CN103685109B - 宽带数字预失真多载波功率放大***及其功放增益均衡装置与方法 - Google Patents

宽带数字预失真多载波功率放大***及其功放增益均衡装置与方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种宽带数字预失真多载波功率放大***及其功放增益均衡装置与方法，所述功放增益均衡装置包括有：MCU模块，用于计算本振偏移量foffset、发送变频指令和移频指令；第一移频模块，根据本振偏移量foffset，对输入的数字信号做正偏移量foffset的频率搬移，并输出至FIR滤波器模块；FIR滤波器模块，用于接收第一移频模块输出的数字移频信号并对该数字移频信号滤波，第二移频模块，根据本振偏移量foffset和接收所述FIR滤波器模块生成的滤波信号，对滤波信号做负偏移量‑foxfset的频率搬移，并输出至下级电路模块。本发明利用移频模块及FIR滤波器产生频率校正的增益曲线均衡的数字信号，能够满足宽带DPD MCPA***对增益平坦度的指标要求的同时，在***本振实时发生改变的情况下确保增益均衡效果保持不变。

Description

宽带数字预失真多载波功率放大***及其功放增益均衡装置与方法
技术领域
本发明涉及移动通信的数字信号处理领域，具体涉及射频信号的带内增益平坦度的校正技术，主要涉及一种宽带数字预失真多载波功率放大***及其中的一种功放增益均衡装置和与前者相应的一种功放增益均衡方法。
背景技术
随着新一代通信网络的大规模建设以及通信技术的发展，提高功放效率、降低运营商投资和运营性支出越来越受到运营商关注，功放的带宽越做越宽，特别是多载波放大器（MCPA）的大量应用后，功放带宽从原来的5MHz以下，已经逐步过渡到60MHz以上，后续的目标是达到100MHz以上，满足多模组网以及4G移动通信的要求。
在数字预失真多载波功率放大***（DPD MCPA）产品中，由于引入数字预失真(DPD)技术受限于其技术自身特性，功放的瞬时带宽一般较窄，如低于20MHz，为了能在较宽的工作带宽上工作，如大于60MHz，一般采用载波跟踪技术先确定信号的中心频点，然后通过改变DPD MCPA的本振，让***的中心频点与信号的中心频点保持一致，从而拓展DPD MCPA的工作带宽。图1为DPD MCPA工作带宽拓展示意图，其中，fc0为DPD MCPA的中心频点，fs为信号的中心频点。当检测到信号的中心频点fs后，通过自动改变DPD MCPA的本振频率从而改变DPD MCPA的中心频点，使得fc1=fs，可使DPD MCPA工作在较宽的频率范围上。
由于射频器件的固有特性，频率响应会随着频率的改变而改变，在整个工作频段内，很难让频率响应的幅度保持不变。随着功放带宽的增加，功放的带内波动将越来越大，为了让DPD MCPA在整个工作带宽内都保持基本相同的增益水平，确保下行链路的通信质量在整个工作范围内都是相同的，有必要采用数字信号处理的方式，对信号进行增益波动的均衡处理。
在公告号为CN101815054B，公告日为2012.09.26的《数字通信***及其改善信号带内平坦度的方法》专利中，提出一种数字通信***改善信号带内平坦度的方法，它通过频域内的数字滤波处理，即测试***波动特性获得频域补偿系数，根据频域补偿系数对该频域信号进行频域滤波处理，实现对信号带内波动的修正和补偿，从而改善数字直放站***中每个载波信号通带内的平坦度。
在申请号为CN101834816A号专利公告所揭示的《基于射频拉远设备的自适应均衡装置》的专利中，提出一种采用下行信号和反馈信号进行自适应均衡计算，并不断更新均衡滤波系数，最终实现对下行链路非均衡特性的校正，从而保证射频拉远设备各个频率载波覆盖范围相同。
上述两种方法都是基于射频本振信号不变的前提下，对下行发射链路进行增益均衡，只能解决本振信号不变的情况下，工作带宽内的增益波动校正问题，不能解决本振信号改变的情况下，工作带宽内增益波动的校正问题。
发明内容
本发明的目的是针对上述现有技术中存在的问题，提供一种功放增益均衡装置，在***本振发生改变情况下，还能够完成带内增益波动的校正。
本发明的另一目的在于提供一种包含所述功放增益均衡装置的宽带数字预失真多载波功率放大***。
本发明的另一目的在于提供实现功放增益均衡的方法。
为达到上述发明的目的，本发明通过以下技术方案实现：
本发明的一种功放增益均衡装置，其中包括：MCU模块，其中设置的本振频率和实时计算得到的本振偏移量foffset，用于发送下变频指令、正向移频指令和负向移频指令；第一移频模块，接收MCU模块的正向移频指令及实时计算得到的本振偏移量foffset，并对输入的数字信号进行正偏移量foffset的频率搬移，产生数字移频信号，并输出至FIR滤波器模块；FIR滤波器模块，具有的通带响应曲线的增益幅度与功放输出信号的带内增益曲线在响应频率下的增益幅度，两者的加和平均值为一固定增益幅度，用于接收第一移频模块输出的数字移频信号并对该数字移频信号进行滤波，生成滤波信号；第二移频模块，接收MCU模块的负向移频指令及实时计算得到的负偏移量-foffset和接收所述FIR滤波器模块生成的滤波信号，并对该滤波信号进行负偏移量-foffset的频率搬移，产生数字二次移频信号，并输出至下级电路模块。
所述功放增益均衡装置还包括有：下变频模块,用于接收射频输入信号和MCU模块的下变频指令，对该射频输入信号进行模拟下变频处理，即根据MCU模块设置的本振频率，产生***所需的模拟中频信号或者零中频信号；ADC模块,用于将下变频模块产生的模拟信号转换为数字信号，并将该数字信号输出至上述第一移频模块。所述第一移频模块和第二移频模块为乘法器模块。
所述本振偏移量的计算方法为：当前本振信号减去默认本振信号得到本振偏移量foffset。
本发明的宽带DPD MCPA***，其包含前述功放增益均衡装置的组成结构。该***还包括DPD模块、DAC模块、上变频模块和反馈下变频模块，其中的上变频模块和反馈下变频模块分别与MCU模块连接并接收MCU模块的变频指令，所述DPD模块将所述功放增益均衡装置的第二移频模块输出的信号进行数字预失真处理后，其形成的数字预失真信号由所述DAC模块将该信号转换为模拟信号，并经所述上变频模块进行变频后输出给功率放大器，所述反馈下变频模块获取所述上变频模块输出的一路信号并对其进行上变频后，输出给另一ADC模块进行模数转换形成反馈数字信号，然后将该信号反馈给所述DPD模块，以便所述DPD模块根据该反馈数字信号对功放增益均衡装置输出的数字信号进行预失真处理以产生数字预失真信号输出。
一种功放增益均衡方法，包括如下步骤：
步骤S01,设置网络分析仪用于测量未进行功放增益均衡处理时的宽带数字预失真多载波功率放大***的带内增益曲线,此时***的本振频率为默认值；
步骤S02,设计功放增益均衡滤波器系数，即根据步骤S01所得带内增益曲线设计功放增益均衡处理所需的滤波器的系数，从而使得该滤波器的通带响应曲线的增益幅度与步骤S01所得的带内增益曲线在响应频率下的增益幅度，两者的加和平均值为一固定增益幅度；
步骤S03,宽带数字预失真多载波功率放大***输入信号进行增益均衡滤波；
步骤S04,MCU模块实时计算当前本振信号与默认本振信号的偏移量foffset，计算方法为当前的本振频率减去默认的本振频率，然后依据该偏移量foffset对增益均衡前后的信号分别进行正向和负向的频率搬移。
所述步骤S02还包括采用该系数的FIR滤波器具有的通带相应曲线的增益幅度与功放输出信号的带内增益曲线在响应频率下的增益幅度，两者的加和平均值为一固定增益幅度。
所述步骤S03还包括对输入信号的下变频处理和模数转换处理。
所述步骤S04是在步骤S03的中间执行过程中***执行的步骤。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
本发明所公开的功放增益均衡装置及采用它的宽带数字预失真多载波功率放大***，是利用移频模块以及FIR滤波器产生频率校正的增益曲线均衡的数字信号，能够满足宽带DPD MCPA***对增益平坦度的指标要求的同时，实现在***本振实时发生改变的情况下确保增益均衡效果保持不变的作用。
附图说明
图1为宽带数字预失真多载波功率放大***（DPD MCPA）的工作带宽拓展示意图。
图2为本发明实现的宽带数字预失真多载波功率放大***原理示意图。
图3为图2的***所采用的功放增益均衡装置示意图。
图4为不加装功放增益均衡装置时的宽带数字预失真多载波功率放大***的带内增益曲线图。
图5为功放增益均衡装置中FIR滤波器的频率响应的带内增益曲线图。
图6为加装功放增益均衡装置后的宽带数字预失真多载波功率放大***的增益均衡效果图。
图7为本发明功放增益均衡装置的控制原理示意图。
具体实施方式
实施例
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明：
图2是本发明的宽带DPD MCPA***的示意图，该实施例揭示本发明的一种具有增益均衡功能的宽带DPD MCPA***100，该***包括有下变频模块101、第一ADC模块102、DPD模块106、DAC模块107、上变频模块108、PA功放模块109、反馈下变频模块112和第二ADC模块111。
进一步，图3为本发明实施例的功放增益均衡装置示意图，图2与图3揭示了该宽带DPD MCPA***还包括有本发明的一种功放增益均衡装置200，所述功放增益均衡装置200包括有第一移频模块203、第二移频模块205、FIR滤波器模块204以及MCU模块110。由于宽带DPD MCPA***100的本振频率会随着射频输入信号的中心频点的改变而改变，容易影响FIR滤波器模块实现增益均衡的最终效果。为了消除本振信号偏移所带来的不利影响，采用FIR滤波器前后各一个移频模块，通过移频模块对信号进行移频处理，因此该功放增益均衡装置200各个模块功能及连接关系如下:
MCU模块110,用于对功放增益均衡装置200以及宽带DPD MCPA***发送工作指令，MCU模块110对宽带DPD MCPA***发送的工作指令如下：
对下变频模块101发送下变频指令使得进入下变频模块101的射频信号降为中频或者零中频信号、对上变频模块108发送上变频指令使得进入上变频模块108的信号从中频或者零中频信号上变频为射频信号、对反馈下变频模块112发送下变频指令使得进入反馈下变频模块112的信号频率降为中频或者零中频信号；
MCU模块110对功放增益均衡装置200发送的工作指令如下：
对第一移频模块203发送正向移频指令，该正向移频指令用于开启第一移频模块，并使得输入第一移频模块203的信号频率增加foffset所表示的赫兹数，即所谓正偏移量“foffset”，对第二移频模块205发送负向移频指令，该负向移频指令用于开启第二移频模块,并使得输入第二移频模块205的信号频率降低foffset所表示的赫兹数，即所谓负偏移量“-foffset”。
第一移频模块203，用于接收MCU模块110的正向移频指令而对由第一ADC模块102输入该第一移频模块203的数字信号的频率增加foffset的赫兹数，产生频率符合FIR滤波器处理要求的一次移频信号，并输出至FIR滤波器模块204。
FIR滤波器模块204，用于接收第一移频模块203输出的一次移频信号，为实现如下效果对该一次移频信号作滤波处理，并生成滤波信号：FIR滤波器的通带响应曲线的增益幅度与功放输出信号的带内增益曲线在响应频率下的增益幅度，两者的加和平均值为一固定增益幅度，如此FIR滤波器的通带响应曲线即为与功放带内增益曲线相反的增益曲线。
第二移频模块205，用于接收MCU模块110的负向移频指令,开启第二移频模块205并接收所述FIR滤波器模块204生成的滤波信号，将滤波信号的频率降低foffset表示的赫兹数，从而产生与输入第一移频模块的数字信号频率一致的二次移频信号，并将该二次移频信号输出至下级电路模块。
对于射频信号作为输入信号的情况，需要通过模数转换模块将射频信号转换为所述提供给第一移频模块的数字信号。
对于输入的射频信号，前置于该模数转换模块，还需要通过下变频模块112将射频信号降频为中频信号或零中频信号，并将该中频信号或零中频信号输出至模数转换模块。
进一步结合图4至图6，其共同揭示了该功放增益均衡装置改善信号增益平坦度的过程。图4为宽带DPD MCPA***的带内增益曲线图。图5为均衡滤波器的频率响应的带内增益曲线图。图6为宽带DPD MCPA***的增益均衡效果图，其为图4与图5两条曲线叠加的结果。
由功放增益均衡装置200产生的二次移频信号已具备一定要求的增益波幅，该二次移频信号符合宽带DPD MCPA***100的要求，下面请参阅图7所示本发明功放增益均衡装置的控制原理示意图，进一步揭示该宽带DPDMCPA***100及其包含的功放增益均衡装置200的协调工作方式以及对输入信号的处理步骤：
步骤S01，设置网络分析仪用于测量宽带DPD MCPA***的带内增益曲线，即在未加装功放增益均衡装置200的宽带DPD MCPA***的功放上连接网络分析仪，用于测出DPD MCPA***工作频带内幅度特性曲线，即为带内增益曲线，此时***为默认本振频率，对应的***中心频点为fc0；
步骤S02，设计功放增益均衡滤波器系数，即根据步骤S01所得带内增益曲线设计功放增益均衡装置200的FIR滤波器系数，从而使得功放增益均衡滤波器通带相应曲线的增益幅度与步骤S01所得的带内增益曲线在响应频率下的增益幅度，两者的加和平均值为一固定增益幅度；
步骤S03，宽带DPD MCPA***100输入信号进行增益均衡滤波,MCU模块110预先获取下变频链路的本振频率LO1、反馈链路的本振频率LO2，并且宽带DPD MCPA***100中的各个模块随输入信号的传输而相应启动工作，其中：
与MCU模块110连接的下变频模块101接收输入的射频信号，下变频模块101并接收MCU模块110发送的下变频指令及本振频率LO1，对输入的射频信号做下变频处理，产生***所需的模拟中频信号或是模拟零中频信号；
第一ADC模块102接收下变频模块101产生的模拟中频信号或者模拟零中频信号，对上述信号进行采样并产生数字信号，产生的数字信号输送到功放增益均衡装置200的第一移频模块203；
在步骤S03的执行过程中，进一步***执行如下步骤S04，该步骤S04,所述MCU模块110实时计算当前本振信号与默认本振信号的偏移量foffset，计算方法为：当前本振频率减去默认本振频率得到本振偏移量，也可以等同为foffset=fc1-fc0，再对增益均衡前后的信号进行频率搬移，首先宽带DPDMCPA***100中的MCU模块110预先计算得到本振的偏移量foffset，进而对MCU模块110所连接第一移频模块203和第二移频模块205发送相应的移频指令，其中：
功放增益均衡装置200的第一移频模块203接收MCU模块110发送的正向移频指令对第一ADC模块102转换生成的数字信号做正向移频处理，并将该数字移频信号输送到FIR模块204；FIR模块204对接收的数字移频信号做滤波处理而产生滤波信号，并将该滤波信号输送到第二移频模块205；第二移频模块205接收MCU模块110发送的负向移频指令对该滤波信号做负向移频处理，并将该移频信号输送到DPD模块106；
执行完步骤S04之后，继续执行步骤S03，其中：
DPD模块106接收功放增益均衡装置200输出的数字信号，根据来自第二ADC模块111输出的反馈数字信号，DPD模块106对功放增益均衡装置200输出的数字信号进行数字预失真处理，产生数字预失真信号，并且DPD模块106将该数字预失真信号输送到DAC模块107；
DAC模块107接收DPD模块106产生的数字预失真信号，并对该数字预失真信号进行数模转换处理，产生预失真后的模拟中频信号或者模拟零中频信号，并将该预失真的模拟中频信号或者模拟零中频信号输送到上变频模块108；
上变频模块108接收上述预失真后的模拟中频信号或者模拟零中频信号，同时接收MCU模块110发送的上变频指令及本振频率L02,从而对上述信号做上变频处理，产生预失真后的射频信号，上变频模块108将该预失真后的射频信号输送到PA模块109；
PA模块109接收上变频模块108输出的预失真后的射频信号，并对该信号进行功率放大，从而产生DPD MCPA***的射频输出信号，该射频输出信号分成两部分，第一部分做为输出信号而输送到下级电路，第二部份作为反馈信号输送到反馈下变频模块112；
反馈下变频模块112接收PA模块输出的第二部分射频信号，同时接收MCU模块110发送的下变频指令及反馈本振频率L02,将该射频信号做下变频处理，产生反馈模拟中频信号或者零中频信号并传送给第二ADC模块111；
第二ADC模块111接收反馈下变频模块112输出的反馈模拟中频信号或者零中频信号，并对上述信号做模数转换处理，产生反馈数字信号，第二ADC模块111将该反馈数字信号输出到DPD模块106；
下面对射频输入信号在***中的处理作进一步介绍：
射频输入信号首先经过下变频处理后，被降频为***所需的模拟中频信号或者模拟零中频信号，该模拟中频信号或者模拟零中频信号再经过模数转换而成数字信号；
由于DPD MCPA***的输出信号受带内增益平坦度的影响具有一定波形变化，因而需要对DPD MCPA***的输入信号做滤波处理而使输入信号具有相反增益曲线；
上述数字信号的本振频率偏移了功放工作频带的中心时，需对数字信号做正偏移量foffset的移频处理后，再经过滤波处理，使得数字信号具有与功放模块增益平坦曲线相反的波形，经过滤波处理后，须再做负偏移量-foffset的移频处理，经过前后的移频处理，能够消除数字信号的本振频率变化对带内增益均衡的影响；
经过移频和滤波处理后的数字信号再做预失真处理，转换为预失真信号；该预失真信号经过数模转换及上变频处理后，转换为预失真模拟信号；
预失真模拟信号最后经过放大处理后作为输出信号离开DPD MCPA***，该***此时的带内增益曲线为一条直线。
本发明所公开的宽带DPD MCPA***的功放增益均衡装置，是利用移频模块以及FIR滤波器产生频率校正的带内增益曲线均衡的数字信号，能够满足宽带DPD MCPA***对增益平坦度的指标要求的同时，实现在***本振实时发生改变的情况下确保增益均衡效果保持不变的作用。
上述实施例仅用以说明本发明而并非限制本发明所描述的技术方案；因此，尽管本说明书参照上述的各个实施例对本发明已进行了详细的说明，但是，本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或者等同替换；而一切不脱离本发明的精神和范围的技术方案及其改进，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (7)

1.一种功放增益均衡装置，其特征在于，所述装置包括：
MCU模块，其中设置的本振频率和实时计算得到的本振偏移量foffset，用于发送下变频指令、正向移频指令和负向移频指令；
第一移频模块，接收MCU模块的正向移频指令及实时计算得到的本振偏移量foffset，并对输入的数字信号进行正偏移量foffset的频率搬移，产生数字移频信号，并输出至FIR滤波器模块；
FIR滤波器模块，具有的通带响应曲线的增益幅度与功放输出信号的带内增益曲线在响应频率下的增益幅度，两者的加和平均值为一固定增益幅度，用于接收第一移频模块输出的数字移频信号并对该数字移频信号进行滤波，生成滤波信号；
第二移频模块，接收MCU模块的负向移频指令及实时计算得到的负偏移量-foffset和接收所述FIR滤波器模块生成的滤波信号，并对该滤波信号进行负偏移量-foffset的频率搬移，产生数字二次移频信号，并输出至下级电路模块；
下变频模块,用于接收射频输入信号和MCU模块的下变频指令，对该射频输入信号进行模拟下变频处理，即根据MCU模块设置的本振频率，产生***所需的模拟中频信号或者零中频信号；
ADC模块,用于将下变频模块产生的模拟信号转换为数字信号，并将该数字信号输出至上述第一移频模块。
2.根据权利要求1所述的功放增益均衡装置，其特征在于，所述本振偏移量的计算方法为：当前本振信号减去默认本振信号得到本振偏移量foffset。
3.根据权利要求1所述的功放增益均衡装置，其特征在于，所述第一移频模块和第二移频模块为乘法器模块。
4.一种宽带数字预失真多载波功率放大***，其特征在于，包含如权利要求1所述的功放增益均衡装置；
该***还包括DPD模块、DAC模块、上变频模块和反馈下变频模块，其中的上变频模块和反馈下变频模块分别与MCU模块连接并接收MCU模块的变频指令，所述DPD模块将所述功放增益均衡装置的第二移频模块输出的信号进行数字预失真处理后，其形成的数字预失真信号由所述DAC模块将该信号转换为模拟信号，并经所述上变频模块进行变频后输出给功率放大器，所述反馈下变频模块获取所述上变频模块输出的一路信号并对其进行上变频后，输出给另一ADC模块进行模数转换形成反馈数字信号，然后将该信号反馈给所述DPD模块，以便所述DPD模块根据该反馈数字信号对功放增益均衡装置输出的数字信号进行预失真处理以产生数字预失真信号输出。
5.一种功放增益均衡方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤S01,设置网络分析仪用于测量未进行功放增益均衡处理时的宽带数字预失真多载波功率放大***的带内增益曲线；
步骤S02,设计功放增益均衡滤波器系数，即根据步骤S01所得带内增益曲线设计功放增益均衡处理所需的滤波器的系数，从而使得该滤波器的通带响应曲线的增益幅度与步骤S01所得的带内增益曲线在响应频率下的增益幅度，两者的加和平均值为一固定增益幅度；
步骤S03,宽带数字预失真多载波功率放大***对输入信号分别进行增益均衡滤波和下变频处理，所述下变频处理后的输入信号再进行模数转换处理；
步骤S04,MCU模块实时计算本振信号的偏移量foffset，依据该偏移量foffset对增益均衡前后的信号分别进行正向和负向的频率搬移。
6.根据权利要求5所述的功放增益均衡方法，其特征在于，所述步骤S02中，采用该系数的滤波器具有的通带响应曲线的增益幅度与功放输出信号的带内增益曲线在响应频率下的增益幅度，两者的加和平均值为一固定增益幅度。
7.根据权利要求5所述的功放增益均衡方法，其特征在于，所述步骤S04是在步骤S03的中间执行过程中***执行的步骤。
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