輕松的數(shù)字化系統(tǒng)線性化的制作方法
【專利說(shuō)明】輕松的數(shù)字化系統(tǒng)線性化
[0001] 本申請(qǐng)的交叉引用
[0002] 本申請(qǐng)要求于2013年5月20日提交的、標(biāo)題為"SPARSE SAMPLING CIRCUIT"的美國(guó) 臨時(shí)申請(qǐng)61/825278,以及于2014年2月23日提交的、標(biāo)題為"RELAXED DIGITIZATION SYSTEM LINEARIZATION"的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)61 /943436的權(quán)益。
[0003] 本申請(qǐng)還涉及但不主張于2013年6月27日提交的、標(biāo)題為"System Linearization" 的美國(guó)專利申請(qǐng)US2013/0166259A1 的權(quán)益。
[0004] 將上述參考申請(qǐng)通過(guò)引用并入本文。
【背景技術(shù)】
[0005] 本發(fā)明涉及輕松數(shù)字化，和更具體地涉及輕松數(shù)字化非線性元件的輸出作為線性 化系統(tǒng)的一部分。
[0006] -種線性化非線性元件(例如，功率放大器)的方法利用元件的輸入和輸出的數(shù)字 樣本。然后，基于這些樣本，根據(jù)這些樣本配置預(yù)失真器，使得當(dāng)它與非線性元件級(jí)聯(lián)時(shí)，它 形成了線性的，或者至少比沒(méi)有預(yù)失真器更線性的組合。
[0007] 該技術(shù)的的一項(xiàng)應(yīng)用涉及射頻功率放大器。例如，基帶數(shù)字信號(hào)被轉(zhuǎn)換成模擬信 號(hào)，調(diào)制到傳輸頻率，并傳遞通過(guò)功率放大器。功率放大器的輸出被感測(cè)和解調(diào)，然后被轉(zhuǎn) 換成數(shù)字信號(hào)。在該方法中，調(diào)制放大解調(diào)路徑被當(dāng)作為其配置預(yù)失真器的系統(tǒng)的非線性 元件。通常，由于功率放大器的非線性，即使輸入的基帶信號(hào)受到帶寬限制（例如，40MHZ)， 傳輸頻率的帶寬大于基帶帶寬。不僅在實(shí)踐中這種放大的傳輸頻帶是不希望的，例如由于 與鄰接無(wú)線信道的干擾，它也導(dǎo)致需要比輸入信號(hào)更大的帶寬采樣功率放大器的輸出，以 捕獲為了準(zhǔn)確表征非線性有用或必要的信息，從而能夠配置適當(dāng)?shù)念A(yù)失真器。一種方法是 使用模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC )，其采樣解調(diào)輸出信號(hào)以表示比輸入更大的帶寬。例如，在40MHz輸入 帶寬的情況下，輸入基帶信號(hào)可以足夠的精度(例如，12位)被表示為每秒速率80M樣本采樣 的數(shù)字(復(fù)合)值（即，每秒40M復(fù)合樣本）。但是，可希望或必需表示帶寬200MHz的輸出信號(hào)， 導(dǎo)致需要以每秒400M米樣的速率進(jìn)彳丁米樣。
[0008] 然而，在如此高的速率采樣信號(hào)具有許多缺點(diǎn)，包括成本和所需電路的大小、功 耗、可靠性和/或必須處理的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)量。有必要獲得輸出的這種采樣的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)避免或 減輕其中的一個(gè)或多個(gè)缺點(diǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 在一方面，總體上，一種線性化方法輕松對(duì)模擬輸出信號(hào)的數(shù)字化的要求(本文中 一般地稱為"采樣"），同時(shí)保持輸出信號(hào)的高采樣速率和相應(yīng)的較寬帶寬的優(yōu)勢(shì)。數(shù)字化方 法提取足夠的信息以表征寬的帶寬（例如，20 0MHz)上的輸出信號(hào)，而不必確定足夠的信息 來(lái)充分表示輸出信號(hào)，例如，沒(méi)有以奈奎斯特采樣速率采樣輸出信號(hào)（例如，以足夠的精度 每秒400Μ的復(fù)合樣本)以準(zhǔn)確地表示所述信號(hào)(例如，12位）。在奈奎斯特采樣速率和這樣足 夠的精度，使用比模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)實(shí)質(zhì)上不復(fù)雜或昂貴的電路可以實(shí)現(xiàn)提取模擬信號(hào)的 信息為數(shù)字顯示。
[0010] 在一些實(shí)施方式中，輸出信號(hào)的輕松數(shù)字化的輸出用于估計(jì)非線性元件的模型的 參數(shù)，例如，使用最小二乘或其他錯(cuò)誤/失真最小化技術(shù)，或使用最大可能性、最大后驗(yàn)估計(jì) 或其它統(tǒng)計(jì)或概率技術(shù)。一般來(lái)說(shuō)，輸出的輕松數(shù)字化用于輸出信號(hào)的近似足夠的統(tǒng)計(jì)信 息(或者非線性元件的輸入和輸出信號(hào)的組合），它們?nèi)缓笥糜趨?shù)估計(jì)過(guò)程。在一些示例 中，這些確定的充分統(tǒng)計(jì)量包括或表示可以與輸出的全速率和精度采樣獲得的對(duì)應(yīng)統(tǒng)計(jì)估 計(jì)。
[0011] 在一些示例中，非線性元件（即，正向模型）的模型參數(shù)用于確定用于配置非線性 元件的數(shù)字預(yù)失真(DPD)的參數(shù)。一種方法是直接轉(zhuǎn)換從輸出信號(hào)的數(shù)字化輕松確定的參 數(shù)。作為中間步驟，另一種方法是確定使用模型結(jié)構(gòu)非線性元件的第二正向模型，它是更適 合于"反轉(zhuǎn)"以確定Dro的參數(shù)。
[0012] 許多方法可用于輸出信號(hào)的輕松數(shù)字化，包括如下的一個(gè)(或組合）。
[0013] ?輸出信號(hào)采用可在全輸出帶寬捕獲信號(hào)樣本(即，以模擬形式足夠快地采樣）的 模擬電路采樣，但隨后只以較低的轉(zhuǎn)化率轉(zhuǎn)換模擬樣本為數(shù)字樣本，例如，在規(guī)則或不規(guī)則 的時(shí)間間隔(例如，約每10個(gè)樣本采樣，得到每秒40M樣本而不是每秒400M樣本的轉(zhuǎn)換率）。
[0014] ?輸出信號(hào)的頻率子帶被分別數(shù)字化，例如，使得在每個(gè)時(shí)間間隔的連續(xù)中，一個(gè) 子帶被數(shù)字化(例如，通過(guò)在連續(xù)時(shí)間間隔的整個(gè)輸出帶寬掃描），并且多個(gè)子帶的數(shù)字化 一起使用，以估計(jì)充分的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。在一些示例中，執(zhí)行子帶數(shù)字化，混合模擬輸出信號(hào)與 振蕩信號(hào)，低通濾波，以及具有低帶寬ADC(例如，100kHz)的數(shù)字化。
[0015] ?使用具有有限精度(例如，4比特）的ADC，使得所述數(shù)字化的精度不足以提供輸 出信號(hào)的準(zhǔn)確表示。雖然這個(gè)過(guò)程有效地引入數(shù)字化的輸出樣本的量化噪聲，充分統(tǒng)計(jì)量 的估計(jì)仍然有用于估計(jì)模型參數(shù)。
[0016] · Δ-Σ(Δ Σ)轉(zhuǎn)換器使用比通常用于捕獲輸出信號(hào)的全帶寬較低的抽取比(DR) 處理連續(xù)的輸出信號(hào)，例如，而不是使用抽取比DR = 64和1比特采樣(例如，在每秒64Χ400Μ =25.6G樣本的1比特采樣），使用抽取比4(例如，每秒1.6G 1比特樣本）。
[0017] 這些只是在估計(jì)足夠的統(tǒng)計(jì)之前輕松的數(shù)字化輸出信號(hào)用于模型參數(shù)估計(jì)的方 法的一些例子。各種這些和其他方法共享一個(gè)或多個(gè)以下共同特征。
[0018] ?比起在估計(jì)充分統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)中使用的輸入信號(hào)的表示的保真度，輸出信號(hào)的數(shù)字 化提供了輸出信號(hào)的較低保真度表示(例如，作為由均方誤差、信噪比等測(cè)量）。
[0019] 注意，也可以使用上述兩種方法的組合。例如，認(rèn)識(shí)到更高的轉(zhuǎn)化率可以在更低的 精度使用固定的復(fù)雜性、功率或大小約束的轉(zhuǎn)換電路來(lái)實(shí)現(xiàn)，子采樣和精度降低ADC可組 合。作為另一實(shí)例，具有相對(duì)低的抽取比的Σ-△轉(zhuǎn)換方法可以使用子帶轉(zhuǎn)換應(yīng)用。另外的 其它組合是顯而易見(jiàn)的或?qū)⒁杀绢I(lǐng)域技術(shù)人員所了解。
[0020] 在另一方面，總體上，一種數(shù)字預(yù)失真線性化電路包括用于接收輸入信號(hào)的第一 輸入，所述輸入信號(hào)表示設(shè)備的期望輸出。所需的輸出具有所需的輸出的帶寬。線性化電路 包括可配置預(yù)失真器，用于確定表示設(shè)備的輸入的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，以實(shí)現(xiàn)設(shè)備所需的輸出。該驅(qū) 動(dòng)信號(hào)具有驅(qū)動(dòng)信號(hào)數(shù)據(jù)速率(例如，每秒比特），這在一些實(shí)例中可以被計(jì)算為等于驅(qū)動(dòng) 信號(hào)采樣速率(例如，每秒采樣)和驅(qū)動(dòng)信號(hào)精度(例如，每個(gè)樣本位)的乘積。第一輸出提供 表不驅(qū)動(dòng)信號(hào)的輸出信號(hào)，所述驅(qū)動(dòng)信號(hào)表不到設(shè)備的輸入。第二輸入接收傳感器輸入信 號(hào)，表示從設(shè)備的實(shí)現(xiàn)輸出。線性化器包括耦合到所述第二輸入的采樣器，以處理傳感器輸 入信號(hào)采樣。采樣器響應(yīng)于在傳感器帶寬中在所需的輸出帶寬之外的傳感器輸入信號(hào)的分 量，其大于期望的輸出帶寬。采樣器提供具有比傳感器驅(qū)動(dòng)信號(hào)數(shù)據(jù)速率實(shí)質(zhì)上小的信號(hào) 數(shù)據(jù)速率的采樣傳感器信號(hào)。線性化器還包括估計(jì)器，被配置為接收來(lái)自所述采樣器的采 樣傳感器信號(hào)和由預(yù)失真器確定的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，并且提供配置數(shù)據(jù)用于配置所述預(yù)失真器。
[0021] 各方面可以包括以下一個(gè)或多個(gè)特征。
[0022] 該設(shè)備包括射頻放大器，其可操作性地耦合到設(shè)備。
[0023] 數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)耦合在所述預(yù)失真器和第一輸出之間。所述輸出信號(hào)包括從DAC 輸出的模擬信號(hào)，DAC被配置于以驅(qū)動(dòng)信號(hào)采樣速率的精度將驅(qū)動(dòng)信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬形式。 [0024]傳感器輸入信號(hào)包括模擬傳感器信號(hào)，以及采樣器包括耦合到所述第二輸入的模 數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)。
[0025] ADC配置在實(shí)質(zhì)上小于驅(qū)動(dòng)信號(hào)采樣速率的傳感器信號(hào)采樣速率，或在實(shí)質(zhì)上小 于驅(qū)動(dòng)信號(hào)精度的傳感器信號(hào)精度，或兩者，提供數(shù)字輸出，從而提供比驅(qū)動(dòng)信號(hào)數(shù)據(jù)速率 實(shí)質(zhì)上較低的傳感器信號(hào)數(shù)據(jù)速率。
[0026] 采樣器包括采樣電路，其響應(yīng)所需輸出帶寬之外的模擬傳感器信號(hào)的信號(hào)分量， 以及配置為在不足以表示傳感器帶寬的傳感器采樣速率獲取所述模擬傳感器信號(hào)的模擬 樣本。
[0027] ADC配置來(lái)轉(zhuǎn)換所獲取的模擬樣本以形成數(shù)字化的采樣傳感器信號(hào)，表示期望的 輸出帶寬之外的至少一些信號(hào)分量的數(shù)字化采樣傳感器信號(hào)。
[0028] ADC被配置成在比驅(qū)動(dòng)信號(hào)精度實(shí)質(zhì)上較低的傳感器信號(hào)精度提供數(shù)字輸出。
[0029] ADC包括量化器，被配置為接收所述模擬傳感器信號(hào)的差分元件產(chǎn)生所述模擬傳 感器信號(hào)和量化器輸出之間的差異，和過(guò)濾器，耦接在差分元件和量化器之間，所述量化器 向量化器提供差分元件的濾波器輸出，數(shù)字化采樣的傳感器信號(hào)被來(lái)自量化器的輸出確 定。
[0030] 采樣包括的子帶采樣配置到傳感器帶寬內(nèi)量化的子帶，具有帶寬比傳感器帶寬實(shí) 質(zhì)上較小的子帶，并且其中模數(shù)轉(zhuǎn)換器以足以表示子帶帶寬的采樣速率提供采樣的傳感器 值。
[0031 ]估計(jì)器被配置為使用采樣傳感器信號(hào)從多個(gè)子帶，以確定預(yù)失真的配置。
[0032]線性化電路被集成到單個(gè)集成電路設(shè)備。
[0033] 線性化電路還包括用于接收指令和數(shù)據(jù)的控制器和存儲(chǔ)器，用于配置線性化器。
[0034] 在另一方面，總體上，用于線性化設(shè)備的方法，包括:接收表示設(shè)備的期望輸出的 輸入信號(hào)。所期望的輸出具有所期望的輸出帶寬。表示設(shè)備輸入以實(shí)現(xiàn)設(shè)備的所期望輸出 的驅(qū)動(dòng)信號(hào)根據(jù)預(yù)失真器的配置數(shù)據(jù)來(lái)確定。該驅(qū)動(dòng)信號(hào)具有例如等于驅(qū)動(dòng)信號(hào)的采樣速 率和驅(qū)動(dòng)信號(hào)精度的乘積的驅(qū)動(dòng)信號(hào)數(shù)據(jù)速率。表示驅(qū)動(dòng)信號(hào)的輸出信號(hào)被提供給設(shè)備。 表示設(shè)備實(shí)現(xiàn)輸出的傳感器輸入信號(hào)被接收和處理，以確定采樣傳感器數(shù)據(jù)。該處理是響 應(yīng)于在大于