CN102361476B

CN102361476B - 宽带多频段功放数字预失真装置及其方法

Info

Publication number: CN102361476B
Application number: CN 201110216957
Authority: CN
Inventors: 刘勃; 彭彪; 归琳; 熊箭; 刘思
Original assignee: Shanghai Jiaotong University
Current assignee: Shanghai Jiaotong University
Priority date: 2011-07-29
Filing date: 2011-07-29
Publication date: 2013-01-30
Anticipated expiration: 2031-07-29
Also published as: CN102361476A

Abstract

本发明提供一种宽带多频段功放数字预失真装置及方法，所述的装置包括依次连接的：模数转换阵列，用于对功放输出的多路信号进行模数转换后，将多路信号加和；数字预失真训练器，用于通过比较模数转换阵列相加后的输出信号和经过数字上变频后的各路基带输入信号相加后的输出信号，产生对应于功放特性的参数；数字预失真模拟器，用于根据数字预失真训练器产生的参数对经过数字上变频后的各路基带输入信号相加后的输出信号进行模拟预失真；加减法器，用于对数字预失真模拟器的输出和输入信号做差后，再与经过上变频和时延的基带信号相加，从而完成数字预失真，本发明很好地解决了宽带多频段功放数字无线通信***中存在数字预失真问题。

Description

宽带多频段功放数字预失真装置及其方法

技术领域

本发明涉及的是一种无线通信技术领域的处理装置及其方法，具体是一种用于宽带多频段功放的数字预失真装置及其方法。

背景技术

射频功率放大器PA(Power Amplifier)是无线通信***的重要组成部分。射频功率放大器面临的主要问题是其非线性失真的特性，这种特性造成了***功率利用率的严重下降。为了解决这种问题，通常需要对射频放大器的输入进行预失真。在数字通信***中，这种预失真也通常通过数字信号处理的方法来实现。因而被称为数字预失真。

通常，数字预失真***通过比较放大器的输出和输入的差别来确定放大器的失真程度，进而决定如何针对这种失真进行补偿。对于数字预失真来说，就需要将PA输出的信号通过模数转换ADC(Analog-to-Digital-Converter)变成数字信号后再进行处理。在传统的带宽比较窄的无线***中，这种处理没有什么问题。

但是，随着信号带宽的变宽和以及针对相互隔离的多个频段号同时输入放大器的情况(例如，在3G和4G的频段分配中，各个运营商就通常被分配到了多个隔离的频段)，要求基站的功放能够支持多频段信号的同时输入和输出。此时，PA输出的信号也是多路信号合并后的信号。按照正常的思路，如果此时要对PA输出进行预失真的处理，那么需要对多路信号的和一起进行预失真。但是，困难在于，DAC和ADC器件在带宽很宽、尤其是超过1GHz的情况下，很难满足对整个频段上各个隔离频段信号同时采样的要求。

经过对现有文献的检索可以发现，目前可能解决上述的问题的方法有两种思路：一是在射频电路设计时就采用多个PA和相应的射频通道对每一路信号分别进行放大，这样在预失真时也可以分别对各路信号进行预失真，如中国专利文献号CN101594327A记载了一种多通道数字预失真处理装置及预失真处理方法，该技术对ADC器件的要求就相应降低了，但是这种方法的缺点是***的成本由于增加了多套功放而成倍的增加；另外一种现有技术采用对放大器直接进行回退，而不进行预失真，但这种方法则大大降低了整个***的功率利用率。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，针对宽带多频段单功放的***，提供一种数字预失真装置及其方法，对PA输出的信号通过带通滤波器阵列、正交解调阵列、模数转换阵列，将此信号与预失真器的另一路输入信号比较后完成预失真器的训练。将训练得到的预失真参数送给预失真模拟器。通过将预失真模拟器的输入输出信号差叠加到原始输入信号的一路上面来完成预失真。本发明解决了宽带多频段功放数字无线通信***的预失真问题。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明提供一种宽带多频段功放数字预失真装置，包括依次连接的：

模数转换阵列，用于对功放输出的多路信号进行模数转换后，将多路信号加和；

数字预失真训练器，用于通过比较模数转换阵列相加后的输出信号和经过数字上变频后的各路基带输入信号相加后的输出信号，产生对应于功放特性的参数；

数字预失真模拟器，用于根据数字预失真训练器产生的参数对经过数字上变频后的各路基带输入信号相加后的输出信号进行模拟预失真；

加减法器，用于对数字预失真模拟器的输出和输入信号做差后，再与经过上变频和时延的基带信号相加，从而完成数字预失真。

进一步地，所述的宽带多频度功放数字预失真装置还包括设置于所述模数转换陈列前的：

带通滤波器阵列，用于对功放输出中所包含的n路信号分别进行带通滤波；

正交解调阵列，用于对n路带通滤波器的输出信号分别进行正交解调；

进一步地，对数字预失真模拟器的输出和输入信号做差后，按照任意比例分成n份，和n路基带信号分别相加。

本发明还提供一种宽带多频段功放数字预失真方法，包括如下步骤：

模数转换步骤，对模拟信号进行采样和量化，转化为数字域信号，并将多路信号加和。

数字预失真训练步骤，通过比较模数转换阵列相加后的输出信号和经过数字上变频后的各路基带输入信号相加后的输出信号，产生对应于功放特性的参数，以进行数字预失真训练；

数字预失真模拟步骤，根据数字预失真训练步骤产生的参数对经过数字上变频后的各路基带输入信号相加后的输出信号进行模拟预失真；

减法步骤，对数字预失真模拟器的输出和输入信号做差；

加法步骤：与经过上变频和时延的基带信号相加，从而完成数字预失真。

进一步地，所述的加法步骤中所述的与经过上变频和时延的一路基带输入信号相加，可以是与任意一路基带信号相加。

进一步地，在模数转换步骤之前还包括步骤：

带通滤波步骤，对n路信号分别进行带通滤波，带通滤波器的中心频率分别为对应的一路信号的中心频率，其带宽对应于该路信号的带宽。

正交解调步骤，对带通滤波后的信号进行射频解调。

与现有技术相比，本发明通过对多路信号训练单路信号纠正方法，解决了宽带多频段功放数字无线通信***中存在数字预失真问题。

附图说明

图1为本发明装置示意图。

图2为本发明方法流程图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

如图1所示，本实施例的一种宽带多频段功放数字预失真装置，包括依次连接的：

带通滤波器阵列，用于对功放输出中所包含的n路信号分别进行带通滤波，带通滤波器的中心频率分别为对应的一路信号的中心频率，其带宽对应于该路信号的带宽；

正交解调阵列，用于对n路带通滤波器的输出信号分别进行正交解调；例如，如果某一路信号的载波中心频率为ω₁，那么正交解调就是对原始信号分别乘以cosω₁t和sinω₁t；

模数转换阵列，用于对正交解调后的信号进行模数转换，即对模拟信号进行采样和量化，转化为数字域信号，并将多路信号加和；

数字预失真训练器，用于通过比较模数转换阵列相加后的输出信号和经过数字上变频后的各路基带输入信号相加后的输出信号，产生对应于功放特性的参数，以进行数字预失真训练；

所述的与经过上变频和时延的一路基带输入信号相加，可以是与任意一路基带信号，比如在本具体实施例中是第一路基带输入信号进行相加，从而完成数字预失真。或者，也可以按照任意比例分成n份，和n路基带信号分别相加，但是分成多份的话，相对复杂度较高。

所述数字预失真训练器有两个输入信号，分别是模数转换阵列相加后的输出信号和预失真模拟器的输出信号。

由于现有技术中数字预失真训练器和数字预失真模拟器都有很多种不同的实现方法，例如查找表，多项式、抽头延进模型、甚至是查找表和多项式的组合等等，在此就不一一赘述了。本具体实施例以查找表法为例说明数字预失真训练器和数字预失真模拟器的工作过程：

数字预失真训练器和数字预失真模拟器均包含一个幅度查找表和相位查找表。

其中，数字预失真训练器查表的公式为：

magnitude[d(n)]＝magnitude[y(n)]×Item_mag[y(n)]，

phase[d(n)]＝phase[y(n)]+Item_phase[y(n)].

上面公式中magnitude[d(n)]为d(n)的幅度值，phase[d(n)]为d(n)的相位值，magnitude[y(n)]为y(n)的幅度值，phase[y(n)]为y(n)的相位值。Item_mag[y(n)]为y[n]幅度值在幅度查找表中的对应表项输出，Item_phase[y(n)]为y[n]相位值在相位查找表中对应的表项输出。

数字预失真模拟器查表的公式为：

magnitude[z(n)]＝magnitude[z(n)]×Item_mag[x(n)]，

phase[z(n)]＝phase[x(n)]+Item_phase[x(n)].

上面公式中magnitude[z(n)]为z(n)的幅度值，phase[z(n)]为z(n)的相位值，magnitude[x(n)]为x(n)的幅度值，phase[x(n)]为x(n)的相位值。Item_mag[x(n)]为x[n]幅度值在幅度查找表中的对应表项输出，Item_phase[x(n)]为x[n]相位值在相位查找表中对应的表项输出。

而数字预失真训练器查表更新表的公式为：

error(n)＝z(n)-d(n)，

Item_mag[y(n)]＝Item_mag[y(n)]+λ_mag×magnitude[error(n)]×magnitude[y(n)]，

Item_phase[y(n)]＝Item_phase[y(n)]+λ_phase×phase[error(n)]×phase[y(n)].

Item_mag[y(n)]为y[n]幅度值在幅度查找表中的对应表项输出，Item_phase[y(n)]为y[n]相位值在相位查找表中对应的表项输出。而λ_mag和λ_phase分别为幅度查找表和相位查找表更新的步长。

开始时，数字预失真模拟器不工作，即z(n)＝x(n)。当数字预失真训练器收敛，也就是error(n)趋向于0时，将预失真训练期的幅度查找表(Item_mag)和相位查找表(Item_phase)均拷贝给数字预失真模拟器。数字预失真模拟器开始工作。

所述的带通滤波器阵列包括：n个带通滤波器。

所述的正交解调阵列包括：n个正交解调装置。

所述的模数转换阵列包括：n个模数转换器件。

如图2所示，本实施例的一种宽带多频段功放数字预失真方法的流程包括如下步骤：

S101：带通滤波步骤，对n路信号分别进行带通滤波，带通滤波器的中心频率分别为对应的一路信号的中心频率，其带宽对应于该路信号的带宽。

S102：正交解调步骤，对带通滤波后的信号进行射频解调。

S103：模数转换步骤，对模拟信号进行采样和量化，转化为数字域信号，并将多路信号加和。

S104：数字预失真训练步骤，通过比较模数转换阵列相加后的输出信号和经过数字上变频后的各路基带输入信号相加后的输出信号，产生对应于功放特性的参数，以进行数字预失真训练；

S105：数字预失真模拟步骤，根据数字预失真训练步骤产生的参数对经过数字上变频后的各路基带输入信号相加后的输出信号进行模拟预失真；

S106：减法步骤，对数字预失真模拟器的输出和输入信号做差；

S107：加法步骤：与经过上变频和时延的基带信号相加，从而完成数字预失真。

所述的与经过上变频和时延的一路基带输入信号相加，可以是与任意一路基带信号，比如在本具体实施例中是第一路基带输入信号进行相加，从而完成数字预失真。或者，也可以按照任意比例分成n份，和n个信号分别相加，但是分成多份的话，相对复杂度较高。

虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。

Claims

1.一种宽带多频段功放数字预失真装置，其特征在于，包括依次连接的：

带通滤波器阵列，用于对功放输出中所包含的多路信号分别进行带通滤波；

正交解调阵列，用于对多路带通滤波器的输出信号分别进行正交解调；

模数转换阵列，用于对正交调解阵列输出的多路信号进行模数转换后，将多路信号加和；

2.根据权利要求1所述的宽带多频段功放数字预失真装置，其特征在于，带通滤波器的中心频率分别为对应的一路信号的中心频率，其带宽对应于该路信号的带宽。

3.根据权利要求1所述的宽带多频段功放数字预失真装置，其特征在于，所述对数字预失真模拟器的输出和输入信号做差后，再与经过上变频和时延的基带信号相加，从而完成数字预失真具体为：对数字预失真模拟器的输出和输入信号做差后，与任意一路经过上变频和时延的基带信号相加，从而完成数字预失真。

4.根据权利要求1所述的宽带多频段功放数字预失真装置，其特征在于，所述对数字预失真模拟器的输出和输入信号做差后，再与经过上变频和时延的基带信号相加，从而完成数字预失真具体为：对数字预失真模拟器的输出和输入信号做差后，按照任意比例分成多份，和多路经过上变频和时延的基带信号分别相加。

5.根据权利要求1所述的宽带多频段功放数字预失真装置，其特征在于，所述的数字预失真训练器和数字预失真模拟器采用查找表法进行失真模拟。

6.根据权利要求1所述的宽带多频段功放数字预失真装置，其特征在于，开始时，数字预失真模拟器不工作，当数字预失真训练器收敛时，将预失真训练期的幅度查找表和相位查找表均拷贝给数字预失真模拟器，数字预失真模拟器开始工作。

7.一种宽带多频段功放数字预失真方法，其特征在于，包括如下步骤：

S101：带通滤波步骤，对功放输出的多路信号分别进行带通滤波，带通滤波器的中心频率分别为对应的一路信号的中心频率，其带宽对应于该路信号的带宽；

S102：正交解调步骤，对多路带通滤波器的输出信号分别进行正交解调；

S103：模数转换步骤，通过模数转换阵列对正交解调步骤输出的多路信号进行采样和量化，转化为数字域信号，并将多路信号加和；

S105：数字预失真模拟步骤，采用数字预失真模拟器，根据数字预失真训练步骤产生的参数对经过数字上变频后的各路基带输入信号相加后的输出信号进行模拟预失真；

S107：加法步骤，将减法步骤得到的差值与经过上变频和时延的基带信号相加，从而完成数字预失真。

8.根据权利要求7所述的宽带多频段功放数字预失真方法，其特征在于，加法步骤中所述的将减法步骤得到的差值与经过上变频和时延的基带信号相加，是与任意一路基带信号相加。