CN105846785A - 功率放大器的非线性预失真补偿电路、补偿系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种功率放大器的非线性预失真补偿电路、补偿系统及方法。预失真电路包括：极坐标发射单元、解码器、相位补偿单元、包络信号补偿单元和功率放大器；其中；解码器基于包络信号、功率放大器的增益和功率放大器的输入解码，获得索引，进而从查找表中获得索引对应的相位补偿因子和包络补偿因子；相位补偿单元用于根据相位补偿因子对相位信号进行相位补偿，并将相位补偿结果输出；包络补偿单元根据包络补偿因子对包络信号进行包络补偿，并将包络补偿结果输出；功率放大器用于接收相位补偿结果和包络补偿结果，并运算输出。本发明中功率放大器的输入信号相位随包络信号的变化可以通过预定义的函数来补偿，这样降低了预失真的负担。

Description

功率放大器的非线性预失真补偿电路、补偿系统及方法

技术领域

本发明涉及非线性失真，尤其涉及一种功率放大器的非线性预失真补偿电路、补偿系统及方法。

背景技术

功率放大器是无线发射机中最非线性的模块。为了满足系统的线性要求，各种各样的方法被提出。一种常见的方法是把功率放大器的输出功率从它的饱和值调低到一个失真可以接受的位置。然而，这种方法会大幅降低输出功率和输出效率。在大多数的无线通讯系统中，线性的放大非固定包络的射频信号需要更多的输出功率调低，这就意味着更低的效率。

另一种常见的方法是数字预失真，如图1所示。通过在功率放大器的前面放一个预失真模块，这个预失真的模块一般是一个扩展的非线性的函数，功率放大器和预失真模块的组合会产生一个线性的传输函数。对于一个I/Q调制的发射机，预失真模块一般是一个一维的查找表。它的索引是输入信号的幅值的大小，它存储的内容是一个复数的增益。

如图2所示的坐标的发射机，I/Q调制的信号被分解成一个变化的包络信号和一个固定幅值的射频相位信号。现有技术的方法一般是采用一个一维的查找表，输入信号的包络的大小作为表的索引，不同包络大小所对应的实数增益作为表的内容。因此，无法满足变化的极坐标发射机的输入信号非线性补偿的需要。

发明内容

本发明的目的是为了解决功率放大器非线性失真的问题，为了解决该技术问题，本发明提供了一种功率放大器的非线性预失真补偿电路、补偿系统及方法。

为实现上述目的，第一方面，本发明提供了一种功率放大器的非线性预失真补偿电路；该补偿电路包括：极坐标发射单元、解码器、相位补偿单元、包络信号补偿单元和功率放大器；其中，

极坐标发射单元将I/Q调制信号分解成包络信号和相位信号；

解码器基于包络信号、功率放大器的增益和功率放大器的输入解码，获得索引，进而从查找表中获得索引对应的相位补偿因子和包络补偿因子；相位补偿单元用于根据相位补偿因子对相位信号进行相位补偿，并将相位补偿结果输出；

包络补偿单元根据包络补偿因子对包络信号进行包络补偿，并将包络补偿结果输出；

功率放大器用于接收相位补偿结果和包络补偿结果，并运算输出。

优选地，解码器包括地址解码器和查找表解码器；

查找表解码器根据功率放大器的输入，确定了相位补偿因子和包络补偿因子在查找表中所在的列；

地址解码器根据包络信号和功率放大器的增益，确定相位补偿因子和包络补偿因子在列中的相应行，确定相位补偿因子和包络补偿因子。

优选地，包络补偿单元为乘法器。

优选地，相位补偿单元为加法器。

第二方面，本发明提供了一种功率放大器的非线性预失真补偿方法，该补偿方法包括：

将输入信号和输出信号进行转换分解为包络信号和相位信号；

基于包络信号、功率放大器的输入和功率放大器的增益解码，获得索引，进而从查找表中获得索引对应的相位补偿因子和包络补偿因子；

根据相位补偿因子对相位信号进行相位补偿，并将相位补偿结果输出；

根据包包络补偿因子对包络信号进行包络补偿，并将包络补偿结果输出；

将包络补偿结果和相位补偿结果合并输出。

优选地，根据包络信号、功率放大器的输入和功率放大器的增益，确定查找表的索引，并根据索引确定存储在查找表中的相位补偿因子和包络补偿因子的步骤具体包括：

根据功率放大器的输入，确定了相位补偿因子和包络补偿因子在查找表中所在的列；根据包络信号和功率放大器的增益，确定相位补偿因子和包络补偿因子在列中的相应行，进而确定相位补偿因子和包络补偿因子。

优选地，查找表的补偿值被非均匀划分为包络补偿和相位补偿。

第三方面，本发明提供了一种功率放大器的非线性预失真补偿系统，该非线性补偿系统包括：

第一计算单元、第二计算单元、第三计算单元、第四计算单元和第五计算单元；

第一计算单元用于将输入信号和输出信号进行转换分解为包络信号和相位信号；

第二计算单元用于基于包络信号、功率放大器的输入信号和功率放大器的增益解码，获得索引，进而从查找表中获得索引对应的相位补偿因子和包络补偿因子；

第三计算单元用于根据相位补偿因子对相位信号进行相位补偿，并将相位补偿结果输出；

第四计算单元用于根据包络补偿因子对包络信号进行包络补偿，并将包络补偿结果输出；

第五计算单元将包络补偿结果和相位补偿结果合并输出。

优选地，第二计算单元具体用于：

通过功率放大器的输入，确定了相位补偿因子和包络补偿因子在查找表中所在的列；通过包络信号和功率放大器的增益，确定相位补偿因子和包络补偿因子在列中的相应行，进而确定相位补偿因子和包络补偿因子。

本发明通过使用二维查找表，使功率放大器的增益和功率放大器的输入的变化都可以包括到功率控制中；由于可以变化输入，功率放大器不用设计成很大的功率控制范围。输入信号相位随包络信号的变化可以通过预定义的函数来补偿，这样降低了预失真的负担。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有技术的示意图一；

图2为现有技术的示意图二；

图3为本发明实施例提供的一种功率放大器的非线性预失真补偿电路的结构示意图；

图4为查找表；

图5为本发明实施例提供的一种功率放大器的非线性预失真补偿方法的结构流程图；

图6为本发明实施例提供的一种功率放大器的非线性预失真补偿系统的结构示意图。

具体实施方式

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

本发明为了实现宽范围的输出功率控制和低增益时降低功耗，需要在极坐标发射机中即能够改变功率放大器的增益又能改变它的输入信号。功率放大器的非线性不只是输入信号包络变化的函数，而且还是变化的输入相位信号的函数。在本发明实施例中可以通过调整功率放大器单元分支的打开和关断来获得不同的功率放大器增益，这个等效于等比例缩小输入信号的包络。

图1为现有技术的示意图一。如图1所示，该预失真补偿电路包括预失真模块和功率放大器；将功率放大器的输入信号先通过预失真模块的处理，再将处理后的输入信号通过功率放大器输出。

图1中(a)为预失真处理模块的输入输出关系图，表示预失真模块的产生的失真；(b)为功率放大器的输入输出关系图，表示功率放大器产生的失真；经过预失真模块和功率放大器之后的输入输出理想情况下是斜的的直线。

图2为现有技术的示意图二。如图2所示，该预失真补偿电路包括极坐标分解模块、线性放大器、调幅器和功率放大器；其中，

极坐标分解模块将原始的数字I/Q输入信号，分解成包络信号和相位信号，包络信号和相位信号在传输的过程中转换对应的模拟信号；线性放大器主要是将相位信号进行放大，用来驱动功率放大器，经过线性放大器处理后的相位信号为等幅的相位信号；将包络信号作为调幅器的输入，用来产生一个随着包络信号变化的信号；对于一个I/Q调制的极坐标分解模块，预失真模块一般是一个一维的查找表，它的索引是输入信号幅值的大小，它存储的内容是一个复数的增益。

图3为本发明实施例提供的一种功率放大器的非线性预失真补偿电路。如图3所示，功率放大器的非线性预失真补偿电路包括：极坐标发射单元、包络补偿单元、相位补偿单元、解码器和功率放大器；其中；

极坐标发射单元有两个输入信号，分别是是两输入两输出的功能模块，将两个输入信号进行分解成包络信号和相位信号；

解码器包括地址解码器和查找表解码器；将功率放大器的输入作为查找表解码器的输入，确定相位补偿因子和包络补偿因子在查找表中所在的列；再将包络信号和功率放大器的增益作为地址解码器的输入，确定相位补偿因子和包络补偿因子在查找表中相应列中相应的行，进而确定包络补偿因子和相位补偿因子。

具体地，包络补偿单元是一个乘法器，将在查找表中获取的包络补偿因子与包络信号进行乘法运算，完成包络信号的补偿；

具体地，相位补偿单元是一个加法器，将在查找表获得的相位补偿因子与相位信号进行加法运算，完成相位信号的补偿；

功率放大器则是将补偿后的包络信号和补偿后的相位信号作为输入合成输出。

在本发明实施例中，通过设置二维查找表，二维查找表的查找值被非均匀的划分成包络补偿因子和相位补偿因子。查找表的索引是通过包络信号，功率放大器的增益和功率放大器的输入来计算。包络信号和相位信号通过预失真处理给功率放大器来产生线性输出信号。

二维的查找表，理论上可以完全补偿非线性。一个维度用来补偿非线性随着包络的变化，另一个维度用来补偿非线性随着功率放大器输入的变化；为了解决使用二维查找表的校准时间长的问题，二维的查找表采用不均匀的划分；理想的情况是：极坐标分解后，变化的包络信号和相位应该互相独立，然而实际上，变化的包络信号会造成原来相位信号的相位移位，这就造成额外的非线性。相位的移位也可以通过一个反函数来补偿。

本发明的实施例通过将二维的查找表不均匀划分成包络补偿因子和相位补偿因子，进而通过包络信号、功率放大器的增益和功率放大器的输入计算出索引，并在知道查找表索引的情况下，通过地址解码器得到当前的包络补偿因子和相位补偿因子。

图4为二维查找表。如图4所示，二维查找表包括索引、相位补偿因子和包络补偿因子；其中；

二维查找表是通过包络信号，功率放大器的增益和功率放大器输入来计算索引的。

具体地，功率放大器输入为相位那一路的输入，因为相位信号和包络信号的幅值大小都会改变，功率放大器的非线性需要考虑两者。功率放大器的增益在变时，它的非线性也发生变化。

查询二维查找表的步骤是：第一步，确定相位补偿因子和包络补偿因子在查找表中所处列；第二步，确定相位补偿因子和包络补偿因子在查找表所处列中相应的行。

本发明实施例采用二维的查找表与现有技术中采用一维的查找表相比，一维的查找表将输入信号的包络大小作为一维查找表的索引，不同包络信号大小所对应的实数增益作为表的内容。但实际问题是，功率放大器的非线性不只是输入信号包络信号变化的函数，而且还是变化的输入相位信号的函数；因此，在本发明实施例中通过二维查找表来补偿功率放大器的非线性预失真问题。

图5为本发明实施例提供的一种功率放大器的非线性预失真补偿方法的结构示意图。如图5所示，功率放大器的非线性预失真补偿方法包括以下步骤：

步骤S100：将极坐标发射单元的输入信号和输出信号进行转换分解为包络信号和相位信号；

步骤S110：根据包络信号、功率放大器的输入和功率放大器的增益，确定查找表的索引，并根据索引确定存储在查找表中的相位补偿因子和包络补偿因子；

步骤S120：根据相位补偿因子对相位信号进行相位补偿，并将相位补偿结果输出；

步骤S130：根据包络补偿因子对包络信号进行包络补偿，并将包络补偿结果输出；

步骤S140：将包络补偿结果和相位补偿结果合并输出。

需要说明的是，步骤S120和步骤S130的执行顺序没有限定，可以先执行步骤S120，后执行步骤S130；或者先执行步骤S130后执行步骤S120；同时执行步骤S120和步骤S130，都对本发明产生的技术效果是一样的。

可选地，根据包络信号、功率放大器的增益和功率放大器的输入计算得到相位补偿因子和包络补偿因子的步骤具体包括：

通过功率放大器的输入确定相位补偿因子和包络补偿因子在查找表中所在的列；

并通过包络信号和功率放大器的增益得到列中的相应行，确定相位补偿因子和包络补偿因子。

可选地，二维查找表的补偿值被非均匀划分为包络补偿和相位补偿。

图6为本发明实施例提供的一种功率放大器的非线性预失真补偿系统。如图6所示，非线性预失真系统包括：第一计算单元10、第二计算单元11、第三计算单元12、第四计算单元13和第五计算单元14；其中，

第一计算单元10用于将输入信号和输出信号进行转换分解为包络信号和相位信号；

第二计算单元11用于根据包络信号、功率放大器的输入和功率放大器的增益，确定查找表的索引，并根据索引确定存储在查找表中的相位补偿因子和包络补偿因子；

第三计算单元12用于根据相位补偿因子对相位信号进行相位补偿，并将相位补偿结果输出；

第四计算单元13用于根据包络补偿因子对包络信号进行包络补偿，并将包络补偿结果输出；

第五计算单元14将包络补偿结果和相位补偿结果合并输出。

具体地，第二单元具体11用于：通过功率放大器的输入确定相位补偿因子和包络补偿因子在查找表中所在的列；并通过包络信号和功率放大器的增益得到列中的相应行，确定相位补偿因子和包络补偿因子。

本发明通过将I/Q调制的信号分解成包络信号和相位信号，且将包络信号和相位信号分别进行非线性补偿，最后将非线性补偿的包络信号和相位信号合成输出。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种功率放大器的非线性预失真补偿电路，该补偿电路包括极坐标发射单元，所述极坐标发射单元将I/Q调制信号分解成包络信号和相位信号，其特征在于，还包括：解码器、相位补偿单元、包络信号补偿单元和功率放大器；其中；

所述解码器基于所述包络信号、功率放大器的增益和功率放大器的输入解码，获得索引，进而从查找表中获得所述索引对应的相位补偿因子和包络补偿因子；

所述相位补偿单元用于根据所述相位补偿因子对所述相位信号进行相位补偿，并将所述相位补偿结果输出；

所述包络补偿单元根据所述包络补偿因子对所述包络信号进行包络补偿，并将所述包络补偿结果输出；

所述功率放大器用于接收所述相位补偿结果和所述包络补偿结果，并运算输出。

2.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述解码器包括地址解码器和查找表解码器；

所述查找表解码器根据所述功率放大器的输入，确定了所述相位补偿因子和所述包络补偿因子在所述查找表中所在的列；

所述地址解码器根据所述包络信号和所述功率放大器的增益，确定所述相位补偿因子和所述包络补偿因子在所述列中的相应行，进而确定所述相位补偿因子和所述包络补偿因子。

3.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述包络补偿单元为乘法器。

4.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述相位补偿单元为加法器。

5.一种功率放大器的非线性预失真补偿方法，其特征在于，包括：

将输入信号和输出信号进行转换分解为包络信号和相位信号；

基于所述包络信号、所述功率放大器的输入和所述功率放大器的增益解码，获得索引，进而从查找表中获得所述索引对应的相位补偿因子和包络补偿因子；

根据所述相位补偿因子对所述相位信号进行相位补偿，并将所述相位补偿结果输出；

根据所述包所述包络补偿因子对所述包络信号进行包络补偿，并将所述包络补偿结果输出；

将所述包络补偿结果和所述相位补偿结果合并输出。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述根据所述包络信号、所述功率放大器的输入和所述功率放大器的增益，确定查找表的索引，并根据所述索引确定存储在所述查找表中的相位补偿因子和包络补偿因子的步骤具体包括：

根据所述功率放大器的输入，确定了所述相位补偿因子和所述包络补偿因子在所述查找表中所在的列；根据所述包络信号和所述功率放大器的增益，确定所述相位补偿因子和所述包络补偿因子在所述列中的相应行，进而确定所述相位补偿因子和所述包络补偿因子。

7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述查找表的补偿值被非均匀划分为包络补偿和相位补偿。

8.一种功率放大器的非线性预失真补偿系统，其特征在于，包括：第一计算单元(10)、第二计算单元(11)、第三计算单元(12)、第四计算单元(13)和第五计算单元(14)；

所述第一计算单元(10)用于将输入信号和输出信号进行转换分解为包络信号和相位信号；

所述第二计算单元(11)用于基于所述包络信号、所述功率放大器的输入信号和所述功率放大器的增益解码，获得索引，进而从查找表中获得所述索引对应的相位补偿因子和包络补偿因子；

第三计算单元(12)用于根据所述相位补偿因子对所述相位信号进行相位补偿，并将所述相位补偿结果输出；

所述第四计算单元(13)用于根据所述包络补偿因子对所述包络信号进行包络补偿，并将所述包络补偿结果输出；

所述第五计算单元(14)将所述包络补偿结果和所述相位补偿结果合并输出。

9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述第二计算单元(12)具体用于：

通过所述功率放大器的输入，确定了所述相位补偿因子和所述包络补偿因子在所述查找表中所在的列；通过所述包络信号和所述功率放大器的增益，确定所述相位补偿因子和所述包络补偿因子在所述列中的相应行，进而确定所述相位补偿因子和所述包络补偿因子。