专利名称：一种射频预失真线性化方法
技术领域：
本发明涉及电通信技术和信号放大领域，尤其涉及射频信号放大的线性化技术，特别是预失真线性化的方法。
背景技术：
放大器以及与传输相关的器件、部件的线性化问题一直是电子技术领域，尤其是通讯技术领域、模拟或数字电视传输系统的一个棘手问题。随着技术发展，系统要求传输信号的频带更宽、峰均比更大，系统的效率更高，都对线性化技术提出了更高的要求。目前改善线性化通用的方法包括功率回退、前馈技术和预失真技术。
其中，预失真技术是近年来线性化技术发展的重要方向。它在对信号作放大之前预测到放大器可能发生的失真，据此对输入的欲放大信号进行预先的失真，再通过对放大后输出信号的失真检测，自适应控制并优化信号预失真的参数，从而削弱或抵消放大器的非线性。
预失真技术分为模拟预失真和数字预失真。数字预失真现主要运用于数字基带，它利用了数字信号处理技术和自适应控制技术，一般通用LUT(Lookup-Table查表)的方式产生对应着不同输入信号的补偿量，系统可自适应调整并优化预失真补偿量。这种数字预失真的方法很容易用ASIC(Application Specific IC专用集成电路)实现，因而具有很好的应用空间，较好的可生产性，较低成本和较高效率等优点，是预失真技术的方向。模拟预失真是利用模拟器件的非线性特性来实现预失真，具体实现方法有很多，一般来说具有实现简单，成本低的优点。这一点可以从IEEE的相关文档上查出很多(例如AnalogPredistortion Linearize for High Power RF Amplifier，IEEE Transactions on MicrowaveTheory and Techniques Vol.48，No.12，December 2000)。但由于其所依赖的模拟器件本身参数存在离散性，这种模拟预失真技术不可避免存在可生产性差，线性指标改善有限的缺点。
申请号为CN 01117679.7、名为“自适应射频数字预失真线性化方法及其电路”的对比文献公开了一种利用包络检波和预失真器来实现预失真线性化的方法及电路，它根据输入包络信号和反馈信号来调节预失真器，产生要求的预失真信号，将预失真信号分量直接送入功率放大器，与该功放产生的非线性信号分量抵消，从而达到发射通道线性之目的。该专利申请采用模拟预失真与数字预失真相结合的方法，电路简化，宽带多载波特性好。其存在的缺点是不能有针对性地解决不同电路中存在的各种多阶非线性失真问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种射频预失真线性化方法，用于各种存在非线性失真并对非线性失真有所限定的系统中，能以简便高效的方式有效减小或消除系统产生的非线性失真，从而保证系统信号处理的线性和该实现方式的可生产性，提高系统的效率。
为解决上述技术问题，本发明的基本构思为利用宽带信号的二阶非线性，通过低通滤波产生输入信号二阶非线性的低频成分，将其分成两路，分别通过同相或反相的选择和幅度调整，再分别在两路失真信号发生单元与经过时延匹配的输入信号各自合成，形成两路载波信号相位相差90°，即正交，的输出信号，从而利用了失真信号发生单元的二阶非线性产生的三阶非线性来产生所要的三阶预失真信号，并同时可以利用所述两路二阶非线性的低频成分信号，简便地对所述预失真信号的幅相和四相限进行调整通过控制两路信号二阶非线性的低频成分的幅度实现预失真信号的幅度和相位的调整，通过调整二阶非线性的低频成分的同相和反相特性实现预失真信号的四象限调整；在更高线性要求的系统，还可以考虑产生多阶非线性来生成多阶预失真信号。
作为实现本发明构思的第一个技术方案是，提供一种射频预失真线性化方法，用于各种存在非线性失真并对非线性失真有所限定的系统，从输入信号产生预失真信号来补偿系统输出的非线性，所述方法包括步骤，a)输入信号101经分路器102分成两路，一路经过时延匹配112后，通过同相或正交分路113分两路分别送往第一和第二输入信号合成单元114、115；b)另一路经N个逐级串联的平方电路和一个滤波装置后产生2N阶非线性的低频成分信号，将其送往幅相调整单元分两路进行幅度或相位调整，调整后的两路输出信号分别送往所述第二和第一输入信号合成单元115、114；c)所述第一和第二输入信号合成单元114、115的输出信号各经一路失真信号发生单元116、117产生2N+1阶非线性的预失真信号，该两路预失真信号经合路单元118合成一路送往射频放大器119。
作为实现本发明构思的第二个技术方案是，提供一种射频预失真线性化方法，包括步骤，a)输入信号101经分路器102分成两路，一路经第一时延单元112后，通过信号分路器113分两路各自送往第一和第二输入信号合成单元114、115；b)另一路经第一平方路径103后再分成两路，一路经低通滤波器104、第二时延单元105后送往第一幅相调整单元106，另一路经第二平方路径108、第三时延单元109后送往第二幅相调整单元110，所述第一幅相调整单元106和第二幅相调整单元110的输出均分成两路，分别送往第一和第二信号相加单元107、111，所述第一和第二信号相加单元107、111的输出分别送往所述第二和第一输入信号合成单元115、114；c)所述第一和第二输入信号合成单元114、115的输出信号各经一路失真信号发生单元116、117产生预失真信号，该两路预失真信号经合路单元118合成一路送往射频放大器119。
作为实现本发明构思的第三个技术方案是，提供一种实现射频预失真线性化方法的预失真信号幅相调整的方法，用于各种存在非线性失真的系统，将输入信号分两路产生预失真信号来补偿系统输出的非线性时，对其中一路信号进行调整，步骤是，a)将所述的一路信号分成两路，一路经同相输出302分两路分别送往第一和第二选相输出单元303、307，另一路经反相输出306分两路分别送往所述第一和第二选相输出单元303、307；b)在系统送来的选相控制信号的作用下，所述第一和第二选相输出单元303、307分别输出一路经同相和反相特性处理的信号送往对应的第一和第二幅度调整单元304、308；c)在系统送来的幅度控制信号的作用下，所述第一和第二幅度调整单元304、308分别输出一路经幅度处理的信号。
上述几个技术方案，可以纯模拟的实现，也可以纯数字的实现；采用之，可产生独立控制的各阶预失真信号，并根据需要选择补偿预失真信号的阶数；可以方便地通过调整两路二阶非线性的低频成分信号来实现对合成的预失真信号的调整，从而通过简单的自适应控制使系统的线性指标达到很好的改善，有较好的可生产性；所述方案采用模拟预失真技术，核心电路实现简单，功耗较小，系统的部分电路还可以用数字电路实现，从而线性化效果好的同时，成本较低，可生产性更高。
图1是本发明产生三阶非线性预失真信号的流程框图；图2是产生包括五阶非线性的预失真信号的流程框图；图3是射频功率放大器预失真线性化系统组成框图；图4是幅相调整单元的工作原理框图。
具体实施例方式
下面，结合附图所示之最佳实施例进一步详述本发明。
图1是本发明产生三阶非线性预失真信号的流程框图。输入信号101经分路器102分成两路，一路经过平方103后，产生了输入信号的二阶非线性分量，通过低通滤波104，可取出所述二阶非线性信号的低频分量。然后将信号分成两路，通过同相302和反相306处理分别产生与输入信号同相的信号和反相的信号，所述同相302和反相306的输出均又分两路分别送往两个选相单元303、307，通过其选择各一路同相输出或反相输出信号分别送往两个幅度调整单元304、308中的相应一个作幅度调整，各产生一个完成幅相处理的二阶非线性低频成分信号305、309；这部分幅相调整单元的工作原理还单独标示于图4。
另外一路经时延匹配112，再经同相或正交分路113同相或正交分路分成两路，分别与所述两路完成幅相处理的二阶非线性低频成分信号305、309在两个输入信号合成单元115、114相加合成。所述两个输入信号合成单元114、115相加合成的信号分别送往两个失真发生单元116、117，利用所述失真信号发生单元的二阶非线性产生的三阶非线性来产生所要的预失真信号，并将这两路载波正交或准正交的三阶预失真信号经合路器118正交或同相合成一路送往射频放大器119。
时延匹配112对分路器102输出的一路信号提供的时延，使该信号经同相或正交分路113送往所述第二或第一输入信号合成单元115、114的信号、与进入所述第二或第一输入信号合成单元115、114的另一信号时延对齐。即所述时延匹配112的作用是，使经过同相或正交分路113输出的信号与幅度调整单元308输出的信号进入输入信号合成单元114时的时延是对齐的，或者说是使经过同相或正交分路113输出的信号与幅度调整单元304输出的信号进入输入信号合成单元115时的时延是对齐的。
这样，在如图3所示的射频功率放大器预失真线性化系统中，输入信号101经过信号分路单元102分成两路，其中一路进入时延线单元，另一路进入预失真单元，所述时延线单元和预失真单元的输出信号送往信号合成单元，合成预失真信号后送入射频功率放大器119，其输出信号进入失真检测单元207后分成两路，一路作为系统的输出，另一路提取失真信号给自适应控制单元208，自适应控制单元208产生控制信号来调整所述预失真单元的幅度相位参数，从而调整所述预失真信号，以获得系统最佳的线性化输出效果。
理论上，预失真单元产生的预失真信号最终要和待预失真部件产生的失真信号幅度相同相位相反，幅相调整单元就是要实现幅度和相位的匹配。所述自适应控制单元208产生的控制信号通过所述幅相调整单元调整所述预失真信号的具体方法如图4所示，具体阐述是，先将输入的欲调整信号分成两路，一路经同相输出302分两路分别送往第一和第二选相输出单元303、307，另一路经反相输出306分两路分别送往所述第一和第二选相输出单元303、307；然后在系统送来的选相控制信号的作用下，所述第一和第二选相输出单元303、307分别输出一路经同相和反相特性处理的信号送往对应的第一和第二幅度调整单元304、308；最后在系统送来的幅度控制信号的作用下，所述第一和第二幅度调整单元304、308分别输出一路经幅度处理的信号。因为同相302和反相306处理输出的两路二阶非线性的低频成分信号的载波正交或准正交，对所述两路信号进行幅度或相位调整，可以调整预失真信号特性所述控制信号通过选相单元调整这两路信号的同相和反相特性可以实现预失真信号的四象限调整，通过幅度调整单元控制其幅度可以实现预失真信号的幅度和相位的调整。
上述通过自适应控制实现幅度调整单元的幅度相位调整，其目标是使系统最终的失真信号最小，因此系统通过调整幅度和相位，同时检测失真信号的大小，最终使失真信号最小，来确定合适的幅度和相位。在本发明的自适应控制方法中，要处理的参数可以对应特定的物理量，这些物理量的影响很直观，并可以加入很多经验因素以使系统更容易收敛，因其为现有技术，在此不另详述。
从上述实施例可见，系统产生预失真信号的核心部分可以由模拟电路产生，而不依赖于基带I、Q信号。这样本发明射频预失真线性化的方法在系统中的应用位置可以比较灵活。
在系统对线性要求更高的情况下，还可以考虑用类似的方法来生成更高阶非线性预失真信号。其不同于上述图1中的实施例的地方在于将所述一个平方路径103以N个逐级串联的平方路径替代，将所述低通滤波104以一个相应产生2N阶非线性的低频成分信号的滤波装置替代，则可以通过适当调整另一路时延匹配单元112的时延参数，最后在所述失真信号发生单元116、117输出对应两路的2N+1阶非线性预失真信号。
系统中往往同时要求产生多种多阶非线性预失真信号，可以采用上述多个单元各提供一路非线性预失真信号进行组合。只要其有一种2N+1阶预失真信号采用了本发明的产生和调整方法，则其组合亦在本发明的保护之内。下面提供一种产生包括五阶非线性预失真信号的组合实施例如图2所示，输入信号101经过信号分路器102分成两路信号一路经第一时延单元112后，通过同相或正交分路113分成两路，所述两路信号可以是同相输出，也可以是大致正交输出，分别送往第一和第二输入信号合成单元114、115。
另一路进入第一信号平方单元103后又分为两路，其中一路进入低通滤波单元104作低通滤波，取出其中的低频成分信号送往第二时延线单元105作时延调整，作过时延调整后的信号进入第一幅相调整单元106作幅度相位的调整；另一路经过第二信号平方单元108作平方处理，接着经第三时延线单元109时延处理后，进入第二幅相调整单元110作幅度相位的调整。所述幅相调整单元106、110调整幅相的过程见图4，并已在上述篇幅中阐述。所述第一和第二幅相调整单元106、110的输出均又分成两路，分别送往第一和第二信号相加单元107、111，所述第一和第二信号相加单元107、111产生的低频分量输出分别送往所述第二和第一输入信号合成单元115、114。
所述第一和第二输入信号合成单元114、115的输出信号各经一路失真信号发生单元116、117产生预失真信号，所述两路预失真信号经合路单元118合成一路，两路信号合成时可以是同相合成，也可以是反相合成，但最终两路信号相位正交或准正交；所述合路单元118输出送往射频放大器119的预失真信号。
同样，所述第二和第三时延线单元105、109的作用是使第一和第二幅相调整单元106、110输出的信号在时域上对齐，也就是说，使第一和第二幅相调整单元106、110输出的信号同时到达第一和第二信号相加单元107、111；第一时延线单元112的作用是使经过同相或正交分路113输出的信号与第二信号相加单元111输出的信号进入第一输入信号合成单元114时时延是对齐的，或者说是使经过同相或正交分路113输出的信号与第一信号相加单元107输出的信号进入第二输入信号合成单元115时时延是对齐的。
本发明方法，不同于通常模拟预失真利用一种模拟器件非线性去拟合另一种器件非线性的方法，而是利用通用模拟器件的特性，产生需要的模拟预失真信号；又可以方便的实现模拟的运算，射频的调幅，调相；若仅考虑三阶校正，成本不超过一百元人民币，同时很好解决了可生产性差和改善有限的缺点，因此有很好的应用前景。
利用本发明方法，实验证明可以使WCDMA两载波的ACLR(Adjacent Channel LeakagePower Ratio)得到15dB以上的改善，并且电路形式简单，功耗和成本较低，还可以用数字方法实现。
权利要求
1.一种射频预失真线性化方法，用于各种存在非线性失真并对非线性失真有所限定的系统，从输入信号产生预失真信号来补偿系统输出的非线性，所述方法包括步骤a)输入信号101经分路器102分成两路，一路经过时延匹配112后，通过同相或正交分路113分两路分别送往第一和第二输入信号合成单元114、115；b)另一路经N个逐级串联的平方电路和一个滤波装置后产生2N阶非线性的低频成分信号，将其送往幅相调整单元分两路进行幅度或相位调整，调整后的两路输出信号分别送往所述第二和第一输入信号合成单元115、114；c)所述第一和第二输入信号合成单元114、115的输出信号各经一路失真信号发生单元116、117产生2N+1阶非线性的预失真信号，该两路预失真信号经合路单元118合成一路送往射频放大器119。
2.根据权利要求1所述的一种射频预失真线性化方法，其特征在于所述步骤a)中的同相或正交分路113将输入的信号分成两路，该两路信号或是同相输出，或是大致正交输出。
3.根据权利要求1所述的一种射频预失真线性化方法，其特征在于所述步骤b)中的另一路信号是经一个平方电路103和低通滤波器104后产生二阶非线性的低频成分信号；从而在所述步骤c)中失真信号发生单元116、117产生三阶非线性的预失真信号。
4.根据权利要求1所述的一种射频预失真线性化方法，其特征在于所述时延匹配112对分路器102输出的一路信号提供的时延，使该信号经同相或正交分路113送往所述第二或第一输入信号合成单元115、114的信号、与进入所述第二或第一输入信号合成单元115、114的另一信号时延对齐。
5.根据权利要求1所述的一种射频预失真线性化方法，其特征在于所述步骤b)中的幅相调整单元的处理过程包括，将信号分成两路，通过同相302和反相306处理分别产生与输入信号同相的信号和反相的信号，所述同相302和反相306的输出均又分两路分别送往两个选相单元303、307；所述两个选相单元303、307各选择输出一路同相或反相的信号，分别送往两个幅度调整单元304、308各自作幅度调整，各产生一个完成幅相处理的二阶非线性低频成分信号305、309送往相应的所述第二和第一输入信号合成单元115、114。
6.一种射频预失真线性化方法，用于各种存在非线性失真并对非线性失真有所限定的系统中，从输入信号产生预失真信号来补偿系统输出的非线性，所述方法包括步骤a)输入信号101经分路器102分成两路，一路经第一时延单元112后，通过同相或正交分路113分成两路分别送往第一和第二输入信号合成单元114、115；b)另一路经第一平方路径103后再分成两路，一路经低通滤波器104、第二时延单元105后送往第一幅相调整单元106，另一路经第二平方路径108、第三时延单元109后送往第二幅相调整单元110，所述第一幅相调整单元106和第二幅相调整单元110的输出均分成两路，分别送往第一和第二信号相加单元107、111，所述第一和第二信号相加单元107、111的输出分别送往所述第二和第一输入信号合成单元115、114；c)所述第一和第二输入信号合成单元114、115的输出信号各经一路失真信号发生单元116、117产生预失真信号，该两路预失真信号经合路单元118合成一路送往射频放大器119。
7.根据权利要求6所述的一种射频预失真线性化方法，其特征在于所述步骤b)中的第一和第二幅相调整单元106、110的处理过程包括，将信号分成两路，通过同相302和反相306处理分别产生与输入信号同相的信号和反相的信号，所述同相302和反相306的输出均又分两路分别送往两个选相单元303、307；所述两个选相单元303、307各选择输出一路同相或反相的信号，分别送往两个幅度调整单元304、308各自作幅度调整，各产生一个完成幅相处理的二阶非线性低频成分信号305、309。
8.一种实现射频预失真线性化方法的预失真信号幅相调整的方法，用于各种存在非线性失真的系统，将输入信号分两路产生预失真信号来补偿系统输出的非线性时，对其中一路信号进行调整，包括步骤a)将所述的一路信号分成两路，一路经同相输出302分两路分别送往第一和第二选相输出单元303、307，另一路经反相输出306分两路分别送往所述第一和第二选相输出单元303、307；b)在系统送来的选相控制信号的作用下，所述第一和第二选相输出单元303、307分别输出一路经同相和反相特性处理的信号送往对应的第一和第二幅度调整单元304、308；c)在系统送来的幅度控制信号的作用下，所述第一和第二幅度调整单元304、308分别输出一路经幅度处理的信号。
9.根据权利要求8所述的一种实现射频预失真线性化方法的预失真信号幅相调整的方法，其特征在于，所述选相控制信号和幅度控制信号来自于所述系统的输入信号101经过信号分路单元102分成两路，其中一路进入时延线单元，另一路进入预失真单元，所述时延线单元和预失真单元的输出信号送往信号合成单元，合成预失真信号后送入射频功率放大器119，其输出信号进入失真检测单元207后分成两路，一路作为系统的输出，另一路提取失真信号给自适应控制单元208，自适应控制单元208产生所述选相控制信号和幅度控制信号送往预失真单元，来调整其输出信号的幅相特性。
全文摘要
一种宽带预失真线性化技术，它利用模拟器件的二阶非线性并通过低通滤波产生输入信号二阶非线性的低频成分，将其分成两路，通过同相、反相的选择和幅度调整，分别与经过时延匹配的输入信号合成到两路失真信号发生单元的输入端，其载波信号正交；而后在输出端两路实现合成，利用失真信号发生单元的二阶非线性产生的三阶非线性来产生三阶预失真信号。同样，可以产生五阶预失真信号及更高阶的预失真信号，不同的是2N+1阶预失真信号产生的基础是2N阶非线性的低频成分。采用本发明的系统，不仅实现简单，成本低，还很好的解决了可生产性差和改善有限的缺点，部分功能可以用数字电路实现，因此有很好的应用前景。
文档编号H04L25/49GK1783858SQ20041009802
公开日2006年6月7日 申请日期2004年12月3日 优先权日2004年12月3日
发明者贾海英 申请人:涛联电子科技有限公司