轻松的数字化系统线性化的制作方法
【专利说明】轻松的数字化系统线性化
[0001] 本申请的交叉引用
[0002] 本申请要求于2013年5月20日提交的、标题为"SPARSE SAMPLING CIRCUIT"的美国 临时申请61/825278,以及于2014年2月23日提交的、标题为"RELAXED DIGITIZATION SYSTEM LINEARIZATION"的美国临时申请61 /943436的权益。
[0003] 本申请还涉及但不主张于2013年6月27日提交的、标题为"System Linearization" 的美国专利申请US2013/0166259A1 的权益。
[0004] 将上述参考申请通过引用并入本文。
【背景技术】
[0005] 本发明涉及轻松数字化，和更具体地涉及轻松数字化非线性元件的输出作为线性 化系统的一部分。
[0006] -种线性化非线性元件(例如，功率放大器)的方法利用元件的输入和输出的数字 样本。然后，基于这些样本，根据这些样本配置预失真器，使得当它与非线性元件级联时，它 形成了线性的，或者至少比没有预失真器更线性的组合。
[0007] 该技术的的一项应用涉及射频功率放大器。例如，基带数字信号被转换成模拟信 号，调制到传输频率，并传递通过功率放大器。功率放大器的输出被感测和解调，然后被转 换成数字信号。在该方法中，调制放大解调路径被当作为其配置预失真器的系统的非线性 元件。通常，由于功率放大器的非线性，即使输入的基带信号受到带宽限制（例如，40MHZ)， 传输频率的带宽大于基带带宽。不仅在实践中这种放大的传输频带是不希望的，例如由于 与邻接无线信道的干扰，它也导致需要比输入信号更大的带宽采样功率放大器的输出，以 捕获为了准确表征非线性有用或必要的信息，从而能够配置适当的预失真器。一种方法是 使用模数转换器(ADC )，其采样解调输出信号以表示比输入更大的带宽。例如，在40MHz输入 带宽的情况下，输入基带信号可以足够的精度(例如，12位)被表示为每秒速率80M样本采样 的数字(复合)值（即，每秒40M复合样本）。但是，可希望或必需表示带宽200MHz的输出信号， 导致需要以每秒400M米样的速率进彳丁米样。
[0008] 然而，在如此高的速率采样信号具有许多缺点，包括成本和所需电路的大小、功 耗、可靠性和/或必须处理的数字数据量。有必要获得输出的这种采样的优点，同时避免或 减轻其中的一个或多个缺点。
【发明内容】
[0009] 在一方面，总体上，一种线性化方法轻松对模拟输出信号的数字化的要求(本文中 一般地称为"采样"），同时保持输出信号的高采样速率和相应的较宽带宽的优势。数字化方 法提取足够的信息以表征宽的带宽（例如，20 0MHz)上的输出信号，而不必确定足够的信息 来充分表示输出信号，例如，没有以奈奎斯特采样速率采样输出信号（例如，以足够的精度 每秒400Μ的复合样本)以准确地表示所述信号(例如，12位）。在奈奎斯特采样速率和这样足 够的精度，使用比模数转换器(ADC)实质上不复杂或昂贵的电路可以实现提取模拟信号的 信息为数字显示。
[0010] 在一些实施方式中，输出信号的轻松数字化的输出用于估计非线性元件的模型的 参数，例如，使用最小二乘或其他错误/失真最小化技术，或使用最大可能性、最大后验估计 或其它统计或概率技术。一般来说，输出的轻松数字化用于输出信号的近似足够的统计信 息(或者非线性元件的输入和输出信号的组合），它们然后用于参数估计过程。在一些示例 中，这些确定的充分统计量包括或表示可以与输出的全速率和精度采样获得的对应统计估 计。
[0011] 在一些示例中，非线性元件（即，正向模型）的模型参数用于确定用于配置非线性 元件的数字预失真(DPD)的参数。一种方法是直接转换从输出信号的数字化轻松确定的参 数。作为中间步骤，另一种方法是确定使用模型结构非线性元件的第二正向模型，它是更适 合于"反转"以确定Dro的参数。
[0012] 许多方法可用于输出信号的轻松数字化，包括如下的一个(或组合）。
[0013] ?输出信号采用可在全输出带宽捕获信号样本(即，以模拟形式足够快地采样）的 模拟电路采样，但随后只以较低的转化率转换模拟样本为数字样本，例如，在规则或不规则 的时间间隔(例如，约每10个样本采样，得到每秒40M样本而不是每秒400M样本的转换率）。
[0014] ?输出信号的频率子带被分别数字化，例如，使得在每个时间间隔的连续中，一个 子带被数字化(例如，通过在连续时间间隔的整个输出带宽扫描），并且多个子带的数字化 一起使用，以估计充分的统计数据。在一些示例中，执行子带数字化，混合模拟输出信号与 振荡信号，低通滤波，以及具有低带宽ADC(例如，100kHz)的数字化。
[0015] ?使用具有有限精度(例如，4比特）的ADC，使得所述数字化的精度不足以提供输 出信号的准确表示。虽然这个过程有效地引入数字化的输出样本的量化噪声，充分统计量 的估计仍然有用于估计模型参数。
[0016] · Δ-Σ(Δ Σ)转换器使用比通常用于捕获输出信号的全带宽较低的抽取比(DR) 处理连续的输出信号，例如，而不是使用抽取比DR = 64和1比特采样(例如，在每秒64Χ400Μ =25.6G样本的1比特采样），使用抽取比4(例如，每秒1.6G 1比特样本）。
[0017] 这些只是在估计足够的统计之前轻松的数字化输出信号用于模型参数估计的方 法的一些例子。各种这些和其他方法共享一个或多个以下共同特征。
[0018] ?比起在估计充分统计数据中使用的输入信号的表示的保真度，输出信号的数字 化提供了输出信号的较低保真度表示(例如，作为由均方误差、信噪比等测量）。
[0019] 注意，也可以使用上述两种方法的组合。例如，认识到更高的转化率可以在更低的 精度使用固定的复杂性、功率或大小约束的转换电路来实现，子采样和精度降低ADC可组 合。作为另一实例，具有相对低的抽取比的Σ-△转换方法可以使用子带转换应用。另外的 其它组合是显而易见的或将要由本领域技术人员所了解。
[0020] 在另一方面，总体上，一种数字预失真线性化电路包括用于接收输入信号的第一 输入，所述输入信号表示设备的期望输出。所需的输出具有所需的输出的带宽。线性化电路 包括可配置预失真器，用于确定表示设备的输入的驱动信号，以实现设备所需的输出。该驱 动信号具有驱动信号数据速率(例如，每秒比特），这在一些实例中可以被计算为等于驱动 信号采样速率(例如，每秒采样)和驱动信号精度(例如，每个样本位)的乘积。第一输出提供 表不驱动信号的输出信号，所述驱动信号表不到设备的输入。第二输入接收传感器输入信 号，表示从设备的实现输出。线性化器包括耦合到所述第二输入的采样器，以处理传感器输 入信号采样。采样器响应于在传感器带宽中在所需的输出带宽之外的传感器输入信号的分 量，其大于期望的输出带宽。采样器提供具有比传感器驱动信号数据速率实质上小的信号 数据速率的采样传感器信号。线性化器还包括估计器，被配置为接收来自所述采样器的采 样传感器信号和由预失真器确定的驱动信号，并且提供配置数据用于配置所述预失真器。
[0021] 各方面可以包括以下一个或多个特征。
[0022] 该设备包括射频放大器，其可操作性地耦合到设备。
[0023] 数模转换器(DAC)耦合在所述预失真器和第一输出之间。所述输出信号包括从DAC 输出的模拟信号，DAC被配置于以驱动信号采样速率的精度将驱动信号转换为模拟形式。 [0024]传感器输入信号包括模拟传感器信号，以及采样器包括耦合到所述第二输入的模 数转换器(ADC)。
[0025] ADC配置在实质上小于驱动信号采样速率的传感器信号采样速率，或在实质上小 于驱动信号精度的传感器信号精度，或两者，提供数字输出，从而提供比驱动信号数据速率 实质上较低的传感器信号数据速率。
[0026] 采样器包括采样电路，其响应所需输出带宽之外的模拟传感器信号的信号分量， 以及配置为在不足以表示传感器带宽的传感器采样速率获取所述模拟传感器信号的模拟 样本。
[0027] ADC配置来转换所获取的模拟样本以形成数字化的采样传感器信号，表示期望的 输出带宽之外的至少一些信号分量的数字化采样传感器信号。
[0028] ADC被配置成在比驱动信号精度实质上较低的传感器信号精度提供数字输出。
[0029] ADC包括量化器，被配置为接收所述模拟传感器信号的差分元件产生所述模拟传 感器信号和量化器输出之间的差异，和过滤器，耦接在差分元件和量化器之间，所述量化器 向量化器提供差分元件的滤波器输出，数字化采样的传感器信号被来自量化器的输出确 定。
[0030] 采样包括的子带采样配置到传感器带宽内量化的子带，具有带宽比传感器带宽实 质上较小的子带，并且其中模数转换器以足以表示子带带宽的采样速率提供采样的传感器 值。
[0031 ]估计器被配置为使用采样传感器信号从多个子带，以确定预失真的配置。
[0032]线性化电路被集成到单个集成电路设备。
[0033] 线性化电路还包括用于接收指令和数据的控制器和存储器，用于配置线性化器。
[0034] 在另一方面，总体上，用于线性化设备的方法，包括:接收表示设备的期望输出的 输入信号。所期望的输出具有所期望的输出带宽。表示设备输入以实现设备的所期望输出 的驱动信号根据预失真器的配置数据来确定。该驱动信号具有例如等于驱动信号的采样速 率和驱动信号精度的乘积的驱动信号数据速率。表示驱动信号的输出信号被提供给设备。 表示设备实现输出的传感器输入信号被接收和处理，以确定采样传感器数据。该处理是响 应于在大于