信号发送设备及信号发送方法与流程

本发明涉及一种信号发送设备(signaltransmittingapparatus)及其方法，以及更特别地，涉及一种用以减少信号发送设备的cim3信号的功率的预失真(pre-distortion)方法。

背景技术：

在无线通信系统中，发送器(transmitter)用来传输无线信号至目标接收器。当无线信号的功率越大时，传输范围越长。同时，当无线信号的带宽越宽时，传输速率越高。然而，当无线信号的功率和带宽较高时，发送器的非线性特性会给无线系统带来一些问题。以长期演进(longtermevolution，lte)无线系统为例，无源混频器(passivemixer)通常用来将无线信号上变频(up-convert)为射频(radiofrequency，rf)信号，以及，可编程的增益放大器或功率放大器用来提高(power-up)用以传输的射频信号的功率。然而，无源混频器的非线性特性会在载波频率的频率附近引入失真，即所谓的带内(in-band)失真。同时，无源混频器还会在载波频率的3次谐波频率上产生谐波信号。然后，放大器的非线性会将更高阶的谐波信号折回至无线信号的1阶频率(即载波频率)，即所谓的反3阶互调(counter3^rdorderintermodulation，cim3)折回失真(foldingbackdistortion)。因此，被提高功率的射频信号是失真的。此外，当无线信号的数据速率减小时，例如，仅部分资源块(resourceblock，rb)用来传输数据，cim3效应更加严重，以及，cim3信号会影响在lte无线系统的信道附近的相邻信道。因此，如何减少由无线发送器的非线性特性带来的该效应是本领域中急需解决的问题。

技术实现要素：

本发明的目的之一在于提供一种用以减少信号发送设备的cim3信号的功率的预失真方法。

根据本发明的第一实施例，公开了一种信号发送设备。该信号发送设备包括：第一转换装置、第二转换装置、放大装置和处理装置。第一转换装置用于根据同相数字信号和第一预失真信号产生上变频的同相信号。第二转换装置用于根据正交数字信号和第二预失真信号产生上变频的正交信号。放大装置用于根据所述上变频的同相信号和所述上变频的正交信号产生放大信号。处理装置用于至少根据第一组合信号产生所述第一预失真信号，以及至少根据第二组合信号产生所述第二预失真信号；其中，所述第一组合信号是通过所述正交数字信号的平方与所述同相数字信号的乘积，以及，所述同相数字信号的立方组合的，所述第二组合信号是通过所述同相数字信号的平方与所述正交数字信号的乘积，以及，所述正交数字信号的立方组合的。

根据本发明的第二实施例，公开了一种信号发送方法。该信号发送方法包括以下步骤：根据同相数字信号和第一预失真信号产生上变频的同相信号；根据正交数字信号和第二预失真信号产生上变频的正交信号；根据所述上变频的同相信号和所述上变频的正交信号产生放大信号；至少根据第一组合信号产生所述第一预失真信号，所述第一组合信号是通过所述正交数字信号的平方与所述同相数字信号的乘积，以及，所述同相数字信号的立方组合的；以及至少根据第二组合信号产生所述第二预失真信号，所述第二组合信号是通过所述同相数字信号的平方与所述正交数字信号的乘积，以及，所述正交数字信号的立方组合的。

本领域技术人员在阅读附图所示优选实施例的下述详细描述之后，本发明的这些目的及其它目的将毫无疑义地变得明显。

附图说明

图1是根据本发明实施例说明第一信号发送设备的示意图；

图2是根据本发明第二实施例说明信号发送设备的示意图；

图3是根据本发明实施例说明一种由信号发送设备执行的、用以确定目标补偿系数和目标补偿相位的校准过程的流程图；

图4是根据本发明实施例说明cim3信号的功率对预定系数范围和预定相位范围的示意图。

具体实施方式

在通篇说明书及所附的权利要求书当中使用了某些术语来称呼特定元件，本领域技术人员应当理解，电子设备制造商可能会使用不同的名称来称呼同样的元件。本说明书不以名称的差异而是以功能的差异来区别不同的元件。在以下描述和权利要求书当中所使用的术语“包含”和“包括”为开放式用语，故应解释成“包含，但不限定于…”的意思。此外，术语“耦接”意指间接或直接的电气连接。因此，若一个装置耦接于另一装置，则此连接可以是直接的电气连接，或者透过其它装置和连接的间接的电气连接。

请参考图1，图1是根据本发明实施例说明第一信号发送设备100的示意图。信号发送设备100包括第一转换装置(convertingdevice)102、第二转换装置104、放大装置(amplifyingdevice)106和处理装置(processingdevice)108。第一转换装置102用于根据同相(in-phase)数字信号i和第一预失真(pre-distortion)信号i’产生上变频的同相信号(up-convertedin-phasesignal)sui。第二转换装置104用于根据正交(quadrature)数字信号q和第二预失真信号q’产生上变频的正交信号(up-convertedquadraturesignal)suq。放大装置106可以是可编程的增益放大器或功率放大器。放大装置106用于根据上变频的同相信号sui和上变频的正交信号suq产生放大信号sa。处理装置108用于至少根据第一组合信号(combinationsignal)产生第一预失真信号i’，以及，至少根据第二组合信号产生第二预失真信号q’，第一组合信号是通过同相数字信号i的立方(即i³)，以及，正交数字信号q的平方(即q²)与同相数字信号i的乘积(即i·q²)组合的，第二组合信号是由正交数字信号q的立方(即q³)，以及，同相数字信号i的平方(即i²)与正交数字信号q的乘积(即q·i²)组合的。

更特别地，处理装置108通过从同相数字信号i的立方中减去正交数字信号q的平方与同相数字信号i的乘积的三倍(即3i·q²)来产生第一组合信号(即i³-3i·q²)，以及，通过从正交数字信号q的立方中减去同相数字信号i的平方与正交数字信号q的乘积的三倍(即3q·i²)来产生第二组合信号(即q³-3q·i²)。根据本发明的实施例，处理装置108还将第一组合信号乘以补偿系数α，以产生第一预失真信号i’，以及，将第二组合信号乘以补偿系数α，以产生第二预失真信号q’。然后，处理装置108还将第一组合信号偏移(shift)补偿相位以产生第一预失真信号i’，以及，将第二组合信号偏移补偿相位以产生第二预失真信号q’。

因此，由处理装置108输出的预失真的同相数字信号i”和预失真的正交数字信号q”可以分别由以下的等式(1)和(2)来表示：

i”＝i+i’(1)

q”＝q+q’(2)

根据以上实施例，为了产生第一预失真信号i’和第二预失真信号q’，处理装置108包括第一计算电路(computingcircuit)1081、第二计算电路1082、第三计算电路1083、第一组合电路(combiningcircuit)1084和第二组合电路1085。第一计算电路1081用于根据同相数字信号i、正交数字信号q和补偿系数α，产生第一信号项(即α(i³-3i·q²))和第二信号项(即α(q³-3q·i²)。第二计算电路1082用于将第一信号项偏移补偿相位以产生第一预失真信号i’。第三计算电路1083用于将第二信号项偏移补偿相位以产生第二预失真信号q’。第一组合电路1084用于组合同相数字信号i和第一预失真信号i’，以产生预失真的同相数字信号i”。第二组合电路1085用于组合正交数字信号q和第二预失真信号q’，以产生预失真的正交数字信号q”。

此外，第一转换装置102包括第一数模转换电路(digital-to-analogconvertingcircuit，dac)1022和第一混频电路(mixingcircuit)1024。第一混频电路1024可以是无源混频器。第一数模转换电路1022用于将预失真的同相数字信号i”转换为预失真的同相模拟信号si。第一混频电路1022用于将预失真的同相模拟信号si上变频为上变频的同相信号sui。第二转换装置104包括第二数模转换电路1042和第二混频电路1044。第二混频电路1044可以是无源混频器。第二数模转换电路(dac)1042用于将预失真的正交数字信号q”转换为预失真的正交模拟信号sq。第二混频电路1044用于将预失真的正交模拟信号sq上变频为上变频的正交信号suq。根据该实施例，信号发送设备100还包括组合电路110。组合电路110用于将上变频的同相信号sui和上变频的正交信号suq组合为上变频信号su。放大装置106根据上变频信号su产生放大信号sa。

应当指出的是，补偿系数α和补偿相位可以被存储在第一计算电路1081中，或者，存储在信号发送设备100的另一存储电路(未示出)中。

根据实施例，第一预失真信号i’和第二预失真信号q’分别用于预失真(pre-distort)或校正(calibrate)同相数字信号i和正交数字信号q，使得放大信号sa中的cim3(跨3阶互调)信号或带外3阶互调(out-of-band3^rdorderintermodulation，ob-im3)的功率可以被减少或降低为可接受电平。应当指出的是，cim3或者ob-im3信号是由于第一混频电路1024、第二混频电路1044和放大装置106的非线性特性而出现的。更特别地，根据该实施例，数字基带数据(digitalbasebanddata)为z，以及，数字基带数据z可以由以下的等式(3)来表示：

i为同相数字信号，以及q为正交数字信号。那么，第一混频电路1024和第二混频电路1044的调制输出信号(即上变频信号su)可以由以下的等式(4)来表示：

ω是输入给第一混频电路1024和第二混频电路1044的振荡信号的振荡频率，第一混频电路1024和第二混频电路1044分别用于上变频所述预失真的同相模拟信号si和所述预失真的正交模拟信号sq。放大装置106的放大输出信号y(即放大信号sa)可以由以下的等式(5)来表示：

y＝α1x+α3x³(5)

若将等式(4)代入等式(5)，则在频率ω上由x³产生的信号项可以由以下的等式(6)来表示：

x³@ω:(2|z|²+6|m|²)z+3mz^*2+(z²+2|m|²)z^*(6)

若m＝βz^*，则以上的等式(6)可以由以下的等式(7)来表示：

m＝βz^*:(3+6|β|²)|z|²z+3βz^*3(7)

若则以上的等式(7)可以由以下的等式(8)来表示：

若z^*＝(i-jq)，则等式(7)中的术语3βz^*3可以由以下的等式(9)来表示：

3βz^*3＝3β(i-jq)³＝3β(i³-3iq²+j(q³-3i²q))(9)

根据以上的等式(9)，可以看出，术语3β(i³-3iq²)可视为出现在放大信号sa的带内的同相cim3信号，以及，术语3β(q³-3i²q)可视为出现在放大信号sa的带内的正交cim3信号。因此，为了减少放大信号sa的cmi3信号，如图1所示，当前的第一计算电路1081用于通过第一预失真信号(即α(i³-3i·q²))预失真所述同相数字信号i，以及，通过第二预失真信号(即α(q³-3q·i²))预失真所述正交数字信号q。

此外，当混频器(即第一混频电路1024和第二混频电路1044)通过本地振荡信号上变频所述预失真的同相模拟信号si和所述预失真的正交模拟信号sq时，由该混频器引起的3阶谐波信号的相位不是精确地为一阶本地振荡信号的相位的3倍。3阶谐波信号的相位可能被偏移一个相位差(phasedifference)，即相移(phaseshift)。若3阶谐波信号具有相移，则以上描述的cim3信号也会被偏移相同的相移。换言之，第一预失真信号α(i³-3i·q²))和第二预失真信号α(q³-3q·i²)在分别与同相数字信号i和正交数字信号q组合之前，应当被第二计算电路1082和第三计算电路1083相移一个适当的相位(即)。

更特别地，若数字基带信号bb由以下的等式(10)表示：

以及，具有相移φ的本地振荡信号由以下的等式(11)来表示，其中，本地振荡信号控制混频器(即第一混频电路1024和第二混频电路1044)：

然后，第一混频电路1024和第二混频电路1044的调制输出信号(即上变频信号su)可以由以下的等式(12)来表示：

放大装置106放大后的输出信号y(即放大信号sa)可以由以下的等式(13)来表示：

可以看出，在以上的等式(13)中，相同的相移φ将出现在频率(ωc-3ωm)中，频率(ωc-3ωm)是放大信号sa的cim3信号的频率。因此，为了精确地减少放大信号sa的cim3信号的功率，如图1所示，在第一预失真信号(即α(i³-3i·q²))输入至第一组合电路1084之前，当前的第二计算电路1082用于将第一预失真信号(即α(i³-3i·q²))偏移一个适当的相位(即)，以及，第三计算电路1083用于在第二预失真信号(即α(q³-3q·i²))输入至第二组合电路1085之前，将第二预失真信号(即α(q³-3q·i²))偏移所述适当的相位(即)。

根据以上描述，补偿系数α和补偿相位为两个关键值，需要在信号发送设备100传输真实数据(realdata)至接收器之前被确定。图2是根据本发明第二实施例说明信号发送设备200的示意图。信号发送设备200包括用以确定补偿系数α和补偿相位的校准机制(calibrationmechanism)。信号发送设备200包括第一转换装置202、第二转换装置204、放大装置206、处理装置208、组合电路210、第一训练装置(trainingdevice)212、检测装置(detectingdevice)214、确定装置(determiningdevice)216和第二训练装置218。第一转换装置202包括第一数模转换电路2022和第一混频电路2024。第二转换装置204包括第二数模转换装置2042和第二混频电路2044。处理装置208包括第一计算电路2081、第二计算电路2082、第三计算电路2083、第一组合电路2084和第二组合电路2085。第一训练装置212、检测装置214、确定装置216以及第二训练装置218可被配置为用以确定补偿系数α和补偿相位的校准装置。应当指出的是，第一转换装置202、第二转换装置204、放大装置206、处理装置208以及组合电路210分别类似于第一转换装置102、第二转换装置104、放大装置106、处理装置108和组合电路110，因此，为简洁起见，此处省略以上装置的详细描述。

根据第二实施例，第一训练装置212用于控制第一计算电路2081在预定系数范围内扫描补偿系数α，以相应地产生放大信号sa’。检测电路214用于检测放大信号sa’中的cim3(反互调信号)的功率。确定电路216用于从所述预定系数范围内确定出特定(specific)系数，其中，该特定系数对应于放大信号sa’中的cim3信号的特定功率。第二训练装置218用于控制第二计算电路2082和第三计算电路2083在预定相位范围内扫描补偿相位以相应地产生放大信号sa’，以及，确定装置216还用于从所述预定相位范围中确定出特定相位，以及，该特定相位对应于放大信号sa’中的cim3信号的特定功率。根据该实施例，该特定功率是低于阈值功率的功率。当该特定系数和该特定相位被确定时，该特定系数和该特定相位可以被分别设置为补偿系数α和补偿相位

更特别地，为了确定目标补偿系数α和目标补偿相位测试信号sti’、stq’用于输入给处理装置208，以及，校准装置扫描所述系数和所述相位，以寻找适当的系数和相位，使得放大信号sa’中的cim3信号的功率对于系统来说是足够低的(即低于预定的阈值功率)。根据该实施例，测试信号sti’、stq’可以是单音调(one-tone)信号或调制信号。举例来说，测试信号sti’、stq’可以是具有一个资源块(rb)的lte调制信号。

请参考3，图3是根据本发明实施例说明一种由信号发送设备200执行的、用以确定目标补偿系数α和目标补偿相位的校准过程300的流程图。假定实现基本相同的结果，则图3所示流程图的步骤并不需要严格按所示顺序进行，以及不需要是连续的，换言之，其它步骤可以是中间的。校准过程300包括：

步骤302：输入测试信号sti’、stq’至处理装置208；

步骤304：利用第二训练装置212来控制第一计算电路2081在预定系数范围内扫描补偿系数，利用检测装置214来检测放大信号sa’中的cim3信号的功率，以及，利用确定装置216从所述预定系数范围内确定出初始补偿系数，其中，所述预定系数范围内的所述初始补偿系数对应于放大信号sa’中的cim3信号的最小功率；

步骤306：利用第二训练装置218来控制第二计算电路2082以及第三计算电路2083在预定相位范围内扫描补偿相位，利用检测装置214来检测放大信号sa’中的cim3信号的功率，以及，利用确定装置216从所述预定相位范围内确定出初始补偿相位，其中，所述预定相位范围内的所述初始补偿相位对应于放大信号sa’中的cim3信号的最小功率。

步骤308：利用所述初始补偿系数和所述初始补偿相位来预失真所述测试信号sti’、stq’，以产生所述放大信号sa’；

步骤310：确定所述放大信号sa’中的cim3信号的功率是否低于预定功率电平，若是，则进入步骤312，若否，则进入步骤314；

步骤312：分别设置所述初始补偿系数和所述初始补偿相位为所述目标补偿系数α和所述目标补偿相位

步骤314：利用第二训练装置212来控制第一计算电路2081在预定系数范围内再次扫描补偿系数，利用检测装置214来检测放大信号sa’中的cim3信号的功率，以及，利用确定装置216从所述预定系数范围内确定初始补偿系数，其中，所述预定系数范围内的所述初始补偿系数对应于放大信号sa’中的cim3信号的最小功率，或者，利用第二训练装置218来控制第二计算电路2082和第三计算电路2083在预定相位范围内再次扫描补偿相位，利用检测装置214来检测放大信号sa’中的cim3信号的功率，以及，利用确定装置216从所述预定相位范围内确定所述初始补偿相位，其中，所述预定相位范围内的所述初始补偿相位对应于放大信号sa’中的cim3信号的最小功率，进入步骤312。

请参考图4，图4是根据本发明实施例说明放大信号sa’中的cim3信号的功率对所述预定系数范围(即上图)和所述预定相位范围(即下图)的示意图。可以看出，当补偿系数为αm时(即所述初始补偿系数)，cim3信号具有最小功率pm1。当补偿相位为时(即初始补偿相位)，cim3信号具有最小功率pm2。pm1可以与pm2不同。因此，当在步骤308中利用补偿系数αm和补偿相位来预失真测试信号sti’、stq’时，若cim3信号的功率不低于预定功率电平，则可能需要再次扫描补偿系数(或补偿相位)，以寻找到另一补偿系数，使得cim3信号的功率可以低于该预定功率电平(步骤314)。应当指出的是，在步骤314中，本发明不限于扫描补偿系数，扫描补偿相位也属于本发明的范围。

根据该实施例，当目标补偿系数α和目标补偿相位由校准过程300确定时，目标补偿系数α和目标补偿相位可以被存储在存储电路或查找表中。那么，处理装置208可以直接加载目标补偿系数α和目标补偿相位来对真实数据进行预失真，使得传输信号中的cim3信号的功率低于所述预定功率电平。

简单地说，在基带处理中，本发明通过从以上等式获得的信号来预失真所述同相数字信号i和正交数字信号q，使得传输信号中的cim3信号的功率可以被减少，或者至少低于一个预定功率电平。

本领域技术人员将容易地观察到：在保留本发明教导的同时，可以获得所述装置和方法的大量变型和变更。因此，以上公开的内容应当被解释为仅受所附权利要求书的边界和范围的限定。