[发明专利]针对射频功率放大器的预失真

说明书

技术领域

本发明涉及用于对由射频放大器向信号引入的失真进行校正的预失真，具体地涉及在多信道无线发送器中使用的发送链。

背景技术

功率放大器是无线发送器中的关键组件，它通常是在发送信号之前对信号放大的最后一级，因此，要求它处理可能会很高的功率，例如，在蜂窝无线发送器中典型地是几瓦。虽然已对无线发送链中的其它电子组件进行了集成，伴随有尺寸和成本的减小，但是功率放大器一般仍是体积较大并且相对昂贵的组件，这很大程度上是由于其功率消耗以及对冷却的需要；它还需要大的且可能较贵的电源，这样的电源对电池备份系统有大量要求。结果，在开发更加高效的功率放大器设计方面付出了很多努力，以减小功率消耗以及相关的成本和环境影响。通常，功率放大器的效率实现是以固有的非线性信号传输特性为代价的，而且，该非线性可能是涉及温度依赖性和对在前信号特性的记忆的复杂函数。

功率放大器的非线性特性可以通过预失真器来校正，预失真器是以如下方式进行控制的电路，即：该预失真器在信号进入放大器之前向信号引入失真，这些失真被设计为抵消功率放大器的非线性传输特性的效果，从而在理想情况下为从预失真器的输入到功率放大器的输出的发送链提供总体上线性的响应。虽然也可以在功率放大器之后向信号引入校正，但是通常优选的是在放大前引入校正，这是因为，这可以以更低的功率并且典型地在数字域中进行。

图1示出了在所谓的误差信号结构中具有预失真器的典型发送链。典型地处于基带的输入信号2传输通过预失真器4，预失真器4由于该预失真器的传输特性而向该信号引入失真。通常，该传输特性可以由多项式来定义，该多项式可以包括延迟项，并且例如可以是Volterra级数。预失真器可以实现为有限冲激响应数字滤波器，或者另选地实现为无限冲激响应数字滤波器。便利的是，在数字域中在基带以同相和正交分量实现预失真器，但是另选地，预失真器也可以在模拟或数字域中在中频或射频实现。在图1的示例中，示出了上变频器6，该上变频器6在功率放大器进行放大之前对信号进行上变频混频，但是应当理解，该级以及对应的下变频器16根据频率规划是可选的。

在预失真器和上变频器之后，信号由通常工作于射频的功率放大器8来放大。功率放大器的输出信号10传输通过耦合器12，耦合器12将该信号的大部分传输到发送链的输出14，并且截留该信号的一部分以供在通常工作于基带的观测接收器(包括下变频器16和采样器18)中使用。另一采样器20也从输入信号中获取采样。预失真训练器22获取输入采样以及对应的来自观测接收器(下变频器16和采样器18)的采样(这可以被称为输出采样)，以控制预失真器的系数。

图2例示了图1的预失真训练器22的操作。对齐器和比较器功能模块34将输入采样和对应的输出采样在相位上对齐，以补偿电路组件的相位特性，并且对输入采样和对应的输出采样进行比较，由此生成误差信号。误差信号是由采样表示的输出信号和输入信号与由输入采样表示的用作基准信号的对齐后的输入信号之间的差。在系数训练器36中对多项式的系数进行训练，以使得典型地在该基准经多项式运算后将产生会抵消误差信号的输出。由该处理生成的系数构成预失真器的更新系数，即，预失真器所应用的系数的增量更新。预失真器更新系数保存在存储部38中，以用于更新预失真器所应用的系数。在该方案的变型例中，可以在观测接收器进行采样之前，在模拟域中生成误差信号。

图3例示了另一种包括预失真器的发送链的结构(称为全信号结构)。图3的系统不同于图1的误差信号结构之处在于，从预失真器的输出而非输入信号中获取采样，以供在预失真训练器中使用。通常执行对预失真器系数的训练以产生这样的结果，即，所采样的预失真器的输出信号经多项式运算后将再现放大器的输出信号。因此，多项式的系数是预失真器抵消非线性所需的特性的逆量。随后，可以通过对训练的系数应用合适的变换，来导出要由预失真器应用的系数。可以看出，图3的结构不计算误差信号，并且对整个多项式系数而非多项式系数的增量更新进行训练。

图1和图3的结构针对的都是信号条件相对稳定的情形，诸如在输入信号表示单个无线信道时可预期到的情形。这要求放大器所放大的频带被全部占用，或者至少被一致的频谱占用，并且要求待发送信号的振幅在时间上相对稳定。尤其是，这要求单个相对静态的信号，而非跳频或在振幅上有变化。

然而，如果例如在多个信道采用不同无线标准的情况下由放大器发送这些信道，则总信号的频率和振幅组成稳定的假设可能无效。在这些情况下，系数的训练可能不是稳定的，并且如果多个信道中的信号的总信号特性发生变化，则经训练的系数可能不是最优的。