基于非线性rf滤波器的发射器的架构的制作方法
【专利摘要】公开了用于使用预失真补偿发射器(28)的发射链中非线性滤波器(30)的非线性特性的系统和方法。在一个实施例中，发射器包含配置成放大射频输入信号以提供放大的射频信号的功率放大器(36)、配置成对放大的射频信号进行滤波以提供发射器的输出信号的非线性滤波器(30)以及配置成实现放大的射频信号的预失真的预失真器(64)，其中预失真补偿非线性滤波器(30)的非线性特性。以此方式，输出信号就好像非线性滤波器是线性滤波器或者基本上线性滤波器。由预失真器施加的预失真可以是固定的或自适应的。
【专利说明】基于非线性RF滤波器的发射器的架构
[0001] 相关申请 此申请涉及 2011 年 12 月提交的题为 "ADAPTIVE PREDISTORTION FOR A NON-LINEAR SUBSYSTEM BASED ON A MODEL AS A CONCATENATION OF A NONLINEAR MODEL FOLLOWED BY A LINEAR MODEL"的美国专利申请NO. 13/333, 407;以及2011年12月21日提交的 题为 "ARCHITECTURE OF A LOW BANDWIDTH PREDISTORTION SYSTEM FOR NON-LINEAR RF COMPONENTS"的美国专利申请NO. 13/333,422 ;这两个专利申请共同拥有和转让，并且由此 通过参考全部结合于本文中。
【技术领域】
[0002] 本公开涉及使用预失真使非线性子系统线性化，并且在许多实施例中，涉及在射 频发射器的输出使用预失真使非线性滤波器线性化。
【背景技术】
[0003] 在通信网络中想要发送数据的每一个节点都必须具有发射器。比如，在蜂窝通信 网络中，在基站以及用户设备装置或终端中有发射器。图1例证了常规发射器10的一个实 施例。发射器10可以是无线基站的发射器或用户设备装置的发射器。如所示，发射器10 包含数模转换器（DAC) 12,后跟调制器和上转换器14。调制器和上转换器14的输出由功 率放大器（PA) 16放大，并且然后由滤波器18滤波。图2例证了常规发射器10的另一实施 例，其类似于在图1中例证的实施例。然而，在此实施例中，发射器10包含数字预失真器 (DTO) 20,其操作以使输入信号预失真以补偿PA 16的非线性。适配器22基于输入信号与 经由解调器和下转换器24以及模数转换器（ADC) 26从PA 16的输出提供的反馈信号自适 应地配置数字预失真器20。
[0004] 理想上，滤波器18是线性滤波器。然而，所有模拟滤波器（包含滤波器18)都具 有非线性特性区域。当在第四代（4G)蜂窝通信网络（诸如例如长期演进（LTE)蜂窝通信 网络）的蜂窝通信网络的基站中实现发射器10时，滤波器18的非线性特性导致几个缺点。 更确切地说，下一代蜂窝通信网络将具有操作在高输出功率（例如~80瓦（W)平均功率和 ~400W峰值功率）的宏基站和操作在较低输出功率（例如0. 1W到10W或20W)的低功率基 站。相对于高功率基站，可处置高输出功率的唯一类型滤波器是空腔滤波器。然而，由于空 腔滤波器的非线性问题，空腔滤波器制造的第一轮生产率正好是大约60%。像这样，空腔滤 波器的制造是非常昂贵的。因此，存在改进空腔滤波器的非线性问题以降低制造成本的需 要。
[0005] 至于低功率基站，空腔滤波器可容易地处置想要的输出功率，同时提供想要的线 性。然而，空腔滤波器与其它类型滤波器（例如陶瓷滤波器或单块滤波器）相比较非常大 而重。因此，对于低功率基站，使用空腔滤波器不是想要的。然而，陶瓷滤波器和单块滤波 器当操作在较高功率（例如高于5W)时未提供想要的线性。从而，存在对于改进陶瓷滤波 器和单块滤波器的非线性的需要，使得操作在从5W到20W的功率范围的低功率基站可使用 此类滤波器代替使用庞大的空腔滤波器。
[0006] 常规发射器10当在4G蜂窝通信网络（诸如例如LTE蜂窝通信网络）的用户设备 装置中实现时也导致问题。确切地说，当在用户设备装置中实现常规发射器10时，滤波器 18是小型滤波器，诸如表面声波（SAW)滤波器、薄膜体声波谐振腔（FBAR)滤波器或体声波 (BAW)滤波器。4G蜂窝通信网络中的PA 16的峰值功率可向上推滤波器18以工作在其非 线性区域。因此，滤波器的非线性对系统将是个问题。因此，还存在对于改进小型滤波器的 非线性的需要，使得此类小型滤波器可用在4G无线网络的用户设备装置中，而没有通信质 量降级。
[0007] 上面讨论的所有问题由滤波器18当它工作在某一功率电平以上并且在其非线性 特性区域中时将示出的非线性造成。因此，存在对于减少或消除非线性滤波器的非线性的 系统和方法的需要。
【发明内容】
[0008] 公开了用于使用预失真补偿非线性子系统的非线性的系统和方法。更确切地说， 公开了用于使用预失真补偿发射器的发射链中非线性滤波器的非线性特性的系统和方法。 在一个实施例中，发射器包含配置成放大射频输入信号以提供放大的射频信号的功率放大 器、配置成对放大的射频信号进行滤波以提供发射器的输出信号的非线性滤波器以及配 置成实现放大的射频信号的预失真的预失真器，其中预失真补偿非线性滤波器的非线性特 性。以此方式，输出信号就好像非线性滤波器是线性滤波器或者基本上线性滤波器。由预 失真器施加的预失真可以是固定的或自适应的。
[0009] 本领域技术人员在结合所附附图阅读了优选实施例的如下详细描述之后，将认识 到本公开的范围并意识到其附加方面。
【专利附图】
【附图说明】
[0010] 结合在此说明书中并形成其一部分的所附附图例证了本公开的几个方面，并且与 说明书一起用于说明本公开的原理。
[0011] 图1例证了常规发射器的一个实施例； 图2例证了常规发射器的另一个实施例； 图3以图形方式例证了典型无源型滤波器的输入-输出特性，示出了无源型滤波器在 较高功率电平具有非线性特性区域，并且因此实际上是非线性滤波器； 图4以图形方式例证了典型非线性滤波器的互调失真（MD)和谐波的基本阶与较低阶 之间的关系； 图5A和5B例证了根据本公开的第一实施例提供预失真以补偿非线性滤波器的非线性 特性的发射器； 图6例证了根据本公开的第二实施例提供预失真以补偿非线性滤波器的非线性特性 的发射器； 图7例证了根据本公开的第三实施例提供预失真以补偿非线性滤波器的非线性特性 的发射器； 图8例证了根据本公开的第四实施例提供预失真以补偿非线性滤波器的非线性特性 的发射器； 图9例证了根据本公开的第五实施例提供预失真以补偿非线性滤波器的非线性特性 的发射器； 图10例证了根据本公开的第六实施例提供预失真以补偿非线性滤波器的非线性特性 的发射器； 图11例证了根据本公开的第七实施例提供预失真以补偿非线性滤波器的非线性特性 的发射器； 图12例证了根据本公开的第八实施例提供预失真以补偿非线性滤波器的非线性特性 的发射器； 图13例证了根据本公开的第九实施例提供预失真以补偿非线性滤波器的非线性特性 的发射器； 图14根据本公开的一个实施例以图形方式比较具有预失真和没有预失真的典型非线 性滤波器的操作区域。
[0012] 图15例证了根据本公开一个实施例的非线性滤波器的模型，其对非线性滤波器 的不想要的非线性滤波器特性和想要的线性滤波器特性单独建模。
[0013] 图16例证了根据本公开的一个实施例用于基于图15的非线性滤波器的模型自适 应地配置对于发射器的非线性滤波器进行预失真的预失真器的适配器的一个实施例； 图17至19是根据本公开一个实施例的图15的非线性滤波器模型的更详细例证； 图20例证了根据本公开的一个实施例等效于图15的非线性滤波器的模型但可使用常 规自适应滤波方案求解的非线性滤波器的综合模型； 图21例证了根据本公开的一个实施例用于基于图15的非线性滤波器的模型自适应地 配置对于发射器的非线性滤波器进行预失真的预失真器的适配器的一个实施例，其中非线 性滤波器模型使用图20的综合模型进行训练； 图22例证了根据本公开的一个实施例对于非线性子系统使用综合模型； 图23例证了根据本公开的一个实施例的发射器的实施例，该发射器包含补偿发射器 中的非线性滤波器的非线性的预失真器和基于缩减的带宽反馈信号自适应地配置预失真 器的适配器；图24A至24D是根据本公开的一个实施例的图23的发射器中各种参考点处的 信号的频域表示；以及 图25例证了根据本公开的一个实施例的包含非线性子系统、补偿非线性子系统的非 线性特性的预失真器和基于缩减的带宽反馈信号自适应地配置预失真器的适配器的系统。
【具体实施方式】
[0014] 下面阐述的实施例表示使本领域技术人员能够实行实施例的必要信息，并且例证 了实行实施例的最佳模式。在按照所附附图阅读如下描述后，本领域技术人员将理解本公 开的概念，并将认识到在本文中未具体解决的这些概念的应用。应该理解，这些概念和应用 落入本公开和所附权利要求书的范围内。
[0015] 公开了用于使用预失真补偿非线性子系统的非线性的系统和方法。在描述这些 系统和方法之前，首先讨论无源型滤波器的非线性特性是有益的。确切地说，图3例证了 典型无源型滤波器的输入-输出特性。如所例证的，滤波器的输出功率（P OTT)可被描述为 Ρ〇!Τ= Pu__PN(MNEAK。点"A"是定义的点，在其以下滤波器的非线性特性（即非线性部分 PN(M_=Pu_rPQUT)可忽略不计并且可被忽略，使得当操作在那点以下时滤波器可被视为 线性滤波器。然而，在点A以上的区域中，非线性特性（P M_UNEAK)逐渐增大，并且必须考虑 进去。换句话说，在点A以上，滤波器必须被视为非线性滤波器。
[0016] 滤波器的非线性特性可由如下幂级数展开式描述：
【权利要求】
1. 一种发射器，包括： 功率放大器，其配置成放大射频输入信号以提供放大的射频信号； 非线性滤波器，其配置成对所述放大的射频信号进行滤波以提供输出信号；以及 预失真器，其配置成实现所述放大的射频信号的预失真以补偿所述非线性滤波器的非 线性特性。
2. 如权利要求1所述的发射器，其中所述非线性滤波器除了所述非线性特性之外还具 有线性特性，并且所述预失真器实现的所述预失真补偿所述非线性特性而不补偿所述非线 性滤波器的所述线性特性。
3. 如权利要求1所述的发射器，其中由所述预失真器实现的所述预失真扩大了所述非 线性滤波器的操作区域，其中由于所述预失真而引起所述输出信号为好像所述非线性滤波 器是线性滤波器。
4. 如权利要求1所述的发射器，其中所述预失真是固定预失真。
5. 如权利要求1所述的发射器，进一步包括：适配器，其配置成将所述预失真器自适应 地配置成补偿所述非线性滤波器的所述非线性特性中的变化。
6. 如权利要求1所述的发射器，其中所述预失真器配置成在所述发射器的模拟域中施 加所述预失真。
7. 如权利要求1所述的发射器，其中： 所述预失真器具有耦合到所述功率放大器的输出的输入以及耦合到所述非线性滤波 器的输入的输出，使得所述预失真器配置成从所述功率放大器接收所述放大的射频信号并 向所述放大的射频信号施加所述预失真以向所述非线性滤波器提供预失真的、放大的射频 信号；以及 所述非线性滤波器配置成对所述预失真的、放大的射频信号进行滤波以提供所述输出 信号。
8. 如权利要求7所述的发射器，其中所述发射器进一步包括： 第二预失真器，其配置成实现所述射频输入信号的预失真以补偿所述功率放大器的非 线性；以及 第二适配器，其配置成将第二预失真器自适应地配置成补偿所述功率放大器的所述非 线性中的变化。
9. 如权利要求1所述的发射器，其中所述预失真器配置成在所述发射器的模拟域中施 加所述预失真。
10. 如权利要求1所述的发射器，其中所述预失真器配置成使输入信号预失真以补偿 所述非线性滤波器的所述非线性特性由此提供第一预失真信号，并且所述发射器进一步包 括： 第二预失真器，其配置成使所述第一预失真信号预失真以补偿所述功率放大器的非线 性由此提供第二预失真信号；以及 电路，其配置成处理所述第二预失真信号以向所述功率放大器提供所述射频输入信 号。
11. 如权利要求10所述的发射器，其中所述发射器进一步包括：适配器，其配置成将第 二预失真器自适应地配置成补偿所述功率放大器的所述非线性中的变化。
12. 如权利要求10所述的发射器，其中所述发射器进一步包括：适配器，其配置成将所 述预失真器自适应地配置成补偿所述非线性滤波器的所述非线性特性中的变化。
13. 如权利要求12所述的发射器，其中所述适配器配置成将所述预失真器自适应地配 置成基于所述输入信号与表示来自所述非线性滤波器的所述输出信号的反馈信号的比较 来补偿所述非线性滤波器的所述非线性特性中的变化。
14. 如权利要求12所述的发射器，其中所述适配器配置成将所述预失真器自适应地配 置成基于表示到所述非线性滤波器的所述放大的射频信号输入的适配器输入信号与表示 来自所述非线性滤波器的所述输出信号的反馈信号的比较来补偿所述非线性滤波器的所 述非线性特性中的变化。
15. 如权利要求10所述的发射器，其中所述发射器进一步包括： 第一适配器，其配置成将所述预失真器自适应地配置成补偿所述非线性滤波器的所述 非线性特性中的变化；以及 第二适配器，其配置成将第二预失真器自适应地配置成补偿所述功率放大器的所述非 线性中的变化。
16. 如权利要求15所述的发射器，其中所述第一适配器配置成将所述预失真器自适应 地配置成基于所述输入信号与表示来自所述非线性滤波器的所述输出信号的反馈信号的 比较来补偿所述非线性滤波器的所述非线性特性中的变化。
17. 如权利要求15所述的发射器，其中第一适配器配置成将所述预失真器自适应地配 置成基于表示到所述非线性滤波器的所述放大的射频信号输入的适配器输入信号与表示 来自所述非线性滤波器的所述输出信号的反馈信号的比较来补偿所述非线性滤波器的所 述非线性特性中的变化。
18. 如权利要求1所述的发射器，其中所述预失真器进一步配置成实现所述射频输入 信号的预失真以补偿所述功率放大器的非线性特性。
19. 如权利要求1所述的发射器，其中所述预失真器配置成使输入信号预失真以补偿 所述非线性滤波器的所述非线性特性并补偿所述功率放大器的非线性由此提供预失真信 号，并且所述发射器进一步包括： 电路，其配置成处理所述预失真信号以向所述功率放大器提供所述射频输入信号。
20. 如权利要求1所述的发射器，其中所述发射器是无线发射器。
【文档编号】H03F1/32GK104115397SQ201280070304
【公开日】2014年10月22日 申请日期:2012年12月20日 优先权日:2011年12月21日
【发明者】简春云, 白春龙, E.西奇 申请人:瑞典爱立信有限公司