CN101019311A

CN101019311A - 用于预调理电信号的方法和装置

Info

Publication number: CN101019311A
Application number: CNA2005800302142A
Authority: CN
Inventors: 尼古拉斯·阿彻
Original assignee: Filtronic PLC
Current assignee: Filtronic PLC
Priority date: 2004-09-08
Filing date: 2005-09-08
Publication date: 2007-08-15
Anticipated expiration: 2025-09-08
Also published as: US7639077B2; DE602005019243D1; CN100576723C; EP1787387B1; GB2418087A; ATE457095T1; EP1787387A1; US20090015325A1; WO2006027583A1; GB0419905D0; GB2418087B

Abstract

迭代地对提供给放大器的电信号进行预调理，包括：第一预调理迭代，其包括：对电信号的幅度进行限制以产生限幅信号；产生差信号以从该限幅信号减去电信号；以及通过从限幅信号减去差信号来产生输出信号；至少一次进一步迭代，其包括：对先前迭代的输出信号的幅度进行限制以产生后续限幅信号；通过从该后续限幅信号减去电信号来产生后续差信号；以及通过从该后续限幅信号减去后续差信号来产生输出信号。

Description

用于预调理电信号的方法和装置

本发明涉及一种用于预调理电信号的方法和装置。更加具体地，本发明涉及一种方法和装置，其用于预调理电信号以补偿非线性放大器对该信号的影响。

放大器仅仅在有限的范围上趋向于表现出对输入信号的基本线性响应。当输入信号具有变化较大的幅度时，对于超出了与基本非线性特性的开始相对应的信号电平的那些部分输入信号，由于放大器的非线性特性，放大器会产生输出信号的失真。

可以通过制造在扩展范围上具有线性特性的放大器来解决上述问题。然而，为了保证不会产生显著的失真，需要知道输入信号的最大强度，从而确保足够的放大器范围。

替代地，可以对放大器的输出进行滤波，但是在某些应用中，系统规范所允许的失真水平可能会意味着生产符合需要的滤波器特性的滤波器在技术上是不可行的。

WO 02/089315讨论了一种在放大之前通过限制信号的幅度来对电信号进行预调理的方法。该方法包括对信号进行限幅，并随后减去未限幅和限幅信号之间的差，从而产生输出预调理信号。该方法获得了这样的信号，在所述信号中，信号中的峰值的幅度被限制了，但是限制值之下的信号的幅度基本保持不变。其具有这样的效果，即，增加了远离感兴趣的信号带的输入信号的频谱权重。WO 02/089315提到了可以使用滤波器将带外信号抑制在容许范围之内。然而，可能很难设计用于充分地抑制带外信号的适当的滤波器。

WO 02/089315还提到可以对该方法进行迭代(iterate)以改善收敛。其阐述了后续级具有来自前级的输出的单一输入，以及执行相同的方法。然而，为了将信号收敛至可接受的水平可能需要若干次迭代，随之具有对处理能力和设备的功耗的不利影响。此外，误差可以从一个迭代传播(propagate)到下一个迭代。

本发明寻求改善迭代的电信号预调理的性能。

根据本发明的第一方面，提供一种对提供给放大器的电信号进行迭代地预调理的方法，该方法包括：

执行第一预调理迭代，其包括如下步骤：

限制电信号的幅度以产生限幅信号；

产生差信号以从限幅信号减去电信号；以及

通过从限幅信号减去电信号来产生差信号；

执行至少一个进一步的迭代，其包括如下步骤：

限制先前迭代的输出信号的幅度以产生后续限幅信号；

通过从后续限幅信号减去电信号来产生后续差信号；以及

通过从后续限幅信号减去后续差信号来产生输出信号。

将要理解，减法仅仅是加上负数，因此对于减法的说明包括了加上负数。

通过利用原始输入信号产生贯穿所有迭代级的差信号，而不是先前级的输出，从而当信号迭代以及信号快速收敛时误差不会累积。

优选地，至少一个迭代包括在产生输出信号之前对差信号进行滤波的步骤。

优选地，如果迭代包括对差信号进行滤波的所述步骤，则该迭代进一步包括延迟限幅信号的步骤以允许由滤波步骤引入的延迟的步骤。

优选地，至少两个迭代包括滤波步骤以及滤波器特性在各迭代之间变化。

优选地，在至少一个迭代中产生的限幅信号的幅度取决于将被预调理的电信号的幅度。限幅信号的幅度是用来指这样的幅度，在该幅度以上信号的幅度受到限制，或者是限幅信号的最大幅度。

优选地，将限幅信号的幅度设定为一值，用于防止预调理的信号幅度超过与基本非线性响应的开始相对应的信号幅度。

优选地，限幅信号的幅度在各迭代之间变化。

优选地，电信号是用于广播的电信信号。

根据本发明的第二方面，其提供了一种对提供给放大器的电信号进行预调理的电路，该电路包括：

第一迭代部分，其包括：

限幅器，其用于限制电信号的幅度以产生限幅信号；

通过从该限幅信号减去电信号来产生差信号的装置；以及

通过从该限幅信号减去差信号来产生输出信号的装置；

以及至少一个后续迭代部分，其包括：

限幅器，其用于限制先前迭代的输出信号的幅度以产生后续限幅信号；

通过从该后续限幅信号减去电信号来产生后续差信号的装置；以及

通过从该后续限幅信号减去后续差信号来产生后续输出信号的装置。

优选地，通过数字信号处理器实现电路的组件。

优选地，该电路包括串联连接的多个后续迭代部分。

优选地，迭代部分中的至少一个包括滤波器，其用于在产生输出信号之前对差信号进行滤波。

优选地，如果迭代部分包括滤波器，则该迭代部分进一步包括延迟元件，以允许由该滤波器引入的延迟。

优选地，至少两个迭代部分包括滤波器，以及滤波器特性在每个部分之间变化。

优选地，限幅信号的幅度在各迭代之间变化。

根据本发明的第三方面，提供了一种电信装置，其包括根据本发明的第二方面的预调理电路，以及用于对预调理信号进行放大的放大器。

优选地，所述装置包括预失真器和滤波器，其中预失真器在放大之前对预调理信号进行预失真，以及滤波器对放大器的输出进行滤波。

现在将通过参考附图仅仅通过举例来描述本发明的实施例，其中：

图1示出了电信基站的发射部件的示意性的框图，其中所述基站包括根据本发明的方法进行操作的电路；

图2示出了根据本发明的电子电路的示意性功能框图；

图3示出了根据本发明的电子电路的部件的示意性功能框图；

图4示出了与WO 02/089315中讨论的已知迭代方法相比的、根据本发明的预调理的WCDMA信号的基带谱的曲线图；以及

图5示出了与WO 02/089315中已知迭代方法和原始信号相比的、且根据本发明的预调理的WCDMA信号的CCDF的曲线图。

除非特别指出，不同图中的相似项目共用公用的参考标号。

参考图1，其示出了用于广播电磁电信信号14的、连接到天线12的电信系统的基站10的示意图。基站10包括发射和接收部件。图1仅仅示出了与描述本发明相关的发射部件。只是为了清楚而没有示出基站的其他常规部件。

基站10的发射部件包括多个电子设备，其用于将输入电信号16处理成用于提供给广播天线12发射的输出电信号18。基站包括调制器19、预调理设备20、预失真设备(pre-distortion device)22、功率放大器24和滤波器26。

基站的信号处理组件适用于使用幅度调制编码或复合编码(complex encode)(即，幅度和相位调制)来处理电气的电信信号。以下讨论将着重于利用CDMA编码方案的电信系统，尽管所描述的电路和方法适用于任何电信号，其中所述的电信号利用了具有较高峰值功率与平均功率比的幅度调制。这往往被称为峰值平均值比或峰值均值比。

调制器19基本上是常规的，且在预调理级之前处理基站的发射部件的其他功能。预失真级22基本上为常规设计，且本领域技术人员可以很好地理解将预失真级应用于改善非线性放大器的线性特性。

放大级24是常规的功率放大器，其直到下述输入信号功率电平都将表现出基本线性响应，其中在所述输入信号功率电平之后将表现出显著的非线性响应。滤波级26是基本上常规设计的大功率RF滤波器。然而，滤波器26的滤波器特性将由下述电信方案确定，其中基站在所述电信方案下运行，从而提供电信信号带外的失真的可接受的水平，其中在所述电信信号带上正在广播电信信号14。

例如，在现行的CDMA方案下，广播频谱的GHz部分被分为多个带，其每个带具有基本上5MHz的宽度，且每个广播必须在相邻带中不产生高于如下所述水平的失真，所述水平是由当时有效的电信标准所定义的可接受的水平。因此，选择滤波器26的滤波器特性以保证带外失真达到电信标准规范。

图2示出了信号预调理级20的示意性功能框图。预调理电路20通过数字信号处理器实现。

图2示出了具有3个级21的迭代的信号预调理器。每个级21配置有输入基准信号33。基准信号33与没有施加信号处理的输入信号16相同。每个级21还具有以先前级的输出馈送的另一输入，或者在第一级的情况下，具有初始输入信号。

图3示出了用于实现每个迭代21的电路的示意图，其示出了由数字信号处理器支持的功能且应当相应地理解它。迭代电路包括限幅器或斩波组件30，其将电信号的幅度限制或斩波至最大值。提供输入电气电信信号31作为限幅器30的输入，且从限幅器30输出被限幅或斩波的信号。

迭代电路还包括结合组件32，向该结合组件提供基准信号33和限幅信号。结合组件32从所述限幅信号减去基准信号33。将要理解，减法功能仅仅是符号规定的问题，且加上负数等同于减去正数。还提供滤波器34，向其提供从结合组件输出的差信号。延迟元件35将延迟引入限幅信号，其中所述延迟相应于由滤波器引入到差信号中的延迟。最后，电路包括另一结合组件36，向其提供延迟的限幅信号和滤波后的差信号。结合组件36从延迟限幅信号减去滤波后的差信号并且产生输出信号37，同样，减法是符号规定的问题。

输出信号37被提供为到下一个迭代级的一个输入，以及初始输入信号作为基准。第三级的输出形成了预调理信号。

通常，将通过应用预调理电路和方法确定滤波器34的特性。滤波器34被用于选择部分频谱，所述频谱将用于通过最终的累加级36来校正限幅信号。滤波器可以具有通带的任意位置，所述通带具有仅仅由包含在差信号中的能量数量限制的任意宽度。差信号的幅度确定了将有多少预调理的输出信号超出初始的限制。

对滤波器34的通带进行选择，以相对于各种带内和带外规范对最终的预调理信号进行优化。最佳解决方案将是均等地很好满足所有规范的解决方案。

如果一种规范与另一种相比更难满足，则可能集中对那种规范进行校正，从而在仍然符合所有规范的同时很难驱动放大器。在这种特定的实例中，带外失真规范很难满足，且因此以其他的失真(在这种情况下是带内失真)为代价对其进行校正。也可能需要和获得相反的情况；即如果是特定应用的规范所需要的，则以带外失真为代价改善带内失真。滤波器特性的精确设计是细致优化且其取决于将被预调理的信号和规范。将要理解，滤波器的特性在每个迭代中可以不同。

还可以提供自适应斩波功能，其中根据输入信号的幅度设置斩波限制。测量输入信号31的强度以确定其超出如下信号强度的量，所述的信号强度与放大器的基本非线性特性的开始相对应。随后，输入信号超出所述电平的量被用于设置实际的斩波电平，从而使得输入信号超出开始强度越多，实际上用于对信号斩波的斩波电平就越低。这可以用于保证预调理信号的输出低于与放大器的基本非线性特性的开始相对应的实际信号电平。可以通过利用存储在存储器中的公式进行计算，或根据来自试验结果的存储在存储器中的查找表，确定所使用的实际的斩波电平。

自适应斩波特征和迭代特征可以结合，从而使得对于每个迭代步骤来说，所使用的实际斩波电平可以变化。

在一个替代实施例中，第一迭代中的滤波器34可以具有简单的设计，而后面的迭代可以利用更加复杂的滤波器。这是由于后面的迭代将对较简单滤波器引入的任何误差进行校正。在本实施例中，预调理电路的结构和设计的复杂性被减少了。

尽管说明性的实施例具有3个迭代，但是本发明可以利用从2个迭代向上的任意数量的迭代来工作。

尽管已经在电信系统的背景内描述了所述方法和装置，但是将要理解，图2和8的预调理方法和电路可用于对具有较高峰值与平均值比的、将被放大的任何电信号进行预调理，以便减少与感兴趣的放大信号邻接的关于非线性放大器的失真。所述方法和电路适用于任何调幅的电信号，包括使用幅度和相位对信息进行编码的复杂调制信号。

尽管本发明的上述说明是在基带处的数字信号处理实施背景下的，但是可以在基带、某些中频(IF)、乃至射频(RF)处利用模拟组件执行预调理信号处理。

本发明产生了更为纯净的频谱，与先前的迭代方法相比，其因而具有改善的信号特性。图4示出了第三代移动电话信号的基带频谱，具体地说，是向其应用了WO 02/089315中描述的方法和本发明的预调理方法的2次迭代的2音调(2-tone)WCDMA(宽带码分多址)。频谱44相应于本发明，且频谱42相应于WO 02/089315中描述的方法。在远离期望信号的频率处存在显著地降低的功率。由此，与WO02/089315的迭代方法相比，对于相同的信号处理量来说，本发明的方法提供了更卓越的性能。

图5示出了相同信号的峰值均值比(peak-to-mean)的减少。其是CCDF(互补累积分布函数)的曲线图，且表示信号超出规定的功率阈值的概率。该图示出了在本发明的方法(线54)和WO 02/089315的方法(线52)之间的峰值均值比之间基本上没有差别。本发明还显示出了与不施加预调理的原始信号(线56)相比的显著改善。

作为带内失真的测量，对于单一载波，利用Agilent ESG-D4433信号发生仪和Agilent E4406A VSA信号分析仪对复合误差矢量幅度(EVM)进行测试。作为幅度百分比，EVM是收到的已解调信号和理想信号之间的差。在测试设备的精度内，本发明的方法和WO 02/089315的方法之间不存在差别。两个方法都给出了6.6％的平均EVM的结果。

总之，与WO 02/089315的方法相比，本发明的方法产生了更纯净的输出频谱，且峰值均值比和EVM性能没有退化。

Claims

1.一种迭代地对提供给放大器的电信号进行预调理的方法，该方法包括：

执行第一预调理迭代，其包括如下步骤：

对电信号的幅度进行限制以产生限幅信号；

产生差信号以从限幅信号减去电信号；以及

通过从限幅信号减去电信号来产生差信号；

执行至少一次进一步迭代，其包括如下步骤：

对先前迭代的输出信号的幅度进行限制以产生后续限幅信号；

通过从后续限幅信号减去电信号来产生后续差信号；以及

通过从后续限幅信号减去后续差信号来产生输出信号。

2.如权利要求1的方法，其中至少一次迭代包括在产生输出信号之前对差信号进行滤波的步骤。

3.如权利要求2的方法，其中如果迭代包括对差信号进行滤波的所述步骤，则迭代进一步包括延迟限幅信号以允许由滤波步骤引入的延迟的步骤。

4.如权利要求2或3的方法，其中至少两个迭代包括滤波步骤，且滤波器特性在各迭代之间变化。

5.如前述权利要求中任意一项的方法，其中在至少一次迭代中产生的限幅信号的幅度取决于将被预调理的电信号的幅度。

6.如前述权利要求中的任意一项的方法，其中在至少一次迭代中，限幅信号的幅度被设置为一值，用于防止预调理的信号幅度超过与基本非线性响应的开始相对应的信号幅度。

7.如前述权利要求中的任意一项的方法，其中限幅信号的幅度在各迭代之间变化。

8.如前述权利要求中的任意一项的方法，其中电信号是用于广播的电信信号。

9.一种对提供给放大器的电信号进行预调理的电路，该电路包括：

第一迭代部分，其包括：

限幅器，其用于限制电信号的幅度以产生限幅信号；

通过从限幅信号减去电信号来产生差信号的装置；以及

通过从限幅信号减去差信号来产生输出信号的装置；

以及至少一个后续迭代部分，其包括：

通过从后续限幅信号减去电信号来产生后续差信号的装置；以及

通过从后续限幅信号减去后续差信号来产生后续输出信号的装置。

10.如权利要求9的电路，其中电路的组件是由数字信号处理器实现的。

11.如权利要求9或10中的任何一项的电路，其包括串联连接的多个后续迭代部分。

12.如权利要求9至11中的任何一项的电路，其中各迭代部分中的至少一个包括用于在产生输出信号之前对差信号进行滤波的滤波器。

13.如权利要求12的电路，其中如果迭代部分包括滤波器，则迭代部分进一步包括延迟元件以允许由滤波器引入的延迟。

14.如权利要求12或13的电路，其中至少两个迭代部分包括滤波器，且滤波器特性在每个部分之间变化。

15.如权利要求9至14中的任何一项的电路，其中限幅信号的幅度在各迭代之间变化。

16.一种电信装置，其包括如权利要求9至15中的任何一项的预调理电路以及放大器，其中放大器连接到固定迭代部分的输出，用于放大预调理信号。

17.如权利要求16的装置，并且包括：预失真器，其在放大之前对预调理信号进行预失真；以及滤波器，其对放大器的输出进行滤波。

18.一种基本上如前面参考附图所描述的对电信号进行预调理的方法。

19.一种基本上如前面参考附图所描述的对电信号进行预调理的电路。