CN102751950B - 一种多波段多模式射频功率放大器的数字预失真方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多波段多模式射频功率放大器的数字预失真方法，包括以下步骤：将采集的功放射频信号对应的基带数据序列进行等效处理，得到第一等效基带数据序列，并通过预失真器后输入到基带射频转换模块中转换为射频信号；使用非线性特性提取装置分别提取功放射频输入和输出信号在各个波段上的基带数据序列；然后分别将输入和输出基带数据序列进行等效处理分别得到第二和第三等效基带数据序列；将第二和第三等效基带数据序列输入到训练预失真器中进行训练，以得到预失真器参数；优点是可以采用转化速率较低的模数转换器，不仅能降低成本，而且可以解决模数转换器在多波段多模式功放预失真线性化应用中的采样速率不够的瓶颈问题。

Description

一种多波段多模式射频功率放大器的数字预失真方法

技术领域

本发明涉及一种数字预失真方法，尤其是涉及一种多波段多模式射频功率放大器的数字预失真方法。

背景技术

目前，无线通信中多种网络共存的现状将长期存在，如GSM、CDMA、TD-SCDMA，CDMA2000、WCDMA和LTE等2G、3G和4G网络在中国将长期共存。不同的网络使用不同的频段，从而需要不同的窄带射频收发模块，使得一个基站中存在多套射频模块，最终造成基站体积过大，选址困难，能耗过高，运营成本大大增加等诸多问题。为了解决这些问题，支持多种标准和多种频段的多波段射频模块备受关注，目前支持至少两个频段的多波段多模式射频功率放大器已经被成功设计。射频功率放大器的非线性是造成无线通信系统信号失真的主要来源，当多波段多模式射频功率放大器应用于多种网络共存的无线通信系统时，多个频段信号同时加载到多波段多模式射频功率放大器上，多波段多模式射频功率放大器带来的信号失真将会更为复杂和严重，因此对多波段多模式射频功率放大器的数字预失真提出了更为苛刻的要求。

现有的单波段射频功率放大器主要采用传统的数字预失真方法进行预失真补偿。传统的数字预失真方法需要采用传统的非线性特性提取装置获得射频功率放大器输入端和输出端的基带数据序列，而传统的非线性特性提取装置对于多波段多模式射频功率放大器需要使用具有大的动态范围和很高采样速率的模数转换器(ADC)。当我们需要对多波段多模式射频功率放大器进行数字预失真处理，而传输到多波段多模式射频功率放大器的信号各波段间隔较大时(比如频率间隔达到GHz以上)，现有的模数转换器的采样速率无法满足对采样速率的要求，因此传统的非线性特性提取装置无法捕获多波段多模式射频功率放大器输入端和输出端的基带数据序列，从而无法采用传统的数字预失真方法来进行预失真非线性补偿。本发明人提出了一种多波段多模式射频功率放大器非线性特性提取装置(已申请专利，申请日为2012年4月27日，申请号为201210129607.0，名称为一种多波段多模式射频功率放大器非线性特性提取装置)。该多波段多模式射频功率放大器非线性特性提取装置可以采用转换速率较低、成本较低的模数转换器来捕获多波段多模式射频功率放大器输入端和输出端的基带数据序列。但是由于传统的数字预失真方法中将多个波段看作同一个波段的不同载波，没有将多个波段进行区分，无法使用该多波段多模式射频功率放大器非线性特性提取装置，而目前也没有一种适用于多波段多模式射频功率放大器的其他数字预失真方法可以采用本发明人提出的多波段多模式射频功率放大器非线性提取装置。由此可知，研究一种基于上述多波段多模式射频功率放大器非线性特性提取装置捕获的多波段多模式射频功率放大器输入端和输出端的基带数据序列的数字预失真方法具有重要的理论意义和工程实际价值，可以大大推动多波段多模式射频功率放大器的研究进展。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种基于转化速率较低的模数转换器的多波段多模式射频功率放大器的数字预失真方法。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种多波段多模式射频功率放大器的数字预失真方法，包括以下步骤：

(1)采集多波段多模式射频信号在各个波段的基带数据序列；

(2)将多波段多模式射频信号在各个波段的基带数据序列输入到第一多波段多模式等效基带处理模块中进行处理，得到第一等效基带数据序列；

(3)将第一等效基带数据序列通过预失真器输入基带射频转换模块中，得到射频输入信号；

(4)将射频输入信号输入到多波段多模式射频功率放大器中；

(5)使用多波段多模式射频功率放大器非线性特性提取装置提取多波段多模式射频功率放大器的输入端的射频输入信号在各个波段的基带数据序列和输出端的射频输出信号在各个波段的基带数据序列；

(6)将射频输入信号各个波段的基带数据序列输入第二多波段多模式等效基带处理模块中进行处理，得到第二等效基带数据序列；将射频输出信号各个波段的基带数据序列输入第三多波段多模式等效基带处理模块中进行处理，得到第三等效基带数据序列；

(7)将第二等效基带数据序列和第三等效基带数据序列输入训练预失真器中进行训练，得到预失真器参数；

(8)将预失真器参数拷贝到预失真器中，然后返回到步骤(2)，再从步骤(2)依次执行到步骤(4)，然后采集多波段多模式射频功率放大器输出端此时的多波段多模式射频输出信号，将该多波段多模式射频输出信号与要求得到的射频输出信号进行比较，如果该多波段多模式射频输出信号达标，则该预失真器参数即为目前有效的预失真参数，如果该多波段多模式射频输出信号未达标，则重复步骤(5)至步骤(8)，如此往复循环，直到多波段多模式射频功率放大器输出的多波段多模式射频输出信号满足要求为止。

与现有技术相比，本发明的优点在于通过采用将多波段多模式射频信号在各个波段的基带数据序列进行等效处理，通过预失真器和基带射频转换模块将其输入到多波段多模式射频功率放大器，然后采用多波段多模式射频功率放大器非线性特性提取装置提取多波段多模式射频功率放大器的输入端射频输入信号在各个波段的基带数据序列和输出端的射频输出信号在各个波段的基带数据序列，再将多波段多模式射频功率放大器的输入端的射频输入信号在各个波段的基带数据序列和输出端的射频输出信号在各个波段的基带数据序列进行等效处理，最后通过训练预失真器训练得到预失真器参数，并对训练得到的预失真器参数进行验证，降低了对非线性特性提取装置中模数转换器的采样速率的要求，可以在非线性特性提取装置中采用转化速率较低的模数转换器，从而降低了采样电路的功耗和成本，而且可以突破对多波段多模式射频功率放大器进行数字预失真线性化时面临的模数转换器采样速率无法达到要求的瓶颈，为研发线性高效多波段多模式射频功率放大器奠定良好的基础，具有重要的理论意义和工程应用价值。

附图说明

图1为本发明的原理框图；

图2为本发明的实施例一的原理框图；

图3为本发明实施例一中等效基带处理的原理框图；

图4为采用本发明实施例一预失真方法、无预失真以及采用传统预失真方法后多波段多模式射频功率放大器输出端的射频输出信号的频谱比较图。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。

一种多波段多模式射频功率放大器的数字预失真方法，包括以下步骤：

(1)采集多波段多模式射频信号在各个波段的基带数据序列；

(2)将多波段多模式射频信号在各个波段的基带数据序列输入到第一多波段多模式等效基带处理模块中进行处理，得到第一等效基带数据序列；

(3)将第一等效基带数据序列通过预失真器输入到基带射频转换模块中进行转换，得到射频输入信号；

(4)将射频输入信号输入到多波段多模式射频功率放大器中；

(5)使用多波段多模式射频功率放大器非线性特性提取装置提取多波段多模式射频功率放大器的输入端的射频输入信号在各个波段的基带数据序列和输出端的射频输出信号在各个波段的基带数据序列；

(6)将射频输入信号在各个波段的基带数据序列输入到第二多波段多模式等效基带处理模块中进行处理，得到第二等效基带数据序列，将射频输出信号在各个波段的基带数据序列输入到第三多波段多模式等效基带处理模块中进行处理，得到第三等效基带数据序列；

(7)将第二等效基带数据序列和第三等效基带数据序列输入到训练预失真器中进行训练，得到预失真器参数；

(8)将预失真器参数拷贝到预失真器中，然后返回到步骤(2)，再从步骤(2)依次执行到步骤(4)，然后采集多波段多模式射频功率放大器输出端此时的多波段多模式射频输出信号，将该多波段多模式射频输出信号与要求得到的射频输出信号进行比较，如果该多波段多模式射频输出信号达标，则该预失真器参数即为目前有效的预失真参数，如果该多波段多模式射频输出信号未达标，则重复步骤(5)至步骤(8)，如此往复循环，直到多波段多模式射频功率放大器输出的多波段多模式射频输出信号满足要求为止。

本发明的工作原理如下所述：

如图1所示，多波段多模式射频信号包含N个波段，其中N≥2，每个波段传输一种模式的信号，首先我们采集多波段多模式射频信号在各个波段的基带数据序列，各个波段的基带数据序列为其中第K个波段的基带数据序列为K＝1，2，……，N，S_L为第K个波段的采样率，m_L∈[1，2，......，M_L]，M_L为第K个波段的基带数据序列的长度。将多波段多模式射频信号各个波段的基带数据序列输入第一多波段多模式等效基带处理模块1中进行处理，从而得到第一等效基带数据序列。由于采样率S_L很低，第一多波段多模式等效基带处理模块1首先对多波段多模式射频信号的基带数据序列进行上采样，以提高采样率(即时间分辨率)。各个波段的基带数据序列经过上采样后变为其中，第K个波段的基带数据序列上采样后变为K＝1，2，……，N，S_L为第K个波段的采样率，Q_L为第K个波段基带数据序列的上采样的倍数，z∈[1，2，......，Z]，Z为第K个波段的基带数据序列经过上采样(内插)后的长度。由此得到第一等效基带数据序列(即多波段多模式射频信号基带数据序列的等效基带数据序列)的函数表达式为：

$\begin{array}{c}u\left(\frac{z}{S}\right)=u_1\left(\frac{z}{Q_1{S}_1}\right)\exp [-j(f-f_1)2\mathrm{\π}\frac{z}{Q_1{S}_1}]+u_2\left(\frac{z}{Q_2{S}_2}\right)\exp [-j(f-f_2)2\mathrm{\π}\frac{z}{Q_2{S}_2}]+------\\ +u_N\left(\frac{z}{Q_N{S}_N}\right)\exp [-j(f-f_N)2\mathrm{\π}\frac{z}{Q_N{S}_N}]\end{array}---\left(1\right)$

其中，S＝Q₁S₁＝Q₂S₂＝……＝Q_NS_N，z∈[1，2，……，Z]，Z为第一等效基带数据序列的长度(即与第K个波段的基带数据序列经过上采样(内插)后的长度相同)，f为多波段多模式射频信号的等效基带信号的中心频率，f₁为多波段多模式射频信号中第1个波段射频信号的中心频率，f₂为多波段多模式射频信号中第2个波段射频信号的中心频率，f_N为多波段多模式射频信号中第N个波段射频信号的中心频率，exp表示e指数，j表示虚部。

第一等效基带数据序列通过预失真器2输入基带射频转换模块3中进行转换得到射频输入信号，将该射频输入信号输入到多波段多模式射频功率放大器4中，使用非线性特性提取装置5(即本发明人于2012年4月27日提出专利申请，申请号为201210129607.0的一种多波段多模式射频功率放大器非线性特性提取装置)以提取多波段多模式射频功率放大器4输入端的射频输入信号的基带数据序列和输出端的射频输出信号的基带数据序列。射频输入信号包括N个波段，则提取的射频输入信号各个波段的基带数据序列分别为射频输入信号的第K个波段的基带数据序列为K＝1，2，……，N，W_L为射频输入信号的第K个波段的基带信号的采样率，g_L∈[1，２，……，G_L]，G_L为射频输入信号的第K个波段的基带数据序列的长度。多波段多模式射频功率放大器4输出端的射频输出信号包括N个波段，则提取的射频输出信号的基带数据序列也包括N个波段的基带数据序列，分别为射频输出信号的第K个波段的基带数据序列为K＝1，2，……，N，W_L为射频输出信号的第K个波段的基带信号的采样率，g_L∈[1，２，……，G_L]，G_L为射频输出信号的第K个波段的基带数据序列的长度(即与射频输入信号的第K个波段的基带数据序列的长度相同)。

将射频输入信号N个波段的基带数据序列输入第二多波段多模式等效基带处理模块6中进行等效处理得到第二等效基带数据序列(即射频输入信号的基带数据序列的等效数据序列)将射频输出信号N个波段的基带数据序列输入第三多波段多模式等效基带处理模块7中进行处理得到第三等效基带数据序列(即射频输出信号的基带数据序列的等效数据序列)第二多波段多模式等效基带处理模块6和第三多波段多模式等效基带处理模块7的工作原理与第一多波段多模式等效基带处理模块1相同，由此我们可以得到第二等效基带数据序列的函数表达式为：

$\begin{array}{c}x\left(\frac{g}{W}\right)=x_1\left(\frac{g}{P_1{W}_1}\right)\exp [-j(f-f_1)2\mathrm{\π}\frac{g}{P_1{W}_1}]+x_2\left(\frac{g}{P_2{W}_2}\right)\exp [-j(f-f_2)2\mathrm{\π}\frac{g}{P_2{W}_2}]+------\\ +x_N\left(\frac{g}{P_N{W}_N}\right)\exp [-j(f-f_N)2\mathrm{\π}\frac{g}{P_N{W}_N}]\end{array}---\left(2\right)$

第三等效基带数据序列的函数表达式为：

$\begin{array}{c}y\left(\frac{g}{W}\right)=y_1\left(\frac{g}{P_1{W}_1}\right)\exp [-j(f-f_1)2\mathrm{\π}\frac{g}{P_1{W}_1}]+y_2\left(\frac{g}{P_2{W}_2}\right)\exp [-j(f-f_2)2\mathrm{\π}\frac{g}{P_2{W}_2}]+------\\ +y_N\left(\frac{g}{P_N{W}_N}\right)\exp [-j(f-f_N)2\mathrm{\π}\frac{g}{P_N{W}_N}]\end{array}---\left(3\right)$

其中为射频输入信号在N个波段上的基带数据序列上采样后的基带数据序列，射频输入信号第K个波段的基带数据序列上采样后变为 $x_L\left(\frac{g}{P_L{W}_L}\right);y_1\left(\frac{g}{P_1{W}_1}\right),y_2\left(\frac{g}{P_2{W}_2}\right),......,y_N\left(\frac{g}{P_N{W}_N}\right)$ 为射频输出信号在N个波段上的基带数据序列上采样后的基带数据序列，射频输出信号第K个波段的基带数据序列上采样后变为P_L为第K个波段基带数据序列的上采样倍数，W＝P₁W₁＝P₂W₂＝……＝P_NW_N，g∈[1，2，……，G]，G为第二等效基带数据序列和第三等效基带数据序列的长度。

从图1中可以看出，多波段多模式射频信号N个波段的基带数据序列经过多波段多模式等效基带处理单元1后得到第一等效基带数据序列即多波段多模式等效基带处理单元1完成了公式(1)的工作，同时保证了多波段多模式射频信号N个波段的基带数据序列的同步性，消除多波段多模式射频信号N个波段的基带数据序列的抖动，从而能够进行多波段多模式射频功率放大器4的数字预失真。预失真器2在初始状态下是没有参数的，即最初的时候预失真器2还不起作用，预失真器2输出的还是第一等效基带数据序列第一等效基带数据序列通过基带射频转换模块3后输出多波段多模式射频功率放大器4的射频输入信号，此时的射频输入信号与第一多波段多模式等效基带处理模块1输入端的多波段多模式射频信号相同，当G_L＝M_L，且W_Ｌ＝S_L时，射频输入信号的N个波段基带数据序列与多波段多模式射频信号的N个波段基带数据序列 $u_1\left(\frac{m_1}{S_1}\right),u_2\left(\frac{m_2}{S_2}\right),......,u_N\left(\frac{m_N}{S_N}\right)$ 相同，即 $x_1\left(\frac{g_1}{W_1}\right)=u_1\left(\frac{m_1}{S_1}\right),x_2\left(\frac{g_2}{W_2}\right)$ $=u_2\left(\frac{m_2}{S_2}\right),......,x_N\left(\frac{g_N}{W_N}\right)=u_N\left(\frac{n_N}{S_N}\right).$ 射频输入信号的N个波段基带数据序列经过第二多波段多模式等效基带处理模块6后输出第二等效基带数据序列由于 从而我们可以得到第二多波段多模式等效基带处理模块6完成的是公式(2)的工作。射频输出信号的N个波段基带数据序列经过第三多波段多模式等效基带处理模块7后输出第三等效基带数据序列第三多波段多模式等效基带处理模块7完成的是公式(3)的工作。将和输入到训练预失真器8中，进行预失真器参数训练，以得到预失真器2的参数。当在训练预失真器8中完成首次预失真器参数训练后，将获得的预失真器参数拷贝到预失真器2中。这时再将第一等效基带数据序列输入预失真器2时，由于预失真器2的参数已经获得，预失真器2能够起作用，此时预失真器2输出的第一等效基带数据序列相对于预失真器2前一次输出的第一等效基带数据序列已经经过预矫正，该第一等效基带数据序列经过基带射频转换模块3后输出第一等效基带数据序列的射频信号，第一等效基带数据序列的射频信号驱动多波段多模式射频功率放大器4，以期望多波段多模式射频功率放大器4输出线性放大后的多波段多模式射频输出信号。当本次输出的线性放大后的多波段多模式射频输出信号的指标达到要求时，此时的预失真器参数即为目前有效的预失真参数，不用再捕获多波段多模式射频功率放大器4输入端和输出端N个波段的基带信号，也不用再进行训练预失真器8的参数训练和预失真器3的参数更新，即完成了数字预失真参数提取；当本次输出的线性放大后的多波段多模式射频输出信号的指标达不到要求时，需要对预失真器2的参数进行更新，此时再通过非线性特性提取装置5提取多波段多模式射频功率放大器4输入端和输出端在N个波段上的基带数据序列，并将这些数据序列分别输入到第二多波段多模式等效基带处理模块6和第三多波段多模式等效基带处理模块7中进行等效处理，再将第二多波段多模式等效基带处理模块6和第三多波段多模式等效基带处理模块7等效处理后的输出数据输入到训练预失真器8中进行训练，此时， $x_1\left(\frac{g_1}{W_1}\right)\≠$ $u_1\left(\frac{m_1}{S_1}\right),x_2\left(\frac{g_2}{W_2}\right)\≠u_2\left(\frac{m_2}{S_2}\right),......,x_N\left(\frac{g_N}{W_N}\right)\≠u_N\left(\frac{m_N}{S_N}\right),$ 从而我们可以得到 $\left(\frac{g}{W}\right)\≠u\left(\frac{z}{S}\right),$ 训练预失真器8中得到的是新的预失真器参数，然后将获得的新的预失真器参数拷贝到预失真器2中，此时预失真器2的参数得到了更新，以保证多波段多模式射频功率放大器4输出端放大后的多波段多模式射频输出信号满足线性指标要求。

由此可知，如果过一段时间又发现多波段多模式射频功率放大器4输出的多波段多模式射频输出信号的线性指标不达标了，需要重新按照上面的方法对多波段多模式射频功率放大器4输入端和输出端的N个波段基带信号进行捕获，然后将多波段多模式射频功率放大器4输入端N个波段基带数据序列输入到第二多波段多模式等效基带处理模块6，从而得到多波段多模式射频功率放大器4输入端的等效多波段多模式基带数据序列将多波段多模式射频功率放大器4输出端N个波段基带数据序列输入到第三多波段多模式等效基带处理模块7，从而得到多波段多模式射频功率放大器4输出端多波段多模式等效基带数据序列最后通过训练预失真器8获得新的预失真器参数，进而更新预失真器2中的参数。

实施例：本实施例中多波段多模式射频功率放大器4为双波段双模式射频功率放大器，此时N＝2，即多波段多模式射频信号包含2个波段和2个模式，为双波段双模式射频信号，第一多波段多模式等效基带处理模块1、第二多波段多模式等效基带处理模块6和第三多波段多模式等效基带处理模块7均为双波段双模式等效基带处理模块。

如图2所示，首先我们采集双波段双模式射频信号在两个波段上的基带数据序列，其中双波段双模式射频信号在第1个波段上的基带数据序列为双波段双模式射频信号在第2个波段上的基带数据序列为将和输入到第一多波段多模式等效基带处理模块1中进行等效处理，得到第一多波段多模式等效基带处理模块1输出的第一等效基带数据序列的函数表达式为：

$u\left(\frac{z}{S}\right)=u_1\left(\frac{z}{Q_1{S}_1}\right)\exp [-j(f-f_1)2\mathrm{\π}\frac{z}{Q_1{S}_1}]+u_2\left(\frac{z}{Q_2{S}_2}\right)\exp [-j(f-f_2)2\mathrm{\π}\frac{z}{Q_2{S}_2}]---\left(4\right)$

其中，S＝Q₁S₁＝Q₂S₂，z∈[1，2，……，Z]，Z为第一等效基带数据序列的长度，为双波段双模式射频信号的等效基带信号的中心频率，f₁为双波段双模式射频信号在第1个波段射频信号的中心频率，f₂为双波段双模式射频信号在第2个波段射频信号的中心频率，exp表示e指数，j表示虚部。

如图3所示，第一多波段多模式等效基带处理1对双波段双模式射频信号在第1个波段上的基带数据序列和双波段双模式射频信号在第2个波段上的基带数据序列进行等效处理的工作过程为：首先分别对第1个波段的基带数据序列和第2个波段的基带数据序列进行上采样，分别得到第1个波段的上采样基带数据序列和第2个波段的上采样基带数据序列的函数表达式为：

$u_1\left(\frac{z}{Q_1{S}_1}\right)=I_{m\_1}\left(\frac{z}{Q_1{S}_1}\right)+j{Q}_{m\_1}\left(\frac{z}{Q_1{S}_1}\right)---\left(5\right)$

的函数表达式为：

$u_2\left(\frac{z}{Q_2{S}_2}\right)=I_{m\_2}\left(\frac{z}{Q_2{S}_2}\right)+j{Q}_{m\_2}\left(\frac{z}{Q_2{S}_2}\right)---\left(6\right)$

其中，为双波段双模式射频信号在第1个波段上的基带数据序列经过上采样后的实部，为双波段双模式射频信号在第1个波段上的基带数据序列经过上采样后的虚部；为双波段双模式射频信号在第2个波段上的基带数据序列经过上采样后的实部，为双波段双模式射频信号在第2个波段上的基带数据序列经过上采样后的虚部。然后分别将第1个波段的上采样基带数据序列和第2个波段的上采样基带数据序列进行实部和虚部分离处理，分别得到的实部的虚部的实部和的虚部然后将的实部和的实部相加后输入第一数字正交调制单元中；将的虚部和的虚部相减后输入第一数字正交调制单元中；第一数字正交调制单元输出第一等效基带数据序列的实部。将的虚部和的虚部相加后输入第二数字正交调制单元中；将的实部和的实部相减后输入第二数字正交调制单元中；第二数字正交调制单元输出第一等效基带数据序列的虚部。最后将第一等效基带数据序列的虚部乘以虚数j后和第一等效基带数据序列的实部相加，输出第一等效基带数据序列写成复数形式的函数表达式为：

$\begin{array}{c}u\left(\frac{z}{S}\right)=u_1\left(\frac{z}{Q_1{S}_1}\right)\exp [-j(f-f_2)2\mathrm{\π}\frac{z}{Q_1{S}_1}]+u_2\left(\frac{z}{Q_2{S}_2}\right)\exp [-j(f-f_2)2\mathrm{\π}\frac{z}{Q_2{S}_2}]=\\ [(I_{m\_1}\left(\frac{z}{Q_1{S}_1}\right)+I_{m\_2}\left(\frac{z}{Q_2{S}_2}\right))\cos \left(\frac{f_2-f_1}{2}\frac{z}{Q_1{S}_1}\right)-(Q_{m\_2}\left(\frac{z}{Q_2{S}_2}\right)-Q_{m\_1}\left(\frac{z}{Q_1{S}_1}\right))\sin \left(\frac{f_2-f_1}{2}\frac{z}{Q_2{S}_2}\right)]\\ +j[(Q_{m\_1}\left(\frac{z}{Q_1{S}_1}\right)+Q_{m\_2}\left(\frac{z}{Q_2{S}_2}\right))\cos \left(\frac{f_2-f_1}{2}\frac{z}{Q_1{S}_1}\right)-(I_{m\_1}\left(\frac{z}{Q_1{S}_1}\right)-I_{m\_2}\left(\frac{z}{Q_2{S}_2}\right))\sin \left(\frac{f_2-f_1}{2}\frac{z}{Q_2{S}_2}\right)]\end{array}---\left(7\right)$

第一等效基带数据序列的实部为：

$(I_{m\_1}\left(\frac{z}{Q_1{S}_1}\right)+I_{m\_2}\left(\frac{z}{Q_2{S}_2}\right))\cos \left(\frac{f_2-f_1}{2}\frac{z}{Q_1{S}_1}\right)-(Q_{m\_2}\left(\frac{z}{Q_2{S}_2}\right)-Q_{m\_1}\left(\frac{z}{Q_1{S}_1}\right))\sin \left(\frac{f_2-f_1}{2}\frac{z}{Q_2{S}_2}\right)$

第一等效基带数据序列的虚部为：

$(Q_{m\_1}\left(\frac{z}{Q_1{S}_1}\right)+Q_{m\_2}\left(\frac{z}{Q_2{S}_2}\right))\cos \left(\frac{f_2-f_1}{2}\frac{z}{Q_1{S}_1}\right)-(I_{m\_1}\left(\frac{z}{Q_2{S}_2}\right)-I_{m\_2}\left(\frac{z}{Q_1{S}_1}\right))\sin \left(\frac{f_2-f_1}{2}\frac{z}{Q_2{S}_2}\right)$

多波段多模式射频功率放大器4输入端的射频输入信号包括两个波段，则提取的射频输入信号的基带数据序列也包括两个波段的基带数据序列。射频输入信号在第1个波段上的基带数据序列为射频输入信号在第2个波段上的基带数据序列为采用非线性特性提取装置5提取和并将和输入到第二多波段多模式等效基带处理模块6中进行等效处理。第二多波段多模式等效基带处理模块6输出的第二等效基带数据序列的函数表达式为：

$x\left(\frac{g}{W}\right)=x_1\left(\frac{g}{P_1{W}_1}\right)\exp [-j(f-f_1)2\mathrm{\π}\frac{g}{P_1{W}_1}]+x_2\left(\frac{g}{P_2{W}_2}\right)\exp [-j(f-f_2)2\mathrm{\π}\frac{g}{P_2{W}_2}]---\left(8\right)$

其中，为双波段双模式射频信号的等效基带信号的中心频率，f₁为双波段双模式射频信号在第1个波段射频信号的中心频率，f₂为双波段双模式射频信号在第2个波段射频信号的中心频率，exp表示e指数，j表示虚部。第二多波段多模式等效基带处理6的工作原理与第一多波段多模式等效基带处理1相同，同理可知：

$x_1\left(\frac{g}{P_1{W}_1}\right)=I_{x\_1}\left(\frac{g}{P_1{W}_1}\right)+j{Q}_{x\_1}\left(\frac{g}{P_1{W}_1}\right)---\left(9\right)$

$x_2\left(\frac{g}{P_2{W}_2}\right)=I_{x\_2}\left(\frac{g}{P_2{W}_2}\right)+j{Q}_{x\_2}\left(\frac{g}{P_2{W}_2}\right)---\left(10\right)$

为射频输入信号在第1个波段上的基带数据序列经过上采样后的实部，为射频输入信号在第1个波段上的基带数据序列经过上采样后的虚部，为射频输入信号在第2个波段上的基带数据序列经过上采样后的实部，为射频输入信号在第2个波段上的基带数据序列经过上采样后的虚部。将式(9)和式(10)带入式(8)中，我们可以得到的复数形式为：

$\begin{array}{c}x\left(\frac{g}{W}\right)=[(I_{x\_1}\left(\frac{g}{P_1{W}_1}\right)+I_{x\_2}\left(\frac{g}{P_2{W}_2}\right))\cos \left(\frac{f_2-f_1}{2}\frac{g}{P_1{W}_1}\right)-(Q_{x\_2}\left(\frac{g}{P_2{W}_2}\right)-Q_{x-1}\left(\frac{g}{P_1{W}_1}\right))\sin \left(\frac{f_2-f_1}{2}\frac{g}{P_2{W}_2}\right)]\\ +j[(Q_{x\_1}\left(\frac{g}{P_1{W}_1}\right)+Q_{x\_2}\left(\frac{g}{P_2{W}_2}\right))\cos \left(\frac{f_2-f_1}{2}\frac{g}{P_1{W}_1}\right)-(I_{x\_1}\left(\frac{g}{P_1{W}_1}\right)-I_{x\_2}\left(\frac{g}{P_2{W}_2}\right))\sin \left(\frac{f_2-f_1}{2}\frac{g}{P_2{W}_2}\right)]\end{array}---\left(11\right)$

由此可知，第二等效基带数据序列的实部为：

$(I_{x\_1}\left(\frac{g}{P_1{W}_1}\right)+I_{x\_2}\left(\frac{g}{P_2{W}_2}\right))\cos \left(\frac{f_2-f_1}{2}\frac{g}{P_1{W}_1}\right)-(Q_{x\_2}\left(\frac{g}{P_2{W}_2}\right)-Q_{x\_1}\left(\frac{g}{P_1{W}_1}\right))\sin \left(\frac{f_2-f_1}{2}\frac{g}{P_2{W}_2}\right)$ 第二等效基带数据序列的虚部为：

$(Q_{x\_1}\left(\frac{g}{P_1{W}_1}\right)+Q_{x\_2}\left(\frac{g}{P_2{W}_2}\right))\cos \left(\frac{f_2-f_1}{2}\frac{g}{P_1{W}_1}\right)-(I_{x\_1}\left(\frac{g}{P_2{W}_2}\right)-I_{x\_2}\left(\frac{g}{P_1{W}_1}\right))\sin \left(\frac{f_2-f_1}{2}\frac{g}{P_2{W}_2}\right)$ 多波段多模式射频功率放大器4输出端的射频输出信号包括两个波段，则提取的射频输出信号的基带数据序列也包括两个波段的基带数据序列。射频输出信号在第1个波段上的基带数据序列为射频输出信号在第2个波段上的基带数据序列为采用非线性特性提取装置5提取和并将和输入到第三多波段多模式等效基带处理模块7中进行等效处理。第三多波段多模式等效基带处理模块7输出的第三等效基带数据序列的函数表达式为：

$y\left(\frac{g}{W}\right)=y_1\left(\frac{g}{P_1{W}_1}\right)\exp [-j(f-f_1)2\mathrm{\π}\frac{g}{P_1{W}_1}]+y_2\left(\frac{g}{P_2{W}_2}\right)\exp [-j(f-f_2)2\mathrm{\π}\frac{g}{P_2{W}_2}]---\left(12\right)$

其中，为双波段双模式射频信号的等效基带信号的中心频率，f₁为双波段双模式射频信号在第1个波段射频信号的中心频率，f₂为双波段双模式射频信号在第2个波段射频信号的中心频率，exp表示e指数，j表示虚部。第三多波段多模式等效基带处理模块7的工作原理与第一多波段多模式等效基带处理模块1相同，同理可知：

$y_1\left(\frac{g}{P_1{W}_1}\right)=I_{y\_1}\left(\frac{g}{P_1{W}_1}\right)+j{Q}_{y\_1}\left(\frac{g}{P_1{W}_1}\right)---\left(13\right)$

$y_2\left(\frac{g}{P_2{W}_2}\right)=I_{y\_2}\left(\frac{g}{P_2{W}_2}\right)+j{Q}_{y\_2}\left(\frac{g}{P_2{W}_2}\right)---\left(14\right)$

其中，为射频输出信号在第1个波段上的基带数据序列经过上采样后的实部，为射频输出信号在第1个波段上的基带数据序列经过上采样后的虚部；为射频输出信号在第2个波段上的基带数据序列经过上采样后的实部，为射频输出信号在第2个波段上的基带数据序列经过上采样后的虚部。将式(13)和式(14)带入式(12)中，我们可以得到的复数形式为：

$\begin{array}{c}x\left(\frac{g}{W}\right)=[(I_{y\_1}\left(\frac{g}{P_1{W}_1}\right)+I_{y\_2}\left(\frac{g}{P_2{W}_2}\right))\cos \left(\frac{f_2-f_1}{2}\frac{g}{P_1{W}_1}\right)-(Q_{y\_2}\left(\frac{g}{P_2{W}_2}\right)-Q_{y-1}\left(\frac{g}{P_1{W}_1}\right))\sin \left(\frac{f_2-f_1}{2}\frac{g}{P_2{W}_2}\right)]\\ +j[(Q_{y\_1}\left(\frac{g}{P_1{W}_1}\right)+Q_{y\_2}\left(\frac{g}{P_2{W}_2}\right))\cos \left(\frac{f_2-f_1}{2}\frac{g}{P_1{W}_1}\right)-(I_{y\_1}\left(\frac{g}{P_1{W}_1}\right)-I_{y\_2}\left(\frac{g}{P_2{W}_2}\right))\sin \left(\frac{f_2-f_1}{2}\frac{g}{P_2{W}_2}\right)]\end{array}---\left(15\right)$

由此可知，第三等效基带数据序列的实部为：

$(I_{y\_1}\left(\frac{g}{P_1{W}_1}\right)+I_{y\_2}\left(\frac{g}{P_2{W}_2}\right))\cos \left(\frac{f_2-f_1}{2}\frac{g}{P_1{W}_1}\right)-(Q_{y\_2}\left(\frac{g}{P_2{W}_2}\right)-Q_{y\_1}\left(\frac{g}{P_1{W}_1}\right))\sin \left(\frac{f_2-f_1}{2}\frac{g}{P_2{W}_2}\right)$ 第三等效基带数据序列的虚部为：

$(Q_{y\_1}\left(\frac{g}{P_1{W}_1}\right)+Q_{y\_2}\left(\frac{g}{P_2{W}_2}\right))\cos \left(\frac{f_2-f_1}{2}\frac{g}{P_1{W}_1}\right)-(I_{y\_1}\left(\frac{g}{P_2{W}_2}\right)-I_{y\_2}\left(\frac{g}{P_1{W}_1}\right))\sin \left(\frac{f_2-f_1}{2}\frac{g}{P_2{W}_2}\right)$

本实施例中，双波段双模式射频信号两个波段的基带数据序列经过第一多波段多模式等效基带处理单元1后得到第一等效基带数据序列即第一多波段多模式等效基带处理单元1完成了公式(4)或(7)的工作，同时保证了双波段双模式射频信号两个波段的基带数据序列的同步性，消除了双波段双模式射频信号两个波段的基带数据序列的抖动，从而能够进行多波段多模式射频功率放大器4的数字预失真。

本实施例在从未利用训练预失真器8进行参数训练时，预失真器2在初始状态下是没有参数的，即最初的时候预失真器2还不起作用，预失真器2的输出还是第一等效基带数据序列(即双波段双模式射频信号的等效基带数据序列)，第一等效基带数据序列经过基带射频转换模块3后输出多波段多模式射频功率放大器4的射频输入信号，此时的射频输入信号与第一多波段多模式等效基带处理模块1输入端的双波段双模式射频信号相同，则射频输入信号驱动多波段多模式射频功率放大器4，多波段多模式射频功率放大器4输出双波段双模式的射频输出信号。采用非线性特性提取装置5捕获射频输入信号在两个波段上的基带数据序列和射频输出信号在两个波段上的基带数据序列。将射频输入信号在两个波段上的基带数据序列输入到第二多波段多模式等效基带处理模块6中，得到第二等效基带数据序列将射频输出信号在两个波段上的基带数据序列输入到第三多波段多模式等效基带处理模块7中，得到第三等效基带数据序列此时第二多波段多模式等效基带处理模块6完成的是公式(8)或(11)的工作。将射频输出信号的基带数据序列输入第三多波段多模式等效基带处理模块7后得到第三等效基带数据序列第三多波段多模式等效基带处理模块7完成的是公式(12)或(15)的工作。将和输入到训练预失真器8中，进行预失真器参数训练，得到预失真器2的参数。

在训练预失真器8首次完成训练后，将获得的预失真器参数拷贝到预失真器2中，这时双波段双模式射频信号的基带数据序列经过预失真器2时，预失真器2的参数已经获得，预失真器2能够起作用，此时预失真器2输出的第一等效基带数据序列相对于预失真器2前一次输出的第一等效基带数据序列已经经过预矫正，该第一等效基带数据序列经过基带射频转换模块3后，输出第一等效基带数据序列的射频信号；第一等效基带数据序列的射频信号驱动多波段多模式射频功率放大器4，期望多波段多模式射频功率放大器4输出的双波段双模式射频输出信号是线性放大的。当本次输出的双波段双模式射频输出信号的指标达到线性度要求时，此时的预失真器参数即为目前有效的预失真参数，不用再捕获多波段多模式射频功率放大器4输入端和输出端两个波段的基带信号，也不用再进行训练预失真器8的参数训练和预失真器3的参数更新，标志着我们完成了数字预失真器参数的提取；当本次输出的双波段双模式射频输出信号的指标达不到线性度要求时，需要对预失真器2的参数进行更新，然后再通过非线性特性提取装置提取多波段多模式射频功率放大器4输入端的射频输入信号的基带数据序列和输出端的射频输出信号的基带数据序列，然后将射频输入信号的基带数据序列通过第二多波段多模式等效基带处理模块6处理后得到第二等效基带数据序列将射频输出信号的基带数据序列通过第三多波段多模式等效基带处理模块7处理后得到第三等效基带数据序列再将第二等效基带数据序列和第三等效基带数据序列输入到训练预失真器8中进行参数训练，此时， 即训练预失真器8中得到的是更新后的预失真器参数，然后将获得的新的预失真器参数拷贝到预失真器2中，此时预失真器2的参数得到了更新，以保证多波段多模式射频功率放大器4输出端的多波段多模式射频输出信号满足线性度指标要求。

由此可知，如果经过一段时间后又发现多波段多模式射频功率放大器4输出的双波段双模式射频输出信号的线性度指标不达标了，则需要重新按照上面的方法对多波段多模式射频功率放大器4输入端和输出端在两个波段上的基带信号进行捕获，然后将输入端两个波段基带数据序列输入到第二多波段多模式等效基带处理模块6得到射频功放输入端等效多波段多模式基带数据序列将输出端在两个波段上的基带数据序列输入到第三多波段多模式等效基带处理模块7中得到射频功放输出端多波段多模式等效基带数据序列再通过训练预失真器8获得预失真器参数，进而更新预失真器2中的参数，以保证多波段多模式射频功率放大器4输出端的双波段双模式射频输出信号的线性度能够再次达到指标要求。

为了验证本数字预失真方法的有效性，我们进行了实验验证。不失一般性，我们选取双波段双模式射频信号，其中第1个波段为f₁＝2120MHz的1001型CDMA2000(4个载波的CDMA2000，中间两个载波空缺)信号，第二个波段为f₂＝2140MHz的单载波WCDMA信号。我们在软件中获得第1个波段的基带数据序列和第2个波段的基带数据序列，通过第一多波段多模式等效基带处理模块1处理后得到双波段双模式射频信号的基带数据序列。然后捕获多波段多模式射频功率放大器4输入端的射频输入信号和输出端的射频输出信号，射频输入信号在两个波段上的基带数据序列通过第二双波段双模式等效基带处理模块6后输出多波段多模式射频功率放大器4的射频输入信号的等效基带数据序列；射频输出信号基带数据序列通过第三双波段双模式等效基带处理模块7后输出多波段多模式射频功率放大器4的射频输出信号的等效基带数据序列，将射频输入信号的等效基带数据序列和射频输出信号的等效基带数据序列输入到训练预失真器8中，进行首次预失真器参数训练。训练预失真器8经过首次训练完成后，将获得的预失真器参数拷贝到预失真器2中。预失真器2获得预失真器参数后，双波段双模式射频信号的基带数据序列经过预失真器2输出预矫正的双波段双模式射频信号的基带数据序列，预矫正的双波段双模式射频信号的基带数据序列经过基带射频转换模块3后输出预矫正的双波段双模式射频信号，预矫正双波段双模式射频信号驱动多波段多模式射频功率放大器4，多波段多模式射频功率放大器4的射频输出信号频谱用频谱仪观察，其结果如图4所示。在图4中同时还给出了没有采用预失真时多波段多模式射频功率放大器4的输出频谱图，以及采用传统方法时多波段多模式射频功率放大器4的输出频谱图。由频谱比较结果可知，本发明的数字预失真方法可以获得与传统预失真方法类基本相同的抑制带外寄生频谱的能力，从而验证了本方法的有效性。

本发明的实施例中采用的模数转换器(AD)的采样率为32MSa/S，而采用传统的数字预失真方法时模数转换器(AD)的采样率需要达到102.4MSa/S。

综上所述，本发明的数字预失真方法的线性化能力与传统的数字预失真方法基本相同，但是本发明可以采用较低采样率的模数转换器来实现，这样不仅可以降低采样电路的功耗和成本，而且可以突破对多波段多模式射频功放进行数字预失真线性化时可能面临的模数转换器采样速率太低无法满足预失真采样电路要求的瓶颈问题，具有重要的理论意义和工程应用价值。

Claims (1)

1.一种多波段多模式射频功率放大器的数字预失真方法，其特征在于包括以下步骤：

(1)采集多波段多模式射频信号在各个波段的基带数据序列；

(2)将多波段多模式射频信号在各个波段的基带数据序列输入第一多波段多模式等效基带处理模块中进行处理，得到第一等效基带数据序列；

(3)将第一等效基带数据序列通过预失真器后再输入到基带射频转换模块中进行转换，得到射频输入信号；

(4)将射频输入信号输入到多波段多模式射频功率放大器中；

(5)使用多波段多模式射频功率放大器非线性特性提取装置提取多波段多模式射频功率放大器的输入端的射频输入信号在各个波段上的基带数据序列和输出端的射频输出信号在各个波段上的基带数据序列；

(6)将射频输入信号在各个波段上的基带数据序列输入到第二多波段多模式等效基带处理模块中进行处理，得到第二等效基带数据序列；将射频输出信号在各个波段上的基带数据序列输入到第三多波段多模式等效基带处理模块中进行处理，得到第三等效基带数据序列；

(7)将第二等效基带数据序列和第三等效基带数据序列输入到训练预失真器中进行训练，得到预失真器参数；

(8)将预失真器参数拷贝到预失真器中，然后返回到步骤(2)，再从步骤(2)依次执行到步骤(4)，然后采集多波段多模式射频功率放大器输出端此时的多波段多模式射频输出信号，将该多波段多模式射频输出信号与要求得到的射频输出信号进行比较，如果该多波段多模式射频输出信号的线性度达标，则该预失真器参数即为目前有效的预失真参数；如果该多波段多模式射频输出信号未达标，则重复步骤(5)至步骤(8)，如此往复循环，直到多波段多模式射频功率放大器输出的多波段多模式射频输出信号满足要求为止。