CN117254996A - 信号预失真补偿装置及收发机 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种信号预失真补偿装置及收发机，该装置包括发射通道，发射通道包括依次电连接的预失真处理单元、第一模拟滤波器以及功率放大器，其中，预失真处理单元用于对功率放大器的非线性失真进行补偿；发射通道还包括第一补偿单元，第一补偿单元电连接于预失真处理单元和功率放大器之间，第一补偿单元用于对第一模拟滤波器的带外衰减进行补偿，通过第一补偿单元对第一模拟滤波器的带外衰减进行补偿，扩展了整个通道的信号带宽，从而能够降低射频前端滤波器的带宽，进而能够实现低带宽下进行预失真的目的，解决了现有技术中预失真技术所导致的射频前端滤波器带宽增加的问题。

Description

信号预失真补偿装置及收发机

技术领域

本申请涉及信号预失真技术领域，具体而言，涉及一种信号预失真补偿装置及收发机。

背景技术

现代通信系统中对于速率、带宽以及输出功率要求越来越高。高带宽高速率要求采用更高阶的调制方式，比如16QAM，64QAM以及256QAM等，随之而来的是峰值平均功率比(峰均比，PAPR)越来越大，射频功率放大器(PA)的非线性和输出效率越来越差。PA的非线性是指随着PA的输入功率增大，PA的输出功率出现逐渐压缩，直至输出饱和的现象。非线性产生的原因主要是由于材料载流子迁移率降低，储能元件，发热，以及偶次谐波失配等导致的PA输出幅度和相位产生的非线性变化，主要包括幅度到幅度的失真(AM/AM)和幅度到相位的失真(AM/PM)等。PA的非线性会引起发射矢量幅度误差(EVM)增加，邻道泄露比(ALCR)和带外杂散增加，导致输出信噪比降低，输出频谱恶化。

一般采用预失真(PD)的方式来对PA的非线性进行补偿，包括模拟预失真(APD)和数字预失真(DPD)2种。不管采用APD还是DPD，都需要对原始基带信号进行预失真处理，从频域来看，也就是这会扩展原始信号的带宽。一般需要将频谱扩展3～5倍，才能有效的对信号进预失真。但是频谱的扩展需要增加模拟前端带宽，必将导致功耗和面积的增加，设计难度也大大增加。高带宽的射频模拟前端设计是PD技术的主要设计瓶颈之一；如何降低预失真中射频前端滤波器的带宽是现代通信技术的关键问题。

发明内容

本申请的主要目的在于提供一种信号预失真补偿装置及收发机，以解决现有技术中预失真技术所导致的射频前端滤波器带宽增加的问题。

为了实现上述目的，根据本申请的一个方面，提供了一种信号预失真补偿装置，该装置包括发射通道，所述发射通道包括依次电连接的预失真处理单元、第一模拟滤波器以及功率放大器，其中，所述预失真处理单元用于对所述功率放大器的非线性失真进行补偿；所述发射通道还包括第一补偿单元，所述第一补偿单元电连接于所述预失真处理单元和所述功率放大器之间，所述第一补偿单元用于对所述第一模拟滤波器的带外衰减进行补偿。

进一步地，预失真处理单元包括数字预失真处理单元，所述发射通道还包括数模转换器和第一混频器；所述数字预失真处理单元、所述第一补偿单元、所述数模转换器、所述第一模拟滤波器、所述第一混频器以及所述功率放大器依次电连接。

进一步地，所述信号预失真补偿装置还包括接收通道，所述接收通道包括依次电连接的低噪声放大器、第二混频器、第二模拟滤波器、模数转换器和第二补偿单元，所述第二补偿单元用于对所述第二模拟滤波器的带外衰减进行补偿；和/或，所述第一补偿单元为数字带通滤波器。

进一步地，所述发射通道还包括第一混频器；所述预失真处理单元、所述第一补偿单元、所述第一模拟滤波器、所述第一混频器以及所述功率放大器依次电连接。

进一步地，所述信号预失真补偿装置还包括接收通道，所述接收通道包括依次电连接的低噪声放大器、第二混频器、第二模拟滤波器、第二补偿单元和模数转换器，所述第二补偿单元用于对所述第二模拟滤波器的带外衰减进行补偿；和/或，所述第一补偿单元为模拟高通滤波器。

进一步地，所述发射通道还包括第一混频器；所述预失真处理单元、所述第一模拟滤波器、所述第一混频器、所述第一补偿单元以及所述功率放大器依次电连接。

进一步地，所述信号预失真补偿装置还包括接收通道，所述接收通道包括依次电连接的低噪声放大器、第二补偿单元、第二混频器、第二模拟滤波器和模数转换器，所述第二补偿单元用于对所述第二模拟滤波器的带外衰减进行补偿；和/或，所述第一补偿单元为射频带通滤波器。

进一步地，预失真处理单元包括数字预失真处理单元或模拟预失真处理单元。

进一步地，所述信号预失真补偿装置还包括训练单元，所述训练单元用于根据所述预失真处理单元的输入信号和输出信号中的至少一个与反馈信号训练得到所述预失真处理单元的预失真系数，其中，所述反馈信号根据所述功率放大器的输出信号生成。

根据本申请的另一方面，提供了一种收发机，该收发机包括上述任意一种所述的信号预失真补偿装置。

应用本申请的技术方案，通过所述第一补偿单元对所述第一模拟滤波器的带外衰减进行补偿，扩展了整个通道的信号带宽，从而能够降低射频前端滤波器的带宽，进而能够实现低带宽下进行预失真的目的，解决了现有技术中预失真技术所导致的射频前端滤波器带宽增加的问题。

附图说明

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

图1示出了根据本申请的实施例的第一种信号预失真补偿电路的示意图；

图2示出了根据本申请的实施例的第一数字带通滤波器的频响特性的示意图；

图3示出了根据本申请的实施例的第一数字带通滤波器和第一模拟滤波器合成之后的频响曲线的示意图；

图4示出了根据本申请的实施例的第一模拟滤波器频响特性的示意图；

图5示出了根据本申请的实施例的第二种信号预失真补偿电路的示意图；

图6示出了根据本申请的实施例的第三种信号预失真补偿电路的示意图；

图7示出了根据本申请的实施例的第四种信号预失真补偿电路的示意图；

图8示出了根据本申请的实施例的第五种信号预失真补偿电路的示意图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

11、数字预失真处理单元；12、训练单元；13、模拟预失真处理单元；21、第一数字带通滤波器；22、第二数字带通滤波器；23、第一模拟高通滤波器；24、第二模拟高通滤波器；25、第一射频带通滤波器；26、第二射频带通滤波器；31、数模转换器；32、模数转换器；41、第一模拟滤波器；42、第二模拟滤波器；51、第一混频器；52、第二混频器；61、功率放大器；62、低噪声放大器；70、耦合器。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，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的实施例，而不是全部的实施例。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劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

应该理解的是，当元件(诸如层、膜、区域、或衬底)描述为在另一元件“上”时，该元件可直接在该另一元件上，或者也可存在中间元件。而且，在说明书以及权利要求书中，当描述有元件“连接”至另一元件时，该元件可“直接连接”至该另一元件，或者通过第三元件“连接”至该另一元件。

正如背景技术所介绍的，一般需要将频谱扩展3～5倍，才能有效的对信号进预失真，但是频谱的扩展需要增加模拟前端带宽，必将导致功耗和面积的增加，设计难度也大大增加，高带宽的射频模拟前端设计是DPD技术的主要设计瓶颈之一；如何扩展数字预失真中射频前端的带宽是现代通信技术的关键问题，为了解决现有技术中预失真技术所导致的射频前端滤波器带宽增加的问题，本申请的实施例提供了一种信号预失真补偿装置及收发机。

根据本申请的实施例，提供了一种信号预失真补偿装置，该装置可参考后续的实施例1至5中任意一种实施例来实现，该装置包括发射通道，上述发射通道包括依次电连接的预失真处理单元、第一模拟滤波器以及功率放大器，其中，上述预失真处理单元用于对上述功率放大器的非线性失真进行补偿；上述发射通道还包括第一补偿单元，上述第一补偿单元电连接于上述预失真处理单元和上述功率放大器之间，上述第一补偿单元用于对上述第一模拟滤波器的带外衰减进行补偿。通过上述第一补偿单元对上述第一模拟滤波器的带外衰减进行补偿，扩展了整个通道的信号带宽，从而能够降低射频前端滤波器的带宽，进而能够实现低带宽下进行预失真的目的，解决了现有技术中预失真技术所导致的射频前端滤波器带宽增加的问题。

在本申请的一种实施例中，预失真处理单元包括数字预失真处理单元，上述发射通道还包括数模转换器和第一混频器；上述数字预失真处理单元、上述第一补偿单元、上述数模转换器、上述第一模拟滤波器、上述第一混频器以及上述功率放大器依次电连接。数字预失真处理单元用于对初始信号(此时，初始信号为数字信号)进行预失真处理，第一补偿单元用于对上述第一模拟滤波器的带外衰减进行补偿，第一模拟滤波器用于对第一模拟滤波器接收到的信号进行滤波处理，第一混频器用于对第一混频器接收到的信号进行混频处理，功率放大器用于对功率放大器接收到的信号进行放大处理。

在本申请的一种实施例中，上述信号预失真补偿装置还包括接收通道，上述接收通道包括依次电连接的低噪声放大器、第二混频器、第二模拟滤波器、模数转换器和第二补偿单元，上述第二补偿单元用于对上述第二模拟滤波器的带外衰减进行补偿；和/或，上述第一补偿单元与第二补偿单元中的至少一个可以实现为数字带通滤波器。低噪声放大器用于对低噪声放大器接收到的信号进行放大处理，第二混频器用于对第二混频器接收到的信号进行混频处理，第二模拟滤波器用于对第二模拟滤波器接收到的信号进行滤波处理，模数转换器用于对模数转换器接收到的信号进行模数转换处理。数字带通滤波器用于对第一模拟滤波器的带外衰减进行补偿。

在本申请的一种实施例中，上述发射通道还包括第一混频器；上述预失真处理单元、上述第一补偿单元、上述第一模拟滤波器、上述第一混频器以及上述功率放大器依次电连接。

在本申请的一种实施例中，上述信号预失真补偿装置还包括接收通道，上述接收通道包括依次电连接的低噪声放大器、第二混频器、第二模拟滤波器、第二补偿单元和模数转换器，上述第二补偿单元用于对上述第二模拟滤波器的带外衰减进行补偿；和/或，上述第一补偿单元与第二补偿单元中的至少一个可以实现为模拟高通滤波器。模拟高通滤波器用于对第一模拟滤波器的带外衰减进行补偿。

在本申请的一种实施例中，上述发射通道还包括第一混频器；上述预失真处理单元、上述第一模拟滤波器、上述第一混频器、上述第一补偿单元以及上述功率放大器依次电连接。

在本申请的一种实施例中，上述信号预失真补偿装置还包括接收通道，上述接收通道包括依次电连接的低噪声放大器、第二补偿单元、第二混频器、第二模拟滤波器和模数转换器，上述第二补偿单元用于对上述第二模拟滤波器的带外衰减进行补偿；和/或，上述第一补偿单元与第二补偿单元中的至少一个可以实现为射频带通滤波器。射频带通滤波器用于对第一模拟滤波器的带外衰减进行补偿。

在本申请的一种实施例中，预失真处理单元包括数字预失真处理单元或模拟预失真处理单元。模拟预失真处理单元是在模拟域进行预失真，而数字预失真处理单元是在数字域进行预失真，数字预失真处理单元用于对初始信号(此时，初始信号为数字信号)进行预失真处理，模拟预失真处理单元用于对模拟信号(此时，初始信号被数模转换器处理为模拟信号)进行预失真处理。

在本申请的一种实施例中，上述信号预失真补偿装置还包括训练单元，上述训练单元用于根据上述预失真处理单元的输入信号和输出信号中的至少一个与反馈信号训练得到上述预失真处理单元的预失真系数，其中，上述反馈信号根据上述功率放大器的输出信号生成。训练单元用于对接收通道输出的信号进行学习，并将学习得到的系数更新到数字预失真处理单元进行预失真，完成PA预失真闭环控制。

本申请的实施例还提供了一种收发机，该收发机包括上述任意一种上述的信号预失真补偿装置。通过上述第一补偿单元对上述第一模拟滤波器的带外衰减进行补偿，扩展了整个通道的信号带宽，从而能够降低射频前端滤波器的带宽，进而能够实现低带宽下进行预失真的目的，解决了现有技术中预失真技术所导致的射频前端滤波器带宽增加的问题。

需要说明的是，上述的电连接可以是直接电连接，也可以是间接电连接，直接电连接就是指两个器件直接连接，间接电连接就是指相连接的A与B之间还连接有其余类似电容、电阻等器件。

还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。

为了本领域技术人员能够更加清楚地了解本申请的技术方案，以下将结合具体的实施例来说明本申请的技术方案和技术效果。

实施例1

本申请的实施例还提供了第一种信号预失真补偿电路，如图1所示，该电路包括依次电连接的数字预失真处理单元11、第一数字带通滤波器21、数模转换器31、第一模拟滤波器41、第一混频器51、功率放大器61、耦合器70、低噪声放大器62、第二混频器52、第二模拟滤波器42、模数转换器32、第二数字带通滤波器22和训练单元12，训练单元12还与数字预失真处理单元11电连接实现闭环处理。以第一数字带通滤波器21为例(第二数字带通滤波器22与第一数字带通滤波器21同理就不再加以赘述了)，第一数字带通滤波器21的频响特性如图2所示，带宽为f1，而第一数字带通滤波器21和第一模拟滤波器41合成之后的频响曲线如图3所示，刚好可以补偿第一模拟滤波器41带内平坦度和带外衰减；信号经过第一数字带通滤波器21之后会先进行预失真，让高频部分有一个抬升，经过第一模拟滤波器41之后，带外衰减刚好与预失真抵消，从而达到一个带宽为f2的第一模拟滤波器41频响特性，第一模拟滤波器41的频响特性如图4所示。通过选择合适的第一数字带通滤波器21，可以达到扩展滤波器带宽的目的。如果没有第一数字带通滤波器21，第一模拟滤波器41的带宽需要至少达到f2(3*BW)才能进行数字预失真处理；而加上第一数字带通滤波器21之后，第一模拟滤波器41的带宽只需要达到f1(2*BW或者1.5*BW)即可。第一模拟滤波器41补偿越多，本身设计难度也会增加，需要合理折中才能达到整体最优。同理，采用第二数字带通滤波器22补偿第二模拟滤波器42的带内平坦度和带外衰减，可以达到扩展第二模拟滤波器42带宽的目的。

上述耦合器的天线端用于将上述耦合器处理后的信号发出，上述耦合器的监测端用于监测上述耦合器的天线端的发射功率，或者用于监测上述耦合器发射的信号质量，耦合器还可替换为双工器。

通过合适的方法测试第一模拟滤波器和第二模拟滤波器的频率响应曲线；(可以采用外部仪器来测试，也可以采用发射到接收自环回来测试)；根据第一模拟滤波器/第二模拟滤波器频率响应曲线分别计算第一数字带通滤波器/第二数字带通滤波器的频率响应曲线；计算合适的第一数字带通滤波器/第二数字带通滤波器系数，确认补偿效果；正常发射原始信号，原始信号为数字信号，经过数字预失真处理单元和第一数字带通滤波器进行预失真和带外衰减补偿后，依次送入数模转换器、第一模拟滤波器、第一混频器、功率放大器、耦合器进行上变频调制发射；检测从耦合器耦合回来的数据，送入接收机下变频，然后送入第二数字带通滤波器进行接收带外衰减补偿，之后将结果送入训练单元进行学习；训练单元学习得到的系数更新到数字预失真处理单元进行预失真，完成PA预失真闭环控制。采用上述数字预失真处理单元、训练单元、第一数字带通滤波器和第二数字带通滤波器实现的预失真器，可以补偿第一模拟滤波器和第二模拟滤波器的带内平坦度和带外的衰减，从而扩展整个收发机通道的信号带宽，达到低带宽下进行数字预失真的目的，可以补偿模拟滤波器的带外衰减，第一模拟滤波器和第二模拟滤波器的带宽可以从原来的3*BW降低到现在的2BW或者1.5BW；从而可以降低模拟滤波器的设计难度，同时降低模拟滤波器和功耗和面积，实现预失真处理单元扩展信号带宽的目的。

实施例2

本申请的实施例还提供了第二种信号预失真补偿电路，如图5所示，该电路包括依次电连接的数字预失真处理单元11、数模转换器31、第一模拟高通滤波器23、第一模拟滤波器41、第一混频器51、功率放大器61、耦合器70、低噪声放大器62、第二混频器52、第二模拟滤波器42、第二模拟高通滤波器24、模数转换器32和训练单元12，训练单元12还与数字预失真处理单元11电连接实现闭环处理。

实施例3

本申请的实施例还提供了第三种信号预失真补偿电路，如图6所示，该电路包括依次电连接的数字预失真处理单元11、数模转换器31、第一模拟滤波器41、第一混频器51、第一射频带通滤波器25、功率放大器61、耦合器70、低噪声放大器62、第二射频带通滤波器26、第二混频器52、第二模拟滤波器42、模数转换器32和训练单元12，训练单元12还与数字预失真处理单元11电连接实现闭环处理。

实施例4

本申请的实施例还提供了第四种信号预失真补偿电路，如图7所示，该电路包括依次电连接的数模转换器31、模拟预失真处理单元13、第一模拟高通滤波器23、第一模拟滤波器41、第一混频器51、功率放大器61、耦合器70、低噪声放大器62、第二混频器52、第二模拟滤波器42、第二模拟高通滤波器24、模数转换器32和训练单元12，训练单元12还与模拟预失真处理单元13电连接实现闭环处理。

实施例5

本申请的实施例还提供了第五种信号预失真补偿电路，如图8所示，该电路包括依次电连接的数模转换器31、模拟预失真处理单元13、第一模拟滤波器41、第一混频器51、第一射频带通滤波器25、功率放大器61、耦合器70、低噪声放大器62、第二射频带通滤波器26、第二混频器52、第二模拟滤波器42、模数转换器32和训练单元12，训练单元12还与模拟预失真处理单元13电连接实现闭环处理。

第一种信号预失真补偿电路比第二种信号预失真补偿电路、第三种信号预失真补偿电路、第四种信号预失真补偿电路和第五种预失真补偿电路都具有优势，即效率相对较高，采用第二种信号预失真补偿电路、第三种信号预失真补偿电路、第四种信号预失真补偿电路和第五种预失真补偿电路会比采用第一种信号预失真补偿电路在功耗和面积上没有优势。

实施例6

本申请的实施例还提供了一种收发机，该收发机包括实施例1至5中任意一种信号预失真补偿电路。

从以上的描述中，可以看出，本申请上述的实施例实现了如下技术效果：

1)、本申请的信号预失真补偿装置，通过上述第一补偿单元对上述第一模拟滤波器的带外衰减进行补偿，扩展了整个通道的信号带宽，从而能够降低射频前端滤波器的带宽，进而能够实现低带宽下进行预失真的目的，解决了现有技术中预失真技术所导致的射频前端滤波器带宽增加的问题。

2)、本申请的收发机，通过上述第一补偿单元对上述第一模拟滤波器的带外衰减进行补偿，扩展了整个通道的信号带宽，从而能够降低射频前端滤波器的带宽，进而能够实现低带宽下进行预失真的目的，解决了现有技术中预失真技术所导致的射频前端滤波器带宽增加的问题。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种信号预失真补偿装置，其特征在于，包括发射通道，所述发射通道包括依次电连接的预失真处理单元、第一模拟滤波器以及功率放大器，其中，所述预失真处理单元用于对所述功率放大器的非线性失真进行补偿；

所述发射通道还包括第一补偿单元，所述第一补偿单元电连接于所述预失真处理单元和所述功率放大器之间，所述第一补偿单元用于对所述第一模拟滤波器的带外衰减进行补偿。

2.根据权利要求1所述的信号预失真补偿装置，其特征在于，预失真处理单元包括数字预失真处理单元，所述发射通道还包括数模转换器和第一混频器；

所述数字预失真处理单元、所述第一补偿单元、所述数模转换器、所述第一模拟滤波器、所述第一混频器以及所述功率放大器依次电连接。

3.根据权利要求2所述的信号预失真补偿装置，其特征在于，所述信号预失真补偿装置还包括接收通道，所述接收通道包括依次电连接的低噪声放大器、第二混频器、第二模拟滤波器、模数转换器和第二补偿单元，所述第二补偿单元用于对所述第二模拟滤波器的带外衰减进行补偿；

和/或，

所述第一补偿单元为数字带通滤波器。

4.根据权利要求1所述的信号预失真补偿装置，其特征在于，所述发射通道还包括第一混频器；

所述预失真处理单元、所述第一补偿单元、所述第一模拟滤波器、所述第一混频器以及所述功率放大器依次电连接。

5.根据权利要求4所述的信号预失真补偿装置，其特征在于，所述信号预失真补偿装置还包括接收通道，所述接收通道包括依次电连接的低噪声放大器、第二混频器、第二模拟滤波器、第二补偿单元和模数转换器，所述第二补偿单元用于对所述第二模拟滤波器的带外衰减进行补偿；

和/或，

所述第一补偿单元为模拟高通滤波器。

6.根据权利要求1所述的信号预失真补偿装置，其特征在于，所述发射通道还包括第一混频器；

所述预失真处理单元、所述第一模拟滤波器、所述第一混频器、所述第一补偿单元以及所述功率放大器依次电连接。

7.根据权利要求6所述的信号预失真补偿装置，其特征在于，所述信号预失真补偿装置还包括接收通道，所述接收通道包括依次电连接的低噪声放大器、第二补偿单元、第二混频器、第二模拟滤波器和模数转换器，所述第二补偿单元用于对所述第二模拟滤波器的带外衰减进行补偿；

和/或，

所述第一补偿单元为射频带通滤波器。

8.根据权利要求4至7中任意一项所述的信号预失真补偿装置，其特征在于，预失真处理单元包括数字预失真处理单元或模拟预失真处理单元。

9.根据权利要求1至7中任意一项所述的信号预失真补偿装置，其特征在于，所述信号预失真补偿装置还包括训练单元，所述训练单元用于根据所述预失真处理单元的输入信号和输出信号中的至少一个与反馈信号训练得到所述预失真处理单元的预失真系数，其中，所述反馈信号根据所述功率放大器的输出信号生成。

10.一种收发机，其特征在于，包括权利要求1至9中任意一项所述的信号预失真补偿装置。