CN1507188A - 用于多载波线性功放的自适应载波抑制方法 - Google Patents

Abstract

一种用于多载波线性功放的自适应载波抑制方法，它包括开机上电后，对矢量调制器置入缺省的相位及幅度值，检测当前点的抵消情况，进行自适应调整；自适应调整的起始阶段自适应调整根据多边搜索，循环寻优，与门限值进行比较，判断是否有较佳抵消；有较佳抵消后，监视最佳点，并进入稳定调整状态自适应调整；稳定调整状态自适应调整继续采用多边搜索，循环寻优，与门限值进行比较，判断是否有较佳抵消，逼近最佳目标点，标志稳定阶段标志。本发明采用动态跟踪功放特性的方法，提高了对功放控制的精度和灵敏度，对于WCDMA多载波线性功放进行数字前馈的线性化处理，抑制交调分量，达到较好的解决信号的频谱再生问题，提高整个基站的效率。

Description

用于多载波线性功放的自适应载波抑制方法

技术领域

本发明涉及一种多载波线性功率放大器的自适应载波抑制控制方法，尤其是一种采用数字前馈技术实现多载波线性功率放大器的自适应载波抑制控制方法，适用于第三代移动通讯的WCDMA系统。所属移动通信技术领域。

背景技术

数字移动通信技术的发展，尤其是窄带CDMA和第三代移动通信技术的发展，对线性功放提出了新的要求。在移动通讯系统中，为了保证一定范围的信号覆盖，通常使用功率放大器来进行信号放大。如果采用一般的高功放(通常工作于AB类)将由于交调失真的影响产生频谱再生效应，干扰相邻信道。为此，在高功放的基础上必须对其进行线性化处理，它可以较好的解决信号的频谱再生问题。多载波线性功放是国际上90年代发展起来的一项高性能功放技术，在包括GSM、N-CDMA、W-CDMA在内的2、3代移动通讯系统基站中采用这项先进技术可以省掉昂贵的大功率合路器，从而达到节省基站成本之目的。

前馈技术是线性功放载波抑制的主流技术，前馈技术校正是一种频域校正线性化技术，自适应前馈技术可校正杂散的能力达30-35dB，工作带宽约25MHz。目前线性功放的载波抑制技术多数采用的是查表法，缺点是自适应效果差，对生产一致性要求高，例如专利申请号98104491《采用前馈修正的放大器线性化方法》中提出了利用微处理器进行查表定标的方法控制前馈环路的延时量，从而达到对载波的抑制，这对产品生产的一致性要求很高，而且不能动态的检测载波抑制程度的好坏，及控制前馈的两个环路的相位和幅度特性的功能。

采用的数字前馈自适应载波抑制技术，是利用调整载波抵消环路和交调跟踪环路的幅度和相位，来补偿由于频率，功率和温度等参数变化而影响射频功放的线性度，这是线性功放设计中一个很关键的环节，引入自适应搜索寻优算法就是实现快速载波抑制的一种方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于多载波线性功放的自适应载波抑制方法，以数字前馈技术为基础，采用动态跟踪功放特性的方法，具有很好的自适应载波抵消的特点，提高了对功放控制的精度和灵敏度。

本发明的另一目的在于提供一种用于多载波线性功放的自适应载波抑制方法，对WCDMA多载波线性功放进行数字前馈的线性化处理，通过抑制交调分量，达到较好的解决信号的频谱再生问题，同时提高整个基站的效率。

本发明的目的是这样实现的：一种用于多载波线性功放的自适应载波抑制方法，它至少包括如下步骤：开机上电后，对矢量调制器置入缺省的相位及幅度值，检测当前点的抵消情况；自适应调整包括起始阶段和稳定阶段；其中，

起始阶段自适应调整为根据多边跟踪算法搜索，循环寻优，并频繁与门限值进行比较，判断是否有较佳抵消；有较佳抵消后，监视最佳点，并进入稳定调整状态自适应调整；

稳定调整状态自适应调整继续采用多边跟踪算法搜索，循环寻优，并频繁与门限值进行比较，判断是否有较佳抵消，逼近最佳目标点，设置稳定阶段标志。

进行起始阶段的自适应调整包括判断是否有抵消，如果没有，则立刻跳到另一个区域重新寻找；如果有抵消，根据抵消值的大小确定相位和幅度的步长，开始搜索。稳定调整状态自适应调整包括判断抵消情况，根据抵消情况确定步长范围。

多边跟踪算法搜索为八方向的边缘跟踪算法遍历搜索。具体地，多边跟踪算法搜索时，根据抵消状况改变步长，步长若循环一周，则跳到另一个区域重新寻找；如没有则继续多边跟踪算法搜索。

多边跟踪算法搜索进一步包括包括设置一计数器，用以记录遍历搜索的次数，如果计数器为零，则进入稳定状态；如果计数器不为零，则继续进行循环寻优。

循环寻优包括判断多边跟踪算法搜索是否有更佳抵消，如果没有则改变步长，再开始多边跟踪算法搜索；如果有，则移动到更佳抵消相邻点，，判断是否到达抵消值的门限，如果到达，设置稳定阶段标志；如果没有到达，则再开始多边跟踪算法搜索。到达抵消值的门限后，动态的调节门限值，以跟上抵消情况的变化，控制步长在小范围内变化，同时设置稳定阶段标志。

其中，步长的改变为一个循环递增取模的过程。

另外，稳定调整状态自适应调整阶段，如果发现当前抵消值发生较大的恶化，将稳定状态标志置0，回到初始阶段状态，同时根据恶化程度修改步长，重新搜索最佳目标点。

稳定调整状态自适应调整阶段，如果发现当前抵消值发生较小的降低和提高，重新进入稳定状态，根据变化的程度动态修改抵消的门限值，以小步长重新搜索最佳目标点。

根据上述技术方案分析可知，本发明用于WCDMA多载波线性功放中，具有灵活的自适应控制的特点，在载波抵消的指标上也得到进一步的提高，带外功率泄漏比ACLR达到了52db以上，其中交调信号的抵消达到20db，载波抵消达到30db以上。

附图说明

图1为多载波线性功放前馈功放原理框图；

图2为多载波线性功放抵消值与相位和幅度误差的关系三维仿真图；

图3为多载波线性功放抵消值与相位和幅度误差的二维关系图；

图4为本发明八方向搜索示意图；

图5为本发明初始阶段状态搜索流程图；

图6为本发明稳定阶段状态搜索流程图；

图7为本发明空闲、稳定以及初始阶段搜索状态的主控制流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明：

首先，本发明多载波线性功放的数字前馈自适应载波抑制控制方法的理论如下：

参见图1，其为功放前馈技术的原理图。

无论对于载频抵消还是交调抵消，其抵消效果均与抵消合成器或耦合器两输入支路的相位和幅度误差有关，参见下列公式：

      Attn＝101g(1+10^ΔA/10-2*10^ΔA/20*COSΔΦ)

式中：Attn表示交调抵消的dB数，ΔA和ΔΦ误差支路输入和理想抵消所需的幅度和相位值偏离的dB数和角度值。

上述抵消计算公式的仿真效果如图2所示。

参见图3，其中画出的一簇曲线模拟逼近目标点的原理，图中横坐标表示相位误差，单位是度；纵坐标是幅度误差，单位是dB。图中最大的一个环线表示抵消10dB时的相位和幅度误差。从外环到坐标原点的依次是抵消15、20、30、40、50dB时的相位和幅度误差值曲线。

对应于某一抵消dB数值，相位和幅度误差不是单一值，而是一簇数据，是一个多值对应关系。其中，优化起始点1和优化收敛点2之间的优化轨迹近似为一条直线，所以收敛最快。

但是，实际的情形是：假定检测出环路抵消结果为某一数值时，由于多值的对应关系，并不能确切地知道此时具体的相位和幅度误差数值，因此线性功放抵消环优化控制算法的数学模型是二维参数寻优问题。

因此，本发明自适应搜索算法的实现为：

一、搜索方向的选取

载波抑制自适应搜索算法在搜索具有最佳抵消值的目标点时，存在一个方向选取的问题，由于可调支路和参考支路的相位误差存在超前和滞后两个方向，幅度误差也存在超大或偏小两个方向，对于抵消而言相位和幅度是个标量，我们并不能确定相位和幅度的误差方向：如相位是超前或者是滞后；幅度是超大还是偏小。

参见图4，本发明中，对搜索方向的定义采用八方向图的方法，这个方法在图像分析领域中多用于边缘跟踪算法进行逆时针的遍历搜索；一方面可以避免单维参数寻优的缺点，因为幅度的调整和相位的调整是相关的两个因素，一个参数的改变会引起另一个参数的变化，特别是在接近目标点的时候，两者相关性较强，单一的调整一个参数，无法达到最佳点(在试验里也证明了这一特性)；另一方面，也增加了搜索的方向和速度，在搜索的过程中，遍历每个方向都会有一个抵消的前馈信号，通过比较各个方向的抵消情况，得到一个最有可能的方向，在下次搜索时，就可以从这个方向，以一定的步长再次开始遍历，从而加快搜索的速度。

二、搜索步长选择

自适应搜索程序在进行控制时，所采用的步长是一个难以统一给出的值；原因是：步长值受硬件设计上的制约，不同的系统设计其取值也不同。本文对此所给出的是一个思想，具体的大小须根据实际的情况进行设置。总之，步长变化的趋势是起始时较大，然后逐步减少，越接近目标点，选取步长越小。

步长的选择是分为两个阶段，一个是开机初始阶段的寻优搜索；一个是稳定状态的寻优搜索，下面分别介绍：

开机阶段，在起始点选择起始步长时，要参考当前点的抵消情况，来决定步长的大小，如果当前的抵消很小，或者是产生了信号叠加的情况，那么就要立刻大范围的移动(这里的“大范围”是一个相对值，本系统将整个搜索平面划分为N个区域)，直到有一定的抵消(如5DB)后，再细分步长值，例如：抵消为大于8个DB时，步长为X；抵消为大于15个DB时，步长为Y；抵消为大于25个DB时，步长为Z；接着，进行八方向的搜索寻优，若有发现，找到比自身抵消情况更佳的点，则移动到此点，并以此方向为起始，逆时针继续搜索寻优；如果在八个方向上都没有找到理想点，那么按比例的增大步长，进一步搜索，另外，步长的增长变化是一个循环的过程，就是说，步长的增大是有阈值控制的(阈值不能太大，否则是没有意义的)，当步长达到阈值后还没有找到期望的最佳点，就回到最小步长，继续搜索，当步长循环一周后都没有结果，就应该跳到另一个区域重新进行搜索；一旦前馈值达到门限，就立刻限制步长到一个小的范围，逐渐逼近目标点。这个阶段的搜索过程所用时间较长。

在找到最佳点以后(这里还有涉及一个最佳点判断的问题，也就是一个阈值选择的问题，本系统采用动态阈值的方式，在下一小节中描述)，并不表示最佳点就一直稳定不变，由于受功率变化的影响，温度变化的影响等，会产生一定距离的偏移，这样就需要稳定状态的调整控制，这时，步长的选择要控制在一个很小的范围里，因为最佳点的移动不是很快，而且算法的控制速度也要求能够快速的跟上其变化，这个阶段的调整是一个长期的循环的过程，时刻在监视载波抑制情况的变化，及时的搜索最佳点，保证指标的稳定性。

三、最佳区域的门限设置

在判断最佳点或最佳区域的时候，需要一个门限值来进行比较抵消的效果，如果采用一个固定的门限值会对判断带来较大的误差，因为在不同的功率和温度等条件，最佳区域的门限值是不完全相同的，抵消情况也不相同。本模块采用了一个动态门限的概念，实现对最佳区域的准确跟踪，具体如下：

在开机初始阶段，门限需要选取一个初值，初值是一个宽松的条件，只有保证能搜索到接近目标点的区域附近就可以，在搜索寻优的过程中，当前馈值达到门限初值后，就可以对门限值进行修改，例如门限值等于当前最佳前馈值加一，这样，随着向最佳点的逼近，门限值也达到一个理想的位置，这里还需要增加一个计数器来保证向目标点的足够逼近，从而达到相对稳定状态。

在稳定状态下，由于受功率变化等因素的影响，最佳目标点的前馈抵消值不是完全一样的，也就是说在图3中，尖峰的高度是有变化的，大约会有5DB左右的偏差大小，当最佳点抵消情况下降后，门限值也应该动态的随着其降低，当最佳点抵消情况升高后，门限值也应该动态的随着其升高，具体可以考虑对门限值和当前前馈值进行差分运算，其运算结果做为新的门限值，形成一种逐渐改变门限值的过程，避免产生较大的突变，实现了门限随着抵消的好坏而动态变化。

参见图5、图6和图7，其为本发明自适应跟踪搜索的控制流程图，它的处理流程如下：

开机上电后，对矢量调制器置入缺省的相位及幅度值；

根据当前初始点的前馈检测结果判断是否有抵消，如果有抵消，就可以选择步长开始搜索；

如果没有抵消或产生了叠加情况，则立刻跳到另一个区域重新寻找；

比较前馈抵消值的大小，确定起始搜索的步长；

根据八个方向的遍历搜索的结果选择移动的方向，开始进行循环寻优，并频繁与门限值进行比较，步长的选择也是一个循环递增取模的过程，一旦前馈值达到门限，就立刻限制步长到一个小的范围，逐渐逼近最佳目标点，并置上稳定状态标志。

进入稳定状态的跟踪，需要不停监视目标点的变化，并动态的调节门限值，以跟上抵消情况的变化，同时对步长的要求较高，不能太大，因为通常最佳抵消点的移动范围就在当前点的附近；

如果发现当前抵消值发生较大的恶化，就需要将稳定状态标志置0，回到初始状态，同时根据恶化程度修改步长，重新搜索最佳目标点。

如果发现当前抵消值发生较小的降低和提高，就需要重新进入稳定状态，并根据变化的程度动态修改抵消的门限值，以小步长重新搜索最佳目标点。

以上实施例仅用以说明本发明而非限制，尽管参照以上较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明进行修改、变形或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (12)

1、一种用于多载波线性功放的自适应载波抑制方法，其特征在于：它至少包括如下步骤：开机上电后，对矢量调制器置入缺省的相位及幅度值，检测当前点的抵消情况；自适应调整包括起始阶段和稳定阶段；其中，

起始阶段自适应调整为根据多边跟踪算法搜索，循环寻优，并频繁与门限值进行比较，判断是否有较佳抵消；有较佳抵消后，监视最佳点，并进入稳定调整状态自适应调整；

稳定调整状态自适应调整继续采用多边跟踪算法搜索，循环寻优，并频繁与门限值进行比较，判断是否有较佳抵消，逼近最佳目标点，设置稳定阶段标志。

2、根据权利要求1所述的用于多载波线性功放的自适应载波抑制方法，其特征在于：多边跟踪算法搜索为八方向的边缘跟踪算法遍历搜索。

3、根据权利要求1所述的用于多载波线性功放的自适应载波抑制方法，其特征在于：进行起始阶段的自适应调整包括判断是否有抵消，如果没有，则立刻跳到另一个区域重新寻找；如果有抵消，选择步长开始搜索。

4、根据权利要求3所述的用于多载波线性功放的自适应载波抑制方法，其特征在于：根据抵消值的大小确定相位和幅度的步长。

5、根据权利要求1所述的用于多载波线性功放的自适应载波抑制方法，其特征在于：稳定调整状态自适应调整包括判断抵消情况，根据抵消情况确定步长范围。

6、根据权利要求1或2或3所述的用于多载波线性功放的自适应载波抑制方法，其特征在于：多边跟踪算法搜索时，根据抵消状况改变步长，步长若循环一周，则跳到另一个区域重新寻找；如没有则继续多边跟踪算法搜索。

7、根据权利要求6所述的用于多载波线性功放的自适应载波抑制方法，其特征在于：多边跟踪算法搜索进一步包括包括设置一计数器，用以记录遍历搜索的次数，如果计数器为零，则进入稳定状态；如果计数器不为零，则继续进行循环寻优。

8、根据权利要求7所述的用于多载波线性功放的自适应载波抑制方法，其特征在于：循环寻优包括判断多边跟踪算法搜索是否有更佳抵消，如果没有则改变步长，再开始多边跟踪算法搜索；如果有，则移动到更佳抵消相邻点，，判断是否到达抵消值的门限，如果到达，设置稳定阶段标志；如果没有到达，则再开始多边跟踪算法搜索。

9、根据权利要求8所述的用于多载波线性功放的自适应载波抑制方法，其特征在于：到达抵消值的门限后，动态的调节门限值，以跟上抵消情况的变化，控制步长在小范围内变化，同时设置稳定阶段标志。

10、根据权利要求8所述的用于多载波线性功放的自适应载波抑制方法，其特征在于：步长的改变为一个循环递增取模的过程。

11、根据权利要求1所述的用于多载波线性功放的自适应载波抑制方法，其特征在于：稳定调整状态自适应调整阶段，如果发现当前抵消值发生较大的恶化，将稳定状态标志置0，回到初始阶段状态，同时根据恶化程度修改步长，重新搜索最佳目标点。

12、根据权利要求1所述的用于多载波线性功放的自适应载波抑制方法，其特征在于：稳定调整状态自适应调整阶段，如果发现当前抵消值发生较小的降低和提高，重新进入稳定状态，根据变化的程度动态修改抵消的门限值，以小步长重新搜索最佳目标点。

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