CN201127032Y

CN201127032Y - 基于td-scdma信号的数字预失真装置

Info

Publication number: CN201127032Y
Application number: CNU2007200604844U
Authority: CN
Inventors: 刁穗东
Original assignee: Comba Telecom Systems China Ltd
Current assignee: Comba Network Systems Co Ltd
Priority date: 2007-11-30
Filing date: 2007-11-30
Publication date: 2008-10-01
Anticipated expiration: 2017-11-30

Abstract

本实用新型提供一种基于TD－SCDMA信号的数字预失真装置，包括预处理模块、预失真器、输出功率放大模块、自适应参数调整模块及功率放大器反馈模块；所述的预处理模块的输出端依次与预失真器、输出功率放大模块及功率放大器相连，所述预处理模块的输出端还与自适应参数调整模块相连，所述自适应参数调整模块的输出端与预失真器相连，所述功率放大器反馈模块的输入端与功率放大器相连，所述功率放大器反馈模块的输出端与自适应参数调整模块相连。

Description

基于TD-SCDMA信号的数字预失真装置

技术领域

本发明涉及现代移动通信中的数字信号处理领域，具体是指一种基于TD-SCDMA信号的数字预失真装置。

背景技术

随着全球移动通信业务的飞速发展，频谱资源的使用也越发紧张。为解决该问题，在移动通信系统都开始采用频谱利用率较高的调制方式的同时，也开始采用上下行同频分时传送，如TD-SCDMA系统，来进一步减少频谱的需求。由于高效的调制方式对载波的相位和幅度都需要进行调制，使得信号的峰均功率比很高，因此，对于功率放大器的线性也提出了很高的要求。目前主要采用线性化技术来补偿功率放大器的非线性，从而达到提高功率放大器输出信号的频谱纯度，减少邻道干扰的目的。

线性化技术中的数字失真技术较其他技术相比，具有体积小、性能稳定、成本低，适应性强，还可以通过增加采样率和增大量化阶数来抵消高阶互调失真的优点，因此可以显著的提高功率放大器的线性和整体功效。但是，目前使用的数字失真技术都存在以下不足：(1)目前的预失真器性能容易受时延对准的误差影响；(2)由于TD-SCDMA信号的时分复用特性，目前的预失真技术都不能保证预失真器的稳定运行。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点和不足，提供一种基于TD-SCDMA信号的数字预失真装置，该装置能对数字信号进行处理，能在保证好的预失真指标的前提下，大大降低对延迟准确性的要求，保证系统的稳定可靠运行。

本发明的目的通过下述技术方案实现：基于TD-SCDMA信号的数字预失真装置，包括预处理模块、预失真器、输出功率放大模块、自适应参数调整模块及功率放大器反馈模块；所述的预处理模块的输出端依次与预失真器、输出功率放大模块及功率放大器相连，所述预处理模块的输出端还与自适应参数调整模块的一个输入端相连，所述自适应参数调整模块的输出端与预失真器相连，所述功率放大器反馈模块的输入端与功率放大器相连，所述功率放大器反馈模块的输出端与自适应参数调整模块的另一个输入端相连。

所述的预处理模块包括同步解帧和功率检测模块及限幅模块，所述限幅模块的输入端与同步解帧和功率检测模块的输出端相连，所述限幅模块的输出端与预失真器的一个输入端相连。

所述的输出功率放大模块包括数模转换器及模拟上变频模块，所述的数模转换器的输入端与预失真器的输出端相连，所述模拟上变频模块的输入端与数模转换器的输出端相连，所述的模拟上变频模块的输出端与功率放大器的输入端相连。

所述的自适应参数调整模块包括转换器、存储器、延时调整模块、相关模块及频域估计和参数调整模块；所述转换器的输入端与限幅模块的输出端相连，所述转换器的输出端依次与存储器、延时调整模块及相关模块相连，所述相关模块的输出端与延时调整模块的另一个输入端相连，所述延时调整模块的输出端还与频域估计和参数调整模块的一个输入端相连，所述频域估计和参数调整模块的输出端与预失真器的另一个输入端相连。

所述的功率放大器反馈模块包括耦合器、模拟下变频模块及模数转换器；所述耦合器的输入端与功率放大器相连，所述耦合器的输出端依次与模拟下变频模块及模数转换器相连，所述的模数转换器的输出端分别与频域估计和参数调整模块的另一个输入端及相关模块的另一个输入端相连。

基于TD-SCDMA信号的数字预失真装置的数字预失真方法，包括以下步骤：

(1)同步解帧和功率检测模块从输入的信号中提取同步信号，通过同步解帧方法得到下行时隙指示标志flag-down，并检测该输入信号的功率是否正常，当输入信号的功率高于设定的门限值时，则发出功率正常标志flag-power，并与下行时隙指示标志flag-down进行“与”运算，得到预失真使能标志EN-dpd；

(2)在限幅模块中对输入信号进行功率计算，并判断该输入信号是否超过预设的门限值，对超过门限值的输入信号进行削峰处理，并输出复数信号S1；

(3)对输出的复数信号S1进行混叠转换，即转换器将复数输入信号S1进行实数上变频到中频Fd，再将中频信号降采样到Fs，人为的设定Fd＜Fm/2，使得源信号频谱发生混叠，混叠程度与反馈回路中的模数转换器采样后的信号一致；

(4)将信号混叠后的结果保存在存储器中；

(5)经过延时单元进行延时处理后得到的原信号X与经过反馈的采样信号Y在相关模块中进行互相关运算，得到这两个信号之间的延时函数P(K)＝X(0)*Y(K)+X(1)*Y(K+1)+……X(n)*Y(K+n)；

(6)根据P(K)的最大值得出原信号X与采样信号Y之间的延时K；

(7)延时调整模块根据得出的延时K的值，将延时的步长调整为一个采样周期；

(8)频域估计和参数调整模块经过延时匹配对准后，通过离散傅立叶变换或快速傅立叶变换，使用频域自适应算法，将时域上的原信号X与反馈信号Y变换到频域上，得到收敛的预失真器中功率放大器的逆模型权值参数；

(9)将得到的逆模型权值参数存于查找表中当前短时功率对应的地址单元内，并在正常工作时不断更新当前短时功率对应的地址单元；

(10)在预失真器中首先计算输入信号S1的短时功率，再将计算得到的短时功率的结果送入FIR滤波器进行滤波处理，得到查找表地址，再查找出与该查表地址相对应的当前短时功率对应的地址单元；

(11)以查找到的短时功率对应的地址单元中的逆模型权值参数为基础，对输入的原信号X进行逆模型的预失真运算，从而生成频域响应曲线；

本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：

(1)在频域施行自适应算法，不需要高精度延时对齐，性能不受放大链路延时漂移的影响，进一步降低了因为延时匹配的细微误差造成的影响。

(2)针对TD-SCDMA时分复用的特征，提出了使用同步解帧和功率检测相结合的方式，保证预失真的平稳运行。

(3)使用输入信号限幅的手段保证预失真器能有效发挥作用。

(4)使用人为引入混叠的方法降低了对高性能模数转换器的要求，同时不需要解调模块。

(5)不需要进行复数相关运算，降低运算量。

附图说明

图1是本发明的系统框图；

图2是本发明的频域自适应算法原理图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图，对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

如图1所示，预处理模块20由同步解帧和功率检测模块1及限幅模块2依次连接组成，限幅模块2的输出端分别与预失真器3及转换器6的输入端相连。同步解帧和功率检测模块1从输入的信号中提取同步信号，得到下行时隙指示标志flag_down，并根据公式PWR＝I²+Q²求出输入信号的功率(I、Q为输入的两路信号)，再检测输入信号的功率是否正常，当PWR＞th_pwr(th_pwr为预设的门限)时，即，输入信号的功率高于预先设定的某个门限值时，则发出功率正常标志flag_power。若该输入信号的功率小于预先设定的门限值时，则不发出功率正常标志flag_power。该功率正常标志flag_power同下行时隙指示标志flag_down进行与运算，当结果为“1”时，则产生预失真使能标志EN_dpd；当结果为“0”时，则不产生该使能标志EN_dpd。该使能标志EN_dpd用于对预失真器3及存储器7的控制，即该使能标志存在时，表示下行发送通道导通，预失真器3正常工作，存储器7正常寄存信号样本；当无该使能标志时，表示下行发送通道被关断，预失真器3停止工作，存储器7不再寄存信号样本。同步解帧和功率检测模块1输出的信号进入限幅模块2，并在限幅模块2中首先计算出输入信号的功率，并判断该功率是否超出预先设定的门限值；如果该功率超过预先设定的门限值，则对该输入信号的峰值区域进行削峰处理，限制输入信号的峰均比，输出复数信号S1。

自适应参数调整模块22为预失真器3中的功率放大器的逆模型提供权值参数。自适应参数调整模块22由转换器6、存储器7、延时调整模块8、相关模块9及频域估计和参数调整模块10组成。转换器6的输入端与限幅模块2的输出端相连，并将限幅模块2的输出信号S1人为的进行混叠，得到信号S2。该混叠过程为：转换器将复数信号S1进行实数上变频到中频Fd；再将中频信号降采样到Fs，人为的设定Fd＜Fm/2，使得源信号频谱发生混叠，得到混叠后的信号S2，该混叠程度与反馈回路中的模数转换器11采样后的信号一致。

存储器7用于对输入信号S2的寄存，存储器7的输入端与转换器6的输出端相连，存储器7的输出端依次与延时调整模块8及相关模块9相连。相关模块9的输出端与延时调整模块8的另一个输入端相连。相关模块9的另一个输入端与模数转换器11的输出端相连，并接收功率放大器反馈模块23反馈回来的采样信号Y，将通过延时调整模块8延时得到的原信号X与该采样信号Y进行互相关运算，得到这两个信号之间的延时函数P(K)＝X(0)*Y(K)+X(1)*Y(K+1)+……X(n)*Y(K+n)，并使原信号X的延时能与反馈采样信号Y对齐，保证频域估计和参数调整模块10的正常运行。

经过延时的原信号X与经过反馈的采样信号Y在相关模块9中不仅进行互相关运算，得到这两个信号之间的延时函数，还给每一次检测校正提供了一个信号相似性度量，包括以下步骤：1、在取样方式中，如果相关性为N个采样长度，则相关点P(K)是信号X和Y的延时采样乘积之和，有P(K)＝X(0)*Y(K)+X(1)*Y(K+1)+……+X(n)Y(K+n)，相关点P是信号X和Y之间延时K的函数，其模表示了信号X和Y的相关功率；2、根据P(K)的最大值，得出原信号X和采样周期信号Y之间的延时K，并利用K去控制延时调整模块8的延时步长为一个采样周期。例如，可以为一个数量可变的移位寄存器。

延时调整模块8的输出端还与频域估计和参数调整模块10的一个输入端相连，并为频域估计和参数调整模块10提供原信号X。频域估计和参数调整模块10的输出端与预失真器3的另一个输入端相连，频域估计和参数调整模块10的另一输入端与模数转换器11的输出端相连，并且接受功率放大器反馈模块23的反馈回来的采样周期信号Y。频域估计和参数调整模块10通过原信号X与反馈采样信号Y之间的频谱误差来调整预失真器中的功率放大器的逆模型权值参数，包括下列步骤：

1、使用离散傅立叶变换(DFT)或者快速傅立叶变换(FFT)，并通过频域自适应算法，具体说是频域RLS算法，得到收敛的预失真器中的功率放大器的逆模型权值参数。

2、将得到的逆模型权值参数存于查找表中当前短时功率对应的地址单元内，经过一段时间的预失真训练后，查找表中将存有一系列以输入信号短时功率为地址的权值参数，为以后正常工作时的预失真运算奠定基础。当正常工作时，查找表不断更新当前短时功率对应的地址单元，对逆模型参数进行实时的调整。

预失真器3主要执行预失真的运算，对输入信号进行处理，使输入信号S1的幅度和相位都发生改变，包括以下步骤：

1、根据计算公式PWR＝I²+Q²计算出输入信号S1的短时功率，其中，I、Q为两路输入信号；

2、把计算到的输入信号S1的短时功率的结果送入FIR滤波器进行滤波处理，得到查找表地址，并查出对应输入短时功率的逆模型权值参数；

3、以短时功率对应的逆模型的权值参数为基础，对输入信号进行逆模型的预失真运算。该预失真运算就是对功放的逆模型计算，功放的逆模型采用常用的Volterra级数模型，

z (n) = Σ_{b = 0}^{B} Σ_{a = 0}^{A} c_{(2 b + 1) a} \cdot x_{(n - a)} \cdot {| x_{(n - a)} |}^{2 b} .

其中，C就是从查找表中查得的逆模型参数值。通过逆模型的运算，由输入的复信号x得到输出复信号z，信号的幅度和相位在运算中被预失真。

输出功率放大模块21由数模转换器4和模拟上变频模块5依次连接组成。数模转换器4的输入端与预失真器3的输出端相连，将预失真器3输出的数字信号转换为模拟信号，并通过模拟上变频模块5将该模拟信号转变成射频信号输入到功率放大器中。

功率放大器反馈模块23包括耦合器13、模拟下变频模块12及模数转换器11。耦合器13耦合功率放大器输出的一部分射频信号作为反馈回路的输入，并将耦合到的射频信号S3输入到模拟下变频模块12中。模拟下变频模块12将该射频信号S3下变频到中频Fd，得到模拟信号S4，为了降低后续的模数转换器11的要求，该Fd可尽量取一个小的值。模数转换器11将该输入信号S4转换为数字信号，得到反馈回来的采样周期信号Y，模数转换器11再分别将该反馈的采样周期信号Y输入到频域估计和参数调整模块10及相关模块9中。

如图2所示，为本发明的频域自适应算法原理图。输入信号X(n)和需要信号d(n)分别经过串并转换组成输入信号N点数据组(或矢量)和需要信号N点数据组(或矢量)，并存于各自的缓冲器中，然后经过N点FFT变至频域得N点频域输入信号。令第k组频域信号为x_Fi(k)，d_Fi(k)(i＝1，…，N)，对于变换域的第i频率支路，其权为w_Ti(k)，输出为y_Ti(k)，且y_Ti(k)＝x_Fi(k)w_Ti(k)，相应的误差信号为e_Fi(k)＝d_Fi(k)-y_Fi(k)，权更新采用LMS算法w_Fi(k+1)＝w_Fi(k)+2μe_Fi(k)x^* _Fi(k)，当μ按收敛条件取得足够小时，第i频率支路的均方误差将收敛到最小值。

如上所述，便可较好地实现本发明。

Claims

1、基于TD-SCDMA信号的数字预失真装置，其特征在于，包括预处理模块(20)、预失真器(3)、输出功率放大模块(21)、自适应参数调整模块(22)及功率放大器反馈模块(23)；所述的预处理模块(20)的输出端依次与预失真器(3)、输出功率放大模块(21)及功率放大器相连，所述预处理模块(20)的输出端还与自适应参数调整模块(22)的一个输入端相连，所述自适应参数调整模块(22)的输出端与预失真器(3)相连，所述功率放大器反馈模块(23)的输入端与功率放大器相连，所述功率放大器反馈模块(23)的输出端与自适应参数调整模块(22)的另一个输入端相连。

2、根据权利要求1所述的基于TD-SCDMA信号的数字预失真装置，其特征在于，所述的预处理模块(20)包括同步解帧和功率检测模块(1)及限幅模块(2)，所述限幅模块(2)的输入端与同步解帧和功率检测模块(1)的输出端相连，所述限幅模块(2)的输出端与预失真器(3)的一个输入端相连。

3、根据权利要求1所述的基于TD-SCDMA信号的数字预失真装置，其特征在于，所述的输出功率放大模块(21)包括数模转换器(4)及模拟上变频模块(5)，所述的数模转换器(4)的输入端与预失真器(3)的输出端相连，所述模拟上变频模块(5)的输入端与数模转换器(4)的输出端相连，所述的模拟上变频模块(5)的输出端与功率放大器的输入端相连。

4、根据权利要求1所述的基于TD-SCDMA信号的数字预失真装置，其特征在于，所述的自适应参数调整模块(22)包括转换器(6)、存储器(7)、延时调整模块(8)、相关模块(9)及频域估计和参数调整模块(10)；所述转换器(6)的输入端与限幅模块(2)的输出端相连，所述转换器(6)的输出端依次与存储器(7)、延时调整模块(8)及相关模块(9)相连，所述相关模块(9)的输出端与延时调整模块(8)的另一个输入端相连，所述延时调整模块(8)的输出端还与频域估计和参数调整模块(10)的一个输入端相连，所述频域估计和参数调整模块(10)的输出端与预失真器(3)的另一个输入端相连。

5、根据权利要求1所述的基于TD-SCDMA信号的数字预失真装置，其特征在于，所述的功率放大器反馈模块(23)包括耦合器(13)、模拟下变频模块(12)及模数转换器(11)；所述耦合器(13)的输入端与功率放大器相连，所述耦合器(13)的输出端依次与模拟下变频模块(12)及模数转换器(11)相连，所述的模数转换器(11)的输出端分别与频域估计和参数调整模块(10)的另一个输入端及相关模块(9)的另一个输入端相连。