CN105357157A - 一种多天线通信系统的数字预失真装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种多天线通信系统的数字预失真装置，包括基带载波模块用于将所处理载波的基带数字信号通过发射链路输出；所述DPD反馈模块用于根据接收到的预失真基带数字信号，进行反馈预失真系数的计算，并将计算结果传送给DPD处理模块；所述DPD处理模块用于根据所述DPD反馈模块计算的反馈预失真系数和对应的所述DPD向前处理单元计算的前向预失真系数分别计算各条所述发射链路的失真偏差值并根据上述失真的偏差值对所接收的当前的基带数字信号进行预失真处理，生成预失真基带数字信号输出。本发明的有益效果是：降低系统成本和系统设计的复杂度。

Description

一种多天线通信系统的数字预失真装置及方法

技术领域

本发明涉及对失真放大器进行数字预失真处理的技术领域，尤其是涉及一种多天线通信系统的数字预失真装置及方法。

背景技术

DPD(DigitalPre-Distortion，数字预失真)技术是解决通信系统中失真放大器的非线性失真的一项技术，通常使用DPD技术的通信系统设置有专门的DPD处理模块，用于提取失真放大器的输出信号，根据所述输出信号处理后计算出所述失真放大器的非线性失真，然后预先对输入所述失真放大器的基带信号作非线性失真补偿，所述非线性失真补偿值与所述失真放大器的非线性失真互补，从而使所述失真放大器的输出信号的非线性失真降低。随着多天线通信技术的发展，DPD技术在多天线通信系统中的应用越来越广泛。

目前在多天线系统中，为提高系统的线性度，通常把多天线系统看成多个独立的单天线系统，分别对每个天线系统地失真放大器进行线性化处理，对应N根天线的多天线系统就必须有N套各自独立的数字预失真，这样不仅大大增加了整体系统的成本，而且大大增加了系统设计的复杂度。

发明内容

有鉴于此，本发明解决的技术问题是提供一种多天线系统的数字预失真装置和方法，以降低系统成本和系统设计的复杂度。

本发明的技术方案是：一种多天线通信系统的数字预失真装置，多条基带载波模块，DPD反馈模块和DPD处理模块，

所述基带载波模块用于将所处理载波的基带数字信号通过发射链路输出，所述每个发射链路都包括一个信号放大器；

所述DPD反馈模块用于根据接收到的预失真基带数字信号，进行反馈预失真系数的计算，并将计算结果传送给DPD处理模块；

所述DPD处理模块包括，

DPD向前处理单元，用于根据各条所述发射链路上传输的数字基带信号计算各条所述所述发射链路的前向预失真系数，将所计算的前向预失真系数结果提供给失真调整模块；

失真计算单元，用于分时段接收DPD反馈模块计算的反馈预失真系数并将结果提供给失真调整模块；

失真调整单元，用于接收反馈预失真系数和对应的所述DPD向前处理单元计算的前向预失真系数，分别计算各条所述发射链路的失真偏差值，并根据上述失真的偏差值对所接收的当前的基带数字信号进行预失真处理，生成预失真基带数字信号输出。

进一步，所述DPD反馈模块包括依次连接的多选一射频开关、下变频单元和反馈失真计算单元；

所述多选一射频开关分别连接各条所述发射链路上的信号放大器的输出端，用于择一地连通各个所述信号放大器的输出端，将所述信号放大器输出的射频信号传输至所述下变频单元；

所述下变频单元用于将接收的射频信号转换成反馈信号后传送至所述反馈失真计算单元。

进一步，所述DPD处理模块进一步包括控制单元，所述控制单元用于控制所述多选一射频开关分时依次连通各个所述信号放大器的输出端，并控制所述反馈失真计算单元和所述DPD向前处理单元分别计算所述发射链路对应的反馈预失真系数和前向预失真系数。

进一步，所述DPD处理模块分时地从所述DPD反馈模块中提取所述反馈预失真系数。

进一步，所述DPD处理模块进一步包括温度补偿单元，所述温度补偿单元用于根据当前温度计算失真的温度补偿值，将所述失真的温度补偿值传输至所述失真计算单元；

所述失真计算单元进一步根据所述反馈预失真系数、对应的所述前向预失真系数以及所述失真的温度补偿值计算各条所述发射链路的失真偏差值。

进一步，所述DPD处理模块进一步包括限幅单元，所述限幅单元设置在所述失真计算单元和失真调整单元之间，用于以预先设定的失真偏差值范围对所述失真计算单元计算的失真偏差值进行限制。

一种多天线通信系统的数字预失真方法，包括步骤：

根据所述DPD反馈模块的反馈信号，分别计算所述多天线系统的多条发射链路的反馈预失真系数；

根据各条所述发射链路中传输的数字基带信号，分别计算各条所述发射链路的前向预失真系数；

根据所述反馈预失真系数、对应的所述前向预失真系数分别计算各条所述发射链路的失真系数，得出各条所述发射链路的失真偏差值；

根据所述失真偏差值分别调节各条所述发射链路的失真。

进一步，计算所述多天线系统的多条发射链路的反馈预失真系数的步骤包括：

在一段固定的时间T内对所述反馈信号的失真数据进行统计，获得所述反馈信号在所述时间T内的平均失真作为所述发射链路的反馈预失真系数；

以及，计算各条所述发射链路的前向预失真系数的步骤包括：

在同样的时间T内对所述发射链路上传输的数字基带信号的失真数据进行统计，获得所述数字基带信号在所述时间T内的平均失真作为所述发射链路的前向预失真系数。

进一步，根据所述反馈预失真系数和对应的所述前向预失真系数分别计算各条所述发射链路的失真值的步骤包括：

获取当前温度值，计算失真的温度补偿值；

根据所述反馈预失真系数、对应的所述前向预失真系数以及所述失真的温度补偿值计算各条所述发射链路的失真偏差值。

进一步，根据所述失真偏差值分别调节各条所述发射链路的失真之前，先执行以下步骤：

以预先设定的失真偏差值范围对所述失真计算单元计算的失真偏差值进行限制。

本发明具有的优点和积极效果是：与现有技术相比较，本发明多天线通信系统的数字预失真装置中，通过所述多天线通信系统的DPD反馈模块的反馈信号，计算各条所述发射链路的反馈预失真系数，然后结合对应的所述前向预失真系数对比，计算得到各条发射链路的失真偏差值，分别调节各条所述发射链路的失真。因此可以使多天线通信系统的各条发射链路的失真都与所述目标失真值保持一致，提高所述多天线通信系统的各条所述发射链路在全频段范围内的输出信号的稳定度。

同时，由于本发明一种多天线通信系统的数字预失真方法中，利用所述多天线通信系统的DPD反馈模块的反馈信号计算所述反馈预失真系数，无需另外设置专门的失真调整DPD反馈模块，因此方法实现的成本较低。

附图说明

图1是本发明多天线通信系统的数字预失真装置的结构示意图；

图2是本发明多天线通信系统的数字预失真装置的优选实施方式示意图；

图3是本发明多天线通信系统的数字预失真方法的流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做详细说明。

请参阅图1，图1是本发明多天线通信系统的数字预失真装置的结构示意图。

所述多天线通信系统的数字预失真装置包括多条发射链路，每一所述发射链路都包括一个失真放大器，在本实施方式中，多条所述发射链路共用一个多通道的数字调制模块来处理基带信号。所述数字调制模块中传输的多路数字基带信号分别经过上变频处理之后发送至对应的所述失真放大器中处理，然后再由所述失真放大器输出至不同的收发天线中发送。

所述多天线通信系统的数字预失真装置中的DPD处理模块与数字调制模块和所述DPD反馈模块连接，所述DPD反馈模块连接在各个所述失真放大器的输出端。

所述DPD反馈模块用于反馈各个所述失真放大器的输出信号以便进行数字预失真分析和处理。

所述DPD处理模块用于从所述DPD反馈模块中提取所述反馈预失真系数，根据所述反馈预失真系数计算出各个所述失真放大器的非线性失真系数，对基带信号预先作非线性失真补偿，所述非线性失真补偿值与各个所述失真放大器的非线性失真互补，从而使所述失真放大器的输出信号的非线性失真降低。

请一并参阅图2，图2是本发明多天线通信系统的数字预失真装置中的DPD处理模块的结构示意图。所述DPD处理模块包括失真计算单元、DPD向前处理单元和失真调整单元。

所述失真计算单元接收所述DPD反馈模块的反馈预失真系数，在一段固定的时间T内对所述反馈预失真系数的失真数据进行统计，获得在所述时间T内所述反馈预失真系数的平均失真，作为所述发射链路的反馈失真，然后将所述反馈失真发送至所述失真调整单元。

所述DPD向前处理单元在同样的时间T内对所述数字调制模块中传输的对应所述发射链路的基带信号进行失真数据统计，获得在所述时间T内的平均失真作为所述发射链路的前向失真，然后将所述前向失真发送至所述失真调整单元。

所述失真调整单元比较所述反馈预失真系数和对应的所述前向预失真系数，分别计算各条所述发射链路的失真系数，然后将所述失真系数与目标失真系数比较，计算得出各条所述发射链路的失真偏差值。

所述失真调整单元根据上述各条所述发射链路的失真偏差值分别调节各条所述发射链路的失真。

本实施方式的所述多天线通信系统的数字预失真装置中，所述DPD处理模块可以分时地从所述DPD反馈模块中提取所述反馈数据，分别对所述多天线通信系统的数字预失真装置进行数字预失真处理和失真控制，从而可避免控制上的冲突危险。

与现有技术相比较，本发明的多天线通信系统的数字预失真装置中，所述DPD处理模块根据所述DPD反馈模块的反馈预失真系数计算各条所述发射链路的反馈失真，然后结合所述前向失真计算得到各条发射链路的失真系数和失真偏差值，分别调节各条所述发射链路的失真。因此可以使各条所述发射链路的失真都与所述目标失真系数保持一致，提高所述多天线通信系统的数字预失真装置的各条所述发射链路在全频段范围内的输出失真的稳定度。并且，由于利用现有DPD反馈模块的反馈数据计算所述反馈失真，无需另外设置专门用于失真调整的DPD反馈模块，降低了装置硬件实现的成本。

请参阅图2，图2是本发明多天线通信系统的数字预失真装置的一种优选实施方式的结构示意图。

作为所述DPD反馈模块的一种具体实施方式举例，所述DPD反馈模块可包括依次连接的多选一射频开关、下变频单元和反馈失真计算单元。

所述多选一射频开关分别连接各个所述失真放大器的输出端，用于择一地连通各个所述失真放大器的所述输出端，将各个所述失真放大器输出的射频信号耦合至所述下变频单元；所述下变频单元将接收的射频信号转换成中频信号，并将所述中频信号传输至反馈失真计算单元。

通过设置所述多选一射频开关分时择一地连通各个所述失真放大器的输出端，提取各条所述发射链路的输出信号，可以使多条所述发射链路分时地共用一条DPD反馈模块，节省硬件成本。

所述DPD处理模块中进一步包括温度补偿单元，所述温度补偿单元连接所述失真调整单元，用于根据现场环境温度计算失真的温度补偿值，例如可通过查找经由实验得到的失真温度曲线，计算所述失真的温度补偿值；然后所述温度补偿单元将所述失真的温度补偿值传输至所述失真调整单元。所述失真计算单元中根据所述反馈失真、对应的所述前向失真以及所述失真的温度补偿值分别计算各条所述发射链路的失真系数，然后将所述失真系数与目标失真系数比较，计算得出各条所述发射链路的失真偏差值。

通过设置所述温度补偿单元计算失真的温度补偿值，使所述失真调整中计算的各条所述发射链路的失真系数中包含温度影响的因素，消除温度变化对各条所述发射链路的失真系数的影响，提高所述多天线通信系统的数字预失真装置的各条所述发射链路在全温度范围内的输出失真的稳定度。

所述DPD处理模块中还包括限幅单元，所述限幅单元设置在所述失真计算单元和失真调整单元之间，所述限幅单元中预先设置了失真偏差值的最大值和最小值，所述限幅单元根据所述失真偏差值的最大值和最小值对所述失真计算单元输出的失真偏差值进行幅度限制，防止所述失真偏差值过大而造成的失真过调节，使各条所述发射链路的失真平稳渐变地调整，维持各条所述发射链路的失真幅度的稳定。

所述DPD处理模块中还包括控制单元，所述控制单元分别连接所述失真计算单元、所述DPD向前处理单元、所述温度补偿单元，以及所述DPD反馈模块中的所述多选一射频开关，所述控制单元控制所述多选一射频开关分时依次连通各个所述失真放大器的输出端，并控制所述失真计算单元和所述DPD向前处理单元分别计算所述发射链路对应的反馈失真和前向失真。通过所述控制单元协调所述多选一射频开关、所述失真计算单元和所述DPD向前处理单元，使上述各模块之间的配合更加有序，对各条所述发射链路的失真计算更加准确。

下面举例说明本发明的多天线通信系统的数字预失真装置的工作原理：

假设所述多天线通信系统的数字预失真装置包括n条发射链路，每一所述发射链路对应一个所述失真放大器，多条所述发射链路中传输的数字基带信号由数字调制模块处理。

所述多天线通信系统的数字预失真装置进行失真调整时，所述DPD处理模块中的所述控制单元控制所述多选一射频开关连通在发射链路X上的失真放大器的输出端，其中，1≤X≤n，n为所述多天线通信系统的数字预失真装置的发射链路的数量。所述DPD反馈模块将所述失真放大器输出的射频信号处理后送至所述DPD处理模块中，由所述DPD处理模块处理。

所述DPD处理模块中，所述控制单元发出触发信号至所述DPD向前处理单元和所述温度补偿单元，并在一定延时之后发出触发信号至所述失真计算单元，使所述DPD向前处理单元和所述失真计算单元能够对同一时刻的接收信号和发射信号进行失真计算。

所述DPD向前处理单元在接收到所述触发信号之后，开始在时间T内对所述数字调制模块中传输的对应所述发射链路X的基带信号进行失真数据统计，获得所述发射链路X的前向失真；

所述温度补偿单元在接收到所述触发信号之后，检测当前温度值，根据实验测定的失真温度曲线计算出所述失真的温度补偿值；

所述失真计算单元接收到所述触发信号之后，在同样的时间T内对所述反馈预失真系数的失真数据进行统计，计算得到所述发射链路X的反馈失真，并触发所述失真计算单元开始失真系数的计算；

失真调整单元根据所述前向失真、所述温度补偿值和所述反馈失真计算所述发射链路X的当前失真系数，将所述失真系数与预先设定的目标失真系数比较，计算得出失真偏差值；

所述限幅单元根据预先设定的失真偏差值范围限制所述失真偏差值的范围，得到调整后的失真偏差值；

所述失真调整单元根据所述失真偏差值，改变所述发射链路X的基带信号的失真调整控制，对所述发射链路X的失真进行较高精度的数字域补偿，保持所述发射链路X的失真稳定；

所述失真调整单元完成所述发射链路X的失真调整之后，在所述控制单元控制下，所述多选一射频开关连通发射链路X+1上的所述失真放大器的输出端，所述DPD处理模块根据所述DPD反馈模块的反馈预失真系数计算所述发射链路X+1的失真偏差值，并调整所述发射链路X+1的失真。所述控制单元控制所述多选一射频开关逐个连通各条所述发射链路的输出端，对各条所述发射链路的失真进行调整，直到所有的所述发射链路都调整过后，从第一条所述发射链路重新开始调整。

请参阅图3，图3是本发明一种多天线通信系统的数字预失真方法的流程示意图。包括以下步骤：

步骤S1：根据DPD反馈模块对发射链路X的反馈预失真系数，计算所述发射链路X的反馈失真。其中1≤X≤n，n为所述多天线通信系统的数字预失真装置的发射链路的数量。

多天线通信系统的数字预失真装置包括多条发射链路，所述DPD(DigitalPre-Distortion，数字预失真)DPD反馈模块用于反馈各条发射链路上的失真放大器的输出信号，获得反馈预失真系数。

通过所述DPD反馈模块提取所述发射链路X上的失真放大器的输出信号，对所述输出信号进行下变频，获得数字基带形式的反馈预失真系数，对所述反馈预失真系数在一段固定的时间T内进行失真数据统计，获得所述反馈预失真系数在所述时间T内的平均失真作为所述发射链路X的反馈失真。

步骤S3：根据所述发射链路X上传输的基带信号，计算所述发射链路X的前向失真；

在同样的时间T内对所述发射链路X上传输的数字基带信号进行失真数据统计，获得在所述时间T内的平均失真作为所述发射链路X的前向失真。

步骤S5：根据所述反馈失真和所述前向失真计算所述发射链路X的失真系数；比较上述步骤S1和步骤S3中计算得到的所述反馈失真和所述前向失真，即可得到所述发射链路X的失真系数。

步骤S7：将所述失真系数与预先设定的目标失真系数比较，计算得到所述发射链路X的失真偏差值；

步骤S9：根据所述失真偏差值调节所述发射链路X的失真；

根据步骤S7中计算得到的所述失真偏差值，对应调节所述发射链路X的失真，使所述发射链路X的失真保持与所述目标失真系数一致。

步骤S111：令X的取值加1，重复执行上述步骤。其中，当X的取值加1后大于n时，将X的取值重新设置为1，对多条所述发射链路重复扫描。

为避免控制上的冲突，对所述多天线通信系统的数字预失真装置的失真控制和DPD处理分时地进行。

与现有技术相比较，本发明一种多天线通信系统的数字预失真装置控制方法中，根据所述DPD反馈模块获取的对应各条所述发射链路的反馈预失真系数，分别计算各条所述发射链路的反馈失真；然后结合所述发射链路的前向失真，计算各条所述发射链路的失真系数和失真偏差值，分别调节各条所述发射链路的失真。使各条所述发射链路的失真都保持与所述目标失真系数一致，提高多天线通信系统的数字预失真装置的各条所述发射链路在全频段范围内的输出失真的稳定度。并且，由于直接利用现有的DPD反馈模块的反馈数据计算反馈失真，无需另外设置专门用于失真调整的DPD反馈模块，降低了方法实现的成本。

作为本发明具有DPD反馈模块的多天线通信系统的数字预失真装置的失真控制方法的一种优选实施方式，在执行步骤S5之前，先执行以下步骤：检测现场环境温度并计算失真的温度补偿值；在步骤S5中，进一步根据所述反馈失真、对应的所述前向失真以及所述失真的温度补偿值计算所述发射链路X的失真系数。

通过计算失真的温度补偿值，使得步骤S5中计算的所述发射链路X的失真系数中包含温度影响的因素，消除温度变化对各条所述发射链路的失真系数的影响，提高所述多天线通信系统的数字预失真装置的各条所述发射链路在全温度范围内的输出失真的稳定度。

作为本发明具有DPD反馈模块的多天线通信系统的数字预失真装置的失真控制方法的另一种优选实施方式，在执行步骤S9之前，先执行以下步骤：以预先设定的失真偏差值范围对步骤S7中计算得到的所述失真偏差值的幅度进行限制。

根据实际需要预先设定失真偏差值的最大值和最小值，对所述步骤S7中计算得到的所述失真偏差值的幅度进行限制，防止所述失真偏差值过大而造成的失真过调节；使各条所述发射链路的失真平稳渐变地调整，维持各条所述发射链路的失真稳定。

以上对本发明的一个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。

Claims (10)

1.一种多天线通信系统的数字预失真装置，其特征在于：包括多条基带载波模块，DPD反馈模块和DPD处理模块，

所述基带载波模块用于将所处理的载波基带数字信号通过发射链路输出，所述每个发射链路都包括一个信号放大器；

所述DPD反馈模块用于根据接收到的预失真基带数字信号，进行反馈预失真系数的计算，并将计算结果传送给DPD处理模块；

所述DPD处理模块包括，

DPD向前处理单元，用于根据各条所述发射链路上传输的数字基带信号计算各条所述发射链路的前向预失真系数，将所计算的前向预失真系数结果提供给失真调整模块；

失真计算单元，用于分时段接收DPD反馈模块计算的反馈预失真系数并将结果提供给失真调整模块；

失真调整单元，用于接收反馈预失真系数和对应的所述DPD向前处理单元计算的前向预失真系数，分别计算各条所述发射链路的失真偏差值，并根据上述失真的偏差值对所接收的当前的基带数字信号进行预失真处理，生成预失真基带数字信号输出。

2.如权利要求1所述的多天线通信系统的数字预失真装置，其特征在于，所述DPD反馈模块包括依次连接的多选一射频开关、下变频单元和反馈失真计算单元；

所述多选一射频开关分别连接各条所述发射链路上的信号放大器的输出端，用于择一地连通各个所述信号放大器的输出端，将所述信号放大器输出的射频信号传输至所述下变频单元；

所述下变频单元用于将接收的射频信号转换成反馈信号后传送至所述反馈失真计算单元。

3.如权利要求2所述的多天线通信系统的数字预失真装置，其特征在于：所述DPD处理模块进一步包括控制单元，所述控制单元用于控制所述多选一射频开关分时依次连通各个所述信号放大器的输出端，并控制所述反馈失真计算单元和所述DPD向前处理单元分别计算所述发射链路对应的反馈预失真系数和前向预失真系数。

4.如权利要求1、2或者3中任意一项所述的多天线通信系统的数字预失真装置，其特征在于：所述DPD处理模块分时地从所述DPD反馈模块中提取所述反馈预失真系数。

5.如权利要求1、2或者3中任意一项所述的多天线通信系统的数字预失真装置，其特征在于：所述DPD处理模块进一步包括温度补偿单元，所述温度补偿单元用于根据当前温度计算失真的温度补偿值，将所述失真的温度补偿值传输至所述失真计算单元；

所述失真计算单元进一步根据所述反馈预失真系数、对应的所述前向预失真系数以及所述失真的温度补偿值计算各条所述发射链路的失真偏差值。

6.如权利要求1、2或者3中任意一项所述的多天线通信系统的数字预失真装置，其特征在于：所述DPD处理模块进一步包括限幅单元，所述限幅单元设置在所述失真计算单元和失真调整单元之间，用于以预先设定的失真偏差值范围对所述失真计算单元计算的失真偏差值进行限制。

7.一种多天线通信系统的数字预失真方法，其特征在于包括步骤：

根据所述DPD反馈模块的反馈信号，分别计算所述多天线系统的多条发射链路的反馈预失真系数；

根据各条所述发射链路中传输的数字基带信号，分别计算各条所述发射链路的前向预失真系数；

根据所述反馈预失真系数、对应的所述前向预失真系数分别计算各条所述发射链路的失真系数，得出各条所述发射链路的失真偏差值；

根据所述失真偏差值分别调节各条所述发射链路的失真。

8.如权利要求7所述的多天线通信系统的数字预失真方法，其特征在于，计算所述多天线系统的多条发射链路的反馈预失真系数的步骤包括：

在一段固定的时间T内对所述反馈信号的失真数据进行统计，获得所述反馈信号在所述时间T内的平均失真作为所述发射链路的反馈预失真系数；

以及，计算各条所述发射链路的前向预失真系数的步骤包括：

在同样的时间T内对所述发射链路上传输的数字基带信号的失真数据进行统计，获得所述数字基带信号在所述时间T内的平均失真作为所述发射链路的前向预失真系数。

9.如权利要求7或者8所述的多天线通信系统的数字预失真方法，其特征在于，根据所述反馈预失真系数和对应的所述前向预失真系数分别计算各条所述发射链路的失真值的步骤包括：

获取当前温度值，计算失真的温度补偿值；

根据所述反馈预失真系数、对应的所述前向预失真系数以及所述失真的温度补偿值计算各条所述发射链路的失真偏差值。

10.如权利要求7或者8所述的多天线通信系统的数字预失真方法，其特征在于，根据所述失真偏差值分别调节各条所述发射链路的失真之前，先执行以下步骤：

以预先设定的失真偏差值范围对所述失真计算单元计算的失真偏差值进行限制。