專(zhuān)利名稱(chēng)：功率放大器非線性程度度量裝置、方法和預(yù)失真補(bǔ)償裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及功率放大器，尤其涉及功率放大器的預(yù)失真補(bǔ)償裝置和 方法。
背景技術(shù)：
功率放大器(PA)是電子設(shè)備中的重要組成部分，它可以對(duì)微弱的 電信號(hào)實(shí)現(xiàn)功率放大，以滿(mǎn)足傳輸、發(fā)射的需要。其中，用于放大的能 量來(lái)自直流電源。即PA將直流能量轉(zhuǎn)化為交流信號(hào)，使得交流信號(hào)的功 率強(qiáng)度滿(mǎn)足需要。這里PA將直流能量轉(zhuǎn)換為交流能量的能力被稱(chēng)作PA 的效率。PA的輸入輸出信號(hào)功率關(guān)系可以分為線性區(qū)、非線性區(qū)和飽和 區(qū)。
當(dāng)輸入信號(hào)的包絡(luò)僅在線性區(qū)內(nèi)波動(dòng)時(shí)，輸入的信號(hào)被理想放大。 而當(dāng)輸入信號(hào)的包絡(luò)波動(dòng)至非線性區(qū)時(shí)，輸出信號(hào)將被畸變。這種畸變 在時(shí)域上表現(xiàn)為輸出信號(hào)不是輸入信號(hào)的理想放大，在頻域上則表現(xiàn)為 輸出信號(hào)頻譜的旁瓣升高，主瓣畸變。這是不希望發(fā)生的。
由于物理上的原因，當(dāng)輸入信號(hào)的包絡(luò)波動(dòng)深入至非線性區(qū)時(shí)，PA 的效率將會(huì)遠(yuǎn)高于僅在線性區(qū)波動(dòng)時(shí)的情形。而且隨著新式調(diào)制方式的 出現(xiàn)，信號(hào)包絡(luò)的動(dòng)態(tài)范圍越來(lái)越大，因此發(fā)生非線性畸變不可避免， 關(guān)鍵就在于如何克服這種非線性。
基帶預(yù)失真技術(shù)是一種有效克服PA非線性的手段。它通過(guò)模擬PA 非線性的逆特性，預(yù)先對(duì)基帶數(shù)字信號(hào)進(jìn)行預(yù)畸變，從而在PA輸出端獲 得理想放大信號(hào)。
基礎(chǔ)的PA逆特性可以通過(guò)測(cè)量獲得，并且作為預(yù)失真數(shù)據(jù)集成到 PA的預(yù)失真模塊中。但是由于溫度、濕度、器件老化等因素的影響，PA 逆特性將會(huì)發(fā)生變化。因此，需要根據(jù)PA逆特性的變化，自適應(yīng)地調(diào)整預(yù)失真數(shù)據(jù)。經(jīng)典方法(矢量法)需要在PA工作時(shí)，精確地比較PA的
輸入數(shù)據(jù)和反饋的輸出數(shù)據(jù)，這就帶來(lái)了精確同步、保障IQ平衡等問(wèn)題。
為解決這些問(wèn)題往往需要在電路上付出巨大的代價(jià)。
而采用功放輸出信號(hào)的帶外功率或者帶內(nèi)帶外功率比等標(biāo)量信息作 為優(yōu)化目標(biāo)的預(yù)失真方法可以避免反饋回路的延時(shí)的影響，更加簡(jiǎn)便有 效。這類(lèi)方法稱(chēng)之為標(biāo)量法。
隨著無(wú)線通信技術(shù)的發(fā)展，各種高頻譜效率的數(shù)字調(diào)制方式(如
16QAM/64QAM/OFDM)得到廣泛的應(yīng)用，但是這些調(diào)制方式會(huì)導(dǎo)致發(fā) 送信號(hào)的包絡(luò)具有較高的峰均比(PAPR)，從而對(duì)發(fā)射機(jī)功率放大器(PA) 的線性度提出了很高的要求。標(biāo)量法數(shù)字預(yù)失真技術(shù)也越來(lái)越受到關(guān)注。
圖1示意性示出了采用標(biāo)量法數(shù)字預(yù)失真技術(shù)的功放裝置的框圖。 該功放裝置例如用于無(wú)線通信系統(tǒng)中的基站或用戶(hù)終端中的發(fā)射機(jī)。
如圖1所示，來(lái)自信號(hào)源100的源信號(hào)經(jīng)失真補(bǔ)償器201失真補(bǔ)償 后，由數(shù)/模轉(zhuǎn)換器300轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)，然后經(jīng)過(guò)上變頻器400轉(zhuǎn)換為 射頻信號(hào)輸入到功率放大器500。功率放大器500的輸出信號(hào)經(jīng)過(guò)天線 600發(fā)送。同時(shí)一部分功放輸出信號(hào)經(jīng)過(guò)耦合反饋回來(lái)，再經(jīng)下變頻器 205后變換到基帶，經(jīng)過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換器204.0采樣后得到數(shù)字基帶信號(hào)。該 基帶信號(hào)攜帶功率放大器的非線性特征。帶內(nèi)帶外功率比計(jì)算模塊203 對(duì)此基帶信號(hào)進(jìn)行數(shù)字信號(hào)處理，可得功放輸出信號(hào)的帶內(nèi)帶外功率比。 根據(jù)該帶內(nèi)帶外功率比，參數(shù)更新器202利用優(yōu)化算法更新預(yù)失真器的 參數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)預(yù)失真過(guò)程。
在這類(lèi)方法中，對(duì)于反饋回路的模數(shù)轉(zhuǎn)換器204.0有很高的要求。 要想得到帶外信號(hào)的功率，需要對(duì)反饋信號(hào)進(jìn)行3倍以上的上采，對(duì)于 寬帶系統(tǒng)，高采樣率的模數(shù)轉(zhuǎn)換器功耗大，成本也高，因此很難應(yīng)用到 對(duì)功耗以及成本敏感的設(shè)備(如移動(dòng)終端)中。
參考文獻(xiàn) "Predistortion technique for high power amplifier", US006600792
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明針對(duì)標(biāo)量法數(shù)字預(yù)失真技術(shù)提出一種新的代價(jià)函數(shù)以及其實(shí) 現(xiàn)裝置，用以克服現(xiàn)有技術(shù)的上述的一種或更多種缺點(diǎn)，至少提供一種 有益的選擇。
主要思路是利用發(fā)送信號(hào)頻域上的導(dǎo)頻(帶內(nèi)信號(hào))所攜帶的因 功率放大器非線性而產(chǎn)生的諧波分量，計(jì)算代價(jià)值(即非線性程度度量 值)，再利用優(yōu)化算法對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化并更新預(yù)失真器的參數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)自 適應(yīng)預(yù)失真的過(guò)程。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，并根據(jù)本發(fā)明的思路，本申請(qǐng)具體提供了以下 發(fā)明。
發(fā)明1、 一種功率放大器非線性程度度量裝置，其特征在于，所述 功率放大器非線性程度度量裝置包括
延時(shí)器，用于延遲輸入的導(dǎo)頻數(shù)據(jù)；
減法器，用于從經(jīng)所述延時(shí)器延時(shí)的導(dǎo)頻數(shù)據(jù)中減去隨后輸入的導(dǎo) 頻數(shù)據(jù)；
功率計(jì)算單元，計(jì)算所述減法器的輸出信號(hào)的瞬時(shí)功率；以及 平均器，用于對(duì)所述功率計(jì)算單元所計(jì)算出的功率進(jìn)行平均，獲得 平均功率。
發(fā)明2、根據(jù)發(fā)明1所述的功率放大器非線性程度度量裝置，其特
征在于，所述功率放大器非線性程度度量裝置還包括導(dǎo)頻提取單元，用 于提取所述導(dǎo)頻數(shù)據(jù)，并將所提取的導(dǎo)頻數(shù)據(jù)傳送給所述延時(shí)器和所述
減法器。
發(fā)明3、根據(jù)發(fā)明2所述的功率放大器非線性程度度量裝置，其特
征在于，所述導(dǎo)頻提取單元包括-
符號(hào)同步單元，用于對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行同步；
子載波數(shù)據(jù)獲取單元，用于獲得頻域各子載波上的數(shù)據(jù)；以及 導(dǎo)頻數(shù)據(jù)提取單元，用于從子載波數(shù)據(jù)獲取單元所獲得的頻域各子
載波上的數(shù)據(jù)中提取導(dǎo)頻子載波上的數(shù)據(jù)，即所述導(dǎo)頻數(shù)據(jù)。
發(fā)明4、根據(jù)發(fā)明3所述的功率放大器非線性程度度量裝置，其特
征在于，所述符號(hào)同步單元為粗同步單元。發(fā)明5、根據(jù)發(fā)明3所述的功率放大器非線性程度度量裝置，其特 征在于，所述子載波數(shù)據(jù)獲取單元為快速傅立葉變換單元，對(duì)經(jīng)同步的 輸入信號(hào)進(jìn)行快速傅立葉變換，從而獲得頻域各子載波上的數(shù)據(jù)。發(fā)明6、 一種無(wú)線通信裝置中使用的預(yù)失真補(bǔ)償裝置，所述預(yù)失真 補(bǔ)償裝置包括參數(shù)更新器，其特征在于，所述預(yù)失真補(bǔ)償裝置包括權(quán)利 要求1所述的功率放大器非線性程度度量裝置。發(fā)明7、根據(jù)發(fā)明6所述的預(yù)失真補(bǔ)償裝置，其特征在于，所述無(wú) 線通信裝置包括發(fā)射機(jī)和接收機(jī)，并以TDD模式工作，其中所述接收機(jī) 包括導(dǎo)頻提取單元，所述預(yù)失真補(bǔ)償裝置利用所述導(dǎo)頻提取單元提取導(dǎo) 頻數(shù)據(jù)，并將所提取的導(dǎo)頻數(shù)據(jù)傳送給所述延時(shí)器和所述減法器。發(fā)明8、根據(jù)發(fā)明6所述的預(yù)失真補(bǔ)償裝置，其特征在于，所述功 率放大器非線性程度度量裝置還包括導(dǎo)頻提取單元。發(fā)明9、根據(jù)發(fā)明8所述的預(yù)失真補(bǔ)償裝置，其特征在于，所述功 率放大器非線性程度度量裝置還包括導(dǎo)頻提取單元，所述導(dǎo)頻提取單元 包括符號(hào)同步單元，用于對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行同步；子載波數(shù)據(jù)獲取單元， 用于獲得頻域各子載波上的數(shù)據(jù)；以及導(dǎo)頻數(shù)據(jù)提取單元，用于從子載 波數(shù)據(jù)獲取單元所獲得的頻域各子載波上的數(shù)據(jù)中提取導(dǎo)頻子載波上的 數(shù)據(jù)，即所述導(dǎo)頻數(shù)據(jù)。發(fā)明10、根據(jù)發(fā)明5—9中任一項(xiàng)所述的預(yù)失真補(bǔ)償裝置，其特征 在于，所述參數(shù)更新器根據(jù)所述功率放大器非線性程度度量裝置所獲得 的度量值采用模式搜索法或最陡下降法進(jìn)行參數(shù)更新。發(fā)明11、 一種功率放大器非線性程度度量方法，其特征在于，所述 功率放大器非線性程度度量方法包括以下步驟延時(shí)步驟，用于延遲輸入的導(dǎo)頻數(shù)據(jù)；相減步驟，用于從經(jīng)所述延時(shí)步驟延時(shí)的導(dǎo)頻數(shù)據(jù)中減去隨后輸入 的導(dǎo)頻數(shù)據(jù)；功率計(jì)算步驟，計(jì)算所述減法步驟所獲得的信號(hào)的瞬時(shí)功率；以及 平均步驟，用于對(duì)所述功率計(jì)算步驟所計(jì)算出的功率進(jìn)行平均，獲得平均功率。由于僅僅需要導(dǎo)頻信號(hào)(帶內(nèi)信號(hào))來(lái)完成代價(jià)值的計(jì)算，雖然模 數(shù)轉(zhuǎn)換器工作在奈奎斯特采樣頻率下會(huì)造成帶外諧波信號(hào)混疊到帶內(nèi)，但是由于混疊進(jìn)來(lái)的信號(hào)仍舊在一定程度上表征著功率放大器的非線性 特征，因而可以有效的加以利用，所以可以讓模數(shù)轉(zhuǎn)換器工作于奈奎斯 特采樣率下。這樣，既能有效利用帶外的混疊信號(hào)，又能夠降低模數(shù)轉(zhuǎn) 換器的功耗以及成本。參照以下的說(shuō)明和附圖，本發(fā)明的這些和進(jìn)一步的方面和特征將變 得更加清楚。在所述的說(shuō)明和附圖中，詳細(xì)公開(kāi)了本發(fā)明的特定實(shí)施方 式，指明了本發(fā)明的原理可以被采用的方式。應(yīng)該理解，本發(fā)明在范圍 上并不因而受到限制。在所附權(quán)利要求的精神和條款的范圍內(nèi)，本發(fā)明 包括許多改變、修改和等同。針對(duì)一種實(shí)施方式描述和/或示出的特征可以以相同或類(lèi)似的方式 在一個(gè)或更多個(gè)其它實(shí)施方式中使用，與其它實(shí)施方式中的特征相組合， 或替代其它實(shí)施方式中的特征。應(yīng)該強(qiáng)調(diào)，術(shù)語(yǔ)"包括/包含"在本文使用時(shí)指特征、整件、步驟或組 件的存在，但并不排除一個(gè)或更多個(gè)其它特征、整件、步驟或組件的存 在或附加。參照以下的附圖可以更好地理解本發(fā)明的很多方面。附圖中的部件 不是成比例繪制的，而只是為了示出本發(fā)明的原理。在本發(fā)明的一個(gè)附 圖或一種實(shí)施方式中描述的元素和特征可以與一個(gè)或更多個(gè)其它附圖或 實(shí)施方式中示出的元素和特征相結(jié)合。此外，在附圖中，類(lèi)似的標(biāo)號(hào)表 示幾個(gè)附圖中對(duì)應(yīng)的部件，并可用于指示多于一種實(shí)施方式中使用的對(duì) 應(yīng)部件。此外，為了說(shuō)明的簡(jiǎn)潔和制圖的方便，附圖中沒(méi)有示出本領(lǐng)域 技術(shù)人員所熟知的也應(yīng)存在的其它部件。


附圖示出了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，構(gòu)成了說(shuō)明書(shū)的一部分，用于與 文字說(shuō)明一起進(jìn)一步詳細(xì)地闡釋本發(fā)明的原理。在附圖中，圖1示意性示出了采用標(biāo)量法數(shù)字預(yù)失真技術(shù)的功放裝置的框圖； 圖2示意性示出了依據(jù)本發(fā)明一種實(shí)施方式的功放裝置的結(jié)構(gòu)框圖；圖3示意性示出了 OFDM系統(tǒng)中非線性程度度量單元206的結(jié)構(gòu)方框圖；圖4示意性示出了依據(jù)本發(fā)明另一種實(shí)施方式的功放裝置的結(jié)構(gòu)框圖；圖5給出在OFDM系統(tǒng)中預(yù)失真器與接收電路共用電路的實(shí)施例； 圖6給出了本發(fā)明的代價(jià)值和帶內(nèi)帶外功率比的關(guān)系曲線；以及 圖7示出依據(jù)本發(fā)明的功率放大器非線性程度度量方法的一種實(shí)施 方式的示例流程圖。
具體實(shí)施方式
圖2示意性示出了依據(jù)本發(fā)明一種實(shí)施方式的功放裝置的結(jié)構(gòu)框 圖。該功放裝置例如可以用于無(wú)線通信系統(tǒng)中的基站或用戶(hù)終端中的發(fā) 射機(jī)。該功放裝置也可用于其它需要使用功率放大器的裝置中，如衛(wèi)星、 雷達(dá)的發(fā)射機(jī)中。實(shí)際上，本發(fā)明可以應(yīng)用于頻域有導(dǎo)頻的任何系統(tǒng)。 也就是說(shuō)，本發(fā)明的通信系統(tǒng)包括使用的信號(hào)中頻域有導(dǎo)頻的任何系統(tǒng)。 下面以該功放裝置用于用戶(hù)終端中的情況進(jìn)行說(shuō)明。如圖2所示，來(lái)自信號(hào)源100的源信號(hào)經(jīng)失真補(bǔ)償器201進(jìn)行失真 補(bǔ)償后，由數(shù)/模轉(zhuǎn)換器300轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)。然后該模擬信號(hào)經(jīng)過(guò)上變 頻器400轉(zhuǎn)換為射頻信號(hào)，輸入到功率放大器500。功率放大器500的輸 出信號(hào)(功放輸出信號(hào))經(jīng)過(guò)天線600進(jìn)行發(fā)送，同時(shí)反饋一部分功放 輸出信號(hào)。在該功放裝置用于用戶(hù)終端中的情況下，該信號(hào)源100的源信號(hào)例 如為從調(diào)制器輸出的16QAM,64QAM,OFDM信號(hào)等。在這里信號(hào)源是指 產(chǎn)生將要由本發(fā)明的功放裝置放大的信號(hào)的任何裝置，其可能包括信號(hào) 發(fā)生裝置、導(dǎo)頻插入裝置、IFFT裝置等等。另外，雖然在圖2中僅示出了與功率放大有關(guān)的部件(如功率放大器500、上變頻器400、失真補(bǔ)償器201等)以及發(fā)射天線600，但本領(lǐng) 域的技術(shù)人員應(yīng)該意識(shí)到，該用戶(hù)終端還包括其它的用以實(shí)現(xiàn)用戶(hù)終端 的各種功能的部件。另外，應(yīng)該注意的是，當(dāng)該功放裝置用于其它裝置中時(shí)，發(fā)射天線 會(huì)相應(yīng)地由使用功放輸出信號(hào)的其它裝置所取代。被反饋的那部分功放輸出信號(hào)經(jīng)下變頻器205后被變換到基帶，經(jīng) 過(guò)模/數(shù)轉(zhuǎn)換器204.1采樣后得到數(shù)字基帶信號(hào)。利用此基帶信號(hào)，非線 性程度度量單元206確定功率放大器的非線性程度。該非線性程度的度 量值在本文中也稱(chēng)之為代價(jià)值。然后由參數(shù)更新器202根據(jù)該代價(jià)值更新預(yù)失真器的參數(shù)，從而實(shí) 現(xiàn)自適應(yīng)預(yù)失真過(guò)程。圖3示意性示出了 OFDM系統(tǒng)中非線性程度度量單元206的結(jié)構(gòu)方 框圖。模數(shù)轉(zhuǎn)換器204.1輸出的信號(hào)首先經(jīng)符號(hào)同步單元301進(jìn)行符號(hào)同 步。這里的符號(hào)是指OFDM符號(hào)，根據(jù)上下文也稱(chēng)輸入信號(hào)。符號(hào)同步 是指將反饋的信號(hào)與發(fā)射的信號(hào)進(jìn)行同步，從而找到符號(hào)的開(kāi)始點(diǎn)的過(guò) 程。每個(gè)符號(hào)都含有一定長(zhǎng)度的循環(huán)前綴。在本發(fā)明中，優(yōu)選的是，符 號(hào)同步單元301為符號(hào)粗同步單元。這里的粗同步是指同步的誤差小于 循環(huán)前綴的長(zhǎng)度即可，而不進(jìn)行更高精度的同步。粗同步可以使用基于 循環(huán)前綴的相關(guān)峰檢測(cè)算法來(lái)實(shí)現(xiàn)。僅僅進(jìn)行粗同步可以減少處理負(fù)荷， 降低對(duì)處理元件的性能要求，從而降低成本。采用粗同步不會(huì)對(duì)性能造 成影響。子載波數(shù)據(jù)獲取單元302從經(jīng)粗同步的信號(hào)中獲取符號(hào)的頻譜，艮卩， 頻域各子載波上的數(shù)據(jù)。在一種實(shí)施方式中，子載波數(shù)據(jù)獲取單元302 由快速傅立葉變換(FFT)單元實(shí)現(xiàn)。應(yīng)該注意的是，在這種實(shí)施方式中， 假定輸入到失真補(bǔ)償器201中的信號(hào)(即來(lái)自信號(hào)源100的信號(hào))經(jīng)過(guò) 了 IFFT變換，從而輸入到符號(hào)同步單元301中的信號(hào)也是經(jīng)過(guò)了 IFFT 變換的信號(hào)，所以采用快速傅立葉變換(FFT)單元。如果來(lái)自信號(hào)源 100的信號(hào)是經(jīng)過(guò)其它處理的信號(hào)，子載波數(shù)據(jù)獲取單元302所釆用的方10法也會(huì)進(jìn)行相應(yīng)的改變，只要其能夠提取頻域各子載波上的數(shù)據(jù)即可。
然后，導(dǎo)頻提取數(shù)據(jù)提取單元303提取導(dǎo)頻子載波上的數(shù)據(jù)。在本 文中，導(dǎo)頻子載波應(yīng)該作寬泛的理解，其包括接收機(jī)和發(fā)射機(jī)雙方約定 了位置和數(shù)據(jù)的任何子載波。
提取的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)延時(shí)器304延時(shí)后，由減法器305從經(jīng)過(guò)延時(shí)器304 延時(shí)后的數(shù)據(jù)中減去隨后的符號(hào)的相同的導(dǎo)頻子載波上的數(shù)據(jù)。在本文 中，在將當(dāng)前一個(gè)符號(hào)的導(dǎo)頻子載波上對(duì)應(yīng)的導(dǎo)頻數(shù)據(jù)視為當(dāng)前導(dǎo)頻數(shù) 據(jù)時(shí)，將與該個(gè)符號(hào)的隨后符號(hào)的導(dǎo)頻子載波對(duì)應(yīng)的導(dǎo)頻數(shù)據(jù)稱(chēng)為隨后 的導(dǎo)頻數(shù)據(jù)。優(yōu)選的是，減法器305從經(jīng)過(guò)延時(shí)器304延時(shí)后的信號(hào)中 減去該被延時(shí)器304延時(shí)前的數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的符號(hào)的下一符號(hào)的相同的導(dǎo)頻 子載波上的數(shù)據(jù)。
然后由功率計(jì)算單元306計(jì)算該差值的功率(瞬時(shí)功率)，即計(jì)算差 值模的平方。該功率經(jīng)平均器307平均后作為代價(jià)值輸出。
應(yīng)該注意，以上的符號(hào)同步單元301、 FFT單元302、以及導(dǎo)頻數(shù)據(jù) 提取單元303 —起組成了導(dǎo)頻提取單元，其目的是為了提取導(dǎo)頻。以上 的導(dǎo)頻提取單元包括符號(hào)同步單元301、 FFT單元302、以及導(dǎo)頻數(shù)據(jù)提 取單元303的實(shí)施例僅僅是示例性的，可以采用本領(lǐng)域技術(shù)人員所知的 任何方法和裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)導(dǎo)頻提取。
下面對(duì)本發(fā)明的原理進(jìn)行說(shuō)明。
假設(shè)第i個(gè)符號(hào)第k個(gè)導(dǎo)頻子載波上的數(shù)據(jù)為&，那么其可以寫(xiě)為
此處，/^為整個(gè)回路(即從導(dǎo)頻的插入到提取，信號(hào)所經(jīng)過(guò)的路徑)在 第i個(gè)符號(hào)第k個(gè)導(dǎo)頻子載波上頻率響應(yīng)，/C/,，fc為第i個(gè)符號(hào)第k個(gè)導(dǎo)頻
子載波諧波分量。^為未失真的導(dǎo)頻信號(hào)。
由于整個(gè)回路頻率響應(yīng)在不同的符號(hào)上可以認(rèn)為是保持不變的，因 而減法器305的輸出可以寫(xiě)為<formula>formula see original document page 11</formula>-
那么輸出的代價(jià)值(該減法器的輸出的信號(hào)的功率的平均)可以寫(xiě)為 m由'<formula>formula see original document page 11</formula>上式中，￡(*)表示數(shù)學(xué)期望，Re("表示取復(fù)數(shù)的實(shí)部，*表示共軛。這里，
計(jì)算絕對(duì)值的平方實(shí)際上就是確定了瞬時(shí)功率。求均值就是根據(jù)瞬時(shí)功 率來(lái)算平均功率。
如果假定/C仏,/C7,^是統(tǒng)計(jì)獨(dú)立的，則代價(jià)值可以寫(xiě)為 = ￡(|a,*|2)=五(kc/,J2) + ￡(|/C/(—J2) -2Re諷/C/,、》五(/a;))
如果ICI的均值為零，上述代價(jià)值表示帶內(nèi)諧波的功率。
考慮到代價(jià)值的穩(wěn)定性，可以用多個(gè)符號(hào)平均得到比較穩(wěn)定的代價(jià)值。
應(yīng)該注意的是，雖然在上面對(duì)原理的說(shuō)明中，是以相鄰的兩個(gè)符號(hào) 為示例的，但如上所述，符號(hào)不一定是相鄰的，只要是相同的導(dǎo)頻子載 波的符號(hào)即可，可以是彼此相隔若干個(gè)符號(hào)的兩個(gè)符號(hào)。
綜上所述，度量PA非線性程度的代價(jià)值是利用帶內(nèi)的導(dǎo)頻來(lái)計(jì)算得 到的，而不是直接測(cè)量帶外功率。因此模數(shù)轉(zhuǎn)換器不需要過(guò)高的采樣率 就能夠測(cè)量到帶外信號(hào)功率。在只利用帶內(nèi)導(dǎo)頻的情況下，奈奎斯特采 樣率足夠了(由采樣定理保證)。
如圖2所示，模數(shù)轉(zhuǎn)換器的采樣速率工作于奈奎斯特采樣率，如前 面的分析，在此頻率上可以有效地利用混疊進(jìn)帶內(nèi)的諧波信號(hào)，但是， 即便是模數(shù)轉(zhuǎn)換器的工作速率大于奈奎斯特采樣率，也并不影響本方法 的應(yīng)用。因?yàn)榧词箮庵C波分量沒(méi)有混疊到帶內(nèi)，帶內(nèi)信號(hào)本身所攜帶 的諧波分量也能表征功率放大器的非線性特性。下面對(duì)此進(jìn)一步進(jìn)行說(shuō) 明。
由于PA非線性會(huì)在信號(hào)的頻譜上疊加諧波分量，這個(gè)諧波分量既分 布在帶外又分布在帶內(nèi)。在采樣速率等于奈奎斯特采樣率時(shí)，帶外諧波 會(huì)混疊到帶內(nèi)，帶外帶內(nèi)諧波分量可以一起參與到代價(jià)值的計(jì)算。但當(dāng) 采樣速率大于奈奎斯特采樣率時(shí)，部分帶外諧波分量不會(huì)混進(jìn)帶內(nèi)。但 是此時(shí)，帶內(nèi)諧波分量本身也是PA非線性所造成的，利用部分諧波分量 來(lái)計(jì)算代價(jià)值同樣也能表示PA非線性特性。
圖4示意性示出了依據(jù)本發(fā)明另一種實(shí)施方式的功放裝置的結(jié)構(gòu)框 圖。圖4與圖2的功放裝置的不同之處在于用模/數(shù)轉(zhuǎn)換器204.2代替了圖2中的模/數(shù)轉(zhuǎn)換器204.1。即在圖4中，模/數(shù)轉(zhuǎn)換器204.2以等于或者 高于奈奎斯特采樣率的采樣速率工作。而在圖2中，模/數(shù)轉(zhuǎn)換器204.1 以等于奈奎斯特采樣率的釆樣速率功率工作。
參數(shù)更新器202對(duì)參數(shù)進(jìn)行更新可以用模式搜索法、最陡下降法等 經(jīng)典的自適應(yīng)算法來(lái)實(shí)現(xiàn)?，F(xiàn)以最陡下降法為例簡(jiǎn)單的描述如何用代價(jià) 值來(lái)更新參數(shù)。假設(shè)在時(shí)刻t，第i個(gè)待更新的參數(shù)為^(f),并將N個(gè)待更
新的參數(shù)記為一—hW,A(a… W]，參數(shù)更新的步長(zhǎng)為〃，時(shí)刻t所計(jì) 算的代價(jià)值為/("(f))，那么更新算法可以表示為 一 + 1) = ,-a 、上
上述參數(shù)更新過(guò)程是一個(gè)迭代過(guò)程，迭代結(jié)束的條件是小于 某個(gè)預(yù)設(shè)的目標(biāo)值。
類(lèi)似地，也可采用模式搜索等經(jīng)典的自適應(yīng)算法來(lái)進(jìn)行參數(shù)更新。 實(shí)際上參數(shù)更新器可以采用本領(lǐng)域技術(shù)人員現(xiàn)在已經(jīng)知道的或?qū)?lái)可能 知道的任何方法來(lái)進(jìn)行參數(shù)更新。
在OFDM的TDD系統(tǒng)中，由于發(fā)送信號(hào)和接收信號(hào)工作于相同的 頻率，采用時(shí)間復(fù)用的方式工作。即，在發(fā)送信號(hào)的時(shí)候，接收電路是 不工作的。因此，可以充分的利用這一特點(diǎn)，讓預(yù)失真系統(tǒng)盡可能地與 接收電路來(lái)共用電路，從而減少預(yù)失真系統(tǒng)的電路規(guī)模。這對(duì)于對(duì)功耗 以及成本敏感的設(shè)備(如移動(dòng)終端)是尤為重要的。圖5給出一個(gè)在 OFDM系統(tǒng)中預(yù)失真器與接收電路共用電路的實(shí)例。
在圖5中，發(fā)射機(jī)T和接收機(jī)R通過(guò)開(kāi)關(guān)507來(lái)實(shí)現(xiàn)時(shí)分復(fù)用，共 用天線600。其發(fā)射機(jī)T包括導(dǎo)頻插入單元501、 IFFT單元502、失真 補(bǔ)償器201、數(shù)/模轉(zhuǎn)換器300、上變頻器單元400、功率放大器500。接 收機(jī)包括:低噪聲放大器504、下變頻器205、模/數(shù)轉(zhuǎn)換器204、粗同步單 元301、 FFT單元302、導(dǎo)頻數(shù)據(jù)提取單元303、信道估計(jì)單元505以及 頻域均衡器506等。虛線描述預(yù)失真系統(tǒng)的信號(hào)流。當(dāng)發(fā)射機(jī)T發(fā)送信 號(hào)時(shí)，接收機(jī)R不工作，功率放大器500的輸出信號(hào)經(jīng)耦合衰減器503 后進(jìn)入接收機(jī)R的工作電路，從而實(shí)現(xiàn)預(yù)失真器與接收機(jī)電路的共用。 比較圖3和圖5，預(yù)失真系統(tǒng)的下變頻器205、模數(shù)轉(zhuǎn)換器204、粗同步電路301、 FFT302以及導(dǎo)頻數(shù)據(jù)提取單元303均可以和接收電路共用， 從而間接地減小了預(yù)失真系統(tǒng)的電路規(guī)模，這也是本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)。 在802.16e, IOMHZ帶寬的條件下，圖6給出了本發(fā)明的代價(jià)值和 帶內(nèi)帶外功率比的關(guān)系曲線。從圖中可知本發(fā)明所提出的代價(jià)值與帶 內(nèi)帶外的功率比存在單調(diào)的關(guān)系。所以該代價(jià)值完全可以用來(lái)度量PA非 線性的程度。
應(yīng)該注意，這里描述的發(fā)射機(jī)和接收機(jī)的都只是示例性的，其可以 包括本領(lǐng)域技術(shù)人員所知的附加的或另選的或可選的其它部件。
圖7示出了依據(jù)本發(fā)明的功率放大器非線性程度度量方法的一種實(shí) 施方式的示例流程圖。如圖7所示，依據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方式，本發(fā) 明的功率放大器非線性程度度量方法包括以下步驟
延時(shí)步驟(702)，用于延遲輸入的導(dǎo)頻數(shù)據(jù)；
相減步驟(703)，用于從經(jīng)所述延時(shí)步驟延時(shí)的導(dǎo)頻數(shù)據(jù)中減去隨 后輸入的導(dǎo)頻數(shù)據(jù)；
功率計(jì)算步驟(704)，計(jì)算所述減法步驟所獲得的信號(hào)的瞬時(shí)功率；
以及
平均步驟(705)，用于對(duì)所述功率計(jì)算步驟所計(jì)算出的功率進(jìn)行平 均，獲得平均功率。
在本發(fā)明的一種實(shí)施方式中，本發(fā)明的功率放大器非線性程度度量 方法還包括導(dǎo)頻數(shù)據(jù)提取步驟701，用于提取導(dǎo)頻數(shù)據(jù)。提取導(dǎo)頻數(shù)據(jù)例 如可以利用前述的符號(hào)同步單元301、子載波數(shù)據(jù)獲取單元302以及導(dǎo)頻 數(shù) 提取單元303等利用上面描述的工作方法完成。
權(quán)利要求
1、一種功率放大器非線性程度度量裝置，其特征在于，所述功率放大器非線性程度度量裝置包括延時(shí)器(304)，用于延遲輸入的導(dǎo)頻數(shù)據(jù)；減法器(305)，用于從經(jīng)所述延時(shí)器延時(shí)的導(dǎo)頻數(shù)據(jù)中減去隨后輸入的導(dǎo)頻數(shù)據(jù)；功率計(jì)算單元(306)，計(jì)算所述減法器(305)的輸出信號(hào)的瞬時(shí)功率；以及平均器(307)，用于對(duì)所述功率計(jì)算單元(306)所計(jì)算出的功率進(jìn)行平均，獲得平均功率。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的功率放大器非線性程度度量裝置，其特征在于，所述功率放大器非線性程度度量裝置還包括導(dǎo)頻提取單元，所述導(dǎo)頻提取單元用于提取所述導(dǎo)頻數(shù)據(jù)，并將所提取的導(dǎo)頻數(shù)據(jù)傳送給所述延時(shí)器(304)和所述減法器(305)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的功率放大器非線性程度度量裝置，其特征在于，所述導(dǎo)頻提取單元包括符號(hào)同步單元(301)，用于對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行同步；子載波數(shù)據(jù)獲取單元(302)，用于獲得頻域各子載波上的數(shù)據(jù)；以及導(dǎo)頻數(shù)據(jù)提取單元(303)，用于從子載波數(shù)據(jù)獲取單元(302)所獲得的頻域各子載波上的數(shù)據(jù)中提取導(dǎo)頻子載波上的數(shù)據(jù)，即所述導(dǎo)頻數(shù)據(jù)。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的功率放大器非線性程度度量裝置，其特征在于，所述符號(hào)同步單元(301)為粗同步單元。
5、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的功率放大器非線性程度度量裝置，其特征在于，所述子載波數(shù)據(jù)獲取單元(302)為快速傅立葉變換單元，對(duì)經(jīng)同步的輸入信號(hào)進(jìn)行快速傅立葉變換，從而獲得頻域各子載波上的數(shù)據(jù)。
6、 一種預(yù)失真補(bǔ)償裝置，該預(yù)失真補(bǔ)償裝置在無(wú)線通信裝置中使用，所述預(yù)失真補(bǔ)償裝置包括參數(shù)更新器(202)，其特征在于，所述預(yù)失真 補(bǔ)償裝置包括權(quán)利要求1所述的功率放大器非線性程度度量裝置。
7、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的預(yù)失真補(bǔ)償裝置，其特征在于，所述無(wú)線 通信裝置包括發(fā)射機(jī)和接收機(jī)，并以TDD模式工作，其中所述接收機(jī)包 括導(dǎo)頻提取單元，所述預(yù)失真補(bǔ)償裝置利用所述導(dǎo)頻提取單元提取導(dǎo)頻 數(shù)據(jù)，并將所提取的導(dǎo)頻數(shù)據(jù)傳送給所述延時(shí)器(304)和所述減法器(305)。
8、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的預(yù)失真補(bǔ)償裝置，其特征在于，所述功率 放大器非線性程度度量裝置還包括導(dǎo)頻提取單元，所述導(dǎo)頻提取單元包 括符號(hào)同步單元(301)，用于對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行同步； 子載波數(shù)據(jù)獲取單元(302)，用于獲得頻域各子載波上的數(shù)據(jù)；以及導(dǎo)頻數(shù)據(jù)提取單元(303)，用于從子載波數(shù)據(jù)獲取單元(302)所獲 得的頻域各子載波上的數(shù)據(jù)中提取導(dǎo)頻子載波上的數(shù)據(jù)，即所述導(dǎo)頻數(shù) 據(jù)。
9、 根據(jù)權(quán)利要求6—8中任一項(xiàng)所述的預(yù)失真補(bǔ)償裝置，其特征在 于，所述參數(shù)更新器(202)根據(jù)所述功率放大器非線性程度度量裝置所 獲得的度量值，采用模式搜索法或最陡下降法進(jìn)行參數(shù)更新。
10、 一種功率放大器非線性程度度量方法，其特征在于，所述功率放大器非線性程度度量方法包括以下步驟 延時(shí)步驟，用于延遲輸入的導(dǎo)頻數(shù)據(jù)；相減步驟，用于從經(jīng)所述延時(shí)步驟延時(shí)的導(dǎo)頻數(shù)據(jù)中減去隨后輸入 的導(dǎo)頻數(shù)據(jù)；功率計(jì)算步驟，計(jì)算所述減法步驟所獲得的信號(hào)的瞬時(shí)功率；以及平均步驟，用于對(duì)所述功率計(jì)算步驟所計(jì)算出的功率進(jìn)行平均，獲 得平均功率。
全文摘要
本發(fā)明涉及功率放大器非線性程度度量裝置、方法和預(yù)失真補(bǔ)償裝置。該功率放大器非線性程度度量裝置包括延時(shí)器(304)，用于延遲輸入的導(dǎo)頻數(shù)據(jù)；減法器(305)，用于從經(jīng)所述延時(shí)器延時(shí)的導(dǎo)頻數(shù)據(jù)中減去隨后輸入的導(dǎo)頻數(shù)據(jù)；功率計(jì)算單元(306)，計(jì)算所述減法器(305)的輸出信號(hào)的瞬時(shí)功率；以及平均器(307)，用于對(duì)所述功率計(jì)算單元(306)所計(jì)算出的瞬時(shí)功率進(jìn)行平均，獲得平均功率。
文檔編號(hào)H03F1/32GK101656512SQ20081012979
公開(kāi)日2010年2月24日 申請(qǐng)日期2008年8月18日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月18日
發(fā)明者周建民, 剛 孫, 展 施, 輝 李 申請(qǐng)人:富士通株式會(huì)社