基于高线性度和低线性度模式的预失真校正环回

摘要

一种功率放大器预失真校准技术以不同的功率电平发送两个数据包以在校准中使用。在发送每个数据包时，通过环回路径由相同的装置接收每个数据包。然后对两个所接收的数据包进行处理以形成进行数字预失真所需的信息。

说明书

技术领域

本发明总体上涉及功率放大器，更具体而言涉及用于提高功率放大器 工作效率的技术。

背景技术

很多无线标准规定了无线发射机内的功率放大器不能超过的总功耗 (TPD)值。这种要求可能会限制相应无线链路中可达到的处理量。对于无 线发射机内的功率放大器而言，通常希望是线性放大。然而，已知线性功 率放大器(例如A类放大器)效率低，从而在工作期间消耗大量的功率。 降低无线发射机中消耗的功率量的一种技术是使用更加高效的非线性放大 器，然后使用线性化技术来改善工作的线性度。一种这样的线性化技术被 称为预失真。预失真利用关于功率放大器的非线性度的信息，在放大信号 之前对信号进行预失真。对输入信号进行预失真，从而在随后放大信号时 抵消非线性度的影响。使用预失真技术需要进行校准，以表征功率放大器 的非线性工作。需要技术来为无线发射机中的功率放大器进行精确而可靠 的预失真校准。

附图说明

图1为示出根据本发明实施例的无线收发器装置的方框图；

图2为示出根据本发明实施例的示例性的功率放大器预失真功能块的 方框图；

图3和4为示出用于执行根据本发明实施例的功率放大器预失真校准 的示例性方法的流程图的一部分；以及

图5和6为示出利用根据本发明实施例的发明原理可实现的性能增强 的曲线图。

具体实施方式

在以下详细描述中参考了附图，附图以示例性方式示出了可以实施本 发明的具体实施例。充分详细地描述这些实施例以便本领域技术人员能够 实施本发明。应当理解，本发明的各实施例尽管不同，但未必是互相排斥 的。例如，可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下，使在本文中结合 一个实施例描述的特定特征、结构或特性在其他实施例中实现。此外，应 当理解，可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下，修改所披露的每个 实施例中的个体元件的位置或设置。因此，不应将以下的详细描述视为是 限制性的，本发明的范围仅由适当解释的所附权利要求连同权利要求的等 同物的完整范围来限定。在附图中，在所有这几个视图中，类似的附图标 记表示相同或类似的功能。

本发明涉及为功率放大器执行预失真校准的技术。该技术可以用于任 何功率放大器，但尤其适用于无线发射机内的功率放大器。该校准技术使 用较为简单并提供精确而可靠的结果。在本发明的至少一个实施例中，使 用该技术在实际的无线发射机工作期间现场提供功率放大器预失真校准， 尽管也可以在其他环境下进行操作。可以在无线发射机内实施该技术而几 乎没有或没有增加成本，并且该技术能够使发射机内的功耗显著降低。这 种功率降低可以有助于满足TPD要求，也能够提高发射机可以实现的最大 处理量。一些新出现的无线标准要求无线装置具有低误差向量幅度(EVM) 值。也可以使用本发明的技术以使装置能够达到这些严格的EVM要求。

在本发明的至少一个实施例中，使用了环回(loopback)校准技术，其 中在校准过程中，从装置的无线发射机发送数据包，然后在装置的无线接 收机内同时进行接收。在校准期间可以将同一数据包发送两次；一次以低 功率电平发送，一次以高功率电平发送。低功率和高功率数据包均在装置 的无线接收机中被接收，之后被用于产生表征功率放大器的非线性度的信 息。然后将该信息用于生成在发射链内执行预失真时使用的信息。

过去，通常利用单个发送数据包进行环回预失真校准。然后将与单个 数据包相关联的环回信号与用于产生其的功率放大器输入信号的复本进行 比较。除了功率放大器非线性度之外，该环回信号还受到收发器中各种缺 陷(例如，IQ不均衡、毛刺泄漏(spur leakage)、发射机和接收机之间的串 扰、滤波器群延时等)的影响，这些缺陷改变了信号，使其难以精确地提 取PA非线性度信息。通过在校准期间使用低功率数据包和高功率数据包， 可以克服这些各种缺陷，因为每个发送数据包都将经历基本相同的缺陷。

图1为示出根据本发明实施例的无线收发器装置10的方框图。无线收 发器装置10可以是无线通信装置的一部分，所述无线通信装置例如是膝上 型电脑、掌上型电脑、桌上型电脑或具有无线连网功能的平板计算机、具 有无线连网功能的个人数字助理(PDA)、移动电话、卫星通信设备、传呼 机和/或其他装置。在所示的实施例中，无线收发器装置10包括通过软件驱 动器14与主操作系统交互的无线收发器模块12(例如无线网络接口卡 (NIC)或类似网络接口结构等)。在一些其他实施例中，可以使用与主通 信装置为一体的收发器装置。如图所示，无线收发器模块12包括：流处理 机16、数字处理器18、数模转换器(DAC)20、模数(A/D)转换器22、 射频(RF)收发器24和功率放大器26。此外，无线收发器模块12可以耦 合到一个或多个发射天线28以及一个或多个接收天线30，所述发射天线帮 助实现将无线信号发射到无线信道中，所述接收天线帮助实现从无线信道 接收无线信号。在多输入/多输出(MIMO)实施例中，可以有多个耦合到 多个发射天线28的发射链32和/或多个耦合到多个接收天线30的接收链 34。

流处理机16控制驱动器14和数字处理器18之间的数据流。在至少一 个实施例中，流处理机16包括多个不同的FIFO结构，以适应元件之间的 速率。数字处理器18尤其用于对要从发射机装置10发送的信号进行预失 真。可以使用任何类型的数字处理器，例如包括通用微处理器、数字信号 处理器(DSP)、精减指令集计算机(RISC)、复杂指令集计算机(CISC)、 现场可编程门阵列(FPGA)、专用集成电路(ASIC)等，包括上述的组合。 在所示的实施例中，使用了DSP。DAC 20接收由处理器18输出的基带数 字信号并将其转换成摸拟表示。然后在RF收发器24内的发射链32内处理 模拟信号以产生发送信号。发射链32可以包括诸如编码器、调制器、滤波 器、放大器、上变频器等功能部件。然后将发送信号提供给功率放大器26， 在将信号从发射天线28发送到无线信道中之前，所述功率放大器26对其 进行放大。

在接收操作期间，首先由接收天线30接收信号。然后在RF收发器24 的接收链34内处理信号，其将信号转换成基带表示。接收链34可以包括 诸如滤波器、一个或多个下变频器、解调器、解码器等的功能部件。将模 拟基带信号提供给A/D转换器22，其将信号转换成数字表示，以在数字处 理器18内进行处理。

如上所述，可以用数字处理器18为要由收发器装置10发送的信号提 供预失真。同样，处理器18可以适于向提供给RF收发器24的信号提供可 控复增益，以从天线28发送出去。如图1所示，处理器18可以包括复增 益功能部件36，以便为要发送的信号提供可控复增益。在特定时间点提供 的复增益可能取决于例如提供给复增益单元36的输入信号的大小。处理器 18包括绝对值功能部件(ABS)38，该功能部件得到复增益单元36的相应 输入线路上的I/Q信号(或其近似)的包络。将ABS 38的输出引导到查找 表(LUT)40，该查找表将相应的复增益控制值输出到复增益单元36，从 而在将信号提供给DAC 20之前向其施加适当水平的复增益。

如上所述，LUT 40存储多个复增益控制值，可以在发送操作期间将所 述复增益控制值提供给复增益单元36。可以根据输入信号的大小为复增益 控制值编制索引。可以利用任何类型的数字存储装置或存储器实现LUT 40， 例如包括随机存取存储器(RAM)、可擦除可编程ROM(EPROM)、电可 擦可编程序ROM(EEPROM)、闪速存储器和/或其他。存储在LUT 40中 的值是在表征功率放大器26的非线性度并决定可用于使功率放大器26的 工作线性化的预失真值的校准过程中产生的。在本发明的至少一个实施例 中，在收发器装置10工作期间现场进行该校准过程。通过这种方式，在系 统的使用寿命期间，并且在例如温度、电压、部件漂移、天线特性改变等 变化和其他改变和变化期间，都可以使校准保持最新。这可以用于使通信 装置能满足性能要求，例如EVM和/或其他要求。

在本发明的至少一个实施例中，预失真校准过程使两个数据包被收发 器装置10以两个不同的功率电平发送。即，一个数据包将被以较高的功率 电平发送，而另一个将被以较低的功率电平发送。然后使用至无线接收机 的环回路径42检测来自在执行校准时使用的发送数据包的能量。数字处理 器18可以在数据包信息被接收时将其存储起来，然后使用所存储的信息产 生LUT校准信息。在另一种可能的方法中，数字处理器18可以(经由流 处理机16)向驱动器14提供原始数据，驱动器14然后可以使用数据产生 LUT信息。在至少一个实施例中，将同一个数据包既用作高功率数据包又 用作低功率数据包(即，具有相同内容的数据包)。在一些实施例中，数据 包是仅用于校准目的的专用数据包。

图2为示出根据本发明实施例的示例性的功率放大器预失真功能块50 的方框图。例如，可以在图1的数字处理器18或不同系统内的另一数字处 理装置(或数字处理装置的组合)内实现功率放大器预失真功能块50。如 图所示，在I和Q输入52、54处接收9比特的同相数据(I_in(S))和9比 特的正交数据(Q_in(S))。然后将I_in(S)和Q_in(S)数据引导到ABS 56， 其使用该数据产生9比特信号，A_in(U)。然后将A_in(U)数据引导到乘法 器58，其将该数据乘以8比特比例因子以产生10比特信号，A_out(U)。比 例因子捕捉由ABS 56输出的包络并将其扩展在表格的整个动态范围上，以 便为校正获得改善的分辨率。这允许该单元针对不同的输出功率使用相同 的校准而在性能上几乎没有或没有降低。将A_out(U)数据引导到1024×2 单元复数LUT 60，其使用该信号获取8比特x(S)信号和8比特y(S) 信号，这些信号定义用于处理输入数据的复增益。然后将x(S)和y(S) 数据引导到复数乘法器62，以使所述x(S)和y(S)数据与I_in(S)和 Q_in(S)相乘(即(x+jy).(I+jQ))。然后可以将结果(即I_out(S)和Q_out(S))提供给DAC，以便在将结果引导到TX链和相应功率放大器之前将 其转换成摸拟表示。

图3和4为示出用于执行根据本发明实施例的无线装置中的功率放大 器预失真校准的示例性方法70的流程图的一部分。首先，从无线装置以第 一功率电平发送特殊数据包(方框72)。特殊数据包可以是任何数据包，并 且可以是专用于校准目的的数据包。在至少一个实施例中，使用携带预定 数据的正交频分复用(OFDM)数据包。经由环回路径在装置的接收机(或 者在基于MIMO的实施例中，可能为多个接收机)内接收所发送的数据包。 然后可以在存储位置存储所接收的数据包的样本(方框76)。这种存储将通 常发生在自动增益控制(AGC)已经对样本进行过处理之后。

接下来以第二、不同的功率电平发送同一特殊数据包。例如，在至少 一个实施例中，第一功率电平可以是在装置工作期间通常使用的功率电平， 而第二功率电平可以低得多。在其他实施例中，第一功率电平可以小于第 二功率电平。在一种方法中，例如，第一和第二功率电平至少相差4或5 分贝(dB)。经由环回路径在装置的接收机内接收新发送的数据包(方框 80)，然后可以存储新接收的数据包的样本(方框82)。如前所述，这种存 储可以发生在AGC已经对样本进行过处理之后。

然后比较第一存储样本和第二存储样本以产生调幅(AM)数据和调相 (PM)数据(方框84)。然后可以对AM和PM数据进行插值和滤波以产 生表示功率放大器的非线性度的表格(方框86)。然后使用逆函数来产生用 于存储在LUT中的最终预失真数据(方框88)。在完成处理之后，在LUT 内存储预失真数据。在图1的无线收发器装置10中，可以在数字处理器18 内、主处理器(例如驱动器14)内或在两者的组合中进行上述处理。在其 他实施例中，可以使用不同的装置。可以在现场在无线装置工作的同时进 行处理。

图5和6为示出利用根据本发明实施例的发明原理可实现的性能增强 的曲线图。图5包括针对现有的单数据包预失真校准技术的AM-AM曲线 图90、AM-PM曲线图92以及包络与时间关系图94。图6包括针对本发明 实施方式的AM-AM曲线图96、AM-PM曲线图98以及包络与时间关系图 100。在包络与时间关系图94、100中，用实线表示参考信号，用虚线表示 功率放大器输出的信号。如曲线图90和92所示，现有技术在幅度和相位 上都造成相对较高的校准误差，变化很宽的迹线证明了这一点。与本发明 的实施方式对应的曲线图96、98示出了鲁棒性高得多的校准。包络与时间 关系图94、100还示出了本发明技术所改善的精确度。即，与现有技术对 应的包络与时间关系图94示出了很多在功率放大器输出和参考信号之间存 在很大差异的点102。另一方面，包络与时间关系图100所包括的在功率放 大器输出和参考信号之间存在显著差异的点104要少得多。即，在整个数 据包中，功率放大器输出信号对参考信号的追踪要紧密得多。

上述技术可以用于降低无线装置内的发送模式下的功耗。可以相信利 用这些技术能够实现50％和更大的功率降低。还可以，或者可替换地，将 该技术用于允许使用较小、成本较低的功率放大器。在基于MIMO的实施 方式中，可以使用该技术激活更大数量的发射链而不违反总功耗要求。通 过这种方式，可以实现处理量的显著改善。可以在很宽范围的不同无线通 信系统(例如WiMAX、IEEE 802.11a，b，g，n、蜂窝、超宽带和/或很多其他系 统)中实施本发明的技术。该技术还适用于基于非通信的活动中。该技术 不需要实施特殊的校准模式。此外，该技术几乎不需要或不需要向收发器 增加额外的硬件。因此，可以将该技术加到系统中而几乎不增加额外的成 本(例如可能将一些额外的门添加到基带处理器等)。通过使预失真校准更 加精确，本发明的技术能够允许以低成本的方式在大批量制造环境中实施 功率放大器和收发器预失真，迄今为止这种功率放大器和收发器预失真在 大批量制造环境中是不能实施的。

可以以多种不同形式中的任何一种来实施本发明的技术和结构。例如， 可以将本发明的特征体现在膝上型电脑、掌上型电脑、桌上型电脑和具有 无线能力的平板板计算机；具有无线能力的个人数字助理(PDA)；移动电 话和其他手持无线通信装置；传呼机；卫星通信设备；具有无线能力的摄 像机；具有无线能力的音频/视频装置；网络接口卡(NIC)和其他网络接 口结构；基站；无线接入点；集成电路中，体现为存储在机器可读介质上 的指令和/或数据结构；和/或其他格式。可以使用的不同类型的机器可读介 质的范例包括软盘、硬盘、光盘、只读光盘存储器(CD-ROM)、数字视频 盘(DVD)、蓝光盘、磁光盘、只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、 可擦除可编程ROM(EPROM)、电可擦可编程ROM(EEPROM)、磁卡或 光卡、闪速存储器和/或其他类型的适于存储电子指令或数据的介质。在至 少一种形式中，将本发明体现为一组指令，将其调制到载波上以通过传输 介质传输。如在本文中所使用的那样，术语“逻辑”例如可以包括软件或 硬件和/或软件和硬件的组合。可以使用硬件、软件、固件和混合实施方式。

在以上详细描述中，为了使公开流畅，将本发明的各个特征组合在一 个或多个单独的实施例中。公开的这种方法不应被理解为反映如下意图： 本发明所需要的特征比在每项权利要求中明确记载的特征多。相反，如以 下权利要求所反映的那样，本发明的各个方面可以体现在比每个公开的实 施例的所有特征少的特征中。

尽管已经结合特定实施例描述了本发明，但是如本领域技术人员容易 理解的那样，可以进行修改和变化，而不脱离本发明的精神和范围。这种 修改和变化被视为在本发明和所附权利要求的范围内。