數字預失真裝置以及方法

2023-05-16 18:41:46

數字預失真裝置以及方法
【專利摘要】本發明實施例提供一種數字預失真裝置以及方法，該數字預失真裝置包括：非線性器件，用於補償信號的非線性特性；記憶效應補償器，用於補償信號的記憶效應特性；恆值特性獲取器，對反饋信號進行處理以獲取信號的恆值特性信息；代價函數生成器，根據獲取的恆值特性信息以及預設值計算預失真的代價函數，其中預設值根據信號的調製方式而預先獲得；係數更新器，根據代價函數對非線性器件的係數以及記憶效應補償器的係數進行更新。通過本發明實施例，不僅可以補償信號的非線性和記憶效應畸變，而且結構簡單且造價較低。
【專利說明】數字預失真裝置以及方法

【技術領域】
[0001] 本發明涉及數字預失真【技術領域】，尤其涉及一種補償非線性和記憶效應畸變的數 字預失真裝置以及方法。

【背景技術】
[0002] 功率放大器（PA,PowerAmplifier)是電子設備中的重要組成部分，它可以對微弱 的電信號實現功率放大，以滿足傳輸、發射的需要。理想情況下希望PA的輸出信號是輸入 信號的理想放大，但是由於物理上的原因，PA往往會引入非線性，也就是說輸入信號除了被 放大，還增加了一些額外的不需要的信號。為了實現理想放大，PA的這種非線性必須進行 補償和矯正。
[0003] 數字預失真（DPD，DigitalPre-Distortion)技術就是一種有效的預補償電子設 備非線性的技術手段。自適應預失真技術可以根據反饋回來的PA輸出信號自適應調整預 失真器的係數，實現預補償。
[0004] 圖1是現有技術中一個數字預失真裝置的部分結構示意圖。如圖1所示，該數字預 失真裝置可以包括數字預失真單元101、信號發送單元102、反饋單元103、數字濾波器104、 和預失真係數單元105等。
[0005] 其中，信號發送單元102可以包括數模轉換器（DAC，DigitalAnalogConverter) 1021、正交調製器（QM0D，QuadratureModulator) 1022、可變增益放大器（VGA，Variable GainAmplifier) 1023、功率放大器（ΗΡΑ) 1024等等。反饋單元103可以包括正交解調器 (QDM0D，QuadratureDemodulator) 1031、模數轉換器（ADC，AnalogDigitalConverter) 1032等。數字濾波器104可以包括數字帶通濾波器（DBPF，DigitalBandPassFilter)、 數字高通濾波器（DHPF，DigitalHighPassFilter)等。預失真係數單元105可以包括代 價函數計算單元1051、係數更新單元1052等等。
[0006] 另一方面，隨著發送信號的帶寬增大，PA還呈現出"記憶效應"，即PA當前的輸出 信號不僅和當前的輸入信號有關，還和以前的輸入信號有關。其幅度和相位特性表現出"發 胖"，圖2和圖3分別示出了包含記憶效應的功率放大器的幅度（AM)特性和相位（PM)特性。 非線性和記憶效應將會破壞發送信號，影響信號接收質量和幹擾鄰近信道信號，因此需要 設法克服和補償。
[0007] 但是，發明人發現在現有技術中，很多預失真的處理沒有考慮到記憶效應的影響， 而在考慮到記憶效應的方案中，一般需要反饋完整的IQ兩路信號並與原始參考信號（覆信 號）進行比較。
[0008] 圖4是現有技術中另一個數字預失真裝置的部分結構示意圖。如圖4所示，該數 字預失真裝置需要正交解調器和兩路模數轉換器，以及相應的對抗IQ不平衡的措施，還需 要數據同步設備和方法；因此造價比較高。
[0009] 應該注意，上面對技術背景的介紹只是為了方便對本發明的技術方案進行清楚、 完整的說明，並方便本領域技術人員的理解而闡述的。不能僅僅因為這些方案在本發明的

【背景技術】部分進行了闡述而認為上述技術方案為本領域技術人員所公知。


【發明內容】

[0010] 本發明實施例提供一種數字預失真裝置以及方法，目的在於利用標量法（即只使 用一路反饋信號而不用參考信號）來克服非線性和記憶效應，從而簡單有效地改善發射信 號的質量。
[0011] 根據本發明實施例的一個方面，提供一種數字預失真裝置，所述數字預失真裝置 包括：
[0012] 非線性器件，用於補償信號的非線性特性；
[0013] 記憶效應補償器，用於補償所述信號的記憶效應特性；
[0014] 恆值特性獲取器，對反饋信號進行處理以獲取所述信號的恆值特性信息；
[0015] 代價函數生成器，根據獲取的所述恆值特性信息以及預設值計算預失真的代價函 數，其中所述預設值根據所述信號的調製方式而預先獲得；
[0016] 係數更新器，根據所述代價函數對所述非線性器件的係數以及所述記憶效應補償 器的係數進行更新。
[0017] 根據本發明實施例的另一個方面，提供一種數字預失真方法，使用非線性器件來 補償信號的非線性特性以及使用記憶效應補償器來補償信號的記憶效應特性，所述數字預 失真方法包括：
[0018] 對反饋信號進行處理以獲取所述信號的恆值特性信息；
[0019] 根據獲取的所述恆值特性信息以及預設值計算預失真的代價函數，其中所述預設 值根據所述信號的調製方式而預先獲得；
[0020] 根據所述代價函數對所述非線性器件的係數以及所述記憶效應補償器的係數進 行更新。
[0021] 本發明的有益效果在於：根據信號的恆值特性信息以及預設值計算預失真的代價 函數，並更新非線性器件和記憶效應補償器的參數。不僅可以補償信號的非線性和記憶效 應畸變，而且結構簡單且造價較低，能夠簡單有效地改善發射信號的質量。
[0022] 參照後文的說明和附圖，詳細公開了本發明的特定實施方式，指明了本發明的原 理可以被採用的方式。應該理解，本發明的實施方式在範圍上並不因而受到限制。在所附 權利要求的精神和條款的範圍內，本發明的實施方式包括許多改變、修改和等同。
[0023] 針對一種實施方式描述和/或示出的特徵可以以相同或類似的方式在一個或更 多個其它實施方式中使用，與其它實施方式中的特徵相組合，或替代其它實施方式中的特 徵。
[0024] 應該強調，術語"包括/包含"在本文使用時指特徵、整件、步驟或組件的存在，但 並不排除一個或更多個其它特徵、整件、步驟或組件的存在或附加。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0025] 圖1是現有技術中一個數字預失真裝置的部分結構示意圖；
[0026] 圖2是示出了包含記憶效應的功率放大器的幅度特性的一示意圖；
[0027] 圖3是示出了包含記憶效應的功率放大器的相位特性的一示意圖；
[0028] 圖4是現有技術中另一個數字預失真裝置的部分結構示意圖；
[0029] 圖5是I/Q路信號的恆值特性的一示意圖；
[0030] 圖6是信號模值的恆值特性的一示意圖；
[0031] 圖7是Hammerstein模型的一不意圖；
[0032] 圖8是Weiner模型的一示意圖；
[0033]圖 9 是WeinerHammerstein模型的一不意圖；
[0034] 圖10是本發明實施例的數字預失真裝置的一構成示意圖；
[0035] 圖11是本發明實施例的數字預失真裝置的另一構成示意圖；
[0036] 圖12是本發明實施例的使用SEVM進行係數更新的一示意圖；
[0037] 圖13是本發明實施例的數字預失真裝置的另一構成示意圖；
[0038] 圖14是本發明實施例的數字預失真裝置的另一構成示意圖；
[0039] 圖15是本發明實施例的使用SEVM進行係數更新的另一示意圖；
[0040] 圖16是本發明實施例的數字預失真裝置的另一構成示意圖；
[0041] 圖17是本發明實施例的數字預失真裝置的另一構成示意圖；
[0042] 圖18是本發明實施例的使用SEVM進行係數更新的另一示意圖；
[0043] 圖19是本發明實施例的數字預失真裝置的另一構成示意圖；
[0044] 圖20是本發明實施例的使用SEVM進行係數更新的另一示意圖；
[0045] 圖21是本發明實施例的數字預失真方法的一流程示意圖。

【具體實施方式】
[0046] 參照附圖，通過下面的說明書，本發明的前述以及其它特徵將變得明顯。在說明書 和附圖中，具體公開了本發明的特定實施方式，其表明了其中可以採用本發明的原則的部 分實施方式，應了解的是，本發明不限於所描述的實施方式，相反，本發明包括落入所附權 利要求的範圍內的全部修改、變型以及等同物。
[0047] 現代通信系統中多採用正交幅度調製（QAM,QuadratureAmplitudeModulation) 調製方式，其顯著特徵是：只要知道信號的具體調製方式(例如16QAM、64QAM等)，就可以明 確地知道同相（I，In-phase)/正交（Q，Quadrature)路或模值所對應的具體恆定數值，也就 是說QAM信號具有恆值特性。
[0048] 以64QAM信號為例，圖5是I/Q路信號的恆值特性的一示意圖，圖6是信號模值的 恆值特性的一示意圖。如圖5或6所示，對於64QAM信號，可以明確地獲得I/Q路或模值對 應的具體恆定數值。
[0049] 對於二值相移監控（BPSK，BinaryPhaseShiftKeying)信號也有類似特性。關 於信號的恆值特性的概念定義或具體內容，可以參考現有技術。以下僅以QAM信號為例，對 本發明進行進一步說明。但本發明不限於此，例如也可以適用於具有恆值特性的其他信號。
[0050] 另一方面，關於補償非線性（NL，Non-Linear)和記憶效應的預失真器，可以有 三類常用的預失真器模型：Hammerstein模型、Weiner模型以及Weiner-Hammerstein 模型。圖7是Hammerstein模型的一示意圖；圖8是Weiner模型的一示意圖；圖9是 Weiner-Hammerstein模型的一不意圖。
[0051] 如圖7至9所示，NL表示非線性器件，FIR表示有限衝擊響應（FIR，FiniteImpulse Response)濾波器。可以使用NL來補償信號的非線性特性，使用FIR濾波器來補償信號的 記憶效應特性。關於上述三種模型以及NL和FIR的具體內容，可以參考現有技術。
[0052] 以下僅以Hammerstein模型為例對本發明進行說明，但本發明不限於此，還可以 應用於Weiner模型以及Weiner-Hammerstein模型等，例如還可以是記憶多項式、人工神 經網等模型。此外，值得注意的是，本發明中的記憶效應補償器僅以FIR濾波器為例，但本 發明不限於此，例如還可以採用其他的進行記憶效應補償的器件，如無限衝擊響應（IIR， InfiniteImpulseResponse)濾波器等等。
[0053] 實施例1
[0054] 本發明實施例提供一種數字預失真裝置，以Hammerstein模型以及FIR濾波器為 例進行說明。圖10是本發明實施例的數字預失真裝置的一構成示意圖。
[0055] 如圖10所示，該數字預失真裝置1000包括：數字預失真器100、恆值特性獲取器 1003、代價函數生成器1004以及係數更新器1005。其中，數字預失真器100包括非線性器 件1001和FIR濾波器1002。值得注意的是，為簡單起見，圖10僅示出了部分部件，其他沒 有示出的部件可以參考現有技術。
[0056] 其中，非線性器件1001用於補償信號的非線性特性；FIR濾波器1002用於補償信 號的記憶效應特性；恆值特性獲取器1003對反饋信號進行處理以獲取信號的恆值特性信 息；代價函數生成器1004根據獲取的恆值特性信息以及預設值計算預失真的代價函數，其 中預設值根據信號的調製方式而預先獲得；係數更新器1005根據代價函數對非線性器件 1001的係數以及FIR濾波器1002的係數進行更新。
[0057] 如圖10所示，數字預失真器包括非線性器件1001和FIR濾波器1002,採用的是 Hammerstein模型。但本發明不限於此，還可以採用其他模型。其中，FIR濾波器1002的系 數可以包括α，β，Y;關於非線性器件1001和FIR濾波器1002的具體內容可以參考現有 技術。
[0058] 在本實施例中，根據信號的具體的調製方式(例如64QAM)可以獲得I/Q路或模值 所對應的恆值特性信息，因此可以根據信號的調製方式而預先獲得預設值。以64QAM為 例，對應I/Q信號的預設值可以是"_7、-5、-3、_1、1、3、5、7"；對應模值的預設值可以是 "ν?、Υ?5、vll、vM、vMhvmv^l、vT?、VfB'以 16QAM為例，對應I/Q信號的預設值 可以是"-3、_1、1、3";等等，可以根據實際情況確定具體的預設值。以下以64(^1為例進行 說明。
[0059] 在本實施例中，可以對反饋信號進行處理，獲得信號的恆值特性信息；然後將獲 取的恆值特性信息和預設值進行比較，來計算代價函數；從而更新非線性器件的係數以及 FIR濾波器的係數。其中非線性器件的係數以及FIR濾波器的係數可以預先設定初始值，例 如可以根據經驗值設置，也可以初始化為零；然後根據本發明計算代價函數來更新各個參 數，經過一次或多次迭代之後可以獲得最佳的參數。由此，只使用一路反饋信號而不用參考 信號就可以克服非線性和記憶效應，從而簡單有效地改善發射信號的質量。
[0060] 在一個實施方式中，可以根據I/Q路信號的恆值特性來實施，並且可以根據反饋 信號的旁瓣信息計算非線性器件的係數。
[0061] 圖11是本發明實施例的數字預失真裝置的另一構成示意圖。如圖11所示，該數 字預失真裝置1100包括：數字預失真器100、恆值特性獲取器1003、代價函數生成器1004 以及係數更新器1005 ;其中數字預失真器100包括非線性器件1001和FIR濾波器1002,如 上所述。
[0062] 如圖11所示，數字預失真裝置1100還可以包括：旁瓣信息獲取器1105,對反饋信 號進行處理以獲得反饋信號的旁瓣信息。反饋信號經過變頻處理後可以分為兩路；一路經 恆值特性獲取器1003而獲得信號的恆值特性信息，另一路經帶通濾波器（BPF，BandPass Filter)而獲得反饋信號的旁瓣信息。
[0063] 如圖11所示，恆值特性獲取器1003具體可以包括：模數轉換器1101，將反饋信號 轉換為數位訊號；根升餘弦（RRC，R〇〇tRaisedCosine)濾波器1102,對數位訊號的I/Q信 號進行處理；重採樣（Re-sample)器1103,對經過RRC濾波器1102處理後的數位訊號進行 重採樣；歸一化（Normalize)器1104,將重採樣後的數位訊號進行歸一化處理，以獲得信號 的恆值特性信息。
[0064] 由此，反饋信號經過變頻處理後可以分為兩路。一路經過BPF和ADC可以估算頻 譜旁瓣功率；另一路經過ADC和RRC濾波器以及重採樣和歸一化後，可以恢復出例如圖5所 示的恆值特性信息。此時原始信號需要經過RRC處理，為了消除變頻處理後的相位旋轉，需 要為原始信號補償一個相位旋轉值Θ。
[0065] 如圖11所示，數字預失真器1100還可以包括：相位旋轉器1106,為輸入數字預失 真器100之前的信號補償相位旋轉值Θ，以消除變頻處理後的相位旋轉。
[0066] 在本實施方式中，代價函數生成器1004還可以用於根據反饋信號的旁瓣信息、恆 值特性信息以及預設值計算代價函數。具體可以包括：根據反饋信號的旁瓣信息生成代價 函數，使得係數更新器1005更新非線性器件的係數；將非線性器件1001的係數固定，然後 根據恆值特性信息以及預設值生成代價函數，使得係數更新器1005來更新重採樣器1103 的重採樣點T以及相位旋轉器1106的相位旋轉值Θ;以及將非線性器件1001的係數和重 採樣器1103的重採樣點T固定，然後根據恆值特性信息以及預設值生成代價函數，使得系 數更新器1005更新相位旋轉器1106的相位旋轉值Θ以及FIR濾波器1002的係數α，β， Yo
[0067] 在具體實施時，例如可以採用簡單誤差向量幅度（SEVM，SimplifiedError VectorMaernitude)筧法來講行計筧。以64QAM為例，其中SEVM計筧方法可以為：

【權利要求】
1. 一種數字預失真裝置，其特徵在於，所述數字預失真裝置包括： 非線性器件，用於補償信號的非線性特性； 記憶效應補償器，用於補償所述信號的記憶效應特性； 恆值特性獲取器，對反饋信號進行處理以獲取所述信號的恆值特性信息； 代價函數生成器，根據獲取的所述恆值特性信息以及預設值計算預失真的代價函數， 其中所述預設值根據所述信號的調製方式而預先獲得； 係數更新器，根據所述代價函數對所述非線性器件的係數以及所述記憶效應補償器的 係數進行更新。
2. 根據權利要求1所述的數字預失真裝置，其中，所述數字預失真裝置還包括： 旁瓣信息獲取器，對所述反饋信號進行處理以獲得所述反饋信號的旁瓣信息； 並且，所述代價函數生成器還用於根據所述反饋信號的旁瓣信息、所述恆值特性信息 以及所述預設值計算所述代價函數。
3. 根據權利要求2所述的數字預失真裝置，其中，所述數字預失真裝置還包括： 相位旋轉器，為輸入數字預失真器之前的所述信號補償相位旋轉值，以消除變頻處理 後的相位旋轉； 並且，所述恆值特性獲取器包括： 模數轉換器，將所述反饋信號轉換為數位訊號； 根升餘弦濾波器，對所述數位訊號的同相和正交信號進行處理； 重採樣器，對經過所述根升餘弦濾波器處理後的所述數位訊號進行重採樣； 歸一化器，將重採樣後的所述數位訊號進行歸一化處理，以獲得所述信號的恆值特性 信息。
4. 根據權利要求3所述的數字預失真裝置，其中，所述代價函數生成器具體用於：根據 所述反饋信號的旁瓣信息生成所述代價函數，使得所述係數更新器更新所述非線性器件的 係數； 固定所述非線性器件的係數，然後根據所述恆值特性信息以及所述預設值生成所述代 價函數，使得所述係數更新器更新所述重採樣器的重採樣點以及所述相位旋轉器的相位旋 轉值；以及 固定所述非線性器件的係數和所述重採樣器的重採樣點，然後根據所述恆值特性信息 以及所述預設值生成所述代價函數，使得所述係數更新器更新所述相位旋轉器的相位旋轉 值以及所述記憶效應補償器的係數。
5. 根據權利要求2所述的數字預失真裝置，其中，所述恆值特性獲取器包括： 幅值檢測器，獲取所述反饋信號的幅值； 模數轉換器，將經過所述幅值檢測器處理後的信號轉換為數位訊號； 重採樣器，對所述數位訊號進行重採樣； 歸一化器，將重採樣後的所述數位訊號進行歸一化處理，以獲得所述信號的恆值特性 信息。
6. 根據權利要求5所述的數字預失真裝置，其中，所述代價函數生成器具體用於：根據 所述反饋信號的旁瓣信息生成所述代價函數，使得所述係數更新器更新所述非線性器件的 係數； 固定所述非線性器件的係數，然後根據所述恆值特性信息以及所述預設值生成所述代 價函數，使得所述係數更新器更新所述重採樣器的重採樣點；以及 固定所述非線性器件的係數和所述重採樣器的重採樣點，然後根據所述恆值特性信 息以及所述預設值生成所述代價函數，使得所述係數更新器更新所述記憶效應補償器的系 數。
7. 根據權利要求1所述的數字預失真裝置，其中，所述數字預失真裝置還包括： 相位旋轉器，為輸入數字預失真器之前的所述信號補償相位旋轉值，以消除變頻處理 後的相位旋轉； 並且，所述恆值特性獲取器包括： 模數轉換器，將所述反饋信號轉換為數位訊號； 根升餘弦濾波器，對所述數位訊號的同相和正交信號進行處理； 重採樣器，對經過所述根升餘弦濾波器處理後的所述數位訊號進行重採樣； 歸一化器，將重採樣後的所述數位訊號進行歸一化處理，以獲得所述信號的恆值特性 信息。
8. 根據權利要求7所述的數字預失真裝置，其中，所述代價函數生成器具體用於：根據 所述恆值特性信息以及所述預設值生成所述代價函數，使得所述係數更新器更新所述重採 樣器的重採樣點以及所述相位旋轉器的相位旋轉值；以及 固定所述重採樣器的重採樣點，然後根據所述恆值特性信息以及所述預設值生成所述 代價函數，使得所述係數更新器更新所述相位旋轉器的相位旋轉值以及所述記憶效應補償 器的係數； 固定所述重採樣器的重採樣點以及所述記憶效應補償器的係數，然後根據所述恆值特 性信息以及所述預設值生成所述代價函數，使得所述係數更新器更新所述相位旋轉器的相 位旋轉值以及所述非線性器件的係數。
9. 一種數字預失真方法，其特徵在於，使用非線性器件來補償信號的非線性特性以及 使用記憶效應補償器來補償所述信號的記憶效應特性，所述數字預失真方法包括： 對反饋信號進行處理以獲取所述信號的恆值特性信息； 根據獲取的所述恆值特性信息以及預設值計算預失真的代價函數，其中所述預設值根 據所述信號的調製方式而預先獲得； 根據所述代價函數對所述非線性器件的係數以及所述記憶效應補償器的係數進行更 新。
10. 根據權利要求9所述的數字預失真方法，其中，所述數字預失真方法還包括： 對所述反饋信號進行處理以獲得所述反饋信號的旁瓣信息； 並且，根據所述反饋信號的旁瓣信息、所述恆值特性信息以及所述預設值計算所述代 價函數。
【文檔編號】H03F1/32GK104426485SQ201310389536
【公開日】2015年3月18日 申請日期:2013年8月30日 優先權日:2013年8月30日
【發明者】施展, 李輝, 周建民, 巖松隆則 申請人:富士通株式會社