功率编码器和用于对数据进行调制的方法技术

一种功率编码器包括：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；以及预失真单元，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。功率编码器还包括：数字变频器，其用于将失真的包络信号与相位调制信号相结合以产生失真的输入信号；脉宽调制器，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；以及开关模式功率放大器，其用于放大经调制的信号。查找表存储变换函数的非线性映射，并且失真的输入信号与经调制的信号之间的关系是非线性的。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术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。
技术介绍
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。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)。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、EP2063536以及U.S.7,825,724。DSM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。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(spectrumemissionmask)。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。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。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。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RFPWM功率编码的传递函数的反函数。预加重块的输出被提交给RFPWM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。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。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。
技术实现思路
本专利技术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(DPD)。本专利技术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。一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。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。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。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。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[图1A]图1A是根据本专利技术的一些实施方式的采用线性化的功率编码器的框图。[图1B]图1B是根据一些实施方式的预加重线性化方法的框图。...

【技术保护点】
一种功率编码器，该功率编码器包括：幅相分离器，该幅相分离器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，该预失真单元用于使用查找表(LUT)使所述包络信号失真，以产生失真的包络信号，其中，所述查找表存储变换函数的非线性映射；数字变频器，该数字变频器用于将所述失真的包络信号与所述相位调制信号结合，以产生失真的输入信号；脉宽调制器(PWM)，该脉宽调制器(PWM)用于根据所述变换函数对所述失真的输入信号进行调制，以产生经调制的信号，其中，所述失真的输入信号与所述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，该开关模式功率放大器用于放大所述经调制的信号。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.10.25 US 14/063,5431.一种功率编码器，该功率编码器包括：
幅相分离器，该幅相分离器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，该预失真单元用于使用查找表(LUT)使所述包络信号失真，以产生
失真的包络信号，其中，所述查找表存储变换函数的非线性映射；
数字变频器，该数字变频器用于将所述失真的包络信号与所述相位调制信号结合，
以产生失真的输入信号；
脉宽调制器(PWM)，该脉宽调制器(PWM)用于根据所述变换函数对所述失真的
输入信号进行调制，以产生经调制的信号，其中，所述失真的输入信号与所述经调制的
信号之间的关系是非线性的；以及
开关模式功率放大器，该开关模式功率放大器用于放大所述经调制的信号。
2.根据权利要求1所述的功率编码器，其中，所述预失真单元使用所述LUT选择
所述失真的包络信号的失真的数据点，使得利用所述变换函数变换的所述失真的数据点
的值对于所述包络信号的相应的数据点来说是线性的。
3.根据权利要求2所述的功率编码器，其中，通过将所述变换函数应用于一组输
入数据点，使用前向映射来确定所述LUT，并且其中，通过选择对所述变换函数的输入，
由所述包络信号的数据点的反向映射来确定所述失真的数据点，所述对所述变换函数的
输入对应于所述变换函数的、与所述包络信号的数据点相等的输出。
4.根据权利要求1所述的功率编码器，其中，所述PWM是射频(RF)PWM
(RFPWM)，并且所述数字变频器利用RF载波信号对所述失真的包络信号和所述相位
调制信号进行上变频，使得所述经调制的信号是RF脉冲序列。
5.根据权利要求1所述的功率编码器，其中，所述PWM是中频(IF)PWM(IFPWM)，
并且所述数字变频器利用IF载波信号对所述失真的包络信号和所述相位调制信号进行
上变频，使得所述经调制的信号是IF脉冲序列。
6.根据权利要求5所述的功率编码器，该功率编码器还包括：
第二数字上变频器，该第二数字上变频器用于将所述IF脉冲序列转变为射频(RF)
脉冲序列并且用于将所述RF脉冲序列提交至所述开关模式功率放大器。
7.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：马瑞，朱秋耀，张坤好，段春杰，
申请(专利权)人：三菱电机株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP