CN113364473B - 一种数字预失真装置及发射机 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种数字预失真装置及发射机，该数字预失真装置包括数字下变频电路、信号强度获取电路以及数字预失真器，数字下变频电路用于接收第一反馈信号，并将第一反馈信号转换成第二反馈信号，第一反馈信号的频率大于第二反馈信号的频率；信号强度获取电路用于获取第二反馈信号的功率，第二反馈信号包括至少两个有效信号以及有效信号之间的互调分量；数字预失真器用于根据第二反馈信号的功率，进行预失真处理，以降低输出信号中非线性产物的功率，并输出第一中频信号；非线性产物为有效信号之间的互调分量。通过上述方式，本申请能够将非线性产物的功率长时间保持在较低水平，有效抑制干扰，提高抗干扰性。

Description

一种数字预失真装置及发射机

技术领域

本申请涉及通信技术领域，具体涉及一种数字预失真装置及发射机。

背景技术

通信系统的发射机由于硬件的非线性会产生明显的非线性产物，例如三阶互调(IM3，Three order Intermodulation)，而频谱资源是有限且用于主信号的，在规定范围外产生非线性产物会影响其他用户合法使用频谱资源，从而导致发射机无法使用于商业环境中。

在实际应用中，为一定程度上消除非线性产物，使得其不影响其他频段的用户使用，常采用预失真技术，当前主要采用DPD(Digtal Pre-Distortion)，DPD为校正发射机非线性失真的技术，使用反馈数据与前向数据进行计算和系数迭代，通过矩阵修正下行非线性，但在非线性指标接近极限值时，DPD的校正效果可能会在极限值附近跳动若干dB，可能会使非线性指标有一定波动。

本申请的发明人在长期研发中发现，现有技术可采用快速傅里叶变换(FFT，FastFourier Transformation)采集反馈数据或者使用下行特殊数据进行发射机非线性评估；当前分析陆上集群无线电(TETRA，Trans European Trunked Radio)发射机的非线性产物的主要方式为使用频谱仪或采集小量数据后进行FFT分析，但使用频谱仪需要搭建环境并且外场无法使用，使用FFT分析又由于数据采集量有限致使分析误差较大。当前发射机通常会使用中央处理器(CPU，Central Processing Unit)与现场可编程门阵列(FPGA，FieldProgrammable Gate Array)的架构，在CPU内进行FFT运算，在FPGA内进行数据采集，采集的数据量较大时将使得传输和运算的延时增加，一帧的数据计算延时可达百毫秒级别。

发明内容

本申请主要解决的问题是提供一种数字预失真装置及发射机，能够将非线性产物的功率长时间保持在较低水平，有效抑制干扰，提高抗干扰性。

为解决上述技术问题，本申请采用的技术方案是提供一种数字预失真装置，该数字预失真装置包括：数字下变频电路、信号强度获取电路以及数字预失真器，数字下变频电路用于接收第一反馈信号，并将第一反馈信号转换成第二反馈信号，其中，第一反馈信号的频率大于第二反馈信号的频率；信号强度获取电路与数字下变频电路连接，用于获取第二反馈信号的功率，其中，第二反馈信号包括至少两个有效信号以及有效信号之间的互调分量；数字预失真器与信号强度获取电路连接，用于根据第二反馈信号的功率，进行预失真处理，以降低输出信号中非线性产物的功率，并输出第一中频信号；其中，非线性产物为有效信号之间的互调分量。

为解决上述技术问题，本申请采用的另一技术方案是提供一种发射机，该发射机包括数字预失真装置、发射电路以及反馈电路，数字预失真装置用于对输入信号进行预失真处理，并将处理后的信号发送至发射电路，发射电路用于接收数字预失真装置输出的信号，并进行处理，输出信号至反馈电路，反馈电路用于对发射电路输出的信号进行处理，并输出处理结果至数字预失真装置，其中，数字预失真装置为上述的数字预失真装置。

通过上述方案，本申请的有益效果是：该数字预失真装置包括数字下变频电路、信号强度获取电路以及数字预失真器，数字下变频电路用于将中频的第一反馈信号转换成低速率的第二反馈信号；信号强度获取电路用于获取低速率的第二反馈信号中的非线性产物的功率；数字预失真器用于根据非线性产物的功率，进行预失真处理，以降低输出信号中非线性产物的功率，能够将非线性产物的功率用于数字预失真器决策，减少数字预失真器的迭代次数，以便将非线性产物的功率长时间保持在较低水平，有效抑制干扰，提高抗干扰性。

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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。其中：

图1是本申请提供的数字预失真装置一实施例的结构示意图；

图2是本申请提供的数字预失真装置另一实施例的结构示意图；

图3是本申请提供的发射机一实施例的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性的劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

参阅图1，图1是本申请提供的数字预失真装置一实施例的结构示意图，该数字预失真装置包括：数字下变频电路11、信号强度获取电路12以及数字预失真器13。

数字下变频电路11用于接收第一反馈信号，并将第一反馈信号转换成第二反馈信号；其中，第一反馈信号的频率大于第二反馈信号的频率。

该第一反馈信号可为模数转换器(图中未示出)采集到的中频数字信号，数字下变频电路11在接收到第一反馈信号之后，对第一反馈反馈信号进行下变频处理，得到低速率的第二反馈信号，该第一反馈信号可包含多种信号。

信号强度获取电路12与数字下变频电路11连接，其用于获取第二反馈信号的功率；其中，第二反馈信号包括至少两个有效信号以及有效信号之间的互调分量，该有效信号可用来与其他非干扰信号合成新的信号，至少两个有效信号经过非线性器件(图中未示出)时相互作用产生的互调分量可能会对有效信号造成干扰，使得有效信号的频谱与互调分量的频谱混叠。

信号强度获取电路12用于接收数字下变频电路11输出的低频的第二反馈信号，对第二反馈信号的功率进行统计，可以得到第二反馈信号中两个有效信号以及有效信号之间的互调分量，从而计算出第二反馈信号中两个有效信号与其互调分量之间的功率差值。

数字预失真器13与信号强度获取电路12连接，其用于根据第二反馈信号的功率，进行预失真处理，以降低输出信号中非线性产物的功率，并输出第一中频信号；其中，非线性产物为有效信号之间的互调分量。

数字预失真器13接收信号强度获取电路12输出的第二反馈信号所包含的信号的功率值，将功率值用于数字预失真器13进行迭代决策，以加快数字预失真器13迭代的速率，使得数字预失真器13的处理时间缩短，以便于长时间保持在稳定的状态；例如，现有数字预失真装置达到稳定状态，需要迭代20次，而本实施例在判决参数中引入非线性产物的功率，加快了迭代的速度，可能迭代15次时，数字预失真装置便可达到稳定状态，将稳定状态的时间延长。

本实施例提供了一种数字预失真装置，该数字预失真装置包括数字下变频电路11、信号强度获取电路12以及数字预失真器13，数字下变频电路11用于将中频的第一反馈信号转换成低速率的第二反馈信号；信号强度获取电路12用于获取低速率的第二反馈信号中的非线性产物的功率；数字预失真器13用于根据非线性产物的功率，进行预失真处理，以降低输出信号中非线性产物的功率，能够将非线性产物的功率用于数字预失真器13决策，减少数字预失真器13的迭代次数，以便将非线性产物的功率长时间保持在较低水平，有效抑制干扰，提高抗干扰性。

参阅图2，图2是本申请提供的数字预失真装置另一实施例的结构示意图，该数字预失真装置包括：数字下变频电路11、信号强度获取电路12以及数字预失真器13。

数字下变频电路11用于接收第一反馈信号，并将第一反馈信号转换成第二反馈信号；其中，第一反馈信号的频率大于第二反馈信号的频率。

进一步地，数字下变频电路11包括：第一振荡器111、第一混频器112以及第一滤波器113；第一振荡器111用于产生数字振荡信号，其可以为数控振荡器(NCO，NumericalControl Oscillator)，NCO可产生正交的正弦和余弦样本。

第一混频器112与第一振荡器111连接，其用于对第一反馈信号和数字振荡信号进行混频处理，以得到第二反馈信号；第一混频器112为数字混频器，能够将第一反馈信号和NCO输出的信号相乘，得到低速率的第二反馈信号。

第一滤波器113与第一混频器112连接，其用于对第二反馈信号进行滤波；第一滤波器113能够对第一混频器112输出的信号进行滤波，得到比较干净的低速率数字信号。

信号强度获取电路12与数字下变频电路11连接，其用于获取第二反馈信号的功率；其中，第二反馈信号包括至少两个有效信号以及有效信号之间的互调分量。

数字预失真器13与信号强度获取电路12连接，其用于根据第二反馈信号的功率，进行预失真处理，以降低输出信号中非线性产物的功率，并输出第一中频信号；其中，非线性产物为有效信号之间的互调分量，该非线性产物包括有效信号之间的三阶互调分量或五阶互调分量。

数字预失真装置可应用于发射机中，发射机中某些器件分别与数字预失真器13以及第一混频器112连接，形成一个闭环结构，使得数字预失真器13不断进行迭代，直至输出的信号符合要求，降低发射机的非线性失真。

进一步地，为了缩短数字预失真器13的迭代时间，数字预失真器13存储有效信号的频率、有效信号的功率、非线性产物的功率以及有效信号与非线性产物之间的功率差值的映射表。该映射表中数据的获取方式为数字预失真器13检测其输出的信号中非线性产物的功率，并在输出信号中的有效信号与非线性产物之间的功率差值的变化量在预设范围内时，停止迭代，并将迭代过程中非线性产物的功率的最小值作为映射表中非线性产物的功率。

在一具体的实施例中，在不同的载波频率间隔以及不同的载波功率下，信号强度获取电路12测量出非线性产物以及有效信号的功率，从而得到非线性产物以及有效信号的功率差值，建立对应的映射表并可将其存储在数字预失真器13中。例如，载波频率为100MHz，载波间隔为200KHz，两个载波频率分别为100MH+200KHz和100MH-200KHz，载波功率为20W，数字预失真器13在经过多次迭代后，三阶互调分量的功率值分别稳定在为-70dBc和-76dBc左右，将此数据存储在数字预失真器13中，以便于以相同的载波频率和功率发射信号时，可以直接调用此数据进行迭代决策，以减少迭代次数。

数字预失真器13还用于根据映射表中有效信号与非线性产物之间的功率差值确定预设第一阈值以及预设第二阈值，以判定是否进行迭代，在检测到其输出信号中的有效信号与非线性产物之间的功率差值小于预设第一阈值时，停止迭代；在输出信号中有效信号与非线性产物之间的功率差值大于预设第二阈值时，继续迭代，直至有效信号与非线性产物之间的功率差值小于预设第一阈值；其中，预设第一阈值与预设第二阈值分别与映射表中非线性产物的功率正相关，预设第一阈值小于预设第二阈值。

在一具体的实施例中，有效信号包括第一中频信号以及第二中频信号，第一中频信号为第一载波信号被数字基带信号调制后产生的信号，第二中频信号为第二载波信号被数字基带信号调制后产生的信号。

例如，对于双载波基站来说，载波信号的频率分别为f1和f2，非线性产物为三阶互调分量，三阶互调分量包括2f1-f2和2f2-f1，在获取映射表中的三阶互调分量的功率时，记录两个三阶互调分量中功率较大值的极小值，即如果三阶互调分量2f1-f2的功率大于三阶互调分量2f2-f1的功率，则记录三阶互调分量2f1-f2的功率，假设初始时三阶互调分量2f1-f2与有效信号f1、f2的幅度差值为-20dB，在迭代10次后，它们的功率差值稳定在-70dB左右，将-70dB作为映射表中有效信号与非线性产物之间的功率差值A，从而可根据功率差值A确定预设第一阈值A-B和预设第二阈值A-C的值，功率值B和C可根据需要进行设定，假设第一阈值A-B为-75dB，第二阈值A-C为-72dB，在发射时，由于-70dB大于-75dB，则继续迭代5次，记录这五次中功率差值的最小值，比如-73.5dB。

可以理解地，本实施例中映射表中的数据还可以为相邻信道功率比(ACPR，Adjacent Channel Power Ratio)，并可以将三阶互调分量、五阶互调分量以及ACPR联合起来作为一个综合指标，以供数字预失真器13决策。

本实施例可以在CPU和PFGA的架构下以更小延时获得准确的非线性产物的功率用于数字预失真器13决策，通过预先建立映射表来解决有效信号与非线性产物的功率差值达到指标值后产生波动的问题，利用硬件的缓变特性，少进行迭代，长时间保持较好的校正效果，同时还可节省仪器开销且便于自动化控制。

参阅图3，图3是本申请提供的发射机一实施例的结构示意图，该发射机包括数字预失真装置10、发射电路20以及反馈电路30。

数字预失真装置10用于对输入信号进行预失真处理，并将处理后的信号发送至发射电路20，发射电路20用于接收数字预失真装置10输出的信号，并进行处理，输出信号至反馈电路30，反馈电路30用于对发射电路20输出的信号进行处理，并输出处理结果至数字预失真装置10，其中，数字预失真装置10的具体结构与上述实施例中相同，在此不再赘述。

进一步地，发射电路20包括：数模转换器21、第二振荡器22、第二混频器23、第二滤波器24、功率放大器25、耦合器26以及天线27。

数模转换器21与数字预失真装置10连接，其用于将数字预失真装置10输出的第一中频信号转换成第二中频信号；在一具体的实施例中，数模转换器21与数字预失真器13的输出端连接，将数字预失真器13输出的数字信号变成模拟信号。

第二振荡器22用于产生本地振荡信号，第二振荡器22可为压控振荡器，该本地振荡信号为模拟信号。

第二混频器23分别与数模转换器21以及第二振荡器22连接，其用于对第二中频信号和本地振荡信号进行混频，以得到第一射频信号；第二混频器23为模拟混频器，对第二振荡器22输出的信号与数模转换器21输出的信号进行上变频，得到频率更高的信号。

第二滤波器24与第二混频器23的输出端连接，其用于对第二混频器23输出的信号进行滤波，以得到第一射频信号；第二滤波器24为模拟滤波器，混频后产生的信号中可能夹杂干扰信号，可采用第二滤波器24来滤除，从而得到干净的第一射频信号。

功率放大器25与第二滤波器24连接，其用于对第一射频信号进行放大，以得到第二射频信号；功率放大器25可将第二混频器23输出的信号的功率放大至适于发射。

耦合器26与功率放大器25连接，其用于对功率放大器25输出的信号进行耦合，以输出第二射频信号和第三反馈信号；耦合器26的输出有两路，一路是将第二发射信号发送至天线27，另一路是将部分第二发射信号作为反馈信号，发送至反馈电路30。

天线27与耦合器26连接，其用于接收耦合器26输出的第二射频信号。

反馈电路30包括模数转换器31，模数转换器31分别与耦合器26以及数字预失真装置10连接，其用于将第三反馈信号转换成第一反馈信号，并输入至数字预失真装置10。在一具体的实施例中，模数转换器31分别与第一混频器112与数字预失真器13连接，其可将反馈回来的部分射频信号采集为数字信号，并提供给第一混频器112与数字预失真器13进行处理。

在其他实施例中，耦合器26还可以通过双工器28与天线27连接，双工器28可以将发射信号与接收信号隔离，以保证接收和发射能正常工作，互不干扰。

在扫描时间内，利用数字预失真装置10进行非线性产物幅度检测，该扫描时间由物理层信号模式决定，同时可结合实际需求进行调整；由于通道数量可以为多个，还可根据通道信息等控制信息，确定记录哪个通信的非线性产物幅度；还可根据使能信号确定是否开启预失真的功能，比如，使能信号为1时，开启预失真功能，使能信号为0时，不使用预失真功能。

在一具体的实施例中，每个通道为双载波发射，三阶互调分量与有效信号之间的功率差值的指标为-70dBc，载波频率间隔为200KHz，设定第一阈值和第二阈值为-75dBc和-72dBc，扫频方式为±200KHz交替，扫描时间为一个时隙14.167ms，数字预失真器13进行迭代直至达到稳定状态，并一直检测非线性产物的功率是否符合要求，如果当前非线性产物的功率升高，则恢复迭代直至达到稳定状态，使得非线性产物的功率符合要求。

通过发射机的反馈电路30进行扫频，并结合发射帧格式灵活控制扫频时长，将可靠的非线性产物幅度低延时的报给数字预失真器13进行迭代决策；对于通信系统中的发射机，可以使得非线性产物的幅度长时间保持在较低水平，且相比传统接收机的扫频方案，可以节约仪器使用，降低物料及人力成本，且方便自动化远程监控。

上仅为本申请的实施例，并非因此限制本申请的专利范围，凡是利用本申请说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本申请的专利保护范围内。

Claims (9)

1.一种数字预失真装置，其特征在于，包括：

数字下变频电路，用于接收第一反馈信号，并将所述第一反馈信号转换成第二反馈信号，其中，所述第一反馈信号的频率大于所述第二反馈信号的频率；

信号强度获取电路，与所述数字下变频电路连接，用于获取所述第二反馈信号的功率，其中，所述第二反馈信号包括至少两个有效信号以及所述有效信号之间的互调分量；

数字预失真器，与所述信号强度获取电路连接，用于根据所述第二反馈信号的功率，进行预失真处理，以降低输出信号中非线性产物的功率，并输出第一中频信号；

其中，所述非线性产物为所述有效信号之间的互调分量；在不同的载波频率间隔以及不同的载波功率下，采用所述信号强度获取电路测量非线性产物与有效信号的功率，得到非线性产物与有效信号的功率差值，建立对应的映射表并存储在所述数字预失真器中，以便以相同的载波频率和载波功率发射信号时，直接调用所述映射表进行迭代决策，以减少迭代次数，所述映射表包括所述有效信号的频率、所述有效信号的功率、所述非线性产物的功率以及所述有效信号与所述非线性产物之间的功率差值。

2.根据权利要求1所述的数字预失真装置，其特征在于，所述数字下变频电路包括：

第一振荡器，用于产生数字振荡信号；

第一混频器，与所述第一振荡器连接，用于对所述第一反馈信号和所述数字振荡信号进行混频处理，以得到所述第二反馈信号；

第一滤波器，与所述第一混频器连接，用于对所述第二反馈信号进行滤波。

3.根据权利要求1所述的数字预失真装置，其特征在于，

所述数字预失真器用于检测其输出的信号中所述非线性产物的功率，并在输出信号中的所述有效信号与所述非线性产物之间的功率差值的变化量在预设范围内时，停止迭代，并将迭代过程中所述非线性产物的功率的最小值作为所述映射表中所述非线性产物的功率。

4.根据权利要求3所述的数字预失真装置，其特征在于，

所述数字预失真器还用于根据所述映射表中所述有效信号与所述非线性产物之间的功率差值确定预设第一阈值以及预设第二阈值，以判定是否进行迭代，在检测到其输出信号中的所述有效信号与所述非线性产物之间的功率差值小于所述预设第一阈值时，停止迭代；在输出信号中所述有效信号与所述非线性产物之间的功率差值大于所述预设第二阈值时，继续迭代，直至所述有效信号与所述非线性产物之间的功率差值小于所述预设第一阈值，其中，所述预设第一阈值与所述预设第二阈值分别与所述映射表中所述非线性产物的功率正相关，所述预设第一阈值小于所述预设第二阈值。

5.根据权利要求1所述的数字预失真装置，其特征在于，

所述非线性产物包括所述有效信号之间的三阶互调分量或五阶互调分量。

6.根据权利要求1所述的数字预失真装置，其特征在于，

所述有效信号包括第一中频信号以及第二中频信号，所述第一中频信号为第一载波信号被数字基带信号调制后产生的信号，所述第二中频信号为第二载波信号被所述数字基带信号调制后产生的信号。

7.一种发射机，其特征在于，包括权利要求1-6中任一项所述的数字预失真装置、发射电路以及反馈电路，所述数字预失真装置用于对输入信号进行预失真处理，并将处理后的信号发送至所述发射电路，所述发射电路用于接收所述数字预失真装置输出的信号，并进行处理，输出信号至所述反馈电路，所述反馈电路用于对所述发射电路输出的信号进行处理，并输出处理结果至所述数字预失真装置，其中，在不同的载波频率间隔以及不同的载波功率下，采用所述信号强度获取电路测量非线性产物与有效信号的功率，得到非线性产物与有效信号的功率差值，建立对应的映射表并存储在所述数字预失真器中，以便以相同的载波频率和载波功率发射信号时，直接调用所述映射表进行迭代决策，以减少迭代次数，所述映射表包括所述有效信号的频率、所述有效信号的功率、所述非线性产物的功率以及所述有效信号与所述非线性产物之间的功率差值。

8.根据权利要求7所述的发射机，其特征在于，所述发射电路包括：

数模转换器，与所述数字预失真装置连接，用于将所述数字预失真装置输出的所述第一中频信号转换成第二中频信号；

第二振荡器，用于产生本地振荡信号；

第二混频器，分别与所述数模转换器以及所述第二振荡器连接，用于对所述第二中频信号和所述本地振荡信号进行混频；

第二滤波器，与所述第二混频器的输出端连接，用于对所述第二混频器输出的信号进行滤波，以得到第一射频信号；

功率放大器，与所述第二滤波器连接，用于对所述第一射频信号进行放大，以得到第二射频信号；

耦合器，与所述功率放大器连接，用于对所述功率放大器输出的信号进行耦合，以输出所述第二射频信号和第三反馈信号；

天线，与所述耦合器连接，用于接收所述耦合器输出的所述第二射频信号。

9.根据权利要求8所述的发射机，其特征在于，

所述反馈电路包括模数转换器，所述模数转换器分别与所述耦合器以及所述数字预失真装置连接，用于将所述第三反馈信号转换成所述第一反馈信号，并输入至所述数字预失真装置。

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