专利名称：基带数字预失真方法、预失真装置以及功率放大装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及非线性系统的数字预失真线性化技术，具体而言，涉及一种基带数字 预失真方法、预失真装置以及功率放大装置。
背景技术：
作为非线性系统的典型代表，功率放大器(Power Amplifier，PA)是电子设备中的 重要组成部分，它可以对微弱的电信号实现功率放大，以满足传输、发射的需要。在功率放 大器中，用于放大的能量来自直流电源，即PA将直流能量转化为交流信号，使得交流信号 的功率强度满足需要。这里，PA将直流能量转换为交流能量的比例被称作PA的效率。根据功率放大器的物理特性，随着输入信号的功率由小到大，反映功率放大器的 输入信号与输出信号的功率关系的特性曲线可以分为线性区、非线性区和饱和区。当输入信号的包络仅在线性区内波动时，输入的信号被理想放大。而当输入信号 的包络波动至非线性区时，输出信号将被畸变，在时域上这表现为输出信号不是输入信号 的理想放大；在频域上则表现为输出信号频谱的旁瓣升高，主瓣畸变。这是不希望发生 的。由于物理上的原因，当输入信号的包络波动深入至非线性区，PA的效率将会远高 于仅在线性区波动时的情形。而且随着新式调制方式的出现，信号包络的动态范围越来越 大，因此发生非线性畸变不可避免，关键就在于如何克服这种非线性。基带数字预失真技术是一种有效的克服PA非线性的手段。它通过模拟PA非线性 的逆特性来生成预失真数据，制作预失真曲线，利用预失真数据或预失真曲线预先对基带 数字信号进行预畸变，从而在PA输出端获得理想的放大信号。基础的PA逆特性可以通过测量获得，并且作为预失真数据集成到PA的预失真模 块中。但是由于温度、湿度、器件老化等因素的影响，PA逆特性将会发生变化。为了实时调 整预失真数据，经典方法(矢量法)需要在PA工作时，精确地比较PA的输入数据和反馈的 输出数据，这就带来了精确同步、保障同相正交(Inphase and Quadrature, IQ)平衡等问 题。为解决这些问题，往往需要在电路上付出巨大的代价。后来的研究者建议仅利用PA反馈的标量信息作为选择或者更新预失真数据的依 据。常用的标量信息有频谱的旁瓣功率或者主/旁瓣功率比等。使用标量信息时不需要精 确同步，也不存在IQ不平衡问题。其关键在于预失真数据的设置。这类方法称为标量法。图1示出标量法基带预失真方法的原理。如图1所示，在功率放大装置1000中， 原始输入信号X (η)首先进入预失真器100，经预失真器形成预失真的输入信号ζ (η)之后， 经数模转换器108和上变频器109后被送入功率放大器(简称功放)103。功放输出信号 y (η)的一部分经耦合器104反馈回来作为反馈的标量信息，经衰减器105削弱，然后进入代 价函数发生器106。代价函数发生器106生成的代价函数值J被送入控制更新单元107。耦 合器104、衰减器105以及代价函数发生器106形成功率放大装置1000的反馈支路。代价 函数值J可以根据各种反馈的标量信息获得。诸如旁瓣功率、ACLR等的反馈标量信息都可以用于计算代价函数值。出于简化系统的考虑，可以直接使用诸如旁瓣功率之类的标量信 息的值作为代价函数的值。控制更新单元107将控制预失真器100的工作。预失真器100 中主要包含预失真数据生成单元101和乘法器102。预失真数据生成单元101根据原始 输入信号x(n)和控制更新单元107给出的参数来生成预失真数据。生成的预失真数据与 原始输入信号在乘法器102相乘，得到预失真输入信号ζ (η)。传统标量法设置预失真数据的方法大致分为两大类选择类、更新类。选择类存储大量的预失真数据或者其特征数据(例如多项式系数，插值关键点 等)，根据标量信息选择合适的预失真数据或者特征数据。更新类根据标量信息，利用参数更新算法自适应更新预失真器的参数(例如多 项式系数，插值关键点的数值等)。考虑到节省存储空间，更新类标量法受到青睐。图2示出更新类标量法基带预失真方法的原理。在该更新类标量法基带预失真方 法中，针对原始输入信号的幅度特性和相位特性进行预失真。如图2所示，在一种传统的更 新类预失真器200中，原始输入信号χ (η)进入预失真器200后，分为两路。一路进入地址 发生器210，生成查询地址。另一路用于与预失真数据相乘。生成的查询地址信息分别送入 幅度预失真数据生成单元220和相位预失真数据生成单元230。幅度查询表单元221和相 位查询表单元231中分别存储有幅度初始预失真查询表和相位初始预失真查询表。根据所 述查询地址，从幅度预失真数据生成单元220中的幅度查询表单元221和相位预失真数据 生成单元230中的相位查询表单元231中分别读出初始幅度预失真数据和初始相位预失真 数据。幅度修正单元222和相位修正单元232分别根据用于修正的参数对初始幅度预失真 数据和初始相位预失真数据进行修正并生成修正的幅度预失真数据a(n)和相位预失真数 据P (η)，以应对PA特性随环境等因素的变化。修正的幅度预失真数据a (η)和相位预失真 数据P (η)在乘法器240和250分别与另一路原始输入信号χ (η)相乘，获得预失真的输入 信号ζ (η)。其中，幅度修正单元222和相位修正单元232中使用的用于修正的参数由控制 更新单元107生成。控制更新单元107根据代价函数值J和参数更新算法来计算获得用于 修正的参数。然而更新类标量法也有缺点，其中收敛速度是其最重要的问题之一。另外，标量法利用的反馈标量信息都是统计量。这一方面意味着需要比较长的时 间来计算获取统计量，另一方面，统计量和完整的反馈矢量信息比起来，本身是不完整的信 息，这也会影响到参数更新算法的收敛性。
发明内容
为了解决现有技术的一个或更多个问题，本发明提出了一种基带数字预失真方 法、预失真装置以及功率放大装置。根据本发明的方法和装置能够减少用于修正预失真数 据的参数，提高参数更新算法的收敛速度。为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了 一种基带数字预失真方法，用 于根据非线性系统反馈的标量信息对非线性系统的原始输入信号进行预失真，所述方法包 括根据所述原始输入信号来查询初始预失真查询表以得到初始预失真数据；根据所述反 馈的标量信息来修正所述初始预失真数据；以及将所述原始输入信号与修正的预失真数据组合，以生成经预失真的输入信号。其中，所述方法还包括在所述非线性系统启动时，根据 所述原始输入信号和所述反馈的标量信息来生成所述初始预失真查询表。根据本发明的另一个方面，提供了一种基带数字预失真装置，用于根据非线性系 统反馈的标量信息对非线性系统的原始输入信号进行预失真，以向所述非线性系统提供经 预失真的输入信号，所述预失真装置包括地址发生器，用于根据所述原始输入信号来生成 用于查询初始预失真查询表的查询地址；预失真数据生成单元，用于根据所述查询地址来 查询所述初始预失真查询表以得到初始预失真数据，以及修正所述初始预失真数据；乘法 器，用于将所述原始输入信号与修正的预失真数据相乘以生成经预失真的输入信号；以及 初始查询表生成器，用于根据所述原始输入信号和所述反馈的标量信息来生成所述初始预 失真查询表。根据本发明的另一个方面，提供了 一种功率放大装置。所述功率放大装置包括预 失真装置，用于对原始输入信号进行预失真处理，输出经预失真的输入信号；数模转换器， 用于将所述预失真装置所输出的经预失真的输入信号转换为模拟信号；上变频器，用于将 从所述数模转换器输出的模拟信号上变频为射频信号；功率放大器，用于对所述上变频器 输出的射频信号进行功率放大，并输出功率放大后的信号作为输出信号；以及反馈支路，用 于将所述功率放大器的输出信号的一部分作为标量信息反馈给所述预失真装置。其中，所 述预失真装置的结构与根据本发明实施例的预失真装置的结构相同。根据本发明的另一方面，还提供了一种存储介质。所述存储介质包括机器可读的 程序代码，当在信息处理设备上执行所述程序代码时，所述程序代码使得所述信息处理设 备执行根据本发明的上述方法。根据本发明的另一方面，还提供了 一种程序产品。所述程序产品包括机器可执行 的指令，当在信息处理设备上执行所述指令时，所述指令使得所述信息处理设备执行根据 本发明的上述方法。
参照下面结合附图对本发明实施例的说明，会更加容易地理解本发明的以上和其 它目的、特点和优点。附图中的部件只是为了示出本发明的原理。在附图中，相同的或类似 的技术特征或部件将采用相同或类似的附图标记来表示。图1为示出标量法基带预失真方法的原理的示图。图2为示出更新类标量法基带预失真方法的原理的示图。图3为示出以不同参数数目描述PA特性的性能比较的示图。图4为根据本发明的一个实施例的预失真装置的示图。图5为根据本发明的一个实施例的初始查询表生成器的示图。图6为根据本发明的一个实施例的功率放大装置的示图。图7为根据本发明的一个实施例的基带数字预失真方法的流程图。图8为根据本发明的另一实施例的基带数字预失真方法的流程图。图9为根据本发明的一个实施例的生成初始预失真查询表的步骤的流程图。图10为根据本发明的另一实施例的基带数字预失真方法的流程图。图11为示出可用于实施根据本发明实施例的方法和装置的计算机的示意性框图。
具体实施例方式下面参照附图来说明本发明的实施例。在本发明的一个附图或一种实施方式中描 述的元素和特征可以与一个或更多个其它附图或实施方式中示出的元素和特征相结合。应 当注意，为了清楚的目的，附图和说明中省略了与本发明无关的、本领域普通技术人员已知 的部件和处理的表示和描述。在对本发明的具体实施例进行描述之前，首先说明本发明的原理。通常，为了生成细致的预失真数据，需要增加预失真器的参数数目。图3示出了以 不同参数数目描述PA特性的性能比较。从图3中可见，随着参数的增多，所刻画的PA特性 愈加逼近真实的PA特性。相应地，在刻画PA的逆特性时，也是相似的情况。S卩，增加参数 数目，有利于精细刻画预失真曲线。然而，参数数目的增大不利于参数更新算法的收敛。因此，为了提高参数更新算法的收敛速度，可以考虑减少预失真器的参数数目。但 是还需要保持预失真器的灵活性，以便能够精细刻画预失真曲线。为此本发明使用基于初 始预失真查询表(LUT)(以下简称初始查询表)的预失真器。初始预失真查询表中存储了 初始预失真数据，即用于刻画初始预失真曲线的数据。在工作时，预失真器根据初始查询表 对非线性系统例如非线性功率放大器的原始输入信号进行调整，获得新的预失真数据。由 于参数更新算法是从初始查询表出发，因此预失真器结构可以比较简单，使用较少的参数， 从而参数更新算法的收敛性也会得到改善。因此问题的关键在于初始查询表的生成。传统地，采用典型特性查询表作为初始查询表。这种典型特性查询表来自对大量 功放特性的测量。获取了这些功放特性之后，可以对其进行整理比较，以获得功放的典型特 性。根据所述典型特性，可以构造其逆特性，从而获得典型特性查询表。但是这不仅需要大 量测量工作，而且这种典型特性并不一定对每个功放都适用，反而有可能阻碍后续的预失 真数据生成。有鉴于此，在本发明中，提出了针对每个功率放大器生成对应的初始查询表，使生 成的初始查询表能够很好地适用于对应的功率放大器，从而有益于后续的预失真数据生 成。另外，本发明还提出了在功率放大器的工作过程中当发现功放特性剧烈变化时，可以重 新创建初始查询表，从而使初始查询表更好地适应功放的特性变化。基于上述思路，以下结 合图4至10来描述根据本发明的实施例的方法和装置。为说明目的，在以下实施例中以原始输入信号的相位和幅度特性为例来说明本发 明的方法和装置。另外，为了描述方便，在以下实施例中使用多项式初始查询表。多项式初始查询表 意味着初始查询表中的元素值来自于多项式。应当理解，在其他实施例中，也可以采用其他 形式的初始查询表。假定初始查询表为L_A0 = [la0_l，la0_2, . . . , laO_N](1)L_P0 = [1ρ0_1, lp0_2, · · ·，lpO_N](2)其中N为自然数。这里L_A0和L_P0分别代表幅度特性查询表和相位特性查询表。 它们当中的每一个元素代表了在不同输入信号强度下，用于对应PA畸变特性的补偿值。例如，表L_A0中的每个元素可以由以下多项式获得
权利要求
1.一种基带数字预失真方法，用于根据非线性系统反馈的标量信息对非线性系统的原 始输入信号进行预失真，所述方法包括根据所述原始输入信号来查询初始预失真查询表以得到初始预失真数据； 根据所述反馈的标量信息来修正所述初始预失真数据；以及 将所述原始输入信号与修正的预失真数据组合，以生成经预失真的输入信号， 其中，所述方法还包括在所述非线性系统启动时，根据所述原始输入信号和所述反馈的标量信息来生成所述 初始预失真查询表。
2.根据权利要求1所述的方法，其中， 生成初始预失真查询表的步骤进一步包括根据所述反馈的标量信息来计算初始预失真参数；以及根据所述原始输入信号和所述初始预失真参数来生成所述初始预失真查询表；并且 修正所述初始预失真数据的步骤进一步包括 根据所述反馈的标量信息来计算修正预失真参数；以及 根据所述修正预失真参数来修正所述初始预失真数据。
3.根据权利要求2所述的方法，还包括在所述反馈的标量信息的值大于或等于预定阈值时重新计算所述修正预失真参数，以 便根据所述重新计算出的修正预失真参数来修正所述初始预失真数据。
4.根据权利要求3所述的方法，还包括在重新计算所述修正预失真参数后，如果所述反馈的标量信息的值仍大于或等于预定 阈值，则根据所述反馈的标量信息重新计算所述初始预失真参数，并且根据所述原始输入 信号和所述重新计算出的初始预失真参数来重新生成所述初始预失真查询表。
5.一种预失真装置，用于根据非线性系统反馈的标量信息对非线性系统的原始输入信 号进行预失真，以向所述非线性系统提供经预失真的输入信号，所述预失真装置包括地址发生器，用于根据所述原始输入信号来生成用于查询初始预失真查询表的查询地址；预失真数据生成单元，用于根据所述查询地址来查询所述初始预失真查询表以得到初 始预失真数据，以及修正所述初始预失真数据；乘法器，用于将所述原始输入信号与修正的预失真数据相乘以生成经预失真的输入信 号；以及初始查询表生成器，用于根据所述原始输入信号和所述反馈的标量信息来生成所述初 始预失真查询表。
6.根据权利要求5所述的装置，还包括控制更新单元，用于根据所述反馈的标量信息来计算修正预失真参数和初始预失真参数，其中，所述预失真数据生成单元进一步用于根据控制更新单元计算的所述修正预失真 参数来修正所述初始预失真数据；并且所述初始查询表生成器进一步用于根据所述原始输入信号和所述控制更新单元计算 的所述初始预失真参数来生成所述初始预失真查询表。
7.根据权利要求6所述的装置，其中，所述控制更新单元还用于在所述反馈的标量信 息的值大于或等于预定阈值时重新计算所述修正预失真参数，以便所述预失真数据生成单 元根据所述重新计算出的修正预失真参数来修正所述初始预失真数据。
8.根据权利要求7所述的装置，其中，所述控制更新单元还用于在所述修正预失真参 数重新计算后，如果所述反馈的标量信息的值仍大于或等于预定阈值，则根据所述反馈的 标量信息重新计算所述初始预失真参数，以便所述初始查询表生成器根据所述原始输入信 号和所述重新计算出的预失真参数来重新生成所述初始预失真查询表。
9.根据权利要求6所述的装置，其中，所述初始查询表生成器包括量化器，用于将所述原始输入信号量化为N个等级的信号分量，N为自然数；以及表元素生成单元，用于针对每个等级的信号分量，根据所述初始预失真参数来从该信 号分量生成所述初始预失真查询表中的元素。
10.一种功率放大装置，包括预失真装置，用于对原始输入信号进行预失真处理，输出经预失真的输入信号；数模转换器，用于将所述预失真装置所输出的经预失真的输入信号转换为模拟信号；上变频器，用于将从所述数模转换器输出的模拟信号上变频为射频信号；功率放大器，用于对所述上变频器输出的射频信号进行功率放大，并输出功率放大后 的信号作为输出信号；以及反馈支路，用于将所述功率放大器的输出信号的一部分作为标量信息反馈给所述预失 真装置，其中，所述预失真装置的结构与根据权利要求5到9中的任一项所述的预失真装置的 结构相同。
全文摘要
本发明公开了一种基带数字预失真方法、预失真装置以及功率放大装置。所述基带数字预失真方法用于根据非线性系统反馈的标量信息对非线性系统的原始输入信号进行预失真，包括根据所述原始输入信号来查询初始预失真查询表以得到初始预失真数据；根据所述反馈的标量信息来修正所述初始预失真数据；以及将所述原始输入信号与修正的预失真数据组合，以生成经预失真的输入信号。所述方法还包括在所述非线性系统启动时，根据所述原始输入信号和所述反馈的标量信息来生成所述初始预失真查询表。
文档编号H04L25/49GK102148783SQ20101010862
公开日2011年8月10日 申请日期2010年2月5日 优先权日2010年2月5日
发明者周建民, 孙刚, 施展, 李辉, 王志奇 申请人:富士通株式会社