失真补偿装置和方法

专利名称：失真补偿装置和方法
技术领域：
本发明的实施方式涉及预失真类型的失真补偿技术，该技术用于通过在无线电通
信中预先对进入发射放大器的输入信号执行失真补偿处理来抑制发射放大器输出的非线 性失真。
背景技术：
通常，诸如移动基站的无线电发射装置中使用的高效发射放大器具有较强的非线 性特性。因此，当发射高速无线电通信的调制信号时，发射放大器中的这种非线性失真导致 发射调制信号中的频带外辐射功率，影响相邻的发射信道。 作为通过发射放大器来抑制频带外辐射的方法，公知有如下的预失真方法按照 该方法，通过在输入信号输入到发射放大器之前将具有与发射放大器的非线性失真特性相 反的特性的失真信号添加到输入信号，从而补偿发射放大器中的非线性失真。特别是，通过 将发射放大器的输出的反馈提供给输入侧而自适应地进行失真补偿的自适应预失真方法 可以抑制频带外辐射。 图12是预失真方法的原理图。在发射放大器中，输出通常随着输入功率的增加而 饱和，从而可能无法响应于输入信号而输出线性信号(图12中的1201)。放大器的非线性 特性具有下面描述的不利影响。 g卩，发射放大器的非线性特性引起信号频带之外的不必要频谱的放大器输入辐 射。频带外辐射功率使得采用频带外频率的其它系统的特性恶化。此外，在信号频带中也 辐射了不必要的频谱。这种辐射引起信号自身的特性恶化。 而且，大部分的当前数字调制方法需要线性的放大特性，因此，当采用具有上述饱 和特性的放大器时，线性低输入功率部分的使用是不可避免的。这导致发射放大器的功率 效率较低。 因此，采用预失真技术，将与放大器特性相反的特性施加到发射放大器的输入信 号(图12中的1202)。如图12的1203所示，通过加入这种非线性放大器特性，作为得到的 发射放大器输出，可以获得经补偿的线性特性。 作为预失真的方法，已经提出了采用幂级数的预失真方法。这是如下的方法如图 13所示，通过对输入信号x进行幂级数运算，而进行在发射放大器之前的预失真单元1301 中的补偿操作。 g卩，图13中的预失真单元1301通过对输入信号x执行幂级数操作来对发射放大 器1305的失真作出补偿。D/A转换器1302将预失真单元1301的输出转换为模拟信号，正交调制器1303基 于本地振荡器1304根据发射基站而振荡出的信号对其进一步进行正交调制。
发射放大器1305对经调制的发射模拟信号进行功率放大，并且，经由耦合器1306 将其输出提供给发射天线1307，之后从此发射。 此外，将发射放大器1305的输出的反馈从耦合器1306提供到输入侧。
S卩，下变频器1308基于本地振荡器1309根据发射基站而振荡出的信号，对耦合器 1306的输出进行下变频。A/D转换器1310将下变频器1308的输出进一步转换回数字信号， 之后通过解调器将其恢复到基带。 减法器1311计算得到的反馈信号Sfb(n)与由延迟电路延迟的发射信号Sref (n) 的误差信号e(n)。 然后，系数更新单元1312基于最小均方运算，按照使得误差信号e (n)最小的方 式，更新要提供给预失真单元1301的幂级数运算系数a、 b、 c和d。 以此方式，幂级数运算系数逐步收敛到预定值，预失真单元1301使用已经收敛到 预定值的幂级数运算系数来进行对输入信号x的幂级数运算。由此，在稳态下，精确地抑制 了模拟电路单元中的非线性失真特性，同时保留了高的功率效率。于是，即使非线性失真特 性由于温度或频率的影响而波动，也可以由反馈信号Sfb(n)来检测其模拟增益波动量。然 后，系数更新单元1312在波动量的补偿方向上更新幂级数运算系数的值，使得可以动态补 偿特性波动。 上述结构实际上具有用于复数信号的结构。 在上述传统技术的结构中，例如，假设将由下式表示的彼此间频率隔开2 Af的两
个正弦波信号(双音信号)输入到由幂级数建模的放大器模型中
cos2ji (fc-Af)t+cos2 ji (fc+A f) t，其中fc是载波频率。 结果，幂级数表示的输出信号的偶数阶幂项仅包括与载波频率fc严重失谐并 且被模拟单元的滤波器或发射放大器自身所抑制的信号分量。相反，在诸如三阶幂项的 fc士3Af、五阶幂项的fc士5Af的载波频率附近，出现不必要的分量。因此，发射放大器 1305中的非线性失真可以由仅具有奇数阶幂项的幂级数来建模。这样，如图13所示，由预 失真单元1301处理的幂级数通常也仅由奇数阶幂项构成。 在下文中，为了简洁的目的，采用简单的幂级数公式aX+bX3+CX5+dx7作为幂级数公 式。对于实际的失真补偿，通常使用包括Volterra级数在内的考虑延迟分量的更复杂级数 来更准确地对发射放大器1305的特性进行建模(例如参见V. J. Mathews和G. L. Sicuranza 的"Polynomial SignalProcessing，，， John Wiley&Sons公司(2000))。 通常，发射信号的电能随用户的利用状况而在无线电通信系统的发射装置中改 变。在上述利用传统幂级数的失真补偿方法中，存在如下问题除非在发射信号的功率发生 波动后立即使用最优失真补偿系数，否则频带外辐射功率临时增加。 例如，如果在发射信号的峰值功率为图14中的"峰值功率1"的状态下更新失真 补偿系数，则在对于放大器特性1401没有信号出现的区域(粗线)中的修正曲线1403与 理想修正曲线1402之间出现差异。如果在此状态下发射信号的峰值功率改变为"峰值功 率2"，则将使用在信号改变前的系数特性1404来进行失真补偿操作。结果，修正曲线1403 和1404在系数更新之前都偏离理想修正曲线1402，因此存在可能无法保持失真补偿的足 够性能的问题。

发明内容
因此，在此讨论的实施方式一方面的目的是提供一种失真补偿装置和失真补偿方 法，所述失真补偿装置和失真补偿方法在发射信号电平改变后也可以立即抑制频带外辐射
5的上升。 失真补偿装置包括失真补偿单元，其通过级数运算对发射信号执行失真补偿处 理；系数更新单元，其基于在对所述失真补偿单元的输出进行功率放大处理之后输出的发 射信号输出的反馈信号、以及所述发射信号，来更新用于级数运算的级数运算系数组；初始 系数存储器，其存储作为用于所述系数更新单元进行的系数更新处理的初始值的级数运算 系数组；以及功率波动检测单元，其检测发射信号的功率波动，并且，当检测到功率波动时， 从所述初始系数存储器中读取级数运算系数组并将所述级数运算系数组提供给所述系数 更新单元。 应当理解，前面的一般性说明和下面的详细说明都是示例性和说明性的，而不是 对如权利要求所述的实施方式的限制。


图1是失真补偿装置的第一实施方式的结构图；
图2是失真补偿装置的第二实施方式的结构图；
图3是失真补偿装置的第三实施方式的结构图； 图4是失真补偿装置的第四实施方式所基于的使用多个幂级数的预失真方法的 结构图； 图5是失真补偿装置的第四实施方式的结构图；
图6是第四实施方式中的运算的说明图； 图7A-7B是第四实施方式中的省略了系数组时的说明图(第1部分)； 图8A-8B是第四实施方式中的省略了系数组时的说明图(第2部分)； 图9是失真补偿装置的第五实施方式的结构图； 图10是失真补偿装置的第六实施方式的结构图； 图11是失真补偿装置的第七实施方式的结构图； 图12是预失真方法的原理图； 图13是传统的失真补偿装置的结构图；以及 图14是发射放大器的非线性特性造成的频谱特性恶化的说明图。
具体实施例方式
下面将参照附图详细描述失真补偿装置的实施方式。 根据下述的技术，当在操作期间功率波动检测电路检测到发射信号的峰值功率或 平均功率的波动时，读取预先存储在存储器中的幂级数运算级数并将其设置到预失真单元 以执行失真补偿操作。 失真补偿装置的预失真单元等的功能例如在DSP(数字信号处理器)中执行以实 现。(第一实施方式) 图1是失真补偿装置的第一实施方式的结构图。 预失真单元101执行由奇数阶幂项构成的幂级数运算，并且由功率计算单元 101-1、系数乘法器101-2、以及累加器101-3构成。因此预失真单元101进行发射放大器105的失真补偿。 预失真单元101的输出由D/A转换器102转换为模拟信号，进一步由正交调制器103基于本地振荡器104根据发射基站而振荡出的信号而进行正交调制。
发射放大器105对经调制的发射模拟信号进行功率放大，其输出经由耦合器106提供给发射天线107，之后从此发射。 此外，发射放大器105的输出的反馈从耦合器106提供到输入侧。 S卩，下变频器108基于本地振荡器109根据发射基站而振荡出的信号，对耦合器
106的输出进行下变频。A/D转换器IIO将下变频器108的输出进一步转换回数字信号，之
后通过解调器将其恢复到基带。 系数更新单元111计算得到的反馈信号与发射信号的误差信号，并且，基于最小均方运算，按照使得误差信号最小的方式，更新要提供给预失真单元101的幂级数运算系数组。 如果功率波动检测电路112在操作期间检测到发射信号的功率波动，则功率波动检测电路112读取预先存储在初始系数存储器113中的失真补偿系数，并将该失真补偿系数输入系数更新单元111中。初始系数存储器113中存储的失真补偿系数例如是在从工厂发货时计算的。在本实施方式中，系数更新单元lll由此可以在检测到功率波动时使用与发射信号功率匹配的值作为系数更新处理的初始值，这样可以有效地更新系数并且可以迅速地获得接近理想修正曲线的状态。因而，在发射信号功率波动后可以立即在接近理想修正曲线的状态下作出失真补偿，从而可以抑制频带外辐射功率的上升。当功率波动检测电路112例如基于峰值功率、均值功率等而检测到功率波动时，峰值功率将被用于下面的说明。可以相似地使用均值功率。 当检测到功率波动时，系数更新单元111用从存储器中读取的失真补偿系数组来改写到此时为止保持的幂级数运算系数组，并将该失真补偿系数组输入到预失真单元101。使用读取的失真补偿系数组作为初始值来执行其后的系数更新处理。因此，在适当的时候更新由系数更新单元111进行的系数更新处理的初始值，以使得初始值是与利用状况等相匹配的值。(第二实施方式) 图2是失真补偿装置的第二实施方式的结构图。第二实施方式与图1中的第一实施方式的不同在于与存储在初始系数存储器113中的失真补偿系数相关的结构。在图2中，将相同的编号附加于与图1中的单元相同的单元。 在本实施方式中，如图2所示，初始系数存储器113针对发射信号的每个功率电平存储了对应的幂级数运算系数组。在图2的实施例中，存储了针对四个功率电平(峰值功率电平是Pa、Pb、Pc和Pd)的对应系数A、B、C和D。每个系数都是幂级数运算系数组。图2例示了其中发射信号的峰值功率从Pc波动到Pb的实施例。从初始系数存储器113中读取对应于与功率波动后的功率相同或更大的峰值功率的系数(系数A或系数B)并将其输入到系数更新单元lll。 在本实施方式中，由于保持每个峰值功率的系数，所以存储量增加，但是，因为可以使用与发射信号功率相匹配的系数，所以可以抑制功率波动期间频带外辐射功率的增加。
7[OO58](第三实施方式) 图3是失真补偿装置的第三实施方式的结构图。第三实施方式与图1中的第一实施方式的不同在于与存储在初始系数存储器113中的失真补偿系数相关的结构。在图3中，将相同的编号附加于与图1中的单元相同的单元。 在图3中，在初始系数存储器113中仅保持与发射放大器105的最大输出功率对
应的系数。然后，当功率波动发生时，不管波动后的功率值如何，都从初始系数存储器113
中读取对应于最大输出功率的系数，并且将其输入到系数更新单元111。 在本实施方式中，由于在初始系数存储器113中仅保持一组系数，所以频带外辐
射功率的增加大于第二实施方式，但是可以将存储量降低到合理的范围内。(第四实施方式) 图4是失真补偿装置的第四实施方式所基于的使用多个幂级数的预失真方法的结构图，其中该多个幂级数。这种结构涉及用于改善图13所示的单一幂级数预失真方法的失真补偿性能的方法。在图4中，将相同的编号附加于与图1中的单元相同的单元。
在图4的结构中，准备了由幂级数运算构成的多个预失真单元(PD单元)401，如#1、 #2、和#3，并且每个PD单元401都基于不同的幂级数运算系数组执行不同的幂级数运算。 选择器402保持有{PD单元401的数量-1)个功率阈值，并且将通过由功率转换单元403对发射信号的功率进行转换而获得的功率信号值与各个功率阈值进行比较。然后，选择器402选择对应于比较结果的PD单元401的输出并且将该输出输出到D/A转换器102。 图5是失真补偿装置的第四实施方式的结构图，其基于使用图4所示的多个幂级数的预失真方法的结构。通过将图4的PD单元401应用到图1中的第一实施方式中而获得第四实施方式。在图5中，将相同的编号附加于与图1和图4中的单元相同的单元。
在此实施方式中，针对多个峰值功率值中的每一个，在初始系数存储器113中存储与多个PD单元401中的每一个相对应的系数组(幂级数运算系数组)。
图6是第四实施方式中的运算的说明图； 如图6所示，第四实施方式具有多个特性(图6中的三个)，作为与多个幂级数运算的失真补偿操作相对应的、发射放大器105的输出功率针对输入功率的修正特性。
当功率波动发生时，修正曲线发生偏移的区域，即包含改变前的峰值功率的区域以及超过峰值功率的功率区域，的系数组改变。 例如，假设图5中的失真补偿装置以峰值功率Pc运行。如果在此状态下更新了系数，则在没有信号的区域601(参见图6)出现与理想失真补偿曲线的偏移。如果功率波动到Pb，则使用在高于Pc的区域中偏移的对应于特性601的一组失真补偿系数，因此频带外辐射功率上升。因此，从初始系数存储器113中读取对应于峰值功率Pb的初始系数组、发生了偏移的第二和第三级数系数组(与图6中的特性602对应的图5中的系数组B2和B3)并且将其提供给系数更新单元111。 由于超过波动后峰值功率并且不包含波动后峰值功率的区域中不存在信号，所以可以省略初始系数存储器113中保持的系数组。在第四实施方式中，对于每个峰值功率值，可以省略图7A和7B中所示的系数组，这导致存储量的降低。
由于等于或低于功率波动前的峰值功率并且不包括功率波动前的峰值功率的区域具有基于功率波动前的信号而创建的修正曲线，因此当功率波动发生时无需改变系数组。因此，在初始系数存储器113中，只需要保持与包含功率波动发生前的峰值功率并且超过该峰值功率的区域相对应的系数组，可以省略与低于峰值功率的区域相对应的系数组。例如，在第四实施方式中，如果功率波动的量等于或小于一个分割区域，则对于每个峰值功率值都可以省略图8A和8B中所示的系数组，这导致存储量的降低。 此外，如果已知峰值功率的下限，则因为与上述相同的原因，在低于该下限的区域中创建修正曲线，因此可以省略系数组。例如，如果第四实施方式中峰值功率的下限是Pc，则当功率波动发生时将要改变的系数包括第二和第三级数中的仅仅一个或者全部两个，因此可以省略对应于第一级数的系数Al、 Bl、 Cl和Dl。[OO75](第五实施方式) 图9是失真补偿装置的第五实施方式的结构图。第五实施方式与图5中的第四实施方式的不同在于与初始系数存储器113中存储的失真补偿系数相关的结构。在图9中，将相同的编号附加于与图1和图4中的单元相同的单元。 在本实施方式中，如图9所示，当要用于失真补偿的幂级数运算是多个幂级数的类型时，预先存储在初始系数存储器113中的系数是基于单个幂级数而计算出的系数。当功率波动时，按与第四实施方式中相同的方式来更新系数。 在本实施方式中，通过设置多个PD单元401，可以通过使用多个幂级数的预失真方法来改进失真补偿性能，并且，通过针对每个PD单元401将初始系数存储器113保持的系数限制为一组，也可以降低存储量。
(第六实施方式) 图10是失真补偿装置的第六实施方式的结构图。第六实施方式与图1中的第一实施方式的不同在于与设置在功率波动检测电路112之后的功率波动量确定单元1001相关的结构。在图10中，将相同的编号附加于与图1中的单元相同的单元。
在图10中，设置在功率波动检测电路112之后的功率波动量确定单元1001确定是否根据功率波动量从初始系数存储器113中读取系数组。由此，当检测到功率波动时，系数更新单元111可以考虑功率波动量而使用更合适的值作为系数更新处理的初始值。
不管功率波动如何，功率波动量确定单元1001还在适当的时候将由系数更新单元111更新的系数组反映在初始系数存储器113中。由此，在适当的时候更新系数组，使得系数更新单元111中的系数组是与利用状况相匹配的值。 在这种情况下，反映在初始系数存储器113中的系数组是对应于当前峰值功率的系数组。更具体地说，例如，如果系数更新单元111基于LMS算法执行系数更新，则每次都更新初始系数存储器113的内容。 而且，例如，在经过了固定时间后，更新与由系数更新单元111更新的系数组相关的初始系数存储器113的内容。 此外，例如，当功率波动发生时，更新与对应于波动前功率的系数组相关的初始系数存储器113的内容。[OOSS](第七实施方式) 图11是失真补偿装置的第七实施方式的结构图。第七实施方式与图1的第一实
9施方式的不同在于与功率波动检测电路112对功率波动的检测相关的结构。在图11中，将相同的编号附加于与图1中的单元相同的单元。 在图11中，对于功率波动检测电路112进行的功率波动检测，使用由预失真单元101处理的预失真信号之前的信号。S卩，将由延迟单元(延迟)1101对发射信号进行延迟之后获得的信号输入到预失真单元101。 由此，可以预先知道功率波动的时刻，并且可以根据该时刻而将系数组输入预失真单元101，从而可以抑制频带外辐射功率的上升。当检测到功率波动时，在同一时刻向初始系数存储器113通知系数改变指示。 根据上述的第一到第七实施方式，在发射信号的电平改变之后，也可以立即在接
近理想修正曲线的状态下作出失真补偿，从而可以抑制频带外辐射功率的上升。 在此陈述的所有实施例和条件化语言都旨在用于教导目的，以帮助读者理解本发
明人贡献的各种实施方式和概念以进一步推进技术，并且应视为不限于这种具体陈述的实
施例和条件，在本说明书中的这种实施例的组织也不涉及例示各种实施方式的优劣性。尽
管已经详细描述了本发明的实施方式，但应当明白，在不脱离各种实施方式的精神和范围
的情况下，可以对其进行各种变化、替代以及改变。
权利要求
一种失真补偿装置，该失真补偿装置包括失真补偿单元，其通过级数运算而对发射信号执行失真补偿处理；系数更新单元，其基于在对所述失真补偿单元的输出进行功率放大处理之后输出的发射信号输出的反馈信号、以及所述发射信号，来更新用于所述级数运算的级数运算系数组；初始系数存储器，其存储可以作为用于所述系数更新单元进行的系数更新处理的初始值的级数运算系数组；以及功率波动检测单元，其检测所述发射信号的功率波动，并且，当检测到功率波动时，从所述初始系数存储器中读取所述级数运算系数组并将所述级数运算系数组提供给所述系数更新单元。
2. 根据权利要求l的失真补偿装置，其中，所述初始系数存储器针对所述发射信号的 每个功率电平都存储对应的级数运算系数组，并且当检测到所述发射信号的功率波动时，所述功率波动检测单元从所述初始系数存储器 中读取与所述功率波动的功率电平相对应的级数运算系数组，并将该级数运算系数组提供 给所述系数更新单元。
3. 根据权利要求l的失真补偿装置，其中，所述初始系数存储器存储与所述发射信号 的最大功率电平相对应的级数运算系数组，并且当检测到所述发射信号的功率波动时，所述功率波动检测单元从所述初始系数存储器 中读取与所述发射信号的最大功率电平相对应的级数运算系数组，并将该级数运算系数组 提供给所述系数更新单元。
4. 根据权利要求1的失真补偿装置，其中，所述失真补偿单元通过与所述发射信号的 多个功率范围中的各个功率范围分别对应的多个级数运算中的相应各个级数运算来执行 失真补偿处理，所述系数更新单元更新用于各个级数运算的各个级数运算系数组，并且 所述初始系数存储器存储作为用于所述系数更新处理的所述初始值的各个级数运算 的各个级数运算系数组。
5. 根据权利要求1至4中任一项的失真补偿装置，该失真补偿装置进一步包括功率波 动确定单元，当所述功率波动检测单元检测到所述发射信号的功率波动时，所述功率波动 确定单元控制是否由所述系数更新单元根据所述功率波动的量而改变系数。
6. 根据权利要求1至5中任一项的失真补偿装置，其中，所述系数更新单元根据系数更 新条件来更新存储在所述初始系数存储器中的所述级数运算系数组。
7. 根据权利要求1至6中任一项的失真补偿装置，其中，所述功率波动检测单元针对在 时间上先于由所述失真补偿单元处理的发射信号的发射信号检测功率波动。
8. —种失真补偿方法，该失真补偿方法包括以下步骤 通过级数运算而对发射信号执行失真补偿处理；基于在对失真补偿处理的输出进行功率放大处理之后输出的发射信号输出的反馈信 号、以及所述发射信号，来更新用于所述级数运算的级数运算系数组；使得初始系数存储器存储作为用于更新处理的初始值的级数运算系数组；以及 检测所述发射信号的功率波动，以在检测到功率波动时将从所述初始系数存储器中读取的所述级数运算系数组设置为更新处理的初始值。
9. 一种无线电发射装置，该无线电发射装置包括失真补偿单元，其通过级数运算而对发射信号执行失真补偿处理；功率放大单元，其对所述失真补偿单元的输出执行功率放大处理； 发射单元，其发射从所述功率放大单元输出的发射信号输出；系数更新单元，其基于所述发射信号输出的反馈信号和所述发射信号来更新用于所述 级数运算的级数运算系数组；初始系数存储器，其存储作为用于所述系数更新单元进行的系数更新处理的初始值的 级数运算系数组；以及功率波动检测单元，其检测所述发射信号的功率波动，并且，当检测到功率波动时，从 所述初始系数存储器中读取所述级数运算系数组并将所述级数运算系数组提供给所述系 数更新单元。
全文摘要
本发明涉及失真补偿装置和方法。该失真补偿装置包括失真补偿单元，其通过级数运算而对发射信号执行失真补偿处理；系数更新单元，其基于在对所述失真补偿单元的输出进行功率放大处理之后输出的发射信号输出的反馈信号、以及所述发射信号，来更新用于所述级数运算的级数运算系数组；初始系数存储器，其存储作为用于所述系数更新单元进行的系数更新处理的初始值的级数运算系数组；以及功率波动检测单元，其检测所述发射信号的功率波动，并且，当检测到功率波动时，从所述初始系数存储器中读取所述级数运算系数组并将所述级数运算系数组提供给所述系数更新单元。
文档编号H03F1/32GK101753105SQ20091024682
公开日2010年6月23日 申请日期2009年12月18日 优先权日2008年12月18日
发明者宇都宫裕一, 札场伸和, 滨田一, 石川广吉, 长谷和男 申请人:富士通株式会社