Un predistorsionador digital (302, 1302) que utiliza un modelo de series de potencias para compensar la distorsión no lineal de un amplificador de potencia,

que comprende: una unidad (324) de generación de distorsión, configurada para introducir un componente de distorsión no lineal de un orden prescrito, en una señal (u) de entrada digital alimentada al predistorsionador digital, teniendo la unidad de generación de distorsión un multiplicador (402) configurado para elevar la señal de entrada digital a una potencia prescrita, consistente con el orden prescrito del componente de distorsión no lineal, y un filtro (406) de respuesta finita al impulso conectado en serie con el multiplicador; y un controlador adaptativo (326) configurado para recibir una señal de referencia y ajustar de forma adaptativa un coeficiente de derivación del filtro (406) de respuesta finita al impulso, para poner la señal de referencia a un nivel deseado; caracterizado porque el controlador adaptativo tiene un primer substractor (504) configurado para recibir una parte de la señal digital de entrada a través de un multiplicador (502) de coeficientes y una salida de monitor del amplificador de potencia para entregar un primer resultado de sustracción, y un segundo substractor (606) configurado para recibir el primer resultado de sustracción y la parte de la señal de entrada digital elevada a la potencia prescrita, para entregar un segundo resultado de sustracción, y porque el segundo resultado de sustracción se utiliza como señal de referencia para ajustar de forma adaptativa el coeficiente de derivación al filtro de respuesta finita al impulso

CAMPO DE LA INVENCIÓN

La presente invención se refiere a una técnica para reducir la distorsión no lineal en amplificadores, y más en concreto, a predistorsión digital basada en un modelo de series de potencias.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

Para la transmisión inalámbrica es necesario compensar suficientemente la distorsión no lineal generada en los amplificadores de potencia cuando transmiten apropiadamente señales de amplitud variable utilizando un esquema de modulación lineal. La predistorsión digital es una técnica para cancelar la distorsión producida en un amplificador de potencia, añadiendo un componente de distorsión inversa a la señal introducida al amplificador de potencia. Para conseguir un efecto de compensación satisfactorio, la amplitud y la fase del componente de distorsión a añadir a la señal de entrada tienen que estar controladas con una precisión elevada.

Un método para llevar a cabo la predistorsión es utilizando un predistorsionador de tipo tabla de consulta, configurado para buscar en la tabla de consulta un componente de distorsión apropiado que corresponda a la señal de entrada. Este método se describe en el documento "A New Baseband Linearizer for More Efficient Utilization of Earth Station Amplifiers Used for QPSK Transmission" (“nuevo linealizador de banda base para una utilización más eficiente de los amplificadores de estación terrena utilizados para la transmisión QPSK"), de H. Girard y K. Feher, IEEE J. Select Areas Commun., volumen SAC-1, número 1, 1983.

Desde el punto de vista de conseguir una compensación más precisa de la distorsión, se conoce un predistorsionador que representa la característica de distorsión no lineal del amplificador de potencia, utilizando un modelo de series de potencias. Por ejemplo, véase el documento "Analysis and Compensation of nonlinear distortion in a travelling-wave tube amplifier based on IF Band Predistortion" ("análisis de compensación de la distorsión no lineal en un amplificador de tubo de ondas progresivas basado en la predistorsión de banda IF"), de Okamoto, Nojima, y Ohoyama, IEICE Technical Study Report, MW76-112, 1976.

La patente de EE.UU. 5 164 678 asignada a Puri et al., titulada "Process for Compensating nonlinearities in an Amplifier Circuit" ("proceso para la compensación de no linealidades en un circuito amplificador") da a conocer un control automático para un predistorsionador de series de potencias. En esta publicación, la señal de salida procedente del amplificador de potencia y los grados respectivos de los componentes de distorsión generados por un predistorsionador digital, son sometidos a transformada rápida de Fourier (FFT, fast Fourier Transform) para llevar a cabo una conversión de frecuencias, y son estimados los coeficientes de los grados respectivos.

Análogamente, el documento "Nonlinearity Compensation in Digital Radio Systems" ("compensación de no linealidad en sistemas de radio digital"), de G. Lazzarin, S. Pupolin, y A. Sarti, IEEE Trans. Commun., volumen 42, números 2/3/4, febrero/marzo/abril de 1994, da a conocer una técnica para controlar coeficientes polinomiales de un predistorsionador digital. En esta publicación, se calcula una matriz de covarianza para la señal generada por el predistorsionador digital, y la diferencia entre la señal de salida del amplificador de potencia y la señal generada por el predistorsionador digital se utiliza como error para controlar los coeficientes polinomiales del predistorsionador.

Otra publicación, "Cuber Predistortion Linearizer for Relay Equipment in 800 MHz Band Land Mobile Telephone System" ("linealizador de predistorsión Cuber para equipo de retransmisión en un sistema de telefonía móvil terrestre en la banda de 800 MHz"), de T. Nojima y T. Konno, IEEE Trans. Vech. Tech., volumen VT-34, número 4, noviembre de 1985, da a conocer un control automático de un predistorsionador de serie de potencias. En esta publicación, se controla el predistorsionador utilizando señales piloto en ciertas frecuencias portadoras, para permitir al polinomio seguir los cambios en temperatura o los cambios en el tiempo, en el amplificador de potencia. Esta técnica se aplica de manera práctica a los amplificadores de transmisión de los repetidores para teléfonos de automóviles.

Los predistorsionadores convencionales de tipo serie de potencias pueden conseguir una compensación de no linealidad (o distorsión) satisfactoria, si se garantiza una cantidad suficiente de reducción de potencia salida, tal como se ilustra en la figura 1A, o si se utiliza una onda de modulación de banda estrecha. Sin embargo, para manejar más eficientemente el amplificador de potencia, debe ser compensada la reducción de la potencia de salida. Por consiguiente, se requiere que el predistorsionador tenga una capacidad mejorada de llevar a cabo la compensación de la distorsión, con objeto de garantizar el funcionamiento lineal a niveles superiores de potencia de entrada.

La figura 2 es un diagrama que muestra un resultado experimental midiendo la fase relativa del componente de distorsión de tercer orden, en función del nivel de salida de un amplificador de potencia. En el experimento, un par de ondas fundamentales (u ondas portadoras) 102 y 104 con una frecuencia central f0, tal como se ilustra en la figura 1B, son introducidas en el amplificador de potencia a varios niveles de potencia, y se miden las señales de salida. Además de las ondas fundamentales amplificadas 102 y 104, en la señal de salida procedente del amplificador de potencia aparecen componentes de distorsión de tercer orden (componentes no lineales) 106 y 108. Normalmente, se generan distorsiones de tercer orden y superiores; sin embargo, para simplificar en la figura 1B se ilustran solamente los componentes de distorsión de tercer orden.

Los gráficos 202 y 204 mostrados en el diagrama de la figura 2, corresponden a la distorsión de tercer orden 106 de la parte inferior y a la distorsión de tercer orden 108 de la parte superior, mostradas respectivamente en la figura 1B. En el caso ideal, estos dos gráficos son consistentes entre sí en todo el rango de potencia de salida. Si estos dos componentes concuerdan entre sí, la compensación para una de las distorsiones de tercer orden conduce directamente a la compensación para el otro componente (emparejado) de distorsión. Por contraste, si los dos componentes no concuerdan entre sí, sigue habiendo un componente no lineal en la señal salvo que sean compensados ambos componentes de distorsión.

En general, estos dos componentes de distorsión son próximos entre sí a un nivel de baja potencia (por ejemplo a 20 dBm o menos), como se ilustra en la figura 2. El resultado concuerda con la hipótesis de que puede conseguirse un efecto de compensación satisfactoria de la distorsión si se garantiza una cantidad suficiente de reducción de la potencia de salida. Por contraste, si se incrementa el nivel de potencia de salida, los dos gráficos 202 y 204 no concuerdan entre sí, lo que significa que la compensación de los componentes de distorsión se hace difícil en un rango en el cual es insuficiente la reducción de potencia de la salida. El valor del componente de distorsión de tercer orden o superior varía dependiendo de la frecuencia. Este fenómeno es conocido como "efecto memoria". En el documento "Quantifying Memory Effects in RF Power Amplifiers" ("cuantificación de los efectos de memoria en amplificadores de potencia de RF"), de H. Ku, D. McKinley y J.S. Kenny, IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, volumen 50, número 12, páginas 2843 a 2849, diciembre de 2002, se describe un método para excluir el efecto de memoria utilizando un modelo de filtro variable en el tiempo.

Al mismo tiempo, la señal de entrada que se introduce al predistorsionador tiene cierto grado de aleatoriedad y, por consiguiente, el efecto de memoria puede variar en respuesta a la variación en el tiempo de la señal de entrada. En otras palabras, la no linealidad dependiente de la frecuencia puede variar en el tiempo. Sin embargo, los predistorsionadores convencionales no pueden seguir satisfactoriamente dicho cambio en el tiempo, y considerado lo suficiente una compensación de no linealidad con gran precisión.

Puede considerarse hacer que el distorsionador siga el cambio en el tiempo en el componente de distorsión utilizando una señal piloto. En este caso, es necesario compensar el componente de distorsión... [Seguir leyendo]

1. Un predistorsionador digital (302, 1302) que utiliza un modelo de series de potencias para compensar la distorsión no lineal de un amplificador de potencia, que comprende:

una unidad (324) de generación de distorsión, configurada para introducir un componente de distorsión no lineal de un orden prescrito, en una señal (u) de entrada digital alimentada al predistorsionador digital, teniendo la unidad de generación de distorsión un multiplicador (402) configurado para elevar la señal de entrada digital a una potencia prescrita, consistente con el orden prescrito del componente de distorsión no lineal, y un filtro (406) de respuesta finita al impulso conectado en serie con el multiplicador; y

un controlador adaptativo (326) configurado para recibir una señal de referencia y ajustar de forma adaptativa un coeficiente de derivación del filtro (406) de respuesta finita al impulso, para poner la señal de referencia a un nivel deseado;

caracterizado porque el controlador adaptativo tiene un primer substractor (504) configurado para recibir una parte de la señal digital de entrada a través de un multiplicador (502) de coeficientes y una salida de monitor del amplificador de potencia para entregar un primer resultado de sustracción, y un segundo substractor (606) configurado para recibir el primer resultado de sustracción y la parte de la señal de entrada digital elevada a la potencia prescrita, para entregar un segundo resultado de sustracción, y

porque el segundo resultado de sustracción se utiliza como señal de referencia para ajustar de forma adaptativa el coeficiente de derivación al filtro de respuesta finita al impulso.

2. El predistorsionador digital de la reivindicación 1, en el que el controlador adaptativo (326) está configurado para determinar el coeficiente de derivación en base a señales digitales actuales y anteriores introducidas en el predistorsionador digital.

3. El predistorsionador digital de la reivindicación 1 o la reivindicación 2, en el que la señal de referencia es, por lo menos, una entre una señal de prealimentación derivada de la señal de entrada digital y una señal de retroalimentación derivada de una salida del amplificador de potencia.

4. El predistorsionador digital de la reivindicación 3, en el que el controlador adaptativo está configurado para recibir la señal de prealimentación y la señal de retroalimentación como señales de referencia, y ajustar el coeficiente de derivación del filtro de respuesta finita al impulso para reducir la diferencia entre la señal de prealimentación y la señal de retroalimentación.

5. El predistorsionador digital de cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que la unidad de generación de distorsión está configurada para introducir una serie de órdenes diferentes de componentes de distorsión no lineal, en la señal de entrada digital.

6. El predistorsionador digital de la reivindicación 5, en el que la unidad de generación de distorsión tiene una serie de conjuntos de multiplicador (1208, 1218) y de filtro (1212, 1222) de respuesta finita al impulso, conectados en serie, estando dotados cada uno de un circuito respectivo correspondiente a uno de los órdenes diferentes de los componentes de distorsión no lineal.

7. El predistorsionador digital de cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que una salida del multiplicador está conectada a una entrada del filtro de respuesta finita al impulso.

8. El predistorsionador digital de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en el que la salida del filtro de respuesta finita al impulso está conectada a una entrada del multiplicador.

9. El predistorsionador digital de la reivindicación 1, en el que la unidad de generación de distorsión tiene además un segundo filtro de respuesta finita al impulso conectado en serie con el multiplicador, y uno (406) de los filtros de respuesta finita al impulso está situado antes del multiplicador (402) y el otro (407) está situado después del multiplicador.

10. Un transmisor, que comprende:

un amplificador de potencia configurado para amplificar una señal de transmisión digital; y un predistorsionador digital acorde con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, conectado al amplificador de potencia y configurado para compensar la distorsión no lineal del amplificador de potencia, utilizando un modelo de series de potencias.