专利名称：一种实现数字基带预失真的方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明实施例涉及通信技术领域，尤其涉及一种实现数字基带预失真的方法及装置。
背景技术：
发射通道单芯片集成技术有助于微波点对点设备朝着高频率、高集成度、低成本， 及低功耗的方向发展。但由于半导体工艺的原因，采用发射通道单芯片集成的器件与分离 的单功能器件相比，其发射通道线性输出功率水平会降低。为了保持与传统的单功能器件 相同的输出功率，需要对采用发射通道单芯片集成的器件进行线性化处理。预失真(predistortion)技术是线性化的一种实现方式。采用发射通道单芯片集 成的器件存在非线性失真，预失真技术的工作原理是在输入信号上叠加与器件非线性失真 相反的失真，从而抵消器件的非线性失真。其中，与器件非线性失真相反的失真需要根据功 率放大器的非线性失真特性获得。数字基带预失真是应用较为广泛的预失真技术，现有的 数字基带预失真系统中，反馈通道由超外差接收机实现。现有技术中至少存在如下问题采用超外差下变频结构的数字基带预失真系统，相当于增加了一个接收通道。超 外差接收机反馈的是功率放大器的输出信号。微波系统中功率放大器输出信号的载波频率 较高，就现有的半导体工艺而言，为了应用在高频载波环境中，反馈通道采用的超外差接收 机的实现结构复杂，且硬件成本较高。另外，由于超外差接收机自身的频率成分复杂，超外 差接收机中为了进行串扰的屏蔽，其实现结构更为复杂。因此反馈通道难于同发射通道集 成在单芯片中。
发明内容
本发明的实施例提供了一种实现数字基带预失真的方法及装置，从而避免数字基 带预失真的反馈通道实现结构复杂、硬件成本较高。本发明的目的是通过以下技术方案实现的一种实现数字基带预失真的装置，包括由数模转换器、调制器、放大器和功率放大 器构成的发射通道，所述装置还包括由二极管检波器、滤波器和模数转换器构成的反馈通道模拟部分，和由预失真器、 取模单元、预失真系数产生器、反馈矫正单元构成的反馈通道数字部分；所述二极管检波器用于获得所述功率放大器的输出信号的包络；所述滤波器与所述二极管检波器连接，用于对所述二极管检波器获得的所述包络 进行滤波处理；所述模数转换器与所述滤波器连接，用于对所述滤波器的输出信号进行模数转 换；所述取模单元用于获得所述装置的输入信号的模；
所述反馈矫正单元与所述模数转换器连接，用于获取所述模数转换器的输出信 号，并对所述模数转换器的输出信号进行反馈通道的非线性矫正处理；所述预失真系数产生器分别与所述取模单元和所述反馈矫正单元连接，获得所述 取模单元的输出信号和所述反馈矫正单元的输出信号，根据获得的所述取模单元的输出信 号和所述反馈矫正单元的输出信号得到所述发射通道的信号失真；所述预失真器分别与所述预失真系数产生器和所述数模转换器连接，用于根据所 述预失真系数产生器输出的所述发射通道的信号失真，对所述装置的输入信号进行数字基 带预失真处理，并将经过数字基带预失真处理的输出信号发送给所述数模转换器。一种应用上述的装置实现数字基带预失真处理的方法，包括反馈通道中的二极管检波器获取发射通道中的功率放大器的输出信号；所述二极管检波器检测得到所述功率放大器的输出信号的包络；反馈通道中的模数转换器对所述包络进行模数转换；反馈通道中的反馈矫正单元对所述模数转换器进行模数转换后输出的信号进行 反馈通道的非线性矫正处理；反馈通道中的预失真系数产生器根据获得的装置输入信号的模和所述反馈矫正 单元进行非线性矫正处理后输出的信号，得到发射通道的信号失真；反馈通道的预失真器根据所述发射通道的信号失真，对所述装置的输入信号进行 数字基带预失真处理。由上述本发明的实施例提供的技术方案可以看出，本发明实施例中，由于二极管 检波器反馈的是功率放大器的包络，其不受载波频率的限制和影响，因此，将二极管检波器 应用在数字基带预失真的反馈通道中，不需要为了适应高载波频率而额外增加射频器件， 又由于二极管检波器的结构简单，不仅减少了反馈通道上射频器件的数量，降低了硬件实 现复杂度，减少了功耗，还能够将反馈通道的模拟部分集成到单芯片上。
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使 用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对 于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得 其他的附图。图1为本发明实施例提供的装置结构示意图；图2为本发明实施例提供的方法流程图；图3为本发明实施例提供的获取二极管检波器的矫正系数方法流程图；图4为本发明实施例提供的数字基带预失真方法流程图。
具体实施例方式下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完 整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于 本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他 实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例提供一种实现数字基带预失真的装置，其结构如图1所示，具体实 现结构包括由数模转换器101、调制器102、放大器103和功率放大器104构成的发射通道；由二极管检波器105、滤波器106和模数转换器107构成的反馈通道模拟部分；以及，由预失真器108、取模单元109、预失真系数产生器110、反馈矫正单元111构 成的反馈通道数字部分。上述本发明实施例提供的装置可以是发射机，也可以是发射机中的部分硬件组成单元。在本发明实施例中，可以利用现有的二极管检波器实现上述装置。下面结合图1对本发明实施例提供的装置中，反馈通道各个部分的连接关系及工 作原理进行说明二极管检波器105用于获得功率放大器104的输出信号的包络；滤波器106与二极管检波器105连接，用于对二极管检波器105获得的上述包络 进行滤波处理；模数转换器107与滤波器106连接，用于对滤波器106的输出信号进行模数转换；取模单元109用于获得装置的输入信号的模；反馈矫正单元111与模数转换器107连接，用于获取模数转换器107的输出信号， 并对模数转换器107的输出信号进行反馈通道的非线性矫正处理；预失真系数产生器110分别与取模单元109和反馈矫正单元111连接，获得取模 单元109的输出信号和反馈矫正单元114的输出信号，根据获得的取模单元109的输出信 号和反馈矫正单元111的输出信号得到所述发射通道的信号失真；其中，由于二极管检波器检测出的包络的数学模型可等效为功率放大器104输出 信号的模。因此，在模数转换器107对包络进行模数转换后输出的信号可等效为功率放大 器104输出信号的模，进而可以与取模单元109的输出信号进行比较，获取发射通道的信号 失真。预失真器108分别与预失真系数产生器110和数模转换器101连接，用于根据预 失真系数产生器110输出的发射通道的信号失真，对装置的输入信号进行数字基带预失真 处理，并将经过数字基带预失真处理的输入信号发送给数模转换器101。本发明实施例提供的装置，利用二极管检波器实现数字基带预失真的反馈通道。 由于二极管检波器检测的是功率放大器输出信号的包络，不受载波频率高低的影响，且二 极管检波器的结构简单，不仅减少了反馈通道上射频器件的数量，降低了硬件实现复杂度， 减少了功耗，还能够将反馈通道的模拟部分集成到单芯片上。本发明实施例还提供一种基于上述装置实现数字基带预失真处理的方法，其实现 方式如图2所示，具体包括如下操作S201、反馈通道中的二极管检波器105获取发射通道中的功率放大器104的输出
信号；S202、二极管检波器105检测得到功率放大器104的输出信号的包络；S203、反馈通道中的模数转换器107对上述包络进行模数转换；S204、反馈矫正单元111对上述模数转换器107进行模数转换后输出的信号进行反馈通道的非线性矫正处理；S205、预失真系数产生器110根据获得的装置输入信号的模和经过反馈矫正单元 111进行非线性矫正处理后输出的信号，得到发射通道的信号失真；S206、预失真器108根据上述发射通道的信号失真，对装置的输入信号进行数字 基带预失真处理。由于二极管检波器105自身具备非线性特性，因此需要对二极管检波器105在反 馈通道产生的非线性失真进行矫正。为了得到二极管检波器105的矫正系数，在S201之前， 本发明实施例提供的方法还包括控制功率放大器104的输出功率工作在线性区间；获取二极管检波器105的非线 性失真参数；根据该非线性失真参数得到二极管检波器105的矫正系数。上述获取二极管 检波器校正系数的一系列操作具体可以由装置中具备运算及控制能力的处理器实现。在获 得二极管检波器的矫正系数后，将功率放大器104的发射功率调整至非线性区间，使装置 正常工作，以便对输入信号进行数字基带预失真操作。相应的，S204的具体实现方式可以 是反馈矫正单元111根据上述二极管检波器的矫正系数，对上述包络中的二极管检波器 非线性失真进行矫正处理。下面将对本发明实施例在实际应用过程中的具体实现方式进行详细的说明。结合本发明实施例提供的装置，对数字基带预失真的实现原理进行如下说明由于信号的线性增益部分对非线性特性不产生影响，而本发明实施例关注的是信 号的非线性失真特性，因此，在本发明实施例中，对信号在通道中的状态公式进行了简化， 忽略其线性增益部分。装置的输入信号表示为I+j*Q ；该输入信号经过调制器102调制后，得到的调制信号的数学模型为I*cos wt+Q*sin wt，其中，w为载波角频率；该调制信号经过放大器产生线性增益，并经过功率放大器103后，得到的失真信 号的数学模型为Id*cos wt+Qd*sin wt ；理想包络检波器对该失真信号的检波结果应为+β/ ,其中，理想包络检波器 是指该包络检波器自身不存在非线性失真。设功率放大器的传递函数为H，则 H(I*cos wt+Q*sin wt) = Id*cos wt+Qd*sin wt(公式1)，其中，H表征了功率放大器的非线性特性。通过已知的I、Q以及反馈的
扎2+Q/就可以得到传递函数H ；将H的反函数作为预失真器107的传递函数，以基于该传
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递函数对输入信号进行预失真，可以实现对功率放大器非线性失真的矫正。由于二极管检波器105并非理想包络检波器，其自身存在非线性特性，将其非线
性传递函数表示为D。二极管检波器的实际输出信号的数学模型为^,2+ A2，则实际输出信 号与理想包络检波器输出信号的关系可表示为= + (公式2)。为了实现
数字基带预失真，需要保证反馈通道不存在非线性失真。在本发明实施例提供的装置中，滤 波器106及模数转换器107均不会产生非线性失真，因此，仅需要对二极管检波器105的非 线性失真进行矫正。其原理是将D的反函数作为矫正系数，对二极管检波器的非线性失真 进行矫正。
反馈通道总的传递函数必须为线性，如果能够单独提取二极管非线性响应D，就可 以在数字部分加入反馈矫正单元进行矫正。矫正后得到的即为上述理想包络检波器的输出信号。根据上述原理，在进行数字基带预失真处理之前，首先需要获知二极管检波器的 矫正系数，以便对反馈通道进行非线性矫正。获取二极管检波器的矫正系数的实现方式如 图3所示，具体是包括如下操作S301、处理器控制功率放大器104的输出功率工作在线性区间；S302、二极管检波器105获取功率放大器104的输出信号的包络；S303、滤波器106对上述包络进行滤波处理；S304、模数转换器107对上述滤波处理后的包络进行模数转换；S305、处理器获取装置的原始输入信号，以及模数转换器107的输出信号，根据上 述公式2的原理得到二极管检波器105的非线性传递函数D，D就是二极管检波器的非线性 失真参数；其中，由于功率放大器104工作在线性区间，因此功率放大器104不产生非线性失 真，二极管检波器105检测到的包络的数学模型为々2+02，实际输出信号与理想包络检波
器输出信号的关系可表示为λ/α2 + α2 = dQI 2 + β2)S306、处理器根据D得到二极管检波器105的矫正系数；S306、处理器将得到的矫正系数下发给预失真系数产生器110。得到了二极管检波器的矫正系数后，即可将控制功率放大器104的输出功率调整 到非线性区间，以进行数字基带预失真处理，其具体实现方式如图4所示，具体包括如下操 作S401、处理器对装置的输入信号以及反馈通道的反馈信号进行时间同步；S402、输入信号经过数模转换器101进行数模转换、调制器102的调制、放大器103 产生线性增益之后，进入功率放大器104进行功率放大；S403、二极管检波器105获取功率放大器104输出信号的包络；S404、上述包络经过滤波器106滤波、模数转换器107进行模数转换后进入反馈矫 正单元111 ；S405、反馈矫正单元111根据保存的矫正系数，对S404中输入反馈矫正单元111 的信号进行反馈通道的非线性矫正处理，以得到仅包括功率放大器非线性失真特性的信 号；S406、预失真系数产生器110根据取模单元109输出的装置输入信号的模，以及反 馈矫正单元111输出的信号，得到发射通道的信号失真，并将该发射通道的信号失真发送 给预失真器108 ；该信号失真可用包络误差表示:e⑷=V/,( )2+e,( )2+ 。S407、预失真器108根据装置输入信号的模、以及发射通道的信号失真，自适应地 迭代发射通道的预失真系数，进而根据预失真系数进行数字基带预失真处理。其中，设预失真器108的输入输出模型为^⑴=Σ W其中，系数矩阵Wn
η=0,为优化变量，包络误差的代价函数为J(n) = E(/e(n)/2)，则预失真器108通过迭代 + = +为迭代步长，获得最优的预失真系数。实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前 述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实 施例的步骤；而前述的存储介质包括R0M、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的 介质。以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式
，但本发明的保护范围并不局限于此， 任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换， 都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围 为准。
权利要求
1.一种实现数字基带预失真的装置，包括由数模转换器、调制器、放大器和功率放大器 构成的发射通道，其特征在于，所述装置还包括由二极管检波器、滤波器和模数转换器构成的反馈通道模拟部分，和由预失真器、取模 单元、预失真系数产生器、反馈矫正单元构成的反馈通道数字部分； 所述二极管检波器用于获得所述功率放大器的输出信号的包络； 所述滤波器与所述二极管检波器连接，用于对所述二极管检波器获得的所述包络进行 滤波处理；所述模数转换器与所述滤波器连接，用于对所述滤波器的输出信号进行模数转换； 所述取模单元用于获得所述装置的输入信号的模；所述反馈矫正单元与所述模数转换器连接，用于获取所述模数转换器的输出信号，并 对所述模数转换器的输出信号进行反馈通道的非线性矫正处理；所述预失真系数产生器分别与所述取模单元和所述反馈矫正单元连接，获得所述取模 单元的输出信号和所述反馈矫正单元的输出信号，根据获得的所述取模单元的输出信号和 所述反馈矫正单元的输出信号得到所述发射通道的信号失真；所述预失真器分别与所述预失真系数产生器和所述数模转换器连接，用于根据所述预 失真系数产生器输出的所述发射通道的信号失真，对所述装置的输入信号进行数字基带预 失真处理，并将经过数字基带预失真处理的输出信号发送给所述数模转换器。
2.一种应用权利要求1所述的装置实现数字基带预失真处理的方法，其特征在于，包括反馈通道中的二极管检波器获取发射通道中的功率放大器的输出信号； 所述二极管检波器检测得到所述功率放大器的输出信号的包络； 反馈通道中的模数转换器对所述包络进行模数转换；反馈通道中的反馈矫正单元对所述模数转换器进行模数转换后输出的信号进行反馈 通道的非线性矫正处理；反馈通道中的预失真系数产生器根据获得的装置输入信号的模和所述反馈矫正单元 进行非线性矫正处理后输出的信号，得到发射通道的信号失真；反馈通道的预失真器根据所述发射通道的信号失真，对所述装置的输入信号进行数字 基带预失真处理。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在反馈通道中的二极管检波器获取发射 通道中的功率放大器的输出信号之前，该方法还包括控制所述功率放大器的输出功率工作在线性区间； 获取所述二极管检波器的非线性失真参数； 根据所述非线性失真参数得到二极管检波器的矫正系数。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述获取所述二极管检波器的非线性失 真参数包括 获取装置的输入信号的模；获取所述功率放大器工作在线性区间时输出信号的包络进行模数转换后的数字信号；根据所述输入信号的模和所述包络进行模数转换后的数字信号，确定所述二极管检波器的非线性传递函数，所述非线性传递函数就是所述非线性失真参数。
5.根据权利要求3或4所述的方法，其特征在于，获得所述二极管检波器的矫正系数 后，该方法还包括将所述功率放大器的发射功率调整至非线性区间。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述反馈通道中的反馈矫正单元对所述 包络进行反馈通道的非线性矫正处理包括所述反馈矫正单元根据所述二极管检波器的矫正系数，对所述包络中的二极管检波器 非线性失真进行矫正处理。
7.根据权利要求2 4任意一项所述的方法，其特征在于，对装置的输入信号与所述预失真器输出的反馈信号进行时间同步。
全文摘要
一种实现数字基带预失真的装置，包括由数模转换器、调制器、放大器和功率放大器构成的发射通道，还包括由二极管检波器、滤波器和模数转换器构成的反馈通道模拟部分，和由预失真器、取模单元、预失真系数产生器、反馈矫正单元构成的反馈通道数字部分；二极管检波器用于获得所述功率放大器的输出信号的包络。本发明实施例还提供了一种应用上述单芯片实现数字基带预失真的方法。本发明实施例，利用二极管检波器实现数字基带预失真的反馈通道。由于二极管检波器的结构简单，不仅减少了反馈通道上射频器件的数量，降低了硬件实现复杂度，减少了功耗，还能够将反馈通道的模拟部分集成到单芯片上。
文档编号H04L25/49GK102143107SQ20111004811
公开日2011年8月3日 申请日期2011年2月25日 优先权日2011年2月25日
发明者庞彦钊, 王伟, 蔡华, 薛巍 申请人:华为技术有限公司