专利名称：多天线通信系统及多天线通信系统的增益控制方法
技术领域：
本发明涉及多天线通信系统技术领域，尤其涉及具有DPD反馈通道的多天线通信 系统的增益控制技术。
背景技术：
DPD(Digital Pre-Distortion，数字预失真)技术是解决通信系统中功率放大器 的非线性失真的一项技术，通常使用DPD技术的通信系统设置有专门的DPD反馈通道，用于 提取功率放大器的输出信号，根据所述输出信号处理后计算出所述功率放大器的非线性失 真，然后预先对输入所述功率放大器的基带信号作非线性失真补偿，所述非线性失真补偿 值与所述功率放大器的非线性失真互补，从而使所述功率放大器的输出信号的非线性失真 降低。随着多天线通信技术的发展，DPD技术在多天线通信系统中的应用越来越广泛。在多天线TD-SCDMA通信系统的射频收发信机中，为了保证各条发射链路输出一 致，系统会设定各条发射链路的目标增益值。由于实现发射链路的模拟器件的增益会随频 率和温度变化而改变，这将严重影响发射链路在全频段和全温度范围内的输出功率的稳定 度；而且，各个链路之间的增益变化范围也各不相同。这种增益的变化会严重恶化通信系统 的性能。
发明内容
为解决现有技术多天线通信系统各个发射链路之间的增益不一致的问题，本发明 提供一种能够使发射链路之间的增益保持一致的多天线通信系统。一种多天线通信系统，包括多条发射链路、DPD处理单元、增益控制单元，以及连接 在各条所述发射链路和所述DPD处理单元之间的DPD反馈通道。所述增益控制单元连接所 述DPD反馈通道，其包括反馈功率计算模块、前向功率计算模块、增益计算模块和增益调 整模块。所述反馈功率计算模块用于根据所述DPD反馈通道的反馈信号分别计算各条所述 发射链路的反馈功率；所述前向功率计算模块用于根据各条所述发射链路上传输的数字基 带信号分别计算各条所述发射链路的前向功率；所述增益计算模块用于根据所述反馈功率 和对应的所述前向功率分别计算各条所述发射链路的增益值，并将所述增益值与目标增益 值比较，得出各条所述发射链路的增益偏差值；所述增益调整模块根据上述增益偏差值分 别调节各条所述发射链路的增益。与现有技术相比较，本发明的多天线通信系统的DPD反馈通道除了实现DPD反馈 之外，同时用于反馈各条所述发射链路的输出信号。所述多天线通信系统中增加设置所述 增益控制单元，所述增益控制单元计算各条所述发射链路的反馈功率，然后结合所述前向 功率，计算得到各条发射链路的增益值和增益偏差值，分别调节各条所述发射链路的增益。 因此可以使所述发射链路的增益都与所述目标增益值保持一致，提高所述多天线通信系统 的各条所述发射链路在全频段范围内的输出功率的稳定度。同时，由于本发明的多天线通信系统中利用现有的DPD反馈通道的反馈信号计算所述反馈功率，无需另外设置专门的增益调整反馈通道，因此可以节省制作系统的硬件成 本。为解决现有技术具有DPD反馈通道的多天线通信系统各个发射链路之间的增益 不一致的问题，本发明提供一种能够使发射链路之间的增益保持一致的具有DPD反馈通道 的多天线通信系统的增益控制方法。一种具有DPD反馈通道的多天线通信系统的增益控制方法，包括以下步骤根据 所述DPD反馈通道的反馈信号，分别计算所述多天线系统的多条发射链路的反馈功率；根 据各条所述发射链路中传输的数字基带信号，分别计算各条所述发射链路的前向功率；根 据所述反馈功率和对应的所述前向功率分别计算各条所述发射链路的增益值，将所述增益 值与目标增益值比较，得出各条所述发射链路的增益偏差值；根据所述增益偏差值分别调 节各条所述发射链路的增益。与现有技术相比较，本发明具有DPD反馈通道的多天线通信系统的增益控制方法 中，通过所述多天线通信系统的DPD反馈通道的反馈信号，计算各条所述发射链路的反馈 功率，然后结合所述前向功率对比，计算得到各条发射链路的增益值和增益偏差值，分别调 节各条所述发射链路的增益。因此可以使多天线通信系统的各条发射链路的增益都与所述 目标增益值保持一致，提高所述多天线通信系统的各条所述发射链路在全频段范围内的输 出功率的稳定度。同时，由于本发明具有DPD反馈通道的多天线通信系统的增益控制方法中，利用 所述多天线通信系统的DPD反馈通道的反馈信号计算所述反馈功率，无需另外设置专门的 增益调整反馈通道，因此方法实现的成本较低。
图1是本发明多天线通信系统的结构示意图；图2是本发明多天线通信系统中的增益控制单元的结构示意图；图3是本发明多天线通信系统一种优选实施方式的结构示意图；图4是本发明多天线通信系统中增益控制单元的一种优选实施方式的结构示意 图；图5是本发明具有DPD反馈通道的多天线通信系统的增益控制方法的流程示意 图。其中，10多天线通信系统；11数字基带处理模块；110增益控制单元；111反馈功率计算模块；112前向功率计算模块；113增益计算模块；114增益调整模块；115温度补偿模块；116限幅模块；117控制模块；
120DPD 处理单元；13功率放大器；15DPD反馈通道；151多选一射频开关；153下变频模块；155带通滤波模块；157模数转换模块。
具体实施例方式请参阅图1，图1是本发明多天线通信系统的结构示意图。所述多天线通信系统10包括多条发射链路，每一所述发射链路都包括一个功率 放大器13，在本实施方式中，多条所述发射链路共用一个多通道的数字基带处理模块11来 处理基带信号。所述数字基带处理模块11中传输的多路数字基带信号分别经过模数转换、 上变频和滤波处理之后发送至对应的所述功率放大器13中处理，然后再由所述功率放大 器13输出至不同的收发天线中发送。所述多天线通信系统10还包括连接在各个所述功率放大器13的输出端和所述数 字基带处理模块11之间的DPD反馈通道15。所述DPD反馈通道15用于反馈各个所述功率放大器13的输出信号以便进行数字 预失真分析和处理。所述数字基带处理模块11中包括DPD处理单元120和增益控制单元110，所述DPD 处理单元120和所述增益控制单元110都连接所述DPD反馈通道15。所述DPD处理单元120用于从所述DPD反馈通道15中提取所述反馈信号，根据所 述反馈信号计算出各个所述功率放大器13的非线性失真系数，然后在数字基带处理模块 11之中对基带信号预先作非线性失真补偿，所述非线性失真补偿值与各个所述功率放大器 13的非线性失真互补，从而使所述功率放大器13的输出信号的非线性失真降低。请一并参阅图2，图2是本发明多天线通信系统中的增益控制单元110的结构示意 图。所述增益控制单元110包括反馈功率计算模块111、前向功率计算模块112、增益计算 模块113和增益调整模块114。所述反馈功率计算模块111接收所述DPD反馈通道15的反馈信号，在一段固定的 时间T内对所述反馈信号的功率数据进行统计，获得在所述时间T内所述反馈信号的平均 功率作为所述发射链路的反馈功率，然后将所述反馈功率发送至所述增益计算模块113。所述前向功率计算模块112在同样的时间T内对所述数字基带处理模块11中传 输的对应所述发射链路的基带信号进行功率数据统计，获得在所述时间T内的平均功率作 为所述发射链路的前向功率，然后将所述前向功率发送至所述增益计算模块113。所述增益计算模块113比较所述反馈功率和对应的所述前向功率，分别计算各条 所述发射链路的增益值，然后将所述增益值与目标增益值比较，计算得出各条所述发射链 路的增益偏差值，并将所述增益偏差值发送至所述增益调整模块114。所述增益调整模块114根据上述各条所述发射链路的增益偏差值分别调节各条 所述发射链路的增益。
本实施方式的所述多天线通信系统10中，所述DPD处理单元120和所述增益控制 单元110可以分时地从所述DPD反馈通道15中提取所述反馈数据，分别对所述多天线通信 系统进行数字预失真处理和增益控制，从而可避免控制上的冲突危险。本发明的所述多天线通信系统10中，所述增益控制单元110可不必设置在所述数 字基带处理模块11中，而通过独立的FPGA (Field-Programmable Gate Array，现场可编程 门阵列)器件和微控制器(MCU)协同设计实现。与现有技术相比较，本发明的多天线通信系统中，所述增益控制单元根据所述反 馈通道的反馈信号计算各条所述发射链路的反馈功率，然后结合所述前向功率计算得到各 条发射链路的增益值和增益偏差值，分别调节各条所述发射链路的增益。因此可以使各条 所述发射链路的增益都与所述目标增益值保持一致，提高所述多天线通信系统的各条所述 发射链路在全频段范围内的输出功率的稳定度。并且，由于利用现有DPD反馈通道的反馈 数据计算所述反馈功率，无需另外设置专门用于增益调整的反馈通道，降低了装置硬件实 现的成本。请参阅图3，图3是本发明多天线通信系统的一种优选实施方式的结构示意图。作为所述DPD反馈通道15的一种具体实施方式
举例，所述DPD反馈通道15可包括 依次连接的多选一射频开关151、下变频模块153、带通滤波模块155和模数转换模块157。所述多选一射频开关151分别连接各个所述功率放大器13的输出端，用于择一地 选通各个所述功率放大器13的所述输出端，将各个所述功率放大器13输出的射频信号耦 合至所述下变频模块153 ；所述下变频模块153将接收的射频信号转换成中频信号，并将所 述中频信号传输至所述带通滤波模块155 ；所述带通滤波模块155对所述中频信号进行选 频滤波，然后将所述中频信号传输至所述模数转换模块157，所述模数转换模块157连接至 所述数字基带处理模块11，用于对滤波后的所述中频信号进行采样，将所述中频信号转换 为数字基带信号后传送至所述数字基带处理模块11中处理。通过设置所述多选一射频开关151分时择一地选通各个所述功率放大器13的输 出端，提取各条所述发射链路的输出信号，可以使多条所述发射链路分时地共用一条DPD 反馈通道，节省硬件成本。请参阅图4，图4是本发明多天线通信系统中增益控制单元的一种优选实施方式 的结构示意图。所述增益控制单元110中进一步包括温度补偿模块115，所述温度补偿模块115连 接所述增益计算模块113，用于根据现场环境温度计算功率的温度补偿值，例如可通过查找 经由实验得到的功率温度曲线，计算所述功率的温度补偿值；然后所述温度补偿模块115 将所述功率的温度补偿值传输至所述增益计算模块113。所述增益计算模块113中根据所 述反馈功率、对应的所述前向功率以及所述功率的温度补偿值分别计算各条所述发射链路 的增益值，然后将所述增益值与目标增益值比较，计算得出各条所述发射链路的增益偏差 值。通过设置所述温度补偿模块115计算功率的温度补偿值，使所述增益计算模块 115中计算的各条所述发射链路的增益值中包含温度影响的因素，消除温度变化对各条所 述发射链路的增益值的影响，提高所述多天线通信系统10的各条所述发射链路在全温度 范围内的输出功率的稳定度。
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进一步地，所述增益控制单元110中还包括限幅模块116，所述限幅模块116设置 在所述增益计算模块113和增益调整模块114之间，所述限幅模块116中预先设置了增益 偏差值的最大值和最小值，所述限幅模块116根据所述增益偏差值的最大值和最小值对所 述增益计算模块113输出的增益偏差值进行幅度限制，防止所述增益偏差值过大而造成的 增益过调节，使各条所述发射链路的增益平稳渐变地调整，维持各条所述发射链路的增益 幅度的稳定。进一步地，所述增益控制单元110中还包括控制模块117，所述控制模块117分别 连接所述反馈功率计算模块111、所述前向功率计算模块112、所述温度补偿模块115，以及 所述DPD反馈通道15中的所述多选一射频开关151，所述控制模块117控制所述多选一射 频开关151分时依次选通各个所述功率放大器13的输出端，并控制所述反馈功率计算模块 111和所述前向功率计算模块112分别计算所述发射链路对应的反馈功率和前向功率。通 过所述控制模块117协调所述多选一射频开关151、所述反馈功率计算模块111和所述前向 功率计算模块112，使上述各模块之间的配合更加有序，对各条所述发射链路的增益计算更 加准确。下面举例说明本发明的多天线通信系统10的工作原理假设所述多天线通信系统10包括η条发射链路，每一所述发射链路对应一个所述 功率放大器13，多条所述发射链路中传输的数字基带信号由数字基带处理模块11处理。所述多天线通信系统10进行增益调整时，所述增益控制单元110中的所述控制模 块117控制所述多选一射频开关151选通在发射链路X上的功率放大器13的输出端，其中， l^X^ η，η为所述多天线通信系统10的发射链路的数量。所述DPD反馈通道15将所述 功率放大器13输出的射频信号处理后送至所述数字基带处理模块11中，由所述增益控制 单元110处理。所述增益控制单元110中，所述控制模块117发出触发信号至所述前向功率计算 模块112和所述温度补偿模块115，并在一定延时之后发出触发信号至所述反馈功率计算 模块111，使所述前向功率计算模块112和所述反馈功率计算模块111能够对同一时刻的接 收信号和发射信号进行功率计算。所述前向功率计算模块112在接收到所述触发信号之后，开始在时间T内对所述 数字基带处理模块11中传输的对应所述发射链路X的基带信号进行功率数据统计，获得所 述发射链路X的前向功率；所述温度补偿模块115在接收到所述触发信号之后，检测当前温度值，根据实验 测定的功率温度曲线计算出所述功率的温度补偿值；所述反馈功率计算模块111接收到所述触发信号之后，在同样的时间T内对所述 反馈信号的功率数据进行统计，计算得到所述发射链路X的反馈功率，并触发所述增益计 算模块113开始增益值的计算；所述增益计算模块113根据所述前向功率、所述温度补偿值和所述反馈功率计算 所述发射链路X的当前增益值，将所述增益值与预先设定的目标增益值比较，计算得出增 益偏差值AG'；所述限幅模块116根据预先设定的增益偏差值范围限制所述增益偏差值AG'的 范围，得到调整后的增益偏差值AG;
所述增益调整模块114根据所述增益偏差值Δ G，改变所述发射链路X的基带信号 的增益调整控制字，对所述发射链路X的增益进行较高精度的数字域补偿，保持所述发射 链路X的增益稳定；所述增益调整模块114完成所述发射链路X的增益调整之后，在所述控制模块117 控制下，所述多选一射频开关151选通发射链路Χ+1上的所述功率放大器13的输出端，所 述增益控制单元110根据所述反馈通道15的反馈信号计算所述发射链路Χ+1的增益偏差 值，并调整所述发射链路Χ+1的增益。所述控制模块117控制所述多选一射频开关151逐 个选通各条所述发射链路的输出端，对各条所述发射链路的增益进行调整，直到所有的所 述发射链路都调整过后，从第一条所述发射链路重新开始调整。请参阅图5，图5是本发明具有DPD反馈通道的多天线通信系统的增益控制方法的 流程示意图。本发明具有DPD反馈通道的多天线通信系统的增益控制方法包括以下步骤步骤SlOl 根据DPD反馈通道对发射链路X的反馈信号，计算所述发射链路X的 反馈功率。其中1 < X < η，η为所述多天线通信系统的发射链路的数量。多天线通信系统包括多条发射链路，所述DPD (Digital Pre-Distortion，数字预 失真)反馈通道用于反馈各条发射链路上的功率放大器的输出信号，获得反馈信号。假设所述多天线通信系统包括η条发射链路，每一所述发射链路都包括一个功率 放大器，则，η条所述发射链路中传输的η路数字基带信号分别经过模数转换、上变频和滤 波处理之后发送至对应的所述功率放大器中处理，然后再由所述功率放大器输出至不同的 收发天线中发送。所述DPD反馈通道连接在各个所述功率放大器的输出端。通过所述DPD反馈通道提取所述发射链路X上的功率放大器的输出信号，对所述 输出信号进行下变频、滤波和模数转换后，获得数字基带形式的反馈信号，对所述反馈信号 在一段固定的时间T内进行功率数据统计，获得所述反馈信号在所述时间T内的平均功率 作为所述发射链路X的反馈功率。步骤S103 根据所述发射链路X上传输的基带信号，计算所述发射链路X的前向 功率；在同样的时间T内对所述发射链路X上传输的数字基带信号进行功率数据统计， 获得在所述时间T内的平均功率作为所述发射链路X的前向功率。步骤S105 根据所述反馈功率和所述前向功率计算所述发射链路X的增益值；比 较上述步骤SlOl和步骤S103中计算得到的所述反馈功率和所述前向功率，即可得到所述 发射链路X的功率增益值。步骤S107 将所述增益值与预先设定的目标增益值比较，计算得到所述发射链路 X的增益偏差值；步骤S109 根据所述增益偏差值调节所述发射链路X的增益；根据步骤S107中计算得到的所述增益偏差值，对应调节所述发射链路X的增益， 使所述发射链路X的增益保持与所述目标增益值一致。步骤Slll 令X的取值加1，重复执行上述步骤。其中，当X的取值加1后大于η 时，将X的取值重新设置为1，对多条所述发射链路重复扫描。为避免控制上的冲突，对所述多天线通信系统的增益控制和DPD处理分时地进行。与现有技术相比较，本发明具有DPD反馈通道的多天线通信系统的增益控制方法 中，根据所述DPD反馈通道获取的对应各条所述发射链路的反馈信号，分别计算各条所述 发射链路的反馈功率；然后结合所述发射链路的前向功率，计算各条所述发射链路的增益 值和增益偏差值，分别调节各条所述发射链路的增益。使各条所述发射链路的增益都保持 与所述目标增益值一致，提高多天线通信系统的各条所述发射链路在全频段范围内的输出 功率的稳定度。并且，由于直接利用现有的DPD反馈通道的反馈数据计算反馈功率，无需另 外设置专门用于增益调整的反馈通道，降低了方法实现的成本。作为本发明具有DPD反馈通道的多天线通信系统的增益控制方法的一种优选实 施方式，在执行步骤S105之前，先执行以下步骤检测现场环境温度并计算功率的温度补 偿值；在步骤S105中，进一步根据所述反馈功率、对应的所述前向功率以及所述功率的温 度补偿值计算所述发射链路X的增益值。通过计算功率的温度补偿值，使得步骤S105中计算的所述发射链路X的增益值中 包含温度影响的因素，消除温度变化对各条所述发射链路的增益值的影响，提高所述多天 线通信系统的各条所述发射链路在全温度范围内的输出功率的稳定度。作为本发明具有DPD反馈通道的多天线通信系统的增益控制方法的另一种优选 实施方式，在执行步骤S109之前，先执行以下步骤以预先设定的增益偏差值范围对步骤 S107中计算得到的所述增益偏差值的幅度进行限制。根据实际需要预先设定增益偏差值的最大值和最小值，对所述步骤S107中计算 得到的所述增益偏差值的幅度进行限制，防止所述增益偏差值过大而造成的增益过调节； 使各条所述发射链路的增益平稳渐变地调整，维持各条所述发射链路的增益稳定。以上所述的本发明实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何在本发明 的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的权利要求保护范 围之内。
权利要求
一种多天线通信系统，包括多条发射链路、DPD处理单元和DPD反馈通道，所述DPD反馈通道连接在各条所述发射链路和所述DPD处理单元之间；其特征在于，所述多天线通信系统还包括连接所述DPD反馈通道的增益控制单元，所述增益控制单元包括反馈功率计算模块，用于根据所述DPD反馈通道的反馈信号分别计算各条所述发射链路的反馈功率；前向功率计算模块，用于根据各条所述发射链路上传输的数字基带信号分别计算各条所述发射链路的前向功率；增益计算模块，用于根据所述反馈功率和对应的所述前向功率分别计算各条所述发射链路的增益值，并将所述增益值与目标增益值比较，得出各条所述发射链路的增益偏差值；增益调整模块，根据上述增益偏差值分别调节各条所述发射链路的增益。
2.如权利要求1所述的多天线通信系统，其特征在于所述DPD反馈通道包括依次连 接的多选一射频开关、下变频模块、滤波模块和模数转换模块，所述模数转换模块连接所述 反馈功率计算模块；所述多选一射频开关分别连接各条所述发射链路上的功率放大器的输出端，用于择一 地选通各个所述功率放大器的输出端，将所述功率放大器输出的射频信号传输至所述下变 频模块；所述下变频模块用于将接收的射频信号转换成中频信号；所述带通滤波模块用于对所述中频信号进行选频滤波；所述模数转换模块用于对滤波后的所述中频信号进行采样，将所述中频信号转换为数 字基带形式的反馈信号后传送至所述反馈功率计算模块。
3.如权利要求2所述的多天线通信系统，其特征在于所述增益控制单元进一步包括 控制模块，所述控制模块用于控制所述多选一射频开关分时依次选通各个所述功率放大器 的输出端，并控制所述反馈功率计算模块和所述前向功率计算模块分别计算所述发射链路 对应的反馈功率和前向功率。
4.如权利要求1、2或者3中任意一项所述的多天线通信系统，其特征在于所述DPD处 理单元和所述增益控制单元分时地从所述DPD反馈通道中提取所述反馈信号。
5.如权利要求1、2或者3中任意一项所述的多天线通信系统，其特征在于所述增益 控制单元进一步包括温度补偿单元，所述温度补偿单元用于根据当前温度计算功率的温度 补偿值，将所述功率的温度补偿值传输至所述增益计算模块；所述增益计算模块进一步根据所述反馈功率、对应的所述前向功率以及所述功率的温 度补偿值计算各条所述发射链路的增益偏差值。
6.如权利要求1、2或者3中任意一项所述的多天线通信系统，其特征在于所述增益 控制单元进一步包括限幅模块，所述限幅模块设置在所述增益计算模块和增益调整模块之 间，用于以预先设定的增益偏差值范围对所述增益计算模块计算的增益偏差值进行限制。
7.一种具有DPD反馈通道的多天线通信系统的增益控制方法，其特征在于包括步骤根据所述DPD反馈通道的反馈信号，分别计算所述多天线系统的多条发射链路的反馈功率；根据各条所述发射链路中传输的数字基带信号，分别计算各条所述发射链路的前向功率；根据所述反馈功率和对应的所述前向功率分别计算各条所述发射链路的增益值，将所 述增益值与目标增益值比较，得出各条所述发射链路的增益偏差值； 根据所述增益偏差值分别调节各条所述发射链路的增益。
8.如权利要求7所述的具有DPD反馈通道的多天线通信系统的增益控制方法，其特征 在于，计算所述多天线系统的多条发射链路的反馈功率的步骤包括在一段固定的时间T内对所述反馈信号的功率数据进行统计，获得所述反馈信号在所 述时间T内的平均功率作为所述发射链路的反馈功率； 以及，计算各条所述发射链路的前向功率的步骤包括在同样的时间T内对所述发射链路上传输的数字基带信号的功率数据进行统计，获得 所述数字基带信号在所述时间T内的平均功率作为所述发射链路的前向功率。
9.如权利要求7或者8所述的具有DPD反馈通道的多天线通信系统的增益控制方法， 其特征在于，根据所述反馈功率和对应的所述前向功率分别计算各条所述发射链路的增益 值的步骤包括获取当前温度值，计算功率的温度补偿值；根据所述反馈功率、对应的所述前向功率以及所述功率的温度补偿值计算各条所述发 射链路的增益偏差值。
10.如权利要求7或者8所述的具有DPD反馈通道的多天线通信系统的增益控制方法， 其特征在于，根据所述增益偏差值分别调节各条所述发射链路的增益之前，先执行以下步 骤以预先设定的增益偏差值范围对所述增益计算模块计算的增益偏差值进行限制。
全文摘要
本发明提供一种多天线通信系统，以及一种具有DPD反馈通道的多天线通信系统的增益控制方法，所述方法包括步骤根据所述DPD反馈通道的反馈信号，分别计算所述多天线系统的多条发射链路的反馈功率；根据各条所述发射链路中传输的数字基带信号，分别计算各条所述发射链路的前向功率；根据所述反馈功率和对应的所述前向功率分别计算各条所述发射链路的增益值，将所述增益值与目标增益值比较，得出各条所述发射链路的增益偏差值；根据所述增益偏差值分别调节各条所述发射链路的增益。应用本发明增益控制方法能够使多天线通信系统的多条发射链路在全频段范围内的输出功率较稳定，增益保持一致，使多天线通信系统保持良好的通信性能。
文档编号H04L25/49GK101895493SQ201010230418
公开日2010年11月24日 申请日期2010年7月19日 优先权日2010年7月19日
发明者刁穗东, 吕辉, 宋伟青, 方绍湖, 李繁, 杨波 申请人:京信通信系统(中国)有限公司