專利名稱：一種數(shù)字預(yù)失真線性寬帶射頻功率放大器裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及射頻功率放大器技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種數(shù)字預(yù)失真線性寬帶射頻功
率放大器裝置。
背景技術(shù)：
面對(duì)下 一 代移動(dòng)通信系統(tǒng)(MT-Advanced)中采用正交頻分復(fù)用 (OrthogonalFrequency Division Multiplexing,艮卩OFDM)技術(shù)所遇至U的高山條;t勻功率比 (Peak-to-AveragePower Ratio,即PAPR)問題，人們已經(jīng)提出了很多峰值削波(Crest Factor Reduction,即CFR)技術(shù)和方法。但是，對(duì)于提高寬帶高功率放大器(Wideband High Power Amplifier,即W-HPA)的線性度和效率，僅僅采用CFR技術(shù)來提高W-HPA的效率是非 常有限的。為了滿足MT-Advanced移動(dòng)通信系統(tǒng)中基站設(shè)備體積小型化和綠色環(huán)保的趨 勢(shì)，對(duì)于高效率，線性寬帶射頻功率放大器技術(shù)研究也逐漸興起。面對(duì)射頻信號(hào)的帶寬寬， 峰均比高，寬帶射頻功率放大器的高線性和高效率問題，可以在現(xiàn)有的CFR技術(shù)基礎(chǔ)上結(jié) 合寬帶數(shù)字預(yù)失真(Digital Pre-distortion,即DPD)技術(shù)+高效率W-HPA技術(shù)來進(jìn)一步 提高W-HPA的線性度和效率。但是，DPD線性化技術(shù)的核心是自適應(yīng)數(shù)字預(yù)失真算法，目前， 多局限于對(duì)自適應(yīng)數(shù)字預(yù)失真算法進(jìn)行理論研究和模擬階段，為了對(duì)多種數(shù)字預(yù)失真算法 的實(shí)際性能進(jìn)行評(píng)估，進(jìn)而幫助我們根據(jù)使用的實(shí)際環(huán)境來選擇合適的算法，在高效率的 寬帶射頻功率放大器研究中，對(duì)DPD線性寬帶射頻功率放大器裝置性能的驗(yàn)證也是一項(xiàng)重 要的工作，也給寬帶射頻功率放大器研究的快速發(fā)展帶來了困擾，有必要建立一個(gè)DPD線 性寬帶射頻功率放大器系統(tǒng)，對(duì)深入研究DPD線性化寬帶射頻功率放大器技術(shù)有較大的幫 助，以便尋找研究成果的應(yīng)用方法。此裝置應(yīng)具有適合于軟件無線電的體系架構(gòu)，不僅可以 處理現(xiàn)有通信標(biāo)準(zhǔn)的基帶信號(hào)，還可以處理各種自適應(yīng)數(shù)字預(yù)失真算法和技術(shù)，為未來高 效率的線性寬帶射頻功率放大器產(chǎn)業(yè)化提供可靠的應(yīng)用基礎(chǔ)。對(duì)于DPD線性寬帶射頻功率 放大器系統(tǒng)的建立，參見專利CN200710178443. x —種0F匿發(fā)射機(jī)的自適應(yīng)數(shù)字預(yù)失真方 法和裝置，其原理是接收基帶信號(hào)進(jìn)行數(shù)字預(yù)失真處理，然后經(jīng)過射頻發(fā)射機(jī)模塊變頻到 射頻信號(hào)，送給寬帶射頻功率放大器進(jìn)行放大，該裝置的缺點(diǎn)是輸入信號(hào)為基帶信號(hào)，只能 與基帶信號(hào)模塊連接，不能直接接收射頻信號(hào)輸入。參見專利CN200710029986. 5數(shù)字預(yù)失 真功率放大器及其實(shí)現(xiàn)方法，其原理是先接收射頻信號(hào)進(jìn)行射頻下變頻處理，然后進(jìn)行數(shù) 字預(yù)失真處理，最后經(jīng)過射頻發(fā)射機(jī)模塊變頻到射頻信號(hào)，送給寬帶射頻功率放大器進(jìn)行 放大，該裝置的缺點(diǎn)是靈活性不強(qiáng)，成本高，不能管理和控制寬帶射頻功率放大器。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于在現(xiàn)有器件情況下最大限度地解決數(shù)字預(yù)失真線性化技術(shù)自 適應(yīng)數(shù)字預(yù)失真算法研究中存在的受基帶信號(hào)連接的問題，提供一種可管理的數(shù)字預(yù)失 真線性寬帶射頻功率放大器(Administrable Digital Pre-distortion Wideband Power Amplifier,即ADPDWPA)裝置，采用易于擴(kuò)展的模塊化結(jié)構(gòu)思想，引入控制管理模塊，將寬帶射頻信號(hào)處理模塊+寬帶DPD數(shù)字單元+寬帶射頻功率放大器+寬帶射頻模擬反饋回路 模塊和控制管理模塊組成可管理的數(shù)字預(yù)失真線性寬帶射頻功率放大器裝置，該ADPDWPA 裝置加快了DPD線性寬帶射頻功率放大器研究進(jìn)度，可以擺脫與基帶部分連接的困難，可 以做成一個(gè)獨(dú)立的DPD線性寬帶射頻功率放大器，為未來高效率，線性寬帶射頻功率放大 器產(chǎn)業(yè)化提供可靠的應(yīng)用基礎(chǔ)。 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的 本發(fā)明提供的數(shù)字預(yù)失真線性寬帶射頻功率放大器裝置包括寬帶射頻信號(hào)處理 模塊、寬帶數(shù)字預(yù)失真DPD數(shù)字單元、寬帶射頻功率放大器、寬帶射頻模擬反饋回路模塊和 控制管理模塊，其中寬帶數(shù)字預(yù)失真DPD數(shù)字單元包括寬帶數(shù)字預(yù)失真引擎模塊、數(shù)模轉(zhuǎn) 換器DAC、第一模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC1、第二模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC2和寬帶射頻發(fā)射機(jī)模塊；所述的寬帶 射頻信號(hào)處理模塊用于接收射頻信號(hào)的輸入(RF IN)，并將其下變頻到基帶信號(hào)，然后輸出 至所述ADC1 ;所述的ADC1用于對(duì)接收到的基帶信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，然后輸出至所述寬帶數(shù) 字預(yù)失真引擎模塊；所述的寬帶數(shù)字預(yù)失真引擎模塊用于對(duì)來自ADC1的信號(hào)進(jìn)行預(yù)失真 處理，將產(chǎn)生的預(yù)失真信號(hào)送給所述DAC ;同時(shí)接收來自ADC2的反饋信號(hào)，根據(jù)該反饋信號(hào) 實(shí)現(xiàn)數(shù)字預(yù)失真算法分析和系數(shù)計(jì)算；所述的DAC主要對(duì)數(shù)字預(yù)失真處理后的預(yù)失真信號(hào) 在DAC內(nèi)部進(jìn)一步內(nèi)插，并且進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換，然后輸出一個(gè)零中頻的模擬基帶信號(hào)至所述 寬帶射頻發(fā)射機(jī)模塊；所述的寬帶射頻發(fā)射機(jī)模塊用于將從DAC發(fā)送來的寬帶模擬基帶信 號(hào)經(jīng)過模擬正交調(diào)制直接變頻到射頻頻段，然后經(jīng)過射頻濾波和放大，放大到一定的電平， 輸出下行射頻信號(hào)到寬帶射頻功率放大器；所述的寬帶射頻功率放大器用于接收來自寬帶 射頻發(fā)射機(jī)模塊的寬帶射頻信號(hào)，進(jìn)行功率放大后產(chǎn)生射頻輸出信號(hào)(RF OUT)，經(jīng)天線發(fā) 射出去；所述的寬帶射頻模擬反饋回路模塊主要用于對(duì)寬帶射頻功率放大器輸出的射頻信 號(hào)耦合一部分能量進(jìn)行處理，以獲得數(shù)字預(yù)失真功率計(jì)算需要的模擬中頻信號(hào)，并輸出至 所述ADC2 ;所述的ADC2用于對(duì)來自寬帶射頻模擬反饋回路模塊的模擬中頻信號(hào)進(jìn)行模數(shù) 轉(zhuǎn)換，并輸出至寬帶數(shù)字預(yù)失真引擎模塊；所述的控制管理模塊主要實(shí)現(xiàn)對(duì)寬帶射頻信號(hào) 處理模塊、寬帶數(shù)字預(yù)失真DPD數(shù)字單元、寬帶射頻功率放大器、寬帶射頻模擬反饋回路模 塊的配置和狀態(tài)監(jiān)控。 另外，所述的寬帶射頻信號(hào)處理模塊也可以和寬帶射頻模擬反饋回路模塊一起合 并為寬帶射頻信號(hào)處理單元。所述的控制管理模塊也可以合并入寬帶DPD數(shù)字單元。
優(yōu)選地，所述的控制管理模塊為為微處理器CPU,接口為RS-232, RS-485或USB接 口 ，實(shí)現(xiàn)將基站的數(shù)字預(yù)失真功放配置數(shù)據(jù)發(fā)送給寬帶數(shù)字預(yù)失真引擎模塊，本振頻率配 置數(shù)據(jù)發(fā)給寬帶射頻信號(hào)處理模塊和寬帶射頻模擬反饋回路模塊。同時(shí)，將寬帶射頻功率 放大器的告警狀態(tài)信息上報(bào)給基站。 優(yōu)選地，所述的寬帶射頻模擬反饋回路模塊為超外差架構(gòu)，包括寬帶射頻濾波器、 寬帶混頻器、寬帶中頻聲表濾波器、寬帶中頻放大器和接收本振模塊；其中所述寬帶射頻濾 波器對(duì)寬帶射頻功率放大器輸出的射頻信號(hào)耦合一部分能量進(jìn)行濾波，輸出滿足噪聲要求 的射頻信號(hào)至所述寬帶混頻器；所述寬帶混頻器將射頻信號(hào)下變頻到模擬中頻信號(hào)，并輸 出至寬帶中頻聲表濾波器；所述寬帶中頻聲表濾波器對(duì)寬帶混頻器輸出的信號(hào)進(jìn)行濾波， 提高其帶外抑制，然后輸出至寬帶中頻放大器；寬帶中頻放大器將輸入的模擬中頻信號(hào)進(jìn) 行放大，補(bǔ)償前級(jí)聲表濾波器的插損；另外，所述接收本振模塊為寬帶混頻器提供需要的頻
6率和功率、相噪及頻率穩(wěn)定度符合要求的本振信號(hào)。 優(yōu)選地，所述的寬帶數(shù)字預(yù)失真引擎模塊包括寬帶數(shù)字預(yù)失真引擎和自適應(yīng)濾波 算法，采用單一的可編程邏輯器件來實(shí)現(xiàn)。 優(yōu)選地，所述的寬帶數(shù)字預(yù)失真引擎對(duì)來自ADC1的信號(hào)進(jìn)行預(yù)失真處理，產(chǎn)生與 功率放大器的非線性特性相反的曲線，然后將產(chǎn)生的預(yù)失真信號(hào)發(fā)送至DAC ;同時(shí)，對(duì)來自 ADC2的信號(hào)進(jìn)行數(shù)字中頻處理，主要是數(shù)字下變頻、采樣速率轉(zhuǎn)換、數(shù)字濾波處理，處理后 的數(shù)據(jù)用于數(shù)字預(yù)失真算法分析和系數(shù)計(jì)算。 優(yōu)選地，所述寬帶數(shù)字預(yù)失真引擎采用基于多項(xiàng)式模型的預(yù)失真器內(nèi)核來實(shí)現(xiàn)。
優(yōu)選地，所述自適應(yīng)濾波算法用于進(jìn)行信號(hào)分析，動(dòng)態(tài)分析功率放大器綜合動(dòng)態(tài) 模型，運(yùn)用自適應(yīng)濾波算法計(jì)算出進(jìn)行預(yù)失真所需要的濾波器系數(shù)，產(chǎn)生預(yù)失真的校正系 數(shù)，用于對(duì)基帶信號(hào)進(jìn)行預(yù)失真處理。 優(yōu)選地，所述的自適應(yīng)濾波算法采用基于訓(xùn)練序列的RLS+LMS算法相組合的混合 算法。 優(yōu)選地，所述的寬帶射頻發(fā)射機(jī)模塊為零中頻架構(gòu)。 本發(fā)明提供的數(shù)字預(yù)失真線性寬帶射頻功率放大器裝置，具有高度的靈活性、成 本低、可管理、開放性以及支持多種通信體制要求；本發(fā)明提供的ADPDWPA裝置一方面引入 了模塊化設(shè)計(jì)，另一方面引入了控制管理模塊，實(shí)現(xiàn)可管理的目的。模塊化主要是在于寬帶 射頻信號(hào)處理模塊、寬帶射頻功率放大器、寬帶射頻模擬反饋回路模塊不同，支持多種通信 體制包括CDMA2000， WCDMA， TD-SCDMA， LTE等，數(shù)字模塊主要是在于寬帶DPD數(shù)字單元的不 同、針對(duì)不同的通信體制信號(hào)下載不同的軟件算法，采用了FPGA可編程邏輯器件，靈活性 強(qiáng)，可以支持多種通信機(jī)制。可以對(duì)DPD線性寬帶射頻功率放大器裝置中自適應(yīng)數(shù)字預(yù)失 真算法關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行研究和實(shí)驗(yàn)評(píng)估；還可以獨(dú)立地應(yīng)用于下一代移動(dòng)通信基站系統(tǒng)中。


圖1是本發(fā)明的數(shù)字預(yù)失真線性寬帶射頻功率放大器裝置示意框圖；
圖2是圖1中的寬帶數(shù)字預(yù)失真引擎的結(jié)構(gòu)示意框圖；
圖3是圖1中的寬帶射頻模擬反饋回路模塊的結(jié)構(gòu)示意框圖； 圖4是本發(fā)明的另一種改進(jìn)的數(shù)字預(yù)失真線性寬帶射頻功率放大器裝置示意框 圖。
具體實(shí)施例方式
下面根據(jù)附圖來說明本發(fā)明的具體實(shí)施例 如圖1所示，是本發(fā)明的數(shù)字預(yù)失真線性寬帶射頻功率放大器裝置示意框圖。該 裝置包括寬帶射頻信號(hào)處理模塊101、寬帶數(shù)字預(yù)失真(DPD)數(shù)字單元102、寬帶射頻功 率放大器103、寬帶射頻模擬反饋回路模塊104和控制管理模塊105，其中寬帶DPD數(shù)字 單元102包括數(shù)字預(yù)失真(DPD)引擎模塊102a、數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC) 102b、第一模數(shù)轉(zhuǎn)換器 (ADC1) 102e、第二模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC2) 102d和寬帶射頻發(fā)射機(jī)模塊102c。
所述寬帶射頻信號(hào)處理模塊101用于接收射頻信號(hào)的輸入(RF IN)，并將其下變 頻到基帶信號(hào)；
所述ADC 1102e主要對(duì)零中頻模擬基帶信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換； 所述DPD引擎模塊102a包括寬帶數(shù)字預(yù)失真引擎和自適應(yīng)濾波算法 (AdaptiveFiltering Algorithm,即AFA)，采用單一的可編程邏輯器件(FPGA)來實(shí)現(xiàn)，采 用了 ALTERA公司的EP2S60F672-5作為整個(gè)數(shù)字預(yù)失真信號(hào)處理核心并連接數(shù)模轉(zhuǎn)換器 DAC102b和第一模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADCl)102e、第二模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC2) 102d ;
如圖2所示，是本發(fā)明的寬帶數(shù)字預(yù)失真引擎的結(jié)構(gòu)示意框圖。該引擎包括輸 入信號(hào)處理模塊102al、插值器模塊102a2、峰值削波模塊102a3、寬帶數(shù)字預(yù)失真器模塊 102a4、輸出矩陣模塊102a5、高速數(shù)據(jù)傳送的DMA (Direct Memory Access,即直接存儲(chǔ)器訪 問)控制器模塊102a8、SSRAM(Synchronous SRAM，即異步靜態(tài)存儲(chǔ)器)控制器模塊102a7、 SPI (Serial Peripheral Interface,即串行外設(shè)接口 )控制器模i央102a6、MPU控制內(nèi)核模 塊102a9和接口模塊102al0。這些模塊也均通過高速片上通信總線相互連接并受MPU控制 內(nèi)核模塊的控制和調(diào)度。該引擎還包括SSRAM器件102all，其中SSRAM控制器模塊102a7 用于連接SSRAM器件102all，實(shí)現(xiàn)對(duì)基帶數(shù)據(jù)的緩存，SPI控制器模塊102a6可以控制符合 SPI協(xié)議規(guī)范的ADC1 102e、 ADC2 102d和DAC器件102b。 這里的寬帶基帶信號(hào)以20腿Z OF匿基帶信號(hào)為例，輸入信號(hào)處理模塊102al接收 來自ADC1 102e的OF匿數(shù)字基帶I/Q信號(hào)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)速率匹配以及格式轉(zhuǎn)換功能；
插值器模塊102a2用于采用插值的方法實(shí)現(xiàn)對(duì)OF匿基帶I/Q數(shù)據(jù)進(jìn)行插值達(dá)到 預(yù)失真處理帶寬，插值的倍數(shù)為f乂BW，其中fs為采樣時(shí)鐘，BW為基帶信號(hào)信道帶寬大??；
峰值削波模塊102a3實(shí)現(xiàn)對(duì)插值后的高速數(shù)據(jù)流中峰值平均功率比(PAPR)較高 的OF匿基帶I/Q信號(hào)的幅度進(jìn)行壓縮，達(dá)到一定的PAPR值大小OF匿基帶IA和QA信號(hào)，其 輸出寬帶基帶IA和QJ言號(hào)。 寬帶數(shù)字預(yù)失真器模塊102a4實(shí)現(xiàn)對(duì)經(jīng)過峰值削波模塊102a3處理后的寬帶OFDM 基帶IA和QJ言號(hào)進(jìn)行數(shù)字預(yù)失真和預(yù)處理實(shí)時(shí)操作，產(chǎn)生與寬帶射頻功率放大器103非線 性相反的預(yù)失真OF匿基帶IB和QB信號(hào)，糾正OF匿基帶IB和QB信號(hào)后就可以補(bǔ)償由寬帶 射頻功率放大器103和寬帶射頻發(fā)射機(jī)模塊的非線性所造成的失真，達(dá)到寬帶射頻功率放 大器103的非線性失真實(shí)時(shí)補(bǔ)償處理，同時(shí)，接收來自輸出矩陣模塊102a5的采樣OF匿基 帶Ie和Qe信號(hào)進(jìn)行比較并自適應(yīng)地調(diào)整數(shù)字預(yù)失真濾波器系數(shù)。 輸出矩陣模塊102a5分別完成與后級(jí)的數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器DAC 102b和模擬數(shù)字 轉(zhuǎn)換器ADC2 102d芯片的連接，實(shí)現(xiàn)輸出數(shù)據(jù)速率匹配和時(shí)序格式轉(zhuǎn)換功能，并對(duì)寬帶數(shù) 字預(yù)失真器模塊102a4已預(yù)失真的輸出OF匿基帶信號(hào)進(jìn)行插值、濾波，使得基帶數(shù)據(jù)滿足 DAC102b轉(zhuǎn)換要求，同時(shí)，接收反饋回來的模擬信號(hào)經(jīng)過ADC2 102d模數(shù)轉(zhuǎn)換后送給寬帶數(shù) 字預(yù)失真器模塊102a4。 MPU控制內(nèi)核模塊102a9完成輸入信號(hào)處理模塊102al、插值器模塊102a2、峰值削 波模塊102a3、寬帶數(shù)字預(yù)失真器模塊102a4和輸出矩陣模塊102a5的配置、管理、控制和監(jiān) 測(cè)以及運(yùn)行自適應(yīng)濾波算法計(jì)算出數(shù)字預(yù)失真濾波器系數(shù)；。
接口模塊102al0實(shí)現(xiàn)與控制管理模塊105的連接。 所述DMA控制器模塊102a8用于輸出矩陣模塊和SSRAM器件之間的數(shù)據(jù)搬移。
這里的寬帶數(shù)字預(yù)失真引擎主要對(duì)基帶下行IQ數(shù)據(jù)進(jìn)行接入并進(jìn)行預(yù)失真，產(chǎn) 生與功率放大器的非線性特性相反的曲線，已產(chǎn)生的預(yù)失真發(fā)射信號(hào)送給DAC 102b ;同
8時(shí)，經(jīng)過功放耦合反饋回來的模擬中頻信號(hào)送給ADC2 102d轉(zhuǎn)換為數(shù)字中頻信號(hào)，然后， DPD引擎模塊102a接收數(shù)字中頻信號(hào)進(jìn)行數(shù)字中頻處理，主要是數(shù)字下變頻、采樣速率轉(zhuǎn) 換、數(shù)字濾波等，接著進(jìn)入到DPD引擎模塊102a中的信號(hào)數(shù)據(jù)緩沖模塊(例如SSRAM器件 102all)進(jìn)行緩存； 寬帶數(shù)字預(yù)失真引擎采用基于多項(xiàng)式模型的預(yù)失真器內(nèi)核來實(shí)現(xiàn)；這里的AFA主 要是實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)濾波算法，從寬帶數(shù)字預(yù)失真引擎內(nèi)部的信號(hào)數(shù)據(jù)緩沖模塊(例如SSRAM 器件102all)中提取緩存數(shù)據(jù)進(jìn)入內(nèi)部的DSP處理器內(nèi)核進(jìn)行信號(hào)分析，動(dòng)態(tài)分析功率放 大器綜合動(dòng)態(tài)模型，運(yùn)用自適應(yīng)濾波算法計(jì)算出進(jìn)行預(yù)失真所需要的濾波器系數(shù)，產(chǎn)生寬 帶數(shù)字預(yù)失真引擎的校正系數(shù)，用于對(duì)基帶信號(hào)進(jìn)行預(yù)失真處理；自適應(yīng)濾波算法是采用 基于訓(xùn)練序列的RLS+LMS算法相組合的混合算法。 所述DAC 102b主要對(duì)數(shù)字寬帶數(shù)字預(yù)失真引擎處理后的預(yù)失真信號(hào)在DAC內(nèi)部 進(jìn)一步內(nèi)插，并且進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換，然后輸出一個(gè)零中頻的模擬基帶信號(hào)，DAC采用了 ADI公 司的雙通道16bit轉(zhuǎn)換速率為900MSPS的AD9788芯片； 寬帶射頻發(fā)射機(jī)模塊102c為零中頻架構(gòu)，其主要功能是把從DAC送來的寬帶 模擬基帶信號(hào)經(jīng)過模擬正交調(diào)制(Analog Quadrature Modulator,即AQM)直接變頻到 射頻頻段，然后經(jīng)過射頻濾波和放大，放大到一定的電平，輸出下行射頻信號(hào)到寬帶射 頻功率放大器103， AQM芯片采用ADI公司的ADL5374ACPZ，工作頻段為3. 5GHZ范圍， ADL5374ACPZ+AD9788組合解決方案可取代兩個(gè)RF上變頻級(jí)，從而省去了混頻器、緩沖放大 器和RF濾波器。與超外差解決方案相比，采用此架構(gòu)組合設(shè)計(jì)的RF發(fā)射機(jī)能夠節(jié)省PCB 尺寸、電源、組件以及成本； 寬帶射頻功率放大器103的主要功能是接收來自寬帶射頻發(fā)射機(jī)模塊102c的寬 帶RF信號(hào)，進(jìn)行功率放大后得到射頻輸出信號(hào)(RF OUT)并經(jīng)天線發(fā)射出去；
如圖3所示，是本發(fā)明中寬帶射頻模擬反饋回路模塊的結(jié)構(gòu)示意框圖。寬帶射頻 模擬反饋回路模塊104為超外差架構(gòu)，其主要功能是將寬帶射頻功率放大器103輸出的耦 合射頻信號(hào)，經(jīng)過寬帶射頻濾波器104a，寬帶混頻器104b模擬下變頻轉(zhuǎn)換成模擬中頻信 號(hào)，再經(jīng)過寬帶中頻聲表濾波器104c，寬帶中頻放大器104d，最后輸出給第二模數(shù)轉(zhuǎn)換器 ADC2數(shù)字化后進(jìn)入寬帶數(shù)字預(yù)失真引擎模塊；寬帶射頻濾波器104a對(duì)寬帶射頻功率放大 器103輸出的射頻信號(hào)耦合一部分能量進(jìn)行濾波，輸出滿足噪聲要求的射頻信號(hào)；寬帶混 頻器104b將射頻信號(hào)下變頻到模擬中頻信號(hào)；寬帶中頻聲表濾波器104c對(duì)寬帶混頻器 104b輸出的信號(hào)進(jìn)行濾波，提高其帶外抑制；寬帶中頻放大器104d將輸入的模擬中頻信號(hào) 進(jìn)行放大，補(bǔ)償前級(jí)聲表濾波器的插損；接收本振模塊104e為寬帶混頻器104b提供頻率和 功率、相噪及頻率穩(wěn)定度符合要求的本振信號(hào)。 所述ADC2102d主要對(duì)模擬中頻信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，ADC采用了 ADI公司的libit 轉(zhuǎn)換速率為200MSPS的AD80142芯片； 所述控制管理模塊105主要實(shí)現(xiàn)對(duì)寬帶射頻信號(hào)處理模塊、寬帶數(shù)字預(yù)失真DPD 數(shù)字單元、寬帶射頻功率放大器、寬帶射頻模擬反饋回路模塊的配置和狀態(tài)監(jiān)控?？刂乒?理模塊為微處理器CPU，接口為RS-232, RS-485或USB接口 ，例如采用USB專用接口芯片 FT245RL，實(shí)現(xiàn)將基站的DPD功放配置數(shù)據(jù)通過USB接口發(fā)送給DPD引擎模塊102a，同時(shí)，將 寬帶射頻功率放大器103的告警狀態(tài)信息通過USB接口上報(bào)給基站。
9
下面，簡(jiǎn)述數(shù)字預(yù)失真線性寬帶射頻功率放大器裝置的工作過程如下 首先，來自寬帶射頻收發(fā)信機(jī)的RF IN信號(hào)進(jìn)入寬帶射頻信號(hào)處理模塊101進(jìn)行
下變頻到模擬基帶信號(hào)處理； 然后，模擬基帶信號(hào)經(jīng)過ADCl(102e)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換為數(shù)字基帶信號(hào)后送給寬帶 DPD數(shù)字單元102中的DPD引擎模塊102a進(jìn)行數(shù)字預(yù)失真處理，產(chǎn)生的已預(yù)失真信號(hào)通過 雙通道DAC電路102b，在DAC內(nèi)部進(jìn)一步內(nèi)插，并且進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換，輸出模擬基帶信號(hào)后經(jīng) 過寬帶射頻發(fā)射機(jī)模塊102c直接上變頻到RF信號(hào)，寬帶射頻功率放大器103對(duì)其進(jìn)行放 大后送給天線輸出； 其次，從寬帶射頻功率放大器103輸出耦合出來的RF放大模擬信號(hào)的小部分 被提取進(jìn)行寬帶射頻模擬反饋回路模塊104的下變頻而得到模擬中頻信號(hào)，然后通過 ADC2(102d)進(jìn)行重采樣、濾波和重新數(shù)字化等處理后，進(jìn)入寬帶DPD數(shù)字單元102中的DPD 引擎模塊102a實(shí)現(xiàn)數(shù)字預(yù)失真算法分析和系數(shù)計(jì)算； 同時(shí)，控制管理模塊105主要對(duì)寬帶射頻信號(hào)處理模塊、寬帶數(shù)字預(yù)失真DPD數(shù)字 單元、寬帶射頻功率放大器、寬帶射頻模擬反饋回路模塊進(jìn)行配置和實(shí)時(shí)狀態(tài)監(jiān)控。
如圖4所示，是本發(fā)明的另一種數(shù)字預(yù)失真線性寬帶射頻功率放大器裝置示意框 圖。該裝置包括寬帶射頻信號(hào)處理單元106、寬帶DPD數(shù)字單元102和寬帶射頻功率放大 器(103)，其中寬帶DPD數(shù)字單元102包括數(shù)字預(yù)失真(DPD)引擎模塊102a、數(shù)模轉(zhuǎn)換器 (DAC)102b、第一模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADCl)102e、第二模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC2) 102d、控制管理模塊105 和寬帶射頻發(fā)射機(jī)模塊102c。其中寬帶射頻信號(hào)處理單元106包括寬帶射頻模擬反饋回路 模塊104和寬帶射頻信號(hào)處理模塊101。圖4所示裝置與圖1所示裝置的主要區(qū)別在于寬 帶射頻信號(hào)處理模塊和寬帶射頻模擬反饋回路模塊合并為寬帶射頻信號(hào)處理單元，控制管 理模塊也可以合并入寬帶DPD數(shù)字單元，相應(yīng)地，控制管理模塊105主要對(duì)寬帶射頻信號(hào)處 理單元、寬帶射頻功率放大器、寬帶射頻發(fā)射機(jī)模塊、DPD引擎模塊進(jìn)行配置和實(shí)時(shí)狀態(tài)監(jiān) 控。這樣可以節(jié)省裝置的體積，降低硬件成本。圖4中各個(gè)模塊的工作方式與圖1所示的 實(shí)施例中相同。 以上所述，僅為本發(fā)明最佳的具體實(shí)施方式
，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此， 任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換， 都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
一種數(shù)字預(yù)失真線性寬帶射頻功率放大器裝置，該裝置包括寬帶射頻信號(hào)處理模塊、寬帶數(shù)字預(yù)失真DPD數(shù)字單元、寬帶射頻功率放大器、寬帶射頻模擬反饋回路模塊和控制管理模塊，其中寬帶數(shù)字預(yù)失真DPD數(shù)字單元包括寬帶數(shù)字預(yù)失真引擎模塊、數(shù)模轉(zhuǎn)換器DAC、第一模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC1、第二模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC2和寬帶射頻發(fā)射機(jī)模塊；所述的寬帶射頻信號(hào)處理模塊用于接收射頻信號(hào)的輸入(RF IN)，并將其下變頻到基帶信號(hào)，然后輸出至所述ADC1；所述的ADC1用于對(duì)接收到的基帶信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，然后輸出至所述寬帶數(shù)字預(yù)失真引擎模塊；所述的寬帶數(shù)字預(yù)失真引擎模塊用于對(duì)來自ADC1的信號(hào)進(jìn)行預(yù)失真處理，將產(chǎn)生的預(yù)失真信號(hào)送給所述DAC；同時(shí)接收來自ADC2的反饋信號(hào)，根據(jù)該反饋信號(hào)實(shí)現(xiàn)數(shù)字預(yù)失真算法分析和系數(shù)計(jì)算；所述的DAC主要對(duì)數(shù)字預(yù)失真處理后的預(yù)失真信號(hào)在DAC內(nèi)部進(jìn)一步內(nèi)插，并且進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換，然后輸出一個(gè)零中頻的模擬基帶信號(hào)至所述寬帶射頻發(fā)射機(jī)模塊；所述的寬帶射頻發(fā)射機(jī)模塊用于將從DAC發(fā)送來的寬帶模擬基帶信號(hào)經(jīng)過模擬正交調(diào)制直接變頻到射頻頻段，然后經(jīng)過射頻濾波和放大，放大到一定的電平，輸出下行射頻信號(hào)到寬帶射頻功率放大器；所述的寬帶射頻功率放大器用于接收來自寬帶射頻發(fā)射機(jī)的寬帶射頻信號(hào)，進(jìn)行功率放大后產(chǎn)生射頻輸出信號(hào)(RF OUT)，經(jīng)天線發(fā)射出去；所述的寬帶射頻模擬反饋回路模塊主要用于對(duì)寬帶射頻功率放大器輸出的射頻信號(hào)耦合一部分能量進(jìn)行處理，以獲得數(shù)字預(yù)失真功率計(jì)算需要的模擬中頻信號(hào)，并輸出至所述ADC2；所述的ADC2用于對(duì)來自寬帶射頻模擬反饋回路模塊的模擬中頻信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，并輸出至寬帶數(shù)字預(yù)失真引擎模塊；所述的控制管理模塊主要實(shí)現(xiàn)對(duì)寬帶射頻信號(hào)處理模塊、寬帶數(shù)字預(yù)失真DPD數(shù)字單元、寬帶射頻功率放大器、寬帶射頻模擬反饋回路模塊的配置和狀態(tài)監(jiān)控。
2. —種數(shù)字預(yù)失真線性寬帶射頻功率放大器裝置，該裝置包括寬帶數(shù)字預(yù)失真DPD數(shù) 字單元、寬帶射頻功率放大器和寬帶射頻信號(hào)處理單元；其中寬帶數(shù)字預(yù)失真DPD數(shù)字單 元包括寬帶數(shù)字預(yù)失真引擎模塊、數(shù)模轉(zhuǎn)換器DAC、第一模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC1、第二模數(shù)轉(zhuǎn)換器 ADC2、寬帶射頻發(fā)射機(jī)模塊和控制管理模塊；其中寬帶射頻信號(hào)處理單元包括寬帶射頻信 號(hào)處理模塊和寬帶射頻模擬反饋回路模塊；所述的寬帶射頻信號(hào)處理模塊用于接收射頻信號(hào)的輸入(RF IN)，并將其下變頻到基 帶信號(hào)，然后輸出至所述ADC1;所述的ADC1用于對(duì)接收到的基帶信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，然后輸出至所述寬帶數(shù)字預(yù)失 真引擎模塊；所述的寬帶數(shù)字預(yù)失真引擎模塊用于對(duì)來自ADC1的信號(hào)進(jìn)行預(yù)失真處理，將產(chǎn)生的 預(yù)失真信號(hào)送給所述DAC ;同時(shí)接收來自ADC2的反饋信號(hào)，根據(jù)該反饋信號(hào)實(shí)現(xiàn)數(shù)字預(yù)失 真算法分析和系數(shù)計(jì)算；所述的DAC主要對(duì)數(shù)字預(yù)失真處理后的預(yù)失真信號(hào)在DAC內(nèi)部進(jìn)一步內(nèi)插，并且進(jìn)行 數(shù)模轉(zhuǎn)換，然后輸出一個(gè)零中頻的模擬基帶信號(hào)至所述寬帶射頻發(fā)射機(jī)模塊；所述的寬帶射頻發(fā)射機(jī)模塊用于將從DAC發(fā)送來的寬帶模擬基帶信號(hào)經(jīng)過模擬正交 調(diào)制直接變頻到射頻頻段，然后經(jīng)過射頻濾波和放大，放大到一定的電平，輸出下行射頻信 號(hào)到寬帶射頻功率放大器；所述的寬帶射頻功率放大器用于接收來自寬帶射頻發(fā)射機(jī)的寬帶射頻信號(hào)，進(jìn)行功率 放大后產(chǎn)生射頻輸出信號(hào)(RF OUT)，經(jīng)天線發(fā)射出去；所述的寬帶射頻模擬反饋回路模塊主要用于對(duì)寬帶射頻功率放大器輸出的射頻信號(hào) 耦合一部分能量進(jìn)行處理，以獲得數(shù)字預(yù)失真功率計(jì)算需要的模擬中頻信號(hào)，并輸出至所 述ADC2 ;所述的ADC2用于對(duì)來自寬帶射頻模擬反饋回路模塊的模擬中頻信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換， 并輸出至寬帶數(shù)字預(yù)失真引擎模塊；所述的控制管理模塊主要實(shí)現(xiàn)對(duì)寬帶射頻信號(hào)處理單元、寬帶射頻功率放大器、寬帶 射頻發(fā)射機(jī)模塊、寬帶數(shù)字預(yù)失真引擎模塊的配置和狀態(tài)監(jiān)控。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的裝置，其特征在于，所述的控制管理模塊為微處理器CPU, 接口為RS-232, RS-485或USB接口 ，實(shí)現(xiàn)將基站的數(shù)字預(yù)失真功放配置數(shù)據(jù)發(fā)送給寬帶數(shù) 字預(yù)失真引擎模塊，本振頻率配置數(shù)據(jù)發(fā)給寬帶射頻信號(hào)處理模塊和寬帶射頻模擬反饋回 路模塊，同時(shí)，將寬帶射頻功率放大器的告警狀態(tài)信息上報(bào)給基站。
4. 如權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，所述的寬帶射頻模擬反饋回路 模塊為超外差架構(gòu)，包括寬帶射頻濾波器、寬帶混頻器、寬帶中頻聲表濾波器、寬帶中頻放 大器和接收本振模塊；其中所述寬帶射頻濾波器對(duì)寬帶射頻功率放大器輸出的射頻信號(hào)耦 合一部分能量進(jìn)行濾波，輸出滿足噪聲要求的射頻信號(hào)至所述寬帶混頻器；所述寬帶混頻 器將射頻信號(hào)下變頻到模擬中頻信號(hào)，并輸出至寬帶中頻聲表濾波器；所述寬帶中頻聲表 濾波器對(duì)寬帶混頻器輸出的信號(hào)進(jìn)行濾波，提高其帶外抑制，然后輸出至寬帶中頻放大器； 寬帶中頻放大器將輸入的模擬中頻信號(hào)進(jìn)行放大，補(bǔ)償前級(jí)聲表濾波器的插損；另外，所述 接收本振模塊為寬帶混頻器提供需要的頻率和功率、相噪及頻率穩(wěn)定度符合要求的本振信號(hào)。
5. 如權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，所述的寬帶數(shù)字預(yù)失真引擎模 塊包括寬帶數(shù)字預(yù)失真引擎和自適應(yīng)濾波算法，采用單一的可編程邏輯器件來實(shí)現(xiàn)。
6. 如權(quán)利要求5中所述的裝置，其特征在于，所述的寬帶數(shù)字預(yù)失真引擎對(duì)來自ADC1 的信號(hào)進(jìn)行預(yù)失真處理，產(chǎn)生與功率放大器的非線性特性相反的曲線，然后將產(chǎn)生的預(yù)失 真信號(hào)發(fā)送至DAC ;同時(shí)，對(duì)來自ADC2的信號(hào)進(jìn)行數(shù)字中頻處理，主要是數(shù)字下變頻、采樣 速率轉(zhuǎn)換、數(shù)字濾波處理，處理后的數(shù)據(jù)用于數(shù)字預(yù)失真算法分析和系數(shù)計(jì)算。
7. 如權(quán)利要求5或6所述的裝置，其特征在于，所述寬帶數(shù)字預(yù)失真引擎包括輸入信號(hào) 處理模塊、插值器模塊、峰值削波模塊、寬帶數(shù)字預(yù)失真器模塊、輸出矩陣模塊、DMA控制器 模塊、SSRAM控制器模塊、SPI控制器模塊、MPU控制內(nèi)核模塊、接口模塊、以及SSRAM器件， 其中SSRAM控制器模塊用于連接SSRAM器件，實(shí)現(xiàn)對(duì)基帶數(shù)據(jù)的緩存，SPI控制器模塊控制 符合SPI協(xié)議規(guī)范的ADC1、 ADC2和DAC ;所述輸入信號(hào)處理模塊1接收來自ADC1的數(shù)字基帶1/Q信號(hào)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)速率匹配以及 格式轉(zhuǎn)換功能；所述插值器模塊用于采用插值的方法實(shí)現(xiàn)對(duì)基帶I/Q數(shù)據(jù)進(jìn)行插值達(dá)到預(yù)失真處理帶寬；峰值削波模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)插值后的高速數(shù)據(jù)流中峰值平均功率比(PAPR)較高的基帶I/Q 信號(hào)的幅度進(jìn)行壓縮，達(dá)到一定的PAPR值大小基帶IA和QA信號(hào)，其輸出寬帶基帶IA和QA 信號(hào)；寬帶數(shù)字預(yù)失真器模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)經(jīng)過峰值削波模塊處理后的寬帶基帶IA和QA信號(hào)進(jìn)行 數(shù)字預(yù)失真和預(yù)處理實(shí)時(shí)操作，產(chǎn)生與寬帶射頻功率放大器非線性相反的預(yù)失真基帶b和 Qe信號(hào)，糾正基帶Ie和Qe信號(hào)后就可以補(bǔ)償由寬帶射頻功率放大器和寬帶射頻發(fā)射機(jī)模塊 的非線性所造成的失真，同時(shí)，接收來自輸出矩陣模塊的采樣基帶Ic和QJ言號(hào)進(jìn)行比較并 自適應(yīng)地調(diào)整數(shù)字預(yù)失真濾波器系數(shù)；輸出矩陣模塊分別完成與后級(jí)的DAC和ADC2芯片的連接，實(shí)現(xiàn)輸出數(shù)據(jù)速率匹配和時(shí) 序格式轉(zhuǎn)換功能，并對(duì)寬帶數(shù)字預(yù)失真器模塊已預(yù)失真的輸出基帶信號(hào)進(jìn)行插值、濾波，使 得基帶數(shù)據(jù)滿足DAC轉(zhuǎn)換要求，同時(shí)，接收反饋回來的經(jīng)過ADC2模數(shù)轉(zhuǎn)換后的信號(hào)，然后送給寬帶數(shù)字預(yù)失真器模塊；MPU控制內(nèi)核模塊完成輸入信號(hào)處理模塊、插值器模塊、峰值削波模塊、寬帶數(shù)字預(yù)失 真器模塊和輸出矩陣模塊的配置、管理、控制和監(jiān)測(cè)以及運(yùn)行自適應(yīng)濾波算法計(jì)算出數(shù)字 預(yù)失真濾波器系數(shù)；接口模塊102al0實(shí)現(xiàn)與控制管理模塊105的連接；所述DMA控制器模塊102a8用于輸出矩陣模塊和SSRAM器件之間的數(shù)據(jù)搬移。
8. 如權(quán)利要求5-7中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，所述自適應(yīng)濾波算法用于進(jìn)行 信號(hào)分析，動(dòng)態(tài)分析功率放大器綜合動(dòng)態(tài)模型，運(yùn)用自適應(yīng)濾波算法計(jì)算出進(jìn)行預(yù)失真所 需要的濾波器系數(shù)，產(chǎn)生預(yù)失真的校正系數(shù)，用于對(duì)基帶信號(hào)進(jìn)行預(yù)失真處理。
9. 如權(quán)利要求5-8中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，所述的自適應(yīng)濾波算法采用基 于訓(xùn)練序列的RLS+LMS算法相組合的混合算法。
10. 如權(quán)利要求1-9中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，所述的寬帶射頻發(fā)射機(jī)模塊為 零中頻架構(gòu)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種可管理的數(shù)字預(yù)失真線性寬帶射頻功率放大器(ADPDWPA)裝置。該裝置包括寬帶射頻信號(hào)處理模塊、寬帶數(shù)字預(yù)失真DPD數(shù)字單元、寬帶射頻功率放大器、寬帶射頻模擬反饋回路模塊和控制管理模塊，其中寬帶數(shù)字預(yù)失真DPD數(shù)字單元包括寬帶數(shù)字預(yù)失真引擎模塊、DAC、ADC1、ADC2和寬帶射頻發(fā)射機(jī)模塊。該ADPDWPA裝置采用易于擴(kuò)展的模塊化結(jié)構(gòu)思想，具有高度的靈活性、成本低、可管理、開放性以及支持多種通信體制要求，只需要更換不同的模塊和升級(jí)不同的算法就可以應(yīng)用不同通信體制的基站系統(tǒng)中，也可應(yīng)用于下一代移動(dòng)通信基站系統(tǒng)中，為未來高效率的線性寬帶射頻功率放大器產(chǎn)業(yè)化提供可靠的應(yīng)用基礎(chǔ)。
文檔編號(hào)H03M1/66GK101741317SQ20091024158
公開日2010年6月16日 申請(qǐng)日期2009年11月26日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月26日
發(fā)明者余建國(guó), 朱宇霞, 王建新, 陳朝陽 申請(qǐng)人:北京北方烽火科技有限公司