CN101053168B - 一种信号非线性失真量检测的方法与装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种信号非线性失真量检测的方法，用于射频功率放大器输出的非线性失真的提取和检测，其特点在于，分别提取输入、输出信号并分别将输入、输出信号的幅度和频率匹配后完成自相乘，获取输入、输出信号各自的自相乘后的低频成分，从而使信号的载波成本被滤掉，使所述低频成分能表征失真信号特征并且便于进行处理。本发明通过将输入、输出信号匹配后完成自相乘，取低频成分，从而和信号的频率和带宽相关性很小，因此可以大大简化失真检测的难度。并且自相乘相当于将失真放大，有利于提高输出失真检测灵敏度。

Description

一种信号非线性失真量检测的方法与装置

技术领域

本发明涉及一种信号非线性失真量检测的方法与装置特别是涉及一种用于射频功率放大器线性化系统的输出非线性失真量的检测方法和装置。

背景技术

随着无线通信技术的发展，人们通过扩频、分集以及智能天线等技术，大大地提高了基站反向接收灵敏度，同时需要以更大的功率将基站的信号发射出去，以达到系统前反向功率的平衡和降低系统的成本。另外频谱资源也成为日益稀缺的资源，为了提高频谱的利用效率，以便在单位带宽内携带更多的信息，信号的幅度和相位均设计携带有信息，这使得信号的幅度剧烈变化，表现在信号的非恒定包络特性和峰均比上。而为了交互更多的信息，信号的带宽也越来越宽。在实际应用中，用户数的增加使得对多载波系统的需求越来越迫切，为避免各载波之间的干扰和避免本系统对其他系统的干扰，要求射频功率放大器具有高的邻道抑制比和小的杂散发射，因此功率放大器的线性化技术成为现代无线通信系统中的一个关键技术。

功率放大器的线性化系统可以分为两部分：一部分是非线性失真的补偿系统，另一部分是非线性失真补偿参数的自适应调整系统。后者根据失真量的大小自适应的调整功率放大器非线性失真的补偿参数，从而实现功率放大器的线性化系统在各种应用情况下都具有较好的线性指标。失真量的检测为补偿参数的自适应调整提供依据，其检测精度直接决定了整个线性化系统的改善性能，因此在功率放大器的线性化技术中，失真量的检测是一项很重要的技术。

现有的提取失真量的方法，需要将输出信号解调，然后对解调后的基带信号进行分析和处理，需要通过移频和利用中频滤波器较好的矩形系数，滤除有用信号，从而获得失真。现有技术依赖于输入信号的频率和带宽，并且原有的失真并不明显，不利于失真的检测。

发明公开

本发明所要解决的技术问题是提出一种信号非线性失真量检测的方法与 装置，解决现有提取失真量的方法需要将输出信号解调，失真的表现依赖于输入信号的频率和带宽，需要对载波进行处理并且失真信号较小不利于检测的技术问题。

为了实现上述目的，本发明提供了一种信号非线性失真量检测的方法，用于射频功率放大器输出的非线性失真的提取和检测，其特点在于，分别提取输入、输出信号并分别将输入、输出信号的幅度和频率匹配后完成自相乘，获取输入、输出信号各自的自相乘后的低频成分，从而使信号的载波成分被滤掉，使所述低频成分能表征失真信号特征并且便于进行处理。

上述的信号非线性失真量检测的方法，其特点在于，进一步包括如下步骤：步骤一，对输入、输出信号进行时延的匹配；步骤二，通过频率匹配单元使载波频率和乘法器的工作频率匹配；步骤三，分别对输入、输出信号进行自相乘；步骤四，对自相乘得到的两个信号进行滤波，滤除两个信号的高频成分，得到两个低频成分。

上述的信号非线性失真量检测的方法，其特点在于，还包括：步骤五，对所述两个低频成分作减法处理，从而减小非失真成分。

上述的信号非线性失真量检测的方法，其特点在于，还包括：步骤六，将减法处理后的信号进行高通滤波，从而进一步减小非失真成分。

上述的信号非线性失真量检测的方法，其特点在于，还包括：步骤七，对高通滤波后的信号进行积分，从而提取出可以表征输出失真大小的失真检测信号。

为了更好的实现本发明的目的，本发明还提供了一种信号非线性失真量检测的装置，其特点在于，包括：依次连接的输入信号耦合单元、输入时延匹配单元、输入耦合信号幅度调节单元、输入自相乘单元、输入低通滤波单元组成一输入支路；依次连接的输出信号耦合单元、输出时延匹配单元、输出耦合信号幅度调节单元、输出自相乘单元、输出低通滤波单元组成一输出支路；所述输入低通滤波单元和输出低通滤波单元连接一输入输出相减单元，一积分单元连接所述输入输出相减单元；所述输入耦合信号幅度调节单元通过一输入频率匹配单元连接所述输入自相乘单元，所述输出耦合信号幅度调节单元通过一输出频率匹配单元连接所述输出自相乘单元，所述积分单元通过一高通滤波单元连接所述输入输出相减单元；所述输入信号耦合单元通过射频功率放大器连接 所述输出信号耦合单元；通过所述输入支路和输出支路分别提取输入、输出信号并分别将输入、输出信号的幅度和频率匹配后完成自相乘，获取输入、输出信号各自的自相乘后的低频成分，从而使信号的载波成分被滤掉，使所述低频成分能表征失真信号特征并且便于进行处理。

上述的装置，其特点在于，所述输入频率匹配单元包括输入混频单元和输入低通滤波单元，所述输出频率匹配单元包括输出混频单元和输出低通滤波单元，所述输入混频单元通过一本振信号发生单元连接所述输出混频单元。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

本发明的第一个优点是，利用信号的自相乘得到失真信号。若信号包含失真成分，自相乘后可产生一个低频分量，便于进行处理。另外自相乘的乘法器种类也比较多，技术比较成熟，实现起来也比较简单。因此省去了进行I、Q解调等复杂的处理。

本发明的第二个优点是，失真信号的获得是通过自相乘取低频成分得来的，这使得载波成分被滤掉，也就是说，这种失真检测方法与载波无关，从而减少了对载波处理的环节。

本发明的第三个优点，便于小型化和用ASIC实现。采用的技术和器件均适合ASIC实现，无论是乘法器还是积分电路。另外也可以从ADI的检波器可以看出。很小的一个器件就可以完成乘法，滤波和积分。并且可以适用于很宽的频率范围。

本发明的第四个优点，通过减法器减去非失真信号，从而提高失真信号的分辨率。经过自相乘滤波后，非失真信号仍是主要部分，而且比失真成分大的多，这给失真成分的检测带来了很大困难，而输入输出信号是相关的，通过他们的相减可以方便的大大减小非失真量，从而提高失真部分的分辨率。

本发明的第五个优点是，通过积分实现失真信号大小的检测，省去了频谱分析的工作量。

本发明的第六个优点是，部分处理用低成本模拟方法处理，例如滤波部分和减法电路等，甚至积分部分电路。这大大减小了数字处理的难度，并因为是被动实现，提高了系统的可靠性。

本发明的第七个优点是，实现的时延小，适时性更好。检测是为自适应服务的，适时性是自适应的一个重要指标。目前，有的技术使用中频声表等技术滤除非失真信号，虽能得到较好的效果，但会大大增加检测的时延。

采用本发明所述的失真检测系统，能够有效地检测出失真分量的大小，可以减小失真分量处理的难度和数据量，并适合小型化和用ASIC来实现。

附图简要说明

图1是本发明的流程图；

图2为本发明的系统组成框图；

图3是一个失真检测的实现框图。

实现本发明的最佳方式

下面结合附图对本发明作进一步的详细描述。

图1是本发明方法结合装置进行描述的流程图。结合流程图，对本发明作详细描述。分别从射频输入端511和射频输出端521通过输入耦合单元512和输出耦合单元522来耦合信号，并且输入耦合单元512和输出耦合单元522之间还通过功率放大单元530连接，分别通过输入时延匹配单元513和输出时延匹配单元523作输入输出的时延匹配，主要使输入耦合信号和输出耦合信号在时延上对齐。分别通过输入幅度调整单元514和输出幅度调整单元524使两路信号的幅度相等。通过输入频率匹配单元515和输出频率匹配单元525将频率匹配到输入自相乘单元516和输出自相乘单元526能处理的频率。在输入自相乘单元516和输出自相乘单元526完成输入输出信号的自相乘。通过输入低通滤波单元517和输出低通滤波单元527进行低通滤波取出自相乘后的低频成分，通过减法单元531减去输入的标准信号，就可以得到失真信号。通过高通滤波单元532进一步滤除标准信号带内的信号，通过积分单元533对失真信号进行平滑处理，通过失真检测输出单元534进行失真检测输出。

图2是本发明的一个原理框图，下面结合图2作详细的描述。

射频输入信号100，通过输入信号耦合单元101耦合一部分输入信号，该信号是未失真的标准或近似标准的信号。其他信号进入射频功率放大器102，射频功率放大器102输出的信号通过输出耦合单元103耦合一部分射频功率放 大器的输出信号，该信号包含失真信息。其他部分作为输出信号118输出。

输入信号耦合单元101提取的输入信号经过输入时延匹配单元104调整时延，输出信号耦合单元103提取的输出信号经过输出时延匹配单元105调整时延，通过时延的调整，最终使耦合出的输入信号与耦合出的的输出信号时延近似相等。

经过时延匹配后的输入信号进入输入频率匹配单元106作频率匹配，频率匹配的作用是将输入信号的频率变换到输入自相乘单元110可以处理的频率上来。

经过时延匹配后的输出信号进入输出频率匹配单元107作频率匹配，频率匹配的作用是将输出信号的频率变换到输出自相乘单元111可以处理的频率上来。

经过输入频率匹配的信号进入输入耦合信号幅度调节单元106作幅度调节，幅度调节的作用是使进入输入自相乘单元108的信号幅度与进入输出自相乘单元109的幅度相同。

经过输出频率匹配的信号进入输出耦合信号幅度调节单元107作幅度调节，幅度调节的作用是使进入输入自相乘单元108的信号幅度与进入输出自相乘单元109的幅度相同。

经过输入幅度调节的输入信号通过输入自相乘单元108完成输入信号的自相乘。自相乘的作用是使输入信号产生可以充分表征输入信号的低频信号，同时也会有其它信号的产生。

经过输出幅度调节的输出信号通过输出自相乘单元109完成输出信号的自相乘。自相乘的作用是使输出信号产生可以充分表征输出信号的低频信号，同时也会有其它信号的产生。

自相乘后的输入信号经过输入低通滤波单元112滤除其他频率成分，只留下低频成分用来表征输入信号。

自相乘后的输出信号经过输出低通滤波单元113滤除其他频率成分，只留下低频成分用来表征输出信号。

经过低通滤波后的输入低频信号和输出低频信号通过输入输出相减单元114完成相减，相减后的信号就是包含了失真信息的失真检测信号。

一般来说，得到的失真检测信号会有输入信号的泄漏，通过高通滤波单元 115可以完成对可能包含输入信号的部分进一步滤除。最后失真检测信号通过积分单元116作适当的积分，从而减轻数据处理的难度。

图3是一种失真检测实现系统的原理框图，下面结合框图介绍其工作的过程。

系统包括：输入信号耦合单元201，输出信号耦合单元203，输入时延匹配单元205，输出时延匹配单元206，输入耦合信号幅度调节单元207，输出耦合信号幅度调节单元208，输入混频单元209，输出混频单元210，本振信号发生单元211，输入低通滤波单元212，输出低通滤波单元213，输入自相乘单元214，输出自相乘单元215，输入低通滤波单元216，输出低通滤波单元217，输入输出相减单元218，高通滤波单元219，积分单元220。

射频输入信号200，通过输入信号耦合单元201耦合一部分输入信号，该信号是未失真的标准或近似标准的信号。其他信号进入射频功率放大器202，射频功率放大器202输出的信号通过输出耦合单元203耦合一部分射频功率放大器的输出信号，该信号包含失真信息。其他部分作为输出信号204输出。

输入信号耦合单元201提取的输入信号经过输入时延线205调整时延，输出信号耦合单元203提取的输出信号经过输出时延匹配单元206调整时延，时延线可用一定长度的射频电缆实现。通过时延的调整，最终使耦合出的输入信号与耦合出的的输出信号时延近似相等。

输入耦合信号幅度调节单元207对经过时延匹配的输入信号进行幅度调节，输出耦合信号幅度调节单元208对经过时延匹配的输出信号进行幅度调节，最终使两路输出的幅度相等。

本振发生单元211输出本振信号用以驱动输入混频单元209和输出混频单元210。经过幅度调整的输入信号和输出信号通过输入混频单元209和输出混频单元210，将输入信号和输出信号的频率变到一个适合自相乘单元处理的值。

通过输入低通滤波单元212和输出低通滤波单元213，对变频后的信号进行滤波，取出希望得到的信号。

经过变频滤波后的信号，分别进入输入自相乘单元214和输出信号自相乘单元215完成信号的自相乘。自相乘的作用是使信号产生可以充分表征信号的低频信号，同时也会有其它信号的产生。

自相乘后的输入信号经过输入低通滤波单元216滤除其他频率成分，只留下低频成分用来表征输入信号。自相乘后的输出信号经过输出低通滤波单元217滤除其他频率成分，只留下低频成分用来表征输出信号。

经过低通滤波后的输入低频信号和输出低频信号通过输入输出相减单元218完成相减，相减后的信号就是包含了失真信息的失真检测信号。

一般来说，得到的失真检测信号会有输入信号的泄漏，通过高通滤波单元219可以完成对可能包含输入信号的部分进一步滤除。最后失真检测信号通过积分单元220作适当的积分，得到信号221，从而减轻数据处理的难度。

以上详细说明了本发明的工作原理，并给出了几种典型的实施流程，但这些只是为了便于理解而举的形象化的实例，不应被视为是对本发明范围的限制。本发明还可有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，本发明可以进行适当的改变，但这些相应的改变都应属于发明所附的权利要求的保护范围。

工业应用性

本发明解决了现有非线性失真的提取和检测需要将信号解调，失真的表现依赖于输入信号的频率和带宽，需要对载波进行处理并且失真信号较小不利于检测的技术问题。本发明通过将输入、输出信号匹配后完成自相乘，取低频成分从而和信号的频率和带宽相关性很小，因此可以大大简化失真检测的难度。并且自相乘相当于将失真放大，有利于提高输出失真检测灵敏度。本发明可用于对射频功率放大器线性化系统的输出的非线性失真量的检测，也可以应用在任何存在类似技术问题的领域。

Claims (7)

1.一种信号非线性失真量检测的方法，用于射频功率放大器输出的非线性失真的提取和检测，其特征在于，分别提取射频功率放大器的输入、输出信号并分别将输入、输出信号的幅度和频率匹配后完成自相乘，获取输入、输出信号各自的自相乘后的低频成分，从而使信号的载波成分被滤掉，使所述低频成分能表征失真信号特征并且便于进行处理。

2.根据权利要求1所述的信号非线性失真量检测的方法，其特征在于，分别将输入、输出信号的幅度和频率匹配后完成自相乘，获取输入、输出信号各自的自相乘后的低频成分包括如下步骤：

步骤一，对输入、输出信号进行时延的匹配；

步骤二，通过频率匹配单元使载波频率和乘法器的工作频率匹配；

步骤三，分别对输入、输出信号进行自相乘；

步骤四，对自相乘得到的两个信号进行滤波，滤除两个信号的高频成分，得到两个低频成分。

3.根据权利要求2所述的信号非线性失真量检测的方法，其特征在于，还包括：步骤五，对所述两个低频成分作减法处理，从而减小非失真成分。

4.根据权利要求3所述的信号非线性失真量检测的方法，其特征在于，还包括：步骤六，将减法处理后的信号进行高通滤波，从而进一步减小非失真成分。

5.根据权利要求4所述的信号非线性失真量检测的方法，其特征在于，还包括：步骤七，对高通滤波后的信号进行积分，从而提取出可以表征输出失真大小的失真检测信号。

6.一种应用权利要求1所述的信号非线性失真量检测方法的装置，其特征在于，包括：

依次连接的输入信号耦合单元、输入时延匹配单元、输入耦合信号幅度调节单元、输入自相乘单元、第一输入低通滤波单元组成一输入支路；

依次连接的输出信号耦合单元、输出时延匹配单元、输出耦合信号幅度调节单元、输出自相乘单元、第一输出低通滤波单元组成一输出支路；

所述第一输入低通滤波单元和所述第一输出低通滤波单元连接一输入输出相减单元，一积分单元连接所述输入输出相减单元；

所述输入耦合信号幅度调节单元通过一输入频率匹配单元连接所述输入自相乘单元，所述输出耦合信号幅度调节单元通过一输出频率匹配单元连接所述输出自相乘单元，所述积分单元通过一高通滤波单元连接所述输入输出相减单元；

所述输入信号耦合单元通过射频功率放大器连接所述输出信号耦合单元；

通过所述输入支路和输出支路分别提取输入、输出信号并分别将输入、输出信号的幅度和频率匹配后完成自相乘，获取输入、输出信号各自的自相乘后的低频成分，从而使信号的载波成分被滤掉，使所述低频成分能表征失真信号特征并且便于进行处理。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述输入频率匹配单元包括输入混频单元和第二输入低通滤波单元，所述输出频率匹配单元包括输出混频单元和第二输出低通滤波单元，所述输入混频单元通过一本振信号发生单元连接所述输出混频单元。

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