用于数字预失真的系统和方法
【专利说明】
【背景技术】
[0001]在通信、导航以及监视机载无线电设备中，当前的射频(RF)高功率放大器(HPA)通常是功率消耗最多、最重和/或最大的元件。因此，希望提高现代高功率放大器的性能。
【发明内容】
[0002]在一个实施例中，提供了一种无线电系统。该无线电系统包括无线电单元，该无线电单元包括配置为调制数字数据信号的调制器和信号接口。该无线电系统还包括:天线单元，包括信号接口 ；和电缆，将无线电单元的信号接口耦合到天线单元的信号接口。天线单元与无线电单元物理地分离并位于远离无线电单元处。天线单元进一步包括:数字预失真引擎，配置为接收调制的数字数据信号并使该调制的数字数据信号预失真；数模转换器，配置为将预失真的数字数据信号转换为预失真的模拟数据信号；和功率放大器，配置为放大预失真的模拟数据信号，功率放大器使预失真的模拟数据信号失真。由功率放大器引入的失真与由数字预失真引擎引入的预失真相反，以便由数字预失真引擎引入的预失真近似地抵消由功率放大器引入的失真。无线电单元进一步包括系数计算引擎，配置为计算由数字预失真引擎使用的系数以使调制的数字数据信号预失真。
【附图说明】
[0003]要理解，附图仅仅描绘示例性实施例，并且因此不应认为在范围上进行限制，将通过使用附图来描述具有额外的特征和细节的示例性实施例，其中:
[0004]图1A是示例性无线电系统的一个实施例的高级框图。
[0005]图1B是示例性无线电系统的另一个实施例的高级框图。
[0006]图2是飞机上的示例性无线电系统的一个实施例的高级框图。
[0007]图3是描绘补偿由功率放大器引入的失真的示例性方法的一个实施例的流程图。
[0008]根据惯例，各种描述的特征不是按比例绘制的，而是绘制为强调与示例性实施例相关的具体特征。
【具体实施方式】
[0009]在以下详细描述中参考附图，附图形成详细描述的一部分，并且其中通过图解的方式示出了具体说明性实施例。然而，应当理解的是，可以利用其它实施例，并且可以做出逻辑的、机械的和电气的改变。而且，在绘制的图和说明书中呈现的方法不解释为限制可以执行各体步骤的顺序。因此以下详细描述不以限制的意义被理解。
[0010]图1A是示例性无线电系统100的一个实施例的高级框图。无线电系统100包括无线电单元102和天线单元104。要理解的是，无线电系统100可以包括其他未示出的组件，并且为了解释的目的简化了图1。类似的，无线电单元102和天线单元104的每个都可以包括另外的组件，如本领域技术人员理解的，并且，为了解释的目的已经简化了无线电单元102和天线单元104的描述。
[0011]无线电单元102位于与天线单元104物理地分离处。具体来说，天线单元104可以与天线106位于一处或位于天线106的附近，该天线106配置为辐射射频(RF)信号。无线电单元102可以例如位于飞机的航空电子设备架内。例如，如在示例性图2中描绘的，无线电单元102位于飞机200机头内的航空电子设备架内，并且天线单元104位于靠近对应的天线的飞机200的尾部附近。无线电单元102是波形/平台独立的，并且配置为处理来自上游设备108的信号以用于通过天线106作为RF信号进行传送。
[0012]上游设备108可以实现为用于提供将要传送的数据的任意设备。例如，上游设备108可以实现为(但不限于)数据链路通信管理单元(CMU)或者音频通信系统。因此，无线电单元102和天线单元104可以实现为不同类型的无线电设备，例如通信、导航和监视无线电设备。另外，无线电系统100可以实现为(但不限于)卫星通信(SATCOM)无线电设备、超高频(UHF)无线电设备、或者甚高频(VHF)无线电设备。无线电单元102包括调制器130，配置为使用本领域技术人员已知的技术调制由上游设备提供的信号。然后将已调制的信号通过端口或接口 132提供给天线单元104。接口 132通过天线单元104和无线电单元102之间的物理介质110耦合到天线单元104中对应的接口 134。物理介质110可以实现为用于承载数据信号的任意适合的介质，例如，但不限于，同轴电缆、双绞铜线或者光缆。
[0013]天线单元104配置为通过高功率放大器112放大从无线电单元102接收的已调制信号的功率。然后将放大的信号输出到天线106，放大的信号从该天线106被辐射出去。然而如本领域技术人员所知，高功率放大器通常在放大器传递函数中具有非线性分量，其引起放大的信号的失真。这些失真修改了希望的信号或者添加不同于所辐射信号的预期频率的频率。这样，放大器传递函数的非线性分量可以在其他RF信道上引起干扰。放大器传递函数中的非线性通常随着高功率放大器112的输出接近高功率放大器的饱和水平或者最大输出而增加。传统系统通常使用较大功率的放大器，其在较低水平运行以降低非线性的作用。然而，以这样的传统方式使用较大功率放大器是低效的。在这样的传统功率放大器中，从电源线汲取大量电流并且大量不需要的热量耗散到天线单元104周围的环境中。此夕卜，由于用于耗散高热能的大散热器，这些传统的功率放大器重。
[0014]然而，系统100在把来自无线电单元102的信号传递通过高功率放大器112之前使该信号预失真。具体来说，以与由高功率放大器112引入的失真相反的方式使信号预失真，以便该预失真近似地抵消由高功率放大器112产生的失真。预失真功能分开在无线电单元102和天线单元104之间。具体来说，无线电单元102包括系数计算引擎(CCE) 114并且天线单元104包括数字预失真引擎(DTOE) 116。
[0015]系数计算引擎114计算供数字预失真引擎116使用的系数。具体来说，数字预失真引擎116将数学函数(例如多项式函数)应用于从无线电单元102接收的已调制数字数据信号。在无线电单元102的系数计算引擎114中计算数学函数的系数。然后将从数字预失真引擎116输出的预失真数字信号在数模转换器(DAC) 120中转换为模拟信号，并在上变频器124中从基带或者中频上变频为射频。然后在高功率放大器112中放大模拟RF信号。然后将已放大的RF信号通过天线106辐射出去。
[0016]将反馈回路从高功率放大器112的输出向回提供给数字预失真引擎116。将来自高功率放大器112输出的反馈信号在下变频器126中下变频到基带或者中频，并且然后在模数转换器(ADC) 122中转换成数字信号。基于反馈信号、HPA模型和所希望信号的知识，数字预失真引擎116计算反馈数据，该反馈数据由系数计算引擎114用于更新或者计算新系数。例如，在这个实施例中，反馈数据是表示输入到数字预失真引擎116中的数字下变频反馈信号和已调制数据信号之间的差值的误差信号。然而，应当理解，在其他实施例中，基于计算系数所使用的算法类型，可以使用不同种类的反馈数据附加或者代替误差信号。例如，在一些其他实施例中，误差信号表示DPDE 116的输出和反馈信号的后失真版本之间的差值。在其他实施例中，反馈数据包括来自DTOE 116的输出的抽样和来自反馈信号的抽样，该反馈信号来自功率放大器112的输出。在一些这样的实施例中，来自反馈信号的抽样的数量比来自DPDE 116的输出的抽样的数量大。例如，在一个实施例中，来自DPDE 116的输出的抽样的数量可以是400，而来自反馈信号的抽样的数量是1000。具有来自反馈信号的更多抽样使得CCE 114能够通过上变频器124、功率放大器112和下变频器126来确定延迟，并且将来自DPDE 116的抽样与来自反馈信号的抽样的相应块对齐。将抽样提供给CCE114的周期确定多久一次重新计算预失真系数。数据抽样的块不一定包括DPDE 116输出或功率放大器112输出的100%，所以反馈给CCE 114的数据量少于误差信号抽样的连续流的反馈信号。
[0017]在这个实施例中，数字预失真引擎116通过接口 128将误差信号输出到系数计算引擎114。接口 128通过物理介质118耦合到无线电单元102中的对应接口 136。物理介质118可以使用同轴电缆、光缆、双绞铜线等来实现。