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Diese Erfindung betrifft einen Linearisierer zur
Verminderung von Verzerrungen eines Ausgangssignals von einem Mittel
zur Signalbearbeitung.
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Die GSM-EDGE- und UMTS-Standards
stellen eine zunehmend strenge Anforderung an die Linearität der Schaltungen
von Handsende-Empfängern,
insbesondere im Hinblick auf die vorgeschlagenen breiten Kanalbandbreiten
von Handsende-Empfängern im
Vergleich mit beispielsweise DAMPS- und PDC-Systemen. Zur Realisierung eines leistungseffizienten
Entwurfs eines Handapparates wird irgendeine Form der Linearisierung
im Handsende-Empfänger
erforderlich. Diese sollte eine naheliegende niedrige Leistung,
eine Fähigkeit
zur Breitband-Linearisierung (bis zu 5 MHz bei UMTS/UTRA), Frequenzflexibilität, vorzugsweise
Multiband, und die Fähigkeit zur
Erzielung und Erhaltung hoher Grade der Linearitätsverbesserung sein, wenn sie
zur Verminderung von Verzerrungen verwendet wird, welche durch stark
nichtlineare Leistungsverstärker
(z.B. Klasse C Verstärker)
verursacht werden.
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Die Verwendung herkömmlicher
Einzelkanal-Linearisierungsmaßnahmen
(z.B. Cartesian Loop) leidet darunter, dass sie nur zur Linearisierungssteuerung über eine
endliche Verstärkungsbandbreite
hinweg fähig
sind. Derartige Systeme sind nicht in der Lage, die erforderlichen
Linearitätsverbesserungen
("Verstärkung") über die
ins Auge gefassten Kanalbandbreiten (insbesondere für UMTS)
hinweg bereitzustellen.
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Alternative Breitband-Linearisierungsmaßnahmen,
wie beispielsweise Anordnungen mit Vorwärtskopplung, sind schwierig
als integrierte Schaltkreise zu implementieren.
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Sie sind auch nicht in der Lage,
die gewünschten
Stufen der Leistungseffizienz zu erreichen, weil sie zusätzliche
Linearverstärker
zum Durchführen
der Verzerrungsaufhebung einsetzen.
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Der Trend in der Technik der Basisstationen richtet
sich auf die Einführung
von "Software Radio"-Verfahren. Das bedeutet,
dass in Architekturen von Basisstationen alle Modulationsparameter,
das Ramping, die Einteilung in Datenübertragungsblöcke usw.
für alle
Kanäle
der Basisbandübertragung
im digitalen Bereich stattfinden. Die Kombination aller Kanäle kann
bei entsprechenden Frequenzabständen voneinander
auch im Basisband durchgeführt
werden, und das ganze Kanalspektrum kann in einem Einzelblock für die Multiträger-Leistungsverstärkung und
für die Übertragung
von einer einzelnen Antenne aus auf die Sendefrequenz aufwärts-konvertiert
werden.
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US
5,164,678 beschreibt einen Vorverzerrer, wobei die Ausgabe
des Verstärkers
mit der vorverzerrten Eingabe in den Verstärker verglichen wird, um Koeffizienten
zu berechnen, welche auf das vorverzerrte Eingabesignal angewendet
werden, wenn es zur Vorverzerrung des ursprünglichen Eingabesignals rückgekoppelt
wird.
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EP 0 896 426 A1 offenbart ein Verfahren zur Simulation
nicht-linearer Verstärker,
bei welchen das Eingabesignal auf Frequenzbänder verteilt wird, welche
in einer nichtlinearen Weise als Erwiderung auf die jeweiligen Amplituden
des Frequenzbands verarbeitet werden.
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Gemäß einem Gesichtspunkt stellt
die Erfindung einen Linearisierer zur Verminderung der Verzerrung
eines Ausgangssignals aus einem Mittel zur Signalbearbeitung durch
die Verarbeitung eines Rohsignals mit Daten bereit, welche in Erwiderung
zum Amplituden- und Frequenzgehalt des Rohsignals aus einem Speichermittel
ausgewählt
werden. Ein Linearisierer dieses Typs ist darin vielseitig, dass
er ein Signal linearisieren, d.h. seine Verzerrung vermindern kann,
welches eine Verzerrung erfahren hat, welche sowohl mit der Amplitude
als auch mit der Frequenz variiert. Zusätzlich ist es möglich, die
Daten im Speichermittel so anzupassen, dass die Verarbeitung zur Verminderung
der Verzerrung an Veränderungen
bei der Verzerrung angepasst werden kann.
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Das Rohsignal kann ein Eingabesignal
in das Mittel zur Signalbearbeitung sein. In diesem Fall fungiert
der Linearisierer als ein Vorverzerrer, welcher die Ausgabe aus
dem Mittel zur Signalbearbeitung linearisiert. Ersatzweise kann
das Rohsignal die Ausgabe aus dem Mittel zur Signalbearbeitung sein.
In diesem Fall fungiert der Linearisierer als ein Nachverzerrer
des Ausgangssignals, welches aus dem Mittel zur Signalbearbeitung
austritt.
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Vorzugsweise umfasst das Speichermittel eine
Gruppe von Nachschlagtabellen, wobei jede Nachschlagtabelle einem
Bestandteil des Rohsignals entspricht, welches eine verschiedene
Frequenz oder ein Frequenzband aufweist. Jede der Nachschlagtabellen
umfasst eine Tabelle von Koeffizienten, wobei jeder Koeffizient
zu einem Amplitudenwert des Bestandteils der Tabelle gehört. Vorteilhafterweise
können
die Koeffizienten für
solche Amplituden- und Frequenzwerte interpoliert werden, welche
keinen zugehörigen
Koeffizienten in der Gruppe der Nachschlagtabellen aufweisen.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform
umfasst der Linearisierer Aufteilungsmittel zur Aufteilung des Rohsignals
in eine Anzahl von Bestandteilen, welche verschiedene Frequenzen
oder Frequenzbänder
aufweisen. Die Bestandteile des Rohsignals können dann die Verarbeitung
zur Verminderung der Verzerrung getrennt durchlaufen. Das Aufteilungsmittel
kann eine Gruppe von Filtern umfassen, wobei jeder Filter einen
verschiedenen Bestandteil des Rohsignals überträgt. Ersatzweise kann das Aufteilungsmittel
ein Mittel zur Transformierung des Rohsignals aus dem Zeitbereich
in dem Frequenzbereich umfassen, um ein Amplitudenspektrum des Rohsignals
gegen die Frequenz zu erzeugen. Bei einer bevorzugten Ausführungsform
berechnet das Transformierungsmittel eine Fourier-Transformierte des
Rohsignals.
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Der Linearisierer kann auch ein Mittel
zur Kombinierung der Bestandteile des Rohsignals umfassen. Bei einer
Ausführungsform
addiert das Kombinierungsmittel die Bestandteile. Bei einer anderen Ausführungsform
werden die Bestandteile zu einem Frequenzspektrum zusammengesetzt,
welches vorzugsweise unter Verwendung eines inversen Fourier-Transformationsverfahrens
in den Zeitbereich transformiert wird.
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Ein anderer Vorteil des Linearisierers
ist, dass die Daten im Speichermittel verändert werden können, um
die Verarbeitung zur Verminderung der Verzerrung an Veränderungen
bei der Verzerrung anzupassen. Der Linearisierer umfasst deshalb
vorzugsweise ein Mittel zur Anpassung der Daten im Speichermittel,
um Veränderungen
der Verzerrungseigenschaften des Mittels zur Signalbearbeitung zu kompensieren.
Vorteilhafterweise umfasst das Anpassungsmittel ein Mittel zur Überwachung
der Rückkopplung
aus der Ausgabe des Mittels zur Signalbearbeitung.
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Der Linearisierer kann zusammen mit
verschiedenen Arten von verzerrenden Mitteln zur Signalbearbeitung,
beispielsweise mit einem Verstärker und/oder
Frequenzumwandler, verwendet werden. Ihre Linearisierer können in
einem Sender oder als ein Teil davon verwendet werden, welcher das
verzerrende Mittel zur Signalbearbeitung umfasst.
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Gemäß einem zweiten Gesichtspunkt
stellt die Erfindung ein Verfahren zur Verminderung der Verzerrung
eines Ausgangssignals aus einem Mittel zur Signalbearbeitung bereit,
wobei das Verfahren die Schritte des Auswählens von Daten von einem Speichermittel
als Erwiderung auf den Amplituden- und Frequenzgehalt eines Rohsignals
und das Verwenden der Daten bei der Verarbeitung des Rohsignals
zur Verminderung der Verzerrung umfasst.
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Das oben stehende Verfahren kann
so zur Verminderung der Verzerrung eines Ausgangssignals von einem
Mittel zur Signalbearbeitung in einem Sender verwendet werden, so
dass die Ausgabe des Senders linearisiert wird.
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Bestimmte Ausführungsformen der Erfindung
werden nun lediglich beispielhaft und unter Bezugnahme auf die begleitenden
Figuren beschrieben, wobei:
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1 ein
Blockdiagramm eines digitalen Senders ist;
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2 ein
Blockdiagramm eines Filters ist, welcher auf einem Vorverzerrer
mit dreidimensionaler Nachschlagtabelle beruht;
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3 eine
dreidimensionale Nachschlagtabelle zeigt;
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4 ein
Blockdiagramm eines Vorverzerrers mit dreidimensionaler Nachschlagtabelle
ist, welcher auf einer schnellen Fourier-Transformation (FFT) beruht;
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5 ein
Blockdiagramm eines digitalen Senders ist, welches sein Rückkopplungsschema detailliert
zeigt;
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6 ein
Blockdiagramm ist, welches einen Mechanismus zur Rückkopplungssteuerung
zur Aktualisierung der Nachschlagtabellen eines auf Filtern beruhenden
Vorverzerrers illustriert; und
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7 ein
Blockdiagramm ist, welches einen Mechanismus für eine Rückkopplungssteuerung zur Aktualisierung
der Nachschlagtabellen eines auf der FFT beruhenden Vorverzerrers
illustriert.
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Unter Bezugnahme auf 1 erzeugt der Sender, welcher allgemein
mit 1 bezeichnet ist, eine Hochfrequenz-(HF)-Ausgabe aus einem
digitalen Basisband-Eingabesignal im Quadraturformat. Das Quadratureingabesignal
umfasst eine I-Kanaleingabe
in Phase und eine Quadratur-Q-Kanaleingabe (mit 90° Phasenversatz
bezogen auf den I-Kanal).
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Der Sender 1 umfasst einen
digitalen Signalprozessor (DSP) 10, welcher die I- und
Q-Kanäle
als Eingaben empfängt.
Der digitale Signalprozessor 10 verzerrt das Eingabesignal
(d.h. seine I- und Q-Bestandteile) vor und führt die Aufwärts-Frequenzkonvertierung
des vorverzerrten Eingabesignals vom Basisband auf das Zwischenfrequenzband
(ZF) durch. Der DSP 10 liefert dieses vorverzerrte digitale ZF- Band-Signal an einen
Digital-/Analogwandler (DAC) 12, welcher eine analoge Version
dieses Signals an den Bandpassfilter 14 liefert. Der Vermischer 16 kombiniert
die Ausgabe des Filters 14 mit einem Signal vom Lokaloszillator 18 und
erzeugt ein Ausgabespektrum, welches Signale in einem HF-Band enthält, welche
zum Senden bestimmt sind. Der Bandpassfilter 20 empfängt das
Ausgabespektrum vom Vermischer 16 und wählt die Signale im HF-Band aus,
welches für
das Senden verwendet werden soll, und reicht sie an den nicht-linearen
Leistungsverstärker 22 weiter.
Die verstärkte
Ausgabe des Leistungsverstärkers 22 ist
die Ausgabe an eine Sendeantenne. Der Ausgabeweg zur Antenne enthält einen
Verteiler 24 zur Umleitung eines Anteils der verstärkten Ausgabe
auf einem Rückkopplungsweg
an den DSP 10 zum Anpassen der angewandten Vorverzerrung (welche
später
ausführlicher
beschrieben wird).
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Die Vorverzerrung des Eingabesignals
durch den DSP 10 begegnet der Verzerrung, welche durch den
nicht-linearen Leistungsverstärker 22 verursacht wird
(und auch jeder Verzerrung, welche während der Aufwärts-Konvertierung
auf das HF-Band eingeführt wird),
so dass die Ausgabe, welche in die Antenne gespeist wird, einen
geringen Verzerrungspegel zeigt. Mit anderen Worten, die Ausgabe
des nichtlinearen Leistungsverstärkers 22 wird
durch die Vorverzerrung linearisiert.
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Der DSP 10 umfasst einen
Vorverzerrer 26 für
den I-Kanal und einen Vorverzerrer 28 für den Q-Kanal, welche die I- bzw. Q-Bestandteile
des Eingabesignals empfangen. Diese Vorverzerrer 26 und 28 erzeugen
die nötige
Verzerrung des Eingabesignals, um der Verzerrung zu begegnen, welche
durch den nicht-linearen Leistungsverstärker 22 nachgeschaltet eingeführt wird.
Die vorverzerrten Versionen der I- und Q-Kanaleingaben werden an den jeweiligen
Vermischer 30 und 32 geliefert. Der DSP 10 umfasst
auch einen Lokaloszillator 34, welcher ein Signal an ein
Phasenschieberelement 36 liefert. Das Phasenschieberelement 36 liefert
eine in Phase liegende Version des Signals aus dem Lokaloszillator 34 an
eine Eingabe des Vermischers 30 und stellt dem Vermischer 32 eine
Quadraturversion (d.h. um 90° phasenverschoben
bezüglich
der in Phase liegenden Version) des Signals aus dem Lokaloszillator 34 bereit.
Die Vermischer 30 und 32 erzeugen Ausgaben, welche
Mischungen ihrer jeweiligen Eingaben sind, und diese Ausgaben werden
im DSP 10 kombiniert, um das vorverzerrte digitale ZF-Band-Ausgangssignal
für die
Konvertierung durch den DAC 12 zu erzeugen.
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Es ist möglich, dass die Verzerrung,
welche durch den nicht-linearen Leistungsverstärker 22 verursacht
wird, variiert. Beispielsweise kann dies wegen der Alterung des
Verstärkers
oder wegen Veränderungen
der Umgebung der Fall sein, in welcher er arbeitet. Deshalb ist
der DSP 10 in der Lage die Vorverzerrungen, welche an die
Eingaben der I- und Q-Kanäle
angelegt werden, durch die Vorverzerrer 26 und 28 an
die variierenden, nicht-linearen Eigenschaften des Leistungsverstärkers 22 anzupassen. Zum
Anpassen der Vorverzerrer 26 und 28 an die Verzerrung,
welche durch den Leistungsverstärker 22 erzeugt
wird, tastet der DSP 10 die linearisierte Ausgabe des Leistungsverstärkers 22 durch
einen Rückkopplungsweg
ab, welcher mit dem Richtkoppler 24 verbunden ist. Das
Rückkopplungssignal
wird in der Frequenz abwärts-konvertiert,
indem es mit einem Signal vom Lokaloszillator 18 im Vermischer 38 vermischt
wird. Die Ausgabe aus diesem Vermischer geht durch den Bandpassfilter 40 und
wird an den Analog-/Digitalwandler (ADC) 42 geliefert, welcher eine
digitale, abwärts-konvertierte
ZF-Band-Version des Rückkopplungssignals
an den DSP 10 liefert, welcher zur Anpassung der Vorverzerrer 26 und 28 verwendet
wird.
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Es ist offenkundig, dass der Sender 1 auf eine
Anzahl von Arten ausgeführt
werden kann. Der Sender kann die analogen I- und Q-Kanaleingaben über die
ADCs an die Eingaben des DSP 10 bringen. Dem Sender 1 kann
eine ZF-Band-Eingabe bereitgestellt werden, welche abwärts-quadraturkonvertiert wird
(im digitalen oder analogen Bereich), um die I- und Q-Kanaleingaben für den DSP 10 zu
erzeugen. Eine mehrstufige Aufwärts-Konvertierung
vom ZF-Band auf das HF-Band kann an Stelle des einstufigen Verfahrens
eingesetzt werden, welcher durch den Vermischer 16 durchgeführt wird.
Es kann ein Amplituden- und Phasen-Polynomformat für das Eingabesignal
an der Stelle des I- und Q-Formats (Kartesisch) verwendet werden,
welches im Sender der 1 verwendet
wird. Falls gewünscht,
kann das Frequenzkonvertierungsverfahren, welches durch den DSP 10 durchgeführt wird,
stattdessen im analogen Bereich ausgeführt werden.
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Die Vorverzerrer 26 und 28 arbeiten
im Wesentlichen auf die gleiche Weise, und deshalb wird nun lediglich
die Arbeitsweise des Vorverzerrers 26 im I-Kanal beschrieben.
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Der in 2 gezeigte
I-Kanalvorverzerrer 26 umfasst eine Anordnung 44 von
Bandpassfiltern 46, 48, 50 und 52.
Die Filter 46 bis 52 sind digitale Linearphasenfilter,
welche derartig angeordnet sind, dass die Übertragungsfunktion jedes Filters 46, 48, 50 und 52 einen
unterschiedlichen Frequenzbestandteil des I-Kanalsignals passieren
lässt.
Die Filterübertragungsfunktionen
sind derartig profiliert, dass ihre Summen über die Frequenzbreite des
I-Kanals eine gleichmäßige, ebene Übertragungsfunktion über die gesamte
Breite des I-Kanals ergeben. Falls es gewünscht ist, das I-Kanalsignal in eine
größere Anzahl von
Frequenzbestandteile aufzulösen
als durch die Filter 46 bis 52 bereitgestellt
werden, kann dies durch Einfügen
zusätzlicher
Filter zwischen diejenigen erzielt werden, welche in 2 gezeigt sind.
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Der Vorverzerrer 26 des
I-Kanals umfasst auch eine Gruppe von Nachschlagtabellen 54, 56, 58 und 60.
Jeder der Bestandteile, welche durch die Gruppe von Filtern 46 bis 52 ausgegeben
werden, gehört
zu einer jeweiligen Nachschlagtabelle 54 bis 60.
Jede der Nachschlagtabellen weist das gleiche Format auf (obwohl
sie natürlich
jeweils verschiedene Daten speichern können), und daher wird nun lediglich
die Nachschlagtabelle 54 beschrieben, welche zur Ausgabe
des Filters 46 gehört.
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Die Nachschlagtabelle 54 umfasst
eine Tabelle von Koeffizienten, welche jeder zu einem vorbestimmten
Wert der Amplitude des I-Kanalbestandteils gehört, welcher durch den Filter 46 bereitgestellt wird.
Der Vorverzerrer 26 ruft den Koeffizienten aus der Nachschlagtabelle 54 ab,
welcher zur gegenwärtigen
Amplitude des Bestandteils gehört,
welcher durch den Filter 46 ausgegeben wird. Der Vorverzerrer 26 multipliziert
die Amplitude des Bestandteils mit dem Koeffizienten, um einen vorverzerrten
Wert der Amplitude des Bestandteils zu erzeugen.
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Die vorverzerrten Amplituden, welche
durch den Vorverzerrer für
die Bestandteile erzeugt werden, welche durch jeden Filter 46 bis 52 passieren (durch
Bezugnahme auf die jeweiligen Nachschlagtabellen 54 bis 60),
werden durch den Kombinierer 80 summiert, um ein vorverzerrtes
I-Kanalsignal zu erzeugen. Der Vorverzerrer 28 des Q-Kanals
arbeitet auf eine ähnliche
Weise und erzeugt ein vorverzerrtes Q-Kanalsignal. Die vorverzerrten
I- und Q-Kanalsignale werden an jeweilige Vermischer 30 und 32 im DSP 10 (1) geliefert, deren Ausgaben
kombiniert werden, um das vorverzerrte ZF-Band-Signal zu erzeugen,
welches die Ausgabe aus dem DSP 10 ist.
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Die Eingabesignale an den Sender 1 sind
natürlich
mit der Zeit veränderlich
und folglich auch die Amplituden der Bestandteile, welche durch
die Anordnung 44 bereitgestellt werden. Wieder unter Bezugnahme
auf den Bestandteil, welcher durch den Filter 46 bereitgestellt
wird, weil dessen Amplitude sich mit der Zeit verändert, fragt
der Vorverzerrer 26 den Koeffizienten aus der Nachschlagtabelle 54 ab, welcher
der neuen Amplitude des Bestandteils entspricht. Dieser Koeffizient
wird dann mit der neuen Amplitude des Bestandteils multipliziert,
um eine neue, vorverzerrte Amplitude des Bestandteils zu erzeugen.
Mit anderen Worten, der Vorverzerrer 26 kann den Grad der
Vorverzerrung, welche auf den Bestandteil aus Filter 46 angewandt
wird, in Abhängigkeit
von der Amplitude des Bestandteils variieren. Wenn die Amplitude
des Bestandteils einen Wert annimmt, für welchen kein entsprechender
Koeffizient in der Nachschlagtabelle 54 gespeichert ist,
dann kann der Vorverzerrer 26 einen geeigneten Koeffizienten
aus den Koeffizienten interpolieren, welche Amplituden der Bestandteile
entsprechen, welche zur aktuellen Amplitude des Bestandteils benachbart liegen.
Der interpolierte Koeffizient kann dann mit der Amplitude des Bestandteils
multipliziert werden, um die vorverzerrte Amplitude festzustellen.
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Es ist offensichtlich, dass wenn
es keine Nachschlagtabelle gibt, welche einer bestimmten Frequenz
entspricht, die Werte der Koeffizienten für die Vorverzerrung der Amplitudenwerte
eines Bestandteils, welcher diese Frequenz aufweist, dann aus den
Nachschlagtabellen entsprechend beispielsweise zu Bestandteilen
interpoliert werden können, welche
benachbarte Frequenzen aufweisen.
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Die Nachschlagtabellen 54 bis 60 des
Vorverzerrers 26 sind in 3 grafisch
dargestellt. Jede der Linien 62, 64, 66 und 68 stellt
eine jeweilige Nachschlagtabelle 54 bis 60 eines
der Frequenzbestandteile dar, welche die Filter 46 bis 52 passieren. 3 illustriert auch eine
zusätzliche
Linie 67, welche den Nachschlagtabellen-Zwischentabellen 58 und 60 entspricht.
Wenn in der Weise dargestellt, wie in 3 gezeigt,
wird es offensichtlich, dass die Gruppe von Nachschlagtabellen eine
dreidimensionale Nachschlagtabelle umfasst, welche Koeffizientenwerte
gegen die Frequenz des Bestandteils und gegen die Amplituden des
Eingabebestandteils aufträgt.
Unter Betrachtung beispielsweise der Linie 62 (welche die
Nachschlagtabelle 54 repräsentiert), welche dem Bestandteil
zugeordnet ist, welcher durch Filter 46 übertragen
wird, muss angemerkt werden, dass die Koeffizientenwerte (die aufgetragenen Punkte 70, 72, 74, 76 und 78)
in Abhängigkeit
von der Amplitude des Bestandteils variieren. Die Linienabschnitte,
welche die Punkte 70 bis 78 verbinden, repräsentieren
solche Koeffizientenwerte, welche interpoliert werden. Es ist auch
beispielsweise durch Vergleichen der Linien 62 und 68 (entsprechend
der Nachschlagtabellen 54 und 60) anzumerken,
dass die Variation der Koeffizientenwerte mit der Amplitude für die Nachschlagtabellen
verschiedener Bestandteile nicht die gleiche sein muss. Dies erlaubt den
Vorverzerrern 26 und 28 des Senderentwurfs 1 Verzerrungen
zu kompensieren, welche sich mit der Frequenz verändern, was
zu vielseitigeren Linearisierungsanordnungen führt als ein Linearisierer,
welcher auf der Annahme arbeitet, dass die Verzerrung, welche kompensiert
wird, keine oder eine vernachlässigbare
Frequenzabhängigkeit
aufweist (d.h. Linearisierer von der Art, welche annimmt, dass die
Verzerrung "frequenzeben" ist).
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Eine andere Ausführungsform des Vorverzerrungsverfahrens
wird nun unter Bezug auf 4 beschrieben.
Wieder arbeiten die I- und Q-Kanalvorverzerrer in der gleichen Weise
und folglich wird nun lediglich die Arbeitsweise des I-Kanalvorverzerrers beschrieben.
Während
die Vorverzerrer der vorstehenden Ausführungsform eine Gruppe von
Filtern verwenden, um das Eingabesignal in Bestandteile aufzuteilen, übertragen
die Vorverzerrer gemäß dieser
Ausführungsform
die mit der Zeit veränderlichen Eingabesignale
durch Fourier-Transformation in den Frequenzbereich.
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Unter Bezugnahme auf 4 empfängt der I-Kanalvorverzerrer
das I-Kanalsignal und transformiert es in die Amplitude-versus-Frequenzbereich unter
Verwendung der Methode der schnellen Fourier-Transformation (FFT),
welche ein mit der Zeit veränderliches
Spektrum der Amplitude ergibt, welches gegen die Frequenz für das I-Kanalsignal
aufgetragen ist. Die FFT-Methode ist in 4 mit 82 gekennzeichnet. Der
Vorverzerrer segmentiert, d.h. er unterteilt, das Spektrum in Frequenzbestandteile.
Wie zuvor enthält
der Vorverzerrer eine Gruppe von Nachschlagtabellen 84,
von welchen eine jedem Bestandteil des Spektrums entspricht. Der
Vorverzerrer manipuliert jeden Bestandteil des Spektrums auf eine ähnlich Weise
wie die anderen unter Bezug auf ihre passenden Nachschlagtabellen 84.
Folglich wird nun lediglich die Vorverzerrung eines der Bestandteile
beschrieben.
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Die Nachschlagtabelle 86 umfasst
eine Tabelle mit Koeffizienten, von welchen jeder einer vorbestimmten
Amplitude des Bestandteils zugeordnet ist. Der Vorverzerrer fragt
den Koeffizienten aus der Nachschlagtabelle 86 entsprechend
der gegenwärtigen
Amplitude des Bestandteils ab, welcher der Nachschlagtabelle zugeordnet
ist, und multipliziert den Koeffizienten mit der gegenwärtigen Amplitude des
Bestandteils, um eine vorverzerrte Amplitude zu erzeugen. Die Methode
zum Erzeugen der vorverzerrten Amplituden des Bestandteils unter
Bezug auf Koeffizienten, welche in den Nachschlagtabellen 84 gespeichert
sind, ist der ähnlich,
welche bei der zuvor beschriebenen Ausführungsform eingesetzt wurde. Es
wird Interpolation verwendet, um Koeffizientenwerte für Amplituden
des Bestandteils zu berechnen, welche keinen passenden Koeffizienten
in einer Nachschlagtabelle aufweisen.
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Der Vorverzerrer erzeugt eine vorverzerrte Amplitude
des Bestandteils für
jeden der Bestandteile des Fourier-transformierten Spektrums und
setzt dann das Frequenzspektrum wieder zusammen, welches nun vorverzerrte
Amplituden aufweist. Das wieder zusammengesetzte Frequenzspektrum
wird dann bei 88 einer inversen schnellen Fourier-Transformation
(FFT') unterzogen,
um es in ein Amplitude-versus-Zeit-Signal in den Zeitbereich zurück zu transformieren.
Dieses Signal ist das vorverzerrte I-Kanalsignal.
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Der Q-Kanalvorverzerrer erzeugt das
vorverzerrte Q-Kanalsignal auf die gleiche Weise. Die vorverzerrten
I- und Q- Signale
werden dann mit den I- und Q-Signalen vermischt, welche jeweils
vom Lokaloszillator 34 (1)
erlangt werden, um zwei Signale zu erzeugen, welche kombiniert werden,
um die vorverzerrte ZF-Band-Ausgabe des DSP 10 zu erzeugen.
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Ein Vorteil, welcher durch die beiden
oben beschriebenen Ausführungsformen
durch den Gebrauch von Nachschlagtabellen erreicht wird, ist, dass
der Vorverzerrer leicht an Veränderungen
der Eigenschaft der Verzerrung angepasst werden kann, welche durch
den Leistungsverstärker 22 erzeugt wird
(z.B. wegen der Alterung des Verstärkers oder wegen Veränderungen
der Umgebungsbedingungen wie beispielsweise der Temperatur usw.).
Die Koeffizienten in den Nachschlagtabellen können durch den DSP 10 verändert werden,
um entsprechende Anpassungen der Vorverzerrung zur Verfolgung der Veränderungen
der Verzerrungseigenschaften des nichtlinearen Leistungsverstärkers 22 vorzunehmen. Die
nötigen
Veränderungen
an den Koeffizienten werden durch Überwachung der Ausgabe des
Leistungsverstärkers 22 über den
Rückkopplungsweg vom
Verteiler 24 in 1 festgestellt.
Die Anpassungsmethode der Vorverzerrerkoeffizienten wird nun unter
Bezugnahme auf 5 beschrieben.
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5 ist
ein ausführlicheres
Diagramm eines Senders, welcher I- und Q-Kanalvorverzerrer auf der
Grundlage von Nachschlagtabellen einsetzt, welche jeder unter Verwendung
des zuvor unter Bezugnahme auf 2 beschriebenen,
filterbasierten Ansatzes arbeitet. Die Elemente in 5, welche schon beschrieben wurden, behalten
die gleichen Bezugszeichen bei. In der Figur sind die I- und Q-Vorverzerrer
etwas ausführlicher
gezeigt als in 1. Die
Figur illustriert die Gruppen 90 und 92 von Bandpassfiltern, welche
die Eingabesignale der I- und Q-Kanäle jeweils in Bestandteile
aufteilen, und illustrieren auch die Gruppen der Nachschlagtabellen 94 und 96,
welche einen Teil der I- und
Q-Kanalvorverzerrer ausbilden. Wie zuvor unter Bezugnahme auf 2 beschrieben, arbeiten
die I- und Q-Kanalvorverzerrer im Wesentlichen auf die gleiche Weise.
Kurz gesagt und unter Betrachtung lediglich des I-Kanalvorverzerrers (wobei
die Arbeitsweise des Q-Kanalvorverzerrers ähnlich ist), teilt die Filtergruppe 90 das
Eingabesignal des I-Kanals in eine Gruppe von Bestandteilen auf,
welcher jeder eine verschiedene Frequenz aufweist. Die Amplitude
jedes dieser Bestandteile wird dann verwendet, um einen Koeffizienten
aus der Nachschlagtabelle in Gruppe 94 abzufragen, welcher diesem
Bestandteil entspricht. Falls keine Koeffizienten in der Gruppe
von Nachschlagtabellen 94 lokalisiert werden können, können sie
interpoliert werden. Die abgefragten Koeffizienten werden dann mit
der Amplitude ihrer jeweiligen Bestandteile multipliziert, um vorverzerrte
Amplituden der Bestandteile zu erzeugen. Diese vorverzerrten Amplituden
werden dann aufsummiert und als das vorverzerrte I-Kanalsignal dem
Vermischer 30 bereitgestellt, welcher einen Teil des Frequenzkonvertierungsverfahrens
in das ZF-Band ausführt. Ähnlich erzeugt
der Q-Kanalvorverzerrer
ein vorverzerrtes Eingabesignal des Q-Kanals für den Vermischer 32.
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5 zeigt
auch den Mechanismus der Rückkopplungsanpassung
innerhalb des DSP 10. Das digitale ZF-Band-Rückkopplungssignal,
welches durch den ADC 42 erzeugt wird, wird in der Frequenz abwärts-konvertiert,
um ein Basisbandsignal im Quadraturformat zu erzeugen. Die Ausgabe
des ADC 42 wird an eine Eingabe jedes der Vermischer 98 und 100 geliefert.
Die Ausgabe des Lokaloszillators 34 (welcher auch bei der
Aufwärts-Frequenzkonvertierung
der vorverzerrten I- und Q-Eingabesignale verwendet wird) wird an
das Phasenschieberelement 102 geliefert, welches in-Phase-
und Quadratur-verschobene Versionen des Signals vom Lokaloszillator erzeugt.
Die in-Phase-Version dieses Signals wird mit der Ausgabe des ADC 42 im
Vermischer 98 vermischt, um ein Rückkopplungssignal des I-Kanals
zu erzeugen, welches durch den Rückkopplungs-
und Steuerungsmechanismus 104 bei der Anpassung der Koeffizienten
der Nachschlagtabellen in Gruppe 94 verwendet wird. Das
Quadratur-verschobene Signal, welches durch Phasenschieberelement 102 erzeugt wird,
wird mit der Ausgabe des ADC 42 im Vermischer 100 vermischt,
um ein Rückkopplungssignal des
Quadraturkanals zu erzeugen, welches durch den Rückkopplungs- und Steuerungsmechanismus 106 bei
der Anpassung der Koeffizienten der Nachschlagtabellen in Gruppe 96 verwendet
wird.
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Unter Bezugnahme auf den FFT-basierten Entwurf,
welcher unter Bezugnahme auf 4 beschrieben
ist, ist die Rückkopplungsverarbeitung
und die Nachschlagtabellen-Anpassungsmethode wie in 5 beschrieben. Um 5 zur Illustration des FFT-basierten
Entwurfs anzupassen, würde
jede der Bandpassfilteranordnungen 90 und 92 durch
ein FFT-Verfahren
ersetzt werden, welches jedes zur Ausgabe eines segmentierten Spektrums
angeordnet ist. Die Nachschlagtabellengruppen 94 und 96 würden dann
jeweils von einem inversen schnellen Fourier-Transformationsverfahren
gefolgt, welches die jeweiligen vorverzerrten Spektren für die nachfolgende
Aufwärts-Frequenzkonversion
unter Verwendung des Signals vom Lokaloszillator 34 in
den Zeitbereich konvertiert.
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Die Rückkopplungs- und Steuerungsmechanismen 104 und 106 werden
nun für
den Filter-basierten Entwurf unter Bezug auf
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6 und
für den
FFT-basierten Entwurf unter Bezugnahme auf 7 ausführlicher beschrieben.
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6 illustriert
das Vorverzerrungsverfahren des I-Kanals (Elemente, welche in 2 erscheinen, behalten die
gleichen Bezugszeichen bei) und, ausführlicher, den Rückkopplungs-
und Steuerungsmechanismus 104. Es ist offensichtlich, dass
es eine analoge Anordnung für
den Q-Kanal gibt.
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Das Basisband-Rückkopplungssignal des I-Kanals
wird durch die Bandpassfilter 108, 110, 112 und 114 der
Anordnung 116 in Bestandteile aufgeteilt, welche verschiedene
Frequenzen aufweisen. Die Übertragungsfunktionen
der Filter 108 bis 114 entsprechen jeweils denen
der Filter 46 bis 52. Die Bestandteile des Rückkopplungssignals,
welches durch die Filter der Anordnung 116 übertragen
wird, werden jedes in einem separaten Verfahren verwendet, um die
Koeffizienten anzupassen, welche in einer jeweiligen Nachschlagtabelle
gespeichert sind. Zur Verdeutlichung illustriert 6 nur das Verfahren, durch welches die
Nachschlagtabelle 54 angepasst wird. Es ist offenkundig,
dass ein ähnliches Verfahren
für jeden
Rückkopplungsbestandteil,
welcher durch die Anordnung 116 erzeugt wird, und seinen
passenden Eingabebestandteil aus Anordnung 44 erfolgt.
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Der Rückkopplungsbestandteil vom
Filter 108 und der Eingabebestandteil vom Filter 46 werden an
den Aufteiler 118 geliefert. Der Eingabebestandteil vom
Filter 46 wird durch ein Zeitverzögerungselement 120 verzögert, um
die Zeit zu kompensieren, welche die Signale benötigen, um durch den Vorverzerrer
und den Verstärker 22 zu
gelangen sowie zurück über den
Rückkopplungsweg.
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Der Integrator 122 erzeugt
ein Signal, welches dann verwendet wird, um die Koeffizienten der Nachschlagtabelle 54 zu
modifizieren. Diese Modifikation stellt sicher, dass die Schleifenverstärkung gleich
einer vorbestimmten Konstanten GL ist, welche für alle Eingabeabtastungen
und alle Nachschlagtabellen 54 bis 60 gleich ist.
Ein entsprechender Versatz K0 wird innerhalb
des Integrators subtrahiert, um sicher zu stellen, dass die gesamte
Schleifenverstärkung
einschließlich
des Vorverzerrers und aller Elemente der Rückkopplung bis hinauf zum Aufteiler gleich
einer entsprechenden Konstante ist, wobei in diesem Fall K0 gleich 1 ist. Die Ausgabe des Integrators 122 wird
so angeordnet, dass sie zum vorhandenen Wert des Koeffizienten in
der Nachschlagtabelle addiert wird, welcher gegenwärtig indiziert
wird, d.h. welcher durch den Wert der Amplitude des Bestandteils
spezifiziert wird, welcher vom Verzögerungselement 120 geliefert
wird. Bei einer alternativen Ausführungsform wird die Ausgabe
des Integrators stattdessen mit dem vorhandenen Koeffizienten in
der Nachschlagtabelle multipliziert. Der Integrator-basierte Ansatz
weist im Vergleich zu einem Ansatz mit unmittelbarer Berechnung
den Vorteil auf, dass ein Grad von Mittelwertbildung bereitgestellt
wird, welcher die Verminderung von fehlerhaften Aktualisierungen
bewirkt. Er arbeitet jedoch mit einer niedrigeren Geschwindigkeit
als ein Ansatz mit unmittelbarer Berechnung.
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Zur Implementierung eines Ansatzes
mit unmittelbarer Berechnung in den Rückkopplungs- und Steuerungsmechanismus
kann die Ausgabe des Aufteilers 118 so angeordnet werden,
dass unmittelbar ein Faktor resultiert, mit welchem der vorhandene Koeffizient
multipliziert werden muss, um die neue Schätzung des Werts des Koeffizienten
zu erzeugen. Eine mathematische Mittelwertbildung kann auch auf die
neu geschätzten
Werte angewendet werden, um fehlerhafte Aktualisierungen zu vermindern.
Der resultierende Wert des Faktors wird entweder größer oder
kleiner als Eins sein, abhängig
von der Richtung des Fehlers des fraglichen Koeffizienten.
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Das Rückkopplungs- und Nachschlagtabellen-Anpassungsverfahren
für den
FFT-basierten Ansatz wird nun ausführlicher unter Bezugnahme auf 7 beschrieben. Wieder behalten
die Elemente, welche in 4 erscheinen,
die gleichen Bezugszeichen bei. 7 illustriert
den FFT-basierten Vorverzerrer des I-Kanals und, ausführlicher,
den Rückkopplungs-
und Steuerungsmechanismus 104.
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Die Ausgabe vom Vermischer 98 in 5 wird bei 124 der
schnellen Fourier-Transformation unterzogen, um ein Frequenzspektrum
des Rückkopplungssignals
des I-Kanals zu erzeugen, welches in Bestandteile zerlegt wird (auch
als "Kästen" bekannt). Die segmentierten
Frequenzspektren der I-Kanaleingabe und der Rückkopplungssignale werden an
den Aufteiler 126 geliefert. Das Frequenzspektrum des Eingabesignals
des I-Kanals erreicht den Aufteiler 126 über ein
Verzögerungselement 128,
welches die Verzögerung
kompensiert, welche dadurch verursacht wird, dass das Eingabesignal den
Vorverzerrer und den Verstärker 22 passiert
und über
den Rückkopplungsweg
zum Aufteiler 126 zurückkehrt.
Der Aufteiler 126 gibt ein Signal aus, welches jedem passenden
Segmentpaar der Eingabe- und Rückkopplungsspektren
entspricht. Jede dieser Ausgaben wird bei 130 separat integriert,
um Ausgangssignale zu erzeugen, welche zum Anpassen der Koeffizienten
in den individuellen Nach schlagtabellen verwendet werden. Die anzupassenden
Koeffizienten werden durch Amplitudenwerte der verzögerten Spektrumssegmente
indiziert, welche vom Element 128 ausgegeben werden. Dieser
Integrator-basierte Ansatz zum Anpassen der Koeffizienten der Nachschlagtabelle
arbeitet auf eine ähnliche
Weise, wie diejenige, welche unter Bezugnahme auf 6 beschrieben wurde. Ferner, wieder wie
unter Bezugnahme auf 6 beschrieben,
kann der Aktualisierungsmechanismus der 7 auch einen unmittelbaren Berechnungsansatz
zum Anpassen der Koeffizienten der Nachschlagtabelle verwenden.