CN110289869B - 超短波功放数字预失真模型 - Google Patents

超短波功放数字预失真模型 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种超短波功放数字预失真模型，利用本发明可显著改善超短波功放的线性度，提升超短波功放效率。本发明可通过下述技术方案予以实现：预处理电路生成模型项和查表地址；非线性补偿电路从模型总线中选择一个模型项进行延迟处理，同时从地址总线选择一个地址进行延迟处理，经查表得到补偿系数，和延迟后的模型项相乘得到一个非线性补偿分量，所有分量相加得到非线性补偿输出；驻波补偿电路对输入信号进行延迟处理，并将延迟结果输出给复数FIR滤波器，得到驻波补偿输出；输入信号经固定时延电路后与上述非线性补偿电路输出、驻波补偿输出相加得到预失真中间结果，输出给温度/频率/漏压补偿电路，得到最终输出。

Description

超短波功放数字预失真模型
技术领域
本发明涉及一种无线通信系统中用于提高功率放大器线性的数字预失真模型，尤其是适用于超短波功放的数字预失真模型。
背景技术
数字预失真（DPD技术）是当前应用最广泛的功放线性化技术，是目前无线通信系统中最基本的功能模块之一，其基本原理是在数字基带插入功放非线性失真特性的等效逆模型，使得级联后的发射机等效为线性系统，用来改善功放的非线性，优化带内信号质量和带外互调指标，同时提升功放效率，在无线蜂窝移动通信系统中得到了广泛应用。数字预失真主要功能是改善功放的线性指标，提高基站功率放大器的效率和工作带宽。将数字预失真技术应用到超短波通信，改善超短波功放的线性和效率面临新的问题。首先，功放的性能与功率管的功率阻抗匹配相关，在无线蜂窝移动通信系统中，功放相对带宽较小，匹配电路设计相对容易，而对于超短波功放，其相对带宽一般为2~3个倍频程，功率管在工作频段范围内不同频点的性能差异比较大，难以兼顾每个频点的最优性能进行匹配电路设计，使得非线性特性随频点变化增大；其次，由于超短波频段的隔离器物理尺寸大，不易于集成，工程应用中往往将超短波功放经馈线和天线直接相连，而天线端口的驻波比一般大于2.5，反射波经耦合器反射回功放输出端口，影响功放正常工作状态，且驻波反射路径时延较大，传统的预失真模型难以拟合驻波失真；最后，超短波功放存在短时突发应用，导致功率管节温和功放温度波动增大，同时存在功放漏压不稳定的特点，造成功放在不同时刻的状态变化较大，非线性特性也随之变化。
由以上内容可知，超短波功放存在工作频段宽，电路匹配相对较差，输出端口驻波大以及功率管节温、漏压波动大的问题，而传统的预失真模型中不存在针对以上问题的优化措施，在将传统的预失真模型应用到超短波功放时，很难达到预期的性能。因此，针对超短波功放自身及其应用特点，开发新的预失真模型，是目前有待解决的问题。
发明内容
本发明的目的是针对超短波功放特点及其应用，提供一种能改善超短波功放的线性度，提升超短波功放效率的数字预失真模型及其实现。
为实现上述目的，本发明提供了如下的技术方案，一种超短波功放数字预失真模型，包括：串联形成支路一的预处理电路和非线性补偿电路，作为支路二的固定延迟电路，作为支路三的驻波补偿电路，其特征在于：三条支路输出相加后依次通过温度补偿电路，频率补偿电路和漏压补偿电路；预处理电路对输入基带复信号x 求模得到幅度x_abs，利用x_abs生成一维、二维查找表地址；非线性补偿电路从模型总线model_bus中选择一个模型项，输出给可变延迟单元进行延迟处理，同时从地址总线选择一个地址，输出给可变延迟单元进行延迟处理，利用延迟输出进行查表，查表输出进入复数乘法单元和对应的模型项相乘得到一个非线性补偿分量，所有的非线性补偿分量相加后得到非线性补偿电路输出u(n)；驻波补偿电路对输入基带复信号x进行延迟处理，并将延迟结果输出给复数FIR滤波器，对延迟后的基带复信号x进行滤波，得到驻波补偿电路输出v(n)；基带复信号x经固定时延电路后与上述非线性补偿电路输出u(n)、驻波补偿电路输出v(n)相加得到预失真中间输出值z(n)，输出给温度补偿电路。漏压补偿电路以功放漏压Vds为查表地址，查表输出经线性插值后得到漏压补偿系数，和频率补偿电路输出相乘后得到漏压补偿输出y(n),即为预失真最终输出。
通过以上方案可知，本发明对传统数字预失真模型的改进包括以下几个方面：
一是在传统电记忆模型基础上，引入了短时记忆、中长记忆和长记忆，用于表征功率管热记忆，提高了预失真性能；
二是引入了用于驻波补偿电路，在大驻波情况下改善预失真性能；
三是引入了温度补偿电路、频率补偿电路和漏压补偿电路，补偿因功放温度、工作频率和漏压变化引起的预失真性能降低，扩展了预失真系数的适应范围，且以上三个补偿电路采用串联的连接方式，将影响预失真性能的多维参数优化问题分解为多个一维参数优化问题，降低了计算量，相比于传统数字预失真模型对外围偏置电路所引起的记忆效应将有更好的补偿作用。
附图说明
以下结合说明书附图对本发明的实施例进行说明。
图1是本发明所提出的数字预失真模型结构示意图。
图2是图1中预处理电路的结构示意图。
图3是图1中非线性补偿电路的结构示意图。
图4是图1中驻波补偿电路的结构示意图。
具体实施方式
参阅图1。在以下描述的优选实施例中，一种超短波功放数字预失真模型，包括：串联形成支路一的预处理电路和非线性补偿电路，作为支路二的固定延迟电路，作为支路三的驻波补偿电路，其中，预处理电路和非线性补偿电路串联，其输出u(n)和固定延迟电路输出、驻波补偿电路输出v(n)相加得到预失真中间输出z(n)。温度补偿电路，频率补偿电路和漏压补偿电路实现架构相同，对应连接各自的线性插值电路，采用串联方式连接，分别以温度、频率和功放漏压作为输入，查表输出经线性插值电路得到补偿系数，和前级输入相乘后输出给下一级。温度补偿电路，频率补偿电路和漏压补偿电路采用的温度补偿表、频率补偿表和漏压补偿表在生产时完成装备，工作过程中禁止更新。三条支路输出相加后依次通过温度补偿电路，频率补偿电路和漏压补偿电路；预处理电路对输入基带复信号x 求模得到幅度x_abs，利用x_abs生成一维查找表地址addr_1d、短时记忆SMT、中长记忆MMT和长记忆LMT，再利用x_abs和短时记忆SMT生成二维查找表地址addr_2d_S,利用x_abs和中长记忆MMT生成二维查找表地址addr_2d_M，利用x_abs和长记忆LMT生成二维查找表地址addr_2d_L，将一维查找表地址addr_1d、二维查找表地址addr_2d_S、addr_2d_M和addr_2d_L汇聚为地址总线addr_bus，输出给非线性补偿电路，同时，根据基带复信号x生成各种非线性模型项MD_1、MD_2，…，MD_K，并汇聚为模型项总线model_bus，输出给非线性补偿电路；非线性补偿电路从模型总线model_bus中选择一个模型项，输出给可变延迟单元进行延迟处理，同时从地址总线选择一个地址，输出给可变延迟单元进行延迟处理，利用延迟输出进行查表，查表输出进入复数乘法单元和对应的模型项相乘得到一个非线性补偿分量，所有的非线性补偿分量相加后得到非线性补偿电路输出u(n)。驻波补偿电路对输入基带复信号x进行延迟处理，并将延迟结果输出给复数FIR滤波器，对延迟后的基带复信号x进行滤波，得到驻波补偿电路输出v(n)。基带复信号x经固定时延电路后与上述非线性补偿电路输出u(n)、驻波补偿电路输出v(n)相加得到预失真中间输出值z(n)，输出给温度补偿电路。温度补偿电路以温度传感器输出T为查表地址，查表输出经线性插值后得到温度补偿系数，和z(n)相乘后输出给频率补偿电路；频率补偿电路以当前工作频率f为查表地址，查表输出经线性插值后得到频率补偿系数，和温度补偿电路输出相乘后得到频率补偿输出；漏压补偿电路以功放漏压Vds为查表地址，查表输出经线性插值后得到漏压补偿系数，和频率补偿电路输出相乘后得到漏压补偿输出y(n),即为预失真最终输出。
以下为本申请实施例中使用的英文缩写的全称和中文解释：
PRP: pre-process，预处理电路；
NLC: non-linear compensation，非线性补偿电路；
SWC: standwave compensation，驻波补偿电路；
LUT: look up table，查找表；
LUT1D：1-dimension LUT，一维查找表；
LUT2D：2-dimension LUT，二维查找表；
LI: linear interpolation，线性插值电路；
ABS: absolute，取模电路；
SMT: short
memory term，短记忆特征项；
MMT: middle memory term, 中长记忆表征项；
LMT: long memory term, 长记忆表征项；
MD_k：k-th model term，第k个模型项；
gen_addr1d:generate address of LUT1D,一维查找表地址生成电路；
gen_addr2d:generate address of LUT2D,二维查找表地址生成电路。
参阅图2。预处理电路PRP包括：取模电路ABS（absolute）、短记忆SMT、中长记忆MMT、长记忆LMT表征项生成电路，一维地址生成电路，三个二维地址生成电路和K个模型项生成电路，所有地址项汇聚成地址总线，所有模型项汇聚成模型总线，均连接到非线性补偿电路。以及K个非线性模型项生成电路的二维地址生成电路MD_1、MD_2，…,MD_K连接在取模电路ABS输入端与模型项总线model_bus之间。取模电路ABS求取输入的基带复信号x(n)模值，并将输出对应的基带复信号模值x_abs分别送入一维地址生成电路gen_addr1d和三个二维地址生成电路gen_addr2d。一维地址生成电路gen_addr1d以x_abs为输入，生成一维查表地址addr_1d。短记忆生成电路SMT以x_abs为输入，生成表征功放短时记忆特征值SMT（short memory term）的特征分量。中长记忆生成电路MMT以x_abs为输入，生成表征功放中长记忆表征值MMT（middle memory term）的特征分量。长记忆生成电路LMT以x_abs为输入，生成表征功放长记忆表征值LMT（long memory term）的特征分量。
所述一维查表地址addr_1d、短时记忆查找表地址addr_2d_S、中长记忆查找表地址addr_2d_M和长记忆查找表地址addr_2d_L汇聚到地址总线addr_bus，输出给所述非线性补偿电路NLC。
二维地址生成电路共有三个，第一个以x_abs和短时记忆特征分量作为输入，生成短时记忆二维查找表的查找地址addr_2d_S；第二个以x_abs和中长记忆特征分量作为输入，生成中长记忆二维查找表的查找地址addr_2d_M；第三个以x_abs和长记忆特征分量作为输入，生成长记忆二维查找表的查找地址addr_2d_L。
所述非线性模型项生成电路共有K个，以所述基带复信号x为输入，生成各种非线性模型项，并汇聚为模型项总线model_bus，输出给所述非线性补偿电路NLC。
如图3所示，非线性补偿电路以所述地址总线addr_bus和模型总线model_bus作为输入，包括若干个可独立配置的地址选择电路mux及其串联的可变延迟单元，查找表，若干个可独立配置的模型选择电路mux、复数乘法器和加法器，完成模型项系数和对应模型项的乘累加运算，得到非线性补偿输出u(n)。 其中，地址选择电路、可变延迟单元和模型选择电路配置由具体的预失真模型决定。
所述址选择电路mux从地址总线addr_bus中选择一个地址，输出给所述地址可变延迟单元，地址可变延迟单元对其地址选择电路输入的地址进行延迟处理，延迟处理结果输出给复数乘法单元，同时模型选择电路mux从模型总线model_bus中选择一个模型项，输出给所述模型可变延迟单元，对其输入的模型项进行延迟处理，延迟处理结果输出给复数乘法单元；复数乘法单元根据其地址可变延迟单元输入的一维查找表LUT1D、二维查找表LUT2D中的一维查表地址1-dimension LUT和二维查表地址2-dimension LUT，查表得到对应的非线性模型项系数，和经延迟输出的非线性模型项对应相乘，得到单个非线性补偿分量，并输出给加法器，加法器将各个非线性补偿分量进行相加处理，得到最终的非线性补偿分量u(n)。
如图4所示，驻波补偿电路包括一个用于生成驻波补偿分量v(n)的大动态可变时延单元和复数FIR滤波器，大动态可变延迟单元对输入基带复信号x(n)进行延迟处理，并将延迟结果输出给复数FIR滤波器，复数FIR滤波器对延迟后的基带复信号进行滤波，生成驻波补偿分量v(n)，经延迟对齐后的基带复信号x(n)、非线性补偿分量u(n)和驻波补偿分量v(n)相加得到预失真z(n)中间输出结果给环境温度补偿电路。
本发明实施例通过上述公开的电路实现架构，将传统数字预失真技术进行优化后应用到超短波功放，相对于传统数字预失真技术，在超短带宽、大驻波和功放漏压波动条件下，使得预失真仍可以正常工作，且保持较高的性能。
以上结合附图对本发明进行了详细描述，但需要指出的是，上述实例所描述的是仅为本发明的优选实例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。

Claims (10)

1.一种超短波功放数字预失真模型，包括：串联形成支路一的预处理电路和非线性补偿电路，作为支路二的固定延迟电路，作为支路三的驻波补偿电路，其特征在于：三条支路输出相加后依次通过温度补偿电路，频率补偿电路和漏压补偿电路；预处理电路对输入基带复信号x 求模得到幅度x_abs，利用x_abs生成一维、二维查找表地址；非线性补偿电路从模型总线model_bus中选择一个模型项，输出给可变延迟单元进行延迟处理，同时从地址总线选择一个地址，输出给可变延迟单元进行延迟处理，利用延迟输出进行查表，查表输出进入复数乘法单元和对应的模型项相乘得到一个非线性补偿分量，所有的非线性补偿分量相加后得到非线性补偿电路输出u(n)；驻波补偿电路对输入基带复信号x进行延迟处理，并将延迟结果输出给复数FIR滤波器，对延迟后的基带复信号x进行滤波，得到驻波补偿电路输出v(n)；基带复信号x经固定时延电路后与上述非线性补偿电路输出u(n)、驻波补偿电路输出v(n)相加得到预失真中间输出值z(n)，输出给温度补偿电路。
2.如权利要求1所述的超短波功放数字预失真模型，其特征在于：漏压补偿电路以功放漏压Vds为查表地址，查表输出经线性插值后得到漏压补偿系数，和频率补偿电路输出相乘后得到漏压补偿输出y(n),即为预失真最终输出。
3.如权利要求1所述的超短波功放数字预失真模型，其特征在于：预处理电路对输入基带复信号x 求模得到幅度x_abs，利用x_abs生成一维查找表地址addr_1d、短时记忆SMT、中长记忆MMT和长记忆LMT，再利用x_abs和短时记忆SMT生成二维查找表地址addr_2d_S,用x_abs和中长记忆MMT生成二维查找表地址addr_2d_M，用x_abs和长记忆LMT生成二维查找表地址addr_2d_L，将一维查找表地址addr_1d、二维查找表地址addr_2d_S、addr_2d_M和addr_2d_L汇聚为地址总线addr_bus，输出给非线性补偿电路，同时，根据基带复信号x生成各种非线性模型项MD_1、MD_2，…，MD_K，并汇聚为模型项总线model_bus，输出给非线性补偿电路。
4.如权利要求1所述的超短波功放数字预失真模型，其特征在于：温度补偿电路以温度传感器输出T为查表地址，查表输出经线性插值后得到温度补偿系数，和z(n)相乘后输出给频率补偿电路。
5.如权利要求1所述的超短波功放数字预失真模型，其特征在于：频率补偿电路以当前工作频率f为查表地址，查表输出经线性插值后得到频率补偿系数，和温度补偿电路输出相乘后得到频率补偿输出。
6.如权利要求1所述的超短波功放数字预失真模型，其特征在于：温度补偿电路，频率补偿电路和漏压补偿电路实现架构相同，对应连接各自的线性插值电路，采用串联方式连接，分别以温度、频率和功放漏压作为输入，查表输出经线性插值电路得到补偿系数，和前级输入相乘后输出给下一级。
7.如权利要求1所述的超短波功放数字预失真模型，其特征在于：温度补偿电路，频率补偿电路和漏压补偿电路采用的温度补偿表、频率补偿表和漏压补偿表，在生产时完成装备，工作过程中禁止更新。
8.如权利要求1所述的超短波功放数字预失真模型，其特征在于：预处理电路包括：取模电路ABS（absolute）、短记忆SMT、中长记忆MMT、长记忆LMT表征项生成电路，一维地址生成电路，三个二维地址生成电路和K个模型项生成电路，所有地址项汇聚成地址总线，所有模型项汇聚成模型总线，均连接到非线性补偿电路。
9.如权利要求8所述的超短波功放数字预失真模型，其特征在于：K个非线性模型项生成电路的二维地址生成电路MD_1、MD_2，…，MD_K连接在取模电路ABS输入端与模型项总线model_bus之间。
10.如权利要求9所述的超短波功放数字预失真模型，其特征在于：取模电路ABS求取输入的基带复信号x(n)模值，并将输出对应的基带复信号模值x_abs分别送入一维地址生成电路gen_addr1d和三个二维地址生成电路gen_addr2d；一维地址生成电路gen_addr1d以x_abs为输入，生成一维查表地址addr_1d；短记忆生成电路SMT以x_abs为输入，生成表征功放短时记忆特征值SMT的特征分量；中长记忆生成电路MMT以x_abs为输入，生成表征功放中长记忆表征值MMT的特征分量；长记忆生成电路LMT以x_abs为输入，生成表征功放长记忆表征值LMT的特征分量。
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