极坐标传送器中进行非线性失真估计与补偿的装置及方法与流程

1.本发明系关于极坐标调变通信系统，尤指一种用于极坐标传送器中进行非线性失真估计与补偿的装置以及方法。


背景技术：

2.在极坐标传送器(polar transmitter)中，i/q通道上的同相/正交信号被转换成振幅与相位信号，并且通过功率放大器将两个信号结合，进行传送。这种架构的传送器优点在于可以使用全数字(all digital)电路来实现，相较于以模拟电路实现的传送器，具有特定的优势。然而，功率放大器本身具有非线性失真的特性，因此会造成通信质量的下降。图1示出了极坐标传送器中的功率放大器造成的非线性失真，其中包含了振幅调变对振幅调变(amplitude modulation to amplitude modulation,am-am)失真，以及振幅调变对相位调变(amplitude modulation to phase modulation,am-pm)失真。如图所示，当输入信号的振幅高于一定值之后，输出振幅与输入振幅之间失去了先前的线性关系。同样的，输出相位也会在输入信号的振幅高于一定值之后失真。这些失真都是由功率放大器不佳的非线性特性所导致的。因此，为了提升通信质量，有必要提供一种失真估计以及补偿机制来解决上述问题。


技术实现要素：

3.为解决现有极坐标传送器中功率放大器的非线性失真问题，本发明提供一种失真估计与补偿装置以及方法。其中，在本发明所提出的非线性失真估计架构中，利用了降频技巧，使得功率放大器的输出信号易于观察，并且通过一系列的信号处理技巧，从而估计出功率放大器的振幅调变对振幅调变失真，以及振幅调变对相位调变失真等特性。之后，通过失真估计结果，对极坐标传送器的输入信号进行预失真补偿，从而克服功率放大器的非线性缺陷。
4.本发明之一实施例提供一种用于对一极坐标传送器进行失真估计与补偿的装置。该装置包含：一混频单元、一信号处理单元、一估计单元以及一补偿单元。该混频单元用以将该极坐标传送器之一测试输出信号与一降频信号进行混频，以产生一混频后信号。该信号处理单元耦接于该混频单元，用以对该混频后信号进行信号处理以产生一处理后信号。该估计单元耦接于该信号处理单元，用以根据该处理后信号进行失真估计以产生一失真估计结果。该补偿单元耦接于该估计单元以及该极坐标传送器的输入端，用以根据该估计结果以对该极坐标传送器的输入信号进行预失真补偿。
5.本发明之一实施例提供一种用于对一极坐标传送器进行失真估计与补偿的方法。该方法包含：将该极坐标传送器之一测试输出信号与一降频信号进行混频，以产生一混频后信号；对该混频后信号进行信号处理以产生一处理后信号；根据该处理后信号进行失真估计以产生一失真估计结果；以及根据该失真估计结果以对该极坐标传送器的输入信号进行预失真补偿。
附图说明
6.图1示出极坐标传送器的非线性失真。
7.图2为本发明实施例之失真估计与补偿装置的架构与应用示意图。
8.图3为本发明实施例之失真估计与补偿方法的流程图。
具体实施方式
9.在以下内文中，描述了许多具体细节以提供阅读者对本发明实施例的透彻理解。然而，本领域技术人员将能理解，如何在缺少一个或多个具体细节的情况下，或者利用其他方法或组件或材料等来实现本发明。在其他情况下，众所皆知的结构、材料或操作不会被示出或详细描述，从而避免模糊本发明的核心概念。
10.说明书中提到的「一实施例」意味着该实施例所描述的特定特征、结构或特性可能被包含于本发明的至少一个实施例中。因此，本说明书中各处出现的「在一实施例中」不一定意味着同一个实施例。此外，前述的特定特征、结构或特性可以以任何合适的形式在一个或多个实施例中结合。
11.请参考图2，该图为本发明实施例之失真估计与补偿装置的架构以及应用示意图。如图所示，本发明之失真估计与补偿装置100用于对极坐标传送器200的非线性失真特性进行估计与补偿。极坐标传送器200包含有坐标旋转数字计算(coordinate rotation digital computer,cordic)处理器205、振幅调变路径210、相位调变路径220以及功率放大器260。极坐标传送器200用以根据一组输入同相(i)/正交(q)信号进行极坐标调变以及传送。请注意，在极坐标传送器200的振幅调变路径210以及相位调变路径220上，可能还有其他用于进行极坐标调变的组件或装置，但在此为了维持说明内容的简单扼要，故忽略不提。坐标旋转数字计算处理器205用以将一组i/q信号进行转换，从而得到对应的极坐标信号a/p，极坐标信号a/p将分别被传送至振幅调变路径210以及相位调变路径220，通过振幅调变路径210以及相位调变路径220的处理，最终传送至功率放大器260。功率放大器260将对振幅调变路径210以及相位调变路径220上的信号进行整合，从而输出极坐标调变后的结果。
12.本发明的失真估计与补偿装置100包含(但不限定于)：耦合器105、测试输入单元110、混频单元120、信号处理单元130、估计单元140以及补偿单元150。耦合器105可为一具有可变电容值的衰减电容，用于对功率放大器260输出的信号进行适度的衰减，并将其耦合至失真估计与补偿装置100。在本发明部分实施例中，耦合器105可以忽略。测试输入单元110用以提供测试输入信号至极坐标传送器200，以使极坐标传送器200产生测试输出信号ts_out。其中，测试输入单元110提供一数字的测试输入信号s_in1
k
至极坐标传送器200的振幅调变路径210上，使得振幅调变路径210输出一振幅信号s_amp。并且，测试输入单元110提供一固定的测试输入信号s_in2至极坐标传送器200的相位调变路径220上，相位调变路径220上的信号产生装置224(在一实施例中，信号产生装置224可为一锁相回路)据此产生一频率为f1的振荡信号s_pha。振幅调变路径210以及相位调变路径220上的信号s_amp以及信号s_pha会使功率放大器260产生测试输出信号ts_out
k
，其中，测试输出信号ts_out
k
可表示为a
k
cos(2πf1t+θ
k
)。
13.指标k代表进行失真估计的进行序次，本发明系通过输入不同的测试输入信号s_in1
k
，观察功率放大器260产生的测试输出信号ts_out
k
，从而估计出功率放大器260的非线
性特性。a
k
为功率放大器260因应输入信号s_amp所产生的振幅、θ
k
--
则是功率放大器260因应输入信号s_amp与s_pha所产生的相位。
14.混频单元120则用于将测试输出信号ts_out
k
与一降频信号s_down进行混频，以产生一混频后信号s_mixed。其中，降频信号s_down由信号产生装置125(在一实施例中，信号产生装置125可为一锁相回路)所产生。信号产生装置125受控于控制信号s_in3，产生频率大致固定为f2的降频信号s_down，其中降频信号s_down可表示为bcos如此一来，经过混频处理后产生的混频后信号s_mixed将包含频率为(f1+f2)的信号成分，以及频率为(f1-f2)的信号成分。再者，信号处理单元130用以对混频后信号s_mixed进行一系列的信号处理，继而产生一处理后信号s_proc。信号处理单元130包含(但不限定于)：滤波器132、模拟至数字转换器134以及快速傅立叶变换(fast fourier transform)单元136。滤波器132用以对混频后信号s_mixed进行一滤波处理，以产生一滤波后信号s_fil。其中，滤波器132可为一低通滤波器，所以混频后信号s_mixed中较高频的信号成分将被滤波器132所滤除，如频率为(f1+f2)的高频信号成分，以保留频率为(f1-f2)的低频信号成分。因此，滤波后信号s_fil可被表示为：
[0015][0016]
模拟至数字转换器134用以对滤波后信号s_fil进行一模拟至数字转换，以产生一转换后信号s_conv。快速傅立叶变换处理单元136用以对转换后信号s_conv进行一快速傅立叶变换，以产生处理后信号s_proc，其中，快速傅立叶变换处理单元136可从转换后信号s_conv中撷取出包含有振幅值m
k
以及相位值p
k
的信息，并通过处理后信号s_proc，将这些信息输出给估计单元140。其中，振幅值m
k
对应于滤波后信号s_fil的振幅ba
k
，而相位值p
k-则对应于滤波后信号s_fil的相位
[0017]
估计单元140用以根据快速傅立叶变换处理单元136提供的处理后信号s_proc进行失真估计，以产生失真估计结果dis_info。其中，估计单元140会记录每一组测试输入信号s_in1
k
被输入至极坐标传送器200时，所得到的振幅值m
k
以及相位值p
k
。通过进一步的分析，估计单元140可以从中得到功率放大器260在不同输入振幅下，所产生的输出信号的振幅a
k
以及相位θ
k
，如此便可估计出功率放大器260的振幅调变对振幅调变(amplitude modulation to amplitude modulation,am-am)失真以及振幅调变对相位调变(amplitude modulation to phase modulation,am-pm)失真等特性(如图1所示)。在分析完成后，失真估计结果dis_info会被送至补偿单元150，补偿单元150将会基于失真估计结果dis_info，分别对极坐标传送器200的振幅调变路径210以及相位调变路径220上的输入信号进行预失真(pre-distortion)补偿(根据反函数关系)，从而抵消由功率放大器260的非线性特性所造成的am-am失真以及am-pm失真。
[0018]
图3系为本发明实施例之失真估计方法的流程图。首先，在步骤300中，设定指标值k为初始值。在步骤310中，根据当前指标值k决定测试输入，并将测试输入信号s_in1
k
提供给振幅调变路径210得到信号s_amp，以及提供测试输入信号s_in2给相位调变路径220，使得相位调变路径220上的信号产生装置224产生频率为f1的信号s_pha，进而让功率放大器260产生测试输出信号ts_out。在步骤320中，对测试输出信号ts_out以及降频信号s_down进行混频，得到混频后信号s_mixed。在步骤330中，对混频后信号s_mixed进行信号处理，得
到处理后信号s_proc。在步骤340中，根据处理后信号s_proc，得到当前指针值k所对应的振幅值m
k
与相位值p
k
。在步骤350中，判断是否指标值k为最大值；若否，则进入步骤355，递增指标值k，并回到步骤310；若是，则进入步骤360，根据振幅值m
k
与相位值p
k
产生失真估计结果，并且据此进行预失真补偿。
[0019]
总结来说，本发明的失真估计与补偿装置以及方法可以有效地解决现有极坐标传送器中功率放大器的非线性失真问题。其中，在本发明所提出的非线性失真估计架构中，利用了降频技巧，使得功率放大器的输出信号处于更容易观察的频段。接着，通过一系列的信号处理技巧，从而估计出振幅调变对振幅调变失真，以及振幅调变对相位调变失真。基于以上的失真估计结果，对极坐标传送器进行有效的预失真补偿，从而克服功率放大器的非线性缺陷。
[0020]
本发明之实施例可使用硬件、软件、固件以及其相关结合来完成。藉由适当之一指令执行系统，可使用储存于一内存中之软件或固件来实作本发明的实施例。就硬件而言，则是可应用下列任一技术或其相关结合来完成：具有可根据数据信号执行逻辑功能之逻辑门的一个别运算逻辑、具有合适的组合逻辑门之一特定应用集成电路(application specific integrated circuit,asic)、可编程门阵列(programmable gate array,pga)或一现场可编程门阵列(field programmable gate array,fpga)等。
[0021]
说明书内的流程图中的流程和框示出了基于本发明的各种实施例的系统、方法和计算机软件产品所能实现的架构、功能和操作。在这方面，流程图或功能框图中的每个框可以代表程序代码的模块、区段或者是部分，其包括用于实现指定的逻辑功能的一个或多个可执行指令。另外，功能框图以及/或流程图中的每个框，以及框的组合，基本上可以由执行指定功能或动作的专用硬件系统来实现，或专用硬件和计算机程序指令的组合来实现。这些计算机程序指令还可以存储在计算机可读媒体中，该媒体可以使计算机或其他可编程数据处理装置以特定方式工作，使得存储在计算机可读媒体中的指令，实现流程图以及/或功能框图中的框所指定的功能/动作。
[0022]
以上所述仅为本发明之优选实施例，凡依本发明申请专利范围所做之均等变化与修饰，皆应属本发明之涵盖范围。
[0023]
【符号说明】
[0024]
100 失真估计与补偿装置
[0025]
110 测试输入单元
[0026]
120 混频单元
[0027]
125、224 信号产生装置
[0028]
130 信号处理单元
[0029]
132 滤波器
[0030]
134 模拟至数字转换器
[0031]
136 快速傅立叶变换单元
[0032]
140 估计单元
[0033]
150 补偿单元
[0034]
200 极坐标传送器
[0035]
205 坐标旋转数字计算处理器
[0036]
210 振幅调变路径
[0037]
220 相位调变路径
[0038]
260 功率放大器
[0039]
i、q 同相/正交信号
[0040]
a、p 振幅/相位信号
[0041]
s_amp 振幅信号
[0042]
s_pha 振荡信号
[0043]
ts_out
k 测试输出信号
[0044]
s_mixed 混频后信号
[0045]
s_down 降频信号
[0046]
s_fil 滤波后信号
[0047]
s_conv 转换后信号
[0048]
s_proc 处理后信号
[0049]
dis_info 失真估计结果
[0050]
s_in1
k
、s_in2 测试输入信号
[0051]
s_in3 控制信号。