CN102427437A - 宽带功放数字预失真装置及其预失真方法 - Google Patents

Abstract

一种宽带功放数字预失真装置及其预失真方法，涉及技术领域，所解决的是宽带功放数字预失真的技术问题。该装置包括功率放大器、查找表拷贝模块、自适应滤波器拷贝模块、查找表训练模块、自适应滤波器训练模块、自适应线性滤波器、延时测量模块、查找表模块，及两个延时模块；先利用延时测量模块测得功率放大器输入输出信号之间的延迟时间，再根据测得的延迟时间将用于预失真处理的两路信号对准后相减，用相减得到的非线性失真误差分别训练查找表和自适应线性滤波器的抽头系数；并将训练出的查找表表值和滤波器抽头值更新到查找表拷贝模块和自适应滤波器拷贝模块，从而完成数字预失真。本发明提供的装置及方法，适用于对宽带功放进行数字预失真。

Description

宽带功放数字预失真装置及其预失真方法

技术领域

本发明涉及通信技术，特别是涉及一种宽带功放数字预失真装置及其预失真方法的技术。

背景技术

由于频谱资源的有限，现在的通信系统都采用数字调制方式来提高频谱利用率。但是现有数字调制方式都属于非恒包络调制，在提高频谱利用率的同时也带来了PAR(峰均比)增大的问题，对功率放大器(Power Amplifier)的线性度要求也就随之增高了。数字预失真可以增加功率放大器的线性度，提供了一种从放大器角度解决PAR问题的方法。

查看以往文献，我们不难发现，现在的数字预失真装置大多采用多项式或者查找表的方法来进行预失真操作。

如专利文献号为CN101159725的中国专利文献中记载了一种用使用多项式开环方式来进行预失真操作的方法，该方法单纯采用多项式来实现预失真，因此需要进行矩阵求逆等大量的运算，这种大量的运算通常都需要利用软件来完成，很难实时进行，因而该方法是采用离线计算的方法来完成整个预失真功能的。

又如Pere L.Gilabert等人在2008年发表了使用多重查找表来进行预失真处理的文章《Multi-Lookup Table FPGA Implementation of an Adaptive DigitalPredistorter for Linearizing RF Power》。此外，通过检索文献还发现专利文献号为CN101079595A的中国专利文献及专利文献号为CN1610249A的中国专利文献中也记载了使用查找表进行预失真的相关方法，但是单纯的查表法会涉消耗大量存储容量，而且多维表的使用还存在训练速度慢，难以有效训练等问题。

发明内容

针对上述现有技术中存在的缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种能实时进行，且存储容量消耗量小，训练速度快捷方便的宽带功放数字预失真装置及其预失真方法。

为了解决上述技术问题，本发明所提供的一种宽带功放数字预失真装置，其特征在于：包括功率放大器、查找表拷贝模块、自适应滤波器拷贝模块、查找表训练模块、自适应滤波器训练模块、自适应线性滤波器、延时测量模块、查找表模块，及两个延时模块，所述两个延时模块分别为第一延时模块、第二延时模块；

所述查找表拷贝模块的输入端接外部数字基带信号，其输出端经自适应滤波器拷贝模块接到功率放大器的输入端；

所述自适应滤波器拷贝模块的输出端经第一延时模块接到自适应滤波器训练模块的输入端；

所述功率放大器的输入端接延时测量模块的输入端，其输出端依次经一AD模块、一正交解调模块、一低通滤波模块分别接到延时测量模块、查找表模块及查找表训练模块的输入端；

所述查找表模块的输出端经自适应线性滤波器接到自适应滤波器训练模块的输入端；

所述自适应滤波器训练模块的输出端接到自适应线性滤波器的输入端、自适应滤波拷贝模块的输入端及查找表训练模块的输入端；

所述延时测量模块的输出端分别接到两个延时模块的输入端；

所述第一延时模块的输入端接外部数字基带信号，其输出端接查找表训练模块的输入端；

所述查找表训练模块的输出端分别接到查找表拷贝模块的输入端及查找表模块的输入端。

进一步的，所述查找表训练模块和查找表拷贝模块各包含有一个幅度查找表和一个相位查找表，所述自适应滤波器训练模块和自适应滤波器拷贝模块各包含有一个线性滤波器子模块。

本发明所提供的宽带功放数字预失真装置的预失真方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)延时测量步骤，对输入功率放大器的信号及功率放大器的输出信号进行计算，得出功率放大器对信号的延迟时间，再根据功率放大器对信号的延迟时间，对准用于预失真处理的两路信号；

其中，用于预失真处理的两路信号中的一路是未经功率放大器处理过的信号，另一路是经功率放大器处理过的信号；

2误差求取步骤，将用于预失真处理的两路信号相减，得到非线性失真误差；

3)训练步骤，根据得到的非线性失真误差，分别训练查找表模块和自适应线性滤波器的抽头系数；

4)更新拷贝步骤，将训练出的查找表表值和滤波器抽头值更新到查找表拷贝模块和自适应滤波器拷贝模块，从而完成数字预失真。

进一步的，计算功率放大器对信号的延迟时间时，延时测量模块分别采用两路信号的实部与虚部的符号位来进行存储，以节约存储空间，并通过逻辑操作实现乘法运算，以节省乘法器资源。

进一步的，在延时测量步骤之前还包括以下步骤：

1)模数转换步骤，将功率放大器输出的模拟信号进行采样和量化，转化为数字域信号；

2)数字域解调步骤，对数字域信号进行数字域的正交解调；

3)低通滤波步骤，对正交解调后的数字域信号进行低通滤波，得到数字基带信号。

本发明提供的宽带功放数字预失真装置及其预失真方法，对功率放大器输出的信号通过模数转换器，解调低通滤波之后，得到放大器输出信号对应的数字基带信号，再通过延时测量方法测出功率放大器输入信号与输出信号之间的延时，并根据测得的延时将两路信号对准后进行比较，来分别训练查找表和自适应线性滤波器，并更新数据链路上的查找表拷贝和滤波器拷贝，从而完成整个预失真功能，具有存储容量消耗量小，训练速度快捷方便的特点，且能实时进行。

附图说明

图1是本发明实施例的宽带功放数字预失真装置的结构示意图；

图2是本发明实施例的宽带功放数字预失真装置的预失真方法流程图。

具体实施方式

以下结合附图说明对本发明的实施例作进一步详细描述，但本实施例并不用于限制本发明，凡是采用本发明的相似结构及其相似变化，均应列入本发明的保护范围。

如图1所示，本发明实施例所提供的一种宽带功放数字预失真装置，其特征在于：包括功率放大器(HPA)、查找表拷贝模块、自适应滤波器拷贝模块、查找表训练模块、自适应滤波器训练模块、自适应线性滤波器、延时测量模块、查找表模块，及两个延时模块，所述两个延时模块分别为第一延时模块、第二延时模块；

所述查找表拷贝模块的输入端接外部数字基带信号，其输出端经自适应滤波器拷贝模块接到功率放大器的输入端；

所述自适应滤波器拷贝模块的输出端经第一延时模块接到自适应滤波器训练模块的输入端；

所述功率放大器的输入端接延时测量模块的输入端，其输出端依次经一AD(模数转换)模块、一正交解调模块、一低通滤波模块分别接到延时测量模块、查找表模块及查找表训练模块的输入端；

所述查找表模块的输出端经自适应线性滤波器接到自适应滤波器训练模块的输入端；

所述自适应滤波器训练模块的输出端接到自适应线性滤波器的输入端、自适应滤波拷贝模块的输入端及查找表训练模块的输入端；

所述延时测量模块的输出端分别接到两个延时模块的输入端；

所述第一延时模块的输入端接外部数字基带信号，其输出端接查找表训练模块的输入端；

所述查找表训练模块的输出端分别接到查找表拷贝模块的输入端及查找表模块的输入端。

本发明实施例中，所述自适应线性滤波器、查找表模块、延时模块、AD模块、正交解调模块、低通滤波模块均为现有技术。

本发明实施例中，所述查找表训练模块和查找表拷贝模块各包含有一个幅度查找表和一个相位查找表；

所述查找表拷贝模块的输入输出计算公式为：

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

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

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]的幅度值在幅度查找表中的对应表项输出，Item_phase[y(n)]为y[n]的相位值在相位查找表中的对应表项输出；

所述查找表训练模块的计算公式为：

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

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

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]的幅度值在幅度查找表中的对应表项输出，Item_phase[x(n)]为x[n]的相位值在相位查找表中的对应表项输出；

所述查找表拷贝模块的更新公式为：

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)].

式中，Item_mag[y(n)]为y[n]的幅度值在幅度查找表中的对应表项输出，Item_phase[y(n)]为y[n]的相位值在相位查找表中的对应表项输出，λmag和λphase分别为幅度查找表和相位查找表更新的步长。

本发明实施例中，所述自适应滤波器训练模块和自适应滤波器拷贝模块各包含有一个线性滤波器子模块；

所述自适应滤波器拷贝模块的计算公式为：

d(n)＝W^H(n)y(n)；

式中，W^H(n)为自适应滤波器拷贝抽头系数向量的共轭转置，y(n)为自适应滤波器拷贝的输入向量，d(n)为自适应滤波器对应时刻的输出；

所述自适应滤波器训练模块的计算公式为：

Z^(n)＝W^H(n)Z(n)；

式中，W^H(n)为自适应滤波器训练部分抽头系数向量的共轭转置，Z(n)为自适应滤波器训练部分的输入向量，Z^(n)为自适应滤波器对应时刻的输出；

所述自适应滤波器拷贝模块的更新公式为：

e(n)＝d(n)-W^H(n)Z(n)

W(n+1)＝W(n)+mZ(n)e^*(n)

W(0)＝d(0)

如图2所示，本发明实施例所提供的宽带功放数字预失真装置的预失真方法，其特征在于，具体步骤如下：

1)模数转换步骤，利用AD模块将功率放大器输出的模拟信号进行采样和量化，转化为数字域信号；

2)数字域解调步骤，利用正交解调模块对数字域信号进行数字域的正交解调，即将步骤1处理后的信号分别乘以cosω1t和sinω1t，其中的ω1为AD模块输出的数字域信号的载波中心频率，t为单位时长；

3)低通滤波步骤，利用低通滤波模块对正交解调后的数字域信号进行低通滤波，得到数字基带信号，低通滤波时应保证滤波带宽能够将信号的三阶，五阶频谱分量包含；

4)延时测量步骤，利用延时测量模块对输入功率放大器的信号及功率放大器的输出信号进行计算，得出功率放大器对信号的延迟时间，再根据功率放大器对信号的延迟时间，通过延时模块对准用于预失真处理的两路信号；

其中，用于预失真处理的两路信号中的一路是未经功率放大器处理过的信号，另一路是经功率放大器处理过的信号；

其中，计算功率放大器对信号的延迟时间时，延时测量模块分别采用两路信号的实部与虚部的符号位来进行存储，以节约存储空间，并通过逻辑操作实现乘法运算，以节省乘法器资源；

5)误差求取步骤，将用于预失真处理的两路信号相减，得到非线性失真误差；

6)训练步骤，根据得到的非线性失真误差，利用查找表训练模块和自适应滤波器训练模块分别训练查找表模块和自适应线性滤波器的抽头系数；

7)更新拷贝步骤，将训练出的查找表表值和滤波器抽头值更新到查找表拷贝模块和自适应滤波器拷贝模块，从而完成数字预失真。

Claims (5)

1.一种宽带功放数字预失真装置，其特征在于：包括功率放大器、查找表拷贝模块、自适应滤波器拷贝模块、查找表训练模块、自适应滤波器训练模块、自适应线性滤波器、延时测量模块、查找表模块，及两个延时模块，所述两个延时模块分别为第一延时模块、第二延时模块；

所述查找表拷贝模块的输入端接外部数字基带信号，其输出端经自适应滤波器拷贝模块接到功率放大器的输入端；

所述自适应滤波器拷贝模块的输出端经第一延时模块接到自适应滤波器训练模块的输入端；

所述功率放大器的输入端接延时测量模块的输入端，其输出端依次经一AD模块、一正交解调模块、一低通滤波模块分别接到延时测量模块、查找表模块及查找表训练模块的输入端；

所述查找表模块的输出端经自适应线性滤波器接到自适应滤波器训练模块的输入端；

所述自适应滤波器训练模块的输出端接到自适应线性滤波器的输入端、自适应滤波拷贝模块的输入端及查找表训练模块的输入端；

所述延时测量模块的输出端分别接到两个延时模块的输入端；

所述第一延时模块的输入端接外部数字基带信号，其输出端接查找表训练模块的输入端；

所述查找表训练模块的输出端分别接到查找表拷贝模块的输入端及查找表模块的输入端。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述查找表训练模块和查找表拷贝模块各包含有一个幅度查找表和一个相位查找表，所述自适应滤波器训练模块和自适应滤波器拷贝模块各包含有一个线性滤波器子模块。

3.根据权利要求1所述的宽带功放数字预失真装置的预失真方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)延时测量步骤，对输入功率放大器的信号及功率放大器的输出信号进行计算，得出功率放大器对信号的延迟时间，再根据功率放大器对信号的延迟时间，对准用于预失真处理的两路信号；

其中，用于预失真处理的两路信号中的一路是未经功率放大器处理过的信号，另一路是经功率放大器处理过的信号；

2误差求取步骤，将用于预失真处理的两路信号相减，得到非线性失真误差；

3)训练步骤，根据得到的非线性失真误差，分别训练查找表模块和自适应线性滤波器的抽头系数；

4)更新拷贝步骤，将训练出的查找表表值和滤波器抽头值更新到查找表拷贝模块和自适应滤波器拷贝模块，从而完成数字预失真。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：计算功率放大器对信号的延迟时间时，延时测量模块分别采用两路信号的实部与虚部的符号位来进行存储，以节约存储空间，并通过逻辑操作实现乘法运算，以节省乘法器资源。

5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在延时测量步骤之前还包括以下步骤：

1)模数转换步骤，将功率放大器输出的模拟信号进行采样和量化，转化为数字域信号；

2)数字域解调步骤，对数字域信号进行数字域的正交解调；

3)低通滤波步骤，对正交解调后的数字域信号进行低通滤波，得到数字基带信号。

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