DE112006001355T5 - Einrichtung und Verfahren zur Vorverzerrung eines Basisbandsignals - Google Patents

Einrichtung und Verfahren zur Vorverzerrung eines Basisbandsignals Download PDF

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Abstract

Einrichtung zur Vorverzerrung eines digitalen Basisbandsignals, die eine Einheit zur Berechnung adaptiver Parameter und einen Vorverzerrer enthält,
die Einheit zur Berechnung adaptiver Parameter dazu ausgebildet ist, nichtlineare Filterparameter entsprechend Abtastwerten eines empfangenen digitalen Basisbandsignals und Abtastwerten eines Rückkopplungs-Signals eines Hochfrequenz-Kanals zu berechnen, und ein Berechnungs-Ergebnis an den Vorverzerrer auszugeben; und
der Vorverzerrer dazu ausgebildet ist, die nichtlinearen Filterparameter zu speichern und zu aktualisieren, Leistungs-Statistiken des eingegebenen digitalen Basisbandsignals durchzuführen, nichtlineare Filterparameter entsprechend einem Ergebnis der Leistungs-Statistik auszuwählen, das digitale Basisbandsignal vorzuverzerren und das vorverzerrte digitale Basisbandsignal auszugeben.

Description

  • Gebiet der vorliegenden Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Signalverarbeitungssysteme im Bereich der modernen Kommunikation und insbesondere auf eine Einrichtung und ein Verfahren zur Vorverzerrung eines digitalen Basisbandsignals.
  • Hintergrund der vorliegenden Erfindung
  • Das Global System for Mobile Communications (GSM), bekannt als digitales zellulares Mobilkommunikationssystem der zweiten Generation (2G) ist weltweit allgemein eingesetzt worden. Da Frequenz-Ressourcen knapp sind und der Bedarf an neuen Diensten steigt, geht der Trend unweigerlich zur Entwicklung des Mobilkommunikationssystems der dritten Generation (3G) und zum Mobilkommunikationssystem jenseits der dritten Generation (B3G). Im existierenden 3G-System und B3G-System wird allgemein ein digitales Modulationssystem mit nicht konstanter Hüllkurve benutzt, um eine ausreichende Signal-Bandbreite zu erhalten. Die Verwendung dieser Modulations-Technologie erleichtert nicht nur die Erfassung eines Signals mit hoher Rate, sondern bringt eine strengere Anforderung an die Linearität eines Basisstations-Senders einschließlich eines Leistungsverstärkers mit sich.
  • Nach dem Stand der Technik ist eine Lösung für die Linearität eines Leistungsverstärkers im 3G-System oder ähnlichem ein Steuerverfahren ohne Rückkopplung. Dieses Verfahren kann jedoch nachteilig sein, da die Verwendung der Analog-Technologien zu einer hohen Komplexität in der Implementation dieses Verfahrens und zu einer schlechten Konsistenz der Herstellungsprozeduren führt, und eine präzise Einstellung verschiedener Parameter eines Steuerungs-Netzwerks einen professionellen Techniker erfordert. Darüber hinaus wird eine große Zahl zusätzlicher analoger Hochfrequenz-Bauteile in der Implementation des Verfahrens benötigt, so dass der Wirkungsgrad des Leistungsverstärkers nicht effektiv verbessert werden kann.
  • Nach dem Stand der Technik ist eine andere Lösung für die Linearität eines Leistungsverstärkers im 3G-System oder ähnlichem ein Verfahren zur Vorverzerrung eines digitalen Basisbandsignals. Das Wesentliche an diesem Verfahren ist es, ein Signal, das vom Leistungsverstärker ausgegeben wird, auf eine bestimmte Weise in den digitalen Bereich zurück zu koppeln, dann die lineare Charakteristik eines Hochfrequenz-Kanals, der den Hochfrequenzverstärker enthält, durch Verwendung eines adaptiven Algorithmus zu berechnen, und schließlich das digitale Basisbandsignal durch einen Vorverzerrer vorzuverarbeiten, bevor das Signal aus dem digitalen Bereich in den analogen Bereich gewandelt wird. Das vorverarbeitete Signal, das den Leistungsverstärker durchlaufen hat, zeigt annähernd keine Verzerrung im Vergleich zum digitalen Basisbandsignal. Als Folge davon wird ein lineares Ausgangssignal des Leistungsverstärkers erzielt.
  • Dieses Vorverzerrungs-Verfahren kann dahingehend nachteilig sein, dass die nichtlineare Funktion des Vorverzerrers nicht entsprechend unterschiedlicher Anwendungen gewählt werden kann. Mit anderen Worten muss dieses Verfahren entsprechend spezieller Anwendungen entwickelt werden und kann somit nicht universell angewendet werden. Als Folge davon kann es sein, dass der Sender einer Basisstation insgesamt einen relativ kleinen Wirkungsgrad hat.
  • Zusammenfassung der vorliegenden Erfindung
  • Angesichts des oben gesagten dient die vorliegende Erfindung zur Bereitstellung einer Einrichtung und eines Verfahrens zur Vorverzerrung eines digitalen Basisbandsignals in dem verschiedene nichtlineare inverse Modelle entsprechend verschiedener Eingangssignals und der Charakteristik des Leistungsverstärkers gewählt werden können, so dass der Gesamt-Wirkungsgrad eines Basisstations-Senders verbessert werden kann.
  • Die vorliegende Erfindung liefert die folgenden technischen Lösungen:
    Eine Einrichtung zur Vorverzerrung eines digitalen Basisbandsignals, die eine Einheit zur Berechnung adaptiver Parameter und einen Vorverzerrer enthalten kann.
  • Die Einheit zur Berechnung adaptiver Parameter ist angepasst, nichtlineare Filterparameter entsprechend Abtastwerten eines digitalen Basisbandsignals und Abtastwerten eines Rückkopplungs-Signals eines Hochfrequenz-Kanals zu berechnen, und ein Berechnungs-Ergebnis an den Vorverzerrer auszugeben; und
    wobei der Vorverzerrer angepasst ist, die nichtlinearen Filterparameter zu speichern und zu aktualisieren, Leistungs-Statistiken des digitalen Basisbandsignals durchzuführen, nichtlineare Filterparameter entsprechend einem Ergebnis der Leistungs-Statistik auszuwählen, das digitale Basisbandsignal vorzuverzerren und das vorverzerrte digitale Basisbandsignal auszugeben.
  • Optional ist die nichtlineare Charakteristik des Vorverzerrers reziprok zur nichtlinearen Charakteristik des Hochfrequenz-Kanals.
  • Optional kann der Vorverzerrer folgendes enthalten:
    eine nichtlineare Filtereinheit, die mehrstufige Filter mit begrenztem Impulsansprechverhalten und variablen Koeffizienten enthält, und angepasst ist, den Datenstrom eines Eingangssignals zu verzögern, die Berechnung mit mehrstufigen Eingangssignalen, die erhalten werden, indem das Eingangssignal verzögert wird, und mit nichtlinearen Filterparametern durchzuführen, und ein Ausgangssignal zu bilden und auszugeben.
  • Optional kann das nichtlineare Filter ein Verzögerungs-Modul, ein Multiplexer-Modul und einen Akkumulator enthalten, wobei:
    das Verzögerungs-Modul angepasst ist, Datenströme von I,Q-Komponenten des Eingangssignals zu verzögern und die mehrstufigen Eingangssignale an einen entsprechenden Multiplexer zu senden;
    das Multiplexer-Modul angepasst ist, eine komplexe Multiplikation des Eingangssignals entsprechend der empfangenen und verzögerten I,Q-Komponenten des Eingangssignals und der entsprechenden nichtlinearen Filterparameter durchzuführen und das multiplizierte Signal an den Akkumulator auszugeben; und
    der Akkumulator angepasst ist, das vom Multiplexer ausgegebene Signal aufzusummieren und das aufsummierte Signal auszugeben.
  • Optional wird im Multiplexer ein Zusammenhang zwischen dem Eingangssignal und dem Ausgangsignal wie folgt ausgedrückt: Oi = Ii × Tii + Qi × Tiq Oq = Ii × Tqi + Qi × Tqq wobei Ii, bzw. Qi die I,Q-Komponenten des Eingangssignals bezeichnen, Tii, Tiq, Tqi, bzw. Tqq vier entsprechende ausgewählte nichtlineare Filterparameter bezeichnen, Oi, bzw. Qq die I,Q-Komponenten des Ausgangssignals bezeichnen.
  • Optional wird im Multiplexer ein Zusammenhang zwischen dem Eingangssignal und dem Ausgangsignal wie folgt ausgedrückt: Oi = Ii × Ti – Qi × Tq Oq = Ii × Tq + Qi × Ti wobei Ii, bzw. Qq die I,Q-Komponenten des Eingangssignals bezeichnen, Ti, bzw. Tq zwei entsprechende nichtlineare Filterparameter bezeichnen, und Oi, bzw. Oq die I,Q-Komponenten des Ausgangssignals bezeichnen.
  • Optional kann der Vorverzerrer ein Modul zur Erfassung der Augenblicksleistung des Signals, ein Modul zur Erfassung eines Kurzzeit-Mittelwertes der Leistung des Signals und ein Nachschlage-Tabellen-Modul enthalten,
    wobei das Modul zur Erfassung der Augenblicksleistung des Signals angepasst ist, die Augenblicksleistung eines Eingangssignals zu berechnen und ein Berechnungs-Ergebnis an das Nachschlage-Tabellen-Modul zu senden;
    wobei das Modul zur Erfassung eines Kurzzeit-Mittelwertes des Signals angepasst ist, den Kurzzeit-Mittelwert der Leistung eines Eingangssignals zu berechnen und ein Berechnungs-Ergebnis an das Nachschlage-Tabellen-Modul zu senden; und
    die Nachschlage-Tabelle angepasst ist, die von der Einheit zur Berechnung adaptiver Parameter berechneten nichtlinearen Filterparameter zu speichern und zu aktualisieren, nichtlineare Filterparameter entsprechend der vom Modul zur Erfassung der Augenblicksleistung des Signals und vom Modul zur Erfassung des Kurzzeit-Mittelwertes der Leistung des Signals empfangenen Berechnungs-Ergebnisse und einer Reihenfolge-Nummer von Abzweigen der nichtlinearen Filtereinheit auszuwählen und die ausgewählten nichtlinearen Filterparameter an die nichtlineare Filtereinheit auszugeben.
  • Optional kann das Nachschlage-Tabellen-Modul folgendes enthalten:
    einen Pufferspeicher zur Umschaltung der nichtlinearen Filterparameter, der zur dynamischen Aktualisierung der nichtlinearen Filterparameter angepasst ist.
  • Optional kann der Vorverzerrer folgendes enthalten:
    eine Leistungs-Voranpassungs- und Verzögerungs-Einheit, die angepasst ist, die Leistung des eingegebenen digitalen Basisbandsignals einzustellen, den Datenstrom des eingestellten Signals zu verzögern und den verzögerten Datenstrom an die nichtlineare Filter-Einheit zu senden;
    ein Signal-Abtastungs- und Puffer-Modul, das angepasst ist, das eingegebene digitale Basisbandsignal und das Rückkopplungs-Signal eines Ausgangssignals des Hochfrequenz-Kanals abzutasten, und die abgetasteten Signale zwischenzuspeichern und an die Einheit zur Berechnung adaptiver Parameter zu senden;
    eine Leistungs-Nacheinstellungs-Einheit, die angepasst ist, die Leistung eines Ausgangssignals des Vorverzerrers einzustellen und das eingestellte Ausgangssignal an ein Signal-Anpassungs-Modul zu senden; und
    ein Signal-Anpassungs-Modul, das angepasst ist, die Phase eines Signals anzupassen, das von der Leistungs-Nacheinstellungs-Einheit ausgegeben wird, und das angepasste Ausgangssignal auszugeben.
  • Optional kann das Signal-Anpassungs-Modul folgendes enthalten:
    eine Ruhe-Gleichstrom-Korrektur-Einheit, die angepasst ist, den Ruhe-Gleichstrom eines digitalen Signals einzustellen und das korrigierte Signal zu senden; oder
    ein Quadraturmodulations-Kompensations-Netzwerk, das angepasst ist, die IQ-Verstärkung, das Phasen-Ungleichgewicht und den Ruhe-Gleichstrom eines Digitalsignals zu korrigieren und das korrigierte Signal auszugeben; oder
    einen digitalen Modulator, der angepasst ist, digitale IQ-Signale auf eine digitale Zwischenfrequenz zu modulieren, und die modulierten Signale auszugeben.
  • Optional kann der Vorverzerrer ferner folgendes enthalten:
    eine Einheit zum Schutz vor zu großen Leistungen, die angepasst ist, eine mittlere Leistung eines Ausgangssignals zu erkennen und die Amplitude eines Ausgangssignals mit einer mittleren Leistung, die größer als ein Schwellwert ist, zu begrenzen; und
    eine Einheit zum Schutz vor Leistungs-Überschreitungen, die angepasst ist, eine Augenblicksleistung eines Ausgangssignals zu messen, das Ausgangssignal des Vorverzerrers auszuschalten, wenn ein Teil der Augenblicksleistung des Ausgangssignals, der größer als der Schwellwert ist, größer als ein vordefinierter Teil ist, und das Ausgangssignal des Vorverzerrers wieder herzustellen, nachdem die Augenblicksleistung des Ausgangssignals wieder normal wird.
  • Optional kann der Vorverzerrer ferner folgendes enthalten:
    ein Synchronisationssignal-Modul, das angepasst ist, den Vorverzerrer mit einem Synchronisationssignal des Basisbandsignals zu versorgen, wenn eine Anomalie im Basisbandsignal auftritt, die Auswahl nichtlinearer Filterparameter im Nachschlage-Tabellen-Modul durch Verwendung des Synchronisationssignals zu kontrollieren und den Vorverzerrer zu steuern, mit der Abtastung des Basisbandsignals und des Rückkopplungs-Signals aufzuhören, wenn im Basisbandsignal eine Anomalie auftritt.
  • Optional nimmt das vom Synchronisationssignal-Modul bereitgestellte Synchronisationssignal einen Low-Pegel-Zustand ein, bevor eine Leistungs-Anomalie des Basisbandsignals auftritt, und nimmt einen High-Pegel-Zustand ein, nachdem das Basisbandsignal sich von der Leistungs-Anomalie erholt hat.
  • Optional kann die Einheit zur Berechnung adaptiver Parameter folgendes enthalten:
    ein Demodulations-Modul, das angepasst ist, ein rückgekoppeltes digitales Zwischenfrequenz-Signal zu demodulieren, um Rückkopplungs-IQ-Signale zu erhalten;
    ein Verzögerungs- und Angleichungs-Modul, das angepasst ist, empfangene Basisband-IQ-Signale und die Rückkopplungs-IQ-Signale zu verzögern und einander anzugleichen;
    ein Frequenzverschiebungs-/Phasenverschiebungs-Korrektur-Modul, das angepasst ist, die Frequenzverschiebung und Phasenverschiebung zwischen den verzögerten und angepassten Basisband-IQ-Signalen und den Rückkopplungs-IQ-Signalen zu korrigieren:
    ein Modul zur Auswahl des optimalen Signals, das angepasst ist, optimale Daten aus den korrigierten Basisband-IQ-Signalen und den Rückkopplungs-IQ-Signalen auszuwählen; und
    ein Auflösungs-Modul für nichtlineare Parameter, das angepasst ist, nichtlineare Filterparameter entsprechend der optimalen Daten durch Verwendung eines bestimmten Algorithmus zu berechnen.
  • Optional kann die Einrichtung weiterhin folgendes enthalten:
    ein Signal-Umwandlungs- und Modulations-Modul, das angepasst ist, ein vorverzerrtes digitales Signal in ein analoges Signal umzuwandeln, das analoge Signal auf eine Hochfrequenz zu modulieren und umzuwandeln;
    einen Hochfrequenz-Kanal, der einen Leistungsverstärker enthält, der angepasst ist, die Leistung des analogen Basisbandsignals, das in die Hochfrequenz umgewandelt wurde, zu verstärken und das verstärkte Signal auszugeben; und
    ein Signal-Rückkopplungs- und Abtastungs-Modul, das angepasst ist, das vom Hochfrequenz-Kanal ausgegebene Signal zurück zu koppeln und abzutasten und das abgetastete Signal an den Vorverzerrer zu senden.
  • Eine andere Ausführung der vorliegenden Erfindung liefert ein Verfahren zur Berechnung von nichtlinearen Filterparametern, das folgendes umfassen kann:
    Demodulieren eines digitalen Rückkopplungs-Signals;
    Verzögern und Anpassen des demodulierten digitalen Rückkopplungs-Signals und eines digitalen Basisbandsignals;
    Korrigieren der Frequenzverschiebung und der Phasenverschiebung des verzögerten und angepassten digitalen Rückkopplungs-Signals und des digitalen Basisbandsignals;
    Auswahl optimaler Daten aus dem digitalen Basisbandsignal und dem digitalen Rückkopplungs-Signal, das durch die Korrektur der Frequenzverschiebung und der Phasenverschiebung erhalten wurde; und
    Berechnen nichtlinearer Filterparameter gemäß der gewählten optimalen Daten.
  • Optional kann vor der Korrektur der Frequenzverschiebung und der Phasenverschiebung des verzögerten und angepassten digitalen Rückkopplungs-Signals und des digitalen Basisbandsignals das Verfahren weiterhin folgendes umfassen:
    Erhalten der Frequenzverschiebung und der Phasenverschiebung zwischen dem digitalen Basisbandsignal und dem digitalen Rückkopplungs-Signal durch Verwendung eines Algorithmus der kleinsten Quadrate.
  • Optional kann das Auswählen der optimalen Daten aus dem digitalen Basisbandsignal und dem digitalen Rückkopplungs-Signal, das durch Korrektur der Frequenzverschiebung und der Phasenverschiebung erhalten wurde, folgendes umfassen:
    Auswählen der optimalen Daten aus dem digitalen Basisbandsignal und dem digitalen Rückkopplungs-Signal durch Verwenden eines Verfahrens zur Auswahl des Spitzen-Abtastwertes und/oder eines Verfahren zur Auswahl eines zufälligen Abtastwertes, wobei
    das Verfahren zur Auswahl des Spitzen-Abtastwertes ausreichende Abtastwerte auswählt, die eines aus maximaler Signal-Augenblicks-Amplitude oder maximalem Signal-Absolutwert oder maximaler Signal-Amplituden-Varianz haben; und
    das Verfahren zur Auswahl eines zufälligen Abtastwertes ausreichende Abtastwerte auswählt, die eine Verteilungs-Charakteristik haben, die der Amplituden-Verteilungs-Charakteristik eines auszuwählenden Signals identisch ist.
  • Eine andere Ausführung der vorliegenden Erfindung liefert ein Verfahren zur Vorverzerrung eines digitalen Basisbandsignals, das folgendes umfassen kann:
    Berechnen von nichtlinearen Filterparametern entsprechend Abtastwerten eines eingegebenen digitalen Basisbandsignals und Abtastwerten eines Rückkopplungs-Signals des Hochfrequenz-Kanals; und
    Durchführen einer Leistungs-Statistik des eingegebenen digitalen Basisbandsignals, Auswählen nichtlinearer Filterparameter entsprechend einem Ergebnis der Leistungs-Statistik, Vorverzerren des eingegebenen digitalen Basisbandsignals und Ausgeben des vorverzerrten digitalen Basisbandsignals.
  • Optional kann das Vorverzerren folgendes umfassen:
    Verzögern des Datenstroms des eingegebenen digitalen Basisbandsignals, Ausführen der Berechnung für mehrstufige Eingangssignale, die durch Verzögern und die ausgewählten nichtlinearen Filterparameter erhalten wurden, und Bilden und Ausgeben eines Ausgangssignals.
  • Optional kann das Vorverzerren folgendes umfassen:
    Verzögern von Datenströmen aus I,Q-Komponenten des eingegebenen digitalen Basisbandsignals; und
    komplexes Multiplizieren des eingegebenen digitalen Basisbandsignals entsprechend der verzögerten IQ-Komponenten des eingegebenen digitalen Basisbandsignals und der ausgewählten nichtlinearen Filterparameter, Aufsummieren der aus der komplexen Multiplikation erhaltenen Signale und Ausgeben des aufsummierten Signals.
  • Optional wird beim komplexen Multiplizieren ein Zusammenhang zwischen dem eingegebenen digitalen Basisbandsignal und dem Ausgangsignal wie folgt ausgedrückt: Oi = Ii × Tii + Qi × Tiq Oq = Ii × Tqi + Qi × Tqq wobei Ii, bzw. Qi die I,Q-Komponenten des eingegebenen digitalen Basisbandsignals bezeichnen, Tii, Tiq, Tqi, bzw. Tqq vier ausgewählte nichtlineare Filterparameter bezeichnen, Oi, bzw. Qq die I,Q-Komponenten des Ausgangssignals bezeichnen.
  • Optional wird beim komplexen Multiplizieren ein Zusammenhang zwischen dem Eingangssignal und dem Ausgangsignal wie folgt ausgedrückt: Oi = Ii × Ti – Qi × Tq Oq = Ii × Tq + Qi × Ti wobei Ii, bzw. Qq die I,Q-Komponenten des eingegebenen digitalen Basisbandsignals bezeichnen, Ti, bzw. Tq zwei ausgewählte nichtlineare Filterparameter bezeichnen, und Oi, bzw. Oq die I,Q-Komponenten des Ausgangssignals bezeichnen.
  • Optional kann die Leistungs-Statistik folgendes umfassen: Berechnen der Augenblicksleistung des eingegebenen digitalen Basisbandsignals; und Berechnen des Kurzzeit-Mittelwertes der Leistung des eingegebenen digitalen Basisbandsignals.
  • Optional kann die Auswahl nichtlinear Filterparameter folgendes umfassen: Auswählen nichtlinearer Filterparameter entsprechend der vom Modul zur Erfassung der Augenblicksleistung des Signals und vom Modul zur Erfassung eines Kurzzeit-Mittelwertes der Leistung des Signals empfangenen Berechnungs-Ergebnisse, sowie einer Reihenfolge-Nummer von Abzweigen einer nichtlinearen Filtereinheit.
  • Optional kann das Verfahren weiterhin folgendes umfassen: Redundantes und dynamisches Aktualisieren der nichtlinearen Filterparameter.
  • Optional wird in dem Verfahren ein Vorverzerrer mit einem Synchronisationssignal des digitalen Basisbandsignals versorgt, wenn eine Anomalie im digitalen Basisbandsignal auftritt, die Auswahl nichtlinearer Filterparameter wird durch Verwendung des Synchronisationssignals gesteuert und der Vorverzerrer wird so gesteuert, dass er mit der Abtastung des digitalen Basisbandsignals und des Rückkopplungs-Signals aufhört, wenn im digitalen Basisbandsignal eine Anomalie auftritt.
  • Optional kann die Berechnung von nichtlinearen Filterparametern folgendes umfassen:
    Demodulieren eines rückgekoppelten digitalen Zwischenfrequenz-Signals, um Rückkopplungs-IQ-Signale zu erhalten; Verzögern und Angleichen von Basisband-IQ-Signalen und der Rückkopplungs-IQ-Signale; Korrigieren der Frequenzverschiebung und der Phasenverschiebung zwischen den verzögerten und angeglichenen Basisband-IQ-Signalen und den Rückkopplungs-IQ-Signalen; Auswahl optimaler Daten aus den korrigierten Basisband-IQ-Signalen und den Rückkopplungs-IQ-Signalen; und Berechnen der nichtlinearen Filterparameter entsprechend der ausgewählten optimalen Daten.
  • Wie man aus dem oben gesagten sehen kann, liefern die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung eine Einrichtung zur Vorverzerrung eines Basisbandsignals mit den folgenden Vorteilen:
    • 1. In den Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können verschiedene nichtlineare inverse Modelle abhängig von verschiedenen Eingangssignalen und Leistungsverstärker-Charakteristiken gewählt werden, so dass die Einrichtung auf alle drahtlosen Kommunikationssysteme angewendet werden kann, in denen Kommunikations-Technologien mit Frequenz-Spreizung oder Technologien des orthogonalen Frequenzmultiplex (Orthogonal Frequency Division Multiplexing, OFDM), eingesetzt werden, wie z. B. 2G, 3G, B3G und ähnliche.
    • 2. Mit dem Verfahren gemäß Ausführungen der vorliegenden Erfindung kann die Qualität eines gesendeten Signals verbessert werden, kann die Effizienz eines Leistungsverstärkers verbessert werden, und können die Kosten und die Abmessungen einer Basisstation können verringert werden.
    • 3. Der Vorverzerrer gemäß Ausführungen der vorliegenden Erfindung kann mit einem anwendungsspezifischen integrierten Schaltkreis (ASIC) oder einem Field Programmable Gate Array (FPGA) implementiert werden, ohne dass eine riesige Anzahl von Multiplexern erforderlich ist. Ferner ist es nicht erforderlich, die akkumulierte Summe eines Signals und seiner Frequenzkomponenten höherer Ordnung im Vorverzerrer zu berechnen. Daher kann es vermieden werden, Daten mit einem großen Dynamikbereich zu verarbeiten. Als Folge davon können die Systemkosten weiter verringert werden.
  • Ferner wird in den Ausführungen der vorliegenden Erfindung eine einheitliche Nachschlage-Tabelle benutzt, wodurch sich die Effizienz erhöht. Weiterhin wird in den Ausführungen der vorliegenden Erfindung ein Synchronisations-Mechanismus für das Basisbandsignal eingesetzt. Als Folge davon kann verhindert werden, dass das Ausgangssignal verzerrt wird, wenn die Leistung des Basisbandsignals den normalen Bereich verlässt.
  • Kurze Beschreibungen der Zeichnungen
  • 1 ist ein Strukturdiagramm einer Einrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
  • 2 ist ein Strukturdiagramm eines Vorverzerrers in der in 1 gezeigten Einrichtung;
  • 3 ist ein Strukturdiagramm einer nichtlinearen Filtereinheit in dem in 2 gezeigten Vorverzerrer;
  • 4 ist eine schematische Darstellung einer Nachschlage-Tabellen-Umschalt-Strategie in dem in 2 gezeigten Vorverzerrer;
  • 5 zeigt einen Timing-Zusammenhang zwischen einem Leistungs-Anomalie-Signal und einem Synchronisations-Signal eines Basisstations-Senders gemäß einer Ausführung der vorliegenden Erfindung;
  • 6 zeigt ein Flussdiagramm der Berechnung eines nichtlinearen Filterparameters in einer Einheit zur Berechnung adaptiver Parameter in der in 2 gezeigten Einrichtung;
  • 7 zeigt eine Auswahl-Prozedur zur Auswahl eines Spitzen-Abtastwertes gemäß einer Ausführung der vorliegenden Erfindung;
  • 8 ist ein Strukturdiagramm eines vereinfachten Vorverzerrers gemäß einer Ausführung der vorliegenden Erfindung;
  • 9 ist ein Strukturdiagramm eines QMC-Netzwerks in dem in 8 gezeigten Vorverzerrer;
  • 10 ist ein Strukturdiagramm einer nichtlinearen Filtereinheit in dem in 8 gezeigten Vorverzerrer;
  • 11 ist ein Strukturdiagramm eines verbesserten Vorverzerrers gemäß einer Ausführung der vorliegenden Erfindung; und
  • 12 ist ein Strukturdiagramm eines digitalen Modulators in dem in 11 gezeigten Vorverzerrer.
  • Detaillierte Beschreibung der Ausführungsformen
  • Die vorliegende Erfindung liefert eine Einrichtung zur Vorverzerrung eines digitalen Basisbandsignals. Das Wesentliche an der vorliegenden Erfindung ist es, dass Filter-Koeffizienten in einem Vorverzerrer den Änderungen der Charakteristik eines Leistungsverstärkers folgen können. Dies kann durch Verwendung einer Nachschlage-Tabelle implementiert werden. Folglich kann eine gute Hochfrequenz-Charakteristik eines Ausgangssignals erzielt werden.
  • Die Einrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung wird detailliert mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben. 1 zeigt eine Einrichtung zur Vorverzerrung eines digitalen Basisbandsignals gemäß der vorliegenden Erfindung, in der das digitale Basisbandsignal wie folgt verarbeitet wird:
    Mehrträger-I,Q-Signale, die von einem Basisband-Modem 110 gesendet werden, werden von einem Vorverzerrer 120 vorverzerrt, und die verzerrten Mehrträger-I,Q-Signale werden jeweils an einen ersten Digital-/Analog-Wandler (DAC) 131 und einen zweiten Digital-/Analog-Wandler (DAC) 132 gesendet. Der erste und der zweite DAC 131 und 132 wandelt die I,Q-Signale jeweils in analoge I,Q-Signale mit Zwischenfrequenz Null um, und dann führt ein IQ-Modulator 140 eine analoge Quadraturmodulation (AQM) der analogen I,Q-Signale mit Zwischenfrequenz Null durch, so dass die Signale in den Hochfrequenzbereich umgesetzt werden. Dann wird durch einen Hochfrequenz-Kanal eine Verstärkung, Dämpfung und Impedanzanpassung der Signale durchgeführt, und dann werden sie an einen Leistungsverstärker 150 zur Leistungsverstärkung gesendet.
  • Ein Teil des vom Leistungsverstärker ausgegebenen Signals wird über einen Duplexer von einer Antenne 200 gesendet, und der restliche Teil des Signals wird von einem Koppler 160 auf einen Detektions-Kanal zurückgekoppelt, von einem Abwärts-Wandler 170 in eine analoge Zwischenfrequenz umgesetzt und von einem sehr schnellen Analog-/Digital-Wandler (ADC) 180 abgetastet. Der sehr schnelle Analog-/Digital-Wandler (ADC) 180 gibt ein digitales Zwischen-Rückkopplungs-Signal aus, das an den Vorverzerrer 120 gesendet wird.
  • Das digitale Zwischenfrequenz-Rückkopplungs-Signal und die Mehrträger-I,Q-Signale, die in das Vorverzerrungs-System eingegeben werden, werden im Vorverzerrer 120 abgetastet und zwischengespeichert, und die zwischengespeicherten Signale werden über eine Schnittstelle zwischen dem Vorverzerrer 120 und der Einheit zur Berechnung adaptiver Parameter 190 an eine Einheit zur Berechnung adaptiver Parameter 190 gesendet.
  • Die Einheit zur Berechnung adaptiver Parameter 190 berechnet die Filterparameter auf der Grundlage der empfangenen Signale unter Verwendung eines adaptiven Korrektur-Algorithmus und sendet die berechneten Filterparameter an den Vorverzerrer 120. Die berechneten Filterparameter werden dann in einem Nachschlage-Tabellen-Modul (in 2 gezeigt) des Vorverzerrers 120 gespeichert. Der Vorverzerrer 120 wählt die geeigneten Filterparameter abhängig von den praktischen Anforderungen zur Vorverzerrung der Signale.
  • In einer Ausführung der vorliegenden Erfindung wird der Vorverzerrer 120 typischerweise mit einem Field Programmable Gate Array (FPGA) oder mit einem anwendungsspezifischen integrierten Schaltkreis (ASIC) zum Zweck der Echtzeit-Korrektur der Basisband-I,Q-Signale implementiert. Da sich die Charakteristiken des Leistungsverstärkers langsam ändern und die Aktualisierung von Filterparametern offline und nicht in Echtzeit ermöglicht werden kann, wird die Einheit zur Berechnung adaptiver Parameter 190 typischerweise unter Verwendung eines digitalen Signalprozessors (DSP) implementiert.
  • Das Herzstück der Einrichtung gemäß der Ausführung der vorliegenden Erfindung ist der Vorverzerrer 120. Die Haupt-Charakteristik des Vorverzerrers 120 liegt darin, dass seine Nichtlinearitäts-Charakteristik zu der des Hochfrequenz-Kanals, der den Leistungsverstärker enthält, reziprok ist.
  • Wenn der Realteil, der Imaginärteil und die Augenblicks-Amplitude eines komplexen Signals, das in den Vorverzerrer 120 eingegeben wird, mit Iin(•), Qin(•), bzw. Mgin(•) bezeichnet werden, können der Realteil und der Imaginärteil eines komplexen Signals, das vom Vorverzerrer 120 ausgegeben wird, Iout(•) und Qout(•), wie folgt ausgedrückt werden
    Figure 00190001
  • Hier bezeichnet f(•) eine nichtlineare Funktion zur Korrektur der Nichtlinearität des Hochfrequenz-Kanals, d. h. eine inverse Funktion der Nichtlinearitäts-Charakteristik des Hochfrequenz-Kanals. Diese Funktion kann auf der Grundlage der Charakteristik des Leistungsverstärkers, der vom System geforderten Charakteristik eines Hochfrequenz-Ausgangssignals und der vom System unterstützen Rechenleistung gewählt werden. In der oben stehenden Gleichung bezeichnet M eine Zeitkonstante eines Leistungsverstärker-Speichereffektes, der durch den Vorverzerrer korrigiert werden kann. Je größer M ist, umso präziser, aber komplizierter ist die Berechnung im Vorverzerrer. Die entsprechenden Parameter müssen angemessen gewählt werden, um den Kompromiss zwischen den Systemanforderungen und den Kosten darzustellen. Die inverse nichtlineare Funktion f(•) des Hochfrequenz-Kanals kann entwickelt werden, indem verschiedene Basisfunktionen verwendet werden, wie z. B. eine Potenzfunktion, eine Legendre-Funktion, usw.
  • Im Fall einer Potenz-Funktion kann diese nichtlineare Funktion wie folgt ausgedrückt werden
    Figure 00200001
  • Hierbei bezeichnet an einen Entwicklungs-Koeffizienten, und α bezeichnet die kleinste Ordnung der Potenzfunktion und kann als ganze Zahl oder Bruch gewählt werden. Je kleiner das α, je größer eine Ordnung N der Basisfunktion, je präziser das Vorverzerrungs-Modell, umso größer ist die Leistungsfähigkeit des Algorithmus, aber umso komplizierter ist die Berechnung. Somit müssen die entsprechenden Parameter angemessen ausgewählt werden, um den Kompromiss zwischen den Systemanforderungen und den Kosten darzustellen.
  • Im Fall einer Legendre-Funktion kann diese nichtlineare Funktion wie folgt ausgedrückt werden
    Figure 00200002
  • Hierbei bezeichnet Pn(x) eine Legendre-Funktion n-ter Ordnung, an einen Entwicklungs-Koeffizienten, und N ist die Anzahl von Elementen im ausmultiplizierten Polynom. Auf ähnliche Weise ist, je größer das N, je präziser das Vorverzerrungs-Modell, umso größer die Leistungsfähigkeit des Algorithmus, aber umso komplizierter ist die Berechnung.
  • Wie man aus dem oben gesagten sieht, kann jedes der vom Vorverzerrer ausgegebenen I,Q-Signale in der Ausführung der vorliegenden Erfindung als Summe von Ausgangssignalen von zwei Filtern mit begrenztem Impulsansprechverhalten (FIR), welche jeweils die eingegebenen I,Q-Signale filtern, angesehen werden. Im Unterschied zu herkömmlichen FIR-Filtern sind die Koeffizienten dieser Filter jedoch von der Amplitude eines Eingangssignals abhängig, und diese Abhängigkeit kann durch die Funktion f(•) ausgedrückt werden. Die Funktion f(•) kann entsprechend der Amplitude eines Eingangssignals in einer Nachschlage-Tabelle gesucht werden, zum Beispiel kann man für ein Mgin(n) ein entsprechendes f(Mgin(n)) finden.
  • Wie in 2 gezeigt, enthält der Vorverzerrer gemäß einer Ausführung der vorliegenden Erfindung die folgenden Module:
    • 1. Eine Leistungs-Voranpassung-Einheit 121: Diese Einheit ist ausgebildet, die Leistung eines Signals, das von einem Basisband-Modem 110 ausgegeben wird, anzupassen und das angepasste Signal an ein Zeitverzögerungs-Modul 122 zu senden. Die Leistungs-Voranpassungs-Einheit 121 ist so konstruiert, dass sie verhindert, dass das Eingangssignal nach dem Durchlaufen des Vorverzerrers 120 in der Sättigung ist, und kann durch einen einfachen Skalar-Multiplexer implementiert werden.
    • 2. Ein Zeitverzögerungs-Modul 122: Dieses Modul ist ausgebildet, den Datenstrom eines Signals zu verzögern, um sicherzustellen, dass die Koeffizienten einer FIR-Nachschlage- Tabelle, die für die FIR-Berechnung benutzt wird, mit den Abtastwerten übereinstimmen, die von einem Modul 125 zur Erfassung der Augenblicksleistung des Signals und einem Modul 126 zur Erfassung eines Kurzzeit-Mittelwertes der Leistung benutzt werden, um den Index der Nachschlage-Tabelle zu berechnen und das verzögerte Signal an eine nichtlineare Filter-Einheit 123 zu senden.
    • 3. Eine nichtlineare Filter-Einheit 123: Diese Einheit ist ein Herzstück im Vorverzerrer 120. Wie in 3 gezeigt, ist die nichtlineare Filter-Einheit 123 als FIR-Filter mit M Abzweigen und variablen Koeffizienten implementiert, enthält Verzögerungs-Module 1231, Multiplexer-Module 1232 und ein Akkumulator-Modul 1233.
  • Jedes der Verzögerungs-Module 1231 ist angepasst, die Datenströme von I,Q-Komponenten eines Eingangssignals zu verzögern und das verzögerte Eingangssignal an ein entsprechendes Multiplexer-Modul 1232 zu senden.
  • Jedes der Multiplexer-Module 1232 ist angepasst, eine komplexe Multiplikation der Eingangssignale jeweils entsprechend der empfangenen und verzögerten I,Q-Komponenten der Eingangssignale, sowie der entsprechenden vier nichtlinearen Filterparameter durchzuführen und die multiplizierten Signale an das Akkumulator-Modul 1233 auszugeben.
  • Jedes der Multiplexer-Module 1232 ist mit zwei I- und Q-Signal-Eingängen, vier Filterparameter-Eingängen, und mit zwei I- und Q-Signal-Ausgängen ausgestattet und kann die verschiedenen Verzögerungen der analogen I,Q-Signale, die aus der Übertragung resultieren, effektiv korrigieren. Unter der Annahme, dass die I,Q-Signale, die in eins der Multiplexer-Module eingegeben werden, mit Ii und Qi bezeichnet werden, und die vier Eingangs-Filterparameter mit Tii, Tiq, Tqi und Tqq bezeichnet werden, können die Ausgangs-I,Q-Signale Oi und Qq wie folgt ausgedrückt werden: Oi = Ii × Tii + Qi × Tiq Oq = Ii × Tqi + Qi × Tqq
  • Die vier Filterparameter Tii, Tiq, Tqi und Tqq entsprechen den vier Parametern a, b, c und d, die in der Gleichung enthalten sind, die den Zusammenhang zwischen einem komplexen Ausgangssignal und einem komplexen Eingangssignal des Vorverzerrers 120 angibt. Die Parameter T können entsprechend der Augenblicksleistung und einem Kurzzeit-Mittelwert der Leistung der Signale und einem Synchronisations-Signal bestimmt werden, und können durch Suchen in einem Nachschlage-Tabellen-Modul 124 im Vorverzerrer 120 gefunden werden.
  • Das Akkumulator-Modul 1233 ist dazu ausgebildet, die empfangenen Signale, die von den Multiplexer-Modulen 1232 ausgegeben werden, aufzusummieren und die aufsummierten Signale an eine Leistungs-Nacheinstellungs-Einheit 127 auszugeben.
    • 4. Ein Nachschlage-Tabellen-Modul 124: Dieses Modul ist angepasst, die nichtlinearen Filterparameter, die von der Einheit zur Berechnung adaptiver Parameter 190 berechnet wurden, zu speichern und zu aktualisieren, nichtlineare Filterparameter entsprechend der empfangenen Statistik-Ergebnisse der Augenblicksleistung und dem Kurzzeit-Mittelwert der Leistung eines Eingangssignals, sowie der Reihenfolge-Nummer der Abzweige der nichtlinearen Filtereinheit 123 auszuwählen und die ausgewählten nichtlinearen Filterparameter an die nichtlineare Filtereinheit 123 zu senden.
  • Im Nachschlage-Tabellen-Modul 124 sind verschiedene nichtlineare Filterparameter und verschiedene nichtlineare inverse Funktionen f(•) gespeichert. Die Nachschlage-Tabelle hat drei Dimensionen, die durch die Augenblicksleistung, den Kurzzeit-Mittelwert der Leistung eines Signals und die Reihenfolge-Nummer von Abzweigen bestimmt werden. Eine nichtlineare inverse Funktion f(•) definiert einen nichtlinearen Zusammenhang zwischen der Augenblicksleistung eines Signals und einem Ausgangssignal. Der Kurzzeit-Mittelwert der Leistung definiert einen Arbeitspunkt und eine Temperatur des Leistungsverstärkers, während verschiedene Kurzzeit-Mittelwerte der Leistung verschiedenen Charakteristiken des Leistungsverstärkers entsprechen. Folglich müssen verschiedene nichtlineare inverse Funktionen für verschiedene Kurzzeit-Mittelwerte der Leistung ausgewählt werden. Die Abzweige definieren die Korrektur-Charakteristik eines Speicher-Effektes des Hochfrequenz-Kanals. Verschiedene nichtlineare inverse Funktionen müssen entsprechend verschiedenen Abzweigen ausgewählt werden.
  • Die in der Nachschlage-Tabelle gespeicherten nichtlinearen Filterparameter müssen entsprechend dem Berechnungs-Ergebnis der Einheit zur Berechnung adaptiver Parameter 190 aktualisiert werden. Wenn die in der Nachschlage-Tabelle gespeicherten nichtlinearen Filterparameter aktualisiert werden, kann zu einem Zeitpunkt nur ein Satz von darin befindlichen Parametern aktualisiert werden. Dieser Satz von nichtlinearen Parametern kann bei der Aktualisierung in Benutzung sein, während die Leistung des vom Sender ausgegebenen Signals während einer Zeitspanne im Wesentlichen stabil bleiben muss. Daher kann, um während der Aktualisierung der Nachschlage-Tabelle eine gute Qualität des vom Sender ausgegebenen Signals sicherzustellen, ein redundantes dynamisches Umschalt-Verfahren zur Aktualisierung der Parameter in der Nachschlage-Tabelle gemäß einer Ausführung der vorliegenden Erfindung benutzt werden. Das Grundprinzip dieses Verfahrens wird im Folgenden beschrieben.
  • Wenn N Sätze von nichtlinearen Filterparametern benötigt werden, um eine stabile Qualität des vom System ausgegebenen Signals sicherzustellen, können N + 1 Sätze nichtlinearer Filterparameter im Vorverzerrer 120 bereitgestellt werden, die jeweils mit 0, 1, 2, ..., N indiziert werden, wobei die 0., 1., 2., ..., (N + 1)-ten Sätze nichtlinearer Filterparameter für die praktische Anwendung benutzt werden, und der N-te Satz als Umschalt-Puffer verwendet wird, der im Einsatz dynamisch zugeordnet wird. Wenn in einem Beispiel der mit M indizierte Satz nichtlinearer Filterparameter umgeschaltet werden muss, sind die Speicher-Zustände der Nachschlage-Tabelle vor und nach der Umschaltung in 4 gezeigt.
  • Vor dem Umschalten benutzt der Vorverzerrer 120 die Sätze nichtlinearer Filterparameter, die mit 0, 1, 2, ..., N – 1 indiziert werden, während der mit N indizierte Satz nichtlinearer Filterparameter für die Umschaltung benutzt wird. Wenn der mit M indizierte Satz nichtlinearer Filterparameter in dem Beispiel umgeschaltet werden muss, schreibt die Einheit zur Berechnung adaptiver Parameter 190 über eine vom Vorverzerrer 120 bereitgestellte Schnittstelle zuerst einen neuen Satz von Filterparametern in den Satz nichtlinearer Filterparameter, der zurzeit mit N indiziert wird. Zu diesem Zeitpunkt ist der ursprüngliche Satz nichtlinearer Filterparameter, der mit M indiziert wird, in Benutzung, so dass die Einheit zur Berechnung adaptiver Parameter 190 über eine Schnittstelle den Vorverzerrer 120 davon benachrichtigt, dass die Index-Nummer des Satzes nichtlinearer Filterparameter, der umgeschaltet werden muss, M ist. Dann ändert der Vorverzerrer die Index-Nummer des Satzes nichtlinearer Filterparameter, die ursprünglich mit M indiziert wurden, in M, und ändert die Index-Nummer des Satzes nichtlinearer Filterparameter die ursprünglich mit N indiziert wurden, in M. Der neue Satz nichtlinearer Filterparameter, der mit M indiziert wird, wird in der nachfolgenden Echtzeit-Verarbeitung benutzt.
  • Dieses redundante dynamische Umschalt-Verfahren kann effektiv verhindern, dass die in Benutzung befindlichen nichtlinearen Filterparameter dynamisch geändert werden, wodurch eine stabile Qualität des Ausgangssignals sichergestellt wird.
  • Weiterhin wird in der praktischen Implementation im Allgemeinen eine bestimmte Zeit benötigt, eine Statistik über den Kurzzeit-Mittelwert der Leistung eines Signals durchzuführen. Während dieser Zeit kann nur ein Satz nichtlinearer Parameter in Benutzung sein. Zu diesem Zeitpunkt kann die Adressierung anderer Sätze von Parametern gesperrt sein, so dass die Stromversorgung für diese inaktiven Signale reduziert werden kann, um einen geringeren Stromverbrauch zu erzielen.
    • 5. Ein Modul zur Erfassung des Augenblickswertes der Leistung eines Signals 125: Dieses Modul ist dazu ausgebildet, die Augenblicksleistung eines Signals zu erfassen, indem zuerst die quadrierte Summe von I,Q-Komponenten, und dann die Quadratwurzel der quadrierten Summe berechnet wird und das Berechnungs-Ergebnis an das Nachschlage-Tabellen-Modul 124 gesendet wird, um die Filterparameter auszuwählen.
    • 6. Ein Modul zur Erfassung des Kurzzeit-Mittelwertes der Leistung: Dieses Modul ist dazu ausgebildet den Kurzzeit-Mittelwert der Leistung eines Signals zu erfassen, indem der Mittelwert der Augenblicksleistungen von N benachbarten Punkten des Signals berechnet wird, und das Berechnungs-Ergebnis an das Nachschlage-Tabellen-Modul 124 zu senden, um Filterparameter auszuwählen.
    • 7. Eine Leistungs-Nachanpassung-Einheit 127: Diese Einheit ist dazu ausgebildet, die Leistung eines Signals anzupassen, das vom Vorverzerrer ausgegeben wird, und das angepasste Signal an eine Ruhe-Gleichstrom-Korrektur-Einheit 128 zu senden. Die Leistungs-Nachanpassungs-Einheit 127 wird bereitgestellt, um sicherzustellen, dass die Leistung eines vom Leistungsverstärker ausgegebenen Signals die Design-Anforderungen erfüllt. Die Leistungs-Nachanpassungs-Einheit 127 kann durch einen einfachen Multiplexer implementiert werden. Die Leistungs-Nachanpassungs-Einheit 127 kann die Funktion der Stabilisierung der Leistung des Senders ausführen, indem sie mit einem numerisch gesteuerten Hochfrequenz-Dämpfungsglied kooperiert.
    • 8. Eine Ruhe-Gleichstrom-Korrektur-Einheit 128: Diese Einheit ist dazu ausgebildet, den Ruhe-Gleichstrom eines ausgegebenen digitalen Signals anzupassen und das angepasste Signal an eine Einheit zum Schutz vor zu großen Leistungen 129 zu senden.
    • 9. Eine Einheit zum Schutz vor zu großen Leistungen 129: Diese Einheit ist dazu ausgebildet, die mittlere Leistung eines digitalen Ausgangssignals zu ermitteln und die Amplitude des Ausgangssignals zu begrenzen, wenn die mittlere Leistung größer als ein Schwellwert ist, um einen Berechnungs-Fehler des Verfahrens zu verhindern und somit den Leistungsverstärker zu schützen. Das Ausgangssignal der Einheit zum Schutz vor zu großen Leistungen 129 wird an eine Einheit zum Schutz vor Leistungs-Überschreitungen gesendet.
    • 10. Eine Einheit zum Schutz vor Leistungs-Überschreitungen 1201: Diese Einheit ist dazu ausgebildet, die Augenblicksleistung eines digitalen Ausgangssignals zu messen und das Auftreten von Leistungs-Überschreitungen festzustellen, wenn ein Teil der Augenblicksleistung, der größer als der Schwellwert ist, größer als ein vordefinierter Teil ist. Im Fall einer Leistungs-Überschreitung kann das System direkt bewirken, dass das Ausgangssignal des Vorverzerrers ausgeschaltet wird, so dass verhindert wird, dass der Leistungsverstärker zerstört wird. Nachdem die Leistungs-Überschreitung verschwunden ist, wird das Ausgangssignal des Vorverzerrers 120 schnell wieder hergestellt, um die normale Kommunikation auf der Verbindung sicherzustellen. Der Vorverzerrer 120 gibt das Signal über die Einheit zum Schutz vor Leistungs-Überschreitungen 1201 aus.
    • 11. Eine Datenerfassungs-Einheit 1202: Diese Einheit ist dazu ausgebildet, eine bestimmte Länge kontinuierlicher Basisband-I,Q-Signale, sowie ein Rückkopplungs-ADC-Signal abzutasten und die abgetasteten Signale an eine Datenpuffer-Einheit 1203 zu senden.
    • 12. Eine Datenpuffer-Einheit 1203: Diese Einheit ist dazu ausgebildet, die von der Datenerfassungs-Einheit 1202 abgetasteten Basisband-I,Q-Signale und das Rückkopplungs-ADC-Signal zu speichern. Die in der Puffereinheit 1203 gespeicherten Signale werden über eine Schnittstelle zwischen dem Vorverzerrer 120 und der Einheit zur Berechnung adaptiver Parameter 190 an die Einheit zur Berechnung adaptiver Parameter 190 gesendet, so dass die Einheit zur Berechnung adaptiver Parameter 190 die Filterparameter in der Nachschlage-Tabelle berechnen und aktualisieren kann.
    • 13. Ein Synchronisations-Signal-Modul 1204: Dieses Modul ist dazu ausgebildet, die Auswahl der Filterparameter in der Nachschlage-Tabelle zu steuern und im Fall einer Anomalie des Basisbandsignals die Auswahl der abgetasteten Signale durch die Datenerfassungs-Einheit zu steuern.
  • Ein Synchronisations-Signal kann in einem Basisband-Datenstrom über eine Hardware-Verbindung an den Vorverzerrer gesendet werden oder kann direkt aus dem Basisband-I,Q-Datenstrom durch einen einfachen Erkennungs-Mechanismus im Vorverzerrer ermittelt werden, wenn es einfach ist, eine Signal-Anomalie zu erkennen.
  • Im 3G-System oder ähnlichem kann ein Basisstations-Sender, um einen Teilnehmer zu lokalisieren, manchmal das ausgegebene Signal eine Weile ausschalten oder reduzieren, um bestimmte Zeitschlitze für den Teilnehmer zur Ortsberechnung zu reservieren. Alternativ kann während der Datenkommunikation der Basisstations-Sender periodisch ein starkes Pilotsignal senden, wenn kein Zugriff durch den Teilnehmer vorliegt, und die Sendeleistung reduzieren oder das Signal ausschalten, wenn weiter kein Zugriff durch einen Teilnehmer vorliegt. Jede dieser abrupten Änderungen der Signalleistungen kann als Leistungs-Anomalie betrachtet werden. In diesen Fällen wird das Synchronisations-Signal des Leistungssignals für die Spezial-Verarbeitung benötigt.
  • Der Timing-Zusammenhang zwischen einem Leistungs-Anomalie-Signal und einem Synchronisations-Signal wird in 5 gezeigt.
  • Weil der Basisstations-Sender im Fall eines großen Signals eine offensichtliche Nichtlinearität darstellt, nimmt der Basisstations-Sender den Teil des Signals mit hoher Leistung als normale Signalleistung und nimmt den Teil des Signals mit geringer Leistung als anormale Signalleistung. Es ist erforderlich, dass der aktive Teil (d. h. der Low-Pegel-Teil) des Synchronisations-Signals alle Momente enthält, zu denen die Signalleistung anormal verringert ist, um eine effektive Signal-Synchronisation zu erzielen. Mit anderen Worten sind t1 und t2, wie in 5 gezeigt, beide größer als Null (wobei t1 die Zeitdifferenz zwischen der fallenden Flanke des Synchronisationssignals und dem Auftreten der Signalleistungs-Anomalie ist, und t2 die Zeitdifferenz zwischen dem Moment der Wiederherstellung von der Signalleistungs-Anomalie und einer ansteigenden Flanke des Synchronisationssignals ist). Das Synchronisations-Signal geht vor dem Auftreten einer Leistungs-Anomalie auf einen Low-Pegel-Zustand (aktiv) und geht nach der Wiederherstellung nach einer Leistungs-Anomalie in einen High-Pegel-Zustand (inaktiv). Leider kann es sein, dass es schwierig ist, dieses Timing im System zu implementieren, da es unmöglich ist, eine Anomalie der Signalleistung vorherzusagen. Zum Zweck der Implementierung des Timings kann es erlaubt sein, dass die fallende Flanke des Synchronisations-Signals leicht hinter der fallenden Flanke der Signalleistung nacheilt, es muss aber sichergestellt werden, dass das Synchronisationssignal auf Low-Pegel erscheint, bevor der Erkennungs-Mechanismus des Kurzzeit-Mittelwertes der Leistung im Vorverzerrer berechnet, dass eine Umschaltung aufgrund des Kurzzeit-Mittelwertes der Leistung durchgeführt wird. Um jeden Einfluss auf den Vorverzerrer bei der Verarbeitung eines normalen Signals zu verhindern, müssen die Dauern von t1 und t2 abhängig von den Systemanforderungen angemessen ausgewählt werden und dürfen nicht zu lang sein. Vorzugsweise können die Dauern von t1 und t2 –3 μs < t1 < 10 μs und 0 < t2 < 10 μs sein.
  • Das Synchronisations-Signal kann einen Einfluss auf die Funktion der Berechnung des Kurzzeit-Mittelwertes der Leistung und die Entscheidung und die Funktion der Signalabtastung im Vorverzerrer haben. Daher muss, wenn das Synchronisations-Signal auf Low-Pegel liegt (d. h. aktiv ist), die Berechnung des Kurzzeit-Mittelwertes der Leistung angehalten werden, während der ursprünglich berechnete Wert unverändert gelassen wird. Die Berechnung des Kurzzeit-Mittelwertes der Leistung darf nicht wieder aufgenommen werden, bis das Synchronisations-Signal auf High-Pegel geht. Für den Fall, dass das Synchronisations-Signal auf einem aktiven Low-Pegel liegt, muss auch die Datenerfassungs-Einheit des Vorverzerrers die Abtastung der Basisband- und Rückkopplungs-Daten anhalten, und die Abtastung darf nicht wieder aufgenommen werden, bis das Synchronisations-Signal auf High-Pegel geht.
  • Die Einheit zur Berechnung adaptiver Parameter 190 in der Einrichtung gemäß der Ausführung der Erfindung ist angepasst, nichtlineare Filterparameter zu berechnen und hat die in 6 gezeigte Struktur. Die Einheit zur Berechnung adaptiver Parameter 190 enthält folgende Module.
  • Ein Demodulations-Modul 191: Dieses Modul ist angepasst, ein rückgekoppeltes digitales Zwischenfrequenz-Signal zu demodulieren.
  • Die Demodulation dient der Rückgewinnung der Rückkopplungs-I,Q-Signale aus dem rückgekoppelten digitalen Zwischenfrequenz-Signal. Insbesondere kann die Demodulation durch folgendes Verfahren implementiert werden: Zuerst werden in der Einheit zur Berechnung adaptiver Parameter 190 zwei orthogonale Komponenten (d. h. eine Sinus-Komponente und eine Kosinus-Komponente) des Trägers des Zwischenfrequenzsignals in der Einheit zur Berechnung adaptiver Parameter 190 wiedergewonnen, da die Rückkopplungs-Zwischenfrequenz-Punkte im Design des Systems bekannt sind. Dann wird das abgetastete Zwischenfrequenz-Signal mit der Kosinus-Komponente des Trägers multipliziert und das multiplizierte Signal wird tiefpassgefiltert, wodurch das Rückkopplungs-I-Signal erhalten wird. Das Rückkopplungs-Q-Signal kann erhalten werden, indem das abgetastete Zwischenfrequenz-Signal mit der Sinus-Komponente des Trägers multipliziert und das multiplizierte Signal tiefpass-gefiltert wird.
  • Ein Verzögerungs- und Angleichungs-Modul 192: Dieses Modul ist dazu ausgebildet, die Basisband-I,Q-Signale und die Rückkopplungs-IQ-Signale zu verzögern und einander anzupassen.
  • Die Verzögerung und Angleichung dient dazu, die Basisband-I,Q-Signale und die Rückkopplungs-I,Q-Signale zeitlich auszurichten, wozu ein Korrelations-Algorithmus verwendet wird. In dem Korrelations-Algorithmus wird die Kreuzkorrelations-Funktion zwischen den Basisband-I,Q-Signalen und den Rückkopplungs-I,Q-Signalen berechnet, die Stelle, wo ein Spitzenwert auftritt wird ermittelt, wobei die Index-Nummer der Stelle dem Verzögerungs-Wert der Rückkopplungs-Signale bezüglich der Basis-Signale entspricht. Dann werden die redundanten Teile der Basisband- und Rückkopplungs-Signale entsprechend dem berechneten Verzögerungs-Wert entfernt, um die verzögerten und angepassten Basisband-I,Q-Signale und Rückkopplungs-I,Q-Signale zu erhalten.
  • Ein Frequenzverschiebungs-/Phasenverschiebungs-Korrektur-Modul 193: Dieses Modul ist dazu ausgebildet, die Frequenzverschiebung und die Phasenverschiebung zwischen den Basisband-Signalen und den Rückkopplungs-Signalen zu korrigieren.
  • Zwischen den Basisbandsignalen und den Rückkopplungs-Signalen kann eine Frequenzverschiebung und eine Phasenverschiebung vorliegen. Die Frequenzverschiebung und die Phasenverschiebung zwischen den Basisbandsignalen und den Rückkopplungs-Signalen muss korrigiert werden, damit die Vorverzerrungs-Funktion richtig berechnet wird. Diese Korrektur kann mit folgendem Verfahren durchgeführt werden:
    Zuerst wird die Phasendifferenz zwischen den Basisbandsignalen und den Rückkopplungs-Signalen berechnet; die genauen Werte der Frequenzverschiebung und der Phasenverschiebung können mit dem Algorithmus der kleinsten Quadrate erhalten werden, da die Frequenzverschiebung und die Phasenverschiebung der Steigung, bzw. dem Schnittpunkt der linearen Phasendifferenz-Zeit-Funktion entspricht. Dann erhält man Rückkopplungs-I,Q-Signale, die weder eine Frequenzverschiebung, noch eine Phasenverschiebung aufweisen, indem die genauen Werte der Frequenzverschiebung und der Phasenverschiebung direkt aus den Rückkopplungs-Signalen entfernt werden.
  • Ein Modul zur Auswahl des optimalen Signals 194: Dieses Modul ist dazu ausgebildet, optimale Daten aus den Basisbandsignalen und den Rückkopplungs-Signalen auszuwählen.
  • Die Prozedur zur Berechnung der nichtlinearen Filterparameter in der Einheit zur Berechnung adaptiver Parameter 190 ist sehr kompliziert, so dass, wenn alle Basisband- und Rückkopplungs-I,Q-Signale in der Berechnung der Parameter benutzt werden, der Berechnungsaufwand beträchtlich ist und die Rechenleistung der in der Industrie erhältlichen Chips zur digitalen Signalverarbeitung übersteigt. Daher müssen repräsentative Daten zur Berechnung von nichtlinearen Filterparametern aus den Basisband- und Rückkopplungs-I,Q-Signalen, die durch Abtastung erhalten wurden, ausgewählt werden, um einen ausführbaren Berechnungsaufwand zu erzielen.
  • Mit einer Analyse der Digitalsignal-Charakteristiken des Senders und der Nichtlinearitäts-Charakteristiken des Übertragungskanals liefern die Ausführungen der vorliegenden Erfindung zwei Verfahren zur Auswahl optimaler Daten aus den Basisband- und Rückkopplungs-Signalen, eines ist ein Spitzen-Abtastwert-Auswahl-Verfahren und das anderen ist ein Auswahlverfahren eines zufälligen Abtastwertes.
  • Beim Spitzen-Abtastwert-Auswahl-Verfahren wird berücksichtigt, dass der Leistungsverstärker am empfindlichsten auf die Augenblicksleistung eines Signals im nichtlinearen System des Übertragungskanals ist. Während der Auswahl eines optimalen Signals muss die Auswahl aus Signal-Abtastwerten mit den folgenden Eigenschaften getroffen werden:
    • 1. Spitzen-Amplitude: D. h. ein Abtastwert, der einen Spitzenwert der Augenblicks-Amplitude des Signals hat.
    • 2. Spitzen-IQ-Wert: D. h. ein Abtastwert, der einen Spitzen-Absolutwert des I- oder Q-Signals hat.
    • 3. Spitzen-Abweichung: D. h. ein Abtastwert, wobei die beiden benachbarten Signal-Abtastwerte dieses Abtastwertes einen Spitzenwert der Änderung der Amplitude oder der I,Q-Werte haben.
  • Eine spezielle Implementation des Spitzen-Abtastwert-Auswahl-Verfahrens ist folgende: Man nimmt an, dass S die Anzahl der optimalen Abtastwerte zur Berechnung ist, die vom System akzeptierbar sind, dann werden N Spitzen-Abtastwerte aus den Abtastwerten mit den oben erwähnten Spitzenwerten ausgewählt. Jeder der ausgewählten Spitzen-Abtastwerte wird dann als Mittelpunkt genommen, und es werden jeweils rechts und links von jedem Mittelpunkt S/2N Abtastwerte ausgewählt. Als Folge davon ist die Gesamtzahl der ausgewählten Abtastwerte:
    Figure 00350001
  • Man kann eine gewünschte Anzahl von Abtastwerten erhalten. Wenn mehrere Abtastwerte sich links oder rechts von den Spitzenwerten überlappen, dürfen die überlappenden Abtastwerte nur einmal für die Berechnung benutzt werden, und die Anzahl von Abtastwerten um die überlappenden Abtastwerte wird entsprechend erhöht, um eine konstante Gesamtzahl sicherzustellen. Zusätzlich dazu können einige zufällige Abtastwerte eingefügt werden, wenn im Spitzen-Abtastwert-Auswahl-Verfahren angebracht, so dass die Daten ausreichend repräsentativ für die Signale sind.
  • Eine Auswahl-Prozedur im Spitzen-Abtastwert-Auswahl-Verfahren gemäß einer Ausführung der vorliegenden Erfindung ist in 7 gezeigt. Man nimmt an, dass S die Anzahl der optimalen Abtastwerte zur Berechnung ist, dann können in dem Verfahren die Signale in 6 Segmente unterteilt werden. Maximalwerte und Minimalwerte von I,Q-Signalen werden im Signal-Datenstrom ausgewählt, und es sind insgesamt 4 Segmente, jedes mit einer Länge von S/6. Weitere S/6 Abtastwerte werden zu Beginn, bzw. am Ende als zufällige Fülldaten ausgewählt. Wie man in 7 sehen kann, besteht eine Überlappung zwischen den Datensegmenten, die den Maximalwerten von I entsprechen, und den Minimalwerten von Q. In diesem Zusammenhang werden zusätzliche Abtastwerte links von den Abtastwerten gewählt, die auf der Grundlage der Maximalwerte von I ausgewählt wurden, und rechts von den Abtastwerten, die auf der Grundlage der Maximalwerte von Q ausgewählt wurden, so dass die Gesamtzahl von Abtastwerten, d. h. S, konstant bleibt.
  • Das Prinzip des Auswahlverfahren eines zufälligen Abtastwertes ist folgendes: Abtastwerte mit unterschiedlichen Signalamplituden müssen ausgewählt werden, und vorzugsweise können die ausgewählten Abtastwerte eine Verteilungs-Charakteristik haben, die zu der der Amplituden vor der Auswahl identisch ist, so dass das nichtlineare System effektiv modelliert wird.
  • Folglich ist eine spezielle Implementation des Auswahlverfahrens eines zufälligen Abtastwertes wie folgt: Ein zufälliger Ausgangswert wird gewählt, und Vielfache dieses Ausgangswertes werden bei der Auswahl von Abtastwerten im Signal verwendet. Der dem Signal entsprechende Amplitudenbereich wird aufgezeichnet. Wenn Daten in diesem Bereich eine vordefinierte Anforderung nicht erfüllen, werden die Daten aufgezeichnet, andernfalls werden die Daten verworfen. Diese oben angegebene Prozedur wird wiederholt, bis ausreichend viele Abtastwerte ausgewählt wurden.
  • Ein Auflösungs-Modul für nichtlineare Parameter 195: Dieses Modul ist angepasst, nichtlineare Filterparameter entsprechend der ausgewählten optimalen Daten zu berechnen.
  • Zurzeit gibt es viele ausgereifte Algorithmen, wie z. B. Recursive Least Square (RLS), Least Mean Squares (LMS), QR Recursive Least Square (QR-RLS), usw., die dazu verwendet werden können, nichtlineare Filterparameter gemäß der ausgewählten optimalen Daten entsprechend einer Ausführung der vorliegenden Erfindung zu berechnen.
  • asierend auf der Struktur der oben beschriebenen Einheit zur Berechnung adaptiver Parameter wird ein Verfahren zur Berechnung nichtlinearer Filterparameter gemäß einer Ausführung der vorliegenden Erfindung bereitgestellt. Das Verfahren umfasst folgende Prozeduren:
    • 1. Demodulieren eines digitalen Rückkopplungs-Signals;
    • 2. Verzögern und Angleichen des demodulierten Rückkopplungs-Signals und eines Basisbandsignals;
    • 3. Berechnen der Frequenzverschiebung und der Phasenverschiebung zwischen dem Basisbandsignal und dem Rückkopplungs-Signal durch Verwendung eines Algorithmus der kleinsten Quadrate und Korrigieren der Frequenzverschiebung und der Phasenverschiebung des verzögerten und angeglichenen Rückkopplungs-Signals und des Basisbandsignals;
    • 4. Auswahl der optimalen Daten aus dem Rückkopplungs-Signal und dem Basisbandsignal nach der Korrektur der Frequenzverschiebung und der Phasenverschiebung durch Verwendung eines Spitzen-Abtastwert-Auswahl-Verfahrens und des Auswahlverfahrens eines zufälligen Abtastwertes;
    • 5. Berechnen nichtlinearer Filterparameter gemäß der ausgewählten optimalen Daten unter Verwendung eines bestimmten Algorithmus.
  • Eine Ausführung der vorliegenden Erfindung liefert einen vereinfachten Vorverzerrer, wie in 8 gezeigt. Im Vergleich zu 2 wird anstelle der Ruhe-Gleichstrom-Korrektur-Einheit ein Quadratur-Modulations-Kompensations-(QMC)-Netzwerk benutzt, und der interne Aufbau der nichtlinearen Filtereinheit 125 ist auch vereinfacht.
  • Das QMC-Netzwerk 810 ist angepasst, die IQ-Verstärkung, das Verstärkungs-Ungleichgewicht und den Ruhe-Gleichstrom zu korrigieren. Wie in der in 9 gezeigten Struktur dargestellt, enthält das QMC-Netzwerk 810 vier Multiplexer 811 und vier Addierer 812, welche die Berechnungs-Operationen durchführen, wie in 9 gezeigt. Die Werte der beiden Ruhe-Gleichstrom-Korrektur-Parameter bc1 und bc2 im QMC-Netzwerk sind gleich den beiden Ruhe-Gleichstrom-Korrektur-Parametern der Ruhe-Gleichstrom-Korrektur-Einheit, wie in 2 gezeigt. Die Verstärkungs-Ungleichgewichts-Korrektur-Parameter ad1 und ac2 und ein Phasen-Ungleichgewichts-Korrektur-Parameter ϕc können entsprechend den vier Parametern a, b, c und d in der oben beschriebenen Implementation des Vorverzerrers berechnet werden.
  • Auf diese Weise kann die Anzahl der in ein FIR-Filter eingegebenen Parameter von vier auf zwei verringert werden, so dass die Hälfte der Systemspeicher eingespart werden kann.
  • In der nichtlinearen Filtereinheit 125 des vereinfachten Vorverzerrers ist jeder der Abzweige des Filters mit zwei I,Q-Signal-Eingängen, zwei Filterparameter-Eingängen und zwei I,Q-Signal-Ausgängen ausgestattet. Die Struktur der nichtlinearen Filtereinheit mit M Abzweigen 125 ist in 10 gezeigt, wobei die I,Q-Eingangssignale und die Koeffizienten jedes Abzweigs multipliziert werden, wie in den folgenden Gleichungen angegeben: Oi = Ii × Ti – Qi × Tq Oq = Ii × Tq + Qi × Ti
  • Hierbei bezeichnet O ein Ausgangssignal, Oi, bzw. Oq bezeichnen I,Q-Komponenten eines Ausgangssignals, Ii, bzw. Qq bezeichnen I,Q-Komponenten eines Eingangssignals, und T bezeichnet einen Filter-Koeffizienten. Der Parameter T kann abhängig von der Augenblicksleistung und dem Kurzzeit-Mittelwert der Leistung eines Signals, sowie von einem Synchronisationssignal ausgewählt werden, wie in dem Verfahren zur Parameterauswahl im nicht vereinfachten Vorverzerrungs-FIR-Filter.
  • In der Einrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann bei Verwendung des IQ-Demodulators der Einrichtung, wie in 1 gezeigt, um ein Signal aus dem Hochfrequenzbereich in den Zwischenfrequenzbereich umzuwandeln, ein Risiko bestehen, wenn der Sender strenge Anforderungen an Abweichungen der Lokaloszillation und an die IQ-Verstärkung und das Phasen-Ungleichgewicht eines Signals stellt. In Anbetracht dessen liefert eine Ausführung der vorliegenden Erfindung einen verbesserten Vorverzerrer, wie in 11 gezeigt.
  • In dem verbesserten Vorverzerrer wird eine herkömmliche Doppel-Frequenz-Umwandlungs-Technologie eingesetzt. Bei der Doppel-Frequenz-Umwandlung werden die IQ-Signale zuerst im Vorverzerrer in eine digitale Zwischenfrequenz moduliert, dann werden die vom Vorverzerrer ausgegebenen Signale digital-analog in digitale Zwischenfrequenz-Signale gewandelt, und schließlich werden die digitalen Zwischenfrequenz-Signale in Hochfrequenz gewandelt. In der Struktur des verbesserten Vorverzerrers wird anstelle des QMC-Netzwerks in 8 und der Ruhe-Gleichstrom-Korrektur-Einheit in 2 ein digitaler Modulator 910 benutzt.
  • Wie in der in 12 gezeigten Struktur dargestellt, enthält der digitale Modulator fünf Teile, d. h. einen numerisch gesteuerten Oszillator (NCO) 911, zwei Multiplexer 912, einen 90°-Phasenschieber 913 und einen Addierer 914. Ein spezieller Betriebsablauf des digitalen Modulators ist, wie im Folgenden gezeigt:
  • In Schritt 12-1 erzeugt der NCO 911 ein gewünschtes digitales Zwischenfrequenz-Lokaloszillations-Sinussignal.
  • In Schritt 12-2 verschiebt der 90°-Phasenschieber 913 die Phase des in Schritt 12-1 erhaltenen Lokaloszillations-Sinussignals um 90°, um ein Lokaloszillations-Kosinussignal zu erhalten.
  • In Schritt 12-3 wird das Lokaloszillations-Sinussignal mit dem eingegebenen I-Signal multipliziert, und das Lokaloszillations-Kosinussignal wird mit dem eingegebenen Q-Signal multipliziert, jeweils in den beiden Multiplexern 912.
  • In Schritt 12-4 werden die beiden in Schritt 12-3 erhaltenen multiplizierten Signale im Addierer 914 aufaddiert, um ein Ausgangssignal des digitalen Modulators 910 zu erhalten.
  • Folglich enthält ein Verfahren zur Vorverzerrung eines digitalen Basisbandsignals gemäß einer Ausführung der vorliegenden Erfindung folgende Prozeduren:
    Berechnung von nichtlinearen Filterparametern entsprechend Abtastwerten eines empfangenen digitalen Basisbandsignals und Abtastwerten eines Rückkopplungs-Signals eines Hochfrequenz-Kanals.
  • Durchführen einer Leistungs-Statistik des eingegebenen digitalen Basisbandsignals, Auswählen nichtlinearer Filterparameter entsprechend dem Ergebnis der Leistungs-Statistik, Vorverzerren des digitalen Basisbandsignals und Ausgeben des vorverzerrten digitalen Basisbandsignals.
  • Insbesondere umfasst die Vorverzerrung den Prozess des Verzögerns des Datenstroms des Eingangssignals, das Ausführen der Berechnungs-Operation für die verzögerten, mehrstufigen Eingangssignale und die entsprechenden nichtlinearen Filterparameter, und Erzeugen und Ausgeben des Ausgangssignals.
  • In einer Ausführung der vorliegenden Erfindung umfasst das Vorverzerren folgende Prozeduren:
    Verzögern von Datenströmen der I,Q-Komponenten des Eingangssignals;
    Komplexes Multiplizieren des Eingangssignals entsprechend der empfangenen und verzögerten I,Q-Komponenten des Eingangssignals und der entsprechenden nichtlinearen Filterparameter, Aufsummieren des multiplizierten Signals und Ausgeben des multiplizierten Signals.
  • Beim der komplexen Multiplikation kann ein Zusammenhang zwischen dem Eingangssignal und dem Ausgangsignal wie folgt ausgedrückt werden: Oi = Ii × Tii + Qi × Tiq Oq = Ii × Tqi + Qi × Tqq
  • Hierbei bezeichnen Ii, bzw. Qi die I,Q-Komponenten des Eingangssignals, Tii, Ti, Tqi, bzw. Tqq bezeichnen die empfangenen vier Filterparameter, und Oi, bzw. Qq bezeichnen die I,Q-Komponenten des Ausgangssignals.
  • Optional kann bei der komplexen Multiplikation ein Zusammenhang zwischen dem Eingangssignal und dem Ausgangsignal wie folgt ausgedrückt werden: Oi = Ii × Ti – Qi × Tq Oq = Ii × Tq + Qi × Ti
  • Hierbei bezeichnen Ii, bzw. Qq I,Q-Komponenten des Eingangssignals, Ti, bzw. Tq bezeichnen die empfangenen entsprechenden zwei Filterparameter, und Oi, bzw. Oq bezeichnen die I,Q-Komponenten des Ausgangssignals.
  • Die Leistungs-Statistik umfasst die Berechnung der Augenblicksleistung des Eingangssignals und die Berechnung des Kurzzeit-Mittelwertes der Leistung des Eingangssignals.
  • Die Prozedur der Auswahl nichtlinearer Filterparameter umfasst die Auswahl der nichtlinearen Filterparameter entsprechend der Berechnungsergebnisse, die von einem Modul zur Erfassung der Augenblicksleistung des Signals und einem Modul zur Erfassung des Kurzzeit-Mittelwertes der Leistung des Signals empfangen wurden, sowie entsprechend der Reihenfolge-Nummer der Abzweige der nichtlinearen Filtereinheit.
  • Wie oben erläutert, können die nichtlinearen Filterparameter gemäß einer Ausführung der vorliegenden Erfindung redundant und dynamisch aktualisiert werden.
  • Im Fall einer Anomalie im Basisbandsignal kann ein Synchronisationssignal des Basisbandsignals an den Vorverzerrer geliefert werden und kann dazu benutzt werden, die Auswahl der nichtlinearen Filterparameter zu steuern, so dass mit der Abtastung des Basisbandsignals und des Rückkopplungs-Signals aufgehört wird, wenn im Basisbandsignal eine Anomalie auftritt.
  • Die Prozedur zur Berechnung nichtlinearer Filterparameter umfasst:
    Demodulieren des digitalen Rückkopplungs-Zwischenfrequenz-Signals in Rückkopplungs-IQ-Signale;
    Verzögern und einander Angleichen der empfangenen digitalen Basisband-IQ-Signale und der demodulierten digitalen Rückkopplungs-IQ-Signale;
    Korrigieren der Frequenzverschiebung und der Phasenverschiebung zwischen den verzögerten und einander angeglichenen digitalen Basisband-IQ-Signalen und den Rückkopplungs-IQ-Signalen; Auswahl optimaler Daten aus den korrigierten Basisband-IQ-Signalen und den Rückkopplungs-IQ-Signalen; und Berechnen der nichtlinearen Filterparameter gemäß der gewählten optimalen Daten.
  • Obwohl oben die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben wurden, ist der Schutzbereich der vorliegenden Erfindung nicht auf diese Ausführungen begrenzt. Änderungen und Abwandlungen, die einem zuständigen Fachmann angesichts der Offenlegung der vorliegenden Erfindung einfallen, fallen ebenfalls unter das Prinzip und den Schutzbereich der vorliegenden Erfindung, wie in den beigefügten Ansprüchen definiert.
  • ZUSAMMENFASSUNG
  • Eine Einrichtung und ein Verfahren zur Vorverzerrungs-Verarbeitung eines Basisbandsignals. Die Einrichtung enthält:
    Einen Vorverzerrer zum Speichern und Aktualisieren nichtlinearer Filterparameter, Durchführen einer Leistungs-Statistik von Eingangssignalen, Auswählen von entsprechenden nichtlinearen Filterparametern entsprechend dem Ergebnis der Statistik und Vorverzerrungs-Verarbeitung von digitalen Basisbandsignalen durch Verwendung der entsprechenden nichtlinearen Filterparameter, und Ausgeben der der Vorverzerrungs-Verarbeitung unterzogenen digitalen Basisbandsignale; eine Einheit zur Berechnung adaptiver Parameter zur Berechnung nichtlinearer Filterparameter gemäß einem empfangenen Rückkopplungs-Signal von einem Hochfrequenz-Kanal und abgetasteter Signale von digitalen Basisbandsignalen, und zum Senden des Berechnungs-Ergebnisses an den Vorverzerrer. Das Verfahren beseitigt nicht nur das Nichtlinaritäts-Problem von Leistungsverstärkern, sondern kann auch entsprechend unterschiedlichen Eingangssignalen und Leistungsverstärker-Charakteristiken verschiedene zur Nichtlinearität inverse Modelle auswählen und den Gesamt-Wirkungsgrad eines Basisstations-Senders verbessern.

Claims (27)

  1. Einrichtung zur Vorverzerrung eines digitalen Basisbandsignals, die eine Einheit zur Berechnung adaptiver Parameter und einen Vorverzerrer enthält, die Einheit zur Berechnung adaptiver Parameter dazu ausgebildet ist, nichtlineare Filterparameter entsprechend Abtastwerten eines empfangenen digitalen Basisbandsignals und Abtastwerten eines Rückkopplungs-Signals eines Hochfrequenz-Kanals zu berechnen, und ein Berechnungs-Ergebnis an den Vorverzerrer auszugeben; und der Vorverzerrer dazu ausgebildet ist, die nichtlinearen Filterparameter zu speichern und zu aktualisieren, Leistungs-Statistiken des eingegebenen digitalen Basisbandsignals durchzuführen, nichtlineare Filterparameter entsprechend einem Ergebnis der Leistungs-Statistik auszuwählen, das digitale Basisbandsignal vorzuverzerren und das vorverzerrte digitale Basisbandsignal auszugeben.
  2. Einrichtung gemäß Anspruch 1, wobei die nichtlineare Charakteristik des Vorverzerrers reziprok zur nichtlinearen Charakteristik des Hochfrequenz-Kanals ist.
  3. Einrichtung gemäß Anspruch 1, wobei der Vorverzerrer folgendes enthält: eine nichtlineare Filtereinheit, die mehrstufige Filter mit begrenztem Impulsansprechverhalten und variablen Koeffizienten enthält, und die dazu ausgebildet ist, den Datenstrom eines Eingangssignals zu verzögern, die Berechnung mit mehrstufigen Eingangssignalen, die erhalten werden, indem das Eingangssignal verzögert wird, und mit nichtlinearen Filterparametern durchzuführen, und ein Ausgangssignal zu bilden und auszugeben.
  4. Einrichtung gemäß Anspruch 3, wobei die nichtlineare Filtereinheit ein Verzögerungs-Modul, ein Multiplexer-Modul und einen Akkumulator enthält, wobei das Verzögerungs-Modul dazu ausgebildetangepasst ist, Datenströme von I,Q-Komponenten des Eingangssignals zu verzögern und die mehrstufigen Eingangssignale an einen entsprechenden Multiplexer zu senden; das Multiplexer-Modul dazu ausgebildet ist, eine komplexe Multiplikation des Eingangssignals entsprechend der empfangenen und verzögerten I,Q-Komponenten des Eingangssignals und der entsprechenden nichtlinearen Filterparameter durchzuführen und das multiplizierte Signal an den Akkumulator auszugeben; und der Akkumulator dazu ausgebildet ist, das vom Multiplexer ausgegebene Signal aufzusummieren und das aufsummierte Signal auszugeben.
  5. Einrichtung gemäß Anspruch 4, wobei im Multiplexer ein Zusammenhang zwischen dem Eingangssignal und dem Ausgangsignal wie folgt ausgedrückt wird: Oi = Ii × Tii + Qi × Tiq Oq = Ii × Tqi + Qi × Tqq wobei Ii, bzw. Qi die I,Q-Komponenten des Eingangssignals bezeichnen, Tii, Tiq, Tqi, bzw. Tqq vier entsprechende nichtlineare Filterparameter bezeichnen, Oi, bzw. Qq die I,Q-Komponenten des Ausgangssignals bezeichnen.
  6. Einrichtung gemäß Anspruch 4, wobei im Multiplexer ein Zusammenhang zwischen dem Eingangssignal und dem Ausgangsignal wie folgt ausgedrückt wird: Oi = Ii × Ti – Qi × Tq Oq = Ii × Tq + Qi × Ti wobei Ii, bzw. Qq die I,Q-Komponenten des Eingangssignals bezeichnen, Ti, bzw. Tq zwei entsprechende nichtlineare Filterparameter bezeichnen, und Oi, bzw. Oq die I,Q-Komponenten des Ausgangssignals bezeichnen.
  7. Einrichtung gemäß Anspruch 5 oder 6, wobei der Vorverzerrer ferner ein Modul zur Erfassung der Augenblicksleistung des Signals, ein Modul zur Erfassung eines Kurzzeit-Mittelwertes der Leistung des Signals und ein Nachschlage-Tabellen-Modul enthält, wobei das Modul zur Erfassung der Augenblicksleistung des Signals dazu ausgebildet ist, die Augenblicksleistung eines Eingangssignals zu berechnen und ein Berechnungs-Ergebnis an das Nachschlage-Tabellen-Modul zu senden; wobei das Modul zur Erfassung eines Kurzzeit-Mittelwertes des Signals dazu ausgebildet ist, den Kurzzeit-Mittelwert der Leistung eines Eingangssignals zu berechnen und ein Berechnungs-Ergebnis an das Nachschlage-Tabellen-Modul zu senden; und die Nachschlage-Tabelle dazu ausgebildet ist, die von der Einheit zur Berechnung adaptiver Parameter berechneten nichtlinearen Filterparameter zu speichern und zu aktualisieren, entsprechende nichtlineare Filterparameter entsprechend der vom Modul zur Erfassung der Augenblicksleistung des Signals und vom Modul zur Erfassung des Kurzzeit-Mittelwertes der Leistung des Signals empfangenen Berechnungs-Ergebnisse und einer Reihenfolge-Nummer von Abzweigen der nichtlinearen Filtereinheit auszuwählen und die ausgewählten nichtlinearen Filterparameter an die nichtlineare Filtereinheit auszugeben.
  8. Einrichtung gemäß Anspruch 7, wobei das Nachschlage-Tabellen-Modul folgendes enthält: einen Pufferspeicher zur Umschaltung der nichtlinearen Filterparameter, der zur dynamischen Aktualisierung der nichtlinearen Filterparameter ausgebildet ist.
  9. Einrichtung gemäß Anspruch 7, wobei der Vorverzerrer folgendes enthält: eine Leistungs-Voranpassungs- und Verzögerungs-Einheit, die dazu ausgebildet ist, die Leistung des eingegebenen digitalen Basisbandsignals anzupassen, den Datenstrom des eingestellten Signals zu verzögern und den verzögerten Datenstrom an die nichtlineare Filter-Einheit zu senden; ein Signal-Abtastungs- und Puffer-Modul, das dazu ausgebildet ist, das eingegebene digitale Basisbandsignal und das Rückkopplungs-Signal eines Ausgangssignals des Hochfrequenz-Kanals abzutasten, und die abgetasteten Signale zwischenzuspeichern und an die Einheit zur Berechnung adaptiver Parameter zu senden; eine Leistungs-Nachanpassungs-Einheit, die dazu ausgebildet ist, die Leistung eines Ausgangssignals des Vorverzerrers anzupassen und das angepasste Ausgangssignal an ein Signal-Anpassungs-Modul zu senden; und ein Signal-Anpassungs-Modul, das dazu ausgebildet ist, die Phase des Ausgangssignals der Leistungs-Nacheinstellungs-Einheit anzupassen und dass angepasste Ausgangssignal auszugeben.
  10. Einrichtung gemäß Anspruch 9, wobei das Signal-Anpassungs-Modul folgendes enthält: eine Ruhe-Gleichstrom-Korrektur-Einheit, die dazu ausgebildet ist, den Ruhe-Gleichstrom eines digitalen Signals anzupassen und das korrigierte Signal zu senden; oder ein Quadraturmodulations-Kompensations-Netzwerk, das dazu ausgebildet ist, die IQ-Verstärkung, das Phasen-Ungleichgewicht und den Ruhe-Gleichstrom eines Digitalsignals zu korrigieren und das korrigierte Signal auszugeben; oder einen digitalen Modulator, der dazu ausgebildet ist, digitale IQ-Signale auf eine digitale Zwischenfrequenz zu modulieren, und die modulierten Signale auszugeben.
  11. Einrichtung gemäß Anspruch 10, wobei der Vorverzerrer ferner folgendes enthält: eine Einheit zum Schutz vor zu großen Leistungen, die dazu ausgebildet ist, eine mittlere Leistung eines Ausgangssignals zu erkennen und die Amplitude eines Ausgangssignals mit einer mittleren Leistung, die größer als ein Schwellwert ist, zu begrenzen; und eine Einheit zum Schutz vor Leistungs-Überschreitungen, die dazu ausgebildet ist, eine Augenblicksleistung eines Ausgangssignals zu messen, das Ausgangssignal des Vorverzerrers auszuschalten, wenn ein Teil der Augenblicksleistung des Ausgangssignals, der größer als der Schwellwert ist, größer als ein vordefinierter Teil ist, und das Ausgangssignal des Vorverzerrers wieder herzustellen, nachdem die Augenblicksleistung des Ausgangssignals wieder normal wurde.
  12. Einrichtung gemäß Anspruch 11, wobei der Vorverzerrer ferner folgendes enthält: ein Synchronisationssignal-Modul, das dazu ausgebildet ist, den Vorverzerrer mit einem Synchronisationssignal des Basisbandsignals zu versorgen, wenn eine Anomalie im Basisbandsignal auftritt, die Auswahl nichtlinearer Filterparameter im Nachschlage-Tabellen-Modul durch Verwendung des Synchronisationssignals zu steuern und den Vorverzerrer derart zu steuern, dass mit der Abtastung des Basisbandsignals und des Rückkopplungs-Signals aufgehört wird, wenn im Basisbandsignal eine Anomalie auftritt.
  13. Einrichtung gemäß Anspruch 12, wobei das vom Synchronisationssignal-Modul bereitgestellte Synchronisationssignal einen Low-Pegel-Zustand einnimmt, bevor eine Leistungs-Anomalie des Basisbandsignals auftritt, und einen High-Pegel-Zustand einnimmt, nachdem das Basisbandsignal sich von der Leistungs-Anomalie erholt hat.
  14. Einrichtung gemäß Anspruch 1, 2, 3, 4, 5 oder 6, wobei die Einheit zur Berechnung adaptiver Parameter folgendes enthält: ein Demodulations-Modul, das ausgebildet ist, ein rückgekoppeltes digitales Zwischenfrequenz-Signal zu demodulieren, um Rückkopplungs-IQ-Signale zu erhalten; ein Verzögerungs- und Angleichungs-Modul, das dazu ausgebildet ist, empfangene Basisband-IQ-Signale und die Rückkopplungs-IQ-Signale zu verzögern und einander anzugleichen; ein Frequenzverschiebungs-/Phasenverschiebungs-Korrektur-Modul, das dazu ausgebildet ist, die Frequenzverschiebung und Phasenverschiebung zwischen den verzögerten und angepassten Basisband-IQ-Signalen und den Rückkopplungs-IQ-Signalen zu korrigieren: ein Modul zur Auswahl des optimalen Signals, das dazu ausgebildet ist, optimale Daten aus den korrigierten Basisband-IQ-Signalen und den Rückkopplungs-IQ-Signalen auszuwählen; und ein Auflösungs-Modul für nichtlineare Parameter, das dazu ausgebildet ist, nichtlineare Filterparameter entsprechend der optimalen Daten durch Verwendung eines bestimmten Algorithmus zu berechnen.
  15. Einrichtung gemäß Anspruch 14, ferner umfassend: ein Signal-Umwandlungs- und Modulations-Modul, das dazu ausgebildet ist, ein vorverzerrtes digitales Signal in ein analoges Signal umzuwandeln, das analoge Signal auf eine Hochfrequenz zu modulieren und umzuwandeln; einen Hochfrequenz-Kanal, der einen Leistungsverstärker enthält, und dazu ausgebildet ist, die Leistung des analogen Basisbandsignals, das in die Hochfrequenz umgewandelt wurde, zu verstärken und das verstärkte Signal auszugeben; und ein Signal-Rückkopplungs- und Abtastungs-Modul, das angepasst ist, das vom Hochfrequenz-Kanal ausgegebene Signal zurück zu koppeln und abzutasten und das abgetastete Signal an den Vorverzerrer zu senden.
  16. Verfahren zur Berechnung von nichtlinearen Filterparametern, umfassend: Demodulieren eines digitalen Rückkopplungs-Signals; Verzögern und Angleichen des demodulierten digitalen Rückkopplungs-Signals und eines digitalen Basisbandsignals; Korrigieren der Frequenzverschiebung und der Phasenverschiebung des verzögerten und angeglichenen digitalen Rückkopplungs-Signals und des digitalen Basisbandsignals; Auswählen optimaler Daten aus dem digitalen Basisbandsignal und dem digitalen Rückkopplungs-Signal, das durch die Korrektur der Frequenzverschiebung und der Phasenverschiebung erhalten wurde; und Berechnen nichtlinearer Filterparameter gemäß der gewählten optimalen Daten.
  17. Verfahren zur Berechnung von nichtlinearen Filterparametern gemäß Anspruch 16, wobei vor der Korrektur der Frequenzverschiebung und der Phasenverschiebung des verzögerten und angeglichenen digitalen Rückkopplungs-Signals und des digitalen Basisbandsignals das Verfahren weiterhin folgendes umfasst: Erhalten der Frequenzverschiebung und der Phasenverschiebung zwischen dem digitalen Basisbandsignal und dem digitalen Rückkopplungs-Signal durch Verwendung eines Algorithmus der kleinsten Quadrate.
  18. Verfahren zur Berechnung von nichtlinearen Filterparametern gemäß Anspruch 16 oder 17, wobei das Auswählen der optimalen Daten aus dem digitalen Basisbandsignal und dem digitalen Rückkopplungs-Signal, das durch Korrektur der Frequenzverschiebung und der Phasenverschiebung erhalten wurde, folgendes umfasst: Auswählen der optimalen Daten aus dem digitalen Basisbandsignal und dem digitalen Rückkopplungs-Signal durch Verwenden eines Verfahrens zur Auswahl des Spitzen-Abtastwertes und/oder eines Verfahren zur Auswahl eines zufälligen Abtastwertes, wobei das Verfahren zur Auswahl des Spitzen-Abtastwertes ausreichende Abtastwerte auswählt, die eines aus maximaler Signal-Augenblicks-Amplitude oder maximalem Signal-Absolutwert oder maximaler Signal-Amplituden-Varianz haben; und das Verfahren zur Auswahl eines zufälligen Abtastwertes ausreichende Abtastwerte auswählt, die eine Verteilungs-Charakteristik haben, die der Amplituden-Verteilungs-Charakteristik eines auszuwählenden Signals identisch ist.
  19. Verfahren zur Vorverzerrung eines digitalen Basisbandsignals, umfassend: Berechnen von nichtlinearen Filterparametern entsprechend Abtastwerten eines eingegebenen digitalen Basisbandsignals und Abtastwerten eines Rückkopplungs-Signals des Hochfrequenz-Kanals; und Durchführen einer Leistungs-Statistik des eingegebenen digitalen Basisbandsignals, Auswählen nichtlinearer Filterparameter entsprechend einem Ergebnis der Leistungs-Statistik, Vorverzerren des eingegebenen digitalen Basisbandsignals und Ausgeben des vorverzerrten digitalen Basisbandsignals.
  20. Verfahren gemäß Anspruch 19, wobei die Vorverzerrung folgendes umfasst: Verzögern des Datenstroms des eingegebenen digitalen Basisbandsignals, Ausführen der Berechnung für mehrstufige Eingangssignale, die durch Verzögern und die ausgewählten nichtlinearen Filterparameter erhalten wurden, und Bilden und Ausgeben eines Ausgangssignals.
  21. Verfahren gemäß Anspruch 19, wobei die Vorverzerrung folgendes umfasst: Verzögern von Datenströmen aus I,Q-Komponenten des eingegebenen digitalen Basisbandsignals; und komplexes Multiplizieren des eingegebenen digitalen Basisbandsignals entsprechend der verzögerten IQ-Komponenten des eingegebenen digitalen Basisbandsignals und der ausgewählten nichtlinearen Filterparameter, Aufsummieren der aus der komplexen Multiplikation erhaltenen Signale und Ausgeben des aufsummierten Signals.
  22. Verfahren gemäß Anspruch 21, wobei beim komplexen Multiplizieren ein Zusammenhang zwischen dem eingegebenen digitalen Basisbandsignal und dem Ausgangsignal wie folgt ausgedrückt wird: Oi = Ii × Tii + Qi × Tiq Oq = Ii × Tqi + Qi × Tqq wobei Ii, bzw. Qi die I,Q-Komponenten des eingegebenen digitalen Basisbandsignals bezeichnen, Tii, Tiq, Tqi, bzw. Tqq vier ausgewählte nichtlineare Filterparameter bezeichnen, Oi, bzw. Qq die I,Q-Komponenten des Ausgangssignals bezeichnen.
  23. Verfahren gemäß Anspruch 21, wobei beim komplexen Multiplizieren ein Zusammenhang zwischen dem Eingangssignal und dem Ausgangsignal wie folgt ausgedrückt wird: Oi = Ii × Ti – Qi × Tq Oq = Ii × Tq + Qi × Ti wobei Ii, bzw. Qq die I,Q-Komponenten des eingegebenen digitalen Basisbandsignals bezeichnen, Ti, bzw. Tq zwei ausgewählte nichtlineare Filterparameter bezeichnen, und Oi, bzw. Oq die I,Q-Komponenten des Ausgangssignals bezeichnen.
  24. Verfahren gemäß Anspruch 22 oder 23, wobei das Ausführen der Leistungs-Statistik des eingegebenen digitalen Basisbandsignals folgendes umfasst: Berechnen der Augenblicksleistung des eingegebenen digitalen Basisbandsignals; und Berechnen des Kurzzeit-Mittelwertes der Leistung des eingegebenen digitalen Basisbandsignals; wobei die Auswahl nichtlinear Filterparameter folgendes umfasst: Auswählen nichtlinearer Filterparameter entsprechend der vom Modul zur Erfassung der Augenblicksleistung des Signals und vom Modul zur Erfassung eines Kurzzeit-Mittelwertes der Leistung des Signals empfangenen Berechnungs-Ergebnisse, sowie einer Reihenfolge-Nummer von Abzweigen einer nichtlinearen Filtereinheit.
  25. Verfahren gemäß Anspruch 21, ferner umfassend: Redundantes und dynamisches Aktualisieren der nichtlinearen Filterparameter.
  26. Verfahren gemäß Anspruch 21, ferner umfassend: Versorgen eines Vorverzerrers mit einem Synchronisationssignal des digitalen Basisbandsignals, wenn eine Anomalie im digitalen Basisbandsignal auftritt, Steuern der Auswahl nichtlinearer Filterparameter durch Verwendung des Synchronisationssignals und Steuern des Vorverzerrers derart dass, mit der Abtastung des digitalen Basisbandsignals und des Rückkopplungs-Signals aufgehört wird, wenn im digitalen Basisbandsignal eine Anomalie auftritt.
  27. Verfahren gemäß Anspruch 21, wobei die Berechnung von nichtlinearen Filterparametern folgendes umfasst: Demodulieren eines rückgekoppelten digitalen Zwischenfrequenz-Signals, um Rückkopplungs-IQ-Signale zu erhalten; Verzögern und Anpassen von Basisband-IQ-Signalen und der Rückkopplungs-IQ-Signale; Korrigieren der Frequenzverschiebung und der Phasenverschiebung zwischen den verzögerten und angepassten Basisband-IQ-Signalen und den Rückkopplungs-IQ-Signalen; Auswahl optimaler Daten aus den korrigierten Basisband-IQ-Signalen und den Rückkopplungs-IQ-Signalen; und Berechnen der nichtlinearen Filterparameter entsprechend der ausgewählten optimalen Daten.
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