预失真方法及预失真装置制造方法
【专利摘要】一种预失真方法包含有：接收一输入数据；将该输入数据输入至一预失真函数式以得到一预失真输出，其中该预失真函数式依据后续的一功率放大器来决定；以及将该预失真输出经过该功率放大器以得到该功率放大器的输出；其中，该预失真函数式满足该功率放大器的输出乘以一预失真比例的倒数等于该输入数据。一种预失真装置，包含有一接收单元，用来接收一输入数据；一预失真单元，用来将该输入数据输入至一预失真函数式以得到一预失真输出，其中该预失真函数式依据后续的一功率放大器来决定；以及一增益补偿单元，用来将该功率放大器的输出乘以一预失真比例的倒数；其中，预失真单元满足该功率放大器的输出乘以该预失真比例的倒数等于该输入数据。
【专利说明】预失真方法及预失真装置
【技术领域】
[0001] 本发明所公开的实施例相关于通讯系统的校正方法以及相关电路，尤指一种用来 补偿具有非线性特性及/或记忆效应（memoryeffect)的射频（radiofrequency,RF)电 路的功率放大器的预失真（pre-distortion)方法以及相关装置。
【背景技术】
[0002] 随着通讯系统的快速发展，带宽上升使得频谱效率（spectralefficiency) 在移动通讯中所造成的影响也越来越显著，例如在复杂度较高的非固定波封调制 (Non-constantEnvelopeModulation)中，由于具有较高的峰均功率比（peak-to-power ratio,PAPR)，因此对于设计者来说，便需要掌握其中的射频电路中所使用的功率放大器的 特性。举例来说，请参考图1，图1为习知无线通信系统的传送端的示意图。功率放大器104 的非线性特性会造成输出端的振幅调制-振幅调制（amplitudemodulation-amplitude modulation,AM-AM)失真以及振幅调制-相位调制（amplitudemodulation-phase modulation,AM-PM)失真，这些失真会随着带宽上升而跟着提高，并且导致邻近波道的频谱 增长（spectralre-growth)以及带内（in-band)失真，进而降低系统的误差向量振幅值 (ErrorVectorMagnitude,EVM)。除此之外，功率放大器104的输出有可能会受到过去的 输入影响，称做记忆效应，记忆效应的影响同样地会随着通讯系统的带宽提高而跟着增加， 使得基带电路中无法处理非线性特性/记忆效应的习知预失真电路102已不能满足现今无 线通信系统的需求。
【发明内容】
[0003] 根据本发明的示范性实施例，公开一种用来补偿具有非线性特性及/或记忆效应 的射频电路的功率放大器的预失真（pre-distortion)方法以及相关电路与机器可读媒 体，以解决上述问题。
[0004] 依据本发明一第一实施例，公开一种预失真方法，包含有：接收一输入数据；将该 输入数据输入至一预失真函数式以得到一预失真输出，其中该预失真函数式依据后续的一 功率放大器来决定；以及将该预失真输出经过该功率放大器以得到该功率放大器的输出； 其中，该预失真函数式满足该功率放大器的输出乘以一预失真比例的倒数等于该输入数 据。
[0005] 依据本发明一第二实施例，公开一种预失真装置，包含有一接收单元、一预失真单 元以及一增益补偿单元。其中该接收单元用来接收一输入数据，该预失真单元用来将所输 入的该输入数据经过一预失真函数式以得到一预失真输出，其中该预失真函数式依据后续 的一功率放大器来决定，以及该增益补偿单元用来将该功率放大器的输出乘以一预失真比 例的倒数；其中，预失真单元满足该功率放大器的输出乘以该预失真比例的倒数等于该输 入数据。
[0006] 本发明的其中一个优点是可以藉由上述方法及装置来补偿射频电路的功率放大 器中的非线性特性及/或记忆效应，使电子装置的用户可以在完整的带宽中得到良好的操 作效果。
【专利附图】
【附图说明】
[0007] 图1为习知无线通信系统的传送端的示意图。
[0008] 图2为本发明的预失真模型的一示意图。
[0009] 图3为本发明预失真方法的一示范性实施例的流程图。
[0010] 图4为本发明预失真装置的一示范性实施例的示意图。
[0011] 图5为本发明预失真方法中利用一自适应性算法来计算多个系数的一示范性实 施例的流程图。
[0012] 图6为本发明预失真装置中的自适应性系数产生单元来自适应性地产生系数的 一示范性实施例的示意图。
[0013] 图7为本发明预失真装置中的自适应性系数产生单元中的测试讯号产生单元的 一示范性实施例的示意图。
[0014] 图8为本发明预失真方法中依据一第一查找表以及一第二查找表来得到一预失 真函数式的一示范性实施例的流程图。
[0015] 图9为本发明预失真装置的另一示范性实施例的示意图。
[0016] 图10为本发明预失真装置的又一示范性实施例的示意图。
[0017] 图11为本发明预失真装置中的一预失真比例计算单元的一示范性实施例的示意 图。
[0018] 图12为本发明预失真装置的再一示范性实施例的示意图。
[0019] 其中，附图标记说明如下：
[0020] 102、202预失真电路
[0021] 104、204功率放大器
[0022] 404、904、1204 预失真单元
[0023] 206增益补偿单元
[0024] 302 ?310、502 ?508、802 ?808 步骤
[0025] 400、900、1100、1200 预失真装置
[0026] 402接收单元
[0027] 4042自适应性系数产生单元
[0028] 4044第一查找表单元
[0029] 4046第二查找表单元
[0030] 4050运算单元
[0031] 602测试讯号产生单元
[0032] 604、9044、12044 延迟单元
[0033] 606有限脉冲响应滤波器
[0034] 608自适应性运算单元
[0035] 610误差计算电路
[0036] 612数字模拟转换器
[0037] 614低通滤波器
[0038] 615、617混频器
[0039] 708、710、9050、1006、1007 加法器
[0040] 616振荡器
[0041] 618功率放大器
[0042] 620衰减器
[0043] 622可程序增益放大器
[0044] 624模拟数字转换器
[0045] 702第一虚拟随机值产生单元
[0046] 704第二虚拟随机值产生单元
[0047] 706功率控制单元
[0048] 712、714、716、9052、9054、9056 乘法器
[0049] 1001、1002、1003 乘法器
[0050] 718、9046、9048、1008、1009、1011 平方运算单元
[0051] 720、1010平方根运算单元
[0052] 9042预失真比例计算单元
[0053] 1004、1005 除法器
[0054] 1012共轭复数运算单元
[0055] 1014实部运算单元
[0056] 1016虚部运算单元
[0057] 1102 处理器
[0058] 1104机器可读媒体
【具体实施方式】
[0059] 在说明书及权利要求书当中使用了某些词汇来指称特定的组件。所属领域技术人 员应可理解，制造商可能会用不同的名词来称呼同样的组件。本说明书及权利要求书并不 以名称的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。在 通篇说明书及权利要求书当中所提及的「包含」为一开放式的用语，故应解释成「包含但不 限定于」。另外，「耦接」一词在此包含任何直接及间接的电气连接手段。因此，若文中描述 一第一装置耦接于一第二装置，则代表该第一装置可直接电气连接于该第二装置，或通过 其他装置或连接手段间接地电气连接至该第二装置。
[0060] 首先应说明的是，本发明的主要目的在于消除功率放大器的非线性特性及/或记 忆特性的影响，保留功率放大器的线性特性，而对于功率放大器的不想要的特性进行补偿。 本发明一实施例中，在讯号进入位于射频电路中的功率放大器之前的基带电路中（例如基 带数字电路）之前，预先根据功率放大器的非线性函数式及/或记忆函数式的反函数式 (即预失真函数式）对信号进行处理，使得经过功率放大器的非线性函数式及/或记忆函数 式的反函数式处理的讯号在经过功率放大器并且被输出之后，可抵销功率放大器的非线性 特性及/或记忆特性的部分。
[0061] 关于本发明的预失真方法，以数学式的推导过程来说明如后。首先建立射频电路 中的功率放大器的模型，实务上，建立功率放大器模型是以特征函数式来表示，其表示方法 有许多种，例如，以记忆多项式（memorypolynomial,MP)来表示功率放大器的非线性特征， 记忆多项式来表示一功率放大器的数学式如下：
【权利要求】
1. 一种预失真方法，其特征在于，包含有： 接收一输入数据； 将该输入数据输入至一预失真函数式以得到一预失真输出，其中该预失真函数式依据 后续的一功率放大器来决定；以及 将该预失真输出经过该功率放大器以得到该功率放大器的输出； 其中，该预失真函数式满足该功率放大器的输出乘以一预失真比例的倒数等于该输入 数据。
2. 根据权利要求1的预失真方法，其中该输入数据为一正交频分复用调制数据。
3. 根据权利要求2的预失真方法，其中将该输入数据输入至该预失真函数式以得到该 预失真输出，其中该预失真函数式依据后续的一功率放大器来决定的步骤包含有： 利用一自适应性算法来计算出该预失真输出在一特定功率范围内的多个功率的每一 功率所对应的多个系数，其中该多个系数包含该功率放大器的函数式的至少一第一系数以 及一第二系数； 将该多个功率所分别对应的多个第一系数的倒数储存于一第一查找表； 将该多个功率所分别对应的多个第二系数储存于一第二查找表；以及 依据该第一查找表以及该第二查找表来得到该预失真函数式。
4. 根据权利要求3的预失真方法，其中该自适应性算法为一最小均方算法。
5. 根据权利要求3的预失真方法，其中该特定功率范围内的该多个功率的分配依据该 功率放大器的非线性特性来决定。
6. 根据权利要求3的预失真方法，其中利用该自适应性算法来计算出该输入数据在该 特定功率范围内的该多个功率的每一功率所对应的该多个系数的步骤包含有： 产生具有该多个功率中的一特定功率的一测试讯号至一有限脉冲响应滤波器以及该 功率放大器； 在该有限脉冲响应滤波器的一输出端得到一有限脉冲响应滤波器输出； 将该功率放大器的输出回授至该有限脉冲响应滤波器的该输出端，并和该有限脉冲响 应滤波器输出相减以得到一误差项；以及 利用该误差项来进行该自适应性算法来优化该有限脉冲响应滤波器，以得到该预失真 输出在该特定功率所对应的多个系数。
7. 根据权利要求6的预失真方法，其中该测试讯号的内容为虚拟随机值。
8. 根据权利要求7的预失真方法，其中产生具有该多个功率中的该特定功率的该测试 讯号的步骤包含有： 利用一虚拟随机的方式来产生介于-1至1之间的一随机值，并输出为一同相位测试讯 号分量； 对该同相位测试讯号分量取平方值以得到一同相位测试讯号分量平方值； 对1与该同相位测试讯号分量平方值的负数进行加法运算以得到一计算结果； 对该计算结果取平方根并产生一平方根计算结果； 利用该虚拟随机的方式选择1或是-1来输出一选择结果，并将该至少一选择结果和该 至少一平方根计算结果相乘，并且得到一正交相位测试讯号分量； 依据此时所欲产生的该测试讯号的该特定功率来调整该同相位测试讯号分量以及该 正交相位测试讯号分量，进而产生一功率调整后同相位测试讯号分量以及一功率调整后正 交相位测试讯号分量；以及 将该功率调整后同相位测试讯号分量以及该功率调整后正交相位测试讯号分量合并 并且输出为该测试讯号。
9. 根据权利要求6的预失真方法，其中该测试讯号具有该功率放大器所欲处理的实际 讯号的带宽。
10. 根据权利要求3的预失真方法，其中依据该第一查找表以及该第二查找表来得到 该预失真函数式的步骤包含有： 计算该预失真函数式在前一时间单位的输出的一平方值，并利用该第二查找表找出前 一时间单位的输出的该平方值所对应的一特定第二系数，并将该特定第二系数乘上该预失 真函数式在前一时间单位的输出以得到一第一子项； 将该输入数据取平方以得到一输入数据平方值，并利用该第一查找表来找出该输入数 据平方值所对应的一特定第一系数，以得到一第二子项； 将该输入数据乘上该预失真比例以得到一第三子项；以及 将该第三子项减去该第一子项，以得到一第四子项，并将该第四子项乘上该第二子项 来产生该预失真函数式。
11. 根据权利要求10的预失真方法，其中将该输入数据乘上该预失真比例以得到该第 三子项的步骤包含有： 将该输入数据乘上该第一子项的共轭复数以得到一第五子项； 将该特定第一系数的倒数的平方值乘上该输入数据的四次方值以得到一第六子项； 将该第六子项减去该第五子项的虚部的平方值以得到一第七子项； 将该第七子项的平方根值减去该第五子项的实部以得到一第八子项；以及 将该第八子项除以该输入数据的平方值以得到该预失真比例，并且将该输入数据乘上 该预失真比例得到该第三子项。
12. 根据权利要求3的预失真方法，其中依据该第一查找表以及该第二查找表来得到 该预失真函数式的步骤另包含有： 将该输入数据取平方以得到一输入数据平方值，并利用该第二查找表找出该输入数据 平方值所对应的一特定第二系数，并将前一时间单位的该特定第二系数乘上该预失真函数 式在前一时间单位的输出以得到一第一子项； 利用该第一查找表来找出该输入数据平方值所对应的一特定第一系数，以得到一第二 子项； 将该输入数据乘上该预失真比例以得到一第三子项；以及 将该第三子项减去该第一子项，以得到一第四子项，并将该第四子项乘上该第二子项 来产生该预失真函数式。
13. 根据权利要求12的预失真方法，其中将该输入数据乘上该预失真比例以得到该第 三子项的步骤包含有： 将该输入数据乘上该第一子项的共轭复数以得到一第五子项； 将该特定第一系数的倒数的平方值乘上该输入数据的四次方值以得到一第六子项； 将该第六子项减去该第五子项的虚部的平方值以得到一第七子项； 将该第七子项的平方根值减去该第五子项的实部以得到一第八子项；以及 将该第八子项除以该输入数据的平方值以得到该预失真比例，并且将该输入数据乘上 该预失真比例以得到该第三子项。
14. 一种预失真装置，包含有： 一接收单元，用来接收一输入数据； 一预失真单元，用来将该输入数据输入至一预失真函数式以得到一预失真输出，其中 该预失真函数式依据后续的一功率放大器来决定；以及 一增益补偿单元，用来将该功率放大器的输出乘以一预失真比例的倒数； 其中，预失真单元满足该功率放大器的输出乘以该预失真比例的倒数等于该输入数 据。
15. 根据权利要求14的预失真装置，其中该输入数据一正交频分复用调制数据。
16. 根据权利要求15的预失真装置，其中该预失真单元包含有： 一自适应性系数产生单元，用来利用一自适应性算法来计算出该预失真输出在一特定 功率范围内的多个功率的每一功率所对应的多个系数，其中该多个系数包含该功率放大器 的函数式的至少一第一系数以及一第二系数；以及 一第一查找表单元，具有一第一查找表，该第一查找表储存该多个功率所分别对应的 多个第一系数的倒数； 一第二查找表单元，具有一第二查找表，该第二查找表储存该多个功率所分别对应的 多个第二系数；以及 一运算单元，用来依据该第一查找表以及该第二查找表来得到该预失真函数式。
17. 根据权利要求16的预失真装置，其中该自适应性算法为一最小均方算法。
18. 根据权利要求16的预失真装置，其中该特定功率范围内的该多个功率的分配依据 该功率放大器的非线性特性来决定。
19. 根据权利要求16的预失真装置，其中利用该自适应性系数产生单元包含有： 一测试讯号产生单元，用来产生具有该多个功率中的一特定功率的一测试讯号至一有 限脉冲响应滤波器以及该功率放大器； 该有限脉冲响应滤波器，用来接收将该测试讯号，并输出一有限脉冲响应滤波器输 出； 一误差计算电路，用来将该功率放大器的输出回授至该有限脉冲响应滤波器的该输出 端和该有限脉冲响应滤波器输出相减以得到一误差项；以及 一自适应性运算单元，用来利用该误差项来进行该自适应性算法来优化该有限脉冲响 应滤波器，以得到该预失真输出在该特定功率所对应的多个系数。
20. 根据权利要求19的预失真装置，其中该测试讯号的内容为虚拟随机值。
21. 根据权利要求20的预失真装置，其中该测试讯号产生单元包含有： 一第一虚拟随机值产生单元，用来利用一虚拟随机的方式来产生介于-1至1之间的至 少一随机值，并输出为一同相位测试讯号分量； 一平方运算单元，用来对该同相位测试讯号分量取平方值以得到一同相位测试讯号分 量平方值； 一加法器，用来对1与该同相位测试讯号分量平方值的负数进行加法运算以得到一计 算结果； 一平方根运算单元，用来对该计算结果取平方根并产生一平方根计算结果； 一第二虚拟随机值产生单兀，用来利用该虚拟随机的方式选择1或是-1来输出一选择 结果，并将该选择结果和该平方根计算结果相乘，并且得到一正交相位测试讯号分量； 一功率控制单元，用来依据此时所欲产生的该测试讯号的该特定功率来调整该同相位 测试讯号分量以及该正交相位测试讯号分量，进而产生一功率调整后同相位测试讯号分量 以及一功率调整后正交相位测试讯号分量；以及 一讯号合并单元，用来将该功率调整后同相位测试讯号分量以及该功率调整后正交相 位测试讯号分量合并并且输出为该测试讯号。
22. 根据权利要求19的预失真装置，其中该测试讯号具有该功率放大器所欲处理的实 际讯号的带宽。
23. 根据权利要求16的预失真装置，其中该运算单元包含有： 一第一子运算单元，用来计算该预失真函数式在前一时间单位的输出的一平方值，并 利用该第二查找表找出前一时间单位的输出的该平方值所对应的一特定第二系数，并将该 特定第二系数乘上该预失真函数式在前一时间单位的输出以得到一第一子项； 一第二子运算单元，将该输入数据取平方以得到一输入数据平方值，并利用该第一查 找表来找出该输入数据平方值所对应的一特定第一系数，以得到一第二子项； 一第三子运算单元，用来将该输入数据乘上该预失真比例以得到一第三子项；以及 一第四子运算单元，用来将该第三子项减去该第一子项，以得到一第四子项，并将该第 四子项乘上该第二子项来产生该预失真函数式。
24. 根据权利要求23的预失真装置，其中该第三子运算单元包含有： 一第五子运算单元，用来将该输入数据乘上该第一子项的共轭复数以得到一第五子 项； 一第六子运算单元，用来将该特定第一系数的倒数的平方值乘上该输入数据的四次方 值以得到一第六子项； 一第七子运算单元，用来将该第六子项减去该第五子项的虚部的平方值以得到一第七 子项； 一第八子运算单元，用来将该第七子项的平方根值减去该第五子项的实部以得到一第 八子项；以及 一第九子运算单元，用来将该第八子项除以该输入数据的平方值以得到该预失真比 例，并且将该输入数据乘上该预失真比例以得到该第三子项。
25. 根据权利要求16的预失真装置，其中该运算单元包含有： 一第一子运算单元，用来将该输入数据取平方以得到一输入数据平方值，并利用该第 二查找表找出该输入数据平方值所对应的一特定第二系数，并将前一时间单位的该特定第 二系数乘上该预失真函数式在前一时间单位的输出以得到一第一子项； 一第二子运算单元，利用该第一查找表来找出该输入数据平方值所对应的一特定第一 系数，以得到一第二子项； 一第三子运算单元，用来将该输入数据乘上该预失真比例以得到一第三子项；以及 一第四子运算单元，用来将该第三子项减去该第一子项，以得到一第四子项，并将该第 四子项乘上该第二子项来产生该预失真函数式。
26.根据权利要求25的预失真装置，其中该第三子运算单元包含有： 一第五子运算单元，用来将该输入数据乘上该第一子项的共轭复数以得到一第五子 项； 一第六子运算单元，用来将该特定第一系数的倒数的平方值乘上该输入数据的四次方 值以得到一第六子项； 一第七子运算单元，用来将该第六子项减去该第五子项的虚部的平方值以得到一第七 子项； 一第八子运算单元，用来将该第七子项的平方根值减去该第五子项的实部以得到一第 八子项；以及 一第九子运算单元，用来将该第八子项除以该输入数据的平方值以得到该预失真比 例，并且将该输入数据乘上该预失真比例以得到该第三子项。
【文档编号】H04L25/49GK104426823SQ201310552417
【公开日】2015年3月18日 申请日期:2013年11月7日 优先权日:2013年8月20日
【发明者】张元硕 申请人:瑞昱半导体股份有限公司