[发明专利]预失真器的训练方法和装置

说明书

技术领域

本发明一般地涉及非线性系统的预失真器的训练方法和装置。更具体地说，本发明涉及用于非线性功率放大器的预失真器的训练方法和装置。

背景技术

作为非线性系统的典型代表，功率放大器是很多电子设备的重要组成部分，它可以将微弱的电信号放大，以满足传输的需要。其中，放大的能量来自于直流电源，即功率放大器可以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。功率放大器将直流能量转换为交流能量的比例被称作功率放大器的效率。

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。图1示出功率放大器的非线性输入输出信号特性。在输入信号V_IN幅度较小的区域，功率放大器PA的输出V_OUT几乎是输入信号V_IN的线性放大，但是随着输入信号V_IN幅度的增大，功率放大器的非线性特性逐渐明显直到最后饱和。该非线性表现为在时域上，输出信号不是输入信号的理想放大；该非线性表现为在频域上，由于交调作用，被放大的信号的带外出现频谱展宽（旁瓣升高），带内则出现畸变（主瓣畸变），如图2所示，显示了由非线性功率放大器所引起的频谱展宽。频谱展宽会影响工作于相邻信道的其它设备的正常运行。

理想情况下，希望功率放大器仅仅起到线性放大的作用，即输出信号只是输入信号的简单线性放大，因此让功率放大器工作在线性区。但是此时功率放大器将直流信号转换为交流信号的效率非常低，造成大量能量的浪费，并且需要增加额外的散热设备。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，功率放大器的效率将会远高于仅在线性区波动时的情形。而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。

因此，一方面为了提高功率放大器的效率，另一方面由于很多现代通信系统中的信号都有很大的动态范围（峰均功率比），所以功率放大器往往需要在非线性区工作，从而导致输出信号的畸变（在频域上，带内出现畸变，带外则出现频谱展宽）。在功率放大器领域，通常将这种畸变称作功率放大器的非线性特性。

在众多克服功率放大器非线性特性的方法中，基带预失真是一种备受关注的方法。如图3所示，示出用于抵消图1所示的非线性特性的用于功率放大器的预失真器的输入输出信号特性的示意图。基带预失真技术通过使用预失真器PD模拟功率放大器的逆特性，使原始输入信号V_IN在输入到功率放大器之前发生预畸变，从而补偿功率放大器的非线性，并在功率放大器的输出端获得没有畸变的放大输出信号V_OUT。具有预失真处理功能的功率放大器的输入输出信号特性直到接近饱和区之前均表现出非常好的线性特性，如图4所示，示出设置有预失真器的功率放大器的输入输出信号特性的示意图。

可见，预失真器可以有效地克服功率放大器的非线性。然而，为了使得预失真器正常工作，需要预先对预失真器进行训练，以得到适当的预失真器的系数。并且，在预失真器投入使用后，由于工作地点的环境因素等的变化，功率放大器的特性也会出现变化。在这种情况下，需要对预失真器重新进行训练，以更新预失真器的系数。为便于说明，将预先获得的系数称为预失真器的系数的初始值，将更新时获得的系数称为预失真器的系数的更新值。应注意，获得预失真器的系数的初始值和更新值的过程都是对预失真器进行训练的过程。

训练过程主要是将功率放大器输出信号作为反馈信号，根据其调整预失真器的系数，通过对系数的不断调整达到预定条件（如训练算法收敛、功率放大器输出信号满足一定的频谱要求等），来获得适当的系数。

根据反馈信号的性质，训练方法可分为矢量法和标量法。矢量法要求反馈功率放大器输出的完整的I、Q两路信号，并且与原始信号进行比较。标量法要求反馈功率放大器输出的信号的功率。标量法对反馈信号的要求较低，计算速度较快。本发明主要涉及标量法。

现有技术中存在如下问题：对预失真器的训练过程受到训练数据波动的不利影响，并且传统的处理方法尤其是对于预失真器的系数的初始值的获取来说会导致训练时间过长。

图5示出了传统标量法训练预失真器的结构示例。