專利名稱：功率放大器及其預(yù)失真器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般地涉及非線性系統(tǒng)，特別是非線性功率放大器，尤其是無線通信系統(tǒng)的發(fā)射機(jī)(比如基站和移動臺)中使用的非線性功率放大器。更具體地說，本發(fā)明涉及用于非線性功率放大器的預(yù)失真器以及使用預(yù)失真器的功率放大設(shè)備，其主要利用數(shù)字技術(shù)在基帶實(shí)現(xiàn)預(yù)失真，以彌補(bǔ)非線性功率放大器的無記憶非線性特性和記憶特性。
背景技術(shù)：
作為非線性系統(tǒng)的典型代表，功率放大器是很多電子設(shè)備的重要組成部分，它可以將微弱的電信號放大，以滿足遠(yuǎn)程傳輸?shù)男枰?。其中，放大的能量來自于直流電源，即功率放大器可以將直流能量轉(zhuǎn)化為交流信號，使得交流信號的功率強(qiáng)度滿足需要。功率放大器將直流能量轉(zhuǎn)換為交流能量的比例被稱作功率放大器的效率。根據(jù)功率放大器的物理特性，隨著輸入信號的功率由小到大,反映功率放大器的輸入信號與輸出信號的功率關(guān)系的特性曲線可以分為線性區(qū)、非線性區(qū)和飽和區(qū)。

圖1示出功率放大器的非線性輸入輸出信號特性。在輸入信號Vin幅度較小的區(qū)域，功率放大器PA的輸出Vott幾乎是輸入信號Vin的線性放大，但是隨著輸入信號Vin幅度的增大，功率放大器的非線性特性逐漸明顯直到最后飽和。該非線性表現(xiàn)為在時域上，輸出信號不是輸入信號的理想放大；該非線性表現(xiàn)為在頻域上，由于交調(diào)作用，被放大的信號的帶外出現(xiàn)頻譜展寬(旁瓣升高)，帶內(nèi)則出現(xiàn)畸變(主瓣畸變)，如圖2所示，顯示了由非線性功率放大器所引起的頻譜展寬。頻譜展寬會影響工作于相鄰信道的其它設(shè)備的正常運(yùn)行。理想情況下，希望功率放大器僅僅起到線性放大的作用，即輸出信號只是輸入信號的簡單線性放大，因此讓功率放大器工作在線性區(qū)。但是此時功率放大器將直流信號轉(zhuǎn)換為交流信號的效率非常低，造成大量能量的浪費(fèi)，并且需要增加額外的散熱設(shè)備。由于物理上的原因，當(dāng)輸入信號的包絡(luò)波動深入至非線性區(qū)，功率放大器的效率將會遠(yuǎn)高于僅在線性區(qū)波動時的情形。而隨著新式調(diào)制方式的出現(xiàn)，信號包絡(luò)的動態(tài)范圍越來越大，因此發(fā)生非線性畸變不可避免。因此，一方面為了提高功率放大器的效率，另一方面由于很多現(xiàn)代通信系統(tǒng)中的信號都有很大的動態(tài)范圍(峰均功率比)，所以功率放大器往往需要在非線性區(qū)工作，從而導(dǎo)致輸出信號的畸變(在頻域上，帶內(nèi)出現(xiàn)畸變，帶外則出現(xiàn)頻譜展寬)。在功率放大器領(lǐng)域，通常將這種當(dāng)前輸出僅受當(dāng)前輸入影響的非線性功率放大器的畸變稱作功率放大器的無記憶非線性特性。在眾多克服功率放大器非線性特性的方法中，基帶預(yù)失真是一種備受關(guān)注的方法。如圖3所示，示出用于抵消圖1所示的非線性特性的用于功率放大器的預(yù)失真器的輸入輸出信號特性的示意圖?；鶐ьA(yù)失真技術(shù)通過使用預(yù)失真器ro模擬功率放大器的逆特性，使原始輸入信號Vin在輸入到功率放大器之前發(fā)生預(yù)畸變，從而補(bǔ)償功率放大器的非線性，并在功率放大器的輸出端獲得沒有畸變的放大輸出信號VOTT。具有預(yù)失真處理功能的功率放大器的輸入輸出信號特性直到接近飽和區(qū)之前均表現(xiàn)出非常好的線性特性，如圖4所示，示出設(shè)置有預(yù)失真器的功率放大器的輸入輸出信號特性的示意圖。但是，很多工作良好的預(yù)失真器都針對單音信號或者窄帶頻率信號。也就是說，大都用于補(bǔ)償上面所提到的功率放大器的無記憶非線性。然而，隨著信號的帶寬越來越寬，功率放大器又表現(xiàn)出一定的記憶特性(頻率選擇性)，即當(dāng)前的輸出信號不僅與當(dāng)前的輸入信號有關(guān)，還與之前的輸入信號有關(guān)，如圖5所示，示出具有記憶特性的非線性功率放大器的輸入輸出信號特性的示意圖。功率放大器的記憶特性在其輸出上表現(xiàn)為載波附近的非對稱頻譜，如圖6所示，示出由具有記憶特性的非線性功率放大器所放大的信號的頻譜示意圖。也就是說，失真所導(dǎo)致的頻譜對于中心載波來說是非對稱的。因此，為了準(zhǔn)確地模擬具有上述記憶特性的功率放大器的逆特性，就必須采用更加復(fù)雜的結(jié)構(gòu)和方法來對功率放大器的逆特性進(jìn)行建模和參數(shù)估計(jì)，以便實(shí)現(xiàn)預(yù)失真。目前用于同時補(bǔ)償功率放大器的無記憶非線性特性和記憶特性兩者的技術(shù)主要包括記憶多項(xiàng)式模型和查詢表方法。記憶多項(xiàng)式模型是Volterra模型的簡化模型。Volterra模型采用Volterra級數(shù)來對非線性系統(tǒng)進(jìn)行精確建模，通過仿真功率放大器的逆Volterra級數(shù)模型從理論上可以抵消功率放大器的無記憶非線性特性和記憶特性。雖然Volterra模型對于抵消功率放大器的無記憶非線性特性和記憶特性非常有效，但是其物理實(shí)現(xiàn)幾乎是不可能的，因?yàn)樾枰褂脧?fù)雜的公式，并且需要巨量的數(shù)學(xué)運(yùn)算。為此，提出了簡化的Volterra模型，S卩，記憶多項(xiàng)式模型。如圖7所示，示出根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)使用記憶多項(xiàng)式模型對具有記憶特性的非線性功率放大器的輸入信號進(jìn)行預(yù)失真處理的示意圖，其中記憶多項(xiàng)式模型使用與當(dāng)前輸入和先前輸入相關(guān)的多項(xiàng)式函數(shù)表示輸出。抵消功率放大器的非線性的能力取決于所使用的先前輸入的數(shù)量和多項(xiàng)式的階數(shù)。非線性多項(xiàng)式的非線性(多階)能夠描述功率放大器的非線性特性，而多項(xiàng)式在不同時延點(diǎn)上的重復(fù)使用能夠描述功率放大器的記憶特性。然而，不同時延點(diǎn)上的多項(xiàng)式之間的相關(guān)性會嚴(yán)重影響預(yù)失真器的訓(xùn)練，最終影響到對功率放大器的無記憶非線性特性和記憶特性的補(bǔ)償能力。查詢表方法則是根據(jù)功率放大器的當(dāng)前輸出與其當(dāng)前輸入和先前輸入之間的關(guān)系，將功率放大器的逆特性制成查詢表，從而在對輸入信號進(jìn)行功率放大之前利用從查詢表中得到的加權(quán)系數(shù)對輸入信號進(jìn)行預(yù)失真，由此抵消功率放大器的非線性特性和記憶特性。如圖8所示，示出根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)使用二維查詢表對具有記憶特性的非線性功率放大器的輸入信號進(jìn)行預(yù)失真處理的示意圖。通過使用查詢表，有效地提高了預(yù)失真器的處理速度，并有利于軟件的實(shí)現(xiàn)。但查詢表的數(shù)據(jù)源自對預(yù)失真器的訓(xùn)練結(jié)果，因此也受到不同時延點(diǎn)上的多項(xiàng)式之間的相關(guān)性的影響。對于類似于非線性功率放大器的其它非線性系統(tǒng)也存在以上類似的技術(shù)問題。

發(fā)明內(nèi)容
在下文中給出了關(guān)于本發(fā)明的簡要概述，以便提供關(guān)于本發(fā)明的某些方面的基本理解。應(yīng)當(dāng)理解，這個概述并不是關(guān)于本發(fā)明的窮舉性概述。它并不是意圖確定本發(fā)明的關(guān)鍵或重要部分，也不是意圖限定本發(fā)明的范圍。其目的僅僅是以簡化的形式給出某些概念，以此作為稍后論述的更詳細(xì)描述的前序本發(fā)明的目的是提供一種用于功率放大器的預(yù)失真器，能夠改善預(yù)失真器對功率放大器的無記憶非線性特性和記憶特性的補(bǔ)償能力。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供一種用于功率放大器的預(yù)失真器，所述預(yù)失真器包括預(yù)定數(shù)量的子預(yù)失真器；每一個所述子預(yù)失真器包括無時延的基函數(shù)、一個或更多個有時延的基函數(shù)，所述無時延的基函數(shù)的輸出與所述有時延的基函數(shù)的輸出的線性組合構(gòu)成子預(yù)失真器的輸出；所述預(yù)定數(shù)量的子預(yù)失真器的輸出之和構(gòu)成預(yù)失真器的輸出；其中，每個子預(yù)失真器內(nèi)的無時延的基函數(shù)與有時延的基函數(shù)彼此正交。根據(jù)本發(fā)明的一個具體實(shí)施例，每個子預(yù)失真器內(nèi)的有時延的基函數(shù)是同一子預(yù)失真器內(nèi)的無時延的基函數(shù)與所述無時延的基函數(shù)的時延型式的線性組合，所述線性組合的系數(shù)使得每個子預(yù)失真器內(nèi)的無時延的基函數(shù)與有時延的基函數(shù)彼此正交。根據(jù)本發(fā)明的一個具體實(shí)施例，通過極小化協(xié)方差矩陣企〃屮的非對角元素或條
件數(shù)來獲得所述線性組合的系數(shù)U，其中，
權(quán)利要求
1.一種用于功率放大器的預(yù)失真器，所述預(yù)失真器包括預(yù)定數(shù)量的子預(yù)失真器；每一個所述子預(yù)失真器包括無時延的基函數(shù)、一個或更多個有時延的基函數(shù)，所述無時延的基函數(shù)的輸出與所述有時延的基函數(shù)的輸出的線性組合構(gòu)成子預(yù)失真器的輸出；所述預(yù)定數(shù)量的子預(yù)失真器的輸出之和構(gòu)成預(yù)失真器的輸出；其特征在于，每個子預(yù)失真器內(nèi)的無時延的基函數(shù)與有時延的基函數(shù)彼此正交。
2.如權(quán)利要求1所述的預(yù)失真器，其中，每個子預(yù)失真器內(nèi)的有時延的基函數(shù)是同一子預(yù)失真器內(nèi)的無時延的基函數(shù)與所述無時延的基函數(shù)的時延型式的線性組合，所述線性組合的系數(shù)使得每個子預(yù)失真器內(nèi)的無時延的基函數(shù)與有時延的基函數(shù)彼此正交。
3.如權(quán)利要求2所述的預(yù)失真器，其中，通過極小化協(xié)方差矩陣的非對角元素或條件數(shù)來獲得所述線性組合的系數(shù)U，其中，
4.一種功率放大設(shè)備,包括: 預(yù)失真器，用于對原始輸入信號進(jìn)行預(yù)失真，輸出預(yù)失真輸入信號； 數(shù)模轉(zhuǎn)換器，用于將預(yù)失真器所輸出的預(yù)失真輸入信號轉(zhuǎn)換為模擬信號； 上變頻器，用于將從數(shù)模轉(zhuǎn)換器輸出的模擬信號上變頻為射頻信號；以及功率放大器，用于對上變頻器輸出的射頻信號進(jìn)行功率放大并輸出功率放大后的信號作為輸出信號； 其中，所述預(yù)失真器的結(jié)構(gòu)與根據(jù)權(quán)利要求1-3之一所述的用于功率放大器的預(yù)失真器的結(jié)構(gòu)相同。
5.一種用于功率放大器的預(yù)失真方法，包括如下步驟: 使用預(yù)定數(shù)量的子預(yù)失真模塊對輸入信號進(jìn)行處理，并將各個子預(yù)失真模塊的輸出之和輸出給功率放大器； 其中，每一個所述子預(yù)失真模塊包括無時延模塊、一個或更多個有時延模塊，所述處理包括: 所述無時延模塊計(jì)算無時延的基函數(shù)作用于輸入信號的結(jié)果作為所述無時延模塊的輸出； 所述有時延模塊計(jì)算有時延的基函數(shù)作用于輸入信號的結(jié)果作為所述有時延模塊的輸出；以及 計(jì)算所述子預(yù)失真模塊內(nèi)的所述無時延模塊的輸出與所述一個或更多個有時延模塊的輸出的線性組合作為所述子預(yù)失真模塊的輸出； 其特征在于，每個子預(yù)失真模塊內(nèi)的無時延的基函數(shù)與有時延的基函數(shù)彼此正交。
6.如權(quán)利要求5所述的預(yù)失真方法，其中，每個子預(yù)失真模塊內(nèi)的有時延的基函數(shù)是同一子預(yù)失真模塊內(nèi)的無時延的基函數(shù)與所述無時延的基函數(shù)的時延型式的線性組合，所述線性組合的系數(shù)使得每個子預(yù)失真模塊內(nèi)的無時延的基函數(shù)與有時延的基函數(shù)彼此正交。
7.如權(quán)利要求6所述的預(yù)失真方法，其中，通過極小化協(xié)方差矩陣金的非對角元素或條件數(shù)來獲得所述線性組合的系數(shù)U，其中，
8.一種功率放大方法,包括: 對原始輸入信號進(jìn)行預(yù)失真，輸出預(yù)失真輸入信號； 將預(yù)失真輸入信號轉(zhuǎn)換為模擬信號； 將模擬信號上變頻為射頻信號；以及 對射頻信號進(jìn)行功率放大并輸出功率放大后的信號作為輸出信號；其中，所述預(yù)失真步 驟采用根據(jù)權(quán)利要求5-7之一所述的預(yù)失真方法。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種功率放大器及其預(yù)失真器，所述預(yù)失真器包括預(yù)定數(shù)量的子預(yù)失真器；每一個所述子預(yù)失真器包括無時延的基函數(shù)、一個或更多個有時延的基函數(shù)，所述無時延的基函數(shù)的輸出與所述有時延的基函數(shù)的輸出的線性組合構(gòu)成子預(yù)失真器的輸出；所述預(yù)定數(shù)量的子預(yù)失真器的輸出之和構(gòu)成預(yù)失真器的輸出；其中，每個子預(yù)失真器內(nèi)的無時延的基函數(shù)與有時延的基函數(shù)彼此正交。
文檔編號H03F1/32GK103187932SQ20111045919
公開日2013年7月3日 申請日期2011年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月31日
發(fā)明者施展, 李輝, 周建民 申請人:富士通株式會社