CN102271106A - 一种预失真处理方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于反馈回路的数字预失真方法及装置，包括预处理单元、主预失真单元、下行调制链路、功率放大器、反馈回路，还包括主预失真单元切换开关、功率放大器切换开关、控制单元，主预失真单元切换开关和主预失真单元并联，功率放大器切换开关和功率放大器并联，反馈回路由上行解调链路和副预失真单元串联而成，本发明通过在反馈回路中加入预失真处理，使反馈信号得到补偿，从而消除了反馈回路造成的失真；另外，消除反馈回路的失真后主预失真单元可专注于功率放大器产生的非线性失真与记忆效应，提高对功率放大器模型的拟合精度，从而提高功率放大器的工作效率。

Description

一种预失真处理方法和装置

技术领域

本发明涉及宽带无线移动通信领域多载波系统中高效率功率放大器基带数字信号处理领域的关键技术，具体讲是一种采用反馈回路数字预失真处理的方法和装置。

背景技术

众所周知，功率放大器是基站中耗能最多的器件，数字预失真技术是本领域研究人员用来提高功率放大器的效率和线性度的重要技术手段之一。数字预失真方法是在信号进入功率放大器前先对信号进行失真处理，使得输入信号的失真与功率放大器的非线性失真呈现相反的失真特性，进而整个功率放大器系统的输入输出呈现线性特性。数字预失真技术通过对功率放大器模型的拟合可以有效扩展功率放大器的线性工作区间，从而推动功率放大器可以输出更高的功率。数字预失真技术因其适应性强、动态范围宽、频谱宽等特点受到广泛关注和研究。

目前数字预失真系统如图1所示，请参考图1，图1是传统数字预失真系统的结构示意图，包括数字上变频(Digital Up Converter)、峰均比降低(CrestFactor Reduction)、数字预失真(Digital Pre-distortion)、数模转换器(Digital-to-Analog Converter)、射频上变频调制、功率放大器(Power-Amplifier)、射频下变频解调、模数转换器(Analog-to-Digital Converter)、本地振荡源(Local Oscillator)。其信号处理过程如下：基带I/Q信号(一般为多载波合路信号)依次经过数字上变频、峰均比降低以及数字预失真，然后经过DAC转换得到中频模拟信号，并经过射频上变频后形成射频信号，再经过功率放大器放大后输出；然后，将所输出的射频信号一部分经过射频下变频后得到中频模拟信号，再由ADC转换为中频数字信号，然后反馈到预失真单元进行预失真处理，这样从DAC输出的信号就可以补偿功率放大器的非线性失真。

通过上面的描述和图1可知：目前数字预失真技术需要一个反馈通道将功率放大器的输出信号耦合回来计算预失真修正参数并完成对输入信号的预失真处理。因此，反馈回路的信号质量直接影响到数字预失真处理的性能，如何提高反馈回路的信号质量，如何更加准确的对功率放大器模型拟合并得到更好的预失真处理结果，成为DPD实现时的关键。尽管在通常的设计中，要求反馈回路非线性失真很小而忽略了反馈回路的非线性失真对DPD系统的性能影响，但是在实际中反馈回路的带内波动、群时延、温度等失真将影响DPD系统的性能，特别是在一些恶劣的环境下，反馈回路的影响变的更为明显、甚至会使DPD性能恶化，由上述分析可见，这正是目前方案的缺点所在，更是我们工程技术设计人员所不期望看到的。

发明内容

为了克服反馈回路影响，改善功率放大器的线性和提高功率放大器的效率，本发明提供了一种基于反馈回路数字预失真的方法和装置。

本发明提供的一种基于反馈回路的数字预失真方法及装置。包括：预处理单元、主预失真单元切换开关、主预失真单元、下行调制链路、功率放大器切换开关、功率放大器、反馈回路、控制单元。其中预处理单元输入端接基带I/Q信号，而预处理单元、主预失真单元、下行调制链路和功率放大器依次连接，主预失真单元切换开关和主预失真单元并联，功率放大器切换开关和功率放大器并联，功率放大器输出端一方面作为对外的输出端，另一方面通过反馈回路反馈到主预失真单元，反馈回路由上行解调链路和副预失真单元串联组成，其中上行解调链路的输入是反馈回路的输入端，副预失真单元的输出是反馈回路的输出端，控制单元的信号输出端连接主预失真单元切换开关的控制端和功率放大器切换开关的控制端，副预失真单元的收敛程度信号的输出端连接到控制单元的信号输入端。

本发明方法还包括控制单元的处理过程，其处理过程为：

第一步：将主预失真单元切换开关和功率放大器切换开关闭合，使预处理单元输出信号通过下行调制链路后直接输入到反馈回路。

第二步：当接受到预失真处理的收敛信息满足预期值后，断开主预失真单元切换开关和功率放大器切换开关，使信号通过功率放大器后输入到反馈回路。

所述的主预失真单元用于对功率放大器的非线性和记忆效应引起的失真进行补偿。

所述的副预失真单元用于对反馈回路引起的失真进行补偿。

所述的预处理单元实现对基带I/Q路信号实现数字上变频和峰均比降低，包括：数字上变频(DUC)、峰均比降低(CFR)。

所述的下行调制链路实现数模转换和模拟信号调制，包括：数模转换器(DAC)、滤波器和射频上变频。

所述的上行解调链路实现信号解调和模数转换，包括：模数转换器(ADC)、滤波器和射频下变频。

所述的副预失真单元和主预失真单元由相同的实现形式，可以由可编程逻辑器件(ASIC或FPGA)和数字信号处理器(DSP)实现。

所述的控制单元用来控制主预失真单元切换开关和功率放大器切换开关的断开和闭合，并接受副预失真单元的收敛信号，可以由PC机来实现控制。

所述装置考虑到反馈回路对主预失真单元性能的影响，在反馈回路中引入了一个副预失真单元，对关闭功率放大器时反馈信号的失真进行校正，从而可以补偿反馈回路对信号的影响。

本发明的实质与效果：

本发明通过在反馈回路中加入预失真处理，使反馈信号得到补偿，从而消除了反馈回路造成的失真；另外，消除反馈回路的失真后主预失真单元可专注于功率放大器的非线性失真与记忆效应，提高对功率放大器模型的拟合精度，从而提高功率放大器的工作效率。

附图说明

图1是目前已有的DPD系统实现方案的结构示意图。

图2是采用反馈回路预失真处理方法的DPD系统实现装置框图。

图3是功率放大器切换开关闭合时预失真处理过程的示意图。

图4是功率放大器切换开关断开后预失真处理过程的示意图。

具体实施方式

为了更好的帮助本领域的技术人员更好的理解本发明的技术方案，本发明可以通过下面提供的结合附图和输入输出关系的详细描述可以得到完全的解释和理解，本发明的特征和优点将会变得更加清晰和明显。

本发明所提供的反馈回路数字预失真处理的装置如图2所示，包括：预处理单元1、主预失真单元切换开关2、主预失真单元3、下行调制链路4、功率放大器切换开关5、功率放大器(PA)6、副预失真单元7、上行解调链路8、本地振荡器(LO)9、控制单元10。

本发明所提供的一种基于反馈回路数字预失真处理方法的具体实现步骤如下所述：

步骤1：请参考图3，图中对信号是分为I、Q两路。由控制单元闭合主预失真单元切换开关2和功率放大器切换开关5，这样由副预失真单元7对反馈回路进行预失真处理，补偿反馈回路对信号造成的失真。这里对I、Q两路信号一起进行描述。

(1)上行解调链路的输出信号与输入信号的关系：m(t)＝f(x(t))式1

其中，输入信号为x(t)，经过上行解调链路后的输出信号为m(t)。

(2)副预失真单元7根据输入的信号m(t)来对原信号x(t)进行预失真处理，

并根据处理的结果向控制单元输出收敛信号。

这样，当预失真处理达到收敛要求后，副预失真单元7的计算结果和输入信号x(t)呈稳定的线性关系，此时，副预失真单元7将收敛信号输出到控制单元10。

步骤2：请参考图4，当控制单元接受到副预失真单元7的收敛信号后，控制单元断开主预失真单元切换开关和功率放大器切换开关，将功率放大器的输出信号依次通过上行解调链路8和副预失真单元7后输入到主预失真单元3再进行预失真处理。

(3)副预失真单元7的输入输出关系为：p′(t)＝G(m′(t))       式2

其中，m′(t)是经过功率放大器后的副预失真单元7的输入信号，p′(t)是副预失真单元7的输出信号。

此时，信号经过步骤1后，p′(t)已经不包含反馈回路对信号造成的失真成分，仅包含功率放大器造成的失真，这样就提高了主预失真单元3对功率放大器模型的拟合精度，从而提高功率放大器的工作效率。

(4)主预失真单元3的输入输出关系：z(t)＝f′(x(t))    式3

其中，输入信号为x(t)，主预失真单元3的输出信号为z(t)。

(5)功率放大器输入和输出的关系为：y(t)＝G′(z(t))    式4

(6)主预失真单元3的作用根据p′(t)来对输入信号进行预失真处理，使得系统的输出信号是输入信号的线性函数。

y(t)＝G′(z(t))＝G′(f′(x(t)))＝K₂x(t)    式5

由上面的实施步骤知道：信号分别得到副预失真单元7和主预失真单元3的两步补偿，经过功率放大器耦合回来的信号无需考虑反馈回路对其造成的影响，主预失真可以更加准确的拟合功率放大器模型，扩展功率放大器的线性工作区间，从而更好的提高功率放大器的工作效率。

主预失真单元对开启功率放大器后环回的信号进行预失真计算，补偿由功率放大器引起的非线性失真。

副预失真单元对关闭功率放大器时，根据反馈信号进行预失真处理，补偿反馈回路引起的线性失真。

以上对本发明所提供的一种数字预失真方法和装置进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (1)

1.一种基于反馈回路的数字预失真方法及装置，包括预处理单元、主预失真单元、下行调制链路、功率放大器、反馈回路，其中预处理单元输入端接基带I/Q信号，而预处理单元、主预失真单元、下行调制链路和功率放大器依次连接，功率放大器输出端一方面作为对外的输出端，另一方面通过反馈回路反馈到主预失真单元，其特征在于：还包括主预失真单元切换开关、功率放大器切换开关、控制单元，主预失真单元切换开关和主预失真单元并联，功率放大器切换开关和功率放大器并联，反馈回路由上行解调链路和副预失真单元串联而成，其中上行解调链路的输入是反馈电路的输入端，副预失真单元的输出是反馈电路的输出端，控制单元的信号输出端连接主预失真单元切换开关的控制端和功率放大器切换开关的控制端，副预失真单元的收敛程度信号的输出端接入控制单元的信号输入端；

本发明方法还包括控制单元的处理过程：

第一步：将主预失真单元切换开关和功率放大器切换开关闭合，使预处理单元输出信号通过下行调制链路后直接输入到反馈回路，

第二步：当接受到预失真处理的收敛信息满足预期值后，断开主预失真单元切换开关和功率放大器切换开关，使信号通过功率放大器后输入到反馈回路。

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