数字预失真校准的制作方法

数字预失真校准


背景技术：

1.无线传感器网络可以使用依靠电池运行的低功率单芯片器件(例如，无线通信器件)来实现。此类器件可包括具有集成射频(rf)功率放大器(pa)的wi
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fi无线电。rf pa是有源部件，其产生高功率电平并且可能需要高效运行以帮助节省功率。然而，当使用调幅信号时pa的高效运行往往会导致非线性失真，从而降低网络性能。出于这个原因，监管要求限制了可容忍的失真量，该失真量通常以限制相邻频道发射功率的形式出现。鉴于这些要求，提高pa线性度和减少失真很重要。
2.一种可用于提高pa线性度的技术是基于校准参数的pa的数字预失真(dpd)。dpd可以在器件通电时执行，也可以在其他时间执行。用于dpd校准的当前技术可能太耗时和/或消耗太多功率而无法在电池供电的器件中使用。


技术实现要素：

3.一些实施例涉及用于数字预失真(dpd)校准的方法和装置。在一个方面，提供了一种用于无线通信器件中的dpd校准的方法，该方法包括：由无线通信器件的发射电路发射多个脉冲，其中，每个脉冲对应于幅度步长的模式中的幅度步长，其中，幅度步长被静默间隙隔开；在无线通信器件的接收器电路中接收每个脉冲；由无线通信器件的累加器部件基于由接收器电路输出的每个脉冲的多个采样为脉冲生成累加的采样；以及由无线通信器件的处理器计算每个累加的采样的幅度相关增益(am/am)和幅度相关相移(am/pm)值。
4.在一个方面，提供了一种无线通信器件，该无线通信器件包括发射电路、通过反馈回路耦合到发射电路以接收由发射电路发射的脉冲的接收器电路、耦合到接收器电路以接收由接收器电路输出的采样的累加器部件、耦合到发射电路并耦合到累加器部件的处理器，以及存储用于由处理器执行的用于数字预失真(dpd)校准的程序的非暂时性计算机可读存储介质，该程序包括用于以下的指令：由发射电路发射多个脉冲，其中，每个脉冲对应于幅度步长的模式中的幅度步长，其中，幅度步长被静默间隙隔开；经由反馈回路在接收器电路中接收每个脉冲；由累加器部件基于由接收器电路输出的每个脉冲的多个采样为脉冲生成累加的采样；以及计算每个累加的采样的幅度相关增益(am/am)和幅度相关相移(am/pm)值。
附图说明
5.图1是示例5ghz频带无线局域网(wlan)无线电的框图，该无线电包括可用在电池供电的无线通信器件中的用于数字预失真(dpd)和dpd校准的电路；
6.图2是图示用于dpd校准的幅度斜坡的曲线图；
7.图3是用于dpd校准的具有静默间隙的交错的高和低幅度步长的示例模式的曲线图；
8.图4是用于dpd校准的在幅度步长之间具有静默间隙的七个交错的高和低幅度步长的示例模式的曲线图；
9.图5是示出了图1的wlan无线电的失真估计部件的附加细节的示例wlan无线电的框图；
10.图6是用于dpd校准的方法的流程图；
11.图7是示例无线通信器件的框图；以及
12.图8是示例无线传感器器件的框图。
具体实施方式
13.现在将参考附图详细描述具体实施例。为了一致性，各附图中的相同元件由相同的附图标记表示。
14.实施例提供对wi
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fi无线电中的数字预失真(dpd)部件的校准。射频(rf)功率放大器(pa)的非线性特性表征为pa的幅度相关增益(幅度调制(am)/am或am2am)和幅度相关相移(am/相位调制(pm)或am2pm)。数字预失真的本质是对输入信号的幅度和相位进行预处理，以补偿pa引起的am/am和am/pm失真。
15.图1是示例5ghz频带无线局域网(wlan)无线电100的框图，该无线电包括可用在电池供电的无线通信器件中的用于数字预失真(dpd)和dpd校准的电路。示例无线电100包括发射电路102，该发射电路包括发射(tx)模拟电路103和耦合到tx模拟电路103的功率放大器(pa)106。tx模拟电路103包括准备要被发射以供pa 106放大的信号的电路。示例无线电100还包括辅助接收器电路104，该辅助接收器电路通过反馈回路112耦合到发射电路102以用于确定pa 106的dpd校准参数。无线电100的输入是要发射的rf信号的带内(i)和正交(q)分量。
16.鉴于在消耗的功率和输送的功率方面的效率，pa 106可以在其饱和点(psat)附近操作。然而，在psat附近操作pa会在pa的输出端处引入非线性失真并降低误码率(ber)性能。为了补偿在psat附近操作时由pa 106引起的am/am和am/pm失真，i和q信号由dpd部件108预失真。dpd部件108包括控制输入信号的幅度和相位的复增益调节器。预失真量由校准查找表中的条目控制，该表中的条目对pa 106的am/am和am/pm非线性度进行插值。换言之，预失真量由存储在校准查找表中的pa 106的am/am和am/pm非线性度的校正值控制。输入信号的包络电平用于索引校准查找表。复增益调节器根据校准查找表中的条目给出的校正值，提供与pa 106的非线性特性相反的非线性特性。
17.查找表中条目的校正值由使用辅助接收器电路104执行的校准过程确定以表征pa 106。当无线电100通电时执行校准。校准也可以在无线电100的操作期间执行，例如周期性地执行以适应由于诸如温度变化、电压变化、信道变化和老化的因素引起的pa 106特性的变化。
18.在一种校准方法中，具有连续斜坡幅度的连续波(cw)音调(tone)由发射电路102发射并从pa 106的输出端经由反馈回路112反馈到辅助接收器电路104的输入端。可以基于pa 106的特性确定连续斜坡中的幅度步长数。图2的曲线图图示了这种幅度斜坡的一个示例。失真估计部件110在每一步接收由辅助接收器电路104输出的数字信号，并估计表示由pa在相应幅度处引入的失真的am/am和am/pm值。然后使用幅度步长的估计的am/am和am/pm值来确定dpd部件108所使用的校准查找表的校正条目。
19.am/am和am/pm的值针对如下所示的连续斜坡中的每个步长进行估计。在每个幅度
步长处，以该幅度发射复cw音调的若干采样并在辅助接收器电路104中接收。基于由辅助接收器电路104输出的采样生成针对幅度的累加的采样。通常，输出采样被下变频到基带，并且在由辅助接收器电路104已经输出指定数量的采样并且该指定数量的采样被下变频之后，将滤波器应用于下变频的采样以生成累加的采样。累加的采样的幅值和角度分别表示该步长的am/am和am/pm。
20.例如，为了将输出采样下变频到基带，输出采样可以与输入到发射电路102的对应采样延迟匹配，然后与对应输入采样的复共轭相乘。并且，为了生成累加的采样，可以对下变频的采样应用平均滤波器。
21.使用具有连续斜坡的cw音调涉及不断增加的电流，当无线通信器件的电池无法提供所需的电流时，这会导致电源管理故障。例如，在高电流需求下，电池电压可能会下降低于器件中电压传感器的安全裕度，从而导致器件关闭。在一些实施例中，不是发射具有多个递增幅度步长的连续cw音调，而是发射被静默间隙隔开的幅度步长的模式。该模式在本文中可以被称为发射模式。用静默间隙打破斜坡连续音调避免了来自电池的连续电流浪涌，并允许电池的旁路电容器再充电并为下一个幅度步长提供电流，同时避免电池电压下降。
22.当执行dpd校准时，网络流量可能会在校准的持续时间内中断。在幅度步长之间添加静默间隙可能令人无法接受地增加校准所需的时间量，从而需要在幅度步长数、每个步长的脉冲宽度(也称为脉冲中的采样数)和幅度步长之间的静默间隙长度之间进行权衡。例如，假设64个幅度步长，约2us的脉冲宽度和约10us的静默间隙长度，校准时间将大于750us。
23.幅度步长的脉冲宽度和幅度、幅度步长的模式或幅度排序、每个脉冲的采样数和静默间隙长度可以凭经验确定。为了确定幅度步长的发射模式、每个幅度步长的脉冲宽度和幅度、每个脉冲的采样和静默间隙长度，可以考虑三个指标：发射性能、校准时间和功耗。在性能方面，考虑了两个指标：误差矢量幅值(evm)和频谱屏蔽(mask)。目标是找到最佳脉冲宽度和静默间隙长度，以及减少电池电流消耗、同时最大限度地减少校准时间且不违反evm和频谱屏蔽指标的发射模式。
24.在一些实施例中，幅度步长和静默间隙的发射模式是这样一种模式，其中，每个幅度步长的幅度从前一幅度步长增加。虽然这种模式可能会增加持续增加的脉冲幅度的电流需求，但如果幅度步长之间的静默间隙长度足够长以允许电池的旁路电容器再充电，则电流需求可能不是问题。然而，使用足够长的静默间隙长度可能令人无法接受地增加校准所需的时间。在一些实施例中，发射模式是这样一种模式，其中，高和低幅度步长是交错的，即交替的，幅度步长之间具有静默间隙。交错减少了恢复所需的静默间隙长度，从而减少了相同数量的幅度步长的校准时间。图3是在幅度步长之间具有静默间隙的交错高和低幅度步长的一种模式的示例的曲线图。
25.在一些实施例中，发射模式中的幅度步长的数量等于校准查找表中的条目的数量。然而，可以利用am/am曲线的缓慢变化特性来进一步减少用于校准的发射幅度步长的数量，从而减少校准时间。在一些实施例中，为了减少校准所需的时间，发射的幅度步长的数量小于校准查找表条目的数量，例如，与三十二个表条目相比，幅度步长的数量是七个，并且确定校准查找表条目的校正值所需的其他am/am和am/pm值是从为较少数量的幅度步长的累加的采样计算的am/am和am/pm值进行插值。
26.例如，如果校准查找表具有三十二个条目并且发射模式是在查找表中表示的选定幅度处的七个幅度步长，则用于确定其他二十五个表条目的am/am和am/pm值是从为七个幅度步长的七个累加的采样计算的am/am和am/pm值进行插值。在这样的实施例中，幅度步长的数量和幅度可以与脉冲宽度、静默间隙长度和发射模式一起凭经验确定。图4是在幅度步长之间具有静默间隙的七个交错的高和低幅度步长的发射模式的示例的曲线图。
27.图5是示出了图1的失真估计部件110的附加细节的示例wlan无线电500的框图。失真估计部件110包括校准音调发生器513、处理器510和累加器部件514。dpd校准过程由在处理器510上执行的校准软件控制。处理器510包括一个或多个合适的处理器，诸如可编程通用或专用微处理器、数字信号处理器(dsp)、专用集成电路(asic)、可编程控制器、可编程逻辑器件(pld)等，或此类器件的组合。用于在无线电100中执行校准过程以生成dpd部件108的校准查找表中的条目的软件指令存储在非暂时性计算机可读存储介质(未示出)，诸如随机存取存储器(ram)、只读存储器(rom)和闪存中。
28.多路复用器509基于由处理器510设置的控制信号在输入i和q信号与来自校准音调发生器513的信号之间进行选择。校准音调发生器513包括可编程电路以生成具有可配置持续时间和幅度的音调(脉冲)。
29.累加器部件514包括可编程电路以对从辅助接收器电路104输出的发射脉冲的指定数量的采样进行下变频和累加。累加器部件514进一步包括用于对下变频的采样进行滤波以生成所发射脉冲的累加的采样并将累加的采样提供给处理器510的电路。
30.在一些实施例中，通过在dpd校准期间禁用辅助接收器电路104的一个正交信道来实现电流消耗的额外减少。可以禁用任一正交信道，这可以在处理接收到的信号时将电流消耗降低约50％。当只使用一个正交信道时，图像音调和原始音调的电平是相等的。累加器部件514被设计为消除图像音调的频率，因为如果图像音调的电平高，则原始信号的质量可能受到负面影响。
31.在这样的实施例中，发射的音调频率和每个幅度步长的累加的采样数量被选择为使得由累加器部件514所使用的滤波器的频率响应中的零点是音调频率的倍数，从而消除图像音调。此外，数字时钟的频率影响音调频率的选择和要累加的采样数量。例如，假设时钟频率为80mhz，并且采样数量为64。考虑到这些假设，可以解析的最低可能频率是80e6/64＝1.25mhz。通过累加更多采样可以实现更精细的频率分辨率。
32.图6是可以由图1的wlan无线电100和图5的wlan无线电500执行的用于dpd校准的方法的流程图。该方法假设幅度步长的预定发射模式，其中，为每个步长指定了脉冲宽度、幅度、静默间隙长度和要累加的采样数量。在一些实施例中，对于发射模式的每个步长，脉冲的宽度是相同的，静默间隙长度是相同的，并且要累加的采样数量是相同的。在一些实施例中，脉冲宽度、静默间隙长度和/或要累加的采样数量可以随着发射模式中的步长而不同。在一些实施例中，发射模式是高和低幅度步长是交错的，即交替的发射模式。在一些实施例中，辅助接收器电路104的一个信道被禁用。
33.对于发射模式中的每个脉冲，在处理器510上执行的校准软件配置600校准音调发生器513以生成指定宽度和幅度的脉冲，并且还配置602累加器部件514以累加指定数量的脉冲的采样。脉冲的采样通过发射电路102发射604并且在辅助接收器电路104中经由反馈回路112被接收605。
34.累加器部件514接收由辅助接收器电路104输出的采样并从指定数量的采样生成606累加的采样。累加的采样的生成包括将每个输出采样下变频到基带，并且在已经接收到指定数量的采样之后，对采样进行滤波以确定累加的采样。在一些实施例中，平均滤波器用于确定累加的采样。累加的采样然后被提供给处理器510。
35.如果脉冲不是发射模式的最后一个脉冲608，则校准软件等待610直到指定的静默间隙长度已经过去，然后针对发射模式中的下一个脉冲重复步骤600
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606。一旦已经发射了最后一个脉冲608，则校准软件计算612每个累加的采样的am/am和am/pm值，并基于累加的采样的am/am和am/pm值计算614校准查找表条目的校正值。校正值存储在相应的校准查找表位置中，并在wlan无线电100的正常操作期间由dpd部件108使用。在一些实施例中，发射模式包括比确定校准查找表条目所需的发射的幅度步长少的发射的幅度步长。在这样的实施例中，附加的am/am和am/pm值是从为由发射模式产生的累加的采样计算的am/am和am/pm值进行插值。
36.图7是示例无线通信器件700的简化框图。无线通信器件700包括天线701、收发器部件702、处理器部件704、存储器部件706和应用部件708。天线701被配置为接收和发射射频(rf)信号。收发器部件702被配置为调制接收到的rf信号并调制要发射的rf信号。收发器部件702进一步被配置为执行如本文所述的dpd和dpd校准。例如，收发器部件702可以包括用于dpd和dpd校准的电路，诸如图1和图5的电路。存储器部件706可以包括任何合适的存储器，诸如随机存取存储器(ram)、只读存储器(rom)、闪存等，或此类存储器的组合。存储器部件706可以是存储用于由处理器部件704执行的程序的非暂时性计算机可读存储介质。应用部件708被配置为执行无线通信器件700的功能，例如控制警报、控制光、温度感测等。
37.处理器部件704包括一个或多个合适的处理器，诸如可编程通用或专用微处理器、数字信号处理器(dsp)、专用集成电路(asic)、可编程控制器、可编程逻辑器件(pld)等，或此类器件的组合。
38.图8是示例片上系统(soc)800(例如无线通信器件)的简化框图，其可配置为执行如本文所述的dpd校准。所描绘的示例soc 800是可从德州仪器(ti)获得的cc3220x simplelink
tm
无线微控制器单元(mcu)片上系统(soc)，其可以包括对如本文所述的dpd校准的支持。本文提供了cc3220的简要描述。德州仪器(ti)在2016年9月(2017年2月修订)的出版物swas035a，“cc3220 simplelink
tm
wireless and internet
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of
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things solution,a single
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chip wirelessmcu(cc3220 simplelink
tm
无线和物联网解决方案，单芯片无线mcu)”，提供了对cc3220x的详细描述，该出版物全部内容通过引用并入本文。
39.soc 800提供两个执行环境，由应用mcu子系统802实现的用户应用环境和由网络处理器子系统804实现的执行wi
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fi和互联网逻辑层的网络环境。应用mcu子系统802并入了mcu作为主处理器，其具有嵌入式随机存取存储器(ram)和可选的集成闪存。网络处理器子系统804并入了片上wi
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fi互联网
tm
(wi
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fi internet
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on
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a
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chip
tm
)专用arm mcu和wi
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fi收发器电路。在一些实施例中，wi
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fi收发器电路包括用于dpd和dpd校准的电路，诸如图1和图5的电路。
40.soc 800还并入了ram 814和rom 816，ram 814可以用于存储应用数据和执行应用
代码两者。soc 800还并入了外围接口806，诸如相机接口和用于串行外围接口(spi)、内部集成电路(i2c)、安全数字(sd)存储器、ic间声音(i2s)和通用异步收发器(uart)协议的接口。soc 800中的模拟接口808包括模数转换器(adc)和脉宽调制(pwm)。soc 800还包括电源管理子系统812和系统支持电路810，诸如振荡器、通用输入/输出(gpio)引脚、定时器和内部直接存储器访问(dma)。
41.实现如本文所述的dpd校准的软件指令可以存储在soc 800上的计算机可读介质诸如随机存取存储器(ram)814或只读存储器(rom)816或网络处理器子系统804中的rom中并且由网络处理器子系统804中的处理器执行。
42.其他实施例
43.虽然本说明书包含有限数量的实施例，但是受益于该说明书的那些人将理解，可以设计不脱离该说明书的范围的其他实施例。
44.本文描述了dpd校准的一些功能由执行软件指令的处理器来执行的实施例。在其他实施例中，可以在硬件加速器中执行该功能中的一些或全部功能。
45.本文描述了应用平均滤波器以生成累加的采样的实施例。也可以使用其他合适的滤波器。
46.在一些实施例中，脉冲之间的静默间隙长度具有不同的长度以避免发射可以被检测为雷达信号的周期性脉冲。例如，每个不同的间隙长度可以随机选择或可以在发射模式中设置。
47.本文参考单个校准查找表来描述各实施例。在一些实施例中，对于am/am校正值和am/pm校正值存在单独的校准表。在一些实施例中，存在对应于发射电路的不同增益设置的多个am/am和am/pm校准查找表。
48.本文描述了发射模式的每个步长具有不同的幅度的实施例。在其他实施例中，一些幅度步长可以具有相同的幅度。例如，较小的脉冲宽度可以用于高幅度步长，因为此类幅度步长具有高snr。然而，较低的幅度步长具有较低的snr，并且需要更大的脉冲宽度才能获得更准确的滤波结果。为了减少需要较大脉冲宽度的较低幅度的电流消耗，可以发射具有相同幅度的在脉冲之间具有静默间隙的较小脉冲宽度的多个幅度步长，而不是发射单个大脉冲。
49.因此，预期所附权利要求将涵盖落入说明书的真实范围内的实施例的任何此类修改。