專(zhuān)利名稱(chēng)：一種百兆寬帶數(shù)字預(yù)失真功率放大裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無(wú)線通信技術(shù)領(lǐng)域，尤其是用于無(wú)線通信領(lǐng)域的百兆寬帶數(shù)字預(yù)失真功 率放大裝置和方法。
背景技術(shù)：
2000年初成立的ITU-R的WP8F工作組的主要任務(wù)是負(fù)責(zé)3G未來(lái)發(fā)展和超3G的 研究。2001年10月，在日本舉行的第六次會(huì)議上提出了超3G的數(shù)據(jù)傳輸速率目標(biāo)超 3G在2010年左右在高速移動(dòng)環(huán)境支持最高約100Mbit/s的速率，在低速移動(dòng)環(huán)境達(dá)到 1Gbit/s速率。目前主流都將采用正交頻分復(fù)用(orthogonal frequency division multiplexing ， OFDM)技術(shù)。OFDM是一種無(wú)線環(huán)境下的高速數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，最大優(yōu)點(diǎn) 是能對(duì)抗頻率選擇衰落或窄帶干擾。由于OFDM在時(shí)域上表現(xiàn)為N個(gè)正交子載波信號(hào)的 疊加，OFDM可能產(chǎn)生最大峰值，為了不失真?zhèn)鬏斶@些具有較高的峰均功率比 (Peak-to-Average Power Ratio, PAPR)的OFDM信號(hào)，發(fā)送端對(duì)高功率放大器的線性度 要求很高且發(fā)送功率極低。
為了提高功率放大器的線性度和效率， 一是選擇合適的超線性半導(dǎo)體器件，設(shè)計(jì)出 高性能的寬帶發(fā)射機(jī)，這種辦法花費(fèi)巨大，并且技術(shù)難度很高。二是對(duì)整個(gè)發(fā)射通道進(jìn) 行功率回退，使發(fā)射通道工作在線性區(qū)，這種方法大大降低了系統(tǒng)的工作效率；三是目 前出現(xiàn)了很多功率放大器的線性化技術(shù)，有前饋法，反饋法，預(yù)失真法和用非線性部件 實(shí)現(xiàn)線性化(LINC)等，前饋技術(shù)的效果最好，但電路復(fù)雜。目前成熟的預(yù)失真功放方 案都是基于現(xiàn)有通信系統(tǒng)，帶寬比較窄，最多到20MHz,己不能適應(yīng)未來(lái)通信要求。上 述現(xiàn)有技術(shù)可參見(jiàn)zl00U9493.3和200610107728.X兩篇專(zhuān)利文獻(xiàn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是為了解決寬帶信號(hào)傳輸功率放大器線性較差、效率低下的技術(shù)問(wèn)題， 而提供一種百兆帶寬的數(shù)字預(yù)失真功率放大裝置和方法。本發(fā)明的裝置工作在3.5GHz 頻帶上，工作帶寬大于lOOMHz，調(diào)制信號(hào)為OFDM信號(hào)。
首先解釋本發(fā)明的工作原理。本發(fā)明和傳統(tǒng)現(xiàn)有預(yù)失真功放相比，處理帶寬達(dá)到
100MHz，現(xiàn)有數(shù)字預(yù)失真功放只能做到20MHz帶寬。本發(fā)明預(yù)失真發(fā)生器是基于改進(jìn) 型的多項(xiàng)式法。傳統(tǒng)的多項(xiàng)式預(yù)失真函數(shù)取決于輸入帶通信號(hào)的輸入幅度的平方，可以 用下式表示
A:<formula>formula see original document page 5</formula>
式中FI(t)為同向分量，F(xiàn)Q(t)為正交分量，義(0 = —"(0|2 ,Vin(t)為輸入信號(hào)，K為多
項(xiàng)式系數(shù)，a和(3為根據(jù)最小化輸出信號(hào)頻譜中互調(diào)失真分量計(jì)算出的預(yù)失真系數(shù)。則預(yù) 失真信號(hào)為-
Vpd (t) = 、 W x |《W + ^ (0| = K (,) x (3)
在窄帶應(yīng)用中，該預(yù)式真器非常有效，但是對(duì)于寬帶信號(hào)來(lái)說(shuō)，由于隨著信號(hào)帶寬 的增加，功放的記憶效應(yīng)越來(lái)越明顯，傳統(tǒng)的多項(xiàng)式預(yù)失真效果就越來(lái)越差，對(duì)信號(hào)的 改善有限。我們?cè)趥鹘y(tǒng)的多項(xiàng)式預(yù)失真發(fā)生器上發(fā)明了一種改進(jìn)型的多項(xiàng)式預(yù)失真發(fā)生 器。和傳統(tǒng)多項(xiàng)式相比，改進(jìn)型的多項(xiàng)式預(yù)失真函數(shù)是有瞬時(shí)輸入信號(hào)和以前輸入信號(hào) 共同決定的。
W卜堂U(卜、)" (4)
& (0 = |>2" ,， — rffl廣1 (5) — "1
式中m為記憶階數(shù)，則預(yù)失真函數(shù)為 Vpd (t) = x藝(FIm + "em ) = x IX ( 6 )
m m
本發(fā)明一方面提供一種百兆寬帶數(shù)字預(yù)失真功率放大裝置，該裝置包括預(yù)失真發(fā)生 器，數(shù)模轉(zhuǎn)換器，第一濾波器，上變頻器，功率放大器，耦合器，下變頻器，第二濾波 器，模數(shù)轉(zhuǎn)換器，誤差信號(hào)提取器和自適應(yīng)模塊，本振單元，其特征在于-
數(shù)模轉(zhuǎn)換器，用于將來(lái)自預(yù)失真發(fā)生器的信號(hào)轉(zhuǎn)換為lOOMHz模擬中頻信號(hào)；
第一濾波器，用于對(duì)100MHz模擬中頻信號(hào)進(jìn)行濾波；
上變頻器，用于將經(jīng)過(guò)濾波的lOOMHz模擬中頻信號(hào)轉(zhuǎn)換為3.5GHz射頻信號(hào)； 功率放大器，用于對(duì)3.5GHz射頻信號(hào)進(jìn)行放大；
耦合器，用于從功率放大器輸出端耦合出小部分3.5GHz射頻信號(hào)到下變頻器； 下變頻器，用于將耦合出的小部分3.5GHz射頻信號(hào)轉(zhuǎn)換為中頻信號(hào)； 第二濾波器，用于將來(lái)自下變頻器的中頻信號(hào)進(jìn)行濾波； 模數(shù)轉(zhuǎn)換器，用于將來(lái)自第二濾波器的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)； 本振單元，用于為上變頻器和下變頻器提供變頻所用本地振蕩信號(hào)； 誤差信號(hào)提取器，用于將模數(shù)轉(zhuǎn)換器輸出的信號(hào)和基帶模塊的信號(hào)相比較，提取出 誤差信號(hào)；
自適應(yīng)模塊，用于根據(jù)誤差信號(hào)動(dòng)態(tài)地計(jì)算出需要補(bǔ)償?shù)念A(yù)失真系數(shù)； 預(yù)失真發(fā)生器，用于將來(lái)自基帶模塊的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行預(yù)失真處理和數(shù)字中頻處理。
本發(fā)明另一方面提供一種百兆寬帶數(shù)字預(yù)失真功率放大方法，該方法包括步驟 步驟一從基帶來(lái)的數(shù)字I， Q信號(hào)在預(yù)失真發(fā)生器中進(jìn)行預(yù)失真處理和數(shù)字中頻處
理，產(chǎn)生帶失真的數(shù)字信號(hào)；
步驟二從預(yù)失真發(fā)生器產(chǎn)生的信號(hào)進(jìn)入數(shù)模轉(zhuǎn)換器進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換產(chǎn)生100MHz模
擬中頻信號(hào)；
步驟三從數(shù)模轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生的模擬信號(hào)經(jīng)過(guò)濾波，進(jìn)入上變頻器產(chǎn)生規(guī)定幅度的 3.5GHz射頻信號(hào)；
步驟四從上變頻器來(lái)的射頻信號(hào)送入功放放大器進(jìn)行功率放大，產(chǎn)生所需要的大 功率信號(hào)；
步驟五耦合器從功率放大器輸出端耦合出一小部分射頻信號(hào)，送入下變頻器變頻 為中頻信號(hào)；
步驟六從下變頻器出來(lái)的中頻信號(hào)經(jīng)過(guò)濾波，進(jìn)入模數(shù)轉(zhuǎn)換器進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換； 步驟七從模數(shù)轉(zhuǎn)換器來(lái)的數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)入誤差提取器，先進(jìn)行數(shù)字中頻處理，然后
與來(lái)自基帶模塊的信號(hào)進(jìn)行比較，提取出誤差信號(hào)；
步驟八從誤差提取器提取出的誤差信號(hào)進(jìn)入自適應(yīng)模塊進(jìn)行運(yùn)算，計(jì)算出所需要
的預(yù)失真系數(shù)；
步驟九預(yù)失真系數(shù)被送入預(yù)失真發(fā)生器對(duì)基帶信號(hào)進(jìn)行預(yù)失真處理。 本發(fā)明的寬帶數(shù)字預(yù)失真功率放大裝置，非常適合寬帶信號(hào)處里，通過(guò)測(cè)試功率放 大器，本發(fā)明寬帶數(shù)字預(yù)失真功率放大裝置比傳統(tǒng)裝置功率提高10dB。


圖l是本發(fā)明的預(yù)失真功率放大裝置總結(jié)構(gòu)框圖3本發(fā)明的預(yù)失真功率放大裝置中所采用預(yù)失真發(fā)生器的示意圖； 圖3現(xiàn)有技術(shù)的預(yù)失真發(fā)生器的示意圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的裝置和方法進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
圖1為本發(fā)明的寬帶數(shù)字預(yù)失真功率放大裝置總體結(jié)構(gòu)框圖。圖2為圖1所述裝置 中所采用的預(yù)失真發(fā)生器。圖3為現(xiàn)有技術(shù)所采用的預(yù)失真發(fā)生器。
如圖1所示，本發(fā)明的百兆帶寬數(shù)字預(yù)失真功率放大裝置包括預(yù)失真發(fā)生器102a， 數(shù)模轉(zhuǎn)換器102b，第一濾波器102c，上變頻器102d，功率放大器102e，耦合器102f， 下變頻器102h，第二濾波器102j，模數(shù)轉(zhuǎn)換器102k，誤差信號(hào)提取器102m和自適應(yīng)模 塊1021,本振單元102g等。其中，預(yù)失真發(fā)生器102a是將來(lái)自基帶101a的I， Q數(shù)字 信號(hào)進(jìn)行預(yù)失真處理和數(shù)字中頻處理形成預(yù)失真信號(hào)，數(shù)模轉(zhuǎn)換器102b把數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換 為模擬中頻信號(hào)，第一濾波器102c對(duì)中頻信號(hào)濾波，上變頻器102d是把濾波中頻信號(hào) 上變頻為3.5GHz的射頻信號(hào)，功率放大器102e是把小信號(hào)放大到一定功率電平。耦合 器102f是把輸出的高功率電平信號(hào)的一部分耦合出來(lái)，下變頻器102h是將耦合出的信 號(hào)下變頻為中頻信號(hào)，第二濾波器102j對(duì)中頻信號(hào)濾波，模數(shù)轉(zhuǎn)換器102k是將濾波后 的耦合信號(hào)模數(shù)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，誤差信號(hào)提取102m是用來(lái)提取耦合信號(hào)和基帶信號(hào) 相比較產(chǎn)生的誤差信號(hào)，自適應(yīng)模塊1021利用誤差信號(hào)計(jì)算出輸出需要補(bǔ)償?shù)念A(yù)失真系 數(shù)。
圖1所示本發(fā)明的寬帶數(shù)字預(yù)失真功率放大裝置，其工作步驟如下-步驟一從基帶來(lái)的數(shù)字I， Q信號(hào)在預(yù)失真發(fā)生器102a中進(jìn)行預(yù)失真處理，數(shù)字 中頻處理，產(chǎn)生帶失真的數(shù)字信號(hào)；步驟二從預(yù)失真發(fā)生器產(chǎn)生的信號(hào)進(jìn)入數(shù)模轉(zhuǎn)換 器102b進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換產(chǎn)生100MHz帶寬模擬中頻信號(hào)；步驟三從數(shù)模轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生的模
擬信號(hào)進(jìn)行濾波、進(jìn)入上變頻器102d產(chǎn)生一定幅度的3.5GHz射頻信號(hào)；步驟四從上 變頻器來(lái)的射頻信號(hào)送入功放放大器102e進(jìn)行功率放大，產(chǎn)生所需要的大功率信號(hào)；步 驟五耦合器102f從功率放大器輸出端耦合出一小部分射頻信號(hào)，送入下變頻器102h 變頻為中頻信號(hào)；步驟六從下變頻器102h出來(lái)的中頻信號(hào)進(jìn)入模數(shù)轉(zhuǎn)換器102k進(jìn)行 模數(shù)轉(zhuǎn)換；步驟七從模數(shù)轉(zhuǎn)換器102k來(lái)的數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)入誤差提取器102m先進(jìn)行數(shù)字
中頻處理后跟從基帶來(lái)的信號(hào)進(jìn)行比較得到誤差信號(hào)；步驟八從誤差提取器提取出的 誤差信號(hào)進(jìn)入自適應(yīng)模塊1021進(jìn)行運(yùn)算，算出預(yù)失真信號(hào)的失真量；步驟九將計(jì)算出 的失真量送入預(yù)失真發(fā)生器102a對(duì)基帶信號(hào)進(jìn)行預(yù)失真處理。整個(gè)工作鏈路閉環(huán)工作， 實(shí)時(shí)調(diào)整。
上述實(shí)施例中，預(yù)失真發(fā)生器102a采用公式4-6的算法對(duì)基帶信號(hào)進(jìn)行預(yù)失真處理。 應(yīng)當(dāng)注意，凡不脫離本發(fā)明思想的任何改進(jìn)的方法都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍，本發(fā) 明具體保護(hù)范圍由權(quán)利要求書(shū)限定。
權(quán)利要求
1、一種百兆寬帶數(shù)字預(yù)失真功率放大裝置，該裝置包括預(yù)失真發(fā)生器，數(shù)模轉(zhuǎn)換器，第一濾波器，上變頻器，功率放大器，耦合器，下變頻器，第二濾波器，模數(shù)轉(zhuǎn)換器，誤差信號(hào)提取器和自適應(yīng)模塊，本振單元，其特征在于數(shù)模轉(zhuǎn)換器，用于將來(lái)自預(yù)失真發(fā)生器的信號(hào)轉(zhuǎn)換為100MHz模擬中頻信號(hào)；第一濾波器，用于對(duì)100MHz模擬中頻信號(hào)進(jìn)行濾波；上變頻器，用于將經(jīng)過(guò)濾波的100MHz模擬中頻信號(hào)轉(zhuǎn)換為3.5GHz射頻信號(hào)；功率放大器，用于對(duì)3.5GHz射頻信號(hào)進(jìn)行放大；耦合器，用于從功率放大器輸出端耦合出小部分3.5GHz射頻信號(hào)到下變頻器；下變頻器，用于將耦合出的小部分3.5GHz射頻信號(hào)轉(zhuǎn)換為中頻信號(hào)；第二濾波器，用于將來(lái)自下變頻器的中頻信號(hào)進(jìn)行濾波；模數(shù)轉(zhuǎn)換器，用于將來(lái)自第二濾波器的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)；本振單元，用于為上變頻器和下變頻器提供變頻所用本地振蕩信號(hào)；誤差信號(hào)提取器，用于將模數(shù)轉(zhuǎn)換器輸出的信號(hào)和基帶模塊的信號(hào)相比較，提取出誤差信號(hào)；自適應(yīng)模塊，用于根據(jù)誤差信號(hào)動(dòng)態(tài)地計(jì)算出需要補(bǔ)償?shù)念A(yù)失真系數(shù)；預(yù)失真發(fā)生器，用于將來(lái)自基帶模塊的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行預(yù)失真處理和數(shù)字中頻處理。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的百兆寬帶數(shù)字預(yù)失真功率放大裝置，其特征在于所述預(yù) 失真方式器根據(jù)下列算法執(zhí)行預(yù)失真處理，=Z"2"，加邵-rm )"1 Vpd (t) = K (0 x藝(FIra + "。m ) = & (/) x藝Fm附 m其中，式中FI(t)為同向分量，F(xiàn)Q(t)為正交分量，1(0 = 一(0|2 ,Vin(t)為輸入信號(hào)，K為多項(xiàng)式系數(shù)，oc和p為根據(jù)最小化輸出信號(hào)頻譜中互調(diào)失真分量計(jì)算出的預(yù)失真系數(shù)， m為記憶階數(shù)。
3、 一種百兆寬帶數(shù)字預(yù)失真功率放大方法，該方法包括步驟步驟一從基帶來(lái)的數(shù)字I， Q信號(hào)在預(yù)失真發(fā)生器中進(jìn)行預(yù)失真處理和數(shù)字中頻處 理，產(chǎn)生帶失真的數(shù)字信號(hào)；步驟二從預(yù)失真發(fā)生器產(chǎn)生的信號(hào)進(jìn)入數(shù)模轉(zhuǎn)換器進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換產(chǎn)生100MHz模 擬中頻信號(hào)；步驟三從數(shù)模轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生的模擬信號(hào)經(jīng)過(guò)濾波，進(jìn)入上變頻器產(chǎn)生規(guī)定幅度的 3.5GHz射頻信號(hào)；步驟四從上變頻器來(lái)的射頻信號(hào)送入功放放大器進(jìn)行功率放大，產(chǎn)生所需要的大 功率信號(hào)；步驟五耦合器從功率放大器輸出端耦合出一小部分射頻信號(hào)，送入下變頻器變頻 為中頻信號(hào)；步驟六從下變頻器出來(lái)的中頻信號(hào)經(jīng)過(guò)濾波，進(jìn)入模數(shù)轉(zhuǎn)換器進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換； 步驟七從模數(shù)轉(zhuǎn)換器來(lái)的數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)入誤差提取器，先進(jìn)行數(shù)字中頻處理，然后與來(lái)自基帶模塊的信號(hào)進(jìn)行比較，提取出誤差信號(hào)；步驟八從誤差提取器提取出的誤差信號(hào)進(jìn)入自適應(yīng)模塊進(jìn)行運(yùn)算，計(jì)算出所需要的預(yù)失真系數(shù)；步驟九預(yù)失真系數(shù)被送入預(yù)失真發(fā)生器用于對(duì)基帶信號(hào)進(jìn)行預(yù)失真處理。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的百兆寬帶數(shù)字預(yù)失真功率放大方法，其特征在于步驟一的 預(yù)失真處理采用下列公式的算法4=1式中m為記憶階數(shù)，則預(yù)失真函數(shù)為 <formula>formula see original document page 3</formula>附 附其中，式中FI(t)為同向分量，F(xiàn)Q(t)為正交分量，％(0 = |^(《，Vin(t)為輸入信號(hào)，K為多項(xiàng)式系數(shù)，oc和p為根據(jù)最小化輸出信號(hào)頻譜中互調(diào)失真分量計(jì)算出的預(yù)失真系數(shù)， m為記憶階數(shù)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種百兆帶寬的數(shù)字預(yù)失真功率放大裝置和方法，其中的預(yù)失真處理算法采用的多項(xiàng)式預(yù)失真函數(shù)是由瞬時(shí)輸入信號(hào)和以前輸入信號(hào)共同決定的。本發(fā)明為工作在3.5GHz頻帶上、工作帶寬大于100MHz、調(diào)制信號(hào)為OFDM信號(hào)的寬帶數(shù)字預(yù)失真功率放大裝置，非常適合寬帶信號(hào)處里，通過(guò)測(cè)試功率放大器，比傳統(tǒng)裝置功率提高10dB。
文檔編號(hào)H04L25/49GK101184070SQ20071017895
公開(kāi)日2008年5月21日 申請(qǐng)日期2007年12月7日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月7日
發(fā)明者劉廣才 申請(qǐng)人:北京北方烽火科技有限公司