專利名稱：具有抽頭輸出歸一化的非線性模型的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一般來說，本發(fā)明涉及用于構(gòu)建非線性電子裝置的物理模型的技術(shù)，更具體來說，涉及用于對輸入信號補(bǔ)償由電子裝置引入輸入信號的失真的方法和設(shè)備。
背景技術(shù)：
用于通信應(yīng)用的射頻功率放大器的設(shè)計(jì)常常涉及線性度與效率之間的折衷。功率放大器通常當(dāng)工作在飽和點(diǎn)或其附近時(shí)最有效率。但是，在飽和點(diǎn)或其附近的放大器的響應(yīng)是非線性的。一般來說，當(dāng)工作在高效率范圍時(shí)，功率放大器的響應(yīng)呈現(xiàn)非線性和記憶效應(yīng)。改進(jìn)功率放大器的效率及其整體線性度的一種方式是以數(shù)字方式對功率放大器的輸入進(jìn)行預(yù)失真，以便補(bǔ)償由功率放大器所引入的失真。實(shí)際上，在預(yù)期失真將由功率放大器引入的情況下調(diào)整輸入信號，使得輸出信號在很大程度上沒有失真產(chǎn)物。一般來說，預(yù)失真在基帶頻率(即，在信號被上變頻到射頻之前)以數(shù)字方式應(yīng)用于信號。在線性度和效率兩方面改進(jìn)發(fā)射器系統(tǒng)的整體性能時(shí)，這些技術(shù)能夠是相當(dāng)有益的。此外，這些技術(shù)因預(yù)失真器的數(shù)字實(shí)現(xiàn)而能夠相對廉價(jià)些。實(shí)際上，由于這些技術(shù)的可用性，可考慮到比原本可準(zhǔn)許的更寬松的線性度要求來設(shè)計(jì)功率放大器，因而潛在地降低整體系統(tǒng)的成本。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供失真模型以供預(yù)失真系統(tǒng)中使用。預(yù)失真系統(tǒng)包括預(yù)失真器、功率放大器和失真建模電路。預(yù)失真器對輸入信號進(jìn)行預(yù)失真，以便補(bǔ)償由功率放大器所引入的失真。失真建模電路使用失真模型來計(jì)算由預(yù)失真器應(yīng)用于輸入信號的預(yù)失真器加權(quán)系數(shù)。失真模型使用抽頭輸出歸一化將從基函數(shù)集合中的不同基函數(shù)生成的數(shù)據(jù)信號的方差歸一化到預(yù)定值。相應(yīng)地，本發(fā)明的實(shí)施例包括用于對輸入信號補(bǔ)償由對輸入信號進(jìn)行操作的電子裝置所引入的失真以產(chǎn)生輸出信號的各種方法。在一個(gè)示范方法中，從輸入信號和輸出信號來生成表示多個(gè)抽樣時(shí)間實(shí)例的第一和第二信號樣本。對于所述抽樣時(shí)間實(shí)例中的一個(gè)或多個(gè)，從第一信號樣本以及電子裝置或預(yù)失真器的非線性失真模型中的基函數(shù)集合來生成對應(yīng)的數(shù)據(jù)樣本集合。將數(shù)據(jù)樣本歸一化，使得來自各基函數(shù)的歸一化數(shù)據(jù)樣本具有預(yù)定方差。然后，按照非線性失真模型計(jì)算使歸一化數(shù)據(jù)樣本擬合第二信號樣本的模型加權(quán)系數(shù)。模型擬合參數(shù)被用來確定預(yù)失真器權(quán)重集合，預(yù)失真器權(quán)重集合由預(yù)失真器應(yīng)用于功率放大器的輸入信號。本發(fā)明的其它實(shí)施例包括預(yù)失真電路，該預(yù)失真電路用于對輸入信號進(jìn)行預(yù)失真，以便補(bǔ)償由對輸入信號進(jìn)行操作的電子裝置所引入的失真以產(chǎn)生輸出信號。一個(gè)示范預(yù)失真電路包括輸入電路、失真建模電路和預(yù)失真器。輸入電路配置成對于多個(gè)抽樣時(shí)間實(shí)例中的每個(gè)，從輸入和輸出信號來生成第一和第二信號樣本。失真建模電路對電子裝置或預(yù)失真器的失真建模，并且計(jì)算預(yù)失真器的預(yù)失真權(quán)重。失真建模電路配置成對于一個(gè)或多個(gè)抽樣時(shí)間實(shí)例，從第一信號樣本以及電子裝置或預(yù)失真器的非線性失真模型中的基函數(shù)集合來生成對應(yīng)的數(shù)據(jù)樣本集合。失真建模電路將數(shù)據(jù)樣本歸一化，使得來自各基函數(shù)的歸一化數(shù)據(jù)樣本具有預(yù)定方差，按照非線性失真模型計(jì)算使歸一化數(shù)據(jù)樣本擬合第二信號樣本的模型加權(quán)系數(shù)，以及從模型加權(quán)系數(shù)來確定預(yù)失真器權(quán)重。預(yù)失真器將預(yù)失真權(quán)重應(yīng)用于輸入信號，以便補(bǔ)償由電子裝置所引入的失真。


圖1示出用于預(yù)失真電路的間接模型。圖2示出用于預(yù)失真電路的間接模型。圖3示出用于對預(yù)失真器或功率放大器所引入的失真建模的通用失真模型。圖4示出用于對預(yù)失真器或功率放大器所引入的失真建模的沒有記憶的失真模型。圖5示出用于失真模型的示范冪基函數(shù)集合。圖6示出用于失真模型的示范冪基函數(shù)集合。圖7示出用于對預(yù)失真器或功率放大器所引入的失真建模的具有記憶的失真模型。圖8示出具有抽頭輸出歸一化的通用失真模型。圖9示出具有記憶和抽頭輸出歸一化的備選失真模型。圖10示出具有記憶和抽頭輸出歸一化的備選失真模型。圖11示出具有記憶和抽頭輸出歸一化的備選失真模型。圖12示出對功率放大器輸入信號進(jìn)行預(yù)失真的示范方法。圖13示出用于對功率放大器輸入信號進(jìn)行預(yù)失真的示范預(yù)失真電路。
具體實(shí)施例方式現(xiàn)在參照附圖，圖1示出數(shù)字預(yù)失真系統(tǒng)100，數(shù)字預(yù)失真系統(tǒng)100配置成補(bǔ)償由功率放大器120對通信信號引入的失真。功率放大器120通常當(dāng)工作在非線性范圍時(shí)最有效率。但是，功率放大器120的非線性響應(yīng)引起帶外發(fā)射，并且降低通信系統(tǒng)中的譜效率。預(yù)失真器110可用于通過使功率放大器120的輸入信號失真以補(bǔ)償功率放大器120引入的非線性失真，來改進(jìn)功率放大器效率和線性度。預(yù)失真器110和功率放大器120的級聯(lián)改進(jìn)輸出信號的線性度，并且因而允許功率放大器120更有效率地操作。雖然預(yù)失真在本文所述電路和系統(tǒng)中用于使功率放大器120的輸出線性化，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員將會(huì)理解，所述技術(shù)更一般地可適用于使任何類型的非線性電子裝置的輸出線性化。如圖1中看到的，輸入信號x(n)被輸入到預(yù)失真器110。預(yù)失真器110對輸入信號X(n)進(jìn)行預(yù)失真，以便補(bǔ)償當(dāng)功率放大器120工作在非線性范圍時(shí)由功率放大器120所引入的失真。預(yù)失真器110所產(chǎn)生的預(yù)失真輸入信號z (η)則被施加于功率放大器120的輸入端。功率放大器120放大預(yù)失真輸入信號ζ (η)，以便產(chǎn)生輸出信號y (η)。如果預(yù)失真器110經(jīng)過適當(dāng)設(shè)計(jì)和配置，則輸出信號y (η)包含比單獨(dú)使用功率放大器120時(shí)更少的失真產(chǎn)物和帶外發(fā)射。
為了補(bǔ)償由功率放大器120所引入的失真，預(yù)失真器110必須具有有效地逆轉(zhuǎn)功率放大器120的非線性效應(yīng)的非線性傳遞函數(shù)。為了適當(dāng)配置預(yù)失真器110，需要用于這個(gè)非線性傳遞函數(shù)的適當(dāng)模型。得出這個(gè)非線性傳遞函數(shù)的兩種不同方式是可能的。第一種方式利用如圖1所示的間接學(xué)習(xí)架構(gòu)，第二種方式使用圖2的直接學(xué)習(xí)架構(gòu)。在兩種情況下，將輸入到功率放大器120的信號z (η)以及放大器輸出信號y(n)的縮放形式應(yīng)用于失真建模電路130。圖1和圖2中示為衰減器140的縮放反映從預(yù)失真器110和功率放大器120的組合所預(yù)期的凈線性增益G。通過G的倒數(shù)來縮放輸出信號y (η)準(zhǔn)許功率放大器120所引入的非線性度與其增益無關(guān)地被分析。在圖1的間接學(xué)習(xí)架構(gòu)中，預(yù)失真器110的模型的一般結(jié)構(gòu)被視為給定的，并且其系數(shù)(參數(shù))直接從功率放大器120的輸入和輸出來估計(jì)。失真建模電路130包括系數(shù)評估電路150，系數(shù)評估電路150按照預(yù)失真器的預(yù)定非線性模型來評估放大器輸入信號ζ (η)和放大器輸出信號y (n)/G，以便確定將要由預(yù)失真器110所應(yīng)用的加權(quán)系數(shù)集合。下面更詳細(xì)地描述這個(gè)過程。通過這種間接方式，沒有得出功率放大器120的模型。而是，通過抵消功率放大器120所引入的失真所需的預(yù)失真的建模來間接地學(xué)習(xí)功率放大器120的非線性特性。相比之下，圖2的直接學(xué)習(xí)架構(gòu)直接表征功率放大器120的非線性性能。功率放大器包括系數(shù)評估電路160，系數(shù)評估電路160按照功率放大器120的預(yù)定非線性模型來評估放大器輸入信號ζ (η)和放大器輸出信號y (n)/G。在框120使功率放大器的非線性特性最佳地?cái)M合功率放大器模型的加權(quán)系數(shù)則由系數(shù)推導(dǎo)電路170用于生成用于配置預(yù)失真器110的權(quán)重。預(yù)失真器110或功率放大器120所引入的失真能夠由本文中將稱作失真函數(shù)的復(fù)雜非線性函數(shù)來表示。本文中稱作分解方式的一種對失真函數(shù)建模的方式將失真函數(shù)分解為不太復(fù)雜的基函數(shù)的集合，并且計(jì)算作為基函數(shù)輸出的加權(quán)和的失真函數(shù)的輸出。用于對失真函數(shù)建模的基函數(shù)的集合在本文中稱作基函數(shù)集合。圖3示出一般化失真模型200，它可表示由功率放大器120所引入的失真(例如，如圖2的直接學(xué)習(xí)架構(gòu)中的模型系數(shù)評估單元160所建模的)或者預(yù)失真器的預(yù)失真?zhèn)鬟f函數(shù)(例如，如圖1的預(yù)失真器模型系數(shù)評估單元150所建模的)。在任一種情況下，失真模型200包括與預(yù)期基函數(shù)集合對應(yīng)的結(jié)構(gòu)210。模型結(jié)構(gòu)210包括P個(gè)抽頭，其中各抽頭對應(yīng)于基函數(shù)。應(yīng)當(dāng)注意，在一些實(shí)施例中，多個(gè)抽頭可對應(yīng)于相同基函數(shù)。模型結(jié)構(gòu)210對輸入信號χ(η)進(jìn)行操作，以便在相應(yīng)抽頭產(chǎn)生數(shù)據(jù)信號
(η),IipmilI (n)jo 失真模型 300 則計(jì)算數(shù)據(jù)信號jw()(η).M1 <#ι)…I/p— | {η)\的加權(quán)和，以便得到已失真輸入信號d(n)。更具體來說，將數(shù)據(jù)信號《略…丨與對
應(yīng)加權(quán)系數(shù)I %( ).叫PO-.1(V)I相乘，以及所產(chǎn)生的乘積相加在一起以得到d(n)。圖3所示的失真模型能夠表示為:
權(quán)利要求
1.一種對輸入信號補(bǔ)償由對所述輸入信號進(jìn)行操作的電子裝置所引入的失真以產(chǎn)生輸出信號的方法，所述方法包括: 對于多個(gè)抽樣時(shí)間實(shí)例中的每個(gè)，生成表示所述輸入信號和輸出信號的第一信號樣本和第二信號樣本； 對于所述抽樣時(shí)間實(shí)例中的一個(gè)或多個(gè)，從所述第一信號樣本以及所述電子裝置或預(yù)失真器的非線性失真模型中的基函數(shù)集合來生成對應(yīng)的數(shù)據(jù)樣本集合； 將所述數(shù)據(jù)樣本歸一化，使得來自各基函數(shù)的歸一化數(shù)據(jù)樣本具有預(yù)定方差； 按照所述非線性失真模型計(jì)算使所述歸一化數(shù)據(jù)樣本擬合所述第二信號樣本的模型加權(quán)系數(shù)； 從所述模型擬合參數(shù)來確定預(yù)失真權(quán)重；以及 將所述預(yù)失真權(quán)重應(yīng)用于所述輸入信號，以便補(bǔ)償由所述電子裝置所引入的所述失真。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，對于給定抽樣時(shí)間實(shí)例來生成所述對應(yīng)的數(shù)據(jù)樣本集合包括:基于與兩個(gè)或更多抽樣時(shí)間實(shí)例對應(yīng)的第一信號樣本來計(jì)算一個(gè)或多個(gè)數(shù)據(jù)樣本。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其中，基于與兩個(gè)或更多抽樣時(shí)間實(shí)例對應(yīng)的第一信號樣本來計(jì)算一個(gè)或多個(gè)數(shù)據(jù)樣本包括: 計(jì)算與兩個(gè)或更多抽樣時(shí)間實(shí)例對應(yīng)的基函數(shù)輸出信號；以及 從所述基函數(shù)輸出信號來生成所述一個(gè)或多個(gè)數(shù)據(jù)樣本。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其中，將所述數(shù)據(jù)樣本歸一化包括:將所述基函數(shù)輸出信號歸一化，并且從所述歸一化的基函數(shù)輸出信號來生成歸一化數(shù)據(jù)樣本。
5.如權(quán)利要求3所述的方法，其中，將所述數(shù)據(jù)樣本歸一化包括:從所述基函數(shù)輸出信號來生成作為非歸一化數(shù)據(jù)樣本的所述一個(gè)或多個(gè)數(shù)據(jù)樣本，以及將所述非歸一化數(shù)據(jù)樣本歸一化。
6.如權(quán)利要求1所述的方法,其中,將所述數(shù)據(jù)樣本歸一化包括:將從各基函數(shù)生成的數(shù)據(jù)樣本乘以與所述基函數(shù)所生成的數(shù)據(jù)樣本的平方根的倒數(shù)成比例的對應(yīng)歸一化因子。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述非線性模型包括預(yù)失真器模型，并且其中，從所述模型加權(quán)系數(shù)來確定預(yù)失真權(quán)重包括從所述預(yù)失真模型的模型加權(quán)系數(shù)來計(jì)算預(yù)失真權(quán)重。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其中，從所述模型加權(quán)系數(shù)來計(jì)算預(yù)失真權(quán)重包括:計(jì)算作為所述模型加權(quán)系數(shù)和相應(yīng)歸一化因子的乘積的預(yù)失真權(quán)重。
9.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述非線性模型包括所述電子裝置的失真模型，并且其中，從所述模型加權(quán)系數(shù)來確定預(yù)失真權(quán)重包括: 從所述模型加權(quán)系數(shù)來計(jì)算功率放大器加權(quán)系數(shù)，以及 計(jì)算作為所述功率放大器加權(quán)系數(shù)的逆的預(yù)失真器加權(quán)系數(shù)。
10.如權(quán)利要求1所述的方法,其中,給定抽樣時(shí)間實(shí)例的數(shù)據(jù)樣本包括:從所述第一信號樣本以及與所述相應(yīng)分支對應(yīng)的基函數(shù)集合來計(jì)算作為分支輸出信號的數(shù)據(jù)樣本。
11.如權(quán)利要求10所述的方法,其中，將所述數(shù)據(jù)樣本歸一化包括:將所述分支函數(shù)輸出信號歸一化。
12.如權(quán)利要求10所述的方法，其中，所述分支輸出信號被計(jì)算為與兩個(gè)或更多抽樣時(shí)間實(shí)例對應(yīng)的基函數(shù)輸出信號的加權(quán)和。
13.一種預(yù)失真電路，用于對輸入信號進(jìn)行預(yù)失真，以便補(bǔ)償由對所述輸入信號進(jìn)行操作的電子裝置所引入的失真以產(chǎn)生輸出信號，所述預(yù)失真電路包括: 輸入電路，配置成對于多個(gè)抽樣時(shí)間實(shí)例中的每個(gè)，生成表不所述輸入信號和輸出信號的第一信號樣本和第二信號樣本； 失真建模電路，對所述電子裝置或預(yù)失真器的失真建模，并且計(jì)算預(yù)失真權(quán)重，所述失真建模電路配置成: 對于所述抽樣時(shí)間實(shí)例中的一個(gè)或多個(gè)，從所述第一信號樣本以及所述電子裝置或預(yù)失真器的非線性失真模型中的基函數(shù)集合生成對應(yīng)的數(shù)據(jù)樣本集合； 將所述數(shù)據(jù)樣本歸一化，使得來自各基函數(shù)的歸一化數(shù)據(jù)樣本具有預(yù)定方差； 按照所述非線性失真模型計(jì)算使所述歸一化數(shù)據(jù)樣本擬合所述第二信號樣本的模型加權(quán)系數(shù)； 從所述模型加權(quán)系數(shù)來確定預(yù)失真權(quán)重； 預(yù)失真器，將所述預(yù)失真權(quán)重應(yīng)用于所述輸入信號，以便補(bǔ)償由所述電子裝置所引入的所述失真。
14.如權(quán)利要 求13所述的預(yù)失真電路，其中，所述失真建模電路配置成:通過基于與兩個(gè)或更多抽樣時(shí)間實(shí)例對應(yīng)的第一信號樣本計(jì)算一個(gè)或多個(gè)數(shù)據(jù)樣本，對于給定抽樣時(shí)間實(shí)例生成對應(yīng)的數(shù)據(jù)樣本集合。
15.如權(quán)利要求14所述的預(yù)失真電路，其中，所述失真建模電路配置成:通過計(jì)算與兩個(gè)或更多抽樣時(shí)間實(shí)例對應(yīng)的基函數(shù)輸出信號，并且從所述基函數(shù)輸出信號生成所述一個(gè)或多個(gè)數(shù)據(jù)樣本，來計(jì)算所述一個(gè)或多個(gè)數(shù)據(jù)樣本。
16.如權(quán)利要求15所述的預(yù)失真電路，其中，所述失真建模電路配置成:通過將所述基函數(shù)輸出信號歸一化，并且從所述歸一化基函數(shù)輸出信號生成歸一化數(shù)據(jù)樣本，來將所述數(shù)據(jù)樣本歸一化。
17.如權(quán)利要求15所述的預(yù)失真電路，其中，所述失真建模電路配置成:通過從所述基函數(shù)輸出信號生成作為非歸一化數(shù)據(jù)樣本的一個(gè)或多個(gè)數(shù)據(jù)樣本，并且將所述非歸一化數(shù)據(jù)樣本歸一化，來將所述數(shù)據(jù)樣本歸一化。
18.如權(quán)利要求15所述的預(yù)失真電路，其中，所述失真建模電路配置成:通過將從各基函數(shù)生成的數(shù)據(jù)樣本乘以與所述基函數(shù)生成的所述數(shù)據(jù)樣本的平方根的倒數(shù)成比例的對應(yīng)歸一化因子，來將所述數(shù)據(jù)樣本歸一化。
19.如權(quán)利要求13所述的預(yù)失真電路，其中，所述非線性模型包括預(yù)失真器模型，并且其中，所述失真建模電路配置成:從所述預(yù)失真模型的模型加權(quán)系數(shù)來計(jì)算預(yù)失真權(quán)重。
20.如權(quán)利要求19所述的預(yù)失真電路，其中，所述失真建模電路配置成:計(jì)算作為所述模型加權(quán)系數(shù)和相應(yīng)歸一化因子的乘積的預(yù)失真權(quán)重。
21.如權(quán)利要求13所述的預(yù)失真電路，其中，所述非線性模型包括所述電子裝置的失真模型，并且其中，所述失真建模電路配置成: 從所述電子裝置失真模型的模型擬合參數(shù)來計(jì)算功率放大器加權(quán)系數(shù)；以及計(jì)算作為所述功率放大器加權(quán)系數(shù)的逆的預(yù)失真加權(quán)系數(shù)。
22.如權(quán)利要求13所述的預(yù)失真電路，其中，所述失真建模電路配置成:從所述第一信號樣本以及與所述相應(yīng)分支對應(yīng)的基函數(shù)集合來計(jì)算作為分支輸出信號的數(shù)據(jù)樣本。
23.如權(quán)利要求22所述的預(yù)失真電路，其中，所述失真建模電路配置成:通過將所述分支輸出信號歸一化來將所述數(shù)據(jù)樣本歸一化。
24.如權(quán)利要求22所述的預(yù)失真電路，其中，所述失真建模電路配置成:計(jì)算作為與兩個(gè)或更多抽樣時(shí) 間實(shí)例對應(yīng)的基函數(shù)輸出信號的加權(quán)和的所述分支輸出信號。
全文摘要
用于預(yù)失真系統(tǒng)的失真模型使用抽頭輸出歸一化將從基函數(shù)集合中的不同基函數(shù)生成的數(shù)據(jù)信號的方差歸一化到預(yù)定值。失真模型由失真建模電路用于計(jì)算數(shù)字預(yù)失真器的加權(quán)系數(shù)。
文檔編號H03F1/32GK103201949SQ201080070182
公開日2013年7月10日 申請日期2010年11月16日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月16日
發(fā)明者C.白 申請人:瑞典愛立信有限公司