專利名稱：在采用自適應(yīng)預(yù)失真技術(shù)的通信系統(tǒng)中校正數(shù)字定時(shí)誤差的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明與無(wú)線通信系統(tǒng)和方法相關(guān)。特別地，本發(fā)明與蜂窩式通信系統(tǒng)和方法相關(guān)，并且更一般地是與那些需要對(duì)傳輸放大器應(yīng)用線性化技術(shù)的系統(tǒng)相關(guān)。
背景技術(shù)：
大多數(shù)射頻(RF)放大器系統(tǒng)呈現(xiàn)非線性。非線性效應(yīng)引起被放大信號(hào)的失真，降低了信號(hào)接收器的性能，產(chǎn)生了超出系統(tǒng)運(yùn)行的期望波段范圍的能量，或者與鄰近的載波頻率相干擾。這些問(wèn)題在諸如GSM、UMTS、CDMA2000和IS-95這樣的蜂窩式電話系統(tǒng)中特別重要。
一種降低在放大器輸出端產(chǎn)生的失真水平的方法是讓放大器運(yùn)行在其響應(yīng)的更加線性化的區(qū)域。這種方法的缺點(diǎn)是放大器運(yùn)行在“補(bǔ)償(backed-off)”模式，它意味著放大器通過(guò)浪費(fèi)的能量，而以非常差地效率使用來(lái)自電源的能量。能效和熱耗散是選擇蜂窩式系統(tǒng)所使用的設(shè)備時(shí)的重要因素。
用于降低失真水平的其他更先進(jìn)的方法被稱為線性化技術(shù)。兩種最常用的技術(shù)是前饋線性化和數(shù)字預(yù)失真(predistortion)。
數(shù)字預(yù)失真技術(shù)具有很多優(yōu)點(diǎn)，然而在使用數(shù)字預(yù)失真來(lái)降低由于放大器系統(tǒng)的線性化引起的失真時(shí)存在一個(gè)已知的問(wèn)題。典型地在此類系統(tǒng)中存在數(shù)字表示的“期望的”輸出信號(hào)，它作為一個(gè)輸入提供到放大器系統(tǒng)。同時(shí)，還存在數(shù)字表示的“獲得的”信號(hào)，它是取自實(shí)際的放大器輸出并傳回到數(shù)字預(yù)失真系統(tǒng)。數(shù)字預(yù)失真系統(tǒng)的目的是使“獲得的”信號(hào)和“期望的”信號(hào)之間的差異最小化。最小化是通過(guò)使用通常稱為自適應(yīng)的過(guò)程校正放大器中以及與它關(guān)聯(lián)的頻率轉(zhuǎn)換電路中的時(shí)變和時(shí)不變的失真來(lái)實(shí)現(xiàn)的。為了使自適應(yīng)得以進(jìn)行，必須非常準(zhǔn)確地在時(shí)間上調(diào)準(zhǔn)期望的輸入信號(hào)和獲得的輸出信號(hào)?？上?，通過(guò)放大器模擬電路的時(shí)間延遲對(duì)于不同的放大器單元也都不同。時(shí)間延遲還因放大器溫度的變化而改變，并且也因放大器的老化而改變。
因?yàn)樵诜糯笃魇褂闷趦?nèi)通過(guò)放大器的時(shí)間延遲在制造時(shí)是不能知曉的，所以數(shù)字預(yù)失真系統(tǒng)必須估算定時(shí)偏差并自動(dòng)地校正它。用于執(zhí)行這類定時(shí)誤差估算和校正的方法被稱為延遲鎖定回路，它是無(wú)線電調(diào)制解調(diào)器設(shè)計(jì)的技術(shù)人員熟知的技術(shù)。但是，專用于預(yù)失真問(wèn)題的現(xiàn)有方法存在各種缺陷。首先，延遲鎖定回路對(duì)輸入功率是敏感的。延遲鎖定回路增益是“期望的”信號(hào)和“獲得的”的信號(hào)的功率的函數(shù)。因此，難于設(shè)計(jì)以下的延遲鎖定回路，其可以數(shù)字預(yù)失真系統(tǒng)所需要的非常低的估算誤差快速收斂。還有，延遲鎖定回路對(duì)輸入信號(hào)的統(tǒng)計(jì)數(shù)字是敏感的。在多載波系統(tǒng)中，數(shù)字預(yù)失真系統(tǒng)和放大器必須能夠支持一個(gè)以上的信號(hào)載波，延遲鎖定回路的回路增益和捕獲范圍還依賴于系統(tǒng)中有效的載波數(shù)。在一些具有許多載波的情況下，或當(dāng)存在兩個(gè)充分分開的載波頻率時(shí)，延遲鎖定回路的捕獲范圍可能很小而不能可靠地“限制”(pull in)所有預(yù)期的定時(shí)誤差。此外，不可避免地需要在延遲鎖定回路中在收斂時(shí)間和接著發(fā)生收斂的定時(shí)延遲估算中的噪聲之間進(jìn)行“折中”。為以盡可能短的時(shí)間充分運(yùn)轉(zhuǎn)，需要許多數(shù)字預(yù)失真系統(tǒng)。這對(duì)于利用延遲鎖定環(huán)路獲得的可達(dá)到的定時(shí)誤差估計(jì)精度帶來(lái)了設(shè)計(jì)限制。
用于定時(shí)誤差估算的現(xiàn)有技術(shù)方法適用于無(wú)線接收器設(shè)計(jì)，其中定時(shí)誤差估算的精度不是最重要的。在預(yù)失真系統(tǒng)中，目的是使得“期望的”和“獲得的”信號(hào)之間的差別最小化。因此，必須盡可能地最小化由于輕微的定時(shí)差別而引起的“期望的”和“獲得的”信號(hào)之間的任何差別。與通常的接收器系統(tǒng)相比存在更為緊迫的定時(shí)要求。
因此，現(xiàn)在需要的是在預(yù)失真線性化無(wú)線通信系統(tǒng)中用于定時(shí)誤差估算和校正的改進(jìn)的系統(tǒng)和方法。

發(fā)明內(nèi)容
在第一方面，本發(fā)明提供了用于在自適應(yīng)預(yù)失真線性化通信系統(tǒng)中進(jìn)行定時(shí)誤差校正的方法。該方法包括接收包括由一個(gè)輸入到通信系統(tǒng)的離散信號(hào)采樣的輸入信號(hào)，接收包括來(lái)自于該通信系統(tǒng)的輸出的離散信號(hào)采樣的輸出信號(hào)，和將所述輸入信號(hào)和輸出信號(hào)之間的定時(shí)延遲估計(jì)為一個(gè)采樣定時(shí)的分?jǐn)?shù)。該方法進(jìn)一步包括使用估算的定時(shí)延遲來(lái)校正輸入和輸出信號(hào)之間的定時(shí)誤差。
在此方法的優(yōu)選實(shí)施例中，估算時(shí)延包括計(jì)算輸入和輸出采樣之間的互相關(guān)函數(shù)和確定互相關(guān)函數(shù)峰值的位置?；ハ嚓P(guān)計(jì)算值是離散的，并且確定互相關(guān)函數(shù)峰值的位置包括使互相關(guān)計(jì)算的選定離散值逼近一個(gè)多項(xiàng)式函數(shù)，并確定多項(xiàng)式函數(shù)的最大值。確定多項(xiàng)式函數(shù)的最大值優(yōu)選地包括計(jì)算多項(xiàng)式函數(shù)的導(dǎo)數(shù)并確定導(dǎo)數(shù)為0的點(diǎn)。更具體地，確定互相關(guān)函數(shù)的最大值優(yōu)選地包括確定互相關(guān)計(jì)算的最大值的索引值，確定在最大值任何一側(cè)的N個(gè)值(N是整數(shù))，使2N階多項(xiàng)式適合于互相關(guān)計(jì)算產(chǎn)生的2N+1個(gè)離散值并計(jì)算多項(xiàng)式導(dǎo)數(shù)為0的點(diǎn)。例如，若N等于1，則多項(xiàng)式是2次的。相同地，奇次多項(xiàng)式和偶次多項(xiàng)式同樣都可以應(yīng)用。還有，確定互相關(guān)函數(shù)的最大值同樣可以包括確定互相關(guān)計(jì)算的最大值的索引值，確定緊接在最大值之下的N1個(gè)值和緊接在最大值之上的N2個(gè)值(在此N1和N2是整數(shù))，使N1+N2階多項(xiàng)式適合于互相關(guān)計(jì)算產(chǎn)生的N1+N2+1個(gè)離散值并計(jì)算多項(xiàng)式導(dǎo)數(shù)為0的點(diǎn)。定時(shí)誤差校正優(yōu)選包括用內(nèi)插函數(shù)來(lái)處理一個(gè)或多個(gè)輸入或輸出信號(hào)以消除估計(jì)延遲。更具體地，定時(shí)誤差校正優(yōu)選包括用有限脈沖響應(yīng)濾波器來(lái)處理一個(gè)或多個(gè)輸入或輸出信號(hào)。例如，內(nèi)插函數(shù)可以是個(gè)加窗sinc函數(shù)。
根據(jù)另一方面，本發(fā)明提供了在自適應(yīng)預(yù)失真線性化通信系統(tǒng)中進(jìn)行定時(shí)誤差校正方法，該方法包括接收一個(gè)包括從一個(gè)輸入到通信系統(tǒng)的離散信號(hào)采樣的輸入信號(hào)，接收一個(gè)包括來(lái)自于通信系統(tǒng)的一個(gè)輸出的離散信號(hào)采樣的輸出信號(hào)，計(jì)算輸入和輸出信號(hào)之間的互相關(guān)函數(shù)，和啟動(dòng)應(yīng)用互相關(guān)計(jì)算結(jié)果的延遲鎖定回路。使用延遲鎖定回路的輸出調(diào)整輸入和輸出信號(hào)的相對(duì)定時(shí)。
在此方法的優(yōu)選實(shí)施例中，啟動(dòng)延遲鎖定回路包括提供初始的設(shè)定給使用互相關(guān)計(jì)算結(jié)果的數(shù)字控制振蕩器。數(shù)字控制振蕩器的輸出被用來(lái)控制內(nèi)插器，內(nèi)插器接收和調(diào)整一個(gè)或多個(gè)輸入或輸出信號(hào)。內(nèi)插器優(yōu)選地校正使用變址修改的全部采樣定時(shí)偏移并校正使用有限脈沖響應(yīng)濾波器的分?jǐn)?shù)定時(shí)偏移。優(yōu)選地使用經(jīng)過(guò)濾波的互相關(guān)計(jì)算來(lái)更新數(shù)字控制振蕩器的設(shè)定。
根據(jù)另一方面，本發(fā)明提出一種在自適應(yīng)預(yù)失真線性化通信系統(tǒng)中進(jìn)行定時(shí)誤差校正的系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括第一輸入端，接收從一個(gè)輸入到該通信系統(tǒng)的數(shù)字輸入信號(hào)；第二輸入端，接收來(lái)自于通信系統(tǒng)的輸出的數(shù)字輸出信號(hào)，和互相關(guān)計(jì)算功能塊，計(jì)算輸入和輸出信號(hào)之間的互相關(guān)函數(shù)。該系統(tǒng)進(jìn)一步包括互相關(guān)峰值檢測(cè)功能塊，用于確定互相關(guān)函數(shù)的峰值的位置，和定時(shí)延遲估算器用于由互相關(guān)函數(shù)峰值的位置來(lái)確定估算的定時(shí)誤差。該系統(tǒng)進(jìn)一步包括用于根據(jù)所估算的定時(shí)誤差來(lái)接收和調(diào)整一個(gè)或多個(gè)數(shù)字輸入或輸出信號(hào)的內(nèi)插器。
在用于定時(shí)誤差校正的系統(tǒng)的優(yōu)選實(shí)施例中，一個(gè)求和功能塊被耦合到互相關(guān)計(jì)算功能塊，以累加互相關(guān)計(jì)算功能塊的輸出。內(nèi)插器優(yōu)選地包括一個(gè)有限脈沖響應(yīng)濾波器。例如，有限脈沖響應(yīng)濾波器可以應(yīng)用加窗sinc函數(shù)執(zhí)行分?jǐn)?shù)內(nèi)插(fractional interpolation)運(yùn)算。在一個(gè)實(shí)施例中，用于定時(shí)誤差校正的系統(tǒng)可以應(yīng)用與延遲鎖定回路中的內(nèi)插器耦接的數(shù)字控制振蕩器和回路濾波器，以及與互相關(guān)功能塊和回路濾波器耦接的第二個(gè)互相關(guān)功能塊，在這個(gè)實(shí)施例中，互相關(guān)計(jì)算的結(jié)果被用來(lái)初始化數(shù)字控制振蕩器，而第二個(gè)互相關(guān)功能塊的濾波輸出被用來(lái)更新數(shù)字控制振蕩器。
在下面的“具體實(shí)施方式
”中描述了本發(fā)明的進(jìn)一步特征和方面。


圖1是根據(jù)本發(fā)明使用定時(shí)誤差補(bǔ)償?shù)淖赃m應(yīng)預(yù)失真線性化放大器系統(tǒng)的功能塊示意圖。
圖2是根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例對(duì)于在定時(shí)誤差估算中采用的互相關(guān)函數(shù)的二次多項(xiàng)式擬合的圖解表示。
圖3是根據(jù)本發(fā)明的定時(shí)誤差估算與消除系統(tǒng)的功能塊框圖。
圖4是根據(jù)本發(fā)明對(duì)于在定時(shí)誤差消除中采用的加窗sinc(x)函數(shù)的逐段多項(xiàng)式擬合的圖解表示。
圖5是根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例的定時(shí)誤差估算與消除系統(tǒng)的功能塊框圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明提供了在使用自適應(yīng)預(yù)失真的通信系統(tǒng)中進(jìn)行數(shù)字定時(shí)誤差估算和校正的系統(tǒng)和方法。在優(yōu)選應(yīng)用中，本發(fā)明可以結(jié)合在自適應(yīng)數(shù)字預(yù)失真線性化放大器系統(tǒng)中，并且也提供改進(jìn)了的放大器系統(tǒng)，如圖1所示。
如圖1所示，自適應(yīng)數(shù)字預(yù)失真線性化放大器系統(tǒng)包括數(shù)字計(jì)算機(jī)16，它對(duì)于到放大器系統(tǒng)13的輸入的數(shù)字化采樣以及在下轉(zhuǎn)換14之后放大器系統(tǒng)的相應(yīng)輸出進(jìn)行評(píng)估。放大器系統(tǒng)13可包括用于變換信號(hào)至載波頻率的頻率轉(zhuǎn)換電路，用于降低頻帶外的能量的濾波電路和包含功率放大器的放大級(jí)，其結(jié)構(gòu)是本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的。這些級(jí)中的一個(gè)或多個(gè)引入了失真。數(shù)字化的輸出信號(hào)是從模/數(shù)轉(zhuǎn)換器15獲得的。如果輸入信號(hào)是模擬信號(hào)的話，則能夠從模/數(shù)轉(zhuǎn)換器得到計(jì)算機(jī)16所用的數(shù)字化輸入信號(hào)，或者輸入信號(hào)能以數(shù)字形式提供給放大器系統(tǒng)并通過(guò)應(yīng)用數(shù)/模轉(zhuǎn)換器12而轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)以供放大器系統(tǒng)放大。
通過(guò)在數(shù)字輸入信號(hào)和數(shù)字輸出信號(hào)上實(shí)行數(shù)字計(jì)算，數(shù)字計(jì)算機(jī)能夠施加控制信號(hào)到分離的預(yù)失真電路11，所述預(yù)失真電路把失真施加在放大器系統(tǒng)的數(shù)字輸入信號(hào)上。在轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)之后，施加了失真的信號(hào)被施加到放大器系統(tǒng)13上。預(yù)失真的用途是使輸入信號(hào)變形，以使其補(bǔ)償放大器的非線性傳輸特性。
預(yù)失真電路設(shè)計(jì)的目的在于使得在放大器系統(tǒng)的輸出上保留的殘留失真電平非常低。為了達(dá)到這個(gè)目的，數(shù)字計(jì)算機(jī)必須非常精確地?cái)?shù)字化表示輸入信號(hào)和輸出信號(hào)。而且，兩個(gè)信號(hào)必須在時(shí)間上非常精確地對(duì)準(zhǔn)。因?yàn)閿?shù)字計(jì)算機(jī)只是分析放大器系統(tǒng)如何相對(duì)于輸入信號(hào)來(lái)改變輸出信號(hào)，所以信號(hào)必須在時(shí)間上非常精確地對(duì)準(zhǔn)。
在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，使用互相關(guān)來(lái)分析輸入和輸出數(shù)字信號(hào)。通過(guò)檢查互相關(guān)函數(shù)的輸出峰值的位置，兩個(gè)信號(hào)之間的定時(shí)延遲能被確定到一個(gè)采樣的精確度。本發(fā)明通過(guò)應(yīng)用多項(xiàng)式函數(shù)于互相關(guān)函數(shù)輸出的峰值以及其相鄰采樣，改善了定時(shí)延遲估算的精確度。通過(guò)使用求導(dǎo)，定時(shí)延遲的精確度能夠改善到遠(yuǎn)小于單個(gè)采樣。
在優(yōu)選實(shí)施例中，用內(nèi)插濾波器來(lái)校正使用上述步驟估算的定時(shí)延遲。來(lái)自放大器系統(tǒng)的數(shù)字化輸出信號(hào)被傳送經(jīng)過(guò)內(nèi)插濾波器。內(nèi)插濾波器的輸出是放大器系統(tǒng)的數(shù)字化輸出，其相對(duì)于數(shù)字化輸入信號(hào)具有一個(gè)有效的零定時(shí)延遲。在此實(shí)施例中，定時(shí)延遲估算器和內(nèi)插濾波器的作用是消除由放大器系統(tǒng)引入到信號(hào)中的所有延遲。
消除經(jīng)過(guò)放大器系統(tǒng)的延遲是重要的，因?yàn)橥ㄟ^(guò)比較數(shù)字處理器中的輸入和輸出數(shù)字化信號(hào)而變得明顯的任何信號(hào)改變是由于放大器系統(tǒng)中的失真效應(yīng)引起的。另外，通過(guò)放大器的定時(shí)延遲被跟蹤作為因老化效應(yīng)或溫度效應(yīng)引起的延遲變化。本發(fā)明的系統(tǒng)和方法的優(yōu)點(diǎn)在于，直接地計(jì)算定時(shí)延遲而不是使用收斂于期望的定時(shí)延遲結(jié)果的反饋回路。反饋回路法的缺點(diǎn)在于它對(duì)數(shù)字化信號(hào)輸入的電平和功率譜敏感。難于設(shè)計(jì)一種對(duì)于所述線性化放大器系統(tǒng)操作使用期間遇到的所有輸入功率譜都能魯棒地運(yùn)行的定時(shí)延遲估計(jì)器和校正系統(tǒng)。此外，在所有的輸入信號(hào)情況下，不知道反饋回路要多長(zhǎng)時(shí)間收斂到正確的結(jié)果。本發(fā)明的方法消除了所有此類考慮并導(dǎo)致更加可靠和魯棒的設(shè)計(jì)。
下面將描述定時(shí)誤差校正系統(tǒng)和方法的詳細(xì)執(zhí)行過(guò)程。根據(jù)兩個(gè)信號(hào)間的互相關(guān)函數(shù)的估算來(lái)計(jì)算兩個(gè)數(shù)字化信號(hào)之間的定時(shí)誤差。這種類型的計(jì)算在“Digital Signal ProcessingPrinciples，Algorithms andApplications”，第三版，Johu G.Proakis與Dimitris G.Manolakis，Prentice Hall，New Jersey一書中有描述，將其以引用的方式結(jié)合在此。方程式(1)描述互相關(guān)計(jì)算。I和O是向量，它們包含了以系統(tǒng)采樣率產(chǎn)生的輸入和輸出數(shù)字化采樣。LAGS是進(jìn)行互相關(guān)所基于的滯后(lag)的數(shù)目；這是個(gè)設(shè)計(jì)參數(shù)并且應(yīng)不小于經(jīng)過(guò)放大器系統(tǒng)的預(yù)期的最大定時(shí)延遲。
E^IO[i+LAGS+1]=Σp=1+LAGSLEN-LAGSI[p]O*[i+p].-LAGS≤i≤LAGS---(1)]]>EIO[i]=RE(E^IO[i])2+Im(E^IO[i])2---(2)]]>方程式(1)描述了互相關(guān)計(jì)算的復(fù)數(shù)形式，但是已知實(shí)數(shù)形式能用于實(shí)值的輸入和輸出信號(hào)。此外，方程式(2)將方程式(1)中所描述的互相關(guān)函數(shù)的復(fù)數(shù)形式輸出的實(shí)部和虛部非相干地結(jié)合起來(lái)。如果沒(méi)有預(yù)期相位旋轉(zhuǎn)，則能夠?qū)τ趯?shí)部和虛部進(jìn)行相干形式的組合。同樣知道方程式(1)描述了互相關(guān)的一種特殊表達(dá)方式，而互相關(guān)的其他一些表達(dá)方式同樣是適合的。
在整體采樣數(shù)值中的定時(shí)延遲是方程式(1)的最大值的索引i。在本發(fā)明的優(yōu)選辦法中，進(jìn)一步改進(jìn)初始定時(shí)誤差估算。該過(guò)程首先找到互相關(guān)函數(shù)的最大值，而后記錄互相關(guān)的最大值和最大值任一側(cè)的N個(gè)值。下一階段是將一個(gè)2N階多項(xiàng)式擬合到所得到的2N+1個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)。接下來(lái)的階段是通過(guò)尋找其導(dǎo)數(shù)為0的點(diǎn)去尋找多項(xiàng)式轉(zhuǎn)向點(diǎn)(turning point)的位置。等效地，奇次多項(xiàng)式和偶次多項(xiàng)式一樣都可以應(yīng)用。更一般地，該過(guò)程可以包括確定互相關(guān)計(jì)算的最大值的索引值，確定緊接在最大值之下的N1個(gè)值和緊接在最大值之上的N2個(gè)值，在這里N1和N2都是整數(shù)，將一個(gè)N1+N2階多項(xiàng)式擬合到所述互相關(guān)計(jì)算的N1+N2+1個(gè)離散值并計(jì)算該多項(xiàng)式的導(dǎo)數(shù)為0的點(diǎn)?？梢岳斫猓谏厦鍺1和N2可以是相等的或不相等的。
作為舉例，更詳細(xì)地描述以上過(guò)程，其中N被選擇為等于1；在這種情況下，多項(xiàng)式是二階或二次的?；ハ嚓P(guān)估算的峰值由方程式(1)給出，用y2表示。用y1和y3表示兩個(gè)相鄰的樣本。這是在圖2中舉例中說(shuō)明的。注意，X軸上的定時(shí)值選為-1、0和+1。這些值只是為了方便，而要明白，X軸上的任何設(shè)定值都可以用(例如1、2、3或-0.5、0、0.5)。為了獲得改進(jìn)的定時(shí)延遲的估算，執(zhí)行下面的步驟1.多項(xiàng)式是y＝ax2+bx+c的形式2.在x＝-1時(shí)，y1＝a-b+c3.在x＝0時(shí)，y2＝c4.在x＝1時(shí)，y3＝a+b+c5.使用3，2a＝y(tǒng)1+y3-2y26.使用3，2b＝y(tǒng)3-y17.1中多項(xiàng)式關(guān)于x的一次導(dǎo)數(shù)是2ax+b8.轉(zhuǎn)向點(diǎn)是在XTP＝-b/2a＝1/2(y1-y3)/(y1+y3-2y2)該程序陳述如下·p＝互相關(guān)中的峰值位置·y2＝EIO[p]·y1＝EIO[p-1]·y3＝EIO[p+1]·fractional_error(部分誤差)＝0.5*(y1-y3)/(y1+y3-2y2)
·P＝P+fractional_error；·TimingError(定時(shí)誤差)＝LAGS+1-P一旦完成了最初的定時(shí)估算，則更新定時(shí)誤差濾波器。
本發(fā)明的數(shù)字定時(shí)誤差估算和校正電路的第一個(gè)實(shí)施例示于圖3。應(yīng)該理解，在此圖中所示的功能塊能以硬件形式、軟件形式或軟硬件結(jié)合的形式存在。這些功能塊構(gòu)成了圖1中數(shù)字計(jì)算機(jī)16的一部分。
上面方程式(1)的互相關(guān)計(jì)算是在圖3的功能塊23中進(jìn)行。此功能塊的輸入是線性化放大器系統(tǒng)的數(shù)字輸入21和來(lái)自放大器系統(tǒng)的數(shù)字化輸出22。來(lái)自放大器系統(tǒng)的數(shù)字化輸出對(duì)應(yīng)于圖1中A/D轉(zhuǎn)換器15的數(shù)字化輸出。求和功能塊24完成校正輸出的非相干累加。此外，應(yīng)明白求和功能塊24能用于累加互相關(guān)單元23的連續(xù)輸出，靠熟知的噪聲平均處理來(lái)改進(jìn)估算的精確度。
功能塊25計(jì)算搜索的峰值，它提供2N+1個(gè)輸出到功能塊26。功能塊26實(shí)行精確到樣本的一個(gè)分?jǐn)?shù)的定時(shí)誤差估算。在上面所述計(jì)算步驟8中表示了一個(gè)使用N＝1(二次的情況下)的由功能塊26所實(shí)行的計(jì)算例子。最后，整體采樣和部分采樣定時(shí)延遲被從功能塊26傳到內(nèi)插功能塊27。內(nèi)插功能塊的輸出28與數(shù)字輸入21在時(shí)間上對(duì)準(zhǔn)。
在這個(gè)實(shí)施例中，一個(gè)內(nèi)插濾波器優(yōu)選地用于校正定時(shí)誤差。定時(shí)誤差被周期性地更新以便跟蹤經(jīng)過(guò)放大器系統(tǒng)的時(shí)延中與老化和溫度有關(guān)的漂移。此方法降低了數(shù)字計(jì)算機(jī)的計(jì)算負(fù)擔(dān)，并且如果輸入信號(hào)和A/D、D/A轉(zhuǎn)換器的采樣率已知是相等的話則是一個(gè)魯棒的解決方案。在這種情況下，定時(shí)延遲是個(gè)常數(shù)值，如上所述，防止了模擬組件中的長(zhǎng)期漂移。
如果A/D和D/A轉(zhuǎn)換器的采樣率是不相等的，例如，若在采樣率間存在很小的頻率誤差，那么定時(shí)延遲估算值將不是恒定的并且需要不斷地重新估算(這種情況可由下面討論的第二個(gè)實(shí)施例克服。)在這個(gè)實(shí)施例中，可使用Farrow型的內(nèi)插濾波器，如下文中所述“A Continuously Variable Digital Delay Element”，C.W.Farrow；Circuits andSystems，1988，IEEE International Symposium，June 7-9，1988，Pages 2641-2645，Vol.3，以引用的方式將其公開內(nèi)容結(jié)合在此，盡管知道任何內(nèi)插濾波器都可應(yīng)用。在這種情況下，分?jǐn)?shù)采樣再定時(shí)濾波器實(shí)行采樣的任何正分?jǐn)?shù)部分的定時(shí)校正。雖然知道也可以使用通過(guò)采樣的負(fù)分?jǐn)?shù)部分，或者正分?jǐn)?shù)部分和負(fù)分?jǐn)?shù)部分二者來(lái)校正內(nèi)插濾波器。整體采樣定時(shí)偏移是通過(guò)使用變址修改(indexing modification)來(lái)校正的，變址修改是數(shù)字信號(hào)處理領(lǐng)域的技術(shù)人員熟知的。延遲采樣的剩余部分利用有限脈沖響應(yīng)(FIR)濾波器而被插入，F(xiàn)IR濾波器的抽頭權(quán)重近似等于由sinc(x)函數(shù)內(nèi)插的低通濾波器。
每當(dāng)定時(shí)延遲估算器26改變定時(shí)延遲的分?jǐn)?shù)部分時(shí)，都重新計(jì)算FIR抽頭權(quán)重。該抽頭權(quán)重是根據(jù)對(duì)適當(dāng)?shù)目倿V波器響應(yīng)進(jìn)行逐段多項(xiàng)式近似來(lái)獲得的。此原理見(jiàn)圖4所示。這就是通常用于計(jì)算脈沖響應(yīng)抽頭的Farrow法。由Farrow構(gòu)造的實(shí)際內(nèi)插器使用多項(xiàng)式近似值了來(lái)連續(xù)地更新抽頭。見(jiàn)“A Continuously Variable Digital DelayElement”，C.W.Farrow；Circuits and Sysrem，1988 IEEE InternationalSymposium，June 7-9，1988，Pages 2641-2645，Vol.3。內(nèi)插器的實(shí)現(xiàn)可以不同，但優(yōu)選地在此使用逐段多項(xiàng)式近似的原理，以節(jié)省數(shù)字計(jì)算機(jī)計(jì)算開銷。
接著，參見(jiàn)圖5，數(shù)字定時(shí)誤差校正電路的第二個(gè)實(shí)施例將被描述。在這個(gè)實(shí)施例中可認(rèn)識(shí)到與定時(shí)誤差校正的延遲鎖定回路方法相聯(lián)系的許多問(wèn)題是與反饋回路的初始收斂有關(guān)的。一旦達(dá)到了收斂，可以通過(guò)選擇一個(gè)非常低的環(huán)路帶寬來(lái)減輕以上確認(rèn)的許多設(shè)計(jì)問(wèn)題。雖然在其他的應(yīng)用中低的回路帶寬被認(rèn)為是不希望有的，低回路帶寬的缺點(diǎn)不會(huì)施加到線性化放大器系統(tǒng)情況下，因?yàn)椴恍枰朔?dú)立頻率基準(zhǔn)以及多普勒偏移問(wèn)題。但是初始收斂問(wèn)題仍然是延遲鎖定方法的主要困難，它在本發(fā)明中被得以克服。
通過(guò)檢查上述第一個(gè)實(shí)施例的步驟8，可以明白把除法的分母設(shè)定為1減少了對(duì)延遲鎖定回路的計(jì)算。見(jiàn)“Spread SpectrumCommunications Handbook”，M.K.Simon，J.K.Omura，R.A.Scholtz，B.K.Levitt，McGraw-Hill Professional，2001，ISBN0071382152，其公開結(jié)合在此以供參考。因此，使用步驟8的計(jì)算來(lái)獲得最初非常精確的定時(shí)延遲估算值是一個(gè)十分有用的步驟。其后，跟蹤緩慢的老化以及溫度相關(guān)的時(shí)間延遲變化能夠通過(guò)非常低回路帶寬的延遲鎖定回路來(lái)完成。
通過(guò)采用眾所周知的數(shù)字控制振蕩器(NCO)方法，例如，在LarsErup，F(xiàn)loyd M.Gardner和Robert A.Harris，“Interpolation in DigitalModems-Part IIImplementation and Performance，IEEE Transactionson Communications，Vol.41，no.6，June 1993，PP.998-1108”文中所述的，其公開結(jié)合在此以供參考，本發(fā)明能用來(lái)提供一個(gè)改善了的初始定時(shí)延遲估值。此初始估值用來(lái)初始化NCO 311，以及沿312線的內(nèi)插濾波器37。通過(guò)圖5的功能塊38計(jì)算出延遲鎖定回路的早和晚相關(guān)，并且早校正和晚相關(guān)之間的差別(對(duì)應(yīng)于第一個(gè)實(shí)施例中步驟8的Y1和Y3)由回路濾波器39濾去。回路濾波器的輸出310被累加到NCO 311中，NCO 311上有功能塊36的輸出設(shè)定的初始值。功能塊33、34、35和36的輸出遵循了上述第一個(gè)實(shí)施例中陳述的程序。
對(duì)每次迭代，NCO中的累加值根據(jù)下列方程式更新NCO_ACC(T)＝NCO_ACC(T-1)-LOOP_FILTER_OUTPUT (3)整體采樣延遲可以在NCO 311中使用下列方程式(4)來(lái)計(jì)算。其采用了在Lars Erup，F(xiàn)loyd M.Gardner和Robert A.Harris，“Interpolation in Digital Modems-Part IIImplementation andPerformance，IEEE Transactions on Communications，Vol.41，no.6，Tune1993，PP.998-1108”文中概述的原理。
WHOLE_TIMING_DELAY(T)＝floor(NCO_ACC(T))(4)分?jǐn)?shù)采樣延遲可以在NCO中使用下列方程式(5)來(lái)計(jì)算。其也使用了在Lars Erup，F(xiàn)loyd M.Gardner and Robert A，Harris，“Interpolation in Digital Modems-Part IIImplementation andPerformance，IEEE Transactions on Communications，Vol.41，no.6，Tune1993，PP.998-1108”文中概述的原理。
FRACTIONAL_TIMING_DELAY(T)＝NCO_ACC(T)-WHOLE_TIMING_DELAY (5)更新的整體采樣和分?jǐn)?shù)采樣定時(shí)偏移沿著線313被提供給內(nèi)插器37。通過(guò)使用數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)領(lǐng)域人員熟知的變址修改來(lái)校正整體采樣定時(shí)偏移。采樣延遲的剩余部分優(yōu)選地利用有限脈沖響應(yīng)(FIR)濾波器而被插入，F(xiàn)IR濾波器具有的抽頭權(quán)重近似等于使用sinc(x)函數(shù)內(nèi)插的低通濾波器，這是本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的。
因此本發(fā)明的系統(tǒng)和方法提供了以可以忍受每一信號(hào)的功率的方式來(lái)快速估算兩個(gè)類似信號(hào)之間的定時(shí)誤差；忍受這些信號(hào)的功率譜密度；具有獲得良好估算所需的預(yù)定時(shí)間；提供定時(shí)誤差的“一次通過(guò)(one-shot)”估算；提供定時(shí)誤差的明確估算(在第二個(gè)，或任何期望的單元中)；和足夠精確以執(zhí)行預(yù)失真自適應(yīng)計(jì)算。
盡管已經(jīng)描述了具體的詳細(xì)實(shí)施例，但這些不應(yīng)被視為事實(shí)上的限制，因?yàn)槿绫绢I(lǐng)域技術(shù)人員所理解的，利用本發(fā)明的教導(dǎo)可以提供各種修改。
權(quán)利要求
1.一種用于在自適應(yīng)預(yù)失真線性化通信系統(tǒng)中進(jìn)行定時(shí)誤差校正的方法，包括接收一個(gè)包括從輸入端到該通信系統(tǒng)的離散信號(hào)采樣的輸入信號(hào)；接收一個(gè)包括來(lái)自該通信系統(tǒng)輸出端的離散信號(hào)采樣的輸出信號(hào)；將所述輸入和輸出信號(hào)之間的定時(shí)延遲估計(jì)到采樣定時(shí)的一個(gè)分?jǐn)?shù)，和使用所估算的定時(shí)延遲來(lái)校正所述的輸入和輸出信號(hào)之間的定時(shí)誤差。
2.如權(quán)利要求1中所述用于定時(shí)誤差校正的方法，其中，估算定時(shí)延時(shí)包括計(jì)算所述輸入和輸出采樣之間的互相關(guān)函數(shù)并確定互相關(guān)函數(shù)的峰值位置。
3.如權(quán)利要求2中所述用于定時(shí)誤差校正的方法，其中，互相關(guān)計(jì)算值是離散的，并且其中確定互相關(guān)函數(shù)峰值的位置包括使所選定的互相關(guān)計(jì)算的離散值逼近多項(xiàng)式函數(shù)。
4.如權(quán)利要求3中所述用于定時(shí)誤差校正的方法，其中，確定互相關(guān)函數(shù)峰值的位置進(jìn)一步包括確定多項(xiàng)式函數(shù)的最大值。
5.如權(quán)利要求4中所述用于定時(shí)誤差校正的方法，其中，確定多項(xiàng)式函數(shù)的最大值包括計(jì)算該多項(xiàng)式函數(shù)的導(dǎo)數(shù)并確定導(dǎo)數(shù)為0的點(diǎn)。
6.如權(quán)利要求2中所述用于定時(shí)誤差校正的方法，其中，確定互相關(guān)函數(shù)的最大值包括確定互相關(guān)函數(shù)計(jì)算的最大值的索引值，確定在最大值任何一側(cè)的N個(gè)值，其中N是整數(shù)，使2N階多項(xiàng)式擬合到互相關(guān)計(jì)算產(chǎn)生的2N+1個(gè)離散值并計(jì)算多項(xiàng)式導(dǎo)數(shù)為0的點(diǎn)。
7.如權(quán)利要求6中所述用于定時(shí)誤差校正的方法，其中N為1和多項(xiàng)式是二次的。
8.如權(quán)利要求1中所述用于定時(shí)誤差校正的方法，其中，定時(shí)誤差校正包括用內(nèi)插函數(shù)作用于一個(gè)或多個(gè)輸入或輸出信號(hào)上，以消除估算的延遲。
9.如權(quán)利要求8中所述用于定時(shí)誤差校正的方法，其中，定時(shí)誤差校正包括用有限脈沖響應(yīng)內(nèi)插濾波器作用于一個(gè)或多個(gè)輸入或輸出信號(hào)上。
10.如權(quán)利要求8中所述用于定時(shí)誤差校正的方法，其中，內(nèi)插函數(shù)是個(gè)加窗sinc函數(shù)。
11.在自適應(yīng)預(yù)失真線性化通信系統(tǒng)中用于定時(shí)誤差校正的方法，包括接收一個(gè)包括從輸入端到通信系統(tǒng)的離散信號(hào)采樣的輸入信號(hào)；接收一個(gè)包括來(lái)自通信系統(tǒng)的輸出的離散信號(hào)采樣的輸出信號(hào)；計(jì)算在所述的輸入和輸出信號(hào)之間的互相關(guān)函數(shù)；啟動(dòng)一個(gè)應(yīng)用所述互相關(guān)計(jì)算結(jié)果的延遲鎖定回路；和使用所述延遲鎖定回路的輸出來(lái)調(diào)整所述輸入和輸出信號(hào)的相對(duì)定時(shí)。
12.如權(quán)利要求11中所述用于定時(shí)誤差校正的方法，其中，啟動(dòng)應(yīng)用所述互相關(guān)計(jì)算結(jié)果的延遲鎖定回路包括提供初始設(shè)定給使用所述互相關(guān)計(jì)算結(jié)果的數(shù)字控制振蕩器。
13.如權(quán)利要求12中所述用于定時(shí)誤差校正的方法，其中，調(diào)整所述的輸入和輸出信號(hào)的相對(duì)定時(shí)包括使用所述的數(shù)字控制振蕩器的輸出去控制內(nèi)插器，所述內(nèi)插器接收和調(diào)整一個(gè)或多個(gè)輸入或輸出信號(hào)。
14.如權(quán)利要求13中所述用于定時(shí)誤差校正的方法，其中，所述內(nèi)插器校正使用變址修改的整體采樣定時(shí)偏移和使用有限脈沖響應(yīng)濾波器的分?jǐn)?shù)定時(shí)偏移。
15.如權(quán)利要求12中所述用于定時(shí)誤差校正的方法，進(jìn)一步包括使用經(jīng)過(guò)濾波的互相關(guān)計(jì)算更新數(shù)字控制振蕩器的設(shè)定。
16.一種用于在自適應(yīng)預(yù)失真線性化通信系統(tǒng)中進(jìn)行定時(shí)誤差校正的系統(tǒng)，包括第一輸入端，接收從一個(gè)輸入端到該通信系統(tǒng)的數(shù)字輸入信號(hào)；第二輸入端，接收來(lái)自通信系統(tǒng)的輸出端的數(shù)字輸出信號(hào)；互相關(guān)計(jì)算功能塊，計(jì)算所述的輸入和輸出信號(hào)之間的互相關(guān)函數(shù)；互相關(guān)峰值檢測(cè)功能塊，用于確定互相關(guān)函數(shù)的峰值的位置；定時(shí)延遲估算器，用于由所述的互相關(guān)函數(shù)的峰值的位置來(lái)確定估算的定時(shí)誤差；以及內(nèi)插器，根據(jù)所述的估算定時(shí)誤差，接收和調(diào)整一個(gè)或多個(gè)數(shù)字輸入或輸出信號(hào)。
17.如權(quán)利要求16所述用于定時(shí)誤差校正的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括耦合到互相關(guān)計(jì)算功能塊的求和功能塊，用于累加所述互相關(guān)計(jì)算功能塊的輸出。
18.如權(quán)利要求16所述用于定時(shí)誤差校正的系統(tǒng)，其中所述的內(nèi)插器包括有限脈沖響應(yīng)濾波器。
19.如權(quán)利要求18所述用于定時(shí)誤差校正的系統(tǒng)，其中所述的有限脈沖響應(yīng)濾波器應(yīng)用加窗sinc函數(shù)執(zhí)行分?jǐn)?shù)內(nèi)插運(yùn)算。
20.如權(quán)利要求16所述用于定時(shí)誤差校正的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括數(shù)字控制振蕩器和回路濾波器，在延遲鎖定回路配置中耦接到所述的內(nèi)插器。
21.如權(quán)利要求20所述用于定時(shí)誤差校正的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括耦接到所述的互相關(guān)功能塊和回路濾波器的第二互相關(guān)功能塊，其中所述互相關(guān)計(jì)算的結(jié)果被用來(lái)啟動(dòng)所述的數(shù)字控制振蕩器，并且所述的第二互相關(guān)功能塊的濾波輸出被用來(lái)更新所述的數(shù)字控制振蕩器。
全文摘要
公開了一種用于快速校正兩個(gè)信號(hào)之間時(shí)差的系統(tǒng)和方法。特別是公開了用于非?？焖俚匦Ｕ〞r(shí)誤差達(dá)到數(shù)字預(yù)失真自適應(yīng)所需非常高的精度的系統(tǒng)和方法。此方法是一種信號(hào)處理技術(shù)，它既能夠用硬件也能夠用軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)，其使用了相關(guān)性計(jì)算。該相關(guān)性計(jì)算結(jié)果能以非常快速和準(zhǔn)確地估算出兩個(gè)信號(hào)之間時(shí)差的方式進(jìn)行處理。
文檔編號(hào)H04L25/03GK101023614SQ200580030275
公開日2007年8月22日 申請(qǐng)日期2005年7月8日 優(yōu)先權(quán)日2004年7月9日
發(fā)明者S·A·伍德, I·約翰遜, C·G·盧克, A·曼塞爾, M·科普 申請(qǐng)人:電力波技術(shù)公司