專利名稱：用于預失真器的信號反饋回路和方法、以及功率放大設備的制作方法
技術領域：
本發明涉及非線性器件尤其是功率放大器的數字預失真線性化技術，特別涉及一種用于功率放大器預失真器的信號反饋回路和方法。
背景技術：
功率放大器作為模擬通信系統中的核心部件，其低功耗設計或者說高效率設計一直是一個熱點問題。數字基帶預失真方法利用反饋回來的畸變信息，在發送數字端預先補償放大器的非線性特性，比較容易實現自適應和高帶寬的非線性補償，成為預失真方法的首選之一。根據反饋信息的類型，可將預失真器分為矢量法和標量法。所謂矢量法是將通過放大器的畸變信號的幅度和相位信息完全保留，通過與未經過放大器的原始信號時延對齊做差，生成誤差信號。將誤差信號作為代價函數，采用自適應算法生成預失真器系數。這種方法對反饋回路的線性度要求高，反饋回路比較復雜。標量法則是將經過放大器的信號處理，將帶外功率或者帶內外功率比作為代價函數，也可以采用自適應算法，或者在多個固定表中選擇一個作為預失真器系數。這種方法不需要正交解調，反饋回路較矢量法簡單，但收斂速度可能較慢。本發明人通過調研已有標量法預失真器，發現目前標量法預失真器的反饋回路仍然存在模擬反饋回路復雜、模數轉換速率高的問題。例如，圖1和2分別示出了目前已知的用于標量法預失真器的反饋回路結構。如圖1所示，功率放大設備100包括預失真器101、數模轉換器(DA) 102、上變頻器 103、功率放大器104、耦合器105、下變頻器106、帶通濾波器(BPF) 107、功率計算器108、低通濾波器(LPF) 109、模數轉換器(AD)110、以及系數更新控制器111，其中由下變頻器106、 BPF 107、功率計算器108、LPF 109、AD 110、以及系數更新控制器111構成預失真器101的反饋回路。預失真器101可以用于對輸入信號進行預失真，輸出預失真信號。DA 102可以用于將預失真器101所輸出的預失真信號轉換為模擬信號(為基帶信號)。上變頻器103可以用于將從DA 102輸出的基帶信號上變頻為射頻信號。功率放大器104可以用于對上變頻器103輸出的射頻信號進行功率放大并輸出功率放大后的輸出信號。耦合器105可以用于將功率放大器104的輸出分支為兩路信號，一路信號作為輸出信號經由天線(未示出) 發送出去，另一路信號作為反饋信號輸入到反饋回路中。下變頻器106可以用于將耦合器 104輸出的反饋信號下變頻為基帶信號。BPF 107可以用于對下變頻器106進行下變頻所得到的基帶信號進行濾波，以抑制其中的主帶信號。功率計算器108可以用于計算BPF 107 進行濾波所得到的信號的功率，作為帶外功率。LPF 109可以用于對功率計算器108算出的帶外功率進行低通濾波，以得到平均帶外功率。AD 110可以用于對從LPF109輸出的平均帶外功率進行模數轉換。系數更新控制器111可以用于根據AD 110進行模數轉換所得到的數字平均帶外功率，更新預失真器101的系數。
在圖1所示的反饋回路中，模擬電路器件多，另外對BPF 107的帶內抑制性能要求嚴格(比如要求抑制帶內60dB)，如圖3(a)所示。這樣就需要高階的模擬濾波器，有著電路規模大的缺點。此外，如圖2所示，功率放大設備200包括預失真器101、數模轉換器(DA) 102、上變頻器103、功率放大器104、耦合器105、下變頻器106、模數轉換器(AD) 201、傅立葉變換單元(FFT)202、功率計算器203、以及系數更新控制器111，其中由下變頻器106、AD 201、 FFT 202、功率計算器203、以及系數更新控制器111構成預失真器101的反饋回路。除了 AD 20UFFT 202、功率計算器203以外，其余的各個單元分別與圖1所示的相應單元的功能相同，并用相同的附圖標記表示，在此省略其詳細描述。在圖2所示的反饋回路中，將帶外功率計算移至數字域，其中AD 201可以用于對下變頻器106進行下變頻所得到的基帶信號進行模數轉換，FFT 202可以通過對AD 201進行模數轉換所得到的數字信號進行傅立葉變換，從而得到信號頻譜。功率計算器203可以用于根據從FFT 202輸出的信號頻譜計算帶外功率。該方案雖然模擬器件少，但是對AD 的要求較高，如圖3(b)所示。對AD的動態范圍(如果考慮60dB的話，則至少需要有效比特數(ENOB) = 10比特的AD)和采樣速率(如果考慮到5次諧波失真的話，則需要5倍的上采速率)都有很高要求，這樣的AD往往造價昂貴，同時數字域的時鐘速率高。
發明內容
在下文中給出了關于本發明的簡要概述，以便提供關于本發明的某些方面的基本理解。但是，應當理解，這個概述并不是關于本發明的窮舉性概述。它并不是意圖用來確定本發明的關鍵性部分或重要部分，也不是意圖用來限定本發明的范圍。其目的僅僅是以簡化的形式給出關于本發明的某些概念，以此作為稍后給出的更詳細描述的前序。鑒于現有技術的上述情形，本發明的目的是提供一種用于功率放大器預失真器的信號反饋回路和方法、以及包括該信號反饋回路的功率放大設備，其能夠解決現有技術問題中的一個或多個。為了實現上述目的，根據本發明的一方面，提供了一種用于功率放大器預失真器的信號反饋回路，其包括下變頻器，用于將從功率放大器輸出的反饋信號下變頻為基帶信號或中頻信號；第一濾波器，用于對下變頻器進行下變頻所得到的基帶信號或中頻信號進行第一濾波，以對其中的主帶信號進行初步抑制，從而輸出第一濾波信號；模數轉換器，用于對從第一濾波器輸出的第一濾波信號進行模數轉換；第二濾波器，用于對模數轉換器進行模數轉換所得到的數字信號進行第二濾波，以對其中的主帶信號進行進一步抑制，從而輸出第二濾波信號；功率計算器，用于根據從第二濾波器輸出的第二濾波信號，計算反饋信號的帶外功率；以及系數更新控制器，用于根據由功率計算器算出的帶外功率，更新預失真器的系數。優選地，模數轉換器對第一濾波信號進行低速采樣，使得η次以上的諧波進行部分或全部疊加，其中η是大于或等于3的奇數。根據本發明的另一方面，還提供了一種用于功率放大器預失真器的信號反饋方法，包括以下步驟將從功率放大器輸出的反饋信號下變頻為基帶信號或中頻信號；對經過下變頻所得到的基帶信號或中頻信號進行第一濾波，以對其中的主帶信號進行初步抑
4制，從而輸出第一濾波信號；對第一濾波信號進行模數轉換；對經過模數轉換所得到的數字信號進行第二濾波，以對其中的主帶信號進行進一步抑制，從而輸出第二濾波信號；根據第二濾波信號，計算反饋信號的帶外功率；以及根據算出的帶外功率，更新預失真器的系數。優選地，對第一濾波信號進行模數轉換包括對第一濾波信號進行低速采樣，使得η 次以上的諧波進行部分或全部疊加，其中η是大于或等于3的奇數。根據本發明的另一方面，還提供了一種功率放大設備，其包括預失真器，用于對輸入信號進行預失真，輸出預失真信號；數模轉換器，用于將預失真器所輸出的預失真信號轉換為模擬基帶信號；上變頻器，用于將從數模轉換器輸出的模擬基帶信號上變頻為射頻信號；功率放大器，用于對上變頻器輸出的射頻信號進行功率放大并輸出功率放大后的輸出信號；耦合器，用于將功率放大器的輸出分支為兩路信號，一路信號作為輸出信號經由天線發送出去，另一路信號作為反饋信號輸入到如上所述的信號反饋回路中；以及如上所述的信號反饋回路。根據本發明的另一方面，還提供了用于實現上述信號反饋方法的計算機程序產
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ΡΠ O根據本發明的另一方面，還提供了計算機可讀介質，其上記錄有用于實現信號反饋方法的計算機程序代碼。根據本發明的上述技術方案，通過將部分模擬回路復雜度轉移到數字域的方法并且利用二級濾波結構降低了模數轉換的動態范圍要求，大大降低了模擬電路復雜度。另外， 利用低速AD產生的頻譜混疊，在不影響性能的情況下大大降低了對AD的速度要求。在性能沒有惡化的情況下，進一步降低了反饋回路的造價。
本發明可以通過參考下文中結合附圖所給出的詳細描述而得到更好的理解，其中在所有附圖中使用了相同或相似的附圖標記來表示相同或者相似的部件。所述附圖連同下面的詳細說明一起包含在本說明書中并形成說明書的一部分，用來進一步舉例說明本發明的優選實施例和解釋本發明的原理和優點。在附圖中圖1示出了現有技術的功率放大設備及其中的信號反饋回路的結構框圖；圖2示出了另一現有技術的功率放大設備及其中的信號反饋回路的結構框圖；圖3 (a)示意性地示出了在圖1的技術方案中對BPF的要求；圖3 (b)示意性地示出了在圖2的技術方案中對AD的要求；圖4示出了根據本發明實施例的功率放大設備及其中的信號反饋回路的結構框圖；圖5 (a)示出了模擬信號頻譜s (f)；圖5(b)示出了采樣后的頻譜(采樣速率>信號帶寬)；圖5 (C)示出了采樣后的頻譜(采樣速率<信號帶寬)；圖6示出了根據本發明實施例的示例性數字中頻實施方案；圖7示出了根據本發明實施例的示例性零中頻實施方案；以及圖8示出了根據本發明實施例的用于功率放大器預失真器的信號反饋方法的流程圖。本領域技術人員應當理解，附圖中的元件僅僅是為了簡單和清楚起見而示出的， 而且不一定是按比例繪制的。例如，附圖中某些元件的尺寸可能相對于其它元件放大了，以便有助于提高對本發明實施例的理解。
具體實施例方式在下文中將結合附圖對本發明的示范性實施例進行描述。為了清楚和簡明起見， 在說明書中并未描述實際實施方式的所有特征。然而，應該了解，在開發任何這種實際實施例的過程中必須做出很多特定于實施方式的決定，以便實現開發人員的具體目標，例如，符合與系統及業務相關的那些限制條件，并且這些限制條件可能會隨著實施方式的不同而有所改變。此外，還應該了解，雖然開發工作有可能是非常復雜和費時的，但對得益于本公開內容的本領域技術人員來說，這種開發工作僅僅是例行的任務。在此，還需要說明的一點是，為了避免因不必要的細節而模糊了本發明，在附圖中僅僅示出了與根據本發明的方案密切相關的裝置結構和/或處理步驟，而省略了與本發明關系不大的其它細節。下面參照附圖詳細描述根據本發明實施例的功率放大設備及其中的信號反饋回路。圖4示出了根據本發明實施例的功率放大設備400及其中的信號反饋回路的結構框圖。如圖4所示，功率放大設備400包括預失真器101、數模轉換器(DA) 102、上變頻器 103、功率放大器104、耦合器105、下變頻器106、第一濾波器401、AD 402、第二濾波器403、 功率計算器404、以及系數更新控制器111，其中由下變頻器106、第一濾波器401、AD 402、 第二濾波器403、功率計算器404、以及系數更新控制器111構成預失真器101的反饋回路。 除了第一濾波器401、AD 402、第二濾波器403、功率計算器404以外，其余的各個單元分別與圖1和2所示的相應單元的功能相同，并用相同的附圖標記表示，在此省略其詳細描述。第一濾波器401可以用于對下變頻器106進行下變頻所得到的基帶信號或中頻信號進行第一濾波，以對其中的主帶信號進行初步抑制(比如抑制主帶信號25dB)，從而輸出第一濾波信號，這樣可以降低AD 402的動態范圍要求。AD 402可以用于對從第一濾波器 401輸出的第一濾波信號進行模數轉換。第二濾波器403可以用于對AD 402進行模數轉換所得到的數字信號進行第二濾波，以對其中的主帶信號進行進一步抑制(比如再抑制主帶信號35dB)，從而輸出第二濾波信號。功率計算器404可以用于根據從第二濾波器403輸出的第二濾波信號，計算反饋信號的帶外功率。由于第一濾波器401只是初步抑制主帶信號， 對主帶信號抑制比要求不高，第一濾波器401電路規模較小。AD的動態范圍減小后，AD的比特數目可以大大降低。優選地，AD 402可以對第一濾波信號進行低速采樣，使得η次以上的諧波進行部分或全部疊加，其中η是大于或等于3的奇數。這樣，AD的采樣速率可以大大降低。為便于理解，首先回顧一下采樣定理若模擬信號(0，其對應的頻譜為乂江)。如果AD以采樣頻率fs采樣后，得到信號%)，其對應頻譜為力/；)。其對應頻譜為x、f、= x、f_nfs)因此原始模擬信號的頻
譜以間隔fs得到了周期性的延拓。當采樣頻率fs和信號帶寬X的關系不同時，頻譜的延拓情況不同，如圖5(a) (c)所示。本發明即利用了圖5(c)的情形，使得信號的η (η是大于或等于3的奇數)次以上諧波在采樣后全部或者部分疊加，然后再計算其功率。下面圖例中只考慮到5次諧波，然而，本領域的技術人員應當清楚，對于考慮到3 次以上的諧波失真依然適用。圖6給出了數字中頻方式的2個解決方案例子對于數字中頻方式，下變頻器106通常由混頻器601構成。第一個例子采用數字中頻fif = 2. 5X。采用帶阻濾波器將主帶信號初步抑制，然后采用2. 5X的AD采樣信號后，使得5次和3次諧波進行部分疊加，最后在數字域采用截止頻率fc = χ/2的高通濾波器濾出畸變信號。計算其功率后作為代價函數。另一個例子采用數字中頻fif = 1. 5X。采用帶阻濾波器將主帶信號初步抑制，然后采用3X的AD采樣信號后，使得5次和3次諧波進行部分疊加，最后在數字域采用截止頻率fc = X的高通濾波器濾出3階諧波信號。計算其功率后作為代價函數。仿真表明原來使用5X上采的ENOB = IObit的AD，采用圖7中的解決方案使用 2. 5X/1. 5X，ENOB = 4bit的AD可以得到幾乎相同的性能。圖7給出了零中頻方式的2個解決方案例子對于零中頻方式，下變頻器106通常由正交解調器701構成，以得到I/Q兩路信號信息。正交解調器701與混頻器相比更加復雜，由兩路混頻器cos (2 Jif t)/sin (2 Jif t) 構成。第一個例子采用帶阻濾波器將主帶信號初步抑制，然后采用2. 5X的AD采樣信號后，使得5次和3次諧波進行部分疊加，最后在數字域采用截止頻率fc = X/2的高通濾波器濾出畸變信號。計算其功率后作為代價函數。第二個例子采用帶阻濾波器將主帶信號初步抑制，然后采用1. 5X的AD采樣信號后，再采用截止頻率fc = X/2的高通濾波器濾出3次諧波信號。計算其功率后作為代價函數。上面結合附圖詳細描述了根據本發明實施例的功率放大設備及其中的信號反饋回路。下面將結合附圖描述根據本發明實施例的用于功率放大器預失真器的信號反饋方法。圖8示出了根據本發明實施例的用于功率放大器預失真器的信號反饋方法的流程圖。如圖8所示，首先，在步驟S801，將從功率放大器輸出的反饋信號下變頻為基帶信號或中頻信號。接下來，在步驟S802，對經過下變頻所得到的基帶信號或中頻信號進行第一濾波， 以對其中的主帶信號進行初步抑制，從而輸出第一濾波信號。接下來，在步驟S803，對第一濾波信號進行模數轉換。接下來，在步驟S804，對經過模數轉換所得到的數字信號進行第二濾波，以對其中的主帶信號進行進一步抑制，從而輸出第二濾波信號。
接下來，在步驟S805，根據第二濾波信號，計算反饋信號的帶外功率。最后，在步驟S806，根據在步驟S805算出的帶外功率，更新預失真器的系數。優選地，步驟S803的模數轉換處理包括對第一濾波信號進行低速采樣，使得η次以上的諧波進行部分或全部疊加，其中η是大于或等于3的奇數。該方法的上述步驟的其它可選實施方式前面已經作過詳細描述，在此不再重復說明。此外，顯然，根據本發明的上述方法的各個操作過程也可以以存儲在各種機器可讀的存儲介質中的計算機可執行程序的方式實現。而且，本發明的目的也可以通過下述方式實現將存儲有上述可執行程序代碼的存儲介質直接或者間接地提供給系統或設備，并且該系統或設備中的計算機或者中央處理單元(CPU)讀出并執行上述程序代碼。此時，只要該系統或者設備具有執行程序的功能，則本發明的實施方式不局限于程序，并且該程序也可以是任意的形式，例如，目標程序、解釋器執行的程序或者提供給操作系統的腳本程序等。上述這些機器可讀存儲介質包括但不限于各種存儲器和存儲單元，半導體設備， 磁盤單元例如光、磁和磁光盤，以及其它適于存儲信息的介質等。另外，計算機通過連接到因特網上的相應網站，并且將依據本發明的計算機程序代碼下載和安裝到計算機中然后執行該程序，也可以實現本發明。在本發明的裝置和方法中，顯然，各部件或各步驟是可以分解和/或重新組合的。 這些分解和/或重新組合應視為本發明的等效方案。并且，執行上述系列處理的步驟可以自然地按照說明的順序按時間順序執行，但是并不需要一定按照時間順序執行。某些步驟可以并行或彼此獨立地執行。以上雖然結合附圖詳細描述了本發明的實施例，但是應當明白，上面所描述的實施方式只是用于說明本發明，而并不構成對本發明的限制。對于本領域的技術人員來說，可以對上述實施方式作出各種修改和變更而沒有背離本發明的實質和范圍。因此，本發明的范圍僅由所附的權利要求及其等效含義來限定。
權利要求
1.一種用于功率放大器預失真器的信號反饋回路，包括下變頻器，用于將從功率放大器輸出的反饋信號下變頻為基帶信號或中頻信號； 第一濾波器，用于對下變頻器進行下變頻所得到的基帶信號或中頻信號進行第一濾波，以對其中的主帶信號進行初步抑制，從而輸出第一濾波信號；模數轉換器，用于對從第一濾波器輸出的第一濾波信號進行模數轉換； 第二濾波器，用于對模數轉換器進行模數轉換所得到的數字信號進行第二濾波，以對其中的主帶信號進行進一步抑制，從而輸出第二濾波信號；功率計算器，用于根據從第二濾波器輸出的第二濾波信號，計算反饋信號的帶外功率;以及系數更新控制器，用于根據由功率計算器算出的帶外功率，更新預失真器的系數。
2.如權利要求1所述的信號反饋回路，其中模數轉換器對第一濾波信號進行低速采樣，使得η次以上的諧波進行部分或全部疊加，其中η是大于或等于3的奇數。
3.如權利要求1所述的信號反饋回路，其中在數字中頻方式下，下變頻器由混頻器構成。
4.如權利要求1所述的信號反饋回路，其中在零中頻方式下，下變頻器由正交解調器構成。
5.一種用于功率放大器預失真器的信號反饋方法，包括以下步驟 將從功率放大器輸出的反饋信號下變頻為基帶信號或中頻信號；對經過下變頻所得到的基帶信號或中頻信號進行第一濾波，以對其中的主帶信號進行初步抑制，從而輸出第一濾波信號； 對第一濾波信號進行模數轉換；對經過模數轉換所得到的數字信號進行第二濾波，以對其中的主帶信號進行進一步抑制，從而輸出第二濾波信號；根據第二濾波信號，計算反饋信號的帶外功率；以及根據算出的帶外功率，更新預失真器的系數。
6.如權利要求5所述的信號反饋方法，其中對第一濾波信號進行模數轉換包括對第一濾波信號進行低速采樣，使得η次以上的諧波進行部分或全部疊加，其中η是大于或等于3 的奇數。
7.—種功率放大設備，包括預失真器，用于對輸入信號進行預失真，輸出預失真信號； 數模轉換器，用于將預失真器所輸出的預失真信號轉換為模擬基帶信號； 上變頻器，用于將從數模轉換器輸出的模擬基帶信號上變頻為射頻信號； 功率放大器，用于對上變頻器輸出的射頻信號進行功率放大并輸出功率放大后的輸出信號；耦合器，用于將功率放大器的輸出分支為兩路信號，一路信號作為輸出信號經由天線發送出去，另一路信號作為反饋信號輸入到如權利要求1-4中的任一項所述的信號反饋回路中；以及如權利要求1-4中的任一項所述的信號反饋回路。
全文摘要
本發明公開了一種用于預失真器的信號反饋回路和方法、以及功率放大設備，其中該信號反饋回路包括下變頻器，將反饋信號下變頻為基帶信號或中頻信號；第一濾波器，對基帶信號或中頻信號進行濾波，以對其中的主帶信號進行初步抑制，從而輸出第一濾波信號；模數轉換器，對第一濾波信號進行模數轉換；第二濾波器，對數字信號進行濾波，以對其中的主帶信號進行進一步抑制，從而輸出第二濾波信號；功率計算器，根據第二濾波信號，計算反饋信號的帶外功率；以及系數更新控制器，根據帶外功率，更新預失真器的系數。根據本發明的技術方案，通過將部分模擬回路復雜度轉移到數字域并利用二級濾波結構降低了模數轉換的動態范圍要求，降低了模擬電路復雜度。
文檔編號H03F1/34GK102163956SQ20101011486
公開日2011年8月24日 申請日期2010年2月24日 優先權日2010年2月24日
發明者周建民, 施展, 李輝, 王志奇 申請人:富士通株式會社