WO2011097844A1

WO2011097844A1 - 一种降低数字预失真系统链路失真过补偿的方法和装置

Info

Publication number: WO2011097844A1
Application number: PCT/CN2010/072572
Authority: WO
Inventors: 任继军; 茹洪涛; 张作锋
Original assignee: 中兴通讯股份有限公司
Priority date: 2010-02-09
Filing date: 2010-05-10
Publication date: 2011-08-18
Also published as: CN101800546B; CN101800546A

Description

一种降低数字预失真系统链路失真过补偿的方法和装置

技术领域

本发明涉及自适应数字预失真技术，尤其涉及一种改善数字预失真系统链路失真过补偿的方法和装置。背景技术

在频谱资源日益紧张的今天，现代通信系统更趋向于采用比恒定包络调制方式具有更高频谱效率的非恒定包络的线性调制方式，而这种调制方式对高功放的线性度要求较高，所以采用这种调制方式需要采用线性化技术来改善功放的线性度。

另一方面，随着数字移动通信技术的发展，对基站功放的性能提出了越来越高的要求，即在满足较高的线性要求前提下，使得功放有较高的效率。为了达到这一要求，就要让放大器既线性又高效，即对射频放大器或射频系统提出了线性化处理的需求，发展射频放大器线性化技术，采用各种手段来实现放大器高效率且高线性度。这一点对于未来无线移动通信技术的发展和实现有着十分重大的实际意义。

线性化技术发展中最重要的一步就是预失真技术的出现，它最初应用于模拟通信系统中的射频部分，随着数字信号处理（DSP, Digital Signal Processing )技术的发展，亦可在数字域内实现，形成数字预失真技术。数字预失真技术既可以应用在数字通信系统的基带部分，也可以应用在射频部分，而且预失真技术还可以利用自适应原理来跟踪补偿功放由于温度、湿度等环境因素改变而造成的误差。总之，预失真技术不但可以提升发射机的效率，降低成本与缩小体积，亦能有效增加发射机的线性度以提升系统效能与通信质量，是一种适应现代数字通信发展的线性化技术。为了便于实现，现有技术中，预失真结构采用的是查表（LUT, Look-Up Table ) 的方法，如图 1所示，预失真系统结构包含两个通道：数据训练的环路通道和预失真通道。数据训练通道是一个环路结构，其核心部分为预失真算法模块，该模块对经功放后的反馈输出和原输入信号进行处理，得到功放的失真特性，然后得到功放失真反特性的 LUT参数。当功放特性随着时间或外界环境变化发生改变时，可以通过自适应的预失真算法来更新预失真反特性 LUT参数。图 2给出了一种基本的提取预失真表格结构，其中， X为输入信号， Y为输出（反馈）信号。首先根据需求确定输出功率，第一次运行时，系统直通， LUT参数全 "1" , X = Χ , 信号通过功放之后，得到第一组输出数据，反馈进行预失真处理，通过求解 ¹¹¹¹¹¹ 得到 LUT 参数，然后在迭代过程中不断修正 LUT参数，提取此时 LUT参数作为这一输出功率下的预失真 LUT, 供系统使用。

在实际的数字预失真系统中，有许多非线性的可能源，包括诸如晶体管和电感、电容等非线性元件。当模拟信号转换成数字信号时，更会频繁地引入非线性特性，再加上模数转换器（ADC )本身的附加非线性源，包括采样电容器的时间常量、比较器电平中的不精确和放大器中的增益误差等，使得反馈链路引入很大的非线性失真。对于一般的数字预失真系统而会在提取功放失真反特性的 LUT 参数时得到不需要的反馈链路过补偿特性，降低预失真效果。

图 3 所示为前向链路、反馈链路及功放的失真补偿的原理。以瞬时特性为例，理想的 LUT补偿特性为 ^⁷^·)—¹ , 其中，为反馈链路失真的逆特性，为功放失真的逆特性， ^⁰—¹为前向链路失真的逆特性，而此时的功放输出特性为：

Y = X * Fb(-y^l * H(-y^l *Τχ(-γ^ι *Γ ·) * H (-) = X * Fb(')—¹ 其中， (')为功放失真，为前向链路失真，显见， LUT包含多余的过补偿特性^(')— ¹ , 这会明显地降低预失真效果。

关于这一领域的专利文献很多，主要集中在奥普蒂科伦公司，如 CN1985442A, CN1998140A, US2004228488等等，其主要思想是单独针对反馈链路失真引入线性电路进行失真估算，进而补偿输出，但这些方法均存在实现复杂、增加硬件电路开销等不足。发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种改善数字预失真系统链路失真过补偿的方法和装置，能够筒单、可靠的解决数字预失真系统链路失真过补偿的问题。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

本发明提供的一种改善数字预失真系统链路失真过补偿的方法，该方法包括：

获取输入信号在数字预失真系统前向链路的失真补偿特性参数，形成前向失真补偿表（LUT_e ), 在输入信号进入数模转换器（DAC )前进行补偿；

获取输入信号不经过功放的小闭环链路的理想补偿特性参数，形成反馈失真补偿表（Pre_LUT )在反馈链路进行补偿；

获取输入信号经过功放的大闭环链路的理想补偿特性参数，形成对应功放非线性失真的数字预失真表（PA_LUT )在前向链路进行补偿。

上述方案中，所述获取输入信号在不经过功放的小闭环链路的理想补偿特性参数之前，进一步包括：将数字预失真系统进行不经过功放的连接，得到小闭环链路；

所述获取输入信号经过功放的大闭环链路的理想补偿特性参数之前，进一步包括：断开用于不经过功放的连接，得到输入信号经过功放的大闭环链路。

上述方案中，所述获取输入信号在数字预失真系统前向链路的失真补偿特性参数具体为：以先定序列作为输入信号，在经过 DAC之后，通过 ADC对经过 DAC后的信号进行采样，再建立 DAC误差模型，根据采样得到的信号和输入信号应用 DAC误差模型得到误差方程组，求解方程组得到前向链路的失真补偿特性参数；

或者，应用离散傅里叶变换（DFT )、或快速傅里叶变换（FFT ) 方法提取经过 DAC后的信号和输入信号的差值作为误差，将该误差转换成时域的误差波形，再建立 DAC误差模型，应用 DAC误差模型得到误差方程组，求解方程组得到前向链路的失真补偿特性参数。

上述方案中，所述获取输入信号在不经过功放的小闭环链路的理想补偿特性参数具体为：对小闭环链路中的 ADC建立误差模型，根据小闭环链路的输入信号和输出信号得到误差方程组，通过求解所述误差方程组得到小闭环链路的理想补偿特性参数。

上述方案中，所述获取输入信号经过功放的大闭环链路的理想补偿特性参数具体为：输入信号经过功放的大闭环链路得到输出信号，建立功放的误差模型，根据输出信号和输入信号应用功放的误差模型得到误差方程组，求解满足所述误差方程组的输出信号和输入信号最小差模的参数。

上述方案中，所述形成 PA_LUT表在前向链路进行补偿进一步包括：通过迭代的方法，不断修正大闭环链路的理想补偿特性参数，更新 PA_LUT 表。

上述方案中，所述先定序列是指预先知道数值的训练序列，为单音序歹l、双音序列或者多音序列；

在获取输入信号在数字预失真系统前向链路的失真补偿特性参数时，所述 ADC的采样频率为 DAC的 Κ的取值为偶数；在获取输入信号在不经过功放的小闭环链路的理想补偿特性参数时，所述 Κ取 1;

该方法进一步包括：在前向链路的 DAC与 ADC间连接低通滤波器，用于避免在 ADC采样时出现频域混叠的现象。

本发明提供的一种改善数字预失真系统链路失真过补偿的装置，该装置包括：前向失真补偿模块、反馈失真补偿模块、功放失真补偿模块；其中，

前向失真补偿模块，用于获取输入信号在数字预失真系统前向链路的失真补偿特性参数，形成 LUT_e表，在输入信号进入 DAC前进行补偿；反馈失真补偿模块，用于获取输入信号在不经过功放的小闭环链路的理想补偿特性参数，形成 Pre_LUT表在反馈链路进行补偿；

功放失真补偿模块，用于获取输入信号经过功放的大闭环链路的理想补偿特性参数，形成 PA_LUT表在前向链路进行补偿。

上述方案中，所述前向失真补偿模块获取输入信号在数字预失真系统前向链路的失真补偿特性参数具体为：以先定序列作为输入信号，在经过 DAC之后，通过 ADC对经过 DAC后的信号进行采样，再建立 DAC误差模型，根据采样得到的信号和输入信号应用 DAC误差模型得到误差方程组，求解方程组得到前向链路的失真补偿特性参数；

或者，应用 DFT、或者 FFT方法提取经过 DAC后的信号和输入信号的差值作为误差，将该误差转换成时域的误差波形，再建立 DAC误差模型，应用 DAC误差模型得到误差方程组，求解方程组得到前向链路的失真补偿特性参数。

上述方案中，所述功放失真补偿模块进一步用于通过迭代的方法，不断修正大闭环链路的理想补偿特性参数，更新 PA_LUT表。

本发明提供的一种改善数字预失真系统链路失真过补偿的方法和装置，获取输入信号在数字预失真系统前向链路的失真补偿特性参数，形成

LUT_e表，对输入信号进入 DAC前进行补偿；获取输入信号在不经过功放的小闭环链路的理想补偿特性参数，形成 Pre_LUT表在反馈链路进行补偿；获取输入信号经过功放的大闭环链路的理想补偿特性参数，形成 PA_LUT 表在前向链路进行补偿；如此，可以在补偿前向链路失真的基础上，进一步有效抵消反馈链路的过补偿特性，改善数字预失真系统链路失真的过补偿，方法筒单、可靠。附图说明

图 1为现有技术中预失真系统结构示意图；

图 2为一种基本的提取预失真表格的结构示意图；

图 3 为现有技术中前向链路、反馈链路及功放的失真补偿的原理示意图；

图 4为本发明实现一种改善数字预失真系统链路失真过补偿的方法流程示意图；

图 5为本发明前向失真补偿模块的内部结构示意图；

图 6 为本发明实现一种改善数字预失真系统链路失真过补偿的装置的结构示意图。具体实施方式本发明的基本思想是：获取输入信号在数字预失真系统前向链路的失真补偿特性参数，形成 LUT_e表，对输入信号进入 DAC前进行补偿；获取输入信号在不经过功放的小闭环链路的理想补偿特性参数，形成 Pre_LUT表在反馈链路进行补偿；获取输入信号经过功放的大闭环链路的理想补偿特性参数，形成 PA_LUT表在前向链路进行补偿。

下面通过附图及具体实施例对本发明做进一步的详细说明。本发明实现一种改善数字预失真系统链路失真过补偿的方法，如图 4 所示，该方法包括以下几个步骤：

步骤 401 :获取输入信号在数字预失真系统前向链路的失真补偿特性参数，形成 LUT_e表，在输入信号进入 DAC前进行补偿；

具体的，如图 5所示，以先定序列作为输入信号，在经过 DAC之后，通过 ADC对经过 DAC后的信号进行采样，再建立 DAC误差模型，根据采样得到的信号和输入信号应用 DAC误差模型得到误差方程组，求解方程组得到前向链路的失真补偿特性参数,根据失真补偿特性参数形成 LUT_e表；在输入信号进入 DAC前通过 LUT的方法查询 LUT_e表进行补偿，在补偿后输入信号在进入功放前可以认为为无失真信号；

进一步的，本步骤获取前向链路的失真补偿特性参数的方法还可以是：应用 DFT、 FFT等方法提取经过 DAC后的信号和输入信号的差值作为误差，将该误差转换成时域的误差波形，再建立 DAC误差模型，应用 DAC误差模型得到误差方程组，求解方程组得到前向链路的失真补偿特性参数；本步骤中，为避免在 ADC采样时出现频域混叠的现象，还需要在 DAC 与 ADC间连接低通滤波器；所述先定序列是指预先知道数值的训练序列，可以是单音序列、双音序列或者多音序列；所述 ADC的采样频率为 DAC 的 υκ , Κ的取值可以根据实际情况选取，可以是偶数，一般选取 4或 8。

下面对本步骤获取前向链路的失真补偿特性参数以公式（1 ) 的 DAC 误差模型为例进行具体说明，

e x_k ) = a + x_k + α + βχ^¹ + λ₂( + ^x_k )³

+ + _ )² + + ^)) … （ 1 )

+ r + Α - ¾-Μ ))² + r₂(« + Α - ¾-Μ ))³

其中，当前时刻的输入信号的误差；为当前时刻的输入信号； ^xk-_m 前 m 时刻的输入信号， m=l,2,...,M , M 为正整数； ^a、 P、、 ⁵ 、、等系数为前向链路的失真补偿特性参数；取反馈 ADC的采样率为前向 DAC采样率的 1/4, 即 = 4 , 设此时输入信号为 ^x = ⁽ ι ¾ L χ_η) , 输出信号为 = y₂ L y_n) , 根据公式（丄）则有：

e x_k) = a + x_k + {a + x_k)² + δ_λ{α + {x_k - x_k_ )²

+^(« + ¾-¾-₂))²

其中 ) = - , = 3,4,5···"，根据上式建立如下误差方程组：

_y₃ -x₃ =α + βχ₃ + (a + βχ)² + δ_λ(α + β(χ - χ₂))² + γ_λ(α + β(χ - x )² y₄ -χ₄ = a + βχ₄+ (α + βχ₄)² + δ_λ(α + β(χ₄- χ))² + γ_λ(α + β(χ₄- χ₂))²

Μ

y_n -χ_η = a + βχ_η + {α + βχ_η)² + δ{α + β{χ_η - χ_η_))² + γ{α + β{χ_η- χ_η_₂))² 通过求解上述方程组，则可获取前向链路的失真补偿特性参数 α、 β、 , 、 , 形成 LUT_e表。

步骤 402: 将数字预失真系统进行不经过功放的小闭环链路连接，获取输入信号在小闭环链路的理想补偿特性参数，形成 Pre_LUT表在反馈链路进行补偿；

具体的，将数字预失真系统的前向链路和反馈链路进行不经过功放的连接，得到小闭环链路，对小闭环链路中的 ADC建立误差模型，根据小闭环链路的输入信号和输出信号得到误差方程组，通过求解方程组得到小闭环链路的理想补偿特性参数，将理想补偿特性参数形成 Pre_LUT表，在反馈信号进入反馈链路的 ADC后，通过 LUT的方法查询 Pre_LUT表进行补偿，设查询 Pre_LUT表补偿数据为 ^('), 在前向链路输入信号为 X, 小闭环链路的输出信号为 Y, 贝' J: Y = X* Txi-y¹ * Τχ(·) * Fb(-) * Fbi-Y¹ = X 可以看出抵消了反馈链路的过补偿特性本步骤获取输入信号在小闭环链路的理想补偿特性参数时，可以设置 ADC的采样率与 DAC的相同，即 K=l

步骤 403: 获取输入信号经过功放的大闭环链路的理想补偿特性参数，形成 PA_LUT表在前向链路进行补偿；

具体的，断开步骤 402 中用于不经过功放的连接，得到输入信号可以经过功放的大闭环链路，该输入信号经过功放的大闭环链路后得到输出信号，而此时的前向链路和反馈链路失真均已通过步骤 401和步骤 402补偿，因此只存在功放的失真；建立功放的误差模型，根据输出信号和输入信号应用功放的误差模型得到误差方程组，求解满足方程组的输出信号和输入信号最小差模的参数，作为功放的失真特性参数，即大闭环链路的理想补偿特性参数，将理想补偿特性参数形成 PA_LUT表，在输入信号经过前向链路时，通过 LUT的方法查询 PA_LUT表进行补偿，通过迭代的方法，不断修正大闭环链路的理想补偿特性参数，同时也更新 PA_LUT表；

下面对本步骤获取大闭环链路的理想补偿特性参数以公式（2)的功放的误差模型为例进行具体说明，

(¾) = Vn + "_η2^χη² +^an3^Xl+ + + «0 ( ₂ ) 其中，为阶数， " = 123··· „表示信号；

设输入信号为 ^{Χ =}( ι¾ L j, 输出信号为 i^ L y ^ 则根据公式（2)得到：

其中， X )为输入信号 X通过功放的误差模型计算得到的，为输入信号的模值，即^

； /_m()(^{w = 1}、²、³)为公式（2) 的多项式拟合的表格；

Υ—X 输出信号 Y通过功放的误差模型计算得到 Y，，求取满足叩 — 的参数。即

ε(η) = ^(Ρ_η)* Υ(η) + f₂ (Ρ_η__λ )*Y(n-l) + f₃ (P_n—₂ )*Y(n-2)-X(n) _{( 6 )} 的值最小的参数，其中， ")^¹'- χι。写成矩阵形式有：

s = {P*Y)*W -X

其中^由/ 的多项式系数^^^^，^^，…，^^组成，其多项式最高阶数为^ P为信号模值组成的矩阵；矩阵展开即有：

W_l— \_c_w,c_n,...,c_lq\ W₂— [oc₂₀,oc_2l,...,oc₂2q]- W₃—[oc₃₀,oc_3l,...,oc₃ ]

X =\ L x

则使得 ^最小的系数向量 W的解为：

W = {P*YY^l *X , 即为大闭环链路的理想补偿特性参数。基于上述方法，本发明还提供一种改善数字预失真系统链路失真过补偿的装置，如图 6所示，该装置包括：前向失真补偿模块 61、反馈失真补偿模块 62、功放失真补偿模块 63; 其中，

前向失真补偿模块 61 , 用于获取输入信号在数字预失真系统前向链路的失真补偿特性参数，形成 LUT_e表，在输入信号进入 DAC前进行补偿；具体为，图 6中的开关全部打开，前向失真补偿模块 61如图 5所示，利用 ADC对经过 DAC后的信号进行采样，再建立 DAC误差模型，根据采样得到的信号和输入信号应用 DAC误差模型得到误差方程组，求解方程组得到前向链路的失真补偿特性参数,根据失真补偿特性参数形成 LUT_e表；在输入信号进入 DAC前通过 LUT的方法查询 LUT_e表进行补偿；

进一步的，所述前向失真补偿模块 61获取输入信号在数字预失真系统前向链路的失真补偿特性参数的方法，还可以是：应用 DFT、 FFT等方法提取经过 DAC后的信号和输入信号的差值作为误差，将该误差转换成时域的误差波形，再建立 DAC误差模型，应用 DAC误差模型得到误差方程组，求解方程组得到前向链路的失真补偿特性参数；

为避免在 ADC采样时出现频域混叠的现象，还需要在 DAC与 ADC间连接低通滤波器；所述 ADC的采样频率为 DAC的 K的取值可以是偶数，一般选取 4或 8。

反馈失真补偿模块 62, 用于获取输入信号在不经过功放的小闭环链路的理想补偿特性参数，形成 Pre_LUT表在反馈链路进行补偿；

具体的，将开关 S3、 S4、 S5 闭合， Sl、 S2打开，得到不经过功放的小闭环链路，反馈失真补偿模块 62建立 ADC误差模型，根据小闭环链路的输入信号和输出信号得到误差方程组，通过求解方程组得到小闭环链路的理想补偿特性参数，将理想补偿特性参数形成 Pre_LUT表，在反馈信号进入反馈链路的 ADC后，通过 LUT的方法查询 Pre_LUT表进行补偿；其中，可以设置 ADC的采样率与 DAC的相同，即 K=l。

功放失真补偿模块 63, 用于获取输入信号经过功放的大闭环链路的理想补偿特性参数，形成 PA_LUT表在前向链路进行补偿；

具体的，将开关 S3、 S4、 S5打开， Sl、 S2闭合，得到输入信号可以经过功放的大闭环链路，功放失真补偿模块 63通过求解输出信号和输入信号差值绝对值的最小值得到误差，建立功放的误差模型，应用功放的误差模型得到误差方程组，求解方程组得到功放的失真特性参数，即大闭环链路的理想补偿特性，将理想补偿特性形成 PA_LUT表，在输入信号经过前向链路时，通过 LUT的方法查询 PA_LUT表进行补偿；

功放失真补偿模块 63进一步用于通过迭代的方法，不断修正大闭环链路的理想补偿特性参数，更新 PA_LUT表。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

权利要求书

1、一种改善数字预失真系统链路失真过补偿的方法，其特征在于，该方法包括：

2、根据权利要求 1所述的方法，其特征在于，

所述获取输入信号在不经过功放的小闭环链路的理想补偿特性参数之前，进一步包括：将数字预失真系统进行不经过功放的连接，得到小闭环链路；

3、根据权利要求 1所述的方法，其特征在于，所述获取输入信号在数字预失真系统前向链路的失真补偿特性参数具体为：以先定序列作为输入信号，在经过 DAC之后，通过模数转换器（ ADC )对经过 DAC后的信号进行采样，再建立 DAC误差模型，根据采样得到的信号和输入信号应用 DAC误差模型得到误差方程组，求解方程组得到前向链路的失真补偿特性参数；

4、根据权利要求 1所述的方法，其特征在于，所述获取输入信号在不经过功放的小闭环链路的理想补偿特性参数具体为：对小闭环链路中的 ADC建立误差模型，根据小闭环链路的输入信号和输出信号得到误差方程组，通过求解所述误差方程组得到小闭环链路的理想补偿特性参数。

5、根据权利要求 1所述的方法，其特征在于，所述获取输入信号经过功放的大闭环链路的理想补偿特性参数具体为：输入信号经过功放的大闭环链路得到输出信号，建立功放的误差模型，根据输出信号和输入信号应用功放的误差模型得到误差方程组，求解满足所述误差方程组的输出信号和输入信号最小差模的参数。

6、根据权利要求 1所述的方法，其特征在于，所述形成 PA_LUT表在前向链路进行补偿进一步包括：通过迭代的方法，不断修正大闭环链路的理想补偿特性参数，更新 PA_LUT表。

7、根据权利要求 3所述的方法，其特征在于，所述先定序列为单音序列、双音序列或者多音序列；

在获取输入信号在数字预失真系统前向链路的失真补偿特性参数时，所述 ADC的采样频率为 DAC的 K的取值为偶数；在获取输入信号在不经过功放的小闭环链路的理想补偿特性参数时，所述 K取 1;

8、一种改善数字预失真系统链路失真过补偿的装置，其特征在于，该装置包括：前向失真补偿模块、反馈失真补偿模块、功放失真补偿模块；其中，

前向失真补偿模块，用于获取输入信号在数字预失真系统前向链路的失真补偿特性参数，形成 LUT_e表，在输入信号进入 DAC前进行补偿；反馈失真补偿模块，用于获取输入信号在不经过功放的小闭环链路的理想补偿特性参数，形成 Pre_LUT表，在反馈链路进行补偿；

9、根据权利要求 8所述的装置，其特征在于，所述前向失真补偿模块获取输入信号在数字预失真系统前向链路的失真补偿特性参数具体为：以先定序列作为输入信号，在经过 DAC之后，通过 ADC对经过 DAC后的信号进行采样，再建立 DAC误差模型，根据采样得到的信号和输入信号应用 DAC误差模型得到误差方程组，求解方程组得到前向链路的失真补偿特性参数；

10、根据权利要求 8所述的装置，其特征在于，所述功放失真补偿模块进一步用于通过迭代的方法，不断修正大闭环链路的理想补偿特性参数，更新 PA—LUT表。