消除载波的数字预失真的制作方法
【专利摘要】一种非线性功率放大器，基于预失真信号产生放大的输出信号，其中所述预失真信号是由数字预失真器(DPD)基于输入信号产生的。一种反馈路径，基于所述放大的输出信号产生反馈信号。所述反馈信号与输入信号对齐，或者相反，并且所述对齐的信号被用来自适应地更新DPD处理。特别地，基于所述输入和反馈信号，估计线性FIR滤波器以最小化成本函数。根据滤波器如何产生，将所述滤波器应用于所述输入信号或反馈信号，以产生对齐的输入和反馈信号。
【专利说明】消除载波的数字预失真
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求2011年12月5日提交的以美国临时申请N0.61/485，161 (代理案卷号为1052.090PR0V)的优先权，通过引用将其教导整体并入在此。
【技术领域】
[0003]本发明涉及信号处理，并且更具体地但不排他地，涉及使用数字预失真将非线性系统(例如，非线性放大器)线性化。
【背景技术】
[0004]介绍
[0005]本部分介绍了可以有助于促进更好地理解本发明的若干方面。因此，本部分的陈述应从这个角度来阅读，并且不应被理解为关于什么是现有技术或者什么不是现有技术的承认。
[0006]图1示出了信号处理系统100的示意性框图，其实现了传统的使用数字预失真来线性化具有非线性放大器134的模拟子系统130的线性化方案。信号处理系统100接收数字输入信号x[n]并产生线性化的、放大的模拟输出信号y_(t)。
[0007]尤其，通过数字预失真(DPD)模块114处理数字(例如，基带或IF(中频))输入信号x[n]以产生预失真的数字信号Xpd [η]，其通过数字-模拟转换器(DAC) 120转换为模拟预失真信号xpd(t)。使用上变频器132将DAC的输出变频转换为期望的频率(例如，RF(射
频))，以产生RF模拟预失真信号⑴=Re{v(OeMi}。通过非线性放大器134放大RF
信号Xpd—rf(t)以产生输出信号yamp⑴。
[0008]数字预失真的目的
[0009]信号处理系统100中的数字预失真的目的是确保输出信号yamp(t)接近数字输入信号χ[η]的(理论)模拟版本X(n)的线性缩放版本。即，JW (O =&句，其中G是常数。注意，在上面的符号中，数字信号x[n]是模似信号x(t)的采样的版本。
[0010]数字预失真函数的计算
[0011]在一个典型实施方式中，放大器输出信号Yamp(t)的一小部分在抽头140处被移除，并被使用下变频器150向下混合到合适的中频(IF)(或者，替代地，到基带)。使用模拟-数字(ADC)转换器160将所得到的下变频反馈信号yfb(t)数字化以产生数字反馈信号Yfb [η]。
[0012]最初，计算由模块114实现的数字预失真函数，随后通过使用控制器(图1中未示出)来比较输入信号x[n]和反馈信号yfb[n]而自适应地更新该数字预失真函数，其中所述控制器可被实施为DH)模块114的一部分，或者与DH)模块114分离。可以用(至少)下面两种方式中的一种来执行该计算:
[0013]I)在非实时实现方式中，通过控制器离线地捕获并处理输入信号x[n]的样本块和反馈信号yfjn]的样本块，以估计预失真函数。这种估计通常在DSP (数字信号处理器)或微控制器中执行。
[0014]2)在实时实方式现中，通过控制器，利用自适应非线性滤波器结构，基于逐个样本更新预失真函数。
[0015]预处理
[0016]在两种情况下，在控制器估计预失真函数之前，对信号χ [η]和yfb[n]中的一方或两方进行预处理。该预处理对齐这两个信号的延迟、增益和相位。在数学上，这可被描述为如下:
[0017]根据下式(I)估计使成本函数(cost function) C ( τ，α )最小化的延迟τ和复合增益α:
[0018]CO，α ) = E {(χ [η- τ ] - a yfb [η])2}, (I)
[0019]其中，Ε{.}表示期望值算子(或平均)。在非实时实现方式中，将成本函数最小化缩简为估计在最小二乘的意义上最小化成本函数的延迟τ和复合增益α的值。注意，可以依次地和/或联合地估计延迟τ和复合增益α。此外，注意，延迟τ可以是分数延迟(fractio nal delay)。用于最小二乘法估计的技术是公知的。例如，参见W.H.Press,B.P.Flannery, S.A.Teukolsky,和 W.Τ.Vetterling 著，Numerical Recipes:The art ofScientific Computing(纽约:剑桥大学出版社(Cambridge University Press), 1986),通过引用将其教导并入在此。τ和α的优值分别被表示为Tc^Pacit5
[0020]数字预失真函数
[0021]在预处理之后，根据下式(2)，数字预失真可被描述为估计使偏差D最小化的任意的非线性函数fpd(.):
[0022]D = E {(ftxl (χ [η- τ J , χ [η- τ 0-1]，χ [η— τ 0+1]，...)Si0Jfh [η])2} (2)
[0023]现有技术的局限性
[0024]如式(I)所示的输入信号的预处理采取了延迟(由参数τ的估计表示)和相位对齐(由参数α的估计表示)。如果有导致输入信号x[n]和反馈信号yfb[n]之间的进一步的不对齐的其它线性失真产物(linear distortion products),那么上述对齐过程会限制数字预失真算法的线性度和稳定性。
【发明内容】
[0025]在一个实施例中，本发明是一种线性化的系统，包括:自适应预失真器，被配置为对输入信号进行预失真以产生预失真的信号；非线性传输路径，被配置为从所述预失真的信号产生输出信号；以及反馈路径，被配置为基于所述输出信号产生反馈信号，其中所述系统被配置为通过如下使所述自适应预失真器自适应:(I)基于所述输入信号和所述反馈信号优化使成本函数最小化的滤波器；(2)将优化的滤波器应用于所述输入信号或所述反馈信号，以产生对齐的输入信号和对齐的反馈信号；以及(3)基于所述对齐的输入和反馈信号更新所述自适应预失真器。
[0026]附图简要说明
[0027]从下面详细的描述、所附权利要求、以及附图，本发明的其他方面、特征和优势将变得更全面清楚，并且附图中相似的标记指示相似或相同的元素。[0028]图1示出了实现采用数字预失真来线性化具有非线性放大器的非线性子系统的传统线性化方案的信号处理系统的示意性框图；以及
[0029]图2示出了根据本公开一个实施例的对齐处理的流程图。
【具体实施方式】
[0030]图2示出了根据本公开一个实施例的对齐处理的流程图。图2的处理意图在利用输入信号x[n]和反馈信号yfb[n]更新图1的自适应DTO模块114中用来将输入信号χ [η]预失真的预失真参数之前，对齐输入信号χ [η]和反馈信号yfb[n]。在一个典型的实施例中，通过与实现DH)模块114相同的数字处理器来实现图2的处理。
[0031 ] 在图2的步骤202中，对于与输入信号χ [η]和反馈信号yfb [η]两者对应的样本集，根据下式(3)，估计长度为 Nh的线性有限脉冲响应(FIR)滤波器ha[n]，其使成本函数C(h)最小化:
[0032]C (h) = E {(χ [n] *ha [n] -yft [η])2}.(3)
[0033]其中*表示卷积。可以应用传统的方法，例如最小二乘法(LS)、总最小二乘法(TLS)、递归最小二乘法(RLS)、梯度下降法(Gradient Descent)、或最小均方法(LMS),来使式(3)中的成本函数最小化，以获得优化的解决方案。从上述优化得到的优化的滤波器结果由ha—_[η]表示。
[0034]在步骤204中，根据下式(4)，计算在零频率处所述优化的滤波器ha _ [η]的复合增益(幅值和相位)ga—
[0035]
【权利要求】
1.一种线性化的系统，包括: 自适应预失真器，被配置为对输入信号进行预失真以产生预失真的信号； 非线性传输路径，被配置为从所述预失真的信号产生输出信号；以及反馈路径，被配置为基于所述输出信号产生反馈信号，其中所述系统被配置为通过如下使所述自适应预失真器自适应: (1)基于所述输入信号和所述反馈信号优化使成本函数最小化的滤波器； (2)将优化的滤波器应用于所述输入信号或所述反馈信号，以产生对齐的输入信号和对齐的反馈信号；以及 (3)基于所述对齐的输入和反馈信号更新所述自适应预失真器。
2.根据权利要求1的发明，其中所述非线性传输路径包括非线性功率放大器。
3.根据权利要求1的发明，其中所述成本函数C(h)由下式给出:
C (h ) = E {(X [n] *ha [n] -yft [η])2} 其中: X [n]是所述输入信号； yfb[n]是所述 反馈信号； ha[n]是所述滤波器； *表示卷积；以及 E{.}是期望算子。
4.根据权利要求3的发明，其中所述系统被配置为根据下式计算在零频率处所述优化的滤波器ha—_[η]的复合增益ga—_:
Nh-1
8a_opt =
k=Q 其中: Nh是所述优化的滤波器的长度。
5.根据权利要求4的发明，其中: 所述系统被配置为根据下式产生所述对齐的输入信号Χρ [η]: xp[n] = x[n]*Ha-opti.-
S a_opt 并且所述系统被配置为根据下式产生所述对齐的反馈信号yfb—p[n]: yfb—p[n] — yfb[n]。
6.根据权利要求1的发明，其中所述成本函数C(h)由下式给出:
C (h) = E {(yfb [n] *hb [η] -χ [η])2} 其中: X [η]是所述输入信号； yfb[n]是所述反馈信号； hb[n]是所述滤波器； *表示卷积；以及 E{.}是期望算子。
7.根据权利要求6的发明，其中所述系统被配置为根据下式计算在零频率处所述优化的滤波器hb—_[η]的复合增益gb—_:
8.根据权利要求7的发明，其中: 所述系统被配置为根据下式产生所述对齐的反馈信号yfb—p[n]:
9.根据权利要求1的发明，其中所述系统被配置为自适应地实时更新所述自适应预失真器。
10.根据权利要求1的发明，其中所述系统被配置为自适应地非实时更新所述自适应预失真器。
11.一种将非线性传输路径线性化的方法，所述方法包括: 施加输入信号到自适应预失真器以产生预失真的信号； 施加所述预失真的信号到所述非线性传输路径以产生输出信号；以及 使用反馈路径基于所述输出信号产生反馈信号，以及 通过以下使所述自适应预失真器自适应: (1)基于所述输入信号和所述反馈信号优化将成本函数最小化的滤波器； (2)将优化的滤波器应用于所述输入信号或所述反馈信号，以产生对齐的输入信号和对齐的反馈信号；以及 (3)基于所述对齐的输入信号和反馈信号更新所述自适应预失真器。
12.根据权利要求11的发明，其中所述非线性传输路径包括非线性功率放大器。
13.根据权利要求11的发明,其中所述成本函数C(h)由下式给定:
C (h) = E {(X [n] *ha [n] -yft [η])2} 其中: X [n]是所述输入信号； yfb[n]是所述反馈信号； ha[n]是所述滤波器；以及 E{.}是期望算子。
14.根据权利要求13的发明，其中根据下式计算在零频率处所述优化的滤波器1^opt [η]的复合增 ? ga opt:
15.根据权利要求14的发明，其中: 根据下式产生所述对齐的输入信号Χρ[η]:
xp[n] = x[n]*ha-opt[n-
S a_ opt 并且根据下式产生所述对齐的反馈信号yft—p[η]: yfb—ρ [η] — Yfb [η]。
16.根据权利要求11的发明,其中所述成本函数C(h)由下式给定:
C (h) = E {(yfb [n] *hb [η] -χ [η])2} 其中: X [η]是所述输入信号； yfb[n]是所述反馈信号； hb[n]是所述滤波器； *表示卷积；以及 E{.}是期望算子。
17.根据权利要求16的发`明，其中根据下式计算在零频率处所述优化的滤波器hboPt [η]的复合增? gb—oPt:
Nh-1 gb_oPl = Συ&] k=0 其中: Nh是所述优化的滤波器的长度。
18.根据权利要求17的发明，其中: 根据下式产生所述对齐的反馈信号yfb—p[n]:
…n’hb optW
O b_ opt 并且，根据下式产生所述对齐的输入信号xp[n]:
Xp [η] = χ [η]。
19.根据权利要求11的发明，其中所述自适应预失真器被自适应地实时更新。
20.根据权利要求11的发明，其中所述自适应预失真器被自适应地非实时更新。
【文档编号】H03F1/32GK103620952SQ201280023035
【公开日】2014年3月5日 申请日期:2012年5月1日 优先权日:2011年5月12日
【发明者】雷杰弗·钱德拉瑟卡兰 申请人:安德鲁有限责任公司