功率放大器温度补偿的分段线性数字预失真系统及方法与流程

本发明属于射频功率放大器补偿，尤其涉及功率放大器温度补偿的分段线性数字预失真系统及方法。

背景技术：

1、射频功率放大器是5g通信系统最关键和最昂贵的器件（芯片）。在5g射频芯片中，高增益、高线性度的功率放大器是5g系统中的关键器件（芯片），它能够保证5g信号（正交频分复用信号）在较大带宽范围内具有良好的线性度，使得传输大带宽、低失真的高阶调制信号成为可能。

2、然而，发射机系统的模拟器件，尤其是射频功率放大器比较容易受到温度变化和器件老化的影响。射频功率放大器的工作温度变化、以及器件老化等原因，均会引起射频功率放大器的增益发生变化，这种改变包括：1）射频功率放大器增益最大值的改变，2）输入射频信号功率较低时，放大器增益的变化，2）输入射频信号功率较高时，放大器饱和增益特性的变化，因此需要采用必要的技术来补偿射频功率放大器的温度影响。采用数字预失真系统的发射机能够解决工作温度变化以及模拟器件老化等原因引起的放大器特性改变问题，因此，有一些研究人员针对采用数字预失真技术的射频功率放大器温度补偿展开了研究。

3、但是不得不说，不少技术方案还是没有关注温度对于射频系统的影响。从基本的物理原理上讲，射频器件的基本参数是温度相关的，尤其是射频放大器的基本特性，更是受到温度的影响。这就要求我们在实际使用数字预失真系统（模型）时，必须考虑温度的影响。

技术实现思路

1、本发明的一个目的是解决至少上述问题和/或缺陷，并提供至少后面将说明的优点。

2、本发明结合数字预失真系统最为常见的分段线性模型，提出了在射频功率放大器温度改变时，分段线性数字预失真模型中的参数更新方法。

3、本发明还有一个目的是提供一种功率放大器温度补偿的分段线性数字预失真系统及方法。

4、为此，本发明提供如下的技术方案：

5、第一方面，提供了一种功率放大器温度补偿的分段线性数字预失真方法，包括：

6、步骤一、在射频功率放大器的常用温度下，在射频功率的区间内选择射频功率放大器的n个功率点，每个功率点的功率为，，k的范围为0至n-1；

7、步骤二、使用单频的射频信号作为射频功率放大器的输入信号，分k次经过后续器件，且每次射频信号的功率为，输入信号每次经过分段线性数字预失真系统，接着依次经过数模转换器、调制器、射频功率放大器，功率耦合器调制器和模数转换器得到反馈信号z1k(j)；表示每个功率点下的特定的基带信号。

8、步骤三、依据历史数据将n个<，z1k(j)>对应关系分为m个区间，使用最小二乘算法，在每个分段区间估计出分段线性数字预失真模型的一次项系数a1m和常数项a0m，其中m为整数，1≤m≤m；

9、步骤四、在温度区间中，选择l个不同的温度点，在不同温度下，重复上述步骤一至步骤三，得到不同温度的结果：一次项系数a1m(t)和常数项a0m(t)的原始数据；

10、步骤五、从记录的不同温度条件下分段线性数字预失真模型的一次项系数a1m(t)和常数项系数a0m(t)序列中拟合得到a1m和a0m与温度的关系，a1m(t)=f1(t)和a1m(t)=f2(t)；

11、步骤六、在实际运行阶段，测试射频功率放大器的实时温度t，以关系a1m(t)=f1(t)和a1m(t)=f2(t)作为基础，计算新的参数a1m和a0m。

12、优选的是，所述的功率放大器温度补偿的分段线性数字预失真方法中，所述分段线性数字预失真模型的构建方法包括如下步骤：

13、确定预失真模型的分段数m，分段区间参数，a0=0，及各分段区间的精度控制参数，依据基带信号的分段区间设定预失真模型为：

14、

15、为数字预失真器的输入信号，。

16、优选的是，所述的功率放大器温度补偿的分段线性数字预失真方法中，不同温度下，模型参数a11和a01确定方法为：

17、顺序采样一段包含多个采样点，且取值在a0≤x(j)≤a1区间的基带信号x(j)；

18、初始化模型参数a11和a01；

19、以min|b1(j) xt(j)-z1(j)|2作为优化目标，为功率放大器第段分段区间的增益；采用最小二乘算法通过多次迭代令其达到最小，得到模型参数a11和a01，其中，g1为功率放大器与反馈链路综合作用的增益估计值，b1(j)=[a11(j),a01(j)]，xt(j)为x(j)的转置，x(j)=[x(j),1]，z1(j)为输入的基带信号x(j)依次经过预失真模型、数模转换器、调制器、功率放大器后的反馈信号。

20、优选的是，所述的功率放大器温度补偿的分段线性数字预失真方法中，按照第一种方法提取温度相关的模型参数，所述第一种方法包括：(单纯的线性拟合)

21、在区间进行如下温度参数拟合，从包含l个点的两个系数序列中拟合出温度参数和，其中温度参数和满足如下关系：四个参数作为从原始数据中提取的模型参数。

22、优选的是，所述的功率放大器温度补偿的分段线性数字预失真方法中，如果按照所述第一种方法提取温度相关的模型参数时，拟合度r2小于某个阈值r02时，则按照第二种方法提取温度参数，所述第二种方法包括如下步骤：：

23、1)在区间am-1＜x(j)≤am中，计算斜率和常数项的平均值

24、2)计算不同温度条件下，该温度点数值相对于斜率和常数项的平均值的差值δa1m(tl)和δa0m(tl)，其中，δa1m(tl)＝a1m(tl)-a1m_aver，δa0m(tl)＝a0m(tl)-a0m_aver；

25、3)设定系数阈值b1m和b0m；

26、4)当所有δa1m(tl)≤b1m，δa0m(tl)≤b0m，将步骤2)中所有区间相对于斜率平均值a1m_aver和常数项平均值a0m_aver的差值(δa1m(tl)和δa0m(tl))与温度的关系绘制成表格；

27、5)当δa1m(tl)≥b1m或δa0m(tl)≥b0m时，在温度区间[t1，t2]增加一个温度点t3，按照步骤1)-4)的方法将δa1m(tl)和δa0m(tl)与温度的关系绘制成两个表格，这两个表格的温度区间分别为[t1，t3]和[t3，t2]。

28、优选的是，所述的功率放大器温度补偿的分段线性数字预失真方法中，的数值为。

29、优选的是，所述的功率放大器温度补偿的分段线性数字预失真方法中，使用如下带补偿的线性拟合方法：在区间进行如下温度参数拟合，从包含l个点的两个系数序列和）中拟合出温度参数和，其中温度参数和满足如下关系：，，，其中和为拟合数据的残差；、、和四个参数作为从原始数据中提取的模型参数，和两个序列作为对于线性模型的补偿项。

30、优选的是，所述的功率放大器温度补偿的分段线性数字预失真方法中，按照如下方法得到拟合关系a1m(t)=f1(t)和a0m(t)=f2(t)：

31、1）首先按照第一种方法提取参数与温度关系的模型，如果拟合度r2大于某个阈值r02时，则拟合过程终止，按照所述第一种方法得到的结果计算不同温度条件下的数字预失真模型参数a1m和a0m；

32、2）如果拟合度r2小于某个阈值r02，且温度参数时，为一个比较小的数值，例如，则按照所述第二种方法提取温度参数，并计算不同温度条件下的数字预失真模型参数a1m和a0m；

33、3）如果拟合度r2小于某个阈值r02，且温度参数时，则按照所述第三种方法提取温度参数，并计算不同温度条件下的数字预失真模型参数a1m和a0m。

34、第二方面，提供了一种功率放大器温度补偿的分段线性数字预失真系统，包括：

35、数字预失真模块，用于基于初始的目标预失真系数对输入的信号进行数字预失真处理，得到第一调整信号；

36、数模转换器，用于将第一调整信号转化为模拟基带信号；

37、调制器，将模拟基带信号调制到需要的射频频率上f1；

38、功放模块，用于对调制到射频频率上f1上的模拟基带信号进行功放处理，得到发射信号；

39、射频信号反馈装置，用于将部分发射信号反馈至发射端，并依次经过解调器、模数转换器，得到反馈信号z1k(j)。

40、本发明实施例至少包括以下有益效果：

41、本发明结合数字预失真系统最为常见的分段线性模型，提出了在射频功率放大器温度改变时，分段线性数字预失真模型中的参数更新方法。本发明采用的分段线性模型，各个输入幅度区间均采用线性模型，对于斜率偏差的要求差别不大。由于温度的改变，分段线性模型的线性区间划分和各段的增益系数可能会发生改变。将这种改变记录下来，形成线性区间划分和各段的增益系数随温度的变化关系，这些变化关系将有助于补偿射频功率放大器温度改变对于数字预失真模型参数的影响。

42、本发明实施例的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明实施例的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。