数字预失真滤波器系统和方法
【专利摘要】公开了一种数字预失真器（112），用于改进窄通带滤波器（304）在输出附近的性能。数字预失真器（112）基于通带滤波器（304）的特性来提供对信号的幅度校正。也可以采用滤波器群延迟预失真器（136）来校正被窄通带滤波器（304）所引入的群延迟变化。
【专利说明】数字预失真滤波器系统和方法
[0001]相关申请信息
本申请要求2011年9月15日递交的、序列号为N0.61/535,208的美国临时专利申请的优先权，通过引用将该临时专利申请的公开内容在其整体上并入本文。
【背景技术】
[0002]1.本发明的领域
本发明总体上涉及预失真线性化通信系统和相关方法。更具体地，本发明涉及装备有用于地面通信网络的窄带宽带通滤波器的发射机。
[0003]2.现有技术和相关背景信息的描述
无线网络运营商正面临不断缩小的频谱的挑战。在诸如较大城市环境中存在的市场之类的高密度市场中，每个可用的kHz可用频谱都已经被分配并用于在移动用户设备(“UE”)与基站(“BS”)之间提供语音和数据业务。为了增加无线容量，网络运营商被迫添加载波和/或分裂小区站点，但是最终会达到干扰限制或者无法找到可以安装另一个BS及其相关联的装备(例如，塔、装备、天线等)的合适位置。进一步复杂化和限制有用频谱的量是对无线网络运营商施加的管理干扰要求。诸如FCC批准的那些的管理要求规定了从在其被指定的频率分配内操作的BS发射机到附近通信服务能忍受的有害干扰的量。在大多数情况中，所检测到的由附近通信频谱中的BS发射机引起的有害干扰级别的级别必须充分减弱并且不超过规定级别。为了保持来自溢出到相邻通信带的有害干扰的量，BS发射机通常采用保持失真产物最小的高线性发射机。高线性发射机利用必须尽可能维持为线性操作的功率放大器，并且所述功率放大器被设计为在其线性区域内操作，其给定可能的输入信号幅度的范围。然而，如果输入信号具有使功率放大器在线性区域外操作的幅度，则功率放大器向该信号引入非线性分量或失真。一般地，功率放大器表征为具有压缩阈值，并且具有在压缩阈值之上的幅度的输入信号在放大器输出处被削波(clip)。除了使放大后的输入信号失真之夕卜，对输入信号的削波或非线性放大产生频谱增生，该频谱增生可能干扰相邻频带中的通信服务。在向发射信号的高功率放大提供非常高的峰均值功率比(“PAR”)的无线通信系统中，非线性失真的问题非常常见。在码分多址(“CDMA”)系统的大PAR信号的一个示例中，单个1.25MHz宽载波可以典型地具有11.3dB的PAR。在另一示例性正交频分复用(“0FDM”)中，多载波信号可以具有高达20dB的PAR。
[0004]不幸地是，BS放大器的效率与其线性度反相关。为了实现较高程度的线性度，放大器被偏置成操作于AB类。多种技术和放大器拓扑用于最大化放大器RF到DC的效率，但是现代无线通信系统批准的线性度要求指示AB类模式或AB与C的组合的使用。结果，DC功率的相当大的部分被放大器耗散作为必须被移除的热。典型地，BS放大器使用散热器和风扇来从RF功率设备移除热，这向基站装备进一步添加了成本、大小和重量。因此，已经做出了大量努力来减小BS功率放大器生成的热量以寻求在不使放大器线性度降级的情况下提高放大器效率。
[0005]当功率放大器(“PA”)以其输入处的CDMA (或类似信号)操作时，PA将放大期望的信号以及生成不希望的互调(“頂”)产物。当PA输出被驱动到其饱和点时，这些頂产物迅速增加。为了在PA输出处实现期望的线性度(没有预失真)，PA必须从其饱和点(PSAT3tffl)以回退(backoff)输出功率水平操作。不幸地是，在回退功率水平处的PA操作限制PA的最大有用输出功率水平，使得输出信号动态范围的整个范围良好地在PA传递曲线的线性区内。然而，这样的操作点不利地影响PA的效率。当操作于具有8到9dB的峰均值比PAR的输入信号而仅仅最低限度地满足系统线性度要求时，对于常规构建的AB类PA来说10%或更小的效率是不正常的。
[0006]鉴于数字预失真(“DPD”)最近的进展，DH)已经成为对发送60W平均功率及以下的A/AB类PA的选择的线性化方法。DB)线性化方法适合于解决若干之前不可达到的性能限制，诸如展示高效率与良好线性度。这些改进来源于Dro操作点，该Dro操作点允许PA在峰值信号转变期间接近于其Psat或者甚至稍高于其Psat操作。Dro通常使用这样的技术，其中，校正信号与通过PA的输入信号一起被创建和放大以减小PA的输出处的整体失真。Dro可以是经优化的CDMA信号(诸如IS-95)，其倾向于具有用于带有导频、寻呼、同步和6个业务信道(沃尔什码8-13)的单载波CDMA的大PAR 9.7dB ((XDF上0.01%概率)。单个信道IS-95具有信道带宽1.23MHz，并且DTO —般被优化以减少三阶頂产物。在这样的应用中，DB)可以使PA预失真，使得所得到的48到50dBc的邻信道泄露比(“ACLR”)在885_kHz偏移处，其典型地为14dB或者优于在没有预失真情况下操作的PA ACLR性能。类似地，DTO也可以被优化以在20MHz信号带上提供用于四载波WCDMA输入信号的消除性能。DTO性能通常受PA的存储效应的妨碍，这潜在地限制DH)有效性。PA放大器级中的存储效应被定义为由于之前信号而导致的失真分量的幅度和相位的变化。然而，如果PA用倾向于减小或限制存储效应的偏置电路来设计，则DH)可以典型地提供用于四载波WCDMA信号的线性化，其产生具有5-MHz偏移处的13dB或更好的消除的46到48dBc范围的ACLR。在大多数应用中，对于AB类PA的百分之25以上的PA效率至多尔蒂(Doherty)型PA的百分之40或更大的PA效率是可达到的。
[0007]考虑到Dro线性化可以提供ACLR性能，进入相邻频谱的頂产物的附加衰减可以通过提供带通滤波器来实现，或者在FDD系统的情况中，双工器可以被实现在RRH的输出中。
[0008]在典型的FDD实现方式中，腔双工器在RRH的接收机与发射机之间提供隔离，以及提供相邻频谱内的足够程度的TX IM抑制。因为对于FDD RRH—般需要双工器，所以其的包括引入了众多问题，诸如附加的输出插入损耗和发射信号质量上的滤波器通带响应波纹。后者在这样的操作情形中显现自己=CDMA载波被定位为靠近滤波器滚降(rolloff)或带边缘。这通常在网络运营商将CDMA (或WCDMA)载波配置在其分配的频率频谱中紧密接近带边缘时发生。当选择这样的载波频率时，滤波器滚降特性的净效应影响CDMA载波平坦性，这继而使Rho (“P”)降级。BS的Rho是作为对所发射的CDMA信号的调制质量的测量的度量的指数。1.0的Rho与理想的发射信号相关联，实际上，CDMA载波中的所有功率被正确地发射而没有任何多径。CDMA标准要求Rho > 0.912，并且在实践中，BS发射机测量Rho> 0.94指示正常BS发射机操作。
[0009]对于操作W-CDMA空中标准(按照3GPP)的BS来说，BS发射机质量可以在下表中概括:
【权利要求】
1.一种预失真线性化通信系统，包括: 输入，其接收数字通信信号； 预失真器，其耦合到输入，所述预失真器输出经预失真的信号； 上变频模块，其耦合到预失真器，接收经预失真的信号并输出经上变频的数字信号； 数模转换器，其耦合到上变频模块，接收经上变频的信号并输出RF信号；以及 滤波器，其耦合到数模转换器，接收RF信号并输出经滤波的RF信号， 其中，所述预失真器基于滤波器的特性来输出经预失真的信号。
2.根据权利要求1所述的预失真线性化通信系统，其中，所述预失真器包括有限冲激响应滤波器。
3.根据权利要求2所述的预失真线性化通信系统，其中，所述滤波器是通带滤波器，其中，通信信号具有一个或多个频带，并且其中，所述预失真器提供随相对于通带滤波器滚降特性的频带位置而变化的预失真信号。
4.根据权利要求1所述的预失真线性化通信系统，进一步包括: 滤波器群延迟预失真器，其耦合在上变频模块与数模转换器之间，其中，所述滤波器群延迟预失真器在经上变频的数字信号中提供反群延迟。
5.根据权利要求4所述的预失真线性化通信系统，其中，所述滤波器群延迟预失真器包括无限冲激响应滤波器。
6.根据权利要求5所述的预失真线性化通信系统，其中，所述无限冲激响应滤波器是全通无限冲激响应滤波器。
7.根据权利要求1所述的预失真线性化通信系统，其中，所述滤波器是组合器腔滤波器，其接收RF信号并提供输出RF信号，并且其中，预失真器补偿腔滤波器插入损耗特性。
8.根据权利要求1所述的预失真线性化通信系统，进一步包括信道滤波和脉冲成形模块，其接收输入信号并向输入信号提供基带滤波。
9.根据权利要求1所述的预失真线性化通信系统，进一步包括内插电路，其耦合在滤波器通带预失真器与上变频模块之间。
10.一种用于放大数字通信信号的预失真线性化通信系统，包括: 输入，其接收多载波数字通信信号； 输入处理模块，其耦合到输入并且接收多载波数字通信信号，输入处理模块提供多个经采样的输入信号； 多个数字上变频器电路路径，每个数字上变频器电路路径从输入处理模块接收对应的经采样的输入信号，每个数字上变频器电路路径包括: 滤波器通带预失真器，滤波器通带预失真器接收对应的经采样的输入信号并输出经预失真的信号； 上变频模块，其耦合到滤波器通带预失真器，接收经预失真的信号并输出经上变频的数字信号； 求和器模块，其从每个数字上变频器电路路径接收经上变频的数字信号并提供多载波复合信号； 滤波器群延迟预失真器，其接收多载波复合信号并提供经群延迟补偿的信号； 数模转换器，其耦合到滤波器群延迟预失真器，接收经群延迟补偿的信号并输出RF信号；以及 通带滤波器，其耦合到数模转换器，接收RF信号并输出通带RF信号， 其中，每个滤波器通带预失真器基于相对于多载波数字通信信号的通带滤波器的特性来输出经预失真的信号。
11.根据权利要求10所述的预失真线性化通信系统，进一步包括组合器腔滤波器，其接收通带RF信号并提供输出RF信号。
12.根据权利要求10所述的预失真线性化通信系统，其中，所述每个数字上变频器电路路径还包括信道滤波和脉冲成形模块，其接收对应的经采样的输入信号并向经采样的输入信号提供基带滤波。
13.根据权利要求10所述的预失真线性化通信系统，其中，所述每个数字上变频器电路路径还包括内插电路，其耦合在滤波器通带预失真器与上变频模块之间。
14.根据权利要求10所述的预失真线性化通信系统，其中，所述每个滤波器通带预失真器包括有限冲激响应滤波器。
15.根据权利要求14所述的预失真线性化通信系统，其中，所述每个有限冲激响应滤波器具有5个抽头。
16.根据权利要求10所述的预失真线性化通信系统，其中，滤波器群延迟预失真器包括无限冲激响应滤波器。
17.根据权利要求16所述的预失真线性化通信系统，其中，每个滤波器群延迟预失真器包括全通无限冲激响应滤波器。
18.根据权利要求11所述的预失真线性化通信系统，还包括上行链路信号路径，其耦合到组合器腔滤波器，接收上行链路信号。
19.一种用于发射机的预失真线性化的方法，包括: 接收数字通信信号； 基于数字通信信号采用数字预失真系数来提供经预失真的信号； 基于经预失真的信号来提供经上变频的数字信号； 基于经上变频的信号来提供RF信号；以及 通过通带滤波器对RF信号提供通带滤波， 其中，数字预失真系数基于通带滤波器的特性和通信信号频率。
20.根据权利要求19所述的用于预失真线性化的方法，还包括对经上变频的信号提供群延迟预失真补偿。
【文档编号】H04L1/02GK104205704SQ201280056126
【公开日】2014年12月10日 申请日期:2012年9月14日 优先权日:2011年9月15日
【发明者】M.帕谢-科朱里, R.梅登 申请人:电力波技术有限公司