CN111010095B - 一种无线通信系统的宽带功放线性化处理方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及无线通信技术领域，公开了一种无线通信系统的宽带功放线性化处理方法及系统，以提高无线通信系统的效率，保证通信质量；该方法包括获取待处理的无线通信系统的输入的数字基带调制信号，并对数字基带调制信号进行滤波处理；对滤波处理后的数字基带调制信号进行预失真处理；对预失真处理后的数字基带调制信号进行放大后输出。

Description

一种无线通信系统的宽带功放线性化处理方法及系统

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，尤其涉及一种无线通信系统的宽带功放线性化处理方法及系统。

背景技术

无线通信系统发信机通常采用数字基带调制信号进行数字衰减线性放大，然后上变频至射频信号驱动宽带功率放大器，信号经过高增益模拟运放放大后进行辐射。在该过程中，数字基带调制信号为宽带通信信号，功率放大器为宽带响应系统，在功放过程中会产生一定程度的非线性失真，进一步由于存在幅度畸变和相位失真的情况，幅度畸变导致发信机辐射功率不平坦，信号强度变弱，系统效率变低，极限传输距离变短，数据传输速率变低；相位失真导致收信机相关性变差，星座失锁，误码率增大，数据易丢失，因此，会导致整个无线通信系统效率降低以及通信质量变差。

因此，如何提高无线通信系统的效率，保证通信质量成为一个亟须解决的问题。

发明内容

本发明目的在于提供一种无线通信系统的宽带功放线性化处理方法及系统，以提高无线通信系统的效率，保证通信质量。

为实现上述目的，本发明提供了一种无线通信系统的宽带功放线性化处理方法，包括：

获取待处理的无线通信系统的输入的数字基带调制信号，并对所述数字基带调制信号进行滤波处理；

对滤波处理后的数字基带调制信号进行预失真处理；

对预失真处理后的所述数字基带调制信号进行放大后输出。

优选地，所述对滤波处理后的带宽调制信号进行预失真处理包括：

计算数字基带调制信号的同向分量和正交分量，将所述同向分量和正交分量转换为数字基带调制信号的幅度分量和相位分量；

根据所述幅度分量建立索引地址，从预设的幅度表和相位表中查找相应幅度增益和相位增益；

根据所述幅度增益计算数字基带调制信号预失真后的幅度分量；根据所述相位增益计算数字基带调制信号预失真后的相位分量；

将所述预失真后的幅度分量和所述预失真后的相位分量输入宽带功率放大器，并获取所述功率放大器输出的反馈幅度分量和反馈相位分量；

根据所述预失真后的幅度分量和反馈幅度分量计算幅度误差，根据所述预失真后的相位分量和所述反馈相位分享计算相位误差；

根据所述幅度误差和幅度和所述预失真后的幅度分量计算幅度补偿系数，根据所述相位误差和所述预失真后的相位分量计算相位补偿系数；

分别根据所述幅度补偿系数进行幅度补偿，根据所述相位补偿系数进行相位补偿以实现预失真处理。

优选地，所述将所述同向分量和正交分量转换为数字基带调制信号的幅度分量和相位分量包括：

根据所述同向分量和所述正交分量构建直角坐标，并将所述直角坐标转换为极坐标，根据所述极坐标得到所述幅度分量和所述相位分量。

作为一个总的发明构思，本发明还提供一种无线通信系统的宽带功放线性化处理系统，包括：

数字基带，用于获取待处理的无线通信系统的输入的数字基带调制信号；

滤波器，用于对所述数字基带调制信号进行滤波处理；

预失真器，用于对滤波处理后的数字基带调制信号进行预失真处理；

宽带功率放大器，用于对预失真处理后的所述数字基带调制信号进行放大后输出。

优选地，所述预失真器包括：

第一单元，用于计算数字基带调制信号的同向分量和正交分量，将所述同向分量和正交分量转换为数字基带调制信号的幅度分量和相位分量；

第二单元，用于根据所述幅度分量建立索引地址，从预设的幅度表和相位表中查找相应幅度增益和相位增益；

第三单元，用于根据所述幅度增益计算数字基带调制信号预失真后的幅度分量；根据所述相位增益计算数字基带调制信号预失真后的相位分量；

第四单元，用于将所述预失真后的幅度分量和所述预失真后的相位分量输入宽带功率放大器，并获取所述功率放大器输出的反馈幅度分量和反馈相位分量；

第五单元，用于根据所述预失真后的幅度分量和反馈幅度分量计算幅度误差，根据所述预失真后的相位分量和所述反馈相位分享计算相位误差；

第六单元，用于根据所述幅度误差和幅度和所述预失真后的幅度分量计算幅度补偿系数，根据所述相位误差和所述预失真后的相位分量计算相位补偿系数；

第七单元，用于分别根据所述幅度补偿系数进行幅度补偿，根据所述相位补偿系数进行相位补偿以实现预失真处理。

本发明具有以下有益效果：

本发明提供的一种无线通信系统的宽带功放线性化处理方法及系统，该方法包括获取待处理的无线通信系统的输入的数字基带调制信号，并对数字基带调制信号进行滤波处理；对滤波处理后的数字基带调制信号进行预失真处理；对预失真处理后的数字基带调制信号进行放大后输出；该无线通信系统的宽带功放线性化处理方法通过对滤波处理后的数字基带调制信号进行预失真处理，通过减小功率放大器在非线性区运行时产生的失真使得功率放大器效率得到提升，可以提高无线通信系统的效率，保证通信质量。

下面将参照附图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明优选实施例的无线通信系统的宽带功放线性化处理方法流程图；

图2是本发明优选实施例的无线通信系统的系统预失真校正架构示意图；

图3是本发明优选实施例的原始信号解调星座图；

图4是本发明优选实施例的失真信号解调星座图；

图5是本发明优选实施例的失真相干相位补偿解调星座图；

图6是本发明优选实施例的预失真后解调星座图；

图7是本发明优选实施例的功率谱密度曲线比较图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。

系统线性化程度是评估通信系统设计性能关键要素，而在实际情况中，数字通信系统中在一定程度上都非线性失真，为了减小这种非线性化带来的影响，通常需要人为引入一个特性与包括功放在内的非线性系统恰好相反的系统的技术，即，预失真技术(PD)，通过预失真对于原有非线性系统进行放大增益和相位补偿，确保系统的稳定性，具有较大频率宽度。

通常该类预失真系统设计难度大，在数字通信系统中非线性失真来自于宽带功率放大器引入非线性失真，为了简化真实通信系统硬件设计复杂度，本发明采用了数字预失真技术对宽带功率放大器的各种工作状态进行预失真系数优化，存入地址查找表，实现固定字长通信信号的幅相补偿，搭建系统预失真校正平台。具体如下。

实施例1

如图1所示，本实施例提供一种无线通信系统的宽带功放线性化处理方法，包括：

获取待处理的无线通信系统的输入的数字基带调制信号，并对数字基带调制信号进行滤波处理；

对滤波处理后的数字基带调制信号进行预失真处理；

对预失真处理后的数字基带调制信号进行放大后输出。

上述的无线通信系统的宽带功放线性化处理方法，通过对滤波处理后的数字基带调制信号进行预失真处理，可以提高无线通信系统的效率，保证通信质量。

作为本实施例的优选实施方式，对滤波处理后的带宽调制信号进行预失真处理包括：

计算数字基带调制信号的同向分量和正交分量，将同向分量和正交分量转换为数字基带调制信号的幅度分量和相位分量；

根据幅度分量建立索引地址，从预设的幅度表和相位表中查找相应幅度增益和相位增益；

根据幅度增益计算数字基带调制信号预失真后的幅度分量；根据相位增益计算数字基带调制信号预失真后的相位分量；

将预失真后的幅度分量和预失真后的相位分量输入宽带功率放大器，并获取功率放大器输出的反馈幅度分量和反馈相位分量；

根据预失真后的幅度分量和反馈幅度分量计算幅度误差，根据预失真后的相位分量和反馈相位分享计算相位误差；

根据幅度误差和幅度和预失真后的幅度分量计算幅度补偿系数，根据相位误差和预失真后的相位分量计算相位补偿系数；

分别根据幅度补偿系数进行幅度补偿，根据相位补偿系数进行相位补偿以实现预失真处理。

作为本实施例优选的实施方式，将同向分量和正交分量转换为数字基带调制信号的幅度分量和相位分量包括：根据同向分量和正交分量构建直角坐标，并将直角坐标转换为极坐标，根据极坐标得到幅度分量和相位分量。

具体地，假设预失真器地传输函数为F_v，功率放大器的传输特性函数为G_v，调整预失真器的传输函数，可得：

F_v·G_v＝C；

式中，C表示宽带功放的线性增益常数，即实现数字基带调制信号无失真放大传输。

数字预失真器采用极坐标查找表的预失真处理技术，输入信号为数字基带调制信号同相分量I和正交分量Q，通过直角坐标和极坐标转换得到信号的幅度分量A_i和相位分量θ_i；对A_i量化做地址索引，从幅度表和相位表中查找相应幅度增益和相位增益，从而实现对输入数字基带调制信号的幅度与相位的预补偿，得到数字基带调制信号预失真后的幅度的关系式和相位分量的关系式为：

A_d＝F_v(A_i)；

θ_d＝θ_i-F_θ(A_i)；

式中，F_v和F_θ分别表示幅度传输函数和相位传输函数，A_d和θ_d分别表示数字基带调制信号预失真后的幅度分量和相位分量。预失真后的信号经过数模转换和上变频传递到宽带功率放大器的输入端，同时宽带功率放大器的输出经过下变频和模数转换反馈到数字预失真器。则宽带功放输出端的反馈幅度分量A_o和相位分量θ_o可表示为：

A_o＝G_v(A_d)；

θ_o＝G_θ(A_d)+θ_d；

式中，G_v表示非线性宽带功放的AM/PM，G_θ表示为非线性宽带功放的AM/PM的传递函数。通过比较宽带功率放大器的输出端的反馈信号和输入信号，可以得到幅度误差e_A和相位误差e_θ分别为：

e_A＝A_i-A_o；

eθ＝θ_i-θ_o；

使用最小二乘法可以得到幅度和相位更新方程：

F_v(A_i)_n+1＝F_v(A_i)_n+μ_A·e_A；

F_θ(A_i)_n+1＝F_θ(A_i)_n+μ_θ·e_θ；

上式中，μ_A表示幅度补偿系数，μ_θ表示相位补偿系数。

需要说明的是，模拟仿真通信信号，宽带功放线性度不佳导致发射功率不足，信号幅度失真与相位失真严重影响了通信性能，此时在数字信号处理板加载预失真器进行校正，可以在很大程度上改善功放线性度不足问题。由于传统基于查找表的预失真器技术需要实时馈源(功放输出级)，适用于窄带小信号的处理，当功率超过30dBm时，需要引入衰减器一类非线性系统，此时所构成的预失真闭环很可能不再单纯表示功放输出级的恒定输出，大大增加了建模复杂度；宽带功放由于元器件限制，带外抑制比不足，带内信号稳定度不强，导致在不同频率输出的功率出现不规律的起伏明显，此时加载预失真器很容易失锁或过载。

针对固定字长发信机收发带宽相对固定，因此减少了表地址查询工作量，尽量少的进行参数表更新，在另一个可行的实施例中，通过上述方法经过多次累计得到幅度相位步骤，可以进一步搭建系统预失真校正平台。通过搭建系统预失真校正平台，可以快速进行预失真调整，大大降低发信机失真所引发干扰效果变差的影响，校正后无需动态生成更新预失真参数表，稳定性强；且校正平台针对固定字长信号系统解耦，降低系统复杂度，可对宽带功放覆盖带宽内各频点进行预失真校正，能实现一次测量计算生成固定长度预失真查找表，可以按照数据位分别进行补偿稳定输出提升宽带功放带内响应信噪比，进而提升通信质量。在系统预失真模块搭建过程中，信号处理板单独开放接收回路反馈信号采集，生成预失真表，用于设备单独功放预失真补偿参考，稳定输出功率。由于采用宽带功放影响，采用宽带步进扫频模式进行二维查找表搭建，查找表包括频率、表地址、功放输出强度，系统预失真校正架构如图2所示。

具体地，以输入信号为16QAM基带信号，码速率为1MHz，仿真长度1000，成型滤波器是滚降系数为α＝0.8的升余弦滤波器，宽带功放采用低通无效记忆Saleh模型为例进行举例说明。其原始信号如图3所示。

其AM/AM和AM/PM传递函数表达式如下：

式中，G_v(A)表示非线性宽带功放的AM/AM，α_A、β_A表示模型中的两个拟合参数，A表示幅度分量；

G_θ(A)表示非线性宽带功放的AM/PM的传递函数，α_θ、β_θ表示模型中的两个拟合参数；

令α_A＝2，β_A＝2，α_θ＝1，β_θ＝1。失真信号的星座图如图4所示，图4中(In-phase表示同相相位，Quadrature表示正交相位，Scatter plot表示星座图)，已经发生明显畸形，此时接收机进行相干相位补偿如图5所示，星座图畸变依旧严重。而经预失真校正后的信号星座图可真实还原原始信号如图6所示。如图7所示，经预失真校正后的信号ACPR参数提升20dB，与原始信号基本重叠，有效校正了系统带内失真和带外失真，提升发信机信号还原度，解决功放的射频失真。

实施例2

与上述方法实施例相对应地，本实施例提供一种无线通信系统的宽带功放线性化处理系统，包括：

数字基带，用于获取待处理的无线通信系统的输入的数字基带调制信号；

滤波器，用于对所述数字基带调制信号进行滤波处理；

预失真器，用于对滤波处理后的数字基带调制信号进行预失真处理；

宽带功率放大器，用于对预失真处理后的所述数字基带调制信号进行放大后输出。

上述各器件的执行步骤在上述实施例1中均已详细说明，此处，不多做赘述。

值得强调的是，本发明提供的无线通信系统的宽带功放线性化处理方法适用于各种类型的无线通信系统，本发明并不对其适用的具体类型做具体限定。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，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保护范围之内。

Claims (3)

1.一种无线通信系统的宽带功放线性化处理方法，其特征在于，包括：

获取待处理的无线通信系统的输入的数字基带调制信号，并对所述数字基带调制信号进行滤波处理；

对滤波处理后的数字基带调制信号进行预失真处理；

对预失真处理后的所述数字基带调制信号进行放大后输出；

所述对滤波处理后的带宽调制信号进行预失真处理包括：

计算数字基带调制信号的同向分量和正交分量，将所述同向分量和正交分量转换为数字基带调制信号的幅度分量和相位分量；

根据所述幅度分量建立索引地址，从预设的幅度表和相位表中查找相应幅度增益和相位增益；

根据所述幅度增益计算数字基带调制信号预失真后的幅度分量；根据所述相位增益计算数字基带调制信号预失真后的相位分量；

将所述预失真后的幅度分量和所述预失真后的相位分量输入宽带功率放大器，并获取所述功率放大器输出的反馈幅度分量和反馈相位分量；

根据所述预失真后的幅度分量和反馈幅度分量计算幅度误差，根据所述预失真后的相位分量和所述反馈相位分量 计算相位误差；

根据所述幅度误差和幅度和所述预失真后的幅度分量计算幅度补偿系数，根据所述相位误差和所述预失真后的相位分量计算相位补偿系数；

分别根据所述幅度补偿系数进行幅度补偿，根据所述相位补偿系数进行相位补偿以实现预失真处理。

2.根据权利要求1所述的无线通信系统的宽带功放线性化处理方法，其特征在于，将所述同向分量和正交分量转换为数字基带调制信号的幅度分量和相位分量包括：

根据所述同向分量和所述正交分量构建直角坐标，并将所述直角坐标转换为极坐标，根据所述极坐标得到所述幅度分量和所述相位分量。

3.一种无线通信系统的宽带功放线性化处理系统，其特征在于，包括：

数字基带，用于获取待处理的无线通信系统的输入的数字基带调制信号；

滤波器，用于对所述数字基带调制信号进行滤波处理；

预失真器，用于对滤波处理后的数字基带调制信号进行预失真处理；

宽带功率放大器，用于对预失真处理后的所述数字基带调制信号进行放大后输出；

所述预失真器包括：

第一单元，用于计算数字基带调制信号的同向分量和正交分量，将所述同向分量和正交分量转换为数字基带调制信号的幅度分量和相位分量；

第二单元，用于根据所述幅度分量建立索引地址，从预设的幅度表和相位表中查找相应幅度增益和相位增益；

第三单元，用于根据所述幅度增益计算数字基带调制信号预失真后的幅度分量；根据所述相位增益计算数字基带调制信号预失真后的相位分量；

第四单元，用于将所述预失真后的幅度分量和所述预失真后的相位分量输入宽带功率放大器，并获取所述功率放大器输出的反馈幅度分量和反馈相位分量；

第五单元，用于根据所述预失真后的幅度分量和反馈幅度分量计算幅度误差，根据所述预失真后的相位分量和所述反馈相位分量 计算相位误差；

第六单元，用于根据所述幅度误差和幅度和所述预失真后的幅度分量计算幅度补偿系数，根据所述相位误差和所述预失真后的相位分量计算相位补偿系数；

第七单元，用于分别根据所述幅度补偿系数进行幅度补偿，根据所述相位补偿系数进行相位补偿以实现预失真处理。

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