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TWI554060B - 傳送器以及用來降低輸入訊號失真的方法 - Google Patents

傳送器以及用來降低輸入訊號失真的方法 Download PDF

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TWI554060B
TWI554060B TW104108138A TW104108138A TWI554060B TW I554060 B TWI554060 B TW I554060B TW 104108138 A TW104108138 A TW 104108138A TW 104108138 A TW104108138 A TW 104108138A TW I554060 B TWI554060 B TW I554060B
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張郁斌
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瑞昱半導體股份有限公司
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Description

傳送器以及用來降低輸入訊號失真的方法
本發明係有關於傳送器，尤指一種可以降低輸出訊號失真的傳送器及其相關方法。
在無線通訊系統中，傳送器(transmitter)通常在輸出端會具有一功率放大器以將所需傳送的訊號放大後輸出，然而，因為該功率放大器在功率輸入較大的時後會具有較差的線性度，亦即有非線性失真的現象發生，影響到所輸出之放大後訊號的資料正確性，因此，在習知技術中，於功率放大器之前會設置一預失真(pre-distortion)電路，以補償功率放大器的非線性問題。請參考第1圖，第1圖為一預失真電路110以及一功率放大器120及其輸入輸出特性曲線的示意圖，如第1圖所示，藉由預失真電路110，整體電路(包含預失真電路110以及功率放大器120)的輸入訊號V1與輸出訊號V3之間會具有較佳的線性度，進而提升輸出訊號V3的資料正確性。
另一方面，在第三代及第四代的無線通訊寬頻的正交多頻分工(Orthogonal frequency-division multiplexing，OFDM)中，高功率的功率放大器除了非線性的問題之外，還另外衍生出記憶效應(memory effect)，亦即功率放大器對目前輸入的響應會與先前的輸入有關；此外，再加上長期演進技術升級版(Long Term Evolution-Advanced，LTE-A)中所發展的載波聚合(carrier aggregation)技術，補償功率放大器的非線性問題因此遭遇了更大的挑戰。
因此，本發明的目的之一在於提供一種傳送器以及用來降低輸入訊號失真的方法，其可以正確地補償功率放大器的非線性問題。
依據本發明一實施例，係揭露一種傳送器，該傳送器包含一第一預失真處理電路、一第二預失真處理電路、一傳送電路及一預失真參數產生電路，其中該第一預失真處理電路使用多個第一預失真參數來對一第一輸入訊號進行一預失真調整操作，以產生一第一預失真輸入訊號；該第二預失真處理電路使用多個第二預失真參數來對一第二輸入訊號進行一預失真調整操作，以產生一第二預失真輸入訊號；該傳送電路用來處理該第一、第二預失真輸入訊號以產生一輸出訊號；以及該預失真參數產生電路根據該第一輸入訊號、第二輸入訊號以及該輸出訊號來產生該多個第一預失真參數與該多個第二預失真參數。
依據本發明另一實施例，一種用來降低輸入訊號失真的方法包含有：接收一第一輸入訊號，並使用多個第一預失真參數來對該第一輸入訊號進行一預失真調整操作，以產生一第一預失真輸入訊號；接收一第二輸入訊號，並使用多個第二預失真參數來對該第二輸入訊號進行一預失真調整操作，以產生一第二預失真輸入訊號；處理該第一預失真輸入訊號與該第二預失真輸入訊號以產生一輸出訊號；以及根據該第一輸入訊號、第二輸入訊號以及該輸出訊號來產生該多個第一預失真參數與該多個第二預失真參數。
110‧‧‧預失真電路
120、245‧‧‧功率放大器
200‧‧‧傳送器
202、204‧‧‧升頻電路
210‧‧‧第一預失真處理電路
220‧‧‧第二預失真處理電路
232、234‧‧‧移頻電路
240‧‧‧傳送電路
241‧‧‧聚合電路
242‧‧‧數位類比轉換器
243‧‧‧混波器
244‧‧‧震盪器
246‧‧‧類比濾波器
252‧‧‧天線
254‧‧‧衰減器
260‧‧‧預失真參數產生電路
261‧‧‧第一數位濾波器
262‧‧‧第二數位濾波器
263‧‧‧第一類比數位轉換器
264‧‧‧第二類比數位轉換器
265‧‧‧第一參數訓練單元
266‧‧‧第二參數訓練單元
300~308‧‧‧步驟
第1圖為預失真電路以及功率放大器及其輸入輸出特性曲線的示意圖。
第2圖為依據本發明一實施例之傳送器的示意圖。
第3圖為根據本發明一實施例之用來降低輸入訊號失真的方法的流程圖。
在說明書及後續的申請專利範圍當中使用了某些詞彙來指稱特定的元件。所屬領域中具有通常知識者應可理解，硬體製造商可能會用不同的名詞來稱呼同一個元件。本說明書及後續的申請專利範圍並不以名稱的差異來作為區分元件的方式，而是以元件在功能上的差異來作為區分的準則。在通篇說明書及後續的請求項當中所提及的「包含」係為一開放式的用語，故應解釋成「包含但不限定於」。此外，「耦接」一詞在此係包含任何直接及間接的電氣連接手段，因此，若文中描述一第一裝置耦接於一第二裝置，則代表該第一裝置可直接電氣連接於該第二裝置，或者透過其他裝置或連接手段間接地電氣連接至該第二裝置。
請參考第2圖，第2圖為依據本發明一實施例之傳送器200的示意圖。如2圖所示，傳送器200包含有升頻電路202、204、第一預失真處理電路210、第二預失真處理電路220、移頻電路232、234、傳送電路240、天線252、衰減器254、以及預失真參數產生電路260，其中傳送電路240包含有聚合電路241、數位類比轉換器242、混波器243、震盪器244、功率放大器245、以及類比濾波器246，且預失真參數產生電路260包含第一數位濾波器261、第二數位濾波器262、第一類比數位轉換器263、第二類比數位轉換器264、第一參數訓練單元265、以及第二參數訓練單元266。此外，圖示的功率放大器245與類比濾波器246可以根據設計的不同而將位置對調，並不限於圖示的順序。在本實施例中，傳送器200可應用於長期演進技術升級版(LTE-A)的規格，但本發明並不以此為限。
在傳送器200的操作上，首先，第一輸入訊號CC1通過升頻電路202提升其頻率之後，輸入到第一預失真處理電路210以及第二預失真處理電路220中；同時，第二輸入訊號CC2通過升頻電路204提升其頻率之後，輸入到第一預失真處理電路210以及第二預失真處理電路220中。在本實施例中，第一輸入訊號CC1與第二輸入訊號CC2可以是一頻帶中具有相鄰頻率的載波訊號，或是一頻帶中頻率不相鄰的載波訊號；另外，在傳送器200符合LTE-A規格的情形下，第一輸入訊號CC1為載波聚合(carrier aggregation)的一元件載波(component carrier)，而第二輸入訊號CC2為載波聚合的另一元件載波。
接著，在第一預失真處理電路210的操作上，第一預失真處理電路210使用多個第一預失真參數來對第一輸入訊號CC1進行一預失真調整操作，以產生一第一預失真輸入訊號，在本實施例中，第一預失真處理電路210的操作包含了非線性調整的部分以及零相移濾波器(zero-phase filter)，具體可參見以下的公式(1)：
其中y1為第一預失真處理電路210所輸出的第一預失真輸入訊號，x1為第一輸入訊號CC1通過升頻電路202後的訊號，x2為第二輸入訊號CC2通過升頻電路204後的訊號，p為記憶深度，k為校正x1的非線性階數，j指的是x2的非線性階數(亦即第二輸入訊號CC2對第一輸入訊號CC1的影響)，M為用來代表最大記憶深度的一正整數值，N為用來代表所校正的最高非線性階數一正整數值，a(1) p,k,j為對應到不同p、k、j時的多個第一預失真參數，f(t)為任何適合於此電路的的零相移濾波器或是有限脈衝響應濾波器(FIR filter)的函數。
類似地，在第二預失真處理電路220的操作上，第二預失真處理電路220使用多個第二預失真參數來對第二輸入訊號CC2進行一預失真調整操作，以產生一第二預失真輸入訊號，在本實施例中，第二預失真處理電路220的操作包含了非線性調整的部分以及零相移濾波器，具體可參見以下的公式(2)： 其中y2為第二預失真處理電路220所輸出的第二預失真輸入訊號，x1為第一輸入訊號CC1通過升頻電路202後的訊號，x2為第二輸入訊號CC2通過升頻電路204後的訊號，p為記憶深度，k為校正x2的非線性階數，j指的是x1的非線性階數(亦即第一輸入訊號CC1對第二輸入訊號CC2的影響)，M為用來代表最大記憶深度的一正整數值，N為用來代表所校正的最高非線性階數一正整數值，a(2) p,k,j為對應到不同p、k、j時的多個第二預失真參數，f(t)為任何適合於此電路的的零相移濾波器或是有限脈衝響應濾波器的函數。
接著，移頻電路232、234分別對第一預失真處理電路210與第二預失真處理電路220所輸出的第一預失真輸入訊號、第二預失真輸入訊號進行移頻操作。需注意的是，移頻電路232、234為一非必須(optional)的元件，亦即，在某些情形下，移頻電路232、234可以自傳送器200中移除而不影響到其正常操作。
接著，在傳送電路240的操作中，聚合電路241首先對第一預失真處理電路210與第二預失真處理電路220所輸出的第一預失真輸入訊號、 第二預失真輸入訊號進行聚合操作，亦即將兩個載波聚合在一起；數位類比轉換器242接著將聚合後的訊號進行數位類比轉換操作；接著，混波器243使用震盪器244所輸出的一震盪訊號來對數位類比轉換器242的輸出進行混波操作；功率放大器245與濾波器246接著對混波器243的輸出進行功率放大操作與濾波操作以產生一輸出訊號Vout，且輸出訊號Vout透過天線252被發射出去。
以上所述的是有關於傳送器200在傳送載波時的操作，而以下所描述的衰減器254以及預失真參數產生電路260則是用來產生上述第一預失真處理電路210與第二預失真處理電路220所使用的多個第一預失真參數與多個第二預失真參數，亦即上述公式中所提到的a(1) p,k,j與a(2) p,k,j。
在預失真參數產生電路260的操作上，首先，衰減器254會接收輸出訊號Vout，並降低其功率。接著，第一數位濾波器261對衰減後的輸出訊號Vout進行濾波操作以產生一第一濾波後訊號，其中第一數位濾波器261所允許通過的頻帶包含了第一輸入訊號CC1的內容；類似地，第二數位濾波器262對衰減後的輸出訊號Vout進行濾波操作以產生一第二濾波後訊號，其中第二數位濾波器262所允許通過的頻帶包含了第二輸入訊號CC2的內容。接著，第一類比數位轉換器263與第二類比數位轉換器264分別對第一數位濾波器261與第二數位濾波器262的輸出進行類比數位轉換操作。接著，第一參數訓練單元265根據第一輸入訊號、第二輸入訊號以及第一類比數位轉換器263與第二類比數位轉換器264的輸出來產生多個第一預失真參數，亦即上述公式中所提到的a(1) p,k,j；以及，第二參數訓練單元266根據第一輸入訊號、第二輸入訊號以及第一類比數位轉換器263與第二類比數位轉換器264的輸出來產生多個第二預失真參數，亦即上述公式中所提到的a(2) p,k,j。
在本實施例中，第一參數訓練單元265與第二參數訓練單元266可採用最小平方法(Least Square)或是其他任何適合的方法來分別決定出多個第一預失真參數及多個第二預失真參數。
在傳送器200中，預失真參數產生電路260可以先在前端測試時便主動訓練產生出多個第一預失真參數及多個第二預失真參數，並將這些參數預先儲存在暫存器中，以供後續傳送器200操作時給第一預失真處理電路210及第二預失真處理電路220使用。另一方面，預失真參數產生電路260也可以在傳送器200進行操作時同時進行參數訓練以產生多個第一預失真參數及多個第二預失真參數，這些設計上的變化均應隸屬於本發明的範疇。
另外，在第2圖所示的傳送器200中，第一預失真處理電路210與第一參數訓練單元265是畫成兩個獨立的元件，然而，為了節省硬體上的製作成本，第一預失真處理電路210與第一參數訓練單元265中至少有一部分的電路可以共用，亦即第一預失真處理電路210與第一參數訓練單元265包含了同一套電路。參考以上的公式(1)，第一預失真處理電路210與第一參數訓練單元265基本上可以採用相同的非線性調整電路及零相移濾波器，只是需要在不同元件操作時對輸入/輸出本身做切換，或作一些相對應的修改即可。類似地，第二預失真處理電路220與第二參數訓練單元266也可包含同一套電路以降低硬體成本，亦即共用了相同的非線性調整電路及零相移濾波器。
在本實施例中，參考上述的公式(1)，第一預失真處理電路210包含了非線性調整電路以及零相移濾波器，在本實施例中，此零相移濾波器所允許通過的頻帶不大於類比濾波器246所允許通過的頻帶，因此，透過具有零相移濾波器的第一預失真處理電路210，可以避免預失真補償的部分在後 端的類比濾波器246被濾除，而造成非線性補償不完整的情形。另一方面，由於訊號的相位移有可能會對非線性補償成影響，因此，採用零相移濾波器可以更準確地使得第一預失真處理電路210可以正確補償後端功率放大器245所造成的非線性影響。
另外，請同時參考第2圖及第3圖，第3圖為根據本發明一實施例之用來降低輸入訊號失真的方法的流程圖，參考第2、3圖，流程如下所述：
步驟300：流程開始。
步驟302：接收一第一輸入訊號，並使用多個第一預失真參數來對該第一輸入訊號進行一預失真調整操作，以產生一第一預失真輸入訊號。
步驟304：接收一第二輸入訊號，並使用多個第二預失真參數來對該第二輸入訊號進行一預失真調整操作，以產生一第二預失真輸入訊號。
步驟306：處理該第一預失真輸入訊號與該第二預失真輸入訊號以產生一輸出訊號。
步驟308：根據該第一輸入訊號、第二輸入訊號以及該輸出訊號來產生該多個第一預失真參數與該多個第二預失真參數。
另外，在針對第2圖所示之實施例的一模擬結果中，同頻連續(Intra-Band Continuous)、同頻非連續(Intra-Band Non-Continuous)這兩種模式下，其誤差向量振幅值(Error Vector Magnitude，EVM)及鄰近通道洩漏功率比(Adjacent Channel Leakage Power Ratio，ACLR)相較於先前技術均有明顯的改善。
簡要歸納本發明，在本發明之傳送器以及用來降低輸入訊號失真的方法中，透過預失真處理電路的設計，可以正確地補償功率放大器中包含記憶效應、相鄰頻帶干擾等非線性問題，以進一步提升輸出訊號中資料的正 確性。
以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。
200‧‧‧傳送器
202、204‧‧‧升頻電路
210‧‧‧第一預失真處理電路
220‧‧‧第二預失真處理電路
232、234‧‧‧移頻電路
240‧‧‧傳送電路
241‧‧‧聚合電路
242‧‧‧數位類比轉換器
243‧‧‧混波器
244‧‧‧震盪器
245‧‧‧功率放大器
246‧‧‧類比濾波器
252‧‧‧天線
254‧‧‧衰減器
260‧‧‧預失真參數產生電路
261‧‧‧第一數位濾波器
262‧‧‧第二數位濾波器
263‧‧‧第一類比數位轉換器
264‧‧‧第二類比數位轉換器
265‧‧‧第一參數訓練單元
266‧‧‧第二參數訓練單元

Claims (10)

  1. 一種傳送器，包含有：一第一預失真處理電路，用以接收一第一輸入訊號，並使用多個第一預失真參數來對該第一輸入訊號進行一預失真調整操作，以產生一第一預失真輸入訊號；一第二預失真處理電路，用以接收一第二輸入訊號，並使用多個第二預失真參數來對該第二輸入訊號進行一預失真調整操作，以產生一第二預失真輸入訊號；一傳送電路，耦接於該第一預失真處理電路與該第二預失真處理電路，用來處理該第一預失真輸入訊號與該第二預失真輸入訊號以產生一輸出訊號；以及一預失真參數產生電路，耦接於該第一預失真處理電路、第二預失真處理電路以及該傳送電路，用以根據該第一輸入訊號、第二輸入訊號以及該輸出訊號來產生該多個第一預失真參數與該多個第二預失真參數；其中該第一預失真處理電路與該第二預失真處理電路中至少其一包含一數位零相移濾波器(digital zero-phase filter)。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之傳送器，其中該傳送電路包含一類比濾波器，且該數位零相移濾波器所允許通過的頻帶不大於該類比濾波器所允許通過的頻帶。
  3. 一種傳送器，包含有：一第一預失真處理電路，用以接收一第一輸入訊號，並使用多個第一預失真參數來對該第一輸入訊號進行一預失真調整操作，以產生一第 一預失真輸入訊號；一第二預失真處理電路，用以接收一第二輸入訊號，並使用多個第二預失真參數來對該第二輸入訊號進行一預失真調整操作，以產生一第二預失真輸入訊號；一傳送電路，耦接於該第一預失真處理電路與該第二預失真處理電路，用來處理該第一預失真輸入訊號與該第二預失真輸入訊號以產生一輸出訊號；以及一預失真參數產生電路，耦接於該第一預失真處理電路、第二預失真處理電路以及該傳送電路，用以根據該第一輸入訊號、第二輸入訊號以及該輸出訊號來產生該多個第一預失真參數與該多個第二預失真參數；其中該預失真參數產生電路包含有：一第一數位濾波器，用來對該輸出訊號進行濾波操作以產生一第一濾波後訊號，其中該第一數位濾波器所允許通過的頻帶包含了該第一輸入訊號的內容；一第二數位濾波器，用來對該輸出訊號進行濾波操作以產生一第二濾波後訊號，其中該第二數位濾波器所允許通過的頻帶包含了該第二輸入訊號的內容；一第一類比數位轉換器，耦接於該第一數位濾波器，用來對該第一濾波後訊號進行類比數位轉換操作；一第二類比數位轉換器，耦接於該第二數位濾波器，用來對該第二濾波後訊號進行類比數位轉換操作；一第一參數訓練單元，耦接於該第一類比數位轉換器與該第二類比數位轉換器，用以根據該第一輸入訊號、第二輸入訊號以及該第一類比數位轉換器與該第二類比數位轉換器的輸出來產生該多個第一預失真參數；以及 一第二參數訓練單元，耦接於該第一類比數位轉換器與該第二類比數位轉換器，用以根據該第一輸入訊號、第二輸入訊號以及該第一類比數位轉換器與該第二類比數位轉換器的輸出來產生該多個第二預失真參數。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之傳送器，其中該第一預失真處理電路與該第一參數訓練單元包含同一套電路。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之傳送器，其中該第一預失真處理電路包含一數位零相移濾波器，且第一參數訓練單元包含該數位零相移濾波器。
  6. 一種用來降低輸入訊號失真的方法，包含有：接收一第一輸入訊號，並使用包含一數位零相移濾波器(digital zero-phase filter)的電路以及多個第一預失真參數來對該第一輸入訊號進行一預失真調整操作，以產生一第一預失真輸入訊號；接收一第二輸入訊號，並使用多個第二預失真參數來對該第二輸入訊號進行一預失真調整操作，以產生一第二預失真輸入訊號；處理該第一預失真輸入訊號與該第二預失真輸入訊號以產生一輸出訊號，以及根據該第一輸入訊號、第二輸入訊號以及該輸出訊號來產生該多個第一預失真參數與該多個第二預失真參數。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之方法，其中處理該第一預失真輸入訊號與該第二預失真輸入訊號以產生該輸出訊號的步驟包含有一類比濾波操作，且該數位零相移濾波器所允許通過的頻帶不大於該類比濾波操作所允許通過的頻帶。
  8. 一種用來降低輸入訊號失真的方法，包含有：接收一第一輸入訊號，並使用多個第一預失真參數來對該第一輸入訊號進行一預失真調整操作，以產生一第一預失真輸入訊號；接收一第二輸入訊號，並使用多個第二預失真參數來對該第二輸入訊號進行一預失真調整操作，以產生一第二預失真輸入訊號；處理該第一預失真輸入訊號與該第二預失真輸入訊號以產生一輸出訊號；以及根據該第一輸入訊號、第二輸入訊號以及該輸出訊號來產生該多個第一預失真參數與該多個第二預失真參數；其中產生該多個第一預失真參數與該多個第二預失真參數的步驟包含有：對該輸出訊號進行濾波操作以產生一第一濾波後訊號，其中該第一濾波後訊號包含了該第一輸入訊號的內容；對該輸出訊號進行濾波操作以產生一第二濾波後訊號，其中該第二濾波後訊號包含了該第二輸入訊號的內容；對該第一濾波後訊號進行類比數位轉換操作以產生一數位第一濾波後訊號；對該第二濾波後訊號進行類比數位轉換操作以產生一數位第二濾波後訊號；根據該第一輸入訊號、第二輸入訊號、該數位第一濾波後訊號以及該數位第二濾波後訊號來產生該多個第一預失真參數；以及根據該第一輸入訊號、第二輸入訊號、該數位第一濾波後訊號以及該數位第二濾波後訊號來產生該多個第二預失真參數。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之方法，其中產生該第一預失真輸入訊號的 步驟與產生該多個第一預失真參數的步驟所使用的電路係包含同一套電路。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之方法，其中產生該第一預失真輸入訊號的步驟係以包含一數位零相移濾波器的電路來進行，且產生該多個第一預失真參數的步驟係以包含該數位零相移濾波器的電路來進行。
TW104108138A 2015-03-13 2015-03-13 傳送器以及用來降低輸入訊號失真的方法 TWI554060B (zh)

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