预失真器的训练方法和装置制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种预失真器的训练方法和装置。所述预失真器的训练方法，包括如下步骤：预先存储一段时间的有效数据；通过将所预存的有效数据进行多次重复生成训练数据；以及基于所述训练数据对预失真器进行训练以获得预失真器的系数。
【专利说明】预失真器的训练方法和装置
【技术领域】
[0001]本发明一般地涉及非线性系统的预失真器的训练方法和装置。更具体地说，本发明涉及用于非线性功率放大器的预失真器的训练方法和装置。
【背景技术】
[0002]作为非线性系统的典型代表，功率放大器是很多电子设备的重要组成部分，它可以将微弱的电信号放大，以满足传输的需要。其中，放大的能量来自于直流电源，即功率放大器可以将直流能量转化为交流信号，使得交流信号的功率强度满足需要。功率放大器将直流能量转换为交流能量的比例被称作功率放大器的效率。
[0003]根据功率放大器的物理特性，随着输入信号的功率由小到大,反映功率放大器的输入信号与输出信号的功率关系的特性曲线可以分为线性区、非线性区和饱和区。图1示出功率放大器的非线性输入输出信号特性。在输入信号Vin幅度较小的区域，功率放大器PA的输出Vtot几乎是输入信号Vin的线性放大，但是随着输入信号Vin幅度的增大，功率放大器的非线性特性逐渐明显直到最后饱和。该非线性表现为在时域上，输出信号不是输入信号的理想放大；该非线性表现为在频域上，由于交调作用，被放大的信号的带外出现频谱展宽(旁瓣升高)，带内则出现畸变(主瓣畸变)，如图2所示，显示了由非线性功率放大器所引起的频谱展宽。频谱展宽会影响工作于相邻信道的其它设备的正常运行。
[0004]理想情况下，希望功率放大器仅仅起到线性放大的作用，即输出信号只是输入信号的简单线性放大，因此让功率放大器工作在线性区。但是此时功率放大器将直流信号转换为交流信号的效率非常低，造成大量能量的浪费，并且需要增加额外的散热设备。由于物理上的原因，当输入信号的包络波动深入至非线性区，功率放大器的效率将会远高于仅在线性区波动时的情形。而随着新式调制方式的出现，信号包络的动态范围越来越大，因此发生非线性畸变不可避免。
[0005]因此，一方面为了提高功率放大器的效率，另一方面由于很多现代通信系统中的信号都有很大的动态范围(峰均功率比)，所以功率放大器往往需要在非线性区工作，从而导致输出信号的畸变(在频域上，带内出现畸变，带外则出现频谱展宽)。在功率放大器领域，通常将这种畸变称作功率放大器的非线性特性。
[0006]在众多克服功率放大器非线性特性的方法中，基带预失真是一种备受关注的方法。如图3所示，示出用于抵消图1所示的非线性特性的用于功率放大器的预失真器的输入输出信号特性的示意图。基带预失真技术通过使用预失真器ro模拟功率放大器的逆特性，使原始输入信号Vin在输入到功率放大器之前发生预畸变，从而补偿功率放大器的非线性，并在功率放大器的输出端获得没有畸变的放大输出信号Vtot。具有预失真处理功能的功率放大器的输入输出信号特性直到接近饱和区之前均表现出非常好的线性特性，如图4所示，示出设置有预失真器的功率放大器的输入输出信号特性的示意图。
[0007]可见，预失真器可以有效地克服功率放大器的非线性。然而，为了使得预失真器正常工作，需要预先对预失真器进行训练，以得到适当的预失真器的系数。并且，在预失真器投入使用后，由于工作地点的环境因素等的变化，功率放大器的特性也会出现变化。在这种情况下，需要对预失真器重新进行训练，以更新预失真器的系数。为便于说明，将预先获得的系数称为预失真器的系数的初始值，将更新时获得的系数称为预失真器的系数的更新值。应注意，获得预失真器的系数的初始值和更新值的过程都是对预失真器进行训练的过程。
[0008]训练过程主要是将功率放大器输出信号作为反馈信号，根据其调整预失真器的系数，通过对系数的不断调整达到预定条件(如训练算法收敛、功率放大器输出信号满足一定的频谱要求等)，来获得适当的系数。
[0009]根据反馈信号的性质，训练方法可分为矢量法和标量法。矢量法要求反馈功率放大器输出的完整的1、Q两路信号，并且与原始信号进行比较。标量法要求反馈功率放大器输出的信号的功率。标量法对反馈信号的要求较低，计算速度较快。本发明主要涉及标量法。
[0010]现有技术中存在如下问题:对预失真器的训练过程受到训练数据波动的不利影响，并且传统的处理方法尤其是对于预失真器的系数的初始值的获取来说会导致训练时间过长。
[0011]图5示出了传统标量法训练预失真器的结构示例。
[0012]在图5中，信号源501将原始信号x(t)输入到预失真器502。预失真器502具有系数a 1、预失真函数Qa i H，经预失真器502处理，得到预失真信号z (t)。预失真信号z (t)经数模转换器504进行数模转换(两个数模转换器504分别处理1、Q两路信号)、正交调制器503进行正交调制、上变频器505进行上变频后输入到功率放大器506。功率放大器506根据函数PO处理，得到输出信号y(t)。输出信号y(t)经耦合器507输出到天线，同时经反馈回来作为反馈信号。更新判断单元508根据反馈信号的性质判断是否需要更新预失真器的系数。在训练阶段，反馈信号被提供到代价函数生成单元509。代价函数生成单元509根据反馈信号进行计算，得到代价函数CF。系数更新单元510根据代价函数CF生成新的预失真器系数a i并提供给预失真器502。预失真器502根据新的系数进行工作。控制单元511进行控制。采用标量法时，根据上述反馈信号的高频分量的功率计算代价函数。通过极小化代价函数，得到预失真器的系数。在理想状况下，经过一段时间的训练，自适应训练算法逐渐收敛，从而获得预失真器系数。
[0013]如下所示的公式I示例性地给出了 CF的计算方法。
[0014]
【权利要求】
1.一种预失真器的训练方法，包括如下步骤: 预先存储一段时间的有效数据； 通过将所预存的有效数据进行多次重复生成训练数据；以及 基于所述训练数据，对预失真器进行训练，以获得预失真器的系数。
2.如权利要求1所述的方法，还包括:对所述训练数据进行低通滤波，并将滤波结果作为训练数据。
3.如权利要求1-2之一所述的方法，其中，当需要更新预失真器的系数时，重复执行所述训练方法，以获得预失真器的系数的更新值。
4.如权利要求1-2之一所述的方法，其中，当需要更新预失真器的系数时，将信号源实时发送的非重复性的较长时间段的数据作为训练数据，并基于所述训练数据，对预失真器进行训练以获得预失真器的系数的更新值。
5.如权利要求1-2之一所述的方法，其中，在执行所述训练方法的同时，将信号源发送的数据缓冲在存储器中。
6.—种功率放大方法,包括: 由预失真器对原始输入信号进行预失真，输出预失真输入信号； 由数模转换器将预失真输入信号转换为模拟信号； 由上变频器将模拟信号上变频为射频信号；以及 由功率放大器对射频信号进行功率放大并输出功率放大后的信号作为输出信号； 其中，所述预失真器采用根据权利要求1-5之一所述的训练方法训练。
7.一种预失真器的训练装置，包括: 训练数据生成单元，被配置为预先存储一段时间的有效数据并通过将所预存的有效数据进行多次重复生成训练数据；以及 控制单元，被配置为基于所述训练数据对预失真器进行训练以获得预失真器的系数。
8.如权利要求7所述的训练装置，还包括: 低通滤波器，被配置为对训练数据生成单元生成的训练数据进行低通滤波并将滤波结果作为训练数据。
9.如权利要求7-8之一所述的训练装置，还包括: 存储器，被配置为缓冲信号源发送的数据。
10.一种功率放大设备,包括: 根据权利要求7-9之一所述的预失真器的训练装置，用于对预失真器进行训练； 预失真器，被配置为对原始输入信号进行预失真，输出预失真输入信号； 数模转换器，被配置为将预失真输入信号转换为模拟信号； 上变频器，被配置为将模拟信号上变频为射频信号；以及 功率放大器，被配置为对射频信号进行功率放大并输出功率放大后的信号作为输出信号。
【文档编号】H03F1/32GK103580617SQ201210253669
【公开日】2014年2月12日 申请日期:2012年7月20日 优先权日:2012年7月20日
【发明者】施展, 李辉, 陈培, 周建民 申请人:富士通株式会社