功率编码器和用于对数据进行调制的方法
【技术领域】
[0001] 本发明总体上涉及功率放大器的线性化，并且更具体地，涉及多电平数字脉宽调 制编码器的线性化。
【背景技术】
[0002] 相比于数字-模拟RF发射机，直接数字RF发射机(TX)具有若干优点。直接数字RF发 射机将数字-模拟接口布置在天线附近，并且因此涉及较少的模拟组件。可以很大程度上减 轻并且甚至避免像同相（I)和正交相位(Q)信号不匹配、本地振荡器泄漏、图像失真的典型 的模拟问题。直接数字RF发射机通过由敏捷的数字信号处理启用的多模式和多频带操作还 增强了系统灵活性。另外，直接数字RF发射机本质上是数字友好的，其利用了数字处理的增 加的速度和密度、高水平集成度。因此，直接数字RF发射机对无线基站和移动应用两者都具 有好处。
[0003] 除了重建带通滤波器(BPF)之外，直接数字RF发射机还包括诸如D类或S类功率放 大器的开关模式功率放大器(SMPA)，该开关模式功率放大器(SMPA)采用特定的功率编码方 案，诸如DSM(德尔塔西格玛调制）、PWM(脉宽调制）以及PPM(脉冲位置调制）。
[0004] 为了满足现代无线通信系统的严格的线性要求，大多数传统的SMPA型发射机使用 的德尔塔西格玛调制器(DSM)作为功率编码器。这种调制器的示例包括基于带通德尔塔西 格玛调制（BPDSM)的S 类功率放大器。参见，例如，U.S.2003/0210746、U.S.2006/0188027、EP 2063536以及U.S. 7，825,724 ASM是具有反馈回路的噪声整形函数，其可以将带内噪声提高 到带外频谱。带内信噪比（SNR)可以大于60dB。
[0005] 虽然较高的带内SNR是期望的，但是近带量化噪声可能突然增加。因此，需要极高 的品质因数（Q)带通滤波器（BPF)以让经过滤的RF信号满足频谱发射模板（spectrum emission mask)。此外，基于DSM的直接数字RF发射机可由于功率编码器的低功率编码效率 而导致总功率效率低下。
[0006] 在功率方面，射频(RF)功率放大器(PA)消耗了发射机中的大部分能量。该发射机 的主要优点在于，SMPA始终在开启（饱和)与关闭（切断)操作区域之间，实现高峰值效率。然 而，如果对于第3代(3G)和第4代(4G)蜂窝移动通信系统来说常见的非恒定包络信号被编码 成单比特数字化信号，则被定义为功率编码效率的整个数字化信号功率上的带内功率很 低，这是因为量化噪声的产生是不可避免的并且由于系统线性度规范所需的噪声整形函数 导致其在整个频域被广泛传播。由于该噪声信号也被SMPA放大，因此不需要的噪声功率变 得浪费，这导致过多的功率损耗和总TX效率退化两者。
[0007] 低功率编码效率源于德尔塔西格玛功率编码方案中的噪声整形。因此，一些传统 的编码方案使用各种脉宽调制(PWM)技术来解决功率编码效率。例如，基于PWM的一些新的 高效率功率编码方案包括RFPWM和3电平极性PWM架构。由于PWM量化的固有非线性，线性性 能在编码器中下降。两种功率编码方案都利用模拟高速比较器来构建，模拟高速比较器使 用较高频率的三角波形或锯齿波形作为基准信号来进行比较。由于时变的阈值电压，为两 种方案建立相关联的预失真块是非常苛刻的。
[0008] EP2575309公开了针对3电平PWM功率编码方案的预加重线性化块。预加重块使用 RFPmi功率编码的传递函数的反函数。预加重块的输出被提交给RFPmi编码器的输入端。理 想地，预加重可以通过RFPWM编码器来校正非线性。然而，只有当反函数存在并且可以通过 分析得出时，这才是可能的。
[0009] 例如，EP2575309的系统使用相对简单的3电平PWM，所以可以确定反函数。然而，对 于超过3电平(例如，5电平）的RFPWM编码，传递函数可能变得非常复杂，以至于无法得出其 反函数的解，这导致难以构建预加重块。因此，该方法不适于需要复杂编码的高频传输。
[0010] 因此，存在对新的线性化方法的需求，尤其是针对多电平高功率编码效率功率编 码器。
【发明内容】
[0011] 本发明的一些实施方式的一个目的是补偿直接数字RF发射机的线性度，例如，满 足针对较宽的带宽高峰均功率比(PAPR)无线通信信号的规范。进一步的目的是向直接数字 RF发射机中的功率编码器提供基于查找表(LUT)的数字预失真(DH))。
[0012] 本发明的一些实施方式是基于这样的认识，即，脉宽调制器(PWM)的变换函数是非 线性的，但是输入数据必须被功率编码器线性地映射。此外，映射的非线性取决于变换函 数，并且无法始终通过分析来确定。
[0013] -些实施方式是基于这样的认识，即，通过将变换函数应用于数据并且建立输入 到功率编码器的数据与通过功率编码输出的数据之间的映射(例如，查找表(LUT))来通过 实验确定映射的非线性。进一步意识到，能够基于预定的非线性映射使输入信号预失真，使 得PWM的变换函数将预失真的信号变换为对于输入信号来说线性的值。
[0014] 有利地，所述实施方式对功率编码器的等级和其它复杂性没有限制。例如，本发明 的一个实施方式可以被具有至少五电平的多电平PWM采用。
[0015] 因此，一个实施方式公开了一种功率编码器，该功率编码器包括:幅相分离器，其 用于将输入信号分离为包络信号和相位调制信号;预失真单元，其用于使用查找表(LUT)使 包络信号失真以产生失真的包络信号，其中，查找表存储变换函数的非线性映射;数字变频 器，其用于将失真的包络信号与相位调制信号结合以产生失真的输入信号；脉宽调制器 (PWM)，其用于根据变换函数对失真的输入信号进行调制，以产生经调制的信号，其中，失真 的输入信号与经调制的信号之间的关系是非线性的；以及开关模式功率放大器，其用于放 大经调制的信号。
[0016] 另一个实施方式公开了一种用于使用多电平脉宽调制器(PWM)对数据进行调制的 方法。该方法包括:使用存储变换函数的非线性映射的查找表(LUT)使输入信号失真，以产 生失真的输入信号;根据变换函数利用PWM对失真的输入信号进行调制，以产生经调制的信 号；以及放大经调制的信号。
[0017] 在该实施方式的一些变型中，所述失真包括:基于输入信号的一部分的概率密度 函数(PDF)来确定用于PWM的阈值的集合;根据所述阈值的集合来确定变换函数;通过将该 变换函数应用于输入信号来确定LUT;以及使用输入信号的数据点的使用LUT的反向映射来 确定失真的输入信号，使得该失真的输入信号的每个数据点等于至变换函数的输入，至变 换函数的输入对应于变换函数的与输入信号的数据点相等的输出。如果必要，可以针对输 入信号的一组帧重复所述失真。
【附图说明】
[0018] [图 1A]
[0019] 图1A是根据本发明的一些实施方式的采用线性化的功率编码器的框图。
[0020][图 1B]
[0021 ]图1B是根据一些实施方式的预加重线性化方法的框图。
[0022][图 1C]
[0023]图1C是根据一个实施方式的线性化映射的示例。
[0024] [图 2]
[0025] 图2是建立以及搜索查找表的框图。
[0026] [图 3]
[0027] 图3是基于如图2中所描述的查找表的该直接数字RF发射机线性化方法的电路示 意图。
[0028] [图 4A]
[0029]图4A是根据本发明的一些实施方式的确定固定阈值的集合的示意图。
[0030][图 4B]
[0031]图4B是该直接数字RF发射机线性化方法的流程图。
[0032][图 5]
[0033]图5是根据本发明的一些实施方式的直接数字RF发射机的框图。
【具体实施方式】
[0034]高级的开关模式功率放大器(SMPA)(例如，S类放大器）已经成为关键的功率放大 器架构之一。高的理论功率效率和操作灵活性的优点能够在软件定义无线电（SDR)中实现 下一代直接数字射频(RF)发射机(TX)。
[0035]直接数字RF发射机利用S类放大器放大经由功率编码器（如德尔塔西格玛调制器 (DSM)、脉宽调制器(PWM)或脉冲位置调制器(PPM))生成的高速脉冲序列。通常，高Q(>500) 带通滤波器(BPF)被用于将信号重建回模拟RF。值得注意的是，随着氮化镓(GaN)RF