信號的混頻器108-1及108-2以及相位調整器110-1)產生模擬信號。所述調制器接著為功率放大器(PA)114產生RF信號。然而，PA 114是非線性的，因此發(fā)射處理器的DPD校正允許在基帶中使所述信號預失真以補償PA 114中的非線性度。

為執(zhí)行此DPD校正，發(fā)射器100包含反饋電路，所述反饋電路通常包含模/數轉換器(ADC)106-1及106-2以及解調器(所述解調器包含從LO 112接收本機振蕩器信號的混頻器108-3及108-4以及相位調整器110-2)。所述解調器能夠解調來自PA 114的RF輸出以產生模擬I及Q反饋信號，所述模擬I及Q反饋信號接著由ADC 106-1及106-2轉換為數字I及Q信號。

圖2更詳細地展示發(fā)射處理器102的實例。發(fā)射處理器102通常包含基帶電路205(其可執(zhí)行CFR以及其它任務)、數字預失真(DPD)模塊210、DPD調適引擎220、發(fā)射接口225(發(fā)射接口225將數字I及Q發(fā)射信號提供到發(fā)射電路、反饋后處理模塊230及誤差模塊240)。蜂窩式網絡系統(tǒng)部署高功率PA 114以將RF信號從基站發(fā)射到移動電話。DPD模塊210增加PA 114的效率以抑制因功率放大器飽和產生的頻譜再增長。DPD調適引擎220可使用來自反饋后處理模塊230的反饋來用誤差模塊240產生輸入信號與反饋信號之間的誤差。DPD調適引擎220使用此誤差來調適其預失真模型以使等于發(fā)射信號的反饋信號相關。RF損傷存在于發(fā)射路徑及反饋路徑兩者中且將影響DPD模塊210的性能。此實例計算反饋數據與參考信號之間的誤差，并聯(lián)合地調適線性及非線性失真。反饋后處理模塊230在RMS功率、相位、整數及分數延遲方面將反饋與參考信號對準。反饋后處理模塊230還可補償復反饋系統(tǒng)中的IQ失衡。

圖3A展示PA的輸入信號的頻譜的信號圖。圖3B展示PA的輸出的頻譜的信號圖。隨著DPD調適收斂，在DPD調適開始之前，DPD塊輸出信號的功率譜密度類似于PA輸出信號功率譜密度。

圖4A及圖4B針對多次信號捕獲展示DPD系統(tǒng)中的誤差信號的功率譜密度曲線的信號圖。信號420及450表示數字參考信號功率。信號430及460表示反饋信號與參考信號420及450之間的誤差。信號410及440表示在相位及增益對準之后的誤差。穩(wěn)定性隨著時間而改變。誤差比非線性度更快地漂移，且漂移是由于相位及增益隨著時間的變化而引起。

圖5展示用以改進數字預失真調適性能的所揭示線性損傷建模系統(tǒng)及方法的發(fā)射器500的實例性實施例。發(fā)射器500類似于發(fā)射器100，只不過發(fā)射器500包含采用如圖6中所展示的線性損傷建模模塊的發(fā)射處理器502。

圖6展示系統(tǒng)600的框圖，系統(tǒng)600是用以改進數字預失真調適性能的線性損傷建模系統(tǒng)的實例性實施例。系統(tǒng)600包含基帶電路605、DPD模塊610、DPD調適引擎620、發(fā)射接口625、反饋后處理630、線性損傷建模模塊660及DPD誤差模塊640。DPD模塊610校正由PA 650引入的誤差。DPD模塊610在每一取樣期間由DPD調適引擎620修改。線性損傷建模模塊660使用來自輸入信號及來自FB后處理模塊630的輸入將線性誤差與非線性誤差分離。線性損傷建模模塊660移除線性誤差，使得DPD調適引擎620僅基于非線性誤差而調適DPD模塊410。此增加系統(tǒng)穩(wěn)定性且允許在線性損傷建模之內校正IQ失衡，從而簡化反饋后處理。

圖7A展示所接收反饋信號的信號圖，所述所接收反饋信號包含PA非線性度、線性信道失真及反饋IQ失衡。信號710表示反饋信號的功率譜密度。信號720表示線性損傷建模的輸出功率譜密度。在減去線性損傷之后，如圖7B中所示，用于DPD調適的誤差僅含有非線性誤差。圖7B展示用于DPD訓練的誤差的功率譜密度的信號圖。

圖8展示在DPD調適之后所接收反饋信號的信號圖，其中所述反饋信號僅含有線性分量及其I/Q失衡分量，如信號820中所表示。信號810將在反饋線性建模之后的誤差信號表示為噪聲基準。線性損傷不再促成DPD誤差，因此性能更加穩(wěn)定。

圖9展示用以改進數字預失真調適性能的線性損傷建模方法的實例性實施例的流程圖900。在框910中，接收數字輸入信號。在框920中，對輸入信號應用數字預失真(DPD)處理以產生DPD信號。在框930中，使DPD信號通過發(fā)射接口以發(fā)送到發(fā)射電路且隨后用功率放大器進行放大以產生RF輸出信號。在框940中，依據反饋信號來處理反饋信號。在框950中，對輸入信號應用線性損傷模型。在框960中，將經處理反饋信號與線性損傷模型的輸出組合以產生DPD誤差。在框970中，用DPD誤差來更新DPD處理。

圖9的流程圖展示線性損傷建模軟件的可能實施方案的架構、功能性及操作。在圖9中，每一框表示一模塊、分段或代碼部分，其包含用于實施指定邏輯功能的一個或多個可執(zhí)行指令。在一些替代實施方案中，框中所述的功能可不以圖9中所述的次序發(fā)生。舉例來說，圖9中連續(xù)展示的兩個框可(在一些實施方案中)大致上同時執(zhí)行，或者所述框有時可以反向次序執(zhí)行，此取決于所涉及的功能性。流程圖中的任何過程描述或框應理解為表示模塊、分段或代碼部分，其包含用于實施過程中的特定邏輯功能或步驟的一個或多個可執(zhí)行指令，且替代實施方案包含于實例性實施例的范圍內，其中功能可不以來自所展示或所論述的次序的次序執(zhí)行，包含大致上同時執(zhí)行或以反向次序執(zhí)行，此取決于所涉及的功能性。此外，流程圖中的過程描述或框應理解為表示由硬件結構(例如狀態(tài)機)做出的決策。

實例性實施例的邏輯可以硬件、軟件、固件或其組合實施。在實例性實施例中，邏輯以存儲于存儲器中且由適合指令執(zhí)行系統(tǒng)執(zhí)行的軟件或固件實施。如在替代實施例中，如果以硬件來實施，那么邏輯可以如下常規(guī)技術的任一者或組合來實施：具有用于對數據信號實施邏輯功能的邏輯門的離散邏輯電路、具有適當組合邏輯門的專用集成電路(ASIC)、可編程門陣列(PGA)及現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)。此外，實例性實施例的范圍包含在以硬件或軟件配置的媒體體現(xiàn)的邏輯中體現(xiàn)本文中所揭示的實例性實施例的功能性。

包含用于實施邏輯功能的可執(zhí)行指令的有序列表的軟件實施例可以任何計算機可讀媒體體現(xiàn)，以供由指令執(zhí)行系統(tǒng)、設備或裝置(例如基于計算機的系統(tǒng)、含有處理器的系統(tǒng)或可從所述指令執(zhí)行系統(tǒng)、設備或裝置取得指令并執(zhí)行所述指令的其它系統(tǒng))使用或連同其一起使用。在本文的上下文中，“計算機可讀媒體”可為可含有、存儲或傳達供指令執(zhí)行系統(tǒng)、設備或裝置使用或連同其一起使用的程序的任何構件。計算機可讀媒體可為(舉例來說，但不限于)電子、磁性、光學、電磁、紅外或半導體系統(tǒng)、設備或裝置。計算機可讀媒體的更特定的實例(非窮盡性列表)包含：便攜式計算機磁盤(磁性)、隨機存取存儲器(RAM)(電子)、只讀存儲器(ROM)(電子)、可擦除可編程只讀存儲器(EPROM或快閃存儲器)(電子)及便攜式光盤只讀存儲器(CDROM)(光學)。此外，實例性實施例的范圍包含在以硬件或軟件配置的媒體體現(xiàn)的邏輯中體現(xiàn)實例性實施例的功能性。

在權利要求書的范圍內，可對所描述實施例做出修改，且可做出其它實施例。