专利名称：一种数字预失真处理方法及设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及无线通信技术，特别涉及一种数字预失真处理方法及设备。
背景技术：
由于器件及环境的影响，绝大多数功放的非线性响应都不理想，会造成带内带外 信号幅度和相位的失真。特别是目前正大力研发并准备投入商用的宽带多载波无线通信系 统对射频功率放大器的线性度和效率较之窄带单载波系统有更高的需求。下面是目前3G、 4G技术发展带来的功放应用问题。1、高发射功率导致宽带功放的线性度严重恶化，直接导致带内信号EVM(Err0r Vector Magnitude，矢量误差幅度)的恶化，以及带外干扰加剧，目前测试表明 2010MHz-2025MHz频段在发射额定功率43dBm时导致临道干扰功率接近OdBm，邻道和次临 道的 ACLR(Adjacent Channel Leakage power Ratio，邻道泄漏功率比)约为!35dBc，和 3GPP (the 3rd Generation Partnership Project，第3代移动通信合作项目)要求的次临 道指标45dBc指标相差甚远，无法满足3GPP的规定。2、多载波应用(9载波、12载波，甚至更多载波)使得信号的带宽日益增加，再加 上各种复杂调制方式的应用，例如16QAM (Quadrature Amp 1 i tudeModu 1 at ion，正交幅度 调制)、64QAM、OFDM (Orthogonal Frequency DivisionMultiplex，正交频分复用)等，发 射信号的峰均比很高，TD-SCDMA(TimeDivision-Synchronous Code Division Multiple Access,时分同步CDMA)系统12载应用峰均比可达16_17dB，即使采用相位旋转也仅仅限制 在 9. 5dB 左右，LTE-TDD (Long Term Evolution-Time Division Duplex，长期演进-时分复 用)的峰均比也达IOdB左右，如果仅靠功率回退技术来保证功放的线性特性，会使得功放 的效率非常低，通常在百分之十以下，如果不回退则会引入很大的非线性失真，接收机将无 法解调信号。3、绿色基站对功放效率的要求已经由过去的不到10%提高到30%以上，整机效 率也在20%以上，目前如包络跟踪等技术的研究表明> 40%的整机效率是可能的。上述问题激发了提高功率效率技术的需求，而功放的线性和效率本身就是一对 矛盾，如果仅仅寄希望于通过功放技术及工艺的改进来解决上述问题，目前的器件还很难 满足。因此，在现有功放技术的基础上，保证效率的同时如何提升功放线性特性非常关键。 DPD(Digital f^eDistortion，数字预失真)技术是解决该矛盾最有效的功放线性化技术之 一，它有效的借助现有强大的信号处理技术在数字域来补偿功放的非线性，在减小设备体 积、功耗、成本的同时提高更大功率的输出信号。图1为通用数字预失真方案示意图，目前通用的DPD方案如图1所示。输入I/ Q (Inphase/Quadrature,同相 / 正交)信号经过 DUC (Digital UpConverter,数字上变频)， 多载波合并后进行峰均比抑制CFR(Crest Factor Reduction，峰值因子减小，峰值因子等 于峰均比的开平方)，然后对发射信号作预失真处理，并经过DAC^igital-to-Analogue Converter,数模转换器)，载波调制后进入PA (Power Amplifier,功放)，通过耦合获得功放输出信号并经过反馈通道同传到数字预失真模块，反馈通道ADC(Anal0gUe-t0-Digital Converter，模数转换器)的位宽和采样带宽对预失真性能有很大影响，数字预失真模块一 直在统计信号特性，直到找到合适的信号才开始系数训练。选择信号的基准可以是信号的 动态范围、PAPR (Peak Average Power Ratio，峰均比)、功率、幅度、相位等信号特征；也 可以联合考虑帧结构特点(如包含特殊时隙)；或者特定的传输设计。某些情况下，信号的时域特性很有规律，那么就可以周期地采用某固定段信号 进行参数估计，此时，将不需要统计信号的操作，而是用一个外部触发信号触发数据的采 集，例如，基于 OFDM (Orthogonal Frequency DivisionMultiplex，正交频分复用)技术的 WiMAX(Worldwide interoperability overMicrowave Access,全球微波接入互通技术)的 TDD (Time Division Duplex，时分双工)帧结构中，确定I^reamble (前导)码部分的功率较 高，CFR之后具有较大的信号范围，就可以作为参数估计样本的上好选择。如果信号不具备 这样的时域特性，则随机的采集样本，并进行信号判定，一直采集到符合要求的样本，才进 行参数估计，以保证所估参数的准确性。现有技术主要是基于动态跟踪信号变化来实现数字预失真，该方法对于单天线应 用表现出很好的性能，因为DPD系数训练模块是该通道专用的，可以实时跟踪信号的变化， 所以可以及时补偿功放非线性导致的失真。但是该方法的缺点至少有如下两点一是需要实时运行，因为不知道信号是否可 以用于系数训练，所以必须一直跟踪信号的变化并和长时统计的信号模版进行比较以触发 训练，这给本来就紧张的数字中频资源又多了一道约束；二是如需满足多天线应用，则需要 给每路天线单独配置相应的DPD反馈通道和系数训练模块，随着天线数的增加这将大大增 加设备的体积和成本，从产品化角度来看，可实现性差。进一步的，对于基于OFDM技术的WiMAX系统，虽然下行I^reamb 1 e信号发射功 率大，但是由于数据区支持载波功率提升，所以真正的发射信号!Preamble的功率并不一 定是最大；此外!Preamble峰均比很低，小于5dB，这不满足数字预失真训练信号的要求； TD-SCDMA的广播信道和DwPTS (DownlinkPilot Time Slot，下行导频时隙)信号也均不满 足需要的训练信号特性，所以还必须考虑什么样的信号可用于DPD系数训练。
发明内容
本发明所解决的技术问题在于提供了一种数字预失真处理方法及设备。本发明实施例中提供了一种数字预失真处理方法，包括如下步骤根据需要发送训练信号进入至少一个射频前端设备；根据需要通过反馈通道采集射频前端设备的输出训练信号；根据需要对射频前端设备的DPD系数进行训练；系数训练完成后，根据需要更新相应射频前端设备的DPD系数。本发明实施例中提供了一种数字预失真处理设备，包括训练信号模块，用于根据需要发送训练信号进入至少一个射频前端设备；采集模块，用于根据需要通过反馈通道采集射频前端设备的输出训练信号；训练模块，用于根据需要对射频前端设备的DPD系数进行训练；更新模块，用于在系数训练完成后，根据需要更新相应的射频前端设备的DPD系数。本发明有益效果如下在本发明提供的技术方案中，由于训练信号专门为了 DPD系数训练生成的，其可 以按需要进行发射，也可以是周期性或者非周期性的发射，所以不需要实时运行，不必一直 跟踪信号的变化并和长时统计的信号模版进行比较以触发训练；由于射频前端设备通常都可以包含单个射频通道、或者多个射频通道、或者多个 RRU的集合，而训练信号是根据需要发送进入至少一个射频前端设备，并可以根据需要通过 反馈通道采集射频前端设备的输出训练信号，从而在对射频前端设备的DPD系数进行训练 后能根据需要更新相应的射频前端设备各通道的DPD系数，因此能够满足多天线应用，且 不需要给每路天线单独配置相应的DPD反馈通道和系数训练模块，在天线增加时也不会增 加设备的体积和成本，从产品化角度来看，可实现性好。
图1为背景技术中通用数字预失真方案示意图；图2为本发明实施例中数字预失真处理方法实施流程示意图；图3为本发明实施例中DPD算法信号流程示意图；图4为本发明实施例中基于训练序列的数字预失真处理方案原理示意图；图5为本发明实施例一中的数字预失真处理实施流程示意图；图6为本发明实施例二中的数字预失真处理实施流程示意图；图7为本发明实施例中在TD-SCDMA系统中生成训练信号的流程示意图；图8为本发明实施例中TD-SCDMA系统DPD训练序列生成原理示意图；图9为本发明实施例中在LTE-TDD系统中生成训练信号的流程示意图；图10为本发明实施例中LTE-TDD系统DPD训练序列生成原理示意图；图11为本发明实施例中数字预失真处理设备结构示意图；图12为本发明实施例中TD-SCDMA系统中的训练信号模块结构示意图；图13为本发明实施例中LTE-TDD系统中的训练信号模块结构示意图。
具体实施例方式下面结合附图对本发明的具体实施方式
进行说明。图2为数字预失真处理方法实施流程示意图，如图所示，在数字预失真处理过程 中可以包括如下步骤步骤201、根据需要发送训练信号进入至少一个射频前端设备；具体实施中，射频前端设备可以采用RRU (Radio Remote Unit，射频拉远单元)，但 是RRU是基于现在商用基站的架构来定义的，是业内常用概念。RRU仅是射频前端设备中的 一种，因为射频前端设备可以为单个射频通道、多个射频通道的集合、多个RRU的集合等。 为便于理解，下面的实施方式中主要以RRU为例子来进行说明；进一步的，每个射频通道可 以包含一个功率放大器设备。具体实施中，训练信号可以采用预先生成并存储在通信系统中的训练信号，当然 也可以按照需要生成后即发射。
具体实施中，在发送训练信号时，可以按需发送，或者周期性发送，或者非周期性 发送。步骤202、根据需要通过反馈通道采集射频前端设备的输出训练信号；步骤203、根据需要对射频前端设备的DPD系数进行训练；步骤204、在系数训练完成后，根据需要更新相应的射频前端设备各通道的DPD系数。进一步的，在实施中还可以包括步骤205、根据需要根据更新后的DPD系数对射频前端设备上的发射信号进行预
失真处理。在上述实施中，在步骤201中，还可以进一步包括预失真处理，即对发送出的训练信号经过初始预失真处理后再发送进入至少一个 射频前端设备。实施中，在发送训练信号进入至少一个射频前端设备、在采集射频前端设备的输 出训练信号、对射频前端设备的DPD系数进行训练、更新相应的射频前端设备各通道的DPD 系数时，可以根据需要进行实施，这是由于在某些情况下会出现某些射频前端设备(如 RRU)无需训练的情况。例如在产品质量控制程度比较高的情况下，某些RRU可以根据其他 RRU配置情况，直接给出可用的估计系数。再比如因为随着GaN(氮化镓)及新的半导体工 艺，甚至MEMS(MicroElectron-mechanicalSystem，微机电系统)技术的应用，使得功放有 很好的一致性的情况下，会存在某些RRU无需训练，甚至整个产品都只需在出厂时定制好 相应于不同应用场景的系数即可。因此，实施中可以根据实践的需要对需要实施的射频前 端设备实施相应的处理。在更新相应的射频前端设备各通道的DPD系数时，可以参见以下DPD算法信号执 行流程。图3为DPD算法信号流程示意图，如图所示，假定训练序列长度为N，记忆深度为 Q，交调阶数为K，则有(1)、发射信号X(Ii)经过预失真处理后的信号ζ (η)和功放输出信号(反馈信号) 之间有如下关系
KQjr ι
:= Σ Σ αι、Αη—“) .- ^)111
/c- 2/-1q=0
I 1,2’”.,\(K + \)/2\( ι )⑵、为了保持功率平衡，反馈信号y(n)需消除功放额定线性增益G，得到信号uk,uk.(人”)二- (3)、上述信号的矩阵表示如下反馈信号U = [u10,…uK0，...u1Q，…uKQ]，Uktl= [Uktl(O)，-ukq(Ν-1)]τ ⑶参考信号
G
( \
权利要求
1.一种数字预失真DPD处理方法，其特征在于，包括如下步骤 根据需要发送训练信号进入至少一个射频前端设备；根据需要通过反馈通道采集射频前端设备的输出训练信号；根据需要对射频前端设备的DPD系数进行训练；系数训练完成后，根据需要更新相应射频前端设备的DPD系数。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述训练信号是预先生成并存储在通信系 统中的。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在发送训练信号时，按需发送，或者周期性 发送，或者非周期性发送。
4.如权利要求1或2或3所述的方法，其特征在于，进一步包括 对训练信号经过初始预失真处理后再发送。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述射频前端设备包含单个射频通道、或者 多个射频通道的集合、或者多个射频拉远单元RRU的集合。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，每个射频通道包含一个功率放大器设备。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述训练信号是发射功率大和峰均比高的信号。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，发送训练信号时，使用下行导频时隙DwPTS 时隙或者专门用于发射该训练信号的部分或者全部下行时隙发射训练信号。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，在时分同步CDMATD-SCDMA系统中，发射所 述训练信号的时隙包括DwPTS和保护GAP时隙，或者是专门用于发射该训练信号的部分或 者全部下行时隙；或，在长期演进时分双工LTE-TDD系统中，发射所述训练信号的时隙包括DwPTS和GAP 时隙，或者是专门用于发射该训练信号的部分或者全部下行时隙。
10.如权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步包括以下步骤之一或者其组合 使训练信号的动态范围与发射信号的动态范围匹配；对DPD训练信号进行功率调整，消除DPD引起的发射训练信号的功率波动； 对DPD训练信号的反馈信号进行功率调整，匹配模数转换器ADC输入信号电平的要求；对DPD训练信号的反馈信号进行校准，使其与发射信号同步且消除反馈射频通道非线 性引起的幅度和相位失真。
11.如权利要求1至10任一所述的方法，其特征在于，在TD-SCDMA系统中，所述训练信 号在生成时，包括产生服从正态分布的随机数用以模拟多用户合并后的信源，数据长度根据DPD系数训 练要求确定；对每个用户采用相同的信道编码、调制和扩频模式进行编码、调制、扩频； 对编码、调制、扩频后的信号进行增益调整，其中，α为多用户信号合并的增益调整因 子，根据用户数和码道数进行确定；对同一载波上发送的多个用户信号进行合并；将合并后的用户信号经过数字上变频DUC和峰均比抑制CFR后生成多载波数字中频信号；采用上述多载波数字中频信号作为训练信号。
12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，根据通信系统支持的最大载波、最多用 户、调制的最高阶生成训练信号。
13.如权利要求1至10任一所述的方法，其特征在于，在LTE-TDD系统中，所述训练信 号在生成时，包括将随机序列按3GPP规范的正交频分复用OFDM调制后生成基带发射信号；采用生成的基带发射信号作为训练信号；基带发射信号经过DUC和CFR后生成数字中频信号；采用生成的数字中频信号作为训练信号。
14.如权利要求1至13任一所述的方法，其特征在于，根据需要通过反馈通道采集射频 前端设备的输出训练信号时，如果射频前端设备包含多个通道，则多通道时分复用同一反 馈通道进行采集。
15.如权利要求1至14任一所述的方法，其特征在于，进一步包括根据需要根据更新后的DPD系数对射频前端设备上的发射信号进行预失真处理。
16.一种数字预失真处理设备，其特征在于，包括训练信号模块，用于根据需要发送训练信号进入至少一个射频前端设备；采集模块，用于根据需要通过反馈通道采集射频前端设备的输出训练信号；训练模块，用于根据需要对射频前端设备的DPD系数进行训练；更新模块，用于在系数训练完成后，根据需要更新相应的射频前端设备的DPD系数。
17.如权利要求16所述的设备，其特征在于，训练信号模块进一步用于采用预先生成 并存储在通信系统中的训练信号。
18.如权利要求16所述的设备，其特征在于，训练信号模块进一步用于在发送训练信 号时，按需发送，或者周期性发送，或者非周期性发送。
19.如权利要求16或17或18所述的设备，其特征在于，进一步包括预失真模块，用于对训练信号模块发送的训练信号经过初始预失真处理后发送进入至 少一个射频前端设备。
20.如权利要求16所述的设备，其特征在于，所述射频前端设备包含单个射频通道、或 者多个射频通道、或者多个RRU的集合。
21.如权利要求20所述的设备，其特征在于，每个射频通道包含一个功率放大器设备。
22.如权利要求16所述的设备，其特征在于，训练信号模块进一步用于采用发射功率 大和峰均比高的信号作为训练信号。
23.如权利要求16所述的设备，其特征在于，训练信号模块进一步用于在发送训练信 号时，使用DwPTS时隙或者专门用于发射该训练信号的部分或者全部下行时隙发射训练信 号。
24.如权利要求23所述的设备，其特征在于，训练信号模块包括第一发送单元和/或第 二发送单元，其中第一发送单元，用于在TD-SCDMA系统中，在包括DwPTS和GAP时隙，或者是专门用于发 射该训练信号的部分或者全部下行时隙的时隙发射所述训练信号；第二发送单元，用于在LTE-TDD系统中，在包括DwPTS和GAP时隙，或者是专门用于发 射该训练信号的部分或者全部下行时隙的时隙发射所述训练信号。
25.如权利要求16所述的设备，其特征在于，进一步包括以下模块之一或者其组合 匹配模块，用于使训练信号的动态范围与发射信号的动态范围匹配；功率调整模块，用于对DPD训练信号进行功率调整，消除DPD引起的发射训练信号的功 率波动；反馈信号功率调整模块，用于对DPD训练信号的反馈信号进行功率调整，匹配ADC输入 信号电平的要求；校准模块，用于对DPD训练信号的反馈信号进行校准，使其与发射信号同步且消除反 馈射频通道非线性引起的幅度和相位失真。
26.如权利要求16至25任一所述的设备，其特征在于，训练信号模块在TD-SCDMA系统 中生成所述训练信号时，包括第一随机序列生成器，用于产生服从正态分布的随机数用以模拟多用户合并后的信 源，数据长度根据DPD系数训练要求确定；编码调制扩频单元，用于对每个用户采用相同的信道编码、调制和扩频模式进行编码、 调制、扩频；增益单元，用于对编码、调制、扩频后的信号进行增益调整，其中，α为多用户信号合并 的增益调整因子，根据用户数和码道数进行确定；合并单元，用于对同一载波上发送的多个用户信号进行合并； 第一 DUC-CFR单元，用于将合并后的用户信号经过数字上变频和峰均比抑制后生成多 载波数字中频信号；第一选择单元，用于采用合并后的多载波数字中频信号作为训练信号。
27.如权利要求沈所述的设备，其特征在于，训练信号模块进一步用于根据通信系统 支持的最大载波、最多用户、调制的最高阶生成训练信号。
28.如权利要求16至25任一所述的设备，其特征在于，训练信号模块在LTE-TDD系统 中生成所述训练信号时，包括第二随机序列生成器，用于生成随机序列；基带调制单元，用于将随机序列在按3GPP规范的OFDM调制后生成基带发射信号，采用 生成的基带发射信号作为训练信号；第二 DUC-FR单元，用于在基带发射信号经过DUC和CFR后生成数字中频信号； 第二选择单元，用于采用生成的数字中频信号作为训练信号。
29.如权利要求16至观任一所述的设备，其特征在于，采集模块进一步用于根据需要 在通过反馈通道采集射频前端设备的输出训练信号时，如果射频前端设备包含多个射频通 道，则多通道时分复用同一反馈通道进行采集。
30.如权利要求16至四任一所述的设备，其特征在于，预失真模块进一步用于根据需 要根据更新后的DPD系数对射频前端设备上的发射信号进行预失真处理。
全文摘要
本发明公开了一种数字预失真处理方法及设备，包括根据需要发送训练信号进入至少一个射频前端设备；根据需要通过反馈通道采集射频前端设备的输出训练信号；根据需要对射频前端设备的数字预失真系数进行训练；在系数训练完成后，根据需要更新相应射频前端设备的数字预失真系数。本发明不必一直跟踪信号的变化并和长时统计的信号模版进行比较以触发训练；能够满足多天线应用，且不需要给每路天线单独配置相应的数字预失真反馈通道和系数训练模块，在天线增加时也不会增加设备的体积和成本，从产品化角度来看，可实现性好。
文档编号H04L25/49GK102082752SQ20101011499
公开日2011年6月1日 申请日期2010年2月25日 优先权日2010年2月25日
发明者康绍莉, 蔡月民, 陈东 申请人:大唐移动通信设备有限公司