使用可编程数字上变频和下变频的方法和频率灵活的预失真传送器

摘要

本文提供了在包括多个预确定的频带的范围广泛的频率内可操作的预失真的传送器。传送器包括沿传送信号路径和反馈信号路径布置的可编程数字上变频器和可编程数字下变频器、ADC、DAC、功率放大器及至少一个模拟滤波器。

说明书

技术领域

本发明一般涉及能够使用可编程以适应多个频带的数字下变频和上变频传送信号的预失真传送器。

背景技术

在大多数通信系统中的无线电传送器被要求是“线性”，意味着其输出信号必须准确地再现对应输入信号的频谱。输入/输出关系中的非线性造成输出信号扩展到相邻射频上并且干扰其它无线电信道。预失真是通过改变输入信号以产生总体线性输入/输出关系来消除初始非线性的技术。在预失真传送器中，基于反馈信号调整应用到输入信号的预失真函数。由于预失真主要发生在功率放大器中，因此，作为预失真过程的一部分，反馈在功率放大器后获得的信号并且将其与初始信号进行比较。

当前可用的预失真传送器通常设计成仅用于单个频带或小范围的传送的频率（例如，LTE频带1或2110-2170 MHz）。这些预失真传送器中的前向路径和反馈路径均被有效调谐到相同频带，并且不能部署以支持其它频带。预失真传送器在关注的单个（狭窄）频带中的操作由于设计而发生，设计例如包括各种调谐的电路（例如，窄带滤波器）、组件的有限范围的操作（例如，只在几百MHz内调谐的压控振荡器）及使在范围广大的频率内线性化（预失真）难以实现的频率内的幅度和相位变化。

全球可用频带的数量和范围近来已大幅增加。当前可用预失真传送器要求它们被重新设计、修改和重新划分范围以便在新频率范围中操作。此情况造成了设计和持续支持昂贵的许多无线电通信系统。

相应地，最好是具有能够有效调谐用于多个频带由此避免上述问题和缺陷的频率灵活预失真传送器。

发明内容

根据一个示范实施例，一种在包括多个预确定的频带的范围广泛的频率内可操作的传送器包括基带处理单元、可编程数字上变频器、数模转换器、模拟滤波器、功率放大器、模数转换器及可编程数字下变频器。基带处理单元配置成接收复输入信号和反馈输出信号，并且基于所述复输入信号和所述反馈信号，输出预失真的基带信号。可编程数字上变频器连接到基带处理单元并且配置成接收预失真的基带信号，以及将预失真的基带信号转换成具有基于从基带处理单元收到的至少一个第一控制输入选择的谱内容的数字信号。数模转换器连接到可编程数字上变频器并且配置成接收数字信号以及将数字信号转换成模拟信号。模拟滤波器连接到数模转换器并且配置成接收模拟信号，以及输出实质上只包括具有在多个频带的所选择频带中的频率的分量的过滤模拟信号。功率放大器连接到模拟滤波器并且配置成接收过滤的模拟信号，以及放大过滤的模拟信号。模数转换器配置成接收对应于放大的过滤模拟信号的模拟反馈信号，对模拟反馈信号进行采样，并且输出数字反馈信号。可编程数字下变频器连接到模数转换器和基带处理单元并且配置成接收数字反馈信号，基于至少一个第二控制信号，将数字反馈信号转换到更低的样本率，转换成反馈信号，反馈信号提供到基带处理单元。

根据一个示范实施例，可在包括多个预确定的频带的范围广泛的频率内操作的传送器包括基带处理单元、一个或多个前向信号路径和单个反馈信号路径。基带处理单元配置成接收一个或多个复基带输入信号，输出对应于一个或多个复基带输入信号的一个或多个预失真的信号。一个或多个前向信号路径连接到基带处理单元并且配置成以数字方式将一个或多个复基带输入信号的相应信号上变频，将上变频的信号转换成模拟信号，放大模拟信号并且广播模拟信号。单个反馈信号路径配置成接收对应于一个或多个广播的信号的模拟信号，将模拟信号转换成在固定采样率的数字信号，以数字方式对数字信号进行下采样并且将下采样的信号输出到基带处理单元。

根据另一示范实施例，提供了一种在包括多个预确定的频带的范围广泛的频率内广播信号的方法。方法包括生成预失真的基带信号，并且以数字方式对预失真的信号进行上采样以将预失真的基带信号转换成具有基于至少一个第一控制输入选择的谱内容的数字信号。方法还包括将数字信号转换成模拟信号，过滤模拟信号以实质上只包括具有在频带的所选择频带中的频率的分量，并且放大过滤的模拟信号。方法还包括将对应于放大的过滤模拟信号的模拟反馈信号转换成数字反馈信号。方法也包括基于至少一个第二控制输入，对数字反馈信号进行下采样到更低样本率，以输出反馈信号，其中，使用基于反馈信号可调整的预失真函数，从复输入信号生成预失真的基带信号。

根据另一示范实施例，一种制造在包括多个预确定的频带的范围广泛的频率内可操作的传送器的方法包括沿衬底或电路板上的传送路径，在配置成输出预失真的信号的基带处理单元与功率放大器之间安装可编程数字上变频器、数模转换器和模拟滤波器。方法还包括沿衬底或电路板上的反馈路径，在功率放大器与基带处理单元之间安装衰减器、模数转换器和可编程数字下变频器。可编程数字上变频器配置成基于至少一个第一控制输入，将预失真的基带信号转换成数字信号。可编程数字下变频器配置成基于至少一个第二控制输入，将数字反馈信号转换到更低样本率，转换成反馈信号。基带处理单元配置成使用基于反馈信号可调整的预失真函数，基于复输入信号生成预失真的基带信号。

示范实施例的目的是克服在前面部分中讨论的一些不足，并且提供能够有效配置用于多个频带的频率灵活的预失真传送器。

附图说明

附图结合在说明书中并构成其一部分，示出一个或多个实施例，并与描述一起解释这些实施例。在图中：

图1是根据一个示范实施例的预失真传送器的示意图；

图2是根据一示范实施例在设备中包括的可编程数字上变频器的示意图；

图3是根据一示范实施例在设备中包括的可编程数字下变频器的示意图；

图4是根据一示范实施例，为实现频率灵活的预失真传送而执行的方法的流程图；以及

图5是根据一示范实施例，制造频率灵活的预失真传送器的方法的流程图。

具体实施方式

示范实施例的以下描述参照附图。不同图形中的相同标号识别相同或类似的元素。以下详细描述不限制本发明。相反，本发明的范围由随附权利要求定义。为简明起见，下面的实施例根据预失真传送器的术语和结构进行讨论。然而，随后要论述的实施例并不限于这些系统，而是可应用到其它现有无线电通信系统。

说明书通篇对“一个实施例”或“一实施例”的引用指结合一实施例描述的特定特征、结构或特性包括在本发明的至少一个实施例中。因此，在说明书通篇各个位置出现的“在一个实施例中”或“在一实施例中”短语不一定全部指同一实施例。此外，特定的特征、结构或特性可在一个或多个实施例中以任何适合的方式组合。

根据示范实施例，宽带传送器能够使用传送路径中的可编程数字上变频器和反馈路径中的可编程数字下变频器来实现。通过在反馈路径中使用下变频器，在其它情况下将由模拟组件（例如，由于时间、电压和/或温度变化）造成的误差不会通过在传送路径上的信号传播回来。另外，通过在传送路径和反馈路径中使用可编程数字变频器，传送系统的响应能够跨范围广泛的频带有相同质量。通过对比，采用模拟组件的变频器可被调谐成在单个频带中具有最佳响应，但将在其它操作频带中表现不同（因此造成误差）。

根据图1所示一示范实施例，频率灵活的预失真传送器100配置成在包括多个预确定的频带的范围广泛的频率内操作。传送器100包括配置成接收复输入信号和反馈信号并且输出预失真的基带信号的基带处理单元110。因此，基带处理单元110是传送信号路径104的起点和反馈信号路径106的终点。虽然预失真的基带信号是基带信号，但要注意的是，反馈信号可以是基带信号或中频(IF)信号。

基带处理单元110输出的预失真的基带信号是通过应用预失真函数获得的预失真的信号。应用预失真函数是为了在复输入信号与在传送路径的末尾的信号之间提供线性关系。反馈信号的质量越高，基带处理单元110将更能够实现此线性关系。与在频带更改时要重新调谐反馈路径的常规预失真传送器不同，频率灵活的预失真传送器100能够为所有覆盖的频带提供相同的高质量反馈信号。预失真函数可最初是预确定的函数（例如基于为功率放大器建模），但能够基于复输入信号与反馈信号的比较进行调整。

要传送的信号的预失真本身在技术领域为人所熟知，因此在此未更详细描述。

预失真的基带信号由连接到基带处理单元110的可编程数字上变频器120上变频为数字信号。数字信号具有基于经控制线路124从基带处理单元110收到的至少一个第一控制输入选择的谱内容。提供到可编程数字上变频器的所述至少一个第一控制输入包括至少以下之一：与预确定的频带的所选择频带相关联的滤波器信息、复调谐器频率和与预确定的频带的所选择频带相关联的上采样参数N。

美国专利申请公布2010/0098191中描述了可编程数字上变频器120的示例，其公开内容通过引用整体结合于本文中。图2是根据一示范实施例，可包括在预失真传送器中的可编程数字上变频器200的示意图（例如，在图1的频率灵活的预失真传送器100中的可编程数字上变频器120）。根据此示范实施例的可编程数字上变频器200包括复调谐器210、数字上采样器220、复信道选择滤波器230及正交调制器240，其可布置在基带处理单元（例如，图1中的110）与数模转换器（例如，图1中的130）之间。

由于存在数字上采样器（例如，图2中的220）的原因，可编程数字上变频器120将基带输入信号转换成具有基于至少一个第一控制输入选择的谱内容的数字信号。例如，数字上采样器220使用的上采样参数N可取决于用于要传送的信号的所选择频带及在传送路径中使用的采样率。可编程数字上变频器120可经与传送信号路径104不同的控制路径124，从基带处理单元110接收上采样参数N或与所选择频带相关联的其它信息。

因此，数字上采样器220可生成包括用于输入到上采样器220的数字信号中每个样本的N个值（即，样本）的数字信号，其中，N大于或等于2。为简化硬件，添加的样本例如可以为不要求计算的0值。由于N一般是2的次幂，因此，速率更改滤波器可包括在可编程数字上变频器中以消除输入到可编程数字上变频器的信号的样本率和由DAC使用的从可编程数字上变频器输出的信号的所需预确定的样本率的差距。速率更改滤波器是配置成输出数字信号的器件，数字信号具有是输入速率更改滤波器的数字信号的样本率的一部分的样本率。

从可编程数字上变频器120输出的数字信号随后由在预确定的DAC速率操作的数模转换器(DAC) 130转换成模拟信号。为在此预确定的DAC速率操作，DAC 130接收例如来自本地振荡器140的具有对应于预确定的DAC速率的预确定频率的本地振荡器信号。

DAC 130输出的模拟信号随后由模拟滤波器150过滤，并且过滤的模拟信号在经天线170传送之前被输入功率放大器(PA) 160。模拟滤波器150过滤模拟信号以只输出频率在单个尼奎斯特区域全部或一部分内的分量。例如，如果DAC 130在2.5 GSps操作，则模拟滤波器150能够隔离第一尼奎斯特区域（0到1.25 GHz）的大部分，并且因此支持在该区域内的所有频带，例如，450到960 MHz。

对应于放大的过滤信号的反馈模拟信号经反馈信号路径106反馈到基带处理单元110。反馈模拟信号可经衰减器165从PA 160接收。

沿反馈信号路径106，反馈模拟信号由在预确定的ADC速率操作的模数转换器(ADC) 180转换成数字反馈信号。此预确定的ADC速率可与DAC 130的预确定的DAC速率相同。然而，本发明不受此特征限制。为执行在预确定的ADC速率的模数转换，ADC 180使用本地振荡信号。如果预确定的ADC速率与预确定的DAC速率相同，则ADC 180可使用与DAC 130相同的本地振荡器140。使用相同的本地振荡器140是有利的，这是因为本地振荡频率的任何变化相等地影响传送信号路径104（即，DAC 130）和反馈信号路径106（即，ADC 180）。然而，备选，两个不同的本地振荡器可用于分别提供本地振荡（时钟）信号到DAC 130和ADC 180。预确定的ADC和DAC速率例如可以大于1 GSps。

ADC 180输出的数字反馈信号随后被输入可编程数字下变频器190。图3是在频率灵活的预失真传送器的各种实施例中可使用的可编程数字下变频器300的示意图。连接在模数转换器（例如，图1中的180）与基带处理单元（例如，图1中的110）之间的数字下变频器300包括正交解调器310、复信道选择滤波器320、数字下采样器330及复基带调谐器340。复基带调谐器340可备选包括在基带处理单元110中，并且在此情况下，可编程数字下变频器输出的信号具有可以为0的中频(IF)。复信道选择滤波器320和数据下采样器330的功能性可使用多相滤波器实现。多相滤波器也可包括正交解调器。

由于存在数字下采样器（例如，图3中的330）的原因，可编程数字下变频器190根据至少一个第二控制输入，将数字反馈信号转换成具有更低样本率的反馈信号。提供到可编程数字下变频器190的至少一个第二控制输入例如包括至少以下之一：与预确定的频带的所选择频带相关联的滤波器信息、复调谐器频率和与预确定的频带的所选择频带相关联的下采样参数N。可编程数字下变频器190可经与反馈信号路径106不同的控制路径126，从基带处理单元110接收下采样参数N或有关所选择频带的其它信息。

数字下采样器330可生成下采样的信号，该信号包括用于输入下采样器330的数字信号中每N个样本的一个样本，其中，N大于或等于2。由于N优选是2的次幂，因此，速率更改滤波器（如上所述）可包括在可编程数字下变频器中以消除输入到可编程数字下变频器的信号的样本率除以N和从可编程数字下变频器输出的信号的所需预确定的样本率的差距。例如，假设（作为纯说明性数字示例）到可编程数字下变频器的输入样本率是2488.32 MSps，N=8，并且来自可编程数字下变频器（无速率更改滤波器）的输出样本率是311.04，但所需输出样本率是245.76。为消除后两个值的差距，执行64/81再采样的速率更改滤波器能够在图3所示的信号处理链中的任何点提供，但优选在复基带调谐器340后提供。

如果在反馈信号路径106中有回授的来自天线170的极小干扰（例如，传送的信号外的内容），则在反馈信号路径106上的ADC 180之前不要求使用滤波器。所有要求的滤波随后可在下变频过程期间以数字方式实现，例如，通过在可编程数字下变频器190中多相滤波器系数的审慎选择。然而，可选的是，模拟反馈滤波器175可包括在预失真传送器100中以防止ADC 180由于干扰信号而过载。

根据示范实施例，包括数字上变频器和数字下变频器的预失真传送器确保标称平坦的频率响应（幅度和线性相位）和可重复性（制造）。由于数字上变频器和数字下变频器的频率响应完全由数字信号处理定义，因此，能够形成频率灵活的预失真传送器。换而言之，包括数字上变频器和数字下变频器的预失真传送器配置成操作用于在广泛频率范围内的多个预确定的频带。

包括可编程数字上变频器和可编程数字下变频器的预失真传送器的一个重要优点是它能够实现频率灵活的预失真传送器，由此大幅降低了支持全球大量频带所需的无线电数量。例如，在2010年1月，低于2.2 GHz有23个频带被指定在LTE（长期演进）通信系统中使用。DAC/ADC在2.5 GSps采样时，根据示范实施例，具有两个不同像选择滤波器的单个传送器设计能够用于覆盖所有频带。

根据这些示范实施例的各种体系结构的可编程数字上变频器和可编程数字下变频器适合实现为集成电路，并且利用持续小型化。另外，更少的组件要求更小的基板面积。

由于传送信号路径（例如，104）和反馈路径（例如，106）根据示范实施例均是线性，因此，构建包括多输入功率放大器（即，带有多个前向路径）的设备变得更容易。另外，体系结构的反馈路径可用于几个前向路径。

图4中示出根据一示范实施例，在包括多个预确定的频带的范围广泛的频率内传送信号的方法400的流程图。方法400例如可由图1所示传送器100执行。在S405，方法405包括生成预失真的基带信号。在S410，方法400包括对预失真的基带信号进行数字上采样以将预失真的基带信号转换成具有基于至少一个第一控制输入选择的谱内容的数字信号。方法400包括在S420将数字信号转换成模拟信号，在S430过滤模拟信号以实质上只包括具有在频带的所选择频带中的频率的分量，并且在S440放大过滤的模拟信号。在S410、S420、S430和S440的操作是与传送器中朝向配置成传送放大的过滤模拟信号的发射天线（例如，170）的传送信号路径（例如，104）有关的操作。

在S450，方法400还包括将对应于放大的过滤模拟信号的模拟反馈信号转换成数字反馈信号。模拟反馈信号可以是放大的模拟信号的衰减版本。在S460，方法400包括基于至少一个第二控制输入对数字反馈信号进行下采样到更低样本率，以输出反馈信号。使用基于反馈信号可调整的预失真函数，从复输入信号生成预失真的基带信号。

图5中示出根据一示范实施例，制造在包括多个预确定的频带的范围广泛的频率内可操作的传送器的方法500的流程图。在S510，方法500包括沿衬底或电路板上的传送路径，在配置成输出预失真的信号的基带处理单元与功率放大器之间安装可编程数字上变频器、数模转换器和模拟滤波器。此外，在S520，方法500包括沿衬底或电路板上的反馈路径，在功率放大器与基带处理单元之间安装衰减器、模数转换器和可编程数字下变频器。方法500中的可编程数字上变频器配置成基于至少一个第一控制输入，将预失真的基带信号转换成数字信号。方法500中的可编程数字下变频器配置成基于至少一个第二控制输入，将数字反馈信号转换到更低样本率，转换成反馈信号。基带处理单元配置成使用基于反馈信号可调整的预失真函数，基于复输入信号生成预失真的基带信号。

方法500可还包括在衬底或电路板上安装本地振荡器，并且将本地振荡器连接到模数转换器和数模转换器。

方法599可还包括在衬底或电路板上，在衰减器与模数转换器之间或者在衰减器之前安装模拟反馈滤波器。方法500可包括经与传送路径和反馈路径不同的控制路径，将可编程数字上变频器和可编程数字下变频器连接到基带处理单元，控制路径配置成允许基带处理单元分别提供至少一个第一控制输入和至少一个第二控制输入到可编程数字上变频器和可编程数字下变频器。

在S510，可编程数字上变频器的安装可包括在传送路径上，在基带处理单元与数模转换器之间安装复基带调谐器、数字上采样器、复信道选择滤波器和正交调制器。

在S520可编程数字下变频器的安装可包括沿反馈路径在模数转换器与基带处理单元之间安装正交解调器、复信道选择滤波器、数字下采样器及复基带调谐器。备选，在另一实施例中，在S520可编程数字下变频器的安装可包括沿反馈路径在模数转换器与基带处理单元之间安装正交解调器、多相滤波器及复基带调谐器。

虽然所示示范实施例的特征和单元在特定组合中在实施例中描述，但每个特征或单元可单独使用而无实施例的其它特征和单元，或者以带有或无本文中公开的其它特征和单元的各种组合形式使用。