专利名称：用于预失真器的信号反馈回路和方法、以及功率放大设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及非线性器件尤其是功率放大器的数字预失真线性化技术，特别涉及一种用于功率放大器预失真器的信号反馈回路和方法。
背景技术：
功率放大器作为模拟通信系统中的核心部件，其低功耗设计或者说高效率设计一直是一个热点问题。数字基带预失真方法利用反馈回来的畸变信息，在发送数字端预先补偿放大器的非线性特性，比较容易实现自适应和高带宽的非线性补偿，成为预失真方法的首选之一。根据反馈信息的类型，可将预失真器分为矢量法和标量法。所谓矢量法是将通过放大器的畸变信号的幅度和相位信息完全保留，通过与未经过放大器的原始信号时延对齐做差，生成误差信号。将误差信号作为代价函数，采用自适应算法生成预失真器系数。这种方法对反馈回路的线性度要求高，反馈回路比较复杂。标量法则是将经过放大器的信号处理，将带外功率或者带内外功率比作为代价函数，也可以采用自适应算法，或者在多个固定表中选择一个作为预失真器系数。这种方法不需要正交解调，反馈回路较矢量法简单，但收敛速度可能较慢。本发明人通过调研已有标量法预失真器，发现目前标量法预失真器的反馈回路仍然存在模拟反馈回路复杂、模数转换速率高的问题。例如，图1和2分别示出了目前已知的用于标量法预失真器的反馈回路结构。如图1所示，功率放大设备100包括预失真器101、数模转换器(DA) 102、上变频器 103、功率放大器104、耦合器105、下变频器106、带通滤波器(BPF) 107、功率计算器108、低通滤波器(LPF) 109、模数转换器(AD)110、以及系数更新控制器111，其中由下变频器106、 BPF 107、功率计算器108、LPF 109、AD 110、以及系数更新控制器111构成预失真器101的反馈回路。预失真器101可以用于对输入信号进行预失真，输出预失真信号。DA 102可以用于将预失真器101所输出的预失真信号转换为模拟信号(为基带信号)。上变频器103可以用于将从DA 102输出的基带信号上变频为射频信号。功率放大器104可以用于对上变频器103输出的射频信号进行功率放大并输出功率放大后的输出信号。耦合器105可以用于将功率放大器104的输出分支为两路信号，一路信号作为输出信号经由天线(未示出) 发送出去，另一路信号作为反馈信号输入到反馈回路中。下变频器106可以用于将耦合器 104输出的反馈信号下变频为基带信号。BPF 107可以用于对下变频器106进行下变频所得到的基带信号进行滤波，以抑制其中的主带信号。功率计算器108可以用于计算BPF 107 进行滤波所得到的信号的功率，作为带外功率。LPF 109可以用于对功率计算器108算出的带外功率进行低通滤波，以得到平均带外功率。AD 110可以用于对从LPF109输出的平均带外功率进行模数转换。系数更新控制器111可以用于根据AD 110进行模数转换所得到的数字平均带外功率，更新预失真器101的系数。
在图1所示的反馈回路中，模拟电路器件多，另外对BPF 107的带内抑制性能要求严格(比如要求抑制带内60dB)，如图3(a)所示。这样就需要高阶的模拟滤波器，有着电路规模大的缺点。此外，如图2所示，功率放大设备200包括预失真器101、数模转换器(DA) 102、上变频器103、功率放大器104、耦合器105、下变频器106、模数转换器(AD) 201、傅立叶变换单元(FFT)202、功率计算器203、以及系数更新控制器111，其中由下变频器106、AD 201、 FFT 202、功率计算器203、以及系数更新控制器111构成预失真器101的反馈回路。除了 AD 20UFFT 202、功率计算器203以外，其余的各个单元分别与图1所示的相应单元的功能相同，并用相同的附图标记表示，在此省略其详细描述。在图2所示的反馈回路中，将带外功率计算移至数字域，其中AD 201可以用于对下变频器106进行下变频所得到的基带信号进行模数转换，FFT 202可以通过对AD 201进行模数转换所得到的数字信号进行傅立叶变换，从而得到信号频谱。功率计算器203可以用于根据从FFT 202输出的信号频谱计算带外功率。该方案虽然模拟器件少，但是对AD 的要求较高，如图3(b)所示。对AD的动态范围(如果考虑60dB的话，则至少需要有效比特数(ENOB) = 10比特的AD)和采样速率(如果考虑到5次谐波失真的话，则需要5倍的上采速率)都有很高要求，这样的AD往往造价昂贵，同时数字域的时钟速率高。
发明内容
在下文中给出了关于本发明的简要概述，以便提供关于本发明的某些方面的基本理解。但是，应当理解，这个概述并不是关于本发明的穷举性概述。它并不是意图用来确定本发明的关键性部分或重要部分，也不是意图用来限定本发明的范围。其目的仅仅是以简化的形式给出关于本发明的某些概念，以此作为稍后给出的更详细描述的前序。鉴于现有技术的上述情形，本发明的目的是提供一种用于功率放大器预失真器的信号反馈回路和方法、以及包括该信号反馈回路的功率放大设备，其能够解决现有技术问题中的一个或多个。为了实现上述目的，根据本发明的一方面，提供了一种用于功率放大器预失真器的信号反馈回路，其包括下变频器，用于将从功率放大器输出的反馈信号下变频为基带信号或中频信号；第一滤波器，用于对下变频器进行下变频所得到的基带信号或中频信号进行第一滤波，以对其中的主带信号进行初步抑制，从而输出第一滤波信号；模数转换器，用于对从第一滤波器输出的第一滤波信号进行模数转换；第二滤波器，用于对模数转换器进行模数转换所得到的数字信号进行第二滤波，以对其中的主带信号进行进一步抑制，从而输出第二滤波信号；功率计算器，用于根据从第二滤波器输出的第二滤波信号，计算反馈信号的带外功率；以及系数更新控制器，用于根据由功率计算器算出的带外功率，更新预失真器的系数。优选地，模数转换器对第一滤波信号进行低速采样，使得η次以上的谐波进行部分或全部叠加，其中η是大于或等于3的奇数。根据本发明的另一方面，还提供了一种用于功率放大器预失真器的信号反馈方法，包括以下步骤将从功率放大器输出的反馈信号下变频为基带信号或中频信号；对经过下变频所得到的基带信号或中频信号进行第一滤波，以对其中的主带信号进行初步抑
4制，从而输出第一滤波信号；对第一滤波信号进行模数转换；对经过模数转换所得到的数字信号进行第二滤波，以对其中的主带信号进行进一步抑制，从而输出第二滤波信号；根据第二滤波信号，计算反馈信号的带外功率；以及根据算出的带外功率，更新预失真器的系数。优选地，对第一滤波信号进行模数转换包括对第一滤波信号进行低速采样，使得η 次以上的谐波进行部分或全部叠加，其中η是大于或等于3的奇数。根据本发明的另一方面，还提供了一种功率放大设备，其包括预失真器，用于对输入信号进行预失真，输出预失真信号；数模转换器，用于将预失真器所输出的预失真信号转换为模拟基带信号；上变频器，用于将从数模转换器输出的模拟基带信号上变频为射频信号；功率放大器，用于对上变频器输出的射频信号进行功率放大并输出功率放大后的输出信号；耦合器，用于将功率放大器的输出分支为两路信号，一路信号作为输出信号经由天线发送出去，另一路信号作为反馈信号输入到如上所述的信号反馈回路中；以及如上所述的信号反馈回路。根据本发明的另一方面，还提供了用于实现上述信号反馈方法的计算机程序产
P
ΡΠ O根据本发明的另一方面，还提供了计算机可读介质，其上记录有用于实现信号反馈方法的计算机程序代码。根据本发明的上述技术方案，通过将部分模拟回路复杂度转移到数字域的方法并且利用二级滤波结构降低了模数转换的动态范围要求，大大降低了模拟电路复杂度。另外， 利用低速AD产生的频谱混叠，在不影响性能的情况下大大降低了对AD的速度要求。在性能没有恶化的情况下，进一步降低了反馈回路的造价。
本发明可以通过参考下文中结合附图所给出的详细描述而得到更好的理解，其中在所有附图中使用了相同或相似的附图标记来表示相同或者相似的部件。所述附图连同下面的详细说明一起包含在本说明书中并形成说明书的一部分，用来进一步举例说明本发明的优选实施例和解释本发明的原理和优点。在附图中图1示出了现有技术的功率放大设备及其中的信号反馈回路的结构框图；图2示出了另一现有技术的功率放大设备及其中的信号反馈回路的结构框图；图3 (a)示意性地示出了在图1的技术方案中对BPF的要求；图3 (b)示意性地示出了在图2的技术方案中对AD的要求；图4示出了根据本发明实施例的功率放大设备及其中的信号反馈回路的结构框图；图5 (a)示出了模拟信号频谱s (f)；图5(b)示出了采样后的频谱(采样速率>信号带宽)；图5 (C)示出了采样后的频谱(采样速率<信号带宽)；图6示出了根据本发明实施例的示例性数字中频实施方案；图7示出了根据本发明实施例的示例性零中频实施方案；以及图8示出了根据本发明实施例的用于功率放大器预失真器的信号反馈方法的流程图。本领域技术人员应当理解，附图中的元件仅仅是为了简单和清楚起见而示出的， 而且不一定是按比例绘制的。例如，附图中某些元件的尺寸可能相对于其它元件放大了，以便有助于提高对本发明实施例的理解。
具体实施例方式在下文中将结合附图对本发明的示范性实施例进行描述。为了清楚和简明起见， 在说明书中并未描述实际实施方式的所有特征。然而，应该了解，在开发任何这种实际实施例的过程中必须做出很多特定于实施方式的决定，以便实现开发人员的具体目标，例如，符合与系统及业务相关的那些限制条件，并且这些限制条件可能会随着实施方式的不同而有所改变。此外，还应该了解，虽然开发工作有可能是非常复杂和费时的，但对得益于本公开内容的本领域技术人员来说，这种开发工作仅仅是例行的任务。在此，还需要说明的一点是，为了避免因不必要的细节而模糊了本发明，在附图中仅仅示出了与根据本发明的方案密切相关的装置结构和/或处理步骤，而省略了与本发明关系不大的其它细节。下面参照附图详细描述根据本发明实施例的功率放大设备及其中的信号反馈回路。图4示出了根据本发明实施例的功率放大设备400及其中的信号反馈回路的结构框图。如图4所示，功率放大设备400包括预失真器101、数模转换器(DA) 102、上变频器 103、功率放大器104、耦合器105、下变频器106、第一滤波器401、AD 402、第二滤波器403、 功率计算器404、以及系数更新控制器111，其中由下变频器106、第一滤波器401、AD 402、 第二滤波器403、功率计算器404、以及系数更新控制器111构成预失真器101的反馈回路。 除了第一滤波器401、AD 402、第二滤波器403、功率计算器404以外，其余的各个单元分别与图1和2所示的相应单元的功能相同，并用相同的附图标记表示，在此省略其详细描述。第一滤波器401可以用于对下变频器106进行下变频所得到的基带信号或中频信号进行第一滤波，以对其中的主带信号进行初步抑制(比如抑制主带信号25dB)，从而输出第一滤波信号，这样可以降低AD 402的动态范围要求。AD 402可以用于对从第一滤波器 401输出的第一滤波信号进行模数转换。第二滤波器403可以用于对AD 402进行模数转换所得到的数字信号进行第二滤波，以对其中的主带信号进行进一步抑制(比如再抑制主带信号35dB)，从而输出第二滤波信号。功率计算器404可以用于根据从第二滤波器403输出的第二滤波信号，计算反馈信号的带外功率。由于第一滤波器401只是初步抑制主带信号， 对主带信号抑制比要求不高，第一滤波器401电路规模较小。AD的动态范围减小后，AD的比特数目可以大大降低。优选地，AD 402可以对第一滤波信号进行低速采样，使得η次以上的谐波进行部分或全部叠加，其中η是大于或等于3的奇数。这样，AD的采样速率可以大大降低。为便于理解，首先回顾一下采样定理若模拟信号(0，其对应的频谱为乂江)。如果AD以采样频率fs采样后，得到信号%)，其对应频谱为力/；)。其对应频谱为x、f、= x、f_nfs)因此原始模拟信号的频
谱以间隔fs得到了周期性的延拓。当采样频率fs和信号带宽X的关系不同时，频谱的延拓情况不同，如图5(a) (c)所示。本发明即利用了图5(c)的情形，使得信号的η (η是大于或等于3的奇数)次以上谐波在采样后全部或者部分叠加，然后再计算其功率。下面图例中只考虑到5次谐波，然而，本领域的技术人员应当清楚，对于考虑到3 次以上的谐波失真依然适用。图6给出了数字中频方式的2个解决方案例子对于数字中频方式，下变频器106通常由混频器601构成。第一个例子采用数字中频fif = 2. 5X。采用带阻滤波器将主带信号初步抑制，然后采用2. 5X的AD采样信号后，使得5次和3次谐波进行部分叠加，最后在数字域采用截止频率fc = χ/2的高通滤波器滤出畸变信号。计算其功率后作为代价函数。另一个例子采用数字中频fif = 1. 5X。采用带阻滤波器将主带信号初步抑制，然后采用3X的AD采样信号后，使得5次和3次谐波进行部分叠加，最后在数字域采用截止频率fc = X的高通滤波器滤出3阶谐波信号。计算其功率后作为代价函数。仿真表明原来使用5X上采的ENOB = IObit的AD，采用图7中的解决方案使用 2. 5X/1. 5X，ENOB = 4bit的AD可以得到几乎相同的性能。图7给出了零中频方式的2个解决方案例子对于零中频方式，下变频器106通常由正交解调器701构成，以得到I/Q两路信号信息。正交解调器701与混频器相比更加复杂，由两路混频器cos (2 Jif t)/sin (2 Jif t) 构成。第一个例子采用带阻滤波器将主带信号初步抑制，然后采用2. 5X的AD采样信号后，使得5次和3次谐波进行部分叠加，最后在数字域采用截止频率fc = X/2的高通滤波器滤出畸变信号。计算其功率后作为代价函数。第二个例子采用带阻滤波器将主带信号初步抑制，然后采用1. 5X的AD采样信号后，再采用截止频率fc = X/2的高通滤波器滤出3次谐波信号。计算其功率后作为代价函数。上面结合附图详细描述了根据本发明实施例的功率放大设备及其中的信号反馈回路。下面将结合附图描述根据本发明实施例的用于功率放大器预失真器的信号反馈方法。图8示出了根据本发明实施例的用于功率放大器预失真器的信号反馈方法的流程图。如图8所示，首先，在步骤S801，将从功率放大器输出的反馈信号下变频为基带信号或中频信号。接下来，在步骤S802，对经过下变频所得到的基带信号或中频信号进行第一滤波， 以对其中的主带信号进行初步抑制，从而输出第一滤波信号。接下来，在步骤S803，对第一滤波信号进行模数转换。接下来，在步骤S804，对经过模数转换所得到的数字信号进行第二滤波，以对其中的主带信号进行进一步抑制，从而输出第二滤波信号。
接下来，在步骤S805，根据第二滤波信号，计算反馈信号的带外功率。最后，在步骤S806，根据在步骤S805算出的带外功率，更新预失真器的系数。优选地，步骤S803的模数转换处理包括对第一滤波信号进行低速采样，使得η次以上的谐波进行部分或全部叠加，其中η是大于或等于3的奇数。该方法的上述步骤的其它可选实施方式前面已经作过详细描述，在此不再重复说明。此外，显然，根据本发明的上述方法的各个操作过程也可以以存储在各种机器可读的存储介质中的计算机可执行程序的方式实现。而且，本发明的目的也可以通过下述方式实现将存储有上述可执行程序代码的存储介质直接或者间接地提供给系统或设备，并且该系统或设备中的计算机或者中央处理单元(CPU)读出并执行上述程序代码。此时，只要该系统或者设备具有执行程序的功能，则本发明的实施方式不局限于程序，并且该程序也可以是任意的形式，例如，目标程序、解释器执行的程序或者提供给操作系统的脚本程序等。上述这些机器可读存储介质包括但不限于各种存储器和存储单元，半导体设备， 磁盘单元例如光、磁和磁光盘，以及其它适于存储信息的介质等。另外，计算机通过连接到因特网上的相应网站，并且将依据本发明的计算机程序代码下载和安装到计算机中然后执行该程序，也可以实现本发明。在本发明的装置和方法中，显然，各部件或各步骤是可以分解和/或重新组合的。 这些分解和/或重新组合应视为本发明的等效方案。并且，执行上述系列处理的步骤可以自然地按照说明的顺序按时间顺序执行，但是并不需要一定按照时间顺序执行。某些步骤可以并行或彼此独立地执行。以上虽然结合附图详细描述了本发明的实施例，但是应当明白，上面所描述的实施方式只是用于说明本发明，而并不构成对本发明的限制。对于本领域的技术人员来说，可以对上述实施方式作出各种修改和变更而没有背离本发明的实质和范围。因此，本发明的范围仅由所附的权利要求及其等效含义来限定。
权利要求
1.一种用于功率放大器预失真器的信号反馈回路，包括下变频器，用于将从功率放大器输出的反馈信号下变频为基带信号或中频信号； 第一滤波器，用于对下变频器进行下变频所得到的基带信号或中频信号进行第一滤波，以对其中的主带信号进行初步抑制，从而输出第一滤波信号；模数转换器，用于对从第一滤波器输出的第一滤波信号进行模数转换； 第二滤波器，用于对模数转换器进行模数转换所得到的数字信号进行第二滤波，以对其中的主带信号进行进一步抑制，从而输出第二滤波信号；功率计算器，用于根据从第二滤波器输出的第二滤波信号，计算反馈信号的带外功率;以及系数更新控制器，用于根据由功率计算器算出的带外功率，更新预失真器的系数。
2.如权利要求1所述的信号反馈回路，其中模数转换器对第一滤波信号进行低速采样，使得η次以上的谐波进行部分或全部叠加，其中η是大于或等于3的奇数。
3.如权利要求1所述的信号反馈回路，其中在数字中频方式下，下变频器由混频器构成。
4.如权利要求1所述的信号反馈回路，其中在零中频方式下，下变频器由正交解调器构成。
5.一种用于功率放大器预失真器的信号反馈方法，包括以下步骤 将从功率放大器输出的反馈信号下变频为基带信号或中频信号；对经过下变频所得到的基带信号或中频信号进行第一滤波，以对其中的主带信号进行初步抑制，从而输出第一滤波信号； 对第一滤波信号进行模数转换；对经过模数转换所得到的数字信号进行第二滤波，以对其中的主带信号进行进一步抑制，从而输出第二滤波信号；根据第二滤波信号，计算反馈信号的带外功率；以及根据算出的带外功率，更新预失真器的系数。
6.如权利要求5所述的信号反馈方法，其中对第一滤波信号进行模数转换包括对第一滤波信号进行低速采样，使得η次以上的谐波进行部分或全部叠加，其中η是大于或等于3 的奇数。
7.—种功率放大设备，包括预失真器，用于对输入信号进行预失真，输出预失真信号； 数模转换器，用于将预失真器所输出的预失真信号转换为模拟基带信号； 上变频器，用于将从数模转换器输出的模拟基带信号上变频为射频信号； 功率放大器，用于对上变频器输出的射频信号进行功率放大并输出功率放大后的输出信号；耦合器，用于将功率放大器的输出分支为两路信号，一路信号作为输出信号经由天线发送出去，另一路信号作为反馈信号输入到如权利要求1-4中的任一项所述的信号反馈回路中；以及如权利要求1-4中的任一项所述的信号反馈回路。
全文摘要
本发明公开了一种用于预失真器的信号反馈回路和方法、以及功率放大设备，其中该信号反馈回路包括下变频器，将反馈信号下变频为基带信号或中频信号；第一滤波器，对基带信号或中频信号进行滤波，以对其中的主带信号进行初步抑制，从而输出第一滤波信号；模数转换器，对第一滤波信号进行模数转换；第二滤波器，对数字信号进行滤波，以对其中的主带信号进行进一步抑制，从而输出第二滤波信号；功率计算器，根据第二滤波信号，计算反馈信号的带外功率；以及系数更新控制器，根据带外功率，更新预失真器的系数。根据本发明的技术方案，通过将部分模拟回路复杂度转移到数字域并利用二级滤波结构降低了模数转换的动态范围要求，降低了模拟电路复杂度。
文档编号H03F1/34GK102163956SQ20101011486
公开日2011年8月24日 申请日期2010年2月24日 优先权日2010年2月24日
发明者周建民, 施展, 李辉, 王志奇 申请人:富士通株式会社