功率編碼器和用于對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)制的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明總體上涉及功率放大器的線性化，并且更具體地，涉及多電平數(shù)字脈寬調(diào) 制編碼器的線性化。
【背景技術(shù)】
[0002] 相比于數(shù)字-模擬RF發(fā)射機(jī)，直接數(shù)字RF發(fā)射機(jī)(TX)具有若干優(yōu)點(diǎn)。直接數(shù)字RF發(fā) 射機(jī)將數(shù)字-模擬接口布置在天線附近，并且因此涉及較少的模擬組件?？梢院艽蟪潭壬蠝p 輕并且甚至避免像同相（I)和正交相位(Q)信號(hào)不匹配、本地振蕩器泄漏、圖像失真的典型 的模擬問(wèn)題。直接數(shù)字RF發(fā)射機(jī)通過(guò)由敏捷的數(shù)字信號(hào)處理啟用的多模式和多頻帶操作還 增強(qiáng)了系統(tǒng)靈活性。另外，直接數(shù)字RF發(fā)射機(jī)本質(zhì)上是數(shù)字友好的，其利用了數(shù)字處理的增 加的速度和密度、高水平集成度。因此，直接數(shù)字RF發(fā)射機(jī)對(duì)無(wú)線基站和移動(dòng)應(yīng)用兩者都具 有好處。
[0003] 除了重建帶通濾波器(BPF)之外，直接數(shù)字RF發(fā)射機(jī)還包括諸如D類(lèi)或S類(lèi)功率放 大器的開(kāi)關(guān)模式功率放大器(SMPA)，該開(kāi)關(guān)模式功率放大器(SMPA)采用特定的功率編碼方 案，諸如DSM(德?tīng)査鞲瘳斦{(diào)制）、PWM(脈寬調(diào)制）以及PPM(脈沖位置調(diào)制）。
[0004] 為了滿足現(xiàn)代無(wú)線通信系統(tǒng)的嚴(yán)格的線性要求，大多數(shù)傳統(tǒng)的SMPA型發(fā)射機(jī)使用 的德?tīng)査鞲瘳斦{(diào)制器(DSM)作為功率編碼器。這種調(diào)制器的示例包括基于帶通德?tīng)査?格瑪調(diào)制（BPDSM)的S 類(lèi)功率放大器。參見(jiàn)，例如，U.S.2003/0210746、U.S.2006/0188027、EP 2063536以及U.S. 7，825,724 ASM是具有反饋回路的噪聲整形函數(shù)，其可以將帶內(nèi)噪聲提高 到帶外頻譜。帶內(nèi)信噪比（SNR)可以大于60dB。
[0005] 雖然較高的帶內(nèi)SNR是期望的，但是近帶量化噪聲可能突然增加。因此，需要極高 的品質(zhì)因數(shù)（Q)帶通濾波器（BPF)以讓經(jīng)過(guò)濾的RF信號(hào)滿足頻譜發(fā)射模板（spectrum emission mask)。此外，基于DSM的直接數(shù)字RF發(fā)射機(jī)可由于功率編碼器的低功率編碼效率 而導(dǎo)致總功率效率低下。
[0006] 在功率方面，射頻(RF)功率放大器(PA)消耗了發(fā)射機(jī)中的大部分能量。該發(fā)射機(jī) 的主要優(yōu)點(diǎn)在于，SMPA始終在開(kāi)啟（飽和)與關(guān)閉（切斷)操作區(qū)域之間，實(shí)現(xiàn)高峰值效率。然 而，如果對(duì)于第3代(3G)和第4代(4G)蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)來(lái)說(shuō)常見(jiàn)的非恒定包絡(luò)信號(hào)被編碼 成單比特?cái)?shù)字化信號(hào)，則被定義為功率編碼效率的整個(gè)數(shù)字化信號(hào)功率上的帶內(nèi)功率很 低，這是因?yàn)榱炕肼暤漠a(chǎn)生是不可避免的并且由于系統(tǒng)線性度規(guī)范所需的噪聲整形函數(shù) 導(dǎo)致其在整個(gè)頻域被廣泛傳播。由于該噪聲信號(hào)也被SMPA放大，因此不需要的噪聲功率變 得浪費(fèi)，這導(dǎo)致過(guò)多的功率損耗和總TX效率退化兩者。
[0007] 低功率編碼效率源于德?tīng)査鞲瘳敼β示幋a方案中的噪聲整形。因此，一些傳統(tǒng) 的編碼方案使用各種脈寬調(diào)制(PWM)技術(shù)來(lái)解決功率編碼效率。例如，基于PWM的一些新的 高效率功率編碼方案包括RFPWM和3電平極性PWM架構(gòu)。由于PWM量化的固有非線性，線性性 能在編碼器中下降。兩種功率編碼方案都利用模擬高速比較器來(lái)構(gòu)建，模擬高速比較器使 用較高頻率的三角波形或鋸齒波形作為基準(zhǔn)信號(hào)來(lái)進(jìn)行比較。由于時(shí)變的閾值電壓，為兩 種方案建立相關(guān)聯(lián)的預(yù)失真塊是非?？量痰?。
[0008] EP2575309公開(kāi)了針對(duì)3電平PWM功率編碼方案的預(yù)加重線性化塊。預(yù)加重塊使用 RFPmi功率編碼的傳遞函數(shù)的反函數(shù)。預(yù)加重塊的輸出被提交給RFPmi編碼器的輸入端。理 想地，預(yù)加重可以通過(guò)RFPWM編碼器來(lái)校正非線性。然而，只有當(dāng)反函數(shù)存在并且可以通過(guò) 分析得出時(shí)，這才是可能的。
[0009] 例如，EP2575309的系統(tǒng)使用相對(duì)簡(jiǎn)單的3電平PWM，所以可以確定反函數(shù)。然而，對(duì) 于超過(guò)3電平(例如，5電平）的RFPWM編碼，傳遞函數(shù)可能變得非常復(fù)雜，以至于無(wú)法得出其 反函數(shù)的解，這導(dǎo)致難以構(gòu)建預(yù)加重塊。因此，該方法不適于需要復(fù)雜編碼的高頻傳輸。
[0010] 因此，存在對(duì)新的線性化方法的需求，尤其是針對(duì)多電平高功率編碼效率功率編 碼器。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011] 本發(fā)明的一些實(shí)施方式的一個(gè)目的是補(bǔ)償直接數(shù)字RF發(fā)射機(jī)的線性度，例如，滿 足針對(duì)較寬的帶寬高峰均功率比(PAPR)無(wú)線通信信號(hào)的規(guī)范。進(jìn)一步的目的是向直接數(shù)字 RF發(fā)射機(jī)中的功率編碼器提供基于查找表(LUT)的數(shù)字預(yù)失真(DH))。
[0012] 本發(fā)明的一些實(shí)施方式是基于這樣的認(rèn)識(shí)，即，脈寬調(diào)制器(PWM)的變換函數(shù)是非 線性的，但是輸入數(shù)據(jù)必須被功率編碼器線性地映射。此外，映射的非線性取決于變換函 數(shù)，并且無(wú)法始終通過(guò)分析來(lái)確定。
[0013] -些實(shí)施方式是基于這樣的認(rèn)識(shí)，即，通過(guò)將變換函數(shù)應(yīng)用于數(shù)據(jù)并且建立輸入 到功率編碼器的數(shù)據(jù)與通過(guò)功率編碼輸出的數(shù)據(jù)之間的映射(例如，查找表(LUT))來(lái)通過(guò) 實(shí)驗(yàn)確定映射的非線性。進(jìn)一步意識(shí)到，能夠基于預(yù)定的非線性映射使輸入信號(hào)預(yù)失真，使 得PWM的變換函數(shù)將預(yù)失真的信號(hào)變換為對(duì)于輸入信號(hào)來(lái)說(shuō)線性的值。
[0014] 有利地，所述實(shí)施方式對(duì)功率編碼器的等級(jí)和其它復(fù)雜性沒(méi)有限制。例如，本發(fā)明 的一個(gè)實(shí)施方式可以被具有至少五電平的多電平PWM采用。
[0015] 因此，一個(gè)實(shí)施方式公開(kāi)了一種功率編碼器，該功率編碼器包括:幅相分離器，其 用于將輸入信號(hào)分離為包絡(luò)信號(hào)和相位調(diào)制信號(hào);預(yù)失真單元，其用于使用查找表(LUT)使 包絡(luò)信號(hào)失真以產(chǎn)生失真的包絡(luò)信號(hào)，其中，查找表存儲(chǔ)變換函數(shù)的非線性映射;數(shù)字變頻 器，其用于將失真的包絡(luò)信號(hào)與相位調(diào)制信號(hào)結(jié)合以產(chǎn)生失真的輸入信號(hào)；脈寬調(diào)制器 (PWM)，其用于根據(jù)變換函數(shù)對(duì)失真的輸入信號(hào)進(jìn)行調(diào)制，以產(chǎn)生經(jīng)調(diào)制的信號(hào)，其中，失真 的輸入信號(hào)與經(jīng)調(diào)制的信號(hào)之間的關(guān)系是非線性的；以及開(kāi)關(guān)模式功率放大器，其用于放 大經(jīng)調(diào)制的信號(hào)。
[0016] 另一個(gè)實(shí)施方式公開(kāi)了一種用于使用多電平脈寬調(diào)制器(PWM)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)制的 方法。該方法包括:使用存儲(chǔ)變換函數(shù)的非線性映射的查找表(LUT)使輸入信號(hào)失真，以產(chǎn) 生失真的輸入信號(hào);根據(jù)變換函數(shù)利用PWM對(duì)失真的輸入信號(hào)進(jìn)行調(diào)制，以產(chǎn)生經(jīng)調(diào)制的信 號(hào)；以及放大經(jīng)調(diào)制的信號(hào)。
[0017] 在該實(shí)施方式的一些變型中，所述失真包括:基于輸入信號(hào)的一部分的概率密度 函數(shù)(PDF)來(lái)確定用于PWM的閾值的集合;根據(jù)所述閾值的集合來(lái)確定變換函數(shù);通過(guò)將該 變換函數(shù)應(yīng)用于輸入信號(hào)來(lái)確定LUT;以及使用輸入信號(hào)的數(shù)據(jù)點(diǎn)的使用LUT的反向映射來(lái) 確定失真的輸入信號(hào)，使得該失真的輸入信號(hào)的每個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)等于至變換函數(shù)的輸入，至變 換函數(shù)的輸入對(duì)應(yīng)于變換函數(shù)的與輸入信號(hào)的數(shù)據(jù)點(diǎn)相等的輸出。如果必要，可以針對(duì)輸 入信號(hào)的一組幀重復(fù)所述失真。
【附圖說(shuō)明】
[0018] [圖 1A]
[0019] 圖1A是根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方式的采用線性化的功率編碼器的框圖。
[0020][圖 1B]
[0021 ]圖1B是根據(jù)一些實(shí)施方式的預(yù)加重線性化方法的框圖。
[0022][圖 1C]
[0023]圖1C是根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式的線性化映射的示例。
[0024] [圖 2]
[0025] 圖2是建立以及搜索查找表的框圖。
[0026] [圖 3]
[0027] 圖3是基于如圖2中所描述的查找表的該直接數(shù)字RF發(fā)射機(jī)線性化方法的電路示 意圖。
[0028] [圖 4A]
[0029]圖4A是根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方式的確定固定閾值的集合的示意圖。
[0030][圖 4B]
[0031]圖4B是該直接數(shù)字RF發(fā)射機(jī)線性化方法的流程圖。
[0032][圖 5]
[0033]圖5是根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方式的直接數(shù)字RF發(fā)射機(jī)的框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0034]高級(jí)的開(kāi)關(guān)模式功率放大器(SMPA)(例如，S類(lèi)放大器）已經(jīng)成為關(guān)鍵的功率放大 器架構(gòu)之一。高的理論功率效率和操作靈活性的優(yōu)點(diǎn)能夠在軟件定義無(wú)線電（SDR)中實(shí)現(xiàn) 下一代直接數(shù)字射頻(RF)發(fā)射機(jī)(TX)。
[0035]直接數(shù)字RF發(fā)射機(jī)利用S類(lèi)放大器放大經(jīng)由功率編碼器（如德?tīng)査鞲瘳斦{(diào)制器 (DSM)、脈寬調(diào)制器(PWM)或脈沖位置調(diào)制器(PPM))生成的高速脈沖序列。通常，高Q(>500) 帶通濾波器(BPF)被用于將信號(hào)重建回模擬RF。值得注意的是，隨著氮化鎵(GaN)RF