一种用于非线性设备的预失真的实现方法技术

本发明专利技术提出了一种新的用于计算并最优化预失真器的具体方法，而无需在所述放大器的输入和输出之间进行时间对准。也就是说，直接地使用所述模拟输出谱以数字或模拟格式来计算最优的预失真器。所提出的解决方法直接使用所述输出谱来最优化互调性能，而不是试图匹配输入谱和输出谱。也就是说，所述输出谱（除可能的增益常数外）可以被直接用为最优化程序的输入。因为所述互调积通常具有比所述载波本身低得多的幅度，所以可以把它作为输入谱而没有重大的限制损失。本公开内容详细地描述了仅仅使用输出信号来实际计算适当的预失真器的数学程序。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及作为一种线性化固有非线性设备的方法的预失真的优化。
技术介绍
如果通过设备的信号失真要被最小化，固有非线性设备的线性化是必要的。具体地说，当涉及到在无线通信中的放大器时，在大部分情况下有必要限制带外频率中乱真信号的产生以及在有些情况也限制带内频率中乱真信号的产生。一种通常使用的技术包括通过前馈技术从所述设备的输出中减去所述不需要的信号部分。然后从所述失真输出信号的衰减复制中减去无失真的输入信号，以给出对所述增加的乱真信号分量的估计，可以通过适当的放大和相位对准从所述输出信号中再次减去所述乱真信号分量。如上面的描述所表明的一样，该技术被称为“前馈”技术，FF。另一个补偿不需要的信号分量的方法是找到一个数学运算符，如果将其施加到输入信号，所述数学运算符就给出足够的抗失真以补偿所述设备本身的非线性。这个运算符如果被放置在级联配置中将在所述非线性设备输出处抵消所述不需要的信号分量。这个技术被称为“预失真”技术，PD。非线性预失真的具体应用是解决用于蜂窝式通信的功率放大器的非线性效应。由于容量将推动现存的和即将出现的标准的发展以便能够使每频带宽度能提供更多数目的用户信道，不得不以宽带方式使用放大器。也就是说，如果被馈送通过非线性放大器，这些信道或频率彼此将互相干扰并会在由其它网络提供商或移动用户所使用的其它频带中产生不需要的乱真信号。一种使用先前提到的FF技术的实现方式是多载波功率放大器(MCPA)。这个设备合并了用于幅度和相位匹配的精密调谐电路以便最后从输出信号仅仅减去失真部分。一种加强所述线性化的方式是级联一个预失真器，或替换地线性化内部放大器本身。在这样做的过程中，可以预期总效率也将变得更高。另一个方式是实际上取走所述FF电路并单独依靠好的预失真器和好的内部放大器。可以相信这将有益地减少制造成本并会提供更为简单的总体设计。预失真的现有技术是比较在非线性设备的输入和输出端口处测量的信号样本，然后通过放大或衰减特定的幅度电平进行补偿。用这种方式获得一个非线性幅度特性函数，利用该函数可以补偿非线性效应。用同样的方法可以进行相位调整。另一个方法可以合并更详细的算法，借此通过诸如沃尔特拉(Volterra)级数展开的时间动态方法来追踪所述非线性设备的特性，以便找到对于所述设备的接近的表示。然后下一步将通过相同的展开找到该函数的反函数，并且将其作为预失真器使用。
技术实现思路
本专利技术的公开内容提出一种新的用于计算并最优化预失真器的特定方法，该预失真器无需在MCPA的输入和输出之间进行时间对准。也就是说，直接地使用所述模拟输出谱、以数字或模拟格式来直接地计算最优预失真器。计算所述预失真器参数的方法通常是比较输入信号和输出信号，并以某种方式调整各参数以便最小化在非线性设备输出处的失真。通常这意味着输入信号对输出信号的精细的时间或相位对准，这使得该方法实际实施起来是有困难的。此外，其通常涉及结合所述功率放大器本身的、对预失真器的某种模拟。用这种方法，所述最优化程序在这点上是双重的，即它需要在迭代程序内模拟两个项目。可以预料的是迭代过程相当复杂，并且要花费时间去执行。在只有输出的方法中，它带来了一些问题，诸如怎样表示所述目标信号和要求解的实际数学方程式。所提出的对于上述问题的解决方法是直接使用所述输出谱来最优化互调性能，而不是试图匹配输入谱和输出谱。也就是说，所述输出谱(除可能的增益常数外)可以被直接用为最优化过程的输入。因为所述互调积通常具有比所述载波本身低得多的幅度，所以可以把它作为输入谱而没有重大的限制损失(lossof confinement)。本公开内容详细地描述了仅使用输出信号来实际计算适当的预失真器的数学程序。作为第二个改进，在甚至不必用输出信号的滤波版本来近似目标输入信号的情况下，将所述乱真频率分量直接抑制到零。在这种情况下，只有关于增益常数和在哪些频率分量或哪个频带中预失真应获得零值的信息。独立权利要求1和4阐明了一种最佳化预失真装置的方法，而从属权利要求2到3和5分别阐明了所述方法的其它实施例。附图简述本专利技术以及其其它目的和优点，可以参照连同附图所做的下列描述来最佳地理解，其中附图说明图1说明了具有幅度增益G、并且通过非线性运算符H0(x)被描述的放大器，所述增益G由x和y的平均功率比例关系来定义；图2说明了在具有非线性设备的级联配置中的预失真器，借此所述预失真器担当除通过设备的传输增益(G)之外的运算符H0(x)的逆变器(inverter)；图3说明了第一求逆方法，其中通过使用输出信号的滤波版本作为原始输入信号的近似而将输出信号求逆回输入信号，借此逆变器同样试图保持完整的所述乱真谱的带内频率分量；图4说明了通过仅仅使用输出信号来最优化预失真器，借此将预失真器优化成只在频率区域A+C中不产生乱真频率分量，并且结果是在带内频谱中没有乱真频率分量被强迫保持，从而产生甚至比图3中所示的还要“干净的”谱；和图5说明了依照本专利技术方法的主要步骤。具体实施例详述最小均方方法这样做是很吸引人的在非线性设备的输入端处插入通用的预失真器，继而尝试最优化所述参数以便最小化在该设备的输出端处的一个给定的成本函数。然而，将会证明，这样的试图将使得所述最优化算法找到其本身的局部最小值。通常，用这种方法很难找到对该最优化问题的好的解决办法。另一个方式是将输出信号求逆为例如等于输入信号。该逆变器继而可以直接被插入以充当所述预失真器。如上所述以及如下面将进一步描述的，对于所述对输入信号所知很少的计算来说，只使用所述输出信号本身也是可能的。考虑图1，可以写出下列方程式，和该方程式的逆解法H0＝yx＝H0-1 (1)同样地，对于在图2中的信号等式我们可以写出H0＝G·x 或PD(x)＝H0-1(2)因此，给定所述非线性设备的逆运算符就立即以直接的数学方式给出所述预失真器函数。也就是说，假定逆运算符实际上存在，这一点就严格成立。这样就表明关键问题是求解上述方程式(1)，然后通过补偿幅度增益(G)将此非线性运算符与非线性设备级联应用。与先估计H0然后设法求逆所述运算符相比，求解上述方程式(1)的一个简单一点的方式是在没有先烦琐地正向求解的情况下，直接求解所述逆运算符。也就是说，本公开内容的一部分是求解下列方程式 H0-1＝x 或 F＝x(3)在所提出方法中的下一步是按照例如动态沃尔特拉级数(dynamic Volterraseries)来展开此运算符。应注意的是可能其它展开也是可以的。可以说明，如果系统可以按照沃尔特拉级数描述并且如果所述逆运算符存在，那么必然也存在等于所述逆运算符的完全沃尔特拉级数。这里我们已经知道沃尔特拉级数随后能直接地被施加到输入信号，这将给出必要的预失真以便给出线性的输入/输出关系。注意，现在我们还在讨论输入-输出的关系。在本公开内容的推导的几个步骤之内，我们将略去这个差别以便展现出只用于输出信号最优化的所想要的方法。继续预失真器的推导，我们可以推断出例如对每个时间样本′k′满足上述方程式(3)的下列形式的沃尔特拉级数展开式 应当提到的是，所述沃尔特拉级数可以不是所述预失真器的唯一可能的描述。对所属领域内的熟练设计者来说，显然其它函数或函数的线性组合也是可以的。具体地说，上述方程式(4)的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于非线性设备预失真最优化的方法，其特征在于该方法包括以下步骤：求解用于所述非线性设备的输出信号的线性展开表达式的系数；将逆变器输出信号表示为基函数的线性组合，其等同于所述非线性设备的输入信号，借此用于所述线性展开表达式 的系数的解直接给出一个预失真器函数，所述预失真器函数是所述非线性设备的逆运算符。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：T尼格伦，L雷克斯贝里，
申请(专利权)人：艾利森电话股份有限公司，
类型：发明
国别省市：SE[瑞典]