系统线性化的制作方法
【专利摘要】一种用于使非线性的系统元件线性化的方法，包括获取表示非线性的系统元件的输入及相应的输出的数据。模型参数估算过程被应用于所获取的数据以确定用于表征非线性元件的输入-输出特性的模型的模型参数。用于表示非线性元件的期望输出信号的输入信号被接受并被处理以根据所确定的模型参数来形成修改的输入信号。该处理包括，对输入信号的一系列连续的样本中的每个样本应用迭代过程以根据非线性元件的模型的预测输出来确定修改的输入信号的样本。修改的输入信号被提供用于应用于非线性元件的输入。
【专利说明】系统线性化
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求2011年11月17日提交的美国临时专利申请N0.61/560，889以及2012年9月21日提交的美国临时专利申请N0.61/703,895的优先权。这些申请通过参考并入本文。
【技术领域】
[0003]本发明涉及包括非线性元件的系统的线性化，尤其是涉及具有展现出非线性输入/输出特性的功率放大器的电子电路的线性化。
【背景技术】
[0004]许多系统都包括固有地为非线性的构件。这样的构件包括(但不限于)电机、功
率放大器、二极管、晶体管、真空管等。
[0005]一般地，功率放大器具有相关联的工作范围，在该工作范围的一部分内功率放大器基本上线性地工作，而在该工作范围的另一部分内功率放大器非线性地工作。在某些实例中，含有功率放大器的系统能够在使得功率放大器总是在其工作范围的线性部分内工作的情况下工作。但是，功率放大器的某些应用(例如，在蜂窝基站中)可以使用功率放大器按照诸如宽带码分多址(WCDMA)和正交频分复用(OFDM)的传输格式来传输数据。这些传输格式的使用可以产生具有高动态范围的信号。对于这样的应用，仅在功率放大器的线性范围内传输数据可能是效率低的。因而，期望的是使功率放大器的工作范围的非线性部分线性化，使得数据能够在该范围内安全地传输。
[0006]在射频发射器中的非线性特征的一个影响是，非线性导致在所期望的传输频带之外的能量的增大，这会导致相邻频带间的干扰。
【发明内容】
[0007]在一个方面，一般地，用于使非线性的系统元件线性化的方法包括获取表示非线性的系统元件的输入及相应的输出的数据。模型参数估算过程被应用于所获取的数据，以确定用于表征非线性元件的输入-输出特性的模型的模型参数。用于表示非线性元件的期望输出信号的输入信号被接受并被处理以根据所确定的模型参数形成修改的(modified)输入信号。该处理包括，对输入信号的一系列连续样本中的每个样本应用迭代过程以根据非线性元件的模型的预测输出来确定修改的输入信号的样本。修改的输入信号被提供用于应用于非线性元件的输入。
[0008]各方面能够包括下列特征中的一个或多个特征。
[0009]非线性的系统元件包括功率放大器,例如,射频功率放大器或音频功率放大器。
[0010]应用模型参数估算过程包括应用稀疏回归方法，包括选择用于表征模型的输入-输出特性的可用模型参数的子集。
[0011]应用迭代过程包括应用计算过程来求解多项式方程或者应用置信传播(beliefpropagation) iifMo
[0012]应用迭代过程来根据非线性元件的模型的预测输出确定修改的输入信号的样本包括首先确定样本的幅值并然后确定所述样本的相位。
[0013]用于表征非线性元件的输入-输出特性的模型包括记忆多项式。
[0014]用于表征非线性元件的输入-输出特性的模型包括Volterra级数模型。
[0015]用于表征非线性元件的输入-输出特性的模型包括用于预测表示元件的过去输入集合和过去输出集合的基于非线性元件的数据的输出的模型。在某些实例中，用于表征非线性元件的输入-输出特性的模型包括无限脉冲响应(IIR)模型。
[0016]获取表示非线性的系统元件的输入及相应的输出的数据包括获取非线性元件的非连续输出，并且模型参数估算过程不需要输出的连续样本。
[0017]在另一方面，一般地，存储于机器可读介质上的软件包括用于执行以上所描述的任意过程的全部步骤的指令。
[0018]在另一方面，一般地，系统被配置用于执行以上所描述的任意过程的全部步骤。
[0019]各方面能够包括下列优点。
[0020]通过估算非线性的系统元件的模型(即，从输入到输出的前向模型)的参数，而不是估算直接代表预失真器(例如，逆向模型)的参数，在模型的给定复杂度下可以获得更精确的线性化。
[0021]对每个样本执行迭代过程提供精确的线性化，并且在许多实现方式中，每个样本需要相对较少的迭代。
[0022]根据下列描述和权利要求，本发明的其他特征和优点是显而易见的。
【专利附图】
【附图说明】
[0023]图1是第一功率放大器线性化系统。
[0024]图2是第二功率放大器线性化系统。
[0025]图3是用于确定功率放大器的预失真输入的因子图(factor graph)。
【具体实施方式】
[0026]参照图1，以下所描述的一种或多种方法针对于对系统构件中的非线性进行补偿的问题。这些方法最初在使功率放大器线性化的背景下描述，但是应当理解，这只是方法的众多可能背景中的一种。
[0027]在图1中，非线性元件P102，例如，功率放大器，接受离散的时间序列X1,…，Xt并且输出时间序列yu…，yt = P (X1,…，xt)。如果P102是理想的并且是线性的，并且假定它具有单位增益，则对于所有i都有Ji = Xi。元件102并不是理想的，例如，因为元件102引入了无记忆的非线性，并且更一般地，因为元件的非线性具有例如表示元件的电状态的记忆。
[0028]应当理解，在下面的讨论中，非线性元件的输入和输出被描述为离散的时间信号。但是，这些离散的时间值等同于连续(模拟)波形的采样，例如，针对信号的带宽以等于或者大于NyquiSt采样率进行采样。。此外，在射频放大器的情形下，在某些实例中，输入和输出值是基带信号，并且非线性元件包括调制为传输射频以及解调回到基带频率。在某些实例中，输入表示中间频率信号，该中间频率信号表示多个信道的频率复用。而且，一般地，输入和输出是复数值，代表对调制信号的正交分量的调制。
[0029]参照图1，一种用于对非线性进行补偿的方案是在非线性元件102之前级联预失真元件(预失真器)D104，通常称为数字预失真器(Dro)，使得所期望的输出序列W1，…，Wt被传递通过D104以产生Xl，…，Xt，使得所产生的输出yi，…，yt最大可能地匹配所期望的输出。在某些实例中，如图1所示，预失真器是无记忆的，使得预失真器的输出Xt是所期望的输出值wt的函数,使得对于某些参数化的预失真函数D0 O有xt = D0 (Wt)。
[0030]如同上文所介绍的，在某些实例中，预失真函数通过参数集Θ107参数化。这些参数能够通过使用例如估算器106来跟踪(例如，使用递归方法)或优化(例如，在批量参数估算中)，以最佳地匹配实际的非线性元件P102的特性，从而用作其特性的预逆(pre-1nverse)。在某些实例中，非线性元件P具有一般为S型(sigmoidal)的输入-输出特性，使得输出在高输入振幅下被压缩。在某些实例中，参数?表征该S型函数的逆的形状，使得D104和P102的级联提供所期望的输出Wt的近似恒等(或线性)的变换。
[0031]注意，一般地，并不一定假定图1所示的那种类型的预失真器是无记忆的。例如，除了 Wt之外，Xt也能够取决于非线性元件的以往输入xt_T，…，xt_i的长度窗口 T，并且如果可获得，还可以取决于非线性元件自身的所测得的输出yt_T，…，ym已经使用的D104的函数形式包括记忆多项式、Volterra级数等，以及例如使用批量和/或自适应方法来估算参数?107的各种方法已经被使用。
[0032]参照图2，一种可替代的方案利用与图1所示的体系结构不同的体系结构。在图2所示的体系结构中，预失真器D204与非线性元件102串联起来使用。预失真器的操作通过所估算的参数集合?来控制。但是，不是直接地用参数集合?来使预失真器D参数化，以用做如同图1那样合适的预逆，而是预失真器的操作通过用于表征非线性元件P102自身的参数集Φ来控制。特别地，模型PW08通过Φ来参数化，以最佳地匹配真实的非线性元件P102的特性。
[0033]如同下文更全面地讨论的，参数Φ可以根据从真实的非线性元件的输入和输出观察到的过去的成对样本(Xuy1),"*, (χτ, yτ)来确定。与预失真器的可能的直接参数化一样，可以使用pyos的各种参数化，如同稍后在本描述中进一步讨论的。
[0034]一般地，模型ΡΦ208根据直到当前时间的以往输入的有限历史xt_T，…，xt以
及直到上一时间的预测输出的有限历史λ-T， Vt-1来提供预测输出九。很一般地，对于每个新的预期输出wt，预失真器D204的操作涉及找出最佳的Xt，使得严格有wt=Pφ(xt_τ,...,xt,yt_τ,...,yt_l)，或者使得失真 || w,Il 最小化。
[0035]图2所示的体系结构的操作取决于系统的特性，包括:
[0036]a.模型Ρφ208的函数形式；
[0037]b.由预失真器用来确定Xt的连续值使得模型输出λ匹配所期望的输出Wt的过程；以及
[0038]c.用来利用估算器206来估算模型参数Φ的过程。
[0039]首先转至非线性模型的函数形式，选择包括Volterra级数、记忆多项式(可任选地用交叉项来一般化)以及基于内核函数的方案。[0040]Ρφ208的参数形式的一个具体实例，我们假定该形式的N阶记忆多项式
【权利要求】
1.一种用于使非线性的系统元件线性化的方法，包括: 获取表示所述非线性的系统元件的输入及相应输出的数据； 使用所获取的数据来应用模型参数估算过程以确定用于表征所述非线性元件的输入-输出特性的模型的模型参数； 接受表示所述非线性元件的期望输出信号的输入信号； 根据所确定的模型参数来处理所述输入信号以形成修改的输入信号，处理包括，对所述输入信号的一系列连续样本中的每个样本应用迭代过程以根据所述非线性元件的所述模型的预测输出来确定所述修改的输入信号的样本；以及 提供所述修改的输入信号来应用于所述非线性元件的所述输入。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述非线性的系统元件包括功率放大器。
3.根据权利要求1所述的方法，其中应用所述模型参数估算过程包括:应用稀疏回归方案，包括选择用于表征所述模型的输入-输出特性的可用模型参数的子集。
4.根据权利要求1所述的方法，其中应用所述迭代过程包括:应用计算过程来求解多项式方程。
5.根据权利要求1所述的方法，其中应用所述迭代过程包括:应用置信传播过程。
6.根据权利要求1所述的方法，其中应用所述迭代过程以根据所述非线性元件的所述模型的预测输出来确定所述修改的输入信号的样本包括:首先确定所述样本的幅值，并然后确定所述样本的相位。
7.根据权利要求1所述的方法，其中所述用于表征所述非线性元件的输入-输出特性的模型包括记忆多项式。
8.根据权利要求1所述的方法，其中所述用于表征所述非线性元件的输入-输出特性的模型包括Volterra级数模型。
9.根据权利要求1所述的方法，其中所述用于表征所述非线性元件的输入-输出特性的模型包括用于预测表示所述元件的过去输入集合和过去输出集合的基于所述非线性元件的数据的输出的模型。
10.根据权利要求9所述的方法，其中所述用于表征所述非线性元件的输入-输出特性的模型包括无限脉冲响应(IIR)模型。
11.根据权利要求1所述的方法，其中获取表示所述非线性的系统元件的输入及相应输出的数据包括:获取所述非线性元件的非连续输出，并且其中所述模型参数估算过程不需要所述输出的连续样本。
12.一种用于线性化非线性元件的系统，所述系统包括: 估算器，配置用于接受表示所述非线性的系统元件的输入及相应输出的数据并且应用模型参数估算过程来确定用于表征所述非线性元件的输入-输出特性的模型的模型参数；以及 预失真器，包括:用于接受表示所述非线性元件的期望输出信号的输入信号的输入；用于接受来自所述估算器的所述模型参数的输入；用于根据所述输入信号来形成修改的输入信号的处理元件，所述处理元件被配置用于执行功能，所述功能包括对所述输入信号的一系列连续样本中的每个样本应用迭代过程以根据所述非线性元件的所述模型的预测输出来确定所述修改的输入信号的样本；以及用于提供所述修改的输入信号来应用于所述非线性元件的所述输入的输出。
13.根据权利要求12所述的系统，其中所述估算器被配置用于应用包括选择用于表征所述模型的输入-输出特性的可用模型参数的子集的稀疏回归方法。
14.根据权利要求12所述的系统，其中所述处理元件被配置用于应用计算过程来求解多项式方程。
15.根据权利要求12所述的系统，其中所述处理元件被配置用于应用置信传播过程。
16.根据权利要求12所述的系统，其中所述处理元件被配置用于通过首先确定所述样本的幅值并然后确定所述样本的相位以根据所述非线性元件的所述模型的预测输出来确定所述修改的输入信号的样本。
17.根据权利要求12所述的系统，其中所述用于表征所述非线性元件的输入-输出特性的模型包括用于预测表示所述元件的过去输入集合和过去输出集合的基于所述非线性元件的数据的输出的模型。
18.一种存储于非临时性存储内的软件，包含用于促使数据处理器来执行功能的指令，所述功能包括: 获取表示非线性的系统元件的输入及相应输出的数据； 使用所获取的数据来应用模型参数估算过程以确定用于表征所述非线性元件的输入-输出特性的模型的模型参数； 接受表示所述非线性元件的期望输出信号的输入信号； 根据所确定的模型参数来处理所述输入信号以形成修改的输入信号，处理包括，对所述输入信号的一系列连续样本中的每个样本应用迭代过程以根据所述非线性元件的所述模型的预测输出来确定所述修改的输入信号的样本；以及 提供所述修改的输入信号来应用于所述非线性元件的所述输入。
【文档编号】H03F1/32GK103947106SQ201280056330
【公开日】2014年7月23日 申请日期:2012年11月16日 优先权日:2011年11月17日
【发明者】T·韦伯, B·维格达, P·帕拉特, J·帕克 申请人:美国亚德诺半导体公司