[發(fā)明專利]毫米波寬帶功率放大器的數(shù)字預(yù)失真系統(tǒng)及其方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710801346.5
• 申請日: 2017-09-07
• 公開（公告）號(hào): CN107592083B
• 公開（公告）日: 2020-07-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 余超;陸倩云
• 申請（專利權(quán)）人: 東南大學(xué)
• 主分類號(hào): H03F1/32
• 分類號(hào): H03F1/32;H03F3/24
• 代理公司: 南京蘇高專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 32204
• 代理人: 饒欣

本發(fā)明公開了一種毫米波寬帶功率放大器的數(shù)字預(yù)失真系統(tǒng)，包括：數(shù)字預(yù)失真模塊、數(shù)模轉(zhuǎn)換器、上變頻器、功率放大器、反饋回路、模數(shù)轉(zhuǎn)換器以及模型提取模塊。本發(fā)明還公開了毫米波寬帶功率放大器的數(shù)字預(yù)失真方法。本發(fā)明利用非常有限的數(shù)字信號(hào)處理速率，實(shí)現(xiàn)了大帶寬信號(hào)激勵(lì)的毫米波功放的線性化，獲得了良好的線性化效果，減輕了數(shù)字信號(hào)處理模塊的實(shí)現(xiàn)負(fù)擔(dān)，在5G毫米波應(yīng)用中具有廣闊前景。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及數(shù)字預(yù)失真系統(tǒng)，特別是涉及毫米波寬帶功率放大器的數(shù)字預(yù)失真系統(tǒng)及其方法。

背景技術(shù)

不管在學(xué)術(shù)界還是工業(yè)界，第5代移動(dòng)通信系統(tǒng)(5G)正得到越來越廣泛的關(guān)注。5G以支持10千兆比特每秒(Gbps)的傳輸速率為終極目標(biāo)，在此背景下，毫米波頻段成為了頗具前景的5G頻率規(guī)劃方案之一，諸多國家先后發(fā)布了在28GHz和40GHz頻段附近的毫米波頻譜資源分配草案。隨著毫米波技術(shù)的普及，高速率信號(hào)傳輸系統(tǒng)將具備容納超寬帶調(diào)制信號(hào)(例如信號(hào)帶寬為500MHz)的能力。然而，信號(hào)帶寬的急劇增大將給射頻電路的設(shè)計(jì)帶來極大的壓力，對毫米波功率放大器的線性化系統(tǒng)尤其如此。

眾所周知，為了達(dá)到較高的能量轉(zhuǎn)換效率，功率放大器往往需要工作在非線性區(qū)，不僅不可避免地引入了帶內(nèi)信號(hào)的失真，也導(dǎo)致了帶外的頻譜再生。數(shù)字預(yù)失真模塊可以用低成本、高精度的方法有效去除功率放大器以及系統(tǒng)的非線性，也因此成為現(xiàn)代無線發(fā)射機(jī)中不可或缺的一部分，其在系統(tǒng)中的部署位置如圖1所示。在信號(hào)的數(shù)字預(yù)失真階段，需要對功放的特性進(jìn)行建模，通常所采用的非線性運(yùn)算將耗費(fèi)輸入信號(hào)數(shù)倍的頻譜資源；例如，假設(shè)信號(hào)帶寬為BW，5階非線性運(yùn)算將消耗5×BW帶寬。在此情況下，5G無線通信系統(tǒng)中調(diào)制信號(hào)帶寬的迅速增長，諸如現(xiàn)場可編程邏輯門陣列(FPGA)的帶寬限制將成為技術(shù)發(fā)展的瓶頸。

顯而易見，如今在5G背景下直接采用傳統(tǒng)方案對功放進(jìn)行線性化不具成本效益，針對功放的傳統(tǒng)建模與預(yù)失真方法已不再適用于毫米波段。最近，帶限數(shù)字預(yù)失真系統(tǒng)與方法成功地解決了數(shù)模轉(zhuǎn)換器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器的采樣率限制問題，以及發(fā)射機(jī)鏈路、反饋環(huán)路的帶寬限制問題，但對基帶信號(hào)處理速率的高要求依舊沒有有效的降低方法。

傳統(tǒng)數(shù)字預(yù)失真系統(tǒng)中，帶寬的要求主要體現(xiàn)在三個(gè)方面——發(fā)射鏈路、反饋回路、基帶數(shù)字信號(hào)處理模塊。通常情況下，為了產(chǎn)生足夠的非線性分量并得到良好的線性化效果，發(fā)射機(jī)帶寬至少為輸入信號(hào)帶寬的5倍；以500MHz帶寬的調(diào)制信號(hào)為例，發(fā)射機(jī)鏈路中的預(yù)失真輸入信號(hào)至少需要2500MHz帶寬。一般來說，由于濾波器的滾降因子，數(shù)模轉(zhuǎn)換器的采樣率稍高于帶寬值，若滾降因子為0.28，那么I/Q基帶信號(hào)的采樣率將是2500×1.28＝3200MSPS。類似地，反饋環(huán)路也面臨著帶寬和模數(shù)轉(zhuǎn)換器采樣率的問題。近來，隨著帶限數(shù)字預(yù)失真技術(shù)的發(fā)展，這一問題可以得到有效緩解。具體來說，對于發(fā)射鏈路和反饋回路，1倍到2倍的輸入信號(hào)帶寬便足以達(dá)到線性化的要求。

然而，對于毫米波段寬帶信號(hào)的數(shù)字預(yù)失真技術(shù)來說，基帶數(shù)字信號(hào)處理仍然是巨大的負(fù)擔(dān)；同時(shí)，為正確地產(chǎn)生沒有混疊的預(yù)失真信號(hào)，大帶寬也十分必要。如圖2所示，為了產(chǎn)生高階非線性分量，數(shù)字信號(hào)處理速率是輸入信號(hào)帶寬的數(shù)倍；若輸入信號(hào)帶寬為500MHz，對基于Volterra級(jí)數(shù)模型的5階分量來說，帶寬應(yīng)達(dá)到2500MHz，將滾降因子考慮在內(nèi)則需要3200MSPS采樣速率。

以上幾方面的帶寬要求如表1所示，不難看出，隨著帶寬的增加，數(shù)字預(yù)失真的資源耗費(fèi)將越來越無法負(fù)擔(dān)。在頗具前景的5G毫米波通信中，500MHz寬帶調(diào)制信號(hào)將成為最基本的需求，因此亟需全新的數(shù)字預(yù)失真技術(shù)的體系架構(gòu)。

發(fā)明內(nèi)容

發(fā)明目的：本發(fā)明的目的是提供一種能夠解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷的毫米波寬帶功率放大器的數(shù)字預(yù)失真系統(tǒng)及其方法。

技術(shù)方案：為達(dá)到此目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

本發(fā)明所述的毫米波寬帶功率放大器的數(shù)字預(yù)失真系統(tǒng)，包括：