CN101784108B - 一种用于td-scdma系统的数字预失真方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于TD-SCDMA系统的数字预失真方法及装置，该方法包括如下步骤：步骤一、当前时隙信号为下行时隙且DPD模块启动时，设置计数器的计数门限和平均功率门限；步骤二、在当前下行时隙的数据区域中选取m个符号的中频反馈数据，计算得到时隙信号的平均功率；步骤三、通过判断由中频反馈信号部分区间采样计算得到的时隙信号平均功率或者计数次数，找到需要采样的中频反馈数据，同时丢弃不需要采样的中频反馈数据，避免了对反馈通路的所有中频反馈数据进行不断的搜索、采集以及参数估计，显著地降低DPD模块的计算量，节省计算时间，减少器件功耗。

Description

一种用于TD-SCDMA系统的数字预失真方法及装置

技术领域

本发明涉及无线通讯领域，尤其涉及一种用于TD-SCDMA(TimeDivision-Synchronous Code Division Multiple Access，时分的同步码分多址)系统的DPD(Digital Pre-Distortion，数字预失真)方法及装置。

背景技术

射频技术的实现是TD-SCDMA系统实现产业化的关键技术之一。为了追求更高的数据速率和频谱效率，TD-SCDMA系统普遍采用线性调制方式。另外，多载波配置技术导致了信号包络的变化，从而产生了交调失真，尽管频谱再生对本信道的影响不大，但它将会干扰相邻信道。3G通信系统利用的非恒包络调制技术要求发射器工作于线性状态，从而使线性化技术和效率增强技术成为功率放大器设计的关键所在。

因为晶体管本身的非线性特性，当信号的功率超过一定范围时，经过功率放大器以后，输出特性是非线性的，虽然输入的TD-SCDMA系统的频谱较为纯净，但是功率放大器输出端产生了大量的非线性产物，射频线性化技术的实质就是通过各种方式对这种非线性化特性进行补偿和校正。为了适应大批量商用，对基站功率放大器的基本要求为：可靠性高，但往往是系统的瓶颈；效率高，常常占据基站整机功耗的很大比例；成本低，往往占基站成本的很大一部分比例；体积小，一般占据系统的较大部分；可维护性强，许多是独立的模块，有监控保护功能；线性度好，基站越来越多地采用线性功率放大器；易生产，尽量降低装配调试的难度。其中射频的线性化技术和高效率技术是相互矛盾的，对这两种目标的实现往往决定了功率放大器的其他几个方面，因而射频的线性化技术和高效率技术的研究成为业界的热点。目前，在功率放大器的各种线性化技术中，预失真法是最主要的线性化技术之一。

随着TD-SCDMA系统网络的大规模建设，运营商越来越注重降低CAPEX(Capital expenditure，投资成本)和OPEX(Operation expenditure，运营成本)，功率放大器的效率提高和降成本，是各大设备厂商重点研究开发的焦点，新一代功率放大器的线性化技术即DPD技术得到了极大发展。

数字预失真原理是：通过一个预失真元件来和功率放大器元件级联，非线性失真功能内置于数字、数码基带信号处理域中，其与放大器展示的失真数量相当，但功能却相反。将这两个非线性失真功能相结合，便能够实现高度线性、无失真的系统。数字预失真技术的挑战在于功率放大器元件的失真即非线性特性会随时间、温度以及偏压的变化而变化，因器件的不同而不同。因此，尽管能为一个器件确定特性并设计正确的预失真算法，但要对每个器件都进行上述工作在经济上则是不可行的。为了解决上述偏差，我们须使用反馈机制，对输出信号进行采样，并用以校正预失真算法。数字预失真采用数字电路实现这个预失真器元件，通常采用数字信号处理来完成。通过增加一个非线性电路用以补偿功率放大器的非线性。

由于通常射频功率放大器在输入功率较大时其输出信号具有明显的非线性特性，而且随着输入信号带宽越宽其记忆效应也越发明显，这对提高功率放大器效率及输出功率都是不利的。

目前业界通常采用DPD技术来在中频环节解决射频功率放大器的非线性及记忆效应问题，实现DPD功能的方法有查找表及多项式等方法，都需要通过反馈通路采集功率放大器的输出信号，如图1所示，以供DPD模块进行参数估计。这对采集数据的特性是有要求的，通常要求反馈信号的采样具有较高的平均功率及峰值功率，以充分获取功率放大器在饱和区的特性信息。对于现有的DPD技术而言，DPD模块需要对反馈通路的所有中频反馈数据进行不断的搜索、采集，然后对其进行时延、相位及功率的补偿以得到合适的中频反馈信号，接下来将补偿后的中频反馈信号与前馈中频信号一起进行DPD参数估计。这使得DPD模块的计算量非常大，计算时间长，影响数字预失真的性能。若在大计算量的基础上，进一步提高DPD模块的计算效率，则必然会增加器件的研发成本。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，提供一种用于TD-SCDMA系统的数字预失真方法及装置，显著地降低DPD模块的计算量，节省计算时间，减少器件功耗。

本发明采用的技术方案是，所述用于TD-SCDMA系统的数字预失真方法，包括如下步骤：

步骤一、当前时隙信号为下行时隙且DPD模块启动时，设置计数器的计数门限T_Thr和平均功率门限P_Thr；

步骤二、在当前下行时隙的数据区域中从起始点开始选取长度为m个符号的中频反馈数据，计算此中频反馈数据的符号平均功率，将其当作时隙信号的平均功率P_TS，m的取值范围为：1≤m≤22，m为整数；

步骤三、判断当前计数器的值t是否大于计数门限T_Thr，若是，则将计数器的值t归零，并将平均功率门限P_Thr更新为当前时隙信号的平均功率P_TS，对中频反馈数据进行强制采样，同步锁存相应长度的中频前馈数据，否则执行步骤四；所述强制采样的方式为：在当前下行时隙中的训练序列Midamble码部分从起始点开始采集L个点的中频反馈数据，L的值范围为：0＜L≤144n，n为插值倍数；

步骤四、判断时隙信号的平均功率P_TS是否大于设定的平均功率门限P_Thr，若是，则将计数器的值t归零，并将平均功率门限P_Thr更新为当前时隙信号的平均功率P_TS，对中频反馈数据进行强制采样，同步锁存相应长度的中频前馈数据，否则，计数器的值t加1，等待进入下一个下行时隙，执行步骤二；

步骤五、用于根据锁存的中频前馈数据对中频反馈数据进行时延、相位及功率的补偿，根据中频前馈数据及补偿后的中频反馈数据进行参数估计。

所述用于TD-SCDMA系统的数字预失真方法在参数估计之后进一步包括：等待进入下一个下行时隙，执行步骤二。

在步骤一中设置的所述计数门限T_Thr为10次，平均功率门限P_Thr为-30dBFS。

一种用于TD-SCDMA系统的数字预失真装置，包括：

设置模块，用于当前时隙信号为下行时隙且DPD模块启动时，设置计数器的计数门限T_Thr和平均功率门限P_Thr；在对中频反馈数据进行强制采样之前，将计数器的值t归零，并将平均功率门限P_Thr更新为当前时隙信号的平均功率P_TS；

采集模块，用于在当前下行时隙的数据区域中从起始点开始选取长度为m个符号的中频反馈数据，计算此中频反馈数据的符号平均功率，将其当作时隙信号的平均功率P_TS，m的取值范围为：1≤m≤22，m为整数；对中频反馈数据进行强制采样，同步锁存相应长度的中频前馈数据；所述强制采样的方式为：在当前下行时隙中的训练序列Midamble码部分从起始点开始采集L个点的中频反馈数据，L的值范围为：0＜L≤144n，n为插值倍数；

第一判断模块，用于在当前计数器的值t大于计数门限T_Thr时，调用采集模块对中频反馈数据进行强制采样；

第二判断模块，用于在当前计数器的值t小于等于计数门限T_Thr，且时隙信号的平均功率P_TS大于设定的平均功率门限P_Thr时，调用采集模块对中频反馈数据进行强制采样；

参数估计模块，用于根据锁存的中频前馈数据对中频反馈数据进行时延、相位及功率的补偿，根据中频前馈数据及补偿后的中频反馈数据进行参数估计。

采用上述技术方案，本发明至少具有下列优点：

本发明所述用于TD-SCDMA系统的数字预失真方法及装置，充分利用TD-SCDMA系统的信号特性，在DPD模块进行参数估计之前，通过判断由TD-SCDMA系统的中频反馈信号部分区间采样计算得到的时隙信号的平均功率或者计数次数，找到需要采样的中频反馈数据，从而充分获取功率放大器在饱和区的特性信息，避免了对反馈通路的所有中频反馈数据进行不断的搜索、采集以及参数估计，显著地降低DPD模块的计算量，节省计算时间，减少器件功耗。

附图说明

图1为TD-SCDMA系统中频至射频部分结构框图；

图2为TD-SCDMA系统信号采样位置示意图；

图3为本发明第一实施例中数字预失真方法流程图；

图4为本发明第二实施例中数字预失真方法流程图；

图5为本发明所述用于TD-SCDMA系统的数字预失真装置示意图。

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为达成预定目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对本发明提出的一种用于TD-SCDMA系统的数字预失真方法及装置，详细说明如后。

如图2所示，在TD-SCDMA系统的帧结构中，每个子帧包含特殊时隙和七个常规时隙：TS0～TS6，其中第一常规时隙TS0、第五常规时隙TS4、第六常规时隙TS5、第七常规时隙TS6配置为下行时隙，第二常规时隙TS1、第三常规时隙TS2、第四常规时隙TS3配置为上行时隙。每个常规时隙又包含训练序列Midamble码、保护时隙GP，以及两个数据区：第一数据区Data1和第二数据区Data2。

训练序列Midamble码在基带有144个数据，第一数据区Data1在基带有352个数据，如果下行扩频因子为16，那么352个数据就代表了352 16＝22个符号的特性，中频信号是对基带信号进行插值之后，把数据的采样频率提高了n倍，n为插值倍数，这时，不考虑其他操作过程，第一数据区data1中的数据到中频就变成352n个，训练序列Midamble码中的数据到中频就变成了144n个，在DPD模块中进行参数估计的是前馈与反馈的中频信号，通常要求反馈信号的采样具有较高的平均功率及峰值功率，以充分获取功率放大器在饱和区的特性信息。

由TD-SCDMA系统数据的构成特点可知，在一个常规时隙内，时隙信号的平均功率与时隙内的符号平均功率基本一致，符号平均功率可以在第一数据区Data1中从起始点开始选取长度为m个符号的中频反馈数据，计算此中频反馈数据的符号平均功率，将其当作时隙信号的平均功率，整数m的取值范围根据DPD技术的实现经验来定，一般地，1≤m≤22，因为计算平均功率时选取的符号越多，计算量越大，然而，根据经验当m＝2时计算出的符号平均功率与时隙信号的平均功率相当，因此，在第一数据区Data1中从起始点开始选取长度为2个符号的中频反馈数据，用来计算时隙信号的平均功率即可。另外，在一个常规时隙内，训练序列Midamble码的信号瞬时峰值功率较高，可以利用这些特点简化拣选DPD模块进行参数估计所需的反馈数据的过程。

本发明第一实施例中，一种用于TD-SCDMA系统的数字预失真方法，如图3所示，包括如下步骤：

第一步、当前时隙信号为下行时隙时，判断DPD模块是否启动，若没有启动，则不进行后续处理；若启动，则设置计数器的计数门限为T_Thr，T_Thr可以为10次，设置平均功率门限P_Thr为-30dBFS。在本领域中，平均功率不涉及绝对的功率值，而是把数字信号的所有位全为1输出时的功率作为一个参照物，其他功率以多少dBFS的功率减弱表示。而此刻的平均功率门限P_Thr在DPD模块刚开始做参数估计的时候可以设置成一个极小的值甚至为零，同时平均功率门限P_Thr不能大于时隙信号的平均功率-12dBFS；

第二步、在当前下行时隙的第一数据区Data1中从起始点开始选取长度为m个符号的中频反馈数据，计算此中频反馈数据的符号平均功率，将其当作时隙信号的平均功率P_TS；此处的计算方法是将m个符号的中频反馈数据分别取模的平方之和再除以m，这一内容是本领域技术人员所熟知的，故此处不详述；

第三步、判断当前计数器的值t是否大于计数门限T_Thr，若超过计数门限T_Thr，则说明已经太久没有采集新的反馈数据了，故跳转至第五步；否则进入第四步进行平均功率判断；

第四步、判断时隙信号的平均功率P_TS是否大于设定的平均功率门限P_Thr，若大于平均功率门限P_Thr，说明当前下行时隙信号的平均功率很高，可以使功率放大器进入非线性区域，于是就转至第五步；否则进入第六步，放弃对当前反馈的时隙信号进行采样；

第五步、将计数器的值t归零，并将平均功率门限P_Thr更新为当前时隙信号的平均功率P_TS，即t＝0，P_Thr＝P_TS，转至第七步；

第六步、将计数器的值t加1，转至第十步；

第七步、在当前下行时隙中的训练序列Midamble码部分从起始点开始采集L个点的中频反馈数据，中频信号是对基带信号进行插值之后，把数据的采样频率提高了n倍，这时，不考虑其他操作过程，训练序列Midamble码中的数据就由144个点变成144n个点，一般来讲，L的值可以选取：0＜L≤144n，n为插值倍数，L的实际取值都是根据DPD技术实现人员的经验，选取训练序列Midamble码中的L个数据来计算只要能够得到反映中频反馈信号的峰值功率就可以了，不需要全部的144n个点，为了减少处理的数据量，实际中只选取了训练序列Midamble码中的一部分数据进行后续的参数估计，优选地，L＝4000。同步锁存相应长度的中频前馈数据；

第八步、根据第七步中采得的中频前馈数据对中频反馈数据进行时延、相位及功率的补偿，以符合具体DPD算法的要求；

所述时延、相位及功率补偿的过程是本领域技术人员公知的技术内容，故此处不详述，仅简要介绍如下：

通过将中频反馈数据与中频前馈数据的对应项相乘再移位的方法求出滑动互相关的最大值，与滑动互相关的最大值对应的中频反馈数据滑动的位移即为中频反馈数据的延迟τ；通过计算中频反馈数据与中频前馈数据相除以后得到数据的角度均值得出中频反馈数据的相位偏差φ；通过计算中频反馈数据与中频前馈数据功率比值的均值得到中频反馈数据的功率偏差α。

根据中频反馈数据的时延τ、相位偏差φ以及功率偏差α对中频反馈数据进行如下的补偿：

时延补偿：中频反馈数据(x)＝中频反馈数据(x+τ)；

相位补偿：中频反馈数据＝中频反馈数据exp(-j φ)；

功率补偿：中频反馈数据＝中频反馈数据α。

第九步、根据中频前馈数据及补偿后的中频反馈数据进行参数估计；

现有DPD模块的作用是对具体的功放做补偿，通常是根据实际的功放数学模型进行参数估计，得出功放数学模型的主要参数。具体的地说，假设功放数学模型为Y＝XB，X为中频前馈数据，Y为补偿后的中频反馈数据，B为功放数学模型的参数，目前X、Y都已知，再通过合适的算法求出功放数学模型的参数B，从而得到我们需要进行数据预失真的模型参数A＝1/B，这一部分是本领域技术人员公知的技术内容，故此处不详述。

第十步、进入下一个下行时隙，重复第二步至第九步的处理。

在第一步中，平均功率门限P_Thr在DPD模块刚开始做参数估计的时候可以设置成一个极小的值，甚至为零，目的就是让反馈的时隙信号的平均功率大于这个平均功率门限，然后将计算得到的当前时隙信号的平均功率确定为新的平均功率门限P_Thr，进行参数估计，这样逐步使得DPD模块进入一个稳定工作阶段。因此，平均功率门限P_Thr不能大于时隙信号的平均功率-12dBFS。

本发明第二实施例中，为了能在整个采集中频前馈数据和中频反馈数据进行参数估计的过程中，能够提供给用户一个强制采样的功能，一种用于TD-SCDMA系统的数字预失真方法，如图4所示，包括如下步骤：

第1步、当前时隙信号为下行时隙时，判断DPD模块是否启动，若没有启动，则不进行后续处理；若启动，则设置计数器的计数门限为T_Thr，T_Thr可以为10次，设置平均功率门限P_Thr为-30dBFS，设置外触发标志；在本领域中，平均功率不涉及绝对的功率值，而是把数字信号的所有位全为1输出时的功率作为一个参照物，其他功率以多少dBFS的功率减弱表示。而此刻的平均功率门限P_Thr在DPD模块刚开始做参数估计的时候可以设置成一个极小的值，甚至为零，同时平均功率门限P_Thr不能大于时隙信号的平均功率-12dBFS；

设置外触发标识的作用是，在外触发的采样模式下，当用户设置外触发标识为使能状态时，启动DPD模块后，可以直接在下行时隙中采样反馈和前馈的中频数据；

第2步、判断数据采样模式是自触发还是外触发，若是自触发模式，转至第3步；若是外触发模式，则跳转至第6步；

第3步、在当前下行时隙的第一数据区Data1中从起始点开始选取长度为m个符号的中频反馈数据，计算此中频反馈数据的符号平均功率，将其当作时隙信号的平均功率P_TS；此处的计算方法是将m个符号的中频反馈数据分别取模的平方之和再除以m，这一内容是本领域技术人员所熟知的，故此处不详述；

第4步、判断当前计数器的值t是否大于计数门限T_Thr，若超过计数门限T_Thr，则说明已经太久没有采集新的反馈数据了，故跳转至第7步进行强制采样；否则进入第5步进行平均功率判断；

第5步、判断时隙信号的平均功率P_TS是否大于设定的平均功率门限P_Thr，若大于平均功率门限P_Thr，说明当前下行时隙信号的平均功率很高，可以使功率放大器进入非线性区域，于是就转至第7步；否则进入第8步，放弃对当前反馈的时隙信号进行采样；

第6步、根据用户设置的外触发标志判断是否进行强制采样，若外触发标志为使能，转至第9步进行强制采样，否则转至第12步放弃对当前反馈的时隙信号进行采样，并等待进入下一个下行时隙；

第7步、将计数器的值t归零，并将平均功率门限P_Thr更新为当前时隙信号的平均功率，即t＝0，P_Thr＝P_TS，转至第9步；

第8步、将计数器的值t加1，转至第12步；

第9步、在当前下行时隙中的训练序列Midamble码部分从起始点开始采集L个点的中频反馈数据，一般来讲，L的值可以选取：0＜L≤144n，n为插值倍数，优选地，L＝4000，同步锁存相应长度的中频前馈数据；

第10步、根据第9步中采得的中频前馈数据对中频反馈数据进行时延、相位及功率的补偿，以符合具体DPD算法的要求；

第11步、根据中频前馈数据及补偿后的中频反馈数据进行参数估计；

第12步、进入下一个下行时隙，重复第2步至第11步的处理。

本发明第三实施例中，如图5所示，一种用于TD-SCDMA系统的数字预失真装置，包括：

设置模块，用于当前时隙信号为下行时隙且DPD模块启动时，设置计数器的计数门限T_Thr和平均功率门限P_Thr，T_Thr可以为10次，P_Thr可以为-30dBFS；在对中频反馈数据进行强制采样之前，将计数器的值t归零，并将平均功率门限P_Thr更新为当前时隙信号的平均功率P_TS；

采集模块，用于在当前下行时隙的数据区域中从起始点开始选取长度为m个符号的中频反馈数据，计算此中频反馈数据的符号平均功率，将其当作时隙信号的平均功率P_TS；对中频反馈数据进行强制采样，即在当前下行时隙中的训练序列Midamble码部分从起始点开始采集L个点的中频反馈数据，一般来讲，L的值可以选取：0＜L≤144n，n为插值倍数，优选地，L＝4000，同步锁存相应长度的中频前馈数据；

第一判断模块，用于在当前计数器的值t大于计数门限T_Thr时，调用采集模块对中频反馈数据进行强制采样；

第二判断模块，用于在当前计数器的值t小于等于计数门限T_Thr，且时隙信号的平均功率P_TS大于设定的平均功率门限P_Thr时，调用采集模块对中频反馈数据进行强制采样；

参数估计模块，用于根据锁存的中频前馈数据对中频反馈数据进行时延、相位及功率的补偿，根据中频前馈数据及补偿后的中频反馈数据进行参数估计。

综上所述，本发明给出了一种用于TD-SCDMA系统的数字预失真方法和装置，其通过在TD-SCDMA系统下行时隙的局部采样中频反馈数据，避免搜索拣选反馈数据所需的极大计算量，可以降低对DPD模块计算处理能力的要求，并减少器件功耗。本发明适用于TD-SCDMA无线通信系统，尤其适用于需要使用DPD技术提高功率放大器的线性度及输出功率的场合。

通过具体实施方式的说明，当可对本发明为达成预定目的所采取的技术手段及功效得以更加深入且具体的了解，然而所附图示仅是提供参考与说明之用，并非用来对本发明加以限制。

Claims (6)

1.一种用于TD-SCDMA系统的数字预失真方法，其特征在于包括如下步骤：

步骤一、当前时隙信号为下行时隙且数字预失真模块启动时，设置计数器的计数门限T_Thr和平均功率门限P_Thr；

步骤二、在当前下行时隙的数据区域中从起始点开始选取长度为m个符号的中频反馈数据，计算此中频反馈数据的符号平均功率，将其当作时隙信号的平均功率P_TS；

步骤三、判断当前计数器的值t是否大于计数门限T_Thr，若是，则将计数器的值t归零，并将平均功率门限P_Thr更新为当前时隙信号的平均功率P_TS，对中频反馈数据进行强制采样，同步锁存相应长度的中频前馈数据，否则执行步骤四；所述强制采样的方式为：在当前下行时隙中的训练序列Midamble码部分从起始点开始采集L个点的中频反馈数据，L的值范围为：0＜L≤144n，n为插值倍数；

步骤四、判断时隙信号的平均功率P_TS是否大于设定的平均功率门限P_Thr，若是，则将计数器的值t归零，并将平均功率门限P_Thr更新为当前时隙信号的平均功率P_TS，对中频反馈数据进行强制采样，同步锁存相应长度的中频前馈数据，否则，计数器的值t加1，等待进入下一个下行时隙，执行步骤二；

步骤五、用于根据锁存的中频前馈数据对中频反馈数据进行时延、相位及功率的补偿，根据中频前馈数据及补偿后的中频反馈数据进行参数估计。

2.根据权利要求1所述用于TD-SCDMA系统的数字预失真方法，其特征在于该方法在参数估计之后进一步包括：等待进入下一个下行时隙，执行步骤二。

3.根据权利要求2所述用于TD-SCDMA系统的数字预失真方法，其特征在于步骤一中设置的所述计数门限T_Thr为10次，平均功率门限P_Thr为-30dBFS。

4.根据权利要求3所述用于TD-SCDMA系统的数字预失真方法，其特征在于m的取值范围为：1≤m≤22，m为整数。

5.一种用于TD-SCDMA系统的数字预失真装置，其特征在于包括：

设置模块，用于当前时隙信号为下行时隙且数字预失真模块启动时，设置计数器的计数门限T_Thr和平均功率门限P_Thr；在对中频反馈数据进行强制采样之前，将计数器的值t归零，并将平均功率门限P_Thr更新为当前时隙信号的平均功率P_TS；

采集模块，用于在当前下行时隙的数据区域中从起始点开始选取长度为m个符号的中频反馈数据，计算此中频反馈数据的符号平均功率，将其当作时隙信号的平均功率P_TS；对中频反馈数据进行强制采样，同步锁存相应长度的中频前馈数据；所述强制采样的方式为：在当前下行时隙中的训练序列Midamble码部分从起始点开始采集L个点的中频反馈数据，L的值范围为：0＜L≤144n，n为插值倍数；

第一判断模块，用于在当前计数器的值t大于计数门限T_Thr时，调用采集模块对中频反馈数据进行强制采样；

第二判断模块，用于在当前计数器的值t小于等于计数门限T_Thr，且时隙信号的平均功率P_TS大于设定的平均功率门限P_Thr时，调用采集模块对中频反馈数据进行强制采样；

参数估计模块，用于根据锁存的中频前馈数据对中频反馈数据进行时延、相位及功率的补偿，根据中频前馈数据及补偿后的中频反馈数据进行参数估计。

6.根据权利要求5所述用于TD-SCDMA系统的数字预失真装置，其特征在于m的取值范围为：1≤m≤22，m为整数。

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