[發(fā)明專利]一種面向百兆赫茲信號帶寬功放的高效預失真方法

有效

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• 申請日: 2020-12-28
• 公開（公告）號: CN112787601B
• 公開（公告）日: 2022-05-20
• 發(fā)明（設計）人: 胡欣;韓康;劉志軍;孫琳琳;張孫;王衛(wèi)東
• 申請（專利權）人: 北京郵電大學
• 主分類號: H03F1/32
• 分類號: H03F1/32
• 代理公司: 北京永創(chuàng)新實專利事務所 11121
• 代理人: 祗志潔

本發(fā)明為一種面向百兆赫茲信號帶寬功放的高效預失真方法，屬于無線通信技術領域。本發(fā)明的預失真方法只對功率放大器(PA)的部分輸出信號進行線性化補償，采用多相DPD(數(shù)字預失真)結構；本發(fā)明在數(shù)字預失真系統(tǒng)中增加智能信號處理模塊，智能信號處理模塊根據(jù)要補償?shù)腄PD線性化帶寬設置半帶濾波器個數(shù)，結合源信號參數(shù)計算ADC(模數(shù)轉化)欠采樣因子和多相DPD分支數(shù)目，并對欠采樣信號和DPD的輸出信號做相關性計算獲取時延，以保證參數(shù)訓練時兩個數(shù)據(jù)信號對齊。本發(fā)明可同時聯(lián)動降低DPD數(shù)據(jù)吞吐量和反饋回路采樣帶寬，實現(xiàn)靈活設置DPD數(shù)據(jù)吞吐量，節(jié)約DPD的硬件實現(xiàn)成本。

技術領域

本發(fā)明屬于無線通信技術領域，具體涉及一種面向百兆赫茲信號帶寬功放的高效預失真方法。

背景技術

功率放大器(Power Amplifier,PA)在無線通信系統(tǒng)中扮演著重要的角色，它用于將已調制的信號放大到一定的功率值，再通過天線發(fā)射以確保接收機可以接收到高信噪比信號，保證通信質量。PA在工作點接近飽和時的非線性將導致發(fā)射信號的帶內失真，同時還會出現(xiàn)頻譜泄露而導致鄰道干擾，進而嚴重影響通信質量。另外，當PA在工作點遠離飽和區(qū)，接近線性區(qū)時，發(fā)射信號將要求PA的輸出功率有一定的回退量，但這會顯著降低PA的使用效率。為了兼顧頻譜的有效性和功放的有效性，數(shù)字預失真(Digital Predistortion,DPD)技術憑借成本低、易于實現(xiàn)等優(yōu)點成為最有效且廣泛應用的功放線性化技術之一。

隨著無線通信技術的發(fā)展，系統(tǒng)的數(shù)據(jù)速率越來越高，導致調制信號帶寬變寬，5G通信技術中調制信號帶寬大于100MHz，如果采用傳統(tǒng)單相體系結構實現(xiàn)DPD，這對于FPGA的硬件時鐘頻率要求將超過系統(tǒng)所能達到的最大時鐘頻率，所以近年來提出采用多相體系結構實現(xiàn)DPD，以適應無線通信系統(tǒng)中越來越高的數(shù)據(jù)速率要求。另外，DPD技術一般采用數(shù)字電路搭建，模擬數(shù)字轉換器ADC是必不可少的信號采集器件。由于存在非線性，信號經(jīng)過功放后頻譜將會展寬。為了全部PA輸出的非線性信號而進一步求得預失真器的特性，假設考慮5階非線性，那么至少需要分析5倍輸入信號帶寬頻譜。也就是說，ADC的采樣速率應不低于5倍輸入信號帶寬。但是，隨著調制信號帶寬的不斷增大，例如5G新射頻毫米波通信信號帶寬400MHz，那么PA的輸出信號帶寬2GHz，ADC采樣速率也將4Gsps，這使得ADC的采樣速率同樣面臨嚴峻挑戰(zhàn)，同時也必將導致硬件實現(xiàn)成本的增加。所以從降低ADC采樣速率的角度出發(fā)，需要考慮采用有效的欠采樣方案實現(xiàn)對PA輸出信號的采集。

目前對于DPD多相體系結構和欠采樣的研究已經(jīng)取得一定的進展，但是研究工作并沒有考慮DPD的數(shù)據(jù)吞吐量問題。

發(fā)明內容

本發(fā)明針對目前寬帶通信系統(tǒng)中，PA線性化時所要求的高ADC采樣速率和大DPD數(shù)據(jù)吞吐量問題，提出一種面向百兆赫茲信號帶寬功放的高效預失真方法，在解決PA線性化問題，保證頻譜有效性和功放有效性的同時，可降低ADC的采樣速率和DPD的數(shù)據(jù)吞吐量，節(jié)約帶寬資源，降低硬件實現(xiàn)成本，降低功耗。

本發(fā)明提供的一種面向百兆赫茲信號帶寬功放的高效預失真方法，包括如下步驟：

步驟一、在數(shù)字預失真系統(tǒng)中增加智能信號處理模塊，在智能信號處理模塊中執(zhí)行：

(1)智能信號處理模塊根據(jù)源信號的帶寬BW_s和速率SR_s以及要補償?shù)腄PD線性化帶寬BW_l，設置插值模塊中的半帶濾波器個數(shù)p，以控制DPD數(shù)據(jù)吞吐量N_DPD，其中，BW_l＝N_DPD＝2^p×SR_s；

(2)智能信號處理模塊計算ADC欠采樣因子F和合適的多相DPD分支數(shù)目q，如下：

其中，SR_NS為奈奎斯特采樣率，f_clk為數(shù)字預失真系統(tǒng)的時鐘頻率，ceil(·)表示向上取整運算；