用于非線性rf組件的低帶寬預(yù)失真子系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】本文公開了用于使用預(yù)失真補償非線性子系統(tǒng)的非線性的系統(tǒng)和方法。在一個實施例中，系統(tǒng)包括非線性子系統(tǒng)和預(yù)失真器，預(yù)失真器配置成實現(xiàn)非線性子系統(tǒng)的輸入信號的預(yù)失真，使得預(yù)失真補償非線性子系統(tǒng)的非線性特性。另外，系統(tǒng)包括窄帶濾波器和適配器，窄帶濾波器濾波表示非線性子系統(tǒng)的輸出信號的反饋信號以提供濾波的反饋信號，適配器基于濾波的反饋信號和表示非線性子系統(tǒng)的輸入信號的參考信號，自適應(yīng)地配置預(yù)失真器。通過利用濾波的反饋信號而不是反饋信號，大幅降低了適配器的復(fù)雜性及因此其成本。
【專利說明】用于非線性RF組件的低帶寬預(yù)失真子系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)
[0001] 相關(guān)申請 此申請涉及2011年12月21日提交的題為"ARCHITECTURE OF NONLINEAR RF FILTER-BASED TRANSMITTER"的美國專利申請序號 NO. 13/333,391 ;以及 2011 年 12 月 21 日 提交的題為"ARCHITECTURE OF A LOW BANDWIDTH PREDISTORTION SYSTEM FOR NON-LINEAR RF COMPONENTS"的美國專利申請序號NO. 13/333,422 ;這兩個專利申請共同擁有和轉(zhuǎn)讓，并 且由此通過參考全部結(jié)合于本文中。

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002] 本公開涉及使用預(yù)失真使非線性子系統(tǒng)線性化，并且在許多實施例中，涉及在射 頻發(fā)射器的輸出使用預(yù)失真使非線性濾波器線性化。

【背景技術(shù)】
[0003] 在通信網(wǎng)絡(luò)中想要發(fā)送數(shù)據(jù)的每一個節(jié)點都必須具有發(fā)射器。比如，在蜂窩通信 網(wǎng)絡(luò)中，在基站以及用戶設(shè)備裝置或終端中有發(fā)射器。圖1例證了常規(guī)發(fā)射器10的一個實 施例。發(fā)射器10可以是無線基站的發(fā)射器或用戶設(shè)備裝置的發(fā)射器。如所示，發(fā)射器10 包含數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DAC) 12,后跟調(diào)制器和上轉(zhuǎn)換器14。調(diào)制器和上轉(zhuǎn)換器14的輸出由功 率放大器（PA) 16放大，并且然后由濾波器18濾波。圖2例證了常規(guī)發(fā)射器10的另一實施 例，其類似于在圖1中例證的實施例。然而，在此實施例中，發(fā)射器10包含數(shù)字預(yù)失真器 (DH))20,其操作以使輸入信號預(yù)失真以補償PA 16的非線性。適配器22基于輸入信號與 經(jīng)由解調(diào)器和下轉(zhuǎn)換器24以及模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC) 26從PA 16的輸出提供的反饋信號自適 應(yīng)地配置數(shù)字預(yù)失真器20。
[0004] 理想上，濾波器18是線性濾波器。然而，所有模擬濾波器（包含濾波器18)都具 有非線性特性區(qū)域。當(dāng)在第四代（4G)蜂窩通信網(wǎng)絡(luò)（諸如例如長期演進(jìn)（LTE)蜂窩通信 網(wǎng)絡(luò)）的蜂窩通信網(wǎng)絡(luò)的基站中實現(xiàn)發(fā)射器10時，濾波器18的非線性特性導(dǎo)致幾個缺點。 更確切地說，下一代蜂窩通信網(wǎng)絡(luò)將具有操作在高輸出功率（例如~80瓦（W)平均功率和 ~400W峰值功率）的宏基站和操作在較低輸出功率（例如0. 1W到10W或20W)的低功率基 站。相對于高功率基站，可處置高輸出功率的唯一類型濾波器是空腔濾波器。然而，由于空 腔濾波器的非線性問題，空腔濾波器制造的第一輪生產(chǎn)率正好是大約60%。像這樣，空腔濾 波器的制造是非常昂貴的。因此，存在改進(jìn)空腔濾波器的非線性問題以降低制造成本的需 要。
[0005] 至于低功率基站，空腔濾波器可容易地處置想要的輸出功率，同時提供想要的線 性。然而，空腔濾波器與其它類型濾波器（例如陶瓷濾波器或單塊濾波器）相比較非常大 而重。因此，對于低功率基站，使用空腔濾波器不是想要的。然而，陶瓷濾波器和單塊濾波 器當(dāng)操作在較高功率（例如高于5W)時未提供想要的線性。從而，存在對于改進(jìn)陶瓷濾波 器和單塊濾波器的非線性的需要，使得操作在從5W到20W的功率范圍的低功率基站可使用 此類濾波器代替使用龐大的空腔濾波器。
[0006] 常規(guī)發(fā)射器10當(dāng)在4G蜂窩通信網(wǎng)絡(luò)（諸如例如LTE蜂窩通信網(wǎng)絡(luò)）的用戶設(shè)備 裝置中實現(xiàn)時也導(dǎo)致問題。確切地說，當(dāng)在用戶設(shè)備裝置中實現(xiàn)常規(guī)發(fā)射器10時，濾波器 18是小型濾波器，諸如表面聲波（SAW)濾波器、薄膜體聲波諧振腔（FBAR)濾波器或體聲波 (BAW)濾波器。4G蜂窩通信網(wǎng)絡(luò)中的PA 16的峰值功率可向上推濾波器18以工作在其非 線性區(qū)域。因此，濾波器的非線性對系統(tǒng)將是個問題。因此，還存在對于改進(jìn)小型濾波器的 非線性的需要，使得此類小型濾波器可用在4G無線網(wǎng)絡(luò)的用戶設(shè)備裝置中，而沒有通信質(zhì) 量降級。
[0007] 上面討論的所有問題由濾波器18當(dāng)它工作在某一功率電平以上并且在其非線性 特性區(qū)域中時將示出的非線性造成。因此，存在對于減少或消除非線性濾波器的非線性的 系統(tǒng)和方法的需要。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本文公開了用于使用預(yù)失真補償非線性子系統(tǒng)的非線性的系統(tǒng)和方法。在一個實 施例中，系統(tǒng)包括非線性子系統(tǒng)和預(yù)失真器，預(yù)失真器配置成實現(xiàn)非線性子系統(tǒng)的輸入信 號的預(yù)失真，使得預(yù)失真補償非線性子系統(tǒng)的非線性特性。另外，系統(tǒng)包括窄帶濾波器和適 配器，窄帶濾波器濾波表示非線性子系統(tǒng)的輸出信號的反饋信號以提供濾波的反饋信號， 適配器基于濾波的反饋信號和表示非線性子系統(tǒng)的輸入信號的參考信號，自適應(yīng)地配置預(yù) 失真器。通過利用濾波的反饋信號而不是反饋信號，大幅降低了適配器的復(fù)雜性以及因此 其成本。
[0009] 在一個實施例中，系統(tǒng)也包括第二窄帶濾波器，該濾波器濾波表示到非線性系統(tǒng) 的輸入信號的參考信號以提供濾波的參考信號，并且適配器基于濾波的反饋信號和濾波的 參考信號，自適應(yīng)地配置預(yù)失真器。
[0010] 在一個實施例中，系統(tǒng)是包括功率放大器的發(fā)射器，功率放大器配置成放大射頻 輸入信號以提供放大的射頻信號，并且非線性系統(tǒng)是配置成濾波放大的射頻信號以提供輸 出信號的非線性濾波器。
[0011] 本領(lǐng)域技術(shù)人員在結(jié)合所附附圖閱讀了優(yōu)選實施例的如下詳細(xì)描述之后，將認(rèn)識 到本公開的范圍并意識到其附加方面。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0012] 結(jié)合在此說明書中并形成其一部分的所附附圖例證了本公開的幾個方面，并且與 說明書一起用于說明本公開的原理。
[0013] 圖1例證了常規(guī)發(fā)射器的一個實施例； 圖2例證了常規(guī)發(fā)射器的另一個實施例； 圖3以圖形方式例證了典型無源型濾波器的輸入-輸出特性，示出了無源型濾波器在 較高功率電平具有非線性特性區(qū)域，并且因此實際上是非線性濾波器； 圖4以圖形方式例證了典型非線性濾波器的互調(diào)失真（MD)和諧波的基本階與較低階 之間的關(guān)系； 圖5A和5B例證了根據(jù)本公開的第一實施例提供預(yù)失真以補償非線性濾波器的非線性 特性的發(fā)射器； 圖6例證了根據(jù)本公開的第二實施例提供預(yù)失真以補償非線性濾波器的非線性特性 的發(fā)射器； 圖7例證了根據(jù)本公開的第三實施例提供預(yù)失真以補償非線性濾波器的非線性特性 的發(fā)射器； 圖8例證了根據(jù)本公開的第四實施例提供預(yù)失真以補償非線性濾波器的非線性特性 的發(fā)射器； 圖9例證了根據(jù)本公開的第五實施例提供預(yù)失真以補償非線性濾波器的非線性特性 的發(fā)射器； 圖10例證了根據(jù)本公開的第六實施例提供預(yù)失真以補償非線性濾波器的非線性特性 的發(fā)射器； 圖11例證了根據(jù)本公開的第七實施例提供預(yù)失真以補償非線性濾波器的非線性特性 的發(fā)射器； 圖12例證了根據(jù)本公開的第八實施例提供預(yù)失真以補償非線性濾波器的非線性特性 的發(fā)射器； 圖13例證了根據(jù)本公開的第九實施例提供預(yù)失真以補償非線性濾波器的非線性特性 的發(fā)射器； 圖14根據(jù)本公開的一個實施例以圖形方式比較具有預(yù)失真和沒有預(yù)失真的典型非線 性濾波器的操作區(qū)域。
[0014] 圖15例證了根據(jù)本公開一個實施例的非線性濾波器的模型，其對非線性濾波器 的不想要的非線性濾波器特性和想要的線性濾波器特性單獨建模。
[0015] 圖16例證了根據(jù)本公開的一個實施例用于基于圖15的非線性濾波器的模型自適 應(yīng)地配置對于發(fā)射器的非線性濾波器進(jìn)行預(yù)失真的預(yù)失真器的適配器的一個實施例； 圖17至19是根據(jù)本公開一個實施例的圖15的非線性濾波器模型的更詳細(xì)例證； 圖20例證了根據(jù)本公開的一個實施例等效于圖15的非線性濾波器的模型但可使用常 規(guī)自適應(yīng)濾波方案求解的非線性濾波器的綜合模型； 圖21例證了根據(jù)本公開的一個實施例用于基于圖15的非線性濾波器的模型自適應(yīng)地 配置對于發(fā)射器的非線性濾波器進(jìn)行預(yù)失真的預(yù)失真器的適配器的一個實施例，其中非線 性濾波器模型使用圖20的綜合模型進(jìn)行訓(xùn)練； 圖22例證了根據(jù)本公開的一個實施例對于非線性子系統(tǒng)使用綜合模型； 圖23例證了根據(jù)本公開的一個實施例的發(fā)射器的實施例，該發(fā)射器包含補償發(fā)射器 中的非線性濾波器的非線性的預(yù)失真器和基于縮減的帶寬反饋信號自適應(yīng)地配置預(yù)失真 器的適配器； 圖24A至24D是根據(jù)本公開的一個實施例的圖23的發(fā)射器中各種參考點處的信號的 頻域表示；以及 圖25例證了根據(jù)本公開的一個實施例包含非線性子系統(tǒng)、補償非線性子系統(tǒng)的非線 性特性的預(yù)失真器和基于縮減的帶寬反饋信號自適應(yīng)地配置預(yù)失真器的適配器的系統(tǒng)。

【具體實施方式】
[0016] 下面闡述的實施例表示使本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠?qū)嵭袑嵤├谋匾畔?，并且例證 了實行實施例的最佳模式。在按照所附附圖閱讀如下描述后，本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解本公 開的概念，并將認(rèn)識到在本文中未具體解決的這些概念的應(yīng)用。應(yīng)該理解，這些概念和應(yīng)用 落入本公開和所附權(quán)利要求書的范圍內(nèi)。
[0017] 公開了用于使用預(yù)失真補償非線性子系統(tǒng)的非線性的系統(tǒng)和方法。在描述這些 系統(tǒng)和方法之前，首先討論無源型濾波器的非線性特性是有益的。確切地說，圖3例證了 典型無源型濾波器的輸入-輸出特性。如所例證的，濾波器的輸出功率（P OTT)可被描述為 Ρ〇!Τ= PUNEAK-PN(M_。點"A"是定義的點，在其以下濾波器的非線性特性（即非線性部分 PN(M_=Pu_rPQUT)可忽略不計并且可被忽略，使得當(dāng)操作在那點以下時濾波器可被視為 線性濾波器。然而，在點A以上的區(qū)域中，非線性特性（P M_UNEAK)逐漸增大，并且必須考慮 進(jìn)去。換句話說，在點A以上，濾波器必須被視為非線性濾波器。
[0018] 濾波器的非線性特性可由如下冪級數(shù)展開式描述：

【權(quán)利要求】
1. 一種系統(tǒng)，包括： 非線性子系統(tǒng)，配置成接收輸入信號并且提供輸出信號； 預(yù)失真器，配置成實現(xiàn)所述非線性子系統(tǒng)的所述輸入信號的預(yù)失真以補償所述非線性 子系統(tǒng)的非線性特性； 窄帶濾波器，配置成接收表示所述非線性子系統(tǒng)的所述輸出信號的反饋信號，并且輸 出帶寬小于所述非線性子系統(tǒng)的所述輸出信號的帶寬的濾波的反饋信號；以及 適配器，配置成基于所述濾波的反饋信號，自適應(yīng)地配置所述預(yù)失真器。
2. 如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述非線性子系統(tǒng)的所述非線性特性是至少大約 無記憶。
3. 如權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其中所述適配器配置成基于所述濾波的反饋信號、表示 所述非線性子系統(tǒng)的所述輸入信號的所述適配器的輸入信號及所述非線性子系統(tǒng)和所述 窄帶濾波器的模型，自適應(yīng)地配置所述預(yù)失真器。
4. 如權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其中所述非線性子系統(tǒng)和所述窄帶濾波器的所述模型 是所述非線性子系統(tǒng)的所述非線性特性的非線性模型后跟所述窄帶濾波器的線性模型的 級聯(lián)。
5. 如權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其中所述非線性子系統(tǒng)和所述窄帶濾波器的所述模型 是所述非線性子系統(tǒng)的所述非線性特性的非線性模型后跟為所述非線性子系統(tǒng)和所述窄 帶濾波器的線性特性建模的至少一個線性模型的級聯(lián)。
6. 如權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其中為基于所述濾波的反饋信號、所述適配器的所述 輸入信號和所述非線性子系統(tǒng)和所述窄帶濾波器的所述模型，自適應(yīng)地的配置所述預(yù)失真 器，所述適配器還配置成： 基于所述適配器的所述輸入信號和所述濾波的反饋信號，訓(xùn)練所述非線性模型；以及 基于所述非線性模型配置所述預(yù)失真器，使得所述預(yù)失真器實現(xiàn)所述非線性子系統(tǒng)的 所述輸入信號的預(yù)失真，以補償所述非線性子系統(tǒng)的所述非線性特性而不補償所述線性特 性。
7. 如權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其中為基于所述非線性模型配置所述預(yù)失真器，所述適 配器還配置成： 提供所述適配器的所述輸入信號到所述非線性模型，使得所述非線性模型輸出用于所 述非線性子系統(tǒng)的所述非線性特性的參考信號； 基于所述適配器的所述輸入信號和用于所述非線性子系統(tǒng)的所述非線性特性的所述 參考信號，訓(xùn)練所述非線性模型的逆模型；以及 提供定義所述逆模型的一個或更多個參數(shù)到所述預(yù)失真器以由此配置所述預(yù)失真器。
8. 如權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其中所述一個或更多個參數(shù)是多個系數(shù)。
9. 如權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其中為訓(xùn)練所述非線性模型，所述適配器還配置成： 提供所述適配器的所述輸入信號到綜合模型，使得所述綜合模型提供輸出信號，其中 所述綜合模型等效于所述非線性子系統(tǒng)和所述窄帶濾波器的所述模型，但施加在所述綜合 模型的最后階段定義所述非線性模型的系數(shù)；以及 使用自適應(yīng)濾波方案基于所述綜合模型的所述輸出信號和表示所述非線性子系統(tǒng)的 所述輸出信號的所述濾波的反饋信號，配置所述非線性子系統(tǒng)的所述非線性模型。
10. 如權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其中，所述綜合模型包括： 所述非線性模型的多個記憶基礎(chǔ)函數(shù)，基于所述適配器的所述輸入信號提供對應(yīng)多個 記憶基礎(chǔ)函數(shù)輸出信號； 多個線性模型，每個對應(yīng)于為所述非線性子系統(tǒng)和所述窄帶濾波器的所述線性特性建 模的所述至少一個線性模型，其中所述多個線性模型接收來自所述非線性模型的所述多個 記憶基礎(chǔ)函數(shù)的所述多個記憶基礎(chǔ)函數(shù)輸出信號，并且輸出用于所述綜合模型的對應(yīng)多個 記憶基礎(chǔ)函數(shù)輸出信號；以及 加權(quán)與求和函數(shù)，基于用于所述非線性模型的多個系數(shù)，將用于所述綜合模型的所述 多個記憶基礎(chǔ)函數(shù)輸出信號加權(quán)和求和以提供所述綜合模型的所述輸出信號。
11. 一種發(fā)射器，包括： 功率放大器，配置成放大射頻輸入信號以提供放大的射頻信號； 非線性濾波器，配置成將所述放大的射頻信號接收為所述非線性濾波器的輸入信號， 并且濾波所述放大的射頻信號以提供所述非線性濾波器的輸出信號，所述非線性濾波器具 有線性特性和非線性特性； 預(yù)失真器，配置成實現(xiàn)所述非線性濾波器的所述輸入信號的預(yù)失真以補償所述非線性 濾波器的所述非線性特性； 窄帶濾波器，配置成接收表示所述非線性濾波器的所述輸出信號的反饋信號，并且輸 出帶寬小于所述非線性濾波器的所述輸出信號的帶寬的濾波的反饋信號；以及 適配器，配置成基于所述濾波的反饋信號，自適應(yīng)地配置所述預(yù)失真器。
12. 如權(quán)利要求11所述的發(fā)射器，其中所述非線性濾波器的所述非線性特性是至少 大約無記憶。
13. 如權(quán)利要求12所述的發(fā)射器，其中所述適配器配置成基于所述濾波的反饋信號、 表示所述非線性濾波器的所述輸入信號的所述適配器的輸入信號及所述非線性濾波器和 所述窄帶濾波器的模型，自適應(yīng)地配置所述預(yù)失真器。
14. 如權(quán)利要求13所述的發(fā)射器，其中所述非線性濾波器和所述窄帶濾波器的所述 模型是所述非線性濾波器的所述非線性特性的非線性濾波器模型后跟所述窄帶濾波器的 線性濾波器模型的級聯(lián)。
15. 如權(quán)利要求13所述的發(fā)射器，其中所述非線性濾波器和所述窄帶濾波器的所述 模型是所述非線性濾波器的所述非線性特性的非線性濾波器模型后跟為所述非線性濾波 器和所述窄帶濾波器的線性特征建模的至少一個線性濾波器模型的級聯(lián)。
16. 如權(quán)利要求15所述的發(fā)射器，其中為基于所述濾波的反饋信號、所述適配器的所 述輸入信號和所述非線性濾波器和所述窄帶濾波器的所述模型，自適應(yīng)地的配置所述預(yù)失 真器，所述適配器還配置成： 基于所述適配器的所述輸入信號和所述濾波的反饋信號，訓(xùn)練所述非線性濾波器模 型；以及 基于所述非線性濾波器模型配置所述預(yù)失真器，使得所述預(yù)失真器實現(xiàn)所述非線性濾 波器的所述輸入信號的預(yù)失真，以補償所述非線性濾波器的所述非線性特性而不補償所述 線性特性。
17. 如權(quán)利要求16所述的發(fā)射器，其中為基于所述非線性濾波器模型配置所述預(yù)失 真器，所述適配器還配置成： 提供所述適配器的所述輸入信號到所述非線性濾波器模型，使得所述非線性濾波器模 型輸出用于所述非線性濾波器的所述非線性特性的參考信號； 基于所述適配器的所述輸入信號和用于所述非線性濾波器的所述非線性特性的所述 參考信號，訓(xùn)練所述非線性濾波器模型的逆模型；以及 提供定義所述逆模型的一個或更多個參數(shù)到所述預(yù)失真器以由此配置所述預(yù)失真器。
18. 如權(quán)利要求17所述的發(fā)射器，其中所述一個或更多個參數(shù)是多個系數(shù)。
19. 如權(quán)利要求17所述的發(fā)射器，其中為訓(xùn)練所述非線性濾波器模型，所述適配器還 配置成： 提供所述適配器的所述輸入信號到綜合模型，使得所述綜合模型提供輸出信號，其中 所述綜合模型等效于所述非線性濾波器和所述窄帶濾波器的所述模型，但施加在所述綜合 模型的最后階段定義所述非線性濾波器模型的系數(shù)；以及 使用自適應(yīng)濾波方案基于所述綜合模型的所述輸出信號和表示所述非線性子系統(tǒng)的 所述輸出信號的所述濾波的反饋信號，配置所述非線性濾波器的所述非線性濾波器模型。
20. 如權(quán)利要求19所述的發(fā)射器，其中，所述綜合模型包括： 所述非線性濾波器模型的多個記憶基礎(chǔ)函數(shù)，基于所述適配器的所述輸入信號提供對 應(yīng)多個記憶基礎(chǔ)函數(shù)輸出信號； 多個線性模型，每個對應(yīng)于為所述非線性濾波器和所述窄帶濾波器的所述線性特性建 模的所述至少一個線性濾波器模型，其中所述多個線性模型接收來自所述非線性濾波器模 型的所述多個記憶基礎(chǔ)函數(shù)的所述多個記憶基礎(chǔ)函數(shù)輸出信號，并且輸出用于所述綜合模 型的對應(yīng)多個記憶基礎(chǔ)函數(shù)輸出信號；以及 加權(quán)與求和函數(shù)，基于用于所述非線性濾波器模型的多個系數(shù)，將用于所述綜合模型 的所述多個記憶基礎(chǔ)函數(shù)輸出信號加權(quán)和求和以提供所述綜合模型的所述輸出信號。
【文檔編號】H03F1/32GK104115408SQ201280070302
【公開日】2014年10月22日 申請日期:2012年12月20日 優(yōu)先權(quán)日:2011年12月21日
【發(fā)明者】白春龍, 簡春云, E.西奇 申請人:瑞典愛立信有限公司