校正非线性功率放大器的失真的方法和系统、预失真部件

技术领域

本公开内容涉及使用数字预失真来补偿功率放大器中的非线性，并且尤其涉及在不妨碍数据吞吐量的情况下执行预失真校准。

背景技术

在无线通信网络(例如无线局域网(WLAN)和蜂窝网络)中，功率放大器必须高度线性以避免可能产生数据误差的幅度失真和相位失真。如果功率放大器被偏置以对于输入信号的幅度变化获得最佳线性度，则功率放大器的功耗增加且效率降低。如果功率放大器被偏置以获得更高的效率，则放大器(尤其是在输入信号的最高幅度处)变得非线性。

虽然输入信号的预失真已被用于补偿功率放大器中的非线性，但是表征功率放大器的非线性的过程使用会中断数据流动的非数据校准信号。这种中断可能是显著的，因为功率放大器的非线性随着时间随信号水平和影响功率放大器的温度的信号水平相关功耗而变化。作为结果，无论是否确实需要校准，都以定时器周期定期地执行中断数据的校准过程。

发明内容

在一个示例中，一种用于校正非线性功率放大器中的失真的方法，包括：对数字基带数据信号进行预失真，以转换为射频(RF)信号并通过非线性功率放大器(PA)放大而生成RF输出信号；将RF输出信号的数字化的下变频版本与数字基带数据信号进行比较，以确定非线性PA的失真系数；以及基于比较更新预失真系数集合，以补偿非线性PA的失真系数，其中，数据传输没有被非数据校准信号的传输所中断。

在一个示例中，该方法还包括：将经预失真的数字基带数据信号上变频为RF信号；用非线性PA放大RF信号以生成RF输出信号，其中，RF信号是包络可变RF信号；以及对RF输出信号进行下变频和数字化以用于与数字基带数据信号进行比较。

在一个示例中，一种用于校正非线性功率放大器中的失真的系统，包括数字预失真(DPD)部件，该数字预失真(DPD)部件包括DPD处理器和DPD校准引擎，其中，DPD处理器被配置成将DPD系数集合应用于数字基带数据信号。DPD处理器还被配置成生成经预失真的数字基带数据信号，以转换为射频(RF)信号并通过非线性功率放大器(PA)放大而生成RF输出信号。

DPD校准引擎被配置成将RF输出信号的数字化的下变频版本与数字基带数据信号进行比较，以确定非线性PA的失真系数，并且更新DPD处理器中的预失真系数集合以补偿非线性PA的失真系数，其中，数据传输没有被非数据校准信号的传输中断。

在一个示例中，该系统包括与DPD处理器耦合的上变频器部件，其中，上变频器部件被配置成将经预失真的数字基带数据信号转换为射频(RF)信号，其中，RF信号是包络可变信号。该系统还包括与上变频器部件耦合的非线性功率放大器(PA)，其中，非线性PA被配置成生成RF输出信号。该系统还包括与PA和DPD部件耦合的下变频器部件，该下变频器部件被配置成将RF输出信号转换为RF输出信号的数字化的下变频版本。

在一个示例中，一种DPD部件，包括：被配置成接收发射数据帧的正交调制器；与所述调制器耦合的用于将调制器输出转换到时域的快速傅里叶逆变换块；耦合至IFFT块的DPD校准引擎，该DPD校准引擎被配置成将来自IFFT块的数字基带数据信号与数字基带数据信号的失真版本进行比较，并基于比较来生成DPD系数；以及DPD处理器，该DPD处理器被配置成接收来自正交调制器的数字基带数据信号，并且使用DPD系数对数字基带数据信号进行预失真，其中，数据传输没有被非数据校准信号的传输所中断。

附图说明

为了更完整地理解各种示例，现结合附图参照以下详细描述，在附图中，相似的标识符对应于相似的元素：

图1是示出根据本公开内容的用于非线性功率放大器的基于数据的预失真的示例系统的框图；

图2是根据本公开内容的示出了符号映射的数据星座的示例；

图3是根据本公开内容的示出了数模映射的数据星座的示例；

图4A是示出根据本公开内容的非线性功率放大器中的幅度失真的示例的曲线图；

图4B是示出根据本公开内容的非线性功率放大器中的相位失真的示例的曲线图；

图4C是示出根据本公开内容的幅度预失真函数的示例的曲线图；

图4D是示出根据本公开内容的相位预失真函数的示例的曲线图；

图5A是根据本公开内容的示出了功率放大器非线性的影响的数据星座的示例；

图5B是图5A中的功率放大器非线性对星座中的数据符号的影响的放大图；

图6是示出根据本公开内容的用于非线性功率放大器的基于数据的预失真的示例子系统的框图；

图7是示出根据本公开内容的示例预失真系数的表；以及

图8是示出根据本公开内容的用于非线性功率放大器的基于数据的预失真的示例方法的流程图。

具体实施方式

本公开内容的各方面涉及在不中断数据流动的情况下，表征和补偿无线通信系统中的功率放大器的非线性。

在一个示例中，一种发送器系统，例如无线接入点、无线客户端装置(例如，智能电话、平板计算机或膝上型计算机)、蜂窝基站或蜂窝电话中的发送器，包括数字预失真(DPD)部件，该数字预失真(DPD)部件包括DPD处理器和DPD校准引擎，其中，DPD处理器被配置成将DPD系数集合应用于数字基带数据信号。DPD处理器还被配置成生成经预失真的数字基带数据信号，以转换为射频(RF)信号并通过非线性功率放大器(PA)放大而生成RF输出信号。

DPD校准引擎被配置成将RF输出信号的数字化的下变频版本与数字基带数据信号进行比较，以确定非线性PA的失真系数，并且更新DPD处理器中的预失真系数集合以补偿非线性PA的失真系数，其中，数据传输没有被非数据校准信号的传输中断。

在一个示例中，发送器系统包括与DPD处理器耦合的上变频器部件，其中，上变频器部件被配置成将经预失真的数字基带数据信号转换为射频(RF)信号，其中，RF信号是包络可变信号。发送器系统还包括与上变频器部件耦合的非线性功率放大器(PA)，其中，非线性PA被配置成生成RF输出信号。发送器系统还包括与PA和DPD部件耦合的下变频器部件，该下变频器部件被配置成将RF输出信号转换为RF输出信号的数字化的下变频版本。

在一个示例中，一种用于校正非线性PA中的失真的方法，包括：对数字基带数据信号进行预失真，以转换为射频(RF)信号并通过非线性功率放大器(PA)放大而生成RF输出信号；将RF输出信号的数字化的下变频版本与数字基带数据信号进行比较，以确定非线性PA的失真系数；以及基于比较更新预失真系数集合，以补偿非线性PA的失真系数，其中，数据传输没有被非数据校准信号的传输所中断。

在一个示例中，该方法还包括：将经预失真的数字基带数据信号上变频为RF信号；用非线性PA放大RF信号以生成RF输出信号，其中，RF信号是包络可变RF信号；以及对RF输出信号进行下变频和数字化以用于与数字基带数据信号进行比较。

在一个示例中，一种DPD处理部件，包括：被配置成接收发射数据帧的正交调制器；与所述调制器耦合的用于将调制器输出转换到时域的快速傅里叶逆变换块；耦合至IFFT块的DPD校准引擎，该DPD校准引擎被配置成将来自IFFT块的数字基带数据信号与数字基带数据信号的失真版本进行比较，并基于比较来生成DPD系数；以及DPD处理器，该DPD处理器被配置成接收来自正交调制器的数字基带数据信号，并且使用DPD系数对数字基带数据信号进行预失真，其中，数据传输没有被非数据校准信号的传输所中断。

图1是根据本公开内容的示例发送器系统100的框图。示例发送器系统100包括数字预失真(DPD)部件120、上变频器部件130、非线性功率放大器(PA)140和下变频器部件150。

DPD部件120包括正交调制器121，正交调制器121接收比特流形式的数据帧101，并且例如根据正交调制方案(例如64-QAM(正交幅度调制)或256-QAM)生成符号。这样的正交调制方案通常可以表示为2

图2示出了针对64-QAM调制方案的比特映射的示例，其中，所有可能的6比特符号被唯一地映射到I-Q平面200中的64个星座点之一。如图3所示，星座中的每个唯一点可以与从I-Q平面200的原点到星座点的唯一向量相关联。例如，在图3中，原点与表示符号111001的星座点之间的向量可以由与I轴成角度θ1的长度为L1的向量表示，并且原点与表示符号101110的星座点之间的向量可以由与I轴成角度θ2的长度为L2的向量表示。数字符号域与模拟向量域之间的这种关系被用在以下描述的数模转换处理中。

由正交调制器121生成的符号通过IFFT块122变换成时域中的数字基带数据信号102，数字基带数据信号102由DPD处理器123接收。如下面详细描述的，DPD处理器123基于由DPD校准引擎124提供的查找表，将预失真系数集合应用于数字基带数据信号102，以生成经预失真的数字基带数据信号103。

上变频器部件130包括数模转换器(DAC)131、混合器132、本地振荡器133以及射频(RF)放大器134。DAC 131接收经预失真的数字基带数据信号103，并使用上述数字符号到模拟向量的映射将其转换为模拟基带数据信号104。由混合器132使用由本地振荡器133提供的本地振荡器(LO)信号106将模拟基带数据信号104上变频为RF信号105。在一个示例中，在没有限制的情况下，本地振荡器信号可以包括OFDM(正交频分复用)RF子载波，例如在如上所述的64-QAM系统中的RF子载波。在每个符号时段中，混合器132用与数据流中的64个相继符号之一相对应的向量调制每个子载波。因此，每个子载波将具有对应于不同符号的幅度和相位，从而产生具有时变幅度包络的复杂的组合RF信号105。然后，RF信号105通过RF放大器134前置放大，以产生具有时变包络的放大的RF信号107，放大的RF信号107的特征可以在于峰值与平均功率之比(PAPR)。

放大的RF信号107以——PA 140在放大的RF信号107的峰值功率水平时在非线性区域中操作——的功率水平被施加至功率放大器140的输入。在该功率水平时，PA 140可以以高效率操作，但是在输入信号的峰值功率水平时，输出的幅度和相位失真。

图4A示出了作为输入功率的函数的PA 140的幅度失真，幅度失真称为AM到AM(AM/AM)失真。在图4A的示例中，峰值输入功率被设置在PA 140的1dB压缩点处，但是可以选择具有更多或更少失真的其他操作点。图4B示出了作为输入功率的函数的PA 140的相位失真，相位失真称为AM到PM(AM/PM)失真。图4C示出了作为输入功率的函数的补偿PA 140的AM/AM失真所需的幅度预失真，并且图4D示出了作为输入功率的函数的补偿PA 140的AM/PM失真所需的相位预失真。

图5A是示出在没有输入RF信号107的任何预失真的情况下，PA 140中的幅度失真和相位失真的影响的示例64-QAM星座图形500。在图5A中，实心点表示在没有非线性失真的情况下PA 140的输出，而圆圈表示由于PA 140的非线性引起的幅度失真和相位失真的影响。在图5A中，如图3那样，星座点距I-Q平面原点的距离表示分配给该星座点的子载波的幅度。

如图5A所示，PA 140的理想线性输出与PA 140的实际非线性输出之间的幅度差和相位差随着(对应于增加的功率水平的)距原点的距离而增加。例如，图5A中PA 140的实际输出(501)(对应于图2中的符号100100)几乎与理想线性输出502相同，因为与该星座点相关联的RF信号107的幅度分量与RF信号107的平均功率相比相对较小。相比之下，PA 140的实际输出(503)(对应于图2中的符号111111)与理想线性输出504分开显著的量。该差可以被表征为失真误差向量505，该失真误差向量505表示针对如图5A中所示和图5B中所扩展的该星座点的PA 140的幅度失真和相位失真。

现在回到图1，在PA 140放大之后，RF输出信号108被传递到下变频器部件150。下变频器部件150包括耦合器151、衰减器152、混合器153、本地振荡器133和模数转换器(ADC)154。

RF输出信号108通过耦合器151到达发射天线(未示出)，并且RF输出信号108的一部分作为RF信号109耦出。RF信号109被衰减器152衰减，以在混合器153的输入处产生RF信号110，RF信号110在功率水平上可以与RF信号105(即上变频器部件130中的混合器132的输出处的调制RF信号)相当。使用上述上变频处理中使用的来自本地振荡器133的相同的本地振荡器信号106，将RF信号110相干地下变频为模拟基带信号111。应当理解，模拟基带信号111将是模拟基带数据信号104的失真版本，反映由PA 140引入的任何失真。

然后，模拟基带信号111被ADC 154转换成数字信号形式，这与由DAC 131执行的数模映射相反。也就是说，ADC 154将与下变频的子载波对应的模拟向量集合映射至数字基带信号112，数字基带信号112反映由PA 140所引入的任何失真。如下所述，在DPD校准引擎124中将该失真的数字基带信号(112)与数字基带数据信号102进行比较。

图6示出了DPD部件120的详细框图。DPD校准引擎124从IFFT块122接收数字基带数据信号102的副本作为时域中的符号流(例如，在QAM-64调制方案的示例性情况下的6比特符号)。DPD校准引擎124还接收失真的数字基带信号112，其携带由PA 140引入的任何失真。数字基带数据信号102被施加至发送(TX)FIFO(先进先出)缓冲器125，并且失真的数字基带信号112被施加至反馈FIFO缓冲器126。TX FIFO缓冲器125和反馈FIFO缓冲器126可以用于对准数据帧，以说明发送信号路径和反馈信号路径中的不同时间延迟。然后，数字基带数据信号102和失真的数字基带信号112分别由幅度缩放器127和幅度缩放器128在幅度上均衡。此后，在相关器129中将数字基带数据信号102与失真的数字基带信号112进行比较，以确定PA 140的幅度失真系数和相位失真系数。在一个示例中，相关器129使两个数据流中的其中存在很少失真或者不存在失真的低功率符号匹配，然后，确定针对数据流中的每个较高功率符号的失真向量。如上面关于图5A和图5B所描述的，各失真向量可以由针对星座(例如星座200)中的各符号的幅度分量和相位分量来表示。在一个示例中，相关器129可以在递归最小二乘/最小均方(RLS/LMS)算法中使用幅度分量和相位分量，以将数据拟合到功率放大器140的多项式模型(例如沃尔特拉级数)的系数。相关器129可以使用这些系数来确定针对星座中的每个符号的幅度预失真系数和相位预失真系数，以补偿PA 140的幅度失真和相位失真。

为了生成补偿PA 140的非线性所需的预失真系数，可以将相关器配置成将每个失真系数的相位改变180度，从而有效地反转相关联失真向量的方向，并创建与已建模的失真向量相等且相反的预失真向量。然后，可以将所得的幅度和相位预失真系数存储在DPD校准存储器159中的预失真校准表中，其中，预失真幅度系数和预失真相位系数被索引至星座中的每个数据符号。图7示出了用于示例性QAM-64系统的预失真校准表700，其中，G

预失真幅度系数用于更新DPD处理器123中的AM/AM查找表(LUT)155，并且预失真相位系数用于更新DPD处理器123中的AM/PM LUT156。如上所述，DPD处理器123从IFFT块122接收作为时域符号流的数字基带数据信号102。在DPD处理器123内，数字基带数据信号102被施加至数字混合器157，并且被施加至AM/AM LUT 155，其中，数据流中的每个符号用作指向表中的对应幅度预失真系数的指针，然后在数字混合器157中对于数据流将对应幅度预失真系数作为数字增益因子Gn(对应于查找表中的第n个条目)施加至符号。

数字基带数据信号102还施加至AM/PM LUT 156，其中，数据流中的每个符号用作指向表中的对应相位预失真系数的指针，然后将对应相位预失真系数作为数字相位因子e

将理解，在发送任何数据之前，DPD处理器123和DPD校准引擎124可能没有办法生成预失真系数。至少可以通过三种方式解决此问题。在一个示例中，可以将初始幅度系数和相位系数设置为零(即，没有预失真)，并且可以发送一次校准信号以生成系数。在另一个示例中，可以基于PA 140的近似模型来向系统预加载幅度系数和相位系数。在另一个示例中，可以作为制造、装配和编程处理的一部分，对系统进行工厂校准。

图8是示出根据本公开内容的用于非线性功率放大器的基于数据的数字预失真的示例方法800的流程图。方法800可以例如由上述系统100执行。方法800于操作802处开始：对数字基带数据信号进行预失真(例如，在DPD处理器123中对信号102进行预失真)，以转换为射频(RF)信号并通过非线性功率放大器放大而生成RF输出信号。方法800在操作804处继续：(例如，在上变频器部件130中)将经预失真的数字基带数据信号(例如，信号103)上变频为RF信号(例如，信号105)。在操作806处，方法800继之以：用非线性功率放大器(例如，PA140)放大RF信号以生成RF输出信号(例如，信号108)，其中，RF信号是包络可变RF信号。接下来，方法800在操作808处继续：(例如，在下变频器部件150中)对RF输出信号进行下变频和数字化，以用于(例如，在DPD校准引擎124中)与数字基带数据信号进行比较。在操作810处，方法800继之以：将RF输出信号的数字化的下变频版本(例如，信号112)与数字基带数据信号(例如，信号102)进行比较，以确定非线性PA的失真系数。方法800在操作812处结束：基于比较更新(例如，LUT155和LUT 156中的)预失真系数集合，以补偿非线性PA的失真系数，其中，数据传输没有被非数据校准信号的传输所中断。

上述系统100可以以硬件、软件、固件或其某些组合来实现。系统100可以实现为芯片集(即，集成电路集合)、片上系统(SOC)或者集成部件与分立部件的组合。DPD处理器123可以包括专用或通用处理器以及具有指令的非暂态计算机可读介质，所述指令在被处理器读取时使处理器控制和执行本文关于系统100描述的各种操作，特别是上述方法800的操作。

前面的描述阐述了许多具体细节，例如具体系统、部件、方法等的示例，以提供对本公开内容中的若干示例的透彻理解。然而，对于本领域技术人员来说将明显的是，可以在没有这些具体细节的情况下实践本公开内容的至少一些示例。在其他实例中，没有详细描述公知的部件或方法，或者以简单的框图形式呈现了公知的部件或方法，以避免使本公开内容不必要地模糊。因此，所阐述的具体细节仅是示例性的。特定示例可以不同于这些示例性细节，并且仍然被认为在本公开内容的范围内。

在整个说明书中对“一个示例”或“示例”的任何引用意味着结合示例描述的特定特征、结构或特性被包括在至少一个示例中。因此，在本说明书中的各个地方出现的短语“在一个示例中”或“在示例中”不一定全部指代相同的示例。

尽管本文中以特定顺序示出和描述了方法的操作，但是可以改变每种方法的操作顺序，使得可以以相反顺序执行特定操作，或者使得可以至少部分地与其他操作同时执行特定操作。不同操作的指令或子操作可以以间歇或交替的方式执行。

本发明的所示示例的上述描述(包括摘要中所描述的内容)并非旨在是穷尽性的或者将本发明限制于所公开的确切形式。虽然为了说明的目的，在本文中描述了本发明的具体实施方式和示例，但是如相关领域的技术人员将认识到的，可以在本发明的范围内进行各种等效修改。本文使用词语“示例”或“示例性”来意指用作示例、实例或说明。在本文中被描述为“示例”或“示例性”的任何方面或设计不一定被解释为比其他方面或设计优选或有利。确切地说，词语“示例”或“示例性”的使用旨在以具体的方式来呈现构思。如本申请中使用的，术语“或”意指包含性的“或”，而非排他性的“或”。也就是说，除非另有指定或根据上下文是清楚的，否则“X包括A或B”意在表示任何自然的包含性排列。也就是说，如果X包括A、X包括B或者X包括A和B二者，则在任何前述情况下都满足“X包括A或B”。此外，本申请中以及所附权利要求中使用的冠词“一个(a)”和“一种(an)”一般应被解释为是指“一个或更多个”，除非另有指明，或者根据上下文清楚：该冠词针对单数形式。