專利名稱：信號的時間對準的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及信號處理方法與裝置。具體地，本發(fā)明涉及用于測定信號之間延遲以及將信號進行時間對準(time alignment)的裝置。
背景技術：
大家都知道使用線性化電路來調(diào)整放大器的輸出信號以使其更加線性，即去除在放大器內(nèi)發(fā)生的互調(diào)失真效應。另外，大家都知道將放大器的輸入與輸出信號進行比較以測量放大器輸出中的殘留失真，以及調(diào)整線性化電路以消除該殘留失真。已經(jīng)確定被監(jiān)視的輸入與輸出信號的時間對準影響該線性化電路成功適應存在殘留失真的能力。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)一個方面，本發(fā)明提供了一種信號處理裝置，包括監(jiān)視部件，用來監(jiān)視到信號處理設備的輸入信號以及該信號處理設備的輸出信號，以產(chǎn)生與該輸入信號的包絡有關的輸入分析用(assay)信號以及與該輸出信號的包絡有關的輸出分析用信號；捕獲部件，用來捕獲對于各種輸入分析用信號值的輸出分析用信號值；的度量以及調(diào)整部件，用來調(diào)整所述被監(jiān)視信號之間的可變延遲，以降低捕獲值中的方差。
本發(fā)明還包括一種信號處理方法，包括監(jiān)視到信號處理設備的輸入信號以及該信號處理設備的輸出信號，以產(chǎn)生與該輸入信號的包絡有關的輸入分析用信號以及與該輸出信號的包絡有關的輸出分析用信號；捕獲對于各種輸入分析用信號值的輸出分析用信號值；的度量以及調(diào)整所述被監(jiān)視信號之間的可變延遲，以降低該捕獲值中的方差。
當方差降為零時，在其他參數(shù)不變的情況下，與相同輸入分析用信號值有關的多個所捕獲輸出分析用信號值都將基本相同。通過降低方差，將降低所監(jiān)視信號(即所監(jiān)視的輸入與輸出信號)之間的時間錯位。在這些分析用信號被用于其他從屬信號處理操作時(例如，實現(xiàn)該輸入信號上預矯正器操作的自適應控制)，這是有利的，這是因為減輕的時間錯位在該從屬信號處理操作中提供了更高的準確性。
這些分析用信號可以用任何適當?shù)乃俣热我獠蓸?，而不局限于尼奎斯特準則。這就允許使用低成本-低性能處理器來操縱這些分析用信號。在所監(jiān)視的輸入與輸出信號具有大的帶寬時(例如，當輸入與輸出信號位寬帶CDMA信號時)，這種脫離了其他情況下必須遵守的采樣帶寬限制的自由度尤其重要。通過使用較低的采樣速度，可以降低在該信號處理硬件中對功率與處理資源的消耗。
在一個實施例中，調(diào)整該可變延遲以最小化輸出分析用信號值中的方差。當該方差被最小化時，所監(jiān)視的信號基本被時間對準(time-align)，這可以導致上述從屬信號處理操作的優(yōu)化?？梢允褂闷渖线_到該優(yōu)化的可變延遲的值，以確定通過該信號處理設備的信號所經(jīng)受的傳播延遲。如果該信號處理設備自身包括可調(diào)整的校準延遲，則可以將通過該信號處理設備的總傳播延遲調(diào)整到任意值。由此，可以使一組示范性信號處理設備中每一個的傳播延遲等同。這意味著制造該信號處理裝備可以放松對決定內(nèi)在傳播延遲的制造公差的要求，而還能達到所需的傳播延遲的標準化。顯然，放松對這種公差的要求降低了該信號處理設備的制造費用與進入市場的時間。
在優(yōu)選實施例中，為輸入分析用信號的至少一個子范圍或倉測量所捕獲的輸出分析用樣本的方差。在一個實施例中，使用幾個倉，并且他們一起覆蓋了該輸入分析用信號的幾乎全部范圍。在另一個實施例中，選擇這些倉以排除該輸入分析用信號的特定區(qū)域(例如已知不適合方差測量的區(qū)域)。優(yōu)選地，為每一(或該)倉計算平均輸出分析用信號值，并且該倉的方差為該倉中輸出分析用信號到該倉均值的距離的度量。該輸出分析用信號作為一個整體的方差采用為每一倉(在使用幾個倉時)的方差的合。
在另一實施例中，以不同的方式測量該方差。繪制該輸出分析用信號樣本與其對應輸入分析用信號樣本的圖，并用曲線(其可能是直線)擬合至少一些結(jié)果點?？梢允褂枚喾N標準檢測中的一種來確定該曲線擬合這些點的質(zhì)量，并且可以將對該擬合的測定看作該輸出分析用信號樣本的方差的測定。
不管方差如何測定，都可以調(diào)整可變延遲以追求降低該方差。在一個實施例中，只可以用離散步階調(diào)整可變延遲；已知最小的可能調(diào)整為該可變延遲的單位延遲，并且因此可能將該可變延遲調(diào)整到距時間對準位置最近的單位延遲(此處發(fā)生最小方差)?？赡軐С雠c該輸出信號有關的第二輸出分析用信號，并且將此第二輸出分析用信號用于可變測量以產(chǎn)生第二值，用來設置最小化該方差的可變延遲。通過指定時間對準位置到最近可變延遲值，該時間對準位置可以被確定到1/2單位延遲的準確度。
可能使用插值來進一步改善確定該時間對準位置的準確度?？梢岳L制針對該可變延遲的多個值的每一個的輸出分析用信號的方差(或者由此導出的參數(shù))的值，并且至少一條曲線可以擬合這些數(shù)據(jù)點，并且可以從該(多條)曲線導出該時間對準位置的準確結(jié)果?？梢允褂脭?shù)字濾波器來向被監(jiān)視信號應用相對延遲平移，以使該被監(jiān)視信號達到由插值所求得的時間對準位置。
在優(yōu)選實施例中，輸入分析用信號為輸入信號包絡的平方。在優(yōu)選實施例中，輸出分析用信號與所監(jiān)視的輸入和輸出信號兩者都有關(當使用兩個輸出分析用信號時，優(yōu)選地，他們每一個都與輸入和輸出信號兩者都有關，但顯然是通過不同的關系)。
在一個實施例中，輸出分析用信號通過所監(jiān)視信號的分量的兩個乘積的差值產(chǎn)生。例如，當所監(jiān)視信號為IQ格式時，這些乘積可能為輸入信號的同相分量與輸出信號的正交分量的乘積，以及輸入信號的正交分量與輸出信號的同相分量的乘積。可替換地，輸出分析用信號可以是所監(jiān)視信號的向量分量的兩個乘積的合。例如，當所監(jiān)視信號為IQ格式時，這些乘積可能為輸入與輸出信號的同相分量的乘積，以及輸入與輸出信號的正交分量的乘積。當使用兩個輸出分析用信號時，一個可以通過所述乘積的合產(chǎn)生，而另一個可以通過所述乘積的差產(chǎn)生。應該注意可以使用向量分量的不同的正交座標軸組來計算這些乘積。
在另一實施例中，該輸出分析用信號為所監(jiān)視輸出信號的包絡的平方。
在本發(fā)明的優(yōu)選應用中，該信號處理裝備為放大器(或放大電路)。這些分析用信號可以由諸如線性化電路的失真矯正設備所使用以消除該放大器輸出中的失真。


現(xiàn)在將參照附圖，描述本發(fā)明的特定實施例(僅作為示例)，其中圖1為放大器線性化方案的方框圖；圖2示出圖1的DSP如何產(chǎn)生分析用信號的方框圖，該分析用信號用于延遲測量與調(diào)整過程；圖3示出方差如何隨延遲變化的一些圖；圖4為方差的平方根對延遲的圖；圖5示出延遲測量算法的流程圖；以及圖6示出圖1的DSP如何產(chǎn)生不同的分析用信號的方框圖，該分析用信號用于延遲測量與調(diào)整過程。
具體實施例方式
圖1示出DSP(數(shù)字信號處理器)10，它用來線性化射頻功率放大器RFPA12。DSP 10作為預矯正器來調(diào)整到放大器12的輸入信號，以改善或消除后者輸出中的失真。如果放大器輸出信號所采用的中心頻率不相容于DSP 10所使用的采樣速度，則可以在供給DSP 10的放大器輸入信號上使用下變頻器14，并且在從該DSP發(fā)出的放大器輸入信號上使用上變頻器16。放大器的輸出信號在分流器18處測得并作為回饋信號供給DSP 10。如果所測得的輸出信號的頻帶中心頻率不相容于DSP的采樣速度，則可以在所測得的輸出信號上使用下變頻器20。
DSP 10使用所測得的輸出信號來(除其他功能外)測量放大器輸入信號從DSP出發(fā)、通過放大器16再以測得的放大器輸出信號返回該DSP 10所需的時間。這個時段被稱為傳播延遲，并且主要由該放大器造成，然而該時段也部分地由其他模擬類延遲造成，例如上變頻器16與下變頻器20所造成的模擬延遲。
圖2示出由DSP實現(xiàn)的、與測量傳播延遲有關的處理。預處理器22將放大器輸入信號交付固定延遲Tip，并且將其轉(zhuǎn)換為IQ格式。預處理器24將所測得的放大器輸出信號交付可變延遲Tv將其轉(zhuǎn)換為IQ格式。預處理器22與24的輸出由相關器使用以產(chǎn)生三個分析用信號，即(i)放大器輸入信號包絡的平方，(ii)所測的輸入與輸出信號的I分量的積與所測的輸入與輸出信號的Q分量的積之和，以及(iii)所測的輸入信號的I分量與所測的輸出信號的Q分量的積減去所測的輸入信號的Q分量與所測的輸出信號的I分量的積。此后，這些信號將被分別稱為Einput、Eisense以及Eqsense。
將這三信號供給延遲測定器28，其使用這些分析用信號以確定發(fā)自預處理器22(并交付延遲Tip)的放大器輸入信號是否與發(fā)自預處理器24(并交付延遲Tv)的所測的放大器輸出信號時間對準。該測定器調(diào)整可變延遲Tv直到預處理器22與24的輸出被時間對準。然后因為當?shù)较嚓P器26的輸入對準時Tpd＝Tip-Tv，所以可以從已知值Tip與Tv計算傳播延遲Tpd。設置Tip的值以使放大器輸入信號與所測得的輸出信號之間的相對延遲在調(diào)整可變延遲時能夠正值與負值都采用。為達到此目的，設置Tip為Tip＝Tpd(est)+1/2(Tv(max)+Tv(min))，其中Tpd(est)為傳播延遲的估計，而Tv(max)與Tv(min)分別為Tv的最大值與最小值。
通過將相關器26的輸入時間對齊，就間接地測量了傳播延遲。如果在主信號通路(通過放大器)中包含了可調(diào)整延遲，知道了Tpd就能將傳播延遲置為任意值。這允許在一組線性化的放大器之間對傳播延遲標準化，而不用求助于與傳播延遲相關的部件的嚴格的制造公差，這樣便降低了制造成本，并且加快了將線性化放大器投放市場的時間。到相關器的輸入被用來檢測放大器輸出中的殘留失真，以及用來調(diào)整線性化過程以最小化該殘留失真，而且時間對準相關器輸入的另一個好處是對殘留失真的抑制得到了改善。
如上所述，在可調(diào)整延遲Tv的多個值的每一上，多個延遲測定器28測定相關器輸入是否時間對準。為測定相關器輸入的時間對準，測定器28在信號Eisense與Eqsense的每一個上進行方差測量?？梢酝ㄟ^只對這些分析用信號的一個進行方差測量來測定時間對準，然而優(yōu)選地是兩個都使用，因為這允許在確定時間對準與Tpd時更高的準確性。這些分析用信號不受對放大器輸入與輸出信號帶寬的尼奎斯特采樣準則的影響，并且因此該測定器可以在任意時間上或以任意速度采樣分析用信號Einput、Eisense以及Eqsense。每次測定器采樣這些分析用信號時，其獲得三個值，每個分析用信號一個值。在可變延遲的每一設置上，測定器取得足夠數(shù)目的樣本三元組，并在Tv的該值上對Einput、Eisense以及Eqsense進行方差測量。然后調(diào)整Tv的值，取得新的樣本三元組，并在Tv的新值上對Einput、Eisense以及Eqsense進行方差測量。持續(xù)該過程直到在足夠數(shù)目的Tv值上進行了方差測量。然后，顯示最小方差的Tv值被確定為將相關器輸入進行時間對準的Tv值，并且該值是被用來計算Tpd的Tv值。
現(xiàn)在將討論對在給定Tv值上的包絡信號Eisense進行方差測量的方法。應該理解是由模擬過程在Eqsense上進行方差測量的。將所得的Einput與Eisense采樣對列表，為Einput的多個范圍中的每一個計算平均Eisense值，所述多個范圍實際上將Einput分入一系列倉(bin)中。然后，通過參照每一個倉的Eisense平均值，為該倉或范圍計算Eisense的方差，使用(例如)公式Vm=1NΣn=1N(e‾m-en)2]]>其中Vm為第m個倉的方差，em為第m個倉的Eisense平均值，en表示在第m個倉內(nèi)的Eisense值，而N為在第m個倉內(nèi)的Eisense值的個數(shù)。
然后，對當前的Tv值的方差測量Vtot由Vtot=ΣmVm]]>給出。通過累加局部方差Vm，Vtot受放大器傳送特性中的非線性的影響較少(例如，隨著輸入信號電平的增加，放大器的增益可能降低)。另外，方差測量中所包含的倉可以被限定為已知與放大器傳送特性的大部分線性部分有關的那些倉。
圖3中的每一張圖表都繪出了Einput(橫坐標)與Eisense(縱坐標)對。每一張圖表都是針對相關器輸入之間的相對延遲τ的不同值。如圖所示，當τ為零時，Eisense值的方差最小。
圖4顯示 (縱坐標)對τ(橫坐標)的圖表，其中τ由Tv確定。顯然，所繪 的最小值表示其上τ最小的Tv值，但是其準確度止于Tv的步長。由預處理器24中的可調(diào)整延遲線路來實現(xiàn)可調(diào)整延遲Tv，并且可能的最小步長為相關器輸入信號的一個采樣周期。在某些情況下，希望將相關器輸入時間對準好于一個采樣周期，這可以通過插值完成，下面將對其進行描述。
用兩條直線擬合圖4的 數(shù)據(jù)。用一條直線30擬合所繪 的最小值左邊并且靠近該最小值的一些采樣點。另一條直線32擬合所繪 的最小值右邊并且靠近該最小值的一些采樣點。直線的交叉點表示優(yōu)于±1/2采樣周期的時間對準位置。橫軸上的的交叉點與所繪 的最小值之間的差異為“部分采樣”(fractional sample)延遲。通過在預處理器24中使用FIR濾波以將測得的放大器輸出信號平移等于部分采樣延遲的量，可以對準相關器輸入而消除部分采樣延遲。
擬合 數(shù)據(jù)的直線每一條都擬合所繪 的最小值附近的多個連續(xù) 點。在該最小值附近的 測量將落在 曲線的近似直線部分上，但更遠的 測量將不會落在其上。能夠合法地用來擬合直線的點的數(shù)目倚賴于放大器輸入與輸出信號的帶寬與采樣速度。作為一般建議，該數(shù)目由下式近似給出
110·Δv·Δτ]]>其中Δv為Hz表示的3db帶寬，Δτ為秒表示的延遲線路的步長。
上述的插值過程使用 是因為 圖靠近最小值的部分近似線性。在另一實施例中，通過用拋物線擬合最小值附近的一組Vtot值(例如擬合Vtot的三個最小值)來計算部分采樣延遲。然后從該拋物線最小值的縱坐標計算采樣延遲。
圖5的流程圖示出確定時間對準到相關器的輸入的Tv值的過程。
圖6有關本發(fā)明的另一實施例，其示出了DSP 10中與將放大器輸入和由預處理器發(fā)出的輸出信號的版本進行時間對準有關的過程。此處，輸入與輸出信號的包絡被確定，并且這兩個包絡信號提供分析用信號與Tv的值，所述分析用信號用于方差測定，而方差測定被用來計算Tpd和Tv的值，所述Tv的值對準信號。
對本領域的技術人員來講，顯然可以對所描述實施例進行許多改動而不超出本發(fā)明的范圍。例如，ASIC或FPGA一樣可以執(zhí)行好DSP的作用。
權利要求
1.一種信號處理裝置，包括監(jiān)視部件，用來監(jiān)視到信號處理設備的輸入信號以及該信號處理設備的輸出信號，以產(chǎn)生與該輸入信號的包絡有關的輸入分析用信號以及與該輸出信號的包絡有關的輸出分析用信號；捕獲部件，用來捕獲對于各種輸入分析用信號值的輸出分析用信號值；的度量以及調(diào)整部件，用來調(diào)整所述被監(jiān)視信號之間的可變延遲，以降低這些捕獲值中的方差。
2.如權利要求1所述的裝置，其中配置該調(diào)整部件以調(diào)整該可變延遲，從而最小化該輸出分析用信號值中的方差。
3.如權利要求2所述的裝置，進一步包括用來從達到所述方差最小化的可變延遲的值中確定通過該信號處理設備的傳播延遲的部件。
4.如權利要求1、2或3所述的裝置，包括用來為該輸入分析用信號的至少一個子范圍或倉測量所捕獲的輸出分析用信號樣本的方差的部件。
5.如權利要求4所述的裝置，其中該方差測量部件測量幾個倉的每一個中的方差，并且這些倉覆蓋了該輸入分析用信號的幾乎全部范圍。
6.如權利要求4所述的裝置，其中配置該方差測量部件測量以測量幾個倉的每一個中的方差，并且選擇這些倉以排除該輸入分析用信號的一個或更多的區(qū)域。
7.如權利要求4、5或6所述的裝置，其中配置該方差測量部件測量以為每一倉確定平均輸出分析用信號值，并且該倉的方差為該倉中輸出分析用信號一個值或多個值到該倉均值的距離的度量。
8.如權利要求4至7中任意一項所述的裝置，其中配置該方差測量部件以通過累加這些倉的方差，產(chǎn)生該輸出分析用信號值作為一個整體的總方差。
9.如權利要求1至4中任意一項所述的裝置，配置包括方差測量部件，用來用曲線擬合由輸入與輸出分析用信號樣本所提供的點，并且測定該擬合的質(zhì)量以確定該方差。
10.如權利要求1至9中任意一項所述的裝置，其中使用所述可變延遲的幾個值的方差值，以插值對應最小方差的可變延遲值。
11.如權利要求10所述的裝置，進一步包括濾波部件，用來將所述可變延遲調(diào)整到由插值所導出的值。
12.如權利要求1至9中任意一項所述的裝置，其中配置該監(jiān)視部件以產(chǎn)生與該輸出信號有關的進一步的輸出分析用信號，該進一步的輸出分析用信號用于針對該輸入分析用信號的方差度量。
13.一種信號處理方法，包括監(jiān)視到信號處理設備的輸入信號以及該信號處理設備的輸出信號，以產(chǎn)生與該輸入信號的包絡有關的輸入分析用信號以及與該輸出信號的包絡有關的輸出分析用信號；捕獲對于各種輸入分析用信號值的輸出分析用信號值；的度量以及調(diào)整所述被監(jiān)視信號之間的可變延遲，以降低捕獲值中的方差。
14.如權利要求13所述的方法，包括步驟調(diào)整該可變延遲，從而最小化輸出分析用信號值中的方差。
15.如權利要求14所述的方法，包括從達到所述方差最小化的該可變延遲的值中確定通過該信號處理設備的傳播延遲。
16.如權利要求13、14或15所述的方法，包括為該輸入分析用信號的至少一個子范圍或倉，測量所捕獲的輸出分析用信號樣本的方差。
17.如權利要求16所述的方法，其中使用幾個倉，并且這些倉一起覆蓋了該輸入分析用信號的幾乎全部范圍。
18.如權利要求16所述的方法，其中使用幾個倉，并且選擇這些倉以排除該輸入分析用信號的一個或更多的區(qū)域。
19.如權利要求16、17或18所述的方法，包括為該倉或每一倉確定平均輸出分析用信號值，以及該倉中輸出分析用信號一個值或多個值到該倉均值的距離。
20.如權利要求16至19中任意一項所述的方法，包括通過累加所有這些倉的的方差，從該輸出分析用信號值作為一個整體來計算總方差。
21.如權利要求13、14或15所述的方法，進一步包括用曲線擬合由輸入與輸出分析用信號樣本所提供的點，并且測定該擬合的質(zhì)量以測定方差。
22.如權利要求13至21中任意一項所述的方法，進一步包括使用所述可變延遲的幾個值的方差值，以插值對應最小方差的可變延遲值。
23.如權利要求22所述的方法，包括調(diào)整濾波過程，以引入由插值所導出的值。
24.如權利要求13至23中任意一項所述的方法，包括產(chǎn)生與該輸出信號有關的進一步的輸出分析用信號，該進一步的輸出分析用信號用于針對該輸入分析用信號的方差度量。
25.一種程序，用來使輸出處理裝置執(zhí)行根據(jù)權利要求13至24中任意一項所述的方法。
26.一種信號處理方法，實質(zhì)上如同上文中參照附圖所描述的一樣。
27.一種信號處理裝置，實質(zhì)上如同上文中參照附圖所描述的一樣。
全文摘要
為線性化的放大器(12)的輸入與輸出檢測包絡型信號。測量從輸出取得的該信號的方差，并且調(diào)整所檢測的信號之間的可變延遲(24)以最小化該方差。然后，該可變延遲的值給出通過該線性化的放大器的傳播延遲?？梢允褂脕碜栽撦敵龅倪M一步的包絡型信號以及插值，以改善該延遲的調(diào)整，從而最小化方差(variance)。
文檔編號H03F1/32GK1539198SQ02815308
公開日2004年10月20日 申請日期2002年6月12日 優(yōu)先權日2001年6月15日
發(fā)明者約翰·畢曉普, 安東尼·J·史密森, 理查德·M·貝內(nèi)特, J 史密森, M 貝內(nèi)特, 約翰 畢曉普 申請人:安德魯公司