УСТРОЙСТВО ОБРАБОТКИ СИГНАЛОВ И СПОСОБ ОБРАБОТКИ СИГНАЛОВ
DEVICE OF SIGNAL PROCESSING AND METHOD OF SIGNAL PROCESSING

Область техники
Настоящее изобретение относится к устройству предыскажений для радиочастотных усилителей.
Уровень техники
Радиопередатчики обычно используют усилители мощности, которые по большей части подвергаются нелинейным эффектам, приводящим к возобновлению спектрального роста и ухудшению качества передаваемых сигналов. В качестве контрмеры против такого ухудшения сигналы, подлежащие усилению, предварительно искажают, в частности, посредством цифрового предыскажения для компенсации нелинейных эффектов. Предыскажение выполняют на основе нелинейной характеристики, которая зависит от нелинейных эффектов и усилителя.
Для оценки нелинейной характеристики предысказителя могут быть применены так называемые технологии без обратной связи и с обратной связью.
Что касается способов без обратной связи, то нелинейную характеристику для предысказителя определяют заранее и без изменений применяют во время работы. Что касается способов с обратной связью, то нелинейную характеристику адаптивно изменяют для отслеживания изменений нелинейных параметров из-за температуры, износа и изменений частоты усилителя. Однако в известных на данный момент способах выходной сигнал усилителя, который обычно является модулированным радиочастотным сигналом, подают на цепь преобразования с понижением частоты, сравнимую с таковой в радиочастотном приемнике. Например, различные сигналы гетеродина должны быть сгенерированы для преобразования с понижением частоты, и сигнал, преобразованный с понижением частоты, может быть демодулирован для получения I- и Q-составляющих немодулированной передачи.
В документе US 4,291,277 описан усилитель с предысказителем, в котором выходной сигнал усилителя преобразуют с понижением частоты посредством его смешения с сигналом гетеродина и демодулируют в квадратурном демодуляторе. Демодулированный сигнал используют для обновления параметров предысказителя. Однако затраты по обеспечению передатчика такой цепью преобразования с понижением частоты могут быть существенными в некоторых вариантах осуществления.
В документе EP 2117115 A1 описана система передачи, в которой передатчик содержит цифровой предысказитель. Параметры предысказителя обновляются в приемнике, который передает эти параметры на предысказитель посредством обратной связи. Поскольку приемник предоставляет параметры для предысказителя, эффективность и гибкость предысказителя может быть снижена.
Раскрытие изобретения
Задачей настоящего изобретения является предоставление принципа эффективной обработки входного сигнала для предварительного искажения.
Данная задача может быть решена посредством признаков, описанных в независимых пунктах формулы изобретения. Дополнительные варианты осуществления будут понятны из зависимых пунктов формулы изобретения.
Настоящее изобретение основано на выводе о том, что входной сигнал, подаваемый на усилитель, и выходной сигнал от усилителя могут предоставить информацию о нелинейных параметрах усилителя. При обработке входных и выходных сигналов может быть получена немодулированная информация, которая может быть использована для адаптации характеристики нелинейного предыскажения, используемой для предварительного искажения выходного сигнала усилителя. Следовательно, нелинейные эффекты усилителя могут быть скомпенсированы посредством предварительного искажения во время адаптивного отслеживания изменения нелинейных параметров усилителя. Адаптация характеристики предварительного искажения не требует затратной и сложной цепи преобразования с понижением частоты, что таким образом снижает общую себестоимость усилителя с нелинейной компенсацией.
Согласно первому аспекту настоящее изобретение относится к устройству обработки входного сигнала. Устройство обработки сигнала содержит усилитель, выполненный с возможностью усиления обработанного сигнала для получения усиленного сигнала. Кроме того, устройство обработки сигнала содержит понижающий преобразователь, выполненный с возможностью умножения версии обработанного сигнала на версию усиленного сигнала, причем одна из версий сигнала сдвинута по фазе для получения первого сигнала с пониженной частотой, и выполненный с возможностью умножения обработанного сигнала на усиленный сигнал для получения второго сигнала с пониженной частотой. Устройство обработки сигнала дополнительно содержит адаптивный предысказитель, выполненный с возможностью предварительного искажения входного сигнала в соответствии с характеристикой предварительного искажения для получения обработанного сигнала, причем предысказитель дополнительно выполнен с возможностью адаптации характеристики предварительного искажения на основе первого сигнала с пониженной частотой и второго сигнала с пониженной частотой. Например, сдвинутая по фазе версия сигнала сдвинута по фазе на 90°. Соответственно, согласно некоторому варианту осуществления два умножения, выполненные понижающим преобразователем, могут соответствовать комплексному умножению, в частности сопряженному комплексному умножению обработанного сигнала на усиленный сигнал. Согласно некоторому варианту реализации первый и второй сигналы с пониженной частотой могут соответствовать комплексным составляющим комплексного результата такого умножения.
Согласно первому варианту осуществления по первому аспекту настоящее изобретение относится к устройству обработки сигналов, в котором предысказитель содержит низкочастотный фильтр для фильтрации первого сигнала с пониженной частотой и второго сигнала с пониженной частотой. Например, радиочастотные части первого и второго сигналов с пониженной частотой отфильтровывают так, что фактически только часть DC соответствующих сигналов остается в отфильтрованных версиях первого и второго сигналов с пониженной частотой. Например, составляющие DC соответствуют или относятся к составляющим группового спектра обработанных сигналов и/или усиленного сигнала.
Согласно второму варианту осуществления по первому аспекту настоящее изобретение относится к устройству обработки сигналов, в котором предысказитель содержит аналого-цифровой преобразователь для аналого-цифрового преобразования первого сигнала с пониженной частотой и второго сигнала с пониженной частотой. Например, аналого-цифровой преобразователь работает со скоростью преобразования, соответствующей скорости передачи входного сигнала, подлежащего предварительному искажению. Согласно некоторому варианту осуществления скорость преобразования аналого-цифрового преобразователя может быть меньше, в частности существенно меньше, чем соответственно частота обработанного сигнала или усиленного сигнала.
Согласно третьему варианту осуществления по первому аспекту настоящее изобретение относится к устройству обработки сигналов, в котором предысказитель выполнен с возможностью адаптации характеристики предварительного искажения на основе алгоритма среднеквадратичной ошибки или алгоритма наименьших средних квадратов. Например, алгоритм направлен на минимизацию ошибки, в частности среднеквадратичной ошибки, в отношении компенсации нелинейных эффектов усилителя.
Например, алгоритм зависит от сигнала ошибки, при этом предысказитель выполнен с возможностью получения первой составляющей сигнала ошибки с использованием первого сигнала с пониженной частотой и второй составляющей сигнала ошибки с использованием второго сигнала с пониженной частотой. Например, сигнал ошибки является комплексным сигналом ошибки, и комплексные составляющие комплексного сигнала ошибки получают соответственно из первого и второго сигналов с пониженной частотой.
Согласно четвертому варианту осуществления по первому аспекту настоящее изобретение относится к устройству обработки сигналов, в котором предысказитель выполнен с возможностью предварительного искажения входного сигнала на основе полиномиальной функции, формирующей характеристику предварительного искажения. Например, полиномиальная функция является полной аппроксимацией Вольтерра или частичной аппроксимацией Вольтерра нелинейной функции предварительного искажения, при этом коэффициенты Вольтерра определяют нелинейную характеристику. Кроме того, полиномиальная функция может быть любым другим нелинейным представлением нелинейной функции предварительного искажения, содержащим полиномиальные члены и соответствующие полиномиальные коэффициенты, которые определяют нелинейную характеристику.
Согласно пятому варианту осуществления по первому аспекту настоящее изобретение относится к устройству обработки сигналов, в котором предысказитель выполнен с возможностью предварительного искажения входного сигнала на основе таблицы соответствия, содержащей элементы для формирования характеристики предварительного искажения. Например, для каждого значения входного сигнала в таблице соответствия предысказителя есть соответствующее значение предварительного искажения для получения обработанного сигнала. Таблица соответствия может содержать элементы для комплексных входных сигналов, так что для комплексного входного значения может быть получено комплексное выходное значение предварительного искажения.
Согласно шестому варианту осуществления по первому аспекту настоящее изобретение относится к устройству обработки сигналов, в котором понижающий преобразователь содержит первый умножитель для получения первого сигнала с пониженной частотой и второй умножитель для получения второго сигнала с пониженной частотой. Например, первый и/или второй умножитель содержит ячейку Гилберта. Согласно некоторым вариантам осуществления первый и второй умножители выполнены с возможностью умножения радиочастотных сигналов.
Согласно седьмому варианту осуществления по первому аспекту настоящее изобретение относится к устройству обработки сигналов, в котором входной сигнал является цифровым сигналом, а устройство обработки сигналов содержит цифроаналоговый преобразователь, расположенный после предысказителя. Например, предыскаженный цифровой входной сигнал преобразуют в аналоговый сигнал посредством цифроаналогового преобразователя. Входной сигнал и предыскаженный входной сигнал могут быть комплексными сигналами, так что цифроаналоговый преобразователь выполнен с возможностью выполнения преобразования комплексных составляющих комплексного предыскаженного сигнала.
Согласно восьмому варианту осуществления по первому аспекту настоящее изобретение относится к устройству обработки сигналов, которое дополнительно содержит квадратурный смеситель, расположенный после предысказителя. Например, входной сигнал и предыскаженный входной сигнал являются комплексными сигналами, подаваемыми на квадратурный смеситель для получения квадратурно-модулированного сигнала. Если предыскаженный входной сигнал является цифровым сигналом, квадратурный смеситель может быть расположен перед или после цифроаналогового преобразователя, расположенного перед усилителем.
Согласно девятому варианту осуществления по первому аспекту настоящее изобретение относится к устройству обработки сигналов, которое дополнительно содержит повышающий преобразователь для преобразования с повышением частоты, причем повышающий преобразователь расположен между предысказителем и усилителем. Например, предыскаженный входной сигнал или квадратурно-модулированную версию предыскаженного входного сигнала преобразуют до диапазона радиочастот посредством повышающего преобразователя. Например, повышающий преобразователь содержит один или более каскадов смешения с одной или более частотой гетеродина соответственно.
Согласно десятому варианту осуществления по первому аспекту настоящее изобретение относится к устройству обработки сигналов, в котором усилитель содержит первый и второй ответвители. Первый ответвитель выполнен с возможностью подачи обработанного сигнала на понижающий преобразователь, а второй ответвитель выполнен с возможностью подачи усиленного сигнала на понижающий преобразователь. Например, первый и/или второй ответвители содержат направленный ответвитель. Первый и второй ответвители могут подавать соответственно долю обработанного сигнала и усиленного сигнала на понижающий преобразователь.
Согласно второму аспекту настоящее изобретение относится к устройству радиопередачи с передающим трактом, причем передающий тракт содержит устройство обработки сигналов по одному из вышеописанных вариантов осуществления.
Согласно третьему аспекту настоящее изобретение относится к способу обработки сигналов для обработки входного сигнала. Способ содержит предварительное искажение входного сигнала в соответствии с характеристикой предварительного искажения для получения обработанного сигнала. Обработанный сигнал усиливают для получения усиленного сигнала. Версию обработанного сигнала умножают на версию усиленного сигнала для получения первого сигнала с пониженной частотой, причем одна из версий сигнала сдвинута по фазе. Обработанный сигнал умножают на усиленный сигнал для получения второго сигнала с пониженной частотой. Характеристику предварительного искажения адаптируют на основе первого сигнала с пониженной частотой и второго сигнала с пониженной частотой.
Различные варианты осуществления третьего аспекта настоящего изобретения вытекают из вариантов осуществления первого аспекта настоящего изобретения, описанных выше.
Краткое описание чертежей
Дальнейшее описание вариантов осуществления настоящего изобретения будет сделано со ссылкой на следующие фигуры:
на фиг.1 показано устройство обработки сигналов согласно варианту осуществления;
на фиг.2 показано устройство обработки сигналов согласно варианту осуществления;
на фиг.3 показан понижающий преобразователь согласно варианту осуществления; и
на фиг.4 показана блок-схема способа обработки сигналов согласно варианту осуществления.
Подробное описание изобретения
На фиг.1 показан вариант осуществления устройства обработки сигналов. Устройство обработки сигналов содержит блок 110 предыскажения, содержащий вход 111, выход 112 и контактный вывод 113 настройки. Вход 111 блока 110 предыскажения соединен с сигнальным входом 120. Выход 112 соединен с усилителем 130, в частности с входом 131 усилителя. Выход 132 усилителя соединен с сигнальным выходом 140. Устройство обработки сигналов дополнительно содержит понижающий преобразователь 150, содержащий первый входной разъем 151, соединенный с входом 131 усилителя, и второй входной разъем 152, соединенный с выходом 132 усилителя. Соответствующие выходы 153 и 154 понижающего преобразователя 150 соединены с входами 161 и 162 блока 160 обновления. Выход 163 блока 160 обновления соединен с контактным выводом 113 настройки блока 110 предыскажения.
Блок 110 предыскажения и блок 160 обновления являются функциональными блоками адаптивного предысказителя. Например, адаптивный предысказитель реализован посредством сигнального процессора. Функциональные блоки 110 и 160 могут быть реализованы программно или как часть программируемой схемы.
Согласно некоторым вариантам осуществления блок 110 предыскажения является цифровым предысказителем для предыскажения входного сигнала х, полученного на сигнальном входе 120. Предыскаженный входной сигнал обрабатывают для получения обработанного сигнала y′, который является входным сигналом для усилителя 130. Усиленный сигнал y″ получают посредством усилителя 130, усиливающего обработанный сигнал y′.
Блок 110 предыскажения выполняет нелинейную обработку входного сигнала x для компенсации нелинейных эффектов, вносимых усилителем 130 в усиленный сигнал y″. В данном случае блок 110 предыскажения содержит характеристику предыскажения, которая может содержать нелинейные участки.
Понижающий преобразователь 150 получает первый сигнал z1′ с пониженной частотой и второй сигнал z2′ с пониженной частотой на основе обработанного сигнала y′ и усиленного сигнала y″. Понижающий преобразователь, в частности, выполнен с возможностью перемножения версии обработанного сигнала y′ и версии усиленного сигнала y″ для получения первого сигнала z1′ с пониженной частотой, где одна из версий сигнала сдвинута по фазе, а, конкретно, на 90°. Понижающий преобразователь выполнен с дополнительной возможностью перемножения обработанного сигнала y′ и усиленного сигнала y″ для получения второго сигнала z2′ с пониженной частотой.
Блок 160 обновления дополнительно обрабатывает первый и второй сигналы z1′, z2′ с пониженной частотой для адаптации характеристики предыскажения блока 110 предыскажения. Например, предысказитель выполнен с возможностью адаптации характеристики предыскажения на основе алгоритма среднеквадратичной ошибки или алгоритма наименьших средних квадратов.
На фиг.2 показан дополнительный вариант осуществления устройства обработки сигналов, основанный на устройстве, показанном на фиг.1. Идентичные или похожие блоки, элементы или сигналы обозначены одинаковыми ссылочными номерами, в дальнейшем повторное описание таких блоков, элементов или сигналов может быть опущено.
Устройство обработки сигналов, показанное на фиг.2, дополнительно содержит цифроаналоговый преобразователь 210, чей вход 211 соединен с выходом 112 блока 110 предыскажения для приема предыскаженной версии w входного сигнала x. Выход 212 цифроаналогового преобразователя 210 соединен с входом 131 усилителя посредством блока 220 преобразования с повышением частоты. В частности, вход 221 блока преобразования с повышением частоты соединен с выходом 212 цифроаналогового преобразователя 210, и выход 222 блока 220 преобразования с повышением частоты соединен с входом 131 усилителя. Блок преобразования с повышением частоты, например, содержит квадратурный смеситель для генерирования квадратурно-модулированного сигнала. Блок 220 преобразования с повышением частоты может дополнительно содержать повышающий преобразователь для преобразования с повышением частоты входного сигнала. В данном случае блок 220 преобразования с повышением частоты содержит, например, один или более смесителей для смешения с соответствующими сигналами гетеродина.
Понижающий преобразователь 150 со своей входящей стороны соединен с входом 131 усилителя и выходом 132 усилителя посредством первого и второго ответвителей 230, 235. Например, первый и/или второй ответвители 2306 235 являются направленными ответвителями. Понижающий преобразователь 150 содержит первый умножитель 251 частоты, фазовращатель 252 и второй умножитель 253 частоты. Первый умножитель 251 частоты выполнен с возможностью перемножения версии обработанного сигнала у' со сдвинутой по фазе версией усиленного сигнала y″ для получения первого сигнала z1′ с пониженной частотой. Фазовращатель 252 является фазовращателем на 90°. Второй умножитель 253 частоты выполнен с возможностью перемножения версии обработанного сигнала y′ с версией усиленного сигнала y″ для получения второго сигнала z2′ с пониженной частотой. В другом варианте осуществления фазовращатель 252 может быть выполнен так, что обработанный сигнал y′ является сдвинутым по фазе. В этом случае первый умножитель 251 частоты выполняет перемножение сдвинутой по фазе версии обработанного сигнала y′ с версией усиленного сигнала y″ для получения первого сигнала z1′ с пониженной частотой.
Блок 160 обновления, соединенный с понижающим преобразователем 150, содержит первый и второй низкочастотные фильтры 260, 265 для фильтрации, в указанном порядке, первого и второго сигналов z1′, z2′ с пониженной частотой. Отфильтрованные первый и второй сигналы z1′, z2′ с пониженной частотой подают на аналогово-цифровой преобразователь 270, чей выход соединен с корректором 280. Например, корректор 280 выполняет алгоритм обновления или алгоритм адаптации для адаптации характеристики предыскажения блока 110 предыскажения.
Алгоритм, выполняемый корректором 280, может быть основан на минимизации сигнала ошибки. Далее будет описано, как обработанный сигнал y′ и усиленный сигнал y″ могут быть обработаны для реализации алгоритма адаптации.
Далее будет подразумеваться эквивалентное представление группового спектра сигналов x, y′ и y″, каждый из которых является комплексным сигналом. Усилитель 130 может быть смоделирован, например, с использованием урезанного представления последовательности Вольтерра в качестве полиномиальной функции, называемой p, так что y″=р(y′). При таком допущении функция предыскажения блока 110 предыскажения также может быть смоделирована и реализована как полиномиальная функция, называемая q, так что y′=q(x). Каскад из двух функций является следующим:
<mrow><mi>f</mi><mrow><mo>(</mo><mrow><mi>x</mi><mo>,</mo><munder accentunder="true"><mi>c</mi><mo stretchy="true">_</mo></munder></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><mi>p</mi><mrow><mo>(</mo><mrow><mi>q</mi><mrow><mo>(</mo><mi>x</mi><mo>)</mo></mrow></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><msub><mi>c</mi><mn>1</mn></msub><mi>x</mi><mo>+</mo><msub><mi>c</mi><mn>2</mn></msub><msup><mi>x</mi><mn>2</mn></msup><mo>+</mo><msub><mi>c</mi><mn>3</mn></msub><msup><mi>x</mi><mn>3</mn></msup><mo>+</mo><mo>…</mo><mo>+</mo><msub><mi>c</mi><mi>j</mi></msub><msup><mi>x</mi><mi>j</mi></msup></mrow>
<mrow><munder accentunder="true"><mi>c</mi><mo stretchy="true">_</mo></munder><mo>=</mo><mrow><mo>[</mo><mrow><msub><mi>c</mi><mn>1</mn></msub><mo>,</mo><msub><mi>c</mi><mn>2</mn></msub><mo>,</mo><msub><mi>c</mi><mn>3</mn></msub><mo>,</mo><mo>…</mo><mo>,</mo><msub><mi>c</mi><mi>j</mi></msub></mrow><mo>]</mo></mrow></mrow>
где
является вектором коэффициентов полиномиальной функции f. Способ "наименьших квадратов" пытается минимизировать сигнал е=y″-х ошибки посредством минимизации суммы остаточных квадратичных ошибок:
<mrow><mi>S</mi><mo>=</mo><mstyle displaystyle="true"><munder><mo>∑</mo><mi>i</mi></munder><mrow><msubsup><mi>r</mi><mi>i</mi><mn>2</mn></msubsup></mrow></mstyle></mrow>
, где
<mrow><msub><mi>r</mi><mi>i</mi></msub><mo>=</mo><msubsup><mi>y</mi><mi>i</mi><mrow><mo>'</mo><mo>'</mo></mrow></msubsup><mo>−</mo><mi>f</mi><msub><mrow><mrow><mo>(</mo><mrow><msub><mi>x</mi><mi>i</mi></msub><mo>,</mo><munder accentunder="true"><mi>c</mi><mo stretchy="true">_</mo></munder></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow><mi>i</mi></msub></mrow>
и где подстрочная буква i обозначает значение временной выборки сигнала е. Минимальное значение S находят установкой градиента в ноль по отношению к вектору с:
<mrow><mfrac><mrow><mo>∂</mo><mi>S</mi></mrow><mrow><mo>∂</mo><msub><mi>c</mi><mi>j</mi></msub></mrow></mfrac><mo>=</mo><mn>2</mn><mstyle displaystyle="true"><munder><mo>∑</mo><mi>i</mi></munder><mrow><msub><mi>r</mi><mi>i</mi></msub><mfrac><mrow><mo>∂</mo><msub><mi>r</mi><mi>i</mi></msub></mrow><mrow><mo>∂</mo><msub><mi>c</mi><mi>i</mi></msub></mrow></mfrac><mo>⇒</mo><mo>−</mo><mn>2</mn><mstyle displaystyle="true"><munder><mo>∑</mo><mi>i</mi></munder><mrow><msub><mi>r</mi><mi>i</mi></msub></mrow></mstyle></mrow></mstyle><mfrac><mrow><mo>∂</mo><mi>f</mi><mrow><mo>(</mo><mrow><msub><mi>x</mi><mi>i</mi></msub><munder accentunder="true"><mi>c</mi><mo stretchy="true">_</mo></munder></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow><mrow><mo>∂</mo><msub><mi>c</mi><mi>j</mi></msub></mrow></mfrac><mo>=</mo><mn>0</mn></mrow>
Градиент является следующим:
<mrow><mo>∇</mo><mi>S</mi><mo>=</mo><mo>−</mo><mn>2</mn><mrow><mo>(</mo><mrow><msubsup><mi>y</mi><mi>i</mi><mo>"</mo></msubsup><mo>−</mo><msub><mi>c</mi><mn>1</mn></msub><msub><mi>x</mi><mi>i</mi></msub><mo>−</mo><msub><mi>c</mi><mn>2</mn></msub><msubsup><mi>x</mi><mi>i</mi><mn>2</mn></msubsup><mo>−</mo><msub><mi>c</mi><mn>3</mn></msub><msubsup><mi>x</mi><mi>i</mi><mn>3</mn></msubsup><mo>−</mo><mo>…</mo></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>⋅</mo><mrow><mo>(</mo><mrow><mtable><mtr><mtd><mrow><msub><mi>x</mi><mi>i</mi></msub></mrow></mtd></mtr><mtr><mtd><mrow><msubsup><mi>x</mi><mi>i</mi><mn>2</mn></msubsup></mrow></mtd></mtr><mtr><mtd><mrow><msubsup><mi>x</mi><mi>i</mi><mn>3</mn></msubsup></mrow></mtd></mtr><mtr><mtd><mo>⋮</mo></mtd></mtr></mtable></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow>
, и
<mrow><mrow><mo>(</mo><mrow><msubsup><mi>y</mi><mi>i</mi><mrow><msubsup><mrow /><mo>"</mo><mo>'</mo></msubsup></mrow></msubsup><mo>−</mo><msub><mi>c</mi><mn>1</mn></msub><msub><mi>x</mi><mi>i</mi></msub><mo>−</mo><msub><mi>c</mi><mn>2</mn></msub><msubsup><mi>x</mi><mi>i</mi><mn>2</mn></msubsup><mo>−</mo><msub><mi>c</mi><mn>3</mn></msub><msubsup><mi>x</mi><mi>i</mi><mn>3</mn></msubsup><mo>−</mo><mo>…</mo></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><mi>e</mi></mrow>
Алгоритм стохастического градиента, основанный на минимальных квадратичных ошибках, например наименьших средних квадратах (LMS), является следующим:
<mrow><msub><mi>c</mi><mi>n</mi></msub><mo>=</mo><msub><mi>c</mi><mrow><mi>n</mi><mo>−</mo><mn>1</mn></mrow></msub><mo>−</mo><mi>μ</mi><mo>⋅</mo><mo>∇</mo><mi>S</mi><mo>⇒</mo><msub><mrow><munder accentunder="true"><mi>c</mi><mo stretchy="true">_</mo></munder></mrow><mi>n</mi></msub><mo>=</mo><msub><mrow><munder accentunder="true"><mi>c</mi><mo stretchy="true">_</mo></munder></mrow><mrow><mi>n</mi><mo>−</mo><mn>1</mn></mrow></msub><mo>−</mo><mi>μ</mi><mo>⋅</mo><mi>e</mi><mo>⋅</mo><mrow><mo>(</mo><mrow><mtable><mtr><mtd><mrow><msub><mi>x</mi><mi>i</mi></msub></mrow></mtd></mtr><mtr><mtd><mrow><msubsup><mi>x</mi><mi>i</mi><mn>2</mn></msubsup></mrow></mtd></mtr><mtr><mtd><mrow><msubsup><mi>x</mi><mi>i</mi><mn>3</mn></msubsup></mrow></mtd></mtr><mtr><mtd><mo>⋮</mo></mtd></mtr></mtable></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow>
где µ является подходящим небольшим значением, которое является величиной шага, используемого для управления скоростью сходимости.
Цифровой сигнал x подают на блок 110 предыскажения для предкомпенсации нелинейных эффектов усилителя 130. После цифроаналогового преобразования, например, блоком 210 сигнал преобразуют с повышением частоты до радиочастотного (RF) сигнала y′ посредством одной или более ступеней преобразования с повышением частоты, например, блоком 220, который может использовать смесители с гетеродинами. На входе усилителя 130 сигнал y′ является радиочастотным сигналом, и сигнал y″ является выходным сигналом, а именно усиленным сигналом y″.
Ожидается, что нелинейное искажение будет возникать в основном из-за усилителя 130, который может быть СВЧ-усилителем мощности, так что сигнал y′ может считаться по-прежнему почти линейным.
Понижающий преобразователь 150 выполняет аналитическое перемножение сигналов y′ и y″ так, как будет описано в нижеследующих уравнениях. Однако понижающий преобразователь не преобразует сигналы y′ и y″ таким способом, который может быть напрямую использован для оценки сигнала ошибки е. В описанной реализации сигналы z1 и z2 представляют соответственно реальные и мнимые части комплексного произведения conj(y′) y″ или conj(y″) y′. Ввиду свойства коммутативности комплексного перемножения два сигнала y′ и y″ на выходе понижающего преобразователя 150 могут быть заменены без потери общности.
Допустим, что y′=I′+jQ′ и y″=I″+jQ″. I и Q являются фазовым и квадратурным представлением квадратурного модулированного QAM сигнала. Комплексное произведение conj(y′) y″ является следующим:
<mrow><mi>c</mi><mi>o</mi><mi>n</mi><mi>j</mi><mrow><mo>(</mo><mrow><mi>y</mi><mo>'</mo></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>⋅</mo><mi>y</mi><mo>"</mo><mo>=</mo><mrow><mo>(</mo><mrow><mi>I</mi><mo>'</mo><mi>I</mi><mo>"</mo><mo>+</mo><mi>Q</mi><mo>'</mo><mi>Q</mi><mo>"</mo></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>+</mo><mi>j</mi><mrow><mo>(</mo><mrow><mi>I</mi><mo>'</mo><mi>Q</mi><mo>"</mo><mo>−</mo><mi>Q</mi><mo>'</mo><mi>I</mi><mo>"</mo></mrow><mo>)</mo></mrow><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mo stretchy="false">(</mo><mi>у</mi><mi>р</mi><mn>.1</mn><mo stretchy="false">)</mo></mrow>
Сигнал y′, модулированный полосовым фильтром, может быть записан как
0
0
y′(t)=I′(t)cos(ωt)-Q′(t)sin(ωt),
0
0
0
где ω=2πf, а f - несущая частота. Определяя
<mrow><mi>A</mi><mo>'</mo><mrow><mo>(</mo><mi>t</mi><mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><msqrt><mrow><mi>I</mi><mo>'</mo><msup><mrow><mrow><mo>(</mo><mi>t</mi><mo>)</mo></mrow></mrow><mn>2</mn></msup><mo>+</mo><mi>Q</mi><mo>'</mo><msup><mrow><mrow><mo>(</mo><mi>t</mi><mo>)</mo></mrow></mrow><mn>2</mn></msup></mrow></msqrt></mrow>
и
<mrow><mi>ϕ</mi><mo>'</mo><mrow><mo>(</mo><mi>t</mi><mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><mi>arctan</mi><mrow><mo>(</mo><mrow><mfrac><mrow><mi>I</mi><mo>'</mo><mrow><mo>(</mo><mi>t</mi><mo>)</mo></mrow></mrow><mrow><mi>Q</mi><mo>'</mo><mrow><mo>(</mo><mi>t</mi><mo>)</mo></mrow></mrow></mfrac></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow>
сигнал y′ может быть выражен как
0
y′(t)=A(t)cos(ωt+φ'(t)).
Выходной сигнал y″ может быть выражен, как и выше, как
0
0
y″(t)=I″(t)cos(ωt)-Q″(t)sin(ωt),
где I″(t) и Q″(t) испытывают нелинейные эффекты из-за усилителя 130. Согласно некоторым вариантам осуществления умножитель 251 частоты выполняет следующую операцию:
<mtable columnalign="left"><mtr><mtd><mi>z</mi><mn>1</mn><mo>'</mo><mo>=</mo><mi>y</mi><mo>"</mo><mrow><mo>(</mo><mi>t</mi><mo>)</mo></mrow><mo>⋅</mo><mi>y</mi><mo>'</mo><mrow><mo>(</mo><mrow><mi>t</mi><mo>+</mo><mi>π</mi><mo>/</mo><mn>2</mn></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>=</mo></mtd></mtr><mtr><mtd><mrow><mo>[</mo><mrow><mi>I</mi><mo>"</mo><mrow><mo>(</mo><mi>t</mi><mo>)</mo></mrow><mi>cos</mi><mrow><mo>(</mo><mrow><msub><mi>ω</mi><mn>0</mn></msub><mi>t</mi></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>−</mo><mi>Q</mi><mo>"</mo><mrow><mo>(</mo><mi>t</mi><mo>)</mo></mrow><mi>sin</mi><mrow><mo>(</mo><mrow><msub><mi>ω</mi><mn>0</mn></msub><mi>t</mi></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow><mo>]</mo></mrow><mrow><mo>[</mo><mrow><mo>−</mo><mi>I</mi><mo>'</mo><mrow><mo>(</mo><mi>t</mi><mo>)</mo></mrow><mi>sin</mi><mrow><mo>(</mo><mrow><msub><mi>ω</mi><mn>0</mn></msub><mi>t</mi></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>−</mo><mi>Q</mi><mo>'</mo><mrow><mo>(</mo><mi>t</mi><mo>)</mo></mrow><mi>cos</mi><mrow><mo>(</mo><mrow><msub><mi>ω</mi><mn>0</mn></msub><mi>t</mi></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow><mo>]</mo></mrow><mo>=</mo></mtd></mtr><mtr><mtd><mo>−</mo><mi>I</mi><mo>'</mo><mi>I</mi><mo>"</mo><mi>sin</mi><mrow><mo>(</mo><mrow><msub><mi>ω</mi><mn>0</mn></msub><mi>t</mi></mrow><mo>)</mo></mrow><mi>cos</mi><mrow><mo>(</mo><mrow><msub><mi>ω</mi><mn>0</mn></msub><mi>t</mi></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>+</mo><mi>I</mi><mo>'</mo><mi>Q</mi><mo>"</mo><msup><mi>sin</mi><mn>2</mn></msup><mrow><mo>(</mo><mrow><msub><mi>ω</mi><mn>0</mn></msub><mi>t</mi></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>−</mo><mi>Q</mi><mo>'</mo><mi>I</mi><mo>"</mo><msup><mi>cos</mi><mn>2</mn></msup><mrow><mo>(</mo><mrow><msub><mi>ω</mi><mn>0</mn></msub><mi>t</mi></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>+</mo><mi>Q</mi><mo>'</mo><mi>Q</mi><mo>"</mo><mi>cos</mi><mrow><mo>(</mo><mrow><msub><mi>ω</mi><mn>0</mn></msub><mi>t</mi></mrow><mo>)</mo></mrow><mi>sin</mi><mrow><mo>(</mo><mrow><msub><mi>ω</mi><mn>0</mn></msub><mi>t</mi></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>=</mo></mtd></mtr><mtr><mtd><mo>−</mo><mi>I</mi><mo>'</mo><mi>I</mi><mo>"</mo><mi>sin</mi><mrow><mo>(</mo><mrow><mn>2</mn><msub><mi>ω</mi><mn>0</mn></msub><mi>t</mi></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>+</mo><mi>I</mi><mo>'</mo><mi>Q</mi><mo>"</mo><mrow><mo>(</mo><mrow><mfrac><mrow><mn>1</mn><mo>−</mo><mi>cos</mi><mrow><mo>(</mo><mrow><mn>2</mn><msub><mi>ω</mi><mn>0</mn></msub><mi>t</mi></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow><mn>2</mn></mfrac></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>−</mo><mi>Q</mi><mo>'</mo><mi>I</mi><mo>"</mo><mrow><mo>(</mo><mrow><mfrac><mrow><mn>1</mn><mo>+</mo><mi>cos</mi><mrow><mo>(</mo><mrow><mn>2</mn><msub><mi>ω</mi><mn>0</mn></msub><mi>t</mi></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow><mn>2</mn></mfrac></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>+</mo><mi>Q</mi><mo>'</mo><mi>Q</mi><mo>"</mo><mi>sin</mi><mrow><mo>(</mo><mrow><mn>2</mn><msub><mi>ω</mi><mn>0</mn></msub><mi>t</mi></mrow><mo>)</mo></mrow></mtd></mtr></mtable>
После фильтрации посредством низкочастотного фильтра 260 результирующий сигнал z1 становится следующим:
<mrow><mi>z</mi><mn>1</mn><mo>≈</mo><mfrac><mn>1</mn><mn>2</mn></mfrac><mrow><mo>(</mo><mrow><mi>I</mi><mo>'</mo><mi>Q</mi><mo>"</mo><mo>−</mo><mi>Q</mi><mo>'</mo><mi>I</mi><mo>"</mo></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow>
Он эквивалентен мнимой части (ур.1) за исключением коэффициента масштабирования, равного ½.
Согласно некоторым вариантам осуществления умножитель 251 частоты выполняет следующую операцию:
<mtable columnalign="left"><mtr><mtd><mi>z</mi><mn>2</mn><mo>'</mo><mo>=</mo><mi>y</mi><mo>"</mo><mrow><mo>(</mo><mi>t</mi><mo>)</mo></mrow><mo>⋅</mo><mi>y</mi><mo>'</mo><mrow><mo>(</mo><mi>t</mi><mo>)</mo></mrow><mo>=</mo></mtd></mtr><mtr><mtd><mrow><mo>[</mo><mrow><mi>I</mi><mo>"</mo><mrow><mo>(</mo><mi>t</mi><mo>)</mo></mrow><mi>cos</mi><mrow><mo>(</mo><mrow><msub><mi>ω</mi><mn>0</mn></msub><mi>t</mi></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>−</mo><mi>Q</mi><mo>"</mo><mrow><mo>(</mo><mi>t</mi><mo>)</mo></mrow><mi>sin</mi><mrow><mo>(</mo><mrow><msub><mi>ω</mi><mn>0</mn></msub><mi>t</mi></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow><mo>]</mo></mrow><mo>⋅</mo><mrow><mo>[</mo><mrow><mi>I</mi><mo>'</mo><mrow><mo>(</mo><mi>t</mi><mo>)</mo></mrow><mi>cos</mi><mrow><mo>(</mo><mrow><msub><mi>ω</mi><mn>0</mn></msub><mi>t</mi></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>−</mo><mi>Q</mi><mo>'</mo><mrow><mo>(</mo><mi>t</mi><mo>)</mo></mrow><mi>sin</mi><mrow><mo>(</mo><mrow><msub><mi>ω</mi><mn>0</mn></msub><mi>t</mi></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow><mo>]</mo></mrow><mo>=</mo></mtd></mtr><mtr><mtd><mo>−</mo><mi>I</mi><mo>'</mo><mi>I</mi><mo>"</mo><mi>cos</mi><mrow><mo>(</mo><mrow><msub><mi>ω</mi><mn>0</mn></msub><mi>t</mi></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>−</mo><mi>I</mi><mo>'</mo><mi>Q</mi><mo>"</mo><mi>cos</mi><mrow><mo>(</mo><mrow><msub><mi>ω</mi><mn>0</mn></msub><mi>t</mi></mrow><mo>)</mo></mrow><mi>sin</mi><mrow><mo>(</mo><mrow><msub><mi>ω</mi><mn>0</mn></msub><mi>t</mi></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>−</mo><mi>Q</mi><mo>'</mo><mi>I</mi><mo>"</mo><msup><mi>cos</mi><mn>2</mn></msup><mrow><mo>(</mo><mrow><msub><mi>ω</mi><mn>0</mn></msub><mi>t</mi></mrow><mo>)</mo></mrow><mi>s</mi><mi>e</mi><mi>n</mi><mrow><mo>(</mo><mrow><msub><mi>ω</mi><mn>0</mn></msub><mi>t</mi></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>+</mo><mi>Q</mi><mo>'</mo><mi>Q</mi><mo>"</mo><mi>sin</mi><mrow><mo>(</mo><mrow><msub><mi>ω</mi><mn>0</mn></msub><mi>t</mi></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>=</mo></mtd></mtr><mtr><mtd><mo>−</mo><mi>I</mi><mo>'</mo><mi>I</mi><mo>"</mo><mrow><mo>(</mo><mrow><mfrac><mrow><mn>1</mn><mo>+</mo><mi>cos</mi><mrow><mo>(</mo><mrow><mn>2</mn><msub><mi>ω</mi><mn>0</mn></msub><mi>t</mi></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow><mn>2</mn></mfrac></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>−</mo><mi>I</mi><mo>'</mo><mi>Q</mi><mo>"</mo><mi>sin</mi><mrow><mo>(</mo><mrow><mn>2</mn><msub><mi>ω</mi><mn>0</mn></msub><mi>t</mi></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>−</mo><mi>Q</mi><mo>'</mo><mi>I</mi><mo>"</mo><mi>sin</mi><mrow><mo>(</mo><mrow><mn>2</mn><msub><mi>ω</mi><mn>0</mn></msub><mi>t</mi></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>+</mo><mi>Q</mi><mo>'</mo><mi>Q</mi><mo>"</mo><mrow><mo>(</mo><mrow><mfrac><mrow><mn>1</mn><mo>−</mo><mi>cos</mi><mrow><mo>(</mo><mrow><mn>2</mn><msub><mi>ω</mi><mn>0</mn></msub><mi>t</mi></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow><mn>2</mn></mfrac></mrow><mo>)</mo></mrow></mtd></mtr></mtable>
После фильтрации посредством низкочастотного фильтра 265 результирующий сигнал z2 становится следующим:
<mrow><mi>z</mi><mn>2</mn><mo>≈</mo><mfrac><mn>1</mn><mn>2</mn></mfrac><mrow><mo>(</mo><mrow><mi>I</mi><mo>'</mo><mi>I</mi><mo>"</mo><mo>+</mo><mi>Q</mi><mo>'</mo><mi>Q</mi><mo>"</mo></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow>
Он эквивалентен действительной части (ур.1) за исключением коэффициента масштабирования, равного ½.
0
Согласно некоторым вариантам осуществления низкочастотные фильтры 260, 265 перед аналогово-цифровым преобразователем 270 удаляют высокочастотные составляющие для 2cot.
Для двух составляющих z1 и z2 комплексного перемножения conj(y′) y″, оцифрованных аналогово-цифровым преобразователем 270, выполняют дополнительную обработку для получения цифровой оценки е' ошибки е=х-y″.
Сигнал w, выводимый на выходе 112 блока 110 предыскажения, является цифровым эквивалентным представлением радиочастотной области сигнала y′. Предполагая, что
y′=Kw,
где K является постоянной матрицей, зависящей от цепи преобразования с повышением частоты, то одним из возможных способов оценки ошибки е является выполнение следующей обработки комплексных сигналов:
<mrow><mi>e</mi><mo>'</mo><mo>=</mo><mfrac><mrow><mi>c</mi><mi>o</mi><mi>n</mi><mi>j</mi><mrow><mo>(</mo><mi>w</mi><mo>)</mo></mrow><mo>⋅</mo><mi>x</mi><mo>−</mo><mi>c</mi><mi>o</mi><mi>n</mi><mi>j</mi><mrow><mo>(</mo><mrow><mi>y</mi><mo>'</mo></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>⋅</mo><mi>y</mi><mo>"</mo></mrow><mrow><mi>c</mi><mi>o</mi><mi>n</mi><mi>j</mi><mrow><mo>(</mo><mi>w</mi><mo>)</mo></mrow></mrow></mfrac><mo>=</mo><mfrac><mrow><mi>c</mi><mi>o</mi><mi>n</mi><mi>j</mi><mrow><mo>(</mo><mi>w</mi><mo>)</mo></mrow><mo>⋅</mo><mi>x</mi><mo>−</mo><mi>c</mi><mi>o</mi><mi>n</mi><mi>j</mi><mrow><mo>(</mo><mrow><mi>K</mi><mi>w</mi></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>⋅</mo><mi>y</mi><mo>"</mo></mrow><mrow><mi>c</mi><mi>o</mi><mi>n</mi><mi>j</mi><mrow><mo>(</mo><mi>w</mi><mo>)</mo></mrow></mrow></mfrac><mo>=</mo><mi>x</mi><mo>−</mo><mi>K</mi><mi>y</mi><mo>"</mo></mrow>
Поскольку постоянная матрица К не зависит от алгоритма минимизации, то минимизация е' эквивалентна минимизации е. Таким образом, процесс обновления характеристики предыскажения выполняют посредством минимизации оцененной ошибки e′.
Впоследствии процесс преобразования с понижением частоты, выполняемый в понижающем преобразователе 150, способен заменить стандартную цепочку преобразования с понижением частоты, использующую понижающие смесители, гетеродины и дополнительные стандартные элементы.
<mrow><mrow><mo>|</mo><mi>H</mi><mo>|</mo></mrow></mrow>
H
Другим возможным способом применения сигналов z1 и z2 является прямая оценка амплитудной ошибки
и фазовой ошибки ϕ усилителя 130:
<mrow><mrow><mo>|</mo><mi>H</mi><mo>|</mo></mrow><mo>=</mo><mrow><mo>|</mo><mrow><mi>c</mi><mi>o</mi><mi>n</mi><mi>j</mi><mrow><mo>(</mo><mrow><mi>y</mi><mo>'</mo></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>⋅</mo><mi>y</mi><mo>"</mo></mrow><mo>|</mo></mrow></mrow>
<mrow><msub><mi>φ</mi><mi>H</mi></msub><mo>=</mo><msup><mrow><mi>tan</mi></mrow><mrow><mo>−</mo><mn>1</mn></mrow></msup><mrow><mo>(</mo><mrow><mi>Im</mi><mrow><mo>[</mo><mi>H</mi><mo>]</mo></mrow><mo>/</mo><mi>Re</mi><mrow><mo>[</mo><mi>H</mi><mo>]</mo></mrow></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow>
-1
Периодическое повторное измерение данных величин может быть использовано для оценки комплексной функции H передачи усилителя 130 и компенсации ее в блоке 110 предыскажения с использованием функции H.
На фиг.3 показан возможный вариант осуществления понижающего преобразователя 150. Понижающий преобразователь 150 соединен с входом 131 усилителя посредством первого ответвителя и с выходом 132 усилителя посредством второго ответвителя 235, на данной фигуре усилитель 130 представлен эквивалентными резисторами 310 и 315. Понижающий преобразователь 150 содержит делитель 320 мощности для подачи обработанного сигнала у' на первый умножитель 251 частоты и второй умножитель 253 частоты. Делитель 320 мощности соединен с умножителями 251, 253 частоты посредством соответствующих симметрирующих устройств 325, 330. Фазовращатель 252 соединен с ответвителем 235 и клеммой заземления посредством резистора 335 со стороны своего входа. Выход, сдвинутый по фазе, фазовращателя 235, который может быть гибридной схемой, соединен с первым умножителем 251 частоты посредством дополнительного симметрирующего устройства 340. Версию усиленного сигнала, не сдвинутую по фазе, подают от фазовращателя 252 на второй умножитель 253 частоты посредством симметрирующего устройства 345. Умножители 251, 253 частоты могут содержать ячейку Гилберта. Выходы умножителей 251, 253 частоты соединены с выходами 153, 154 понижающего преобразователя 150.
На фиг.4 показан пример реализации способа обработки сигналов, который может быть применен в одном из вышеописанных устройств.
На этапе 410 обрабатывают входной сигнал. Например, входной сигнал, который может быть комплексным цифровым сигналом, подвергают предыскажению в соответствии с характеристикой предыскажения для получения обработанного сигнала. Предыскажение может быть выполнено посредством полиномиальной функции, формирующей характеристику предыскажения. Также дополнительно возможно, что предыскажение основано на таблице соответствия с элементами, образующими характеристику предыскажения.
Предыскаженный сигнал может быть квадратурно модулирован и/или преобразован с повышением частоты до радиочастотного сигнала в дополнительных этапах обработки для получения обработанного сигнала. На этапе 420 обработанный сигнал усиливают. Например, усиление выполняют усилителем, например СВЧ-усилителем мощности. Такой усилитель может иметь передаточную функцию, которая может искажать усиленный сигнал, в частности, с нелинейными эффектами. Однако предыскажение, осуществленное на этапе 410, выполнено с возможностью компенсации таких эффектов, в частности нелинейных эффектов в усилителе.
На этапе 430 получают первый сигнал с пониженной частотой как функцию от обработанного сигнала и усиленного сигнала. В частности, версию обработанного сигнала перемножают с версией усиленного сигнала для получения первого сигнала с пониженной частотой, причем одна из версий сигнала сдвинута по фазе, в частности на 90°.
На этапе 440 получают второй сигнал с пониженной частотой. В данном случае версию обработанного сигнала перемножают с версией усиленного сигнала для получения второго сигнала с пониженной частотой.
На этапе 450 характеристику предыскажения адаптируют на основе первого сигнала с пониженной частотой и второго сигнала с пониженной частотой. Что касается различных способов обработки первого и второго сигналов с пониженной частотой для адаптации характеристики предыскажения, то их пояснение было сделано со ссылками на фиг.1 и 2.