[发明专利]基带数字预失真方法、预失真装置以及功率放大装置

说明书

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(n)首先进入预失真器100，经预失真器形成预失真的输入信号z(n)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(n)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z(n)。

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。