預失真器的訓練方法和裝置制造方法
【專利摘要】本發明公開了一種預失真器的訓練方法和裝置。所述預失真器的訓練方法，包括如下步驟：預先存儲一段時間的有效數據；通過將所預存的有效數據進行多次重復生成訓練數據；以及基于所述訓練數據對預失真器進行訓練以獲得預失真器的系數。
【專利說明】預失真器的訓練方法和裝置
【技術領域】
[0001]本發明一般地涉及非線性系統的預失真器的訓練方法和裝置。更具體地說，本發明涉及用于非線性功率放大器的預失真器的訓練方法和裝置。
【背景技術】
[0002]作為非線性系統的典型代表，功率放大器是很多電子設備的重要組成部分，它可以將微弱的電信號放大，以滿足傳輸的需要。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化為交流信號，使得交流信號的功率強度滿足需要。功率放大器將直流能量轉換為交流能量的比例被稱作功率放大器的效率。
[0003]根據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系的特性曲線可以分為線性區、非線性區和飽和區。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幅度較小的區域，功率放大器PA的輸出Vtot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；該非線性表現為在頻域上，由于交調作用，被放大的信號的帶外出現頻譜展寬(旁瓣升高)，帶內則出現畸變(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備的正常運行。
[0004]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。但是此時功率放大器將直流信號轉換為交流信號的效率非常低，造成大量能量的浪費，并且需要增加額外的散熱設備。由于物理上的原因，當輸入信號的包絡波動深入至非線性區，功率放大器的效率將會遠高于僅在線性區波動時的情形。而隨著新式調制方式的出現，信號包絡的動態范圍越來越大，因此發生非線性畸變不可避免。
[0005]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代通信系統中的信號都有很大的動態范圍(峰均功率比)，所以功率放大器往往需要在非線性區工作，從而導致輸出信號的畸變(在頻域上，帶內出現畸變，帶外則出現頻譜展寬)。在功率放大器領域，通常將這種畸變稱作功率放大器的非線性特性。
[0006]在眾多克服功率放大器非線性特性的方法中，基帶預失真是一種備受關注的方法。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失真器的輸入輸出信號特性的示意圖。基帶預失真技術通過使用預失真器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生預畸變，從而補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Vtot。具有預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之前均表現出非常好的線性特性，如圖4所示，示出設置有預失真器的功率放大器的輸入輸出信號特性的示意圖。
[0007]可見，預失真器可以有效地克服功率放大器的非線性。然而，為了使得預失真器正常工作，需要預先對預失真器進行訓練，以得到適當的預失真器的系數。并且，在預失真器投入使用后，由于工作地點的環境因素等的變化，功率放大器的特性也會出現變化。在這種情況下，需要對預失真器重新進行訓練，以更新預失真器的系數。為便于說明，將預先獲得的系數稱為預失真器的系數的初始值，將更新時獲得的系數稱為預失真器的系數的更新值。應注意，獲得預失真器的系數的初始值和更新值的過程都是對預失真器進行訓練的過程。
[0008]訓練過程主要是將功率放大器輸出信號作為反饋信號，根據其調整預失真器的系數，通過對系數的不斷調整達到預定條件(如訓練算法收斂、功率放大器輸出信號滿足一定的頻譜要求等)，來獲得適當的系數。
[0009]根據反饋信號的性質，訓練方法可分為矢量法和標量法。矢量法要求反饋功率放大器輸出的完整的1、Q兩路信號，并且與原始信號進行比較。標量法要求反饋功率放大器輸出的信號的功率。標量法對反饋信號的要求較低，計算速度較快。本發明主要涉及標量法。
[0010]現有技術中存在如下問題:對預失真器的訓練過程受到訓練數據波動的不利影響，并且傳統的處理方法尤其是對于預失真器的系數的初始值的獲取來說會導致訓練時間過長。
[0011]圖5示出了傳統標量法訓練預失真器的結構示例。
[0012]在圖5中，信號源501將原始信號x(t)輸入到預失真器502。預失真器502具有系數a 1、預失真函數Qa i H，經預失真器502處理，得到預失真信號z (t)。預失真信號z (t)經數模轉換器504進行數模轉換(兩個數模轉換器504分別處理1、Q兩路信號)、正交調制器503進行正交調制、上變頻器505進行上變頻后輸入到功率放大器506。功率放大器506根據函數PO處理，得到輸出信號y(t)。輸出信號y(t)經耦合器507輸出到天線，同時經反饋回來作為反饋信號。更新判斷單元508根據反饋信號的性質判斷是否需要更新預失真器的系數。在訓練階段，反饋信號被提供到代價函數生成單元509。代價函數生成單元509根據反饋信號進行計算，得到代價函數CF。系數更新單元510根據代價函數CF生成新的預失真器系數a i并提供給預失真器502。預失真器502根據新的系數進行工作。控制單元511進行控制。采用標量法時，根據上述反饋信號的高頻分量的功率計算代價函數。通過極小化代價函數，得到預失真器的系數。在理想狀況下，經過一段時間的訓練，自適應訓練算法逐漸收斂，從而獲得預失真器系數。
[0013]如下所示的公式I示例性地給出了 CF的計算方法。
[0014]
【權利要求】
1.一種預失真器的訓練方法，包括如下步驟: 預先存儲一段時間的有效數據； 通過將所預存的有效數據進行多次重復生成訓練數據；以及 基于所述訓練數據，對預失真器進行訓練，以獲得預失真器的系數。
2.如權利要求1所述的方法，還包括:對所述訓練數據進行低通濾波，并將濾波結果作為訓練數據。
3.如權利要求1-2之一所述的方法，其中，當需要更新預失真器的系數時，重復執行所述訓練方法，以獲得預失真器的系數的更新值。
4.如權利要求1-2之一所述的方法，其中，當需要更新預失真器的系數時，將信號源實時發送的非重復性的較長時間段的數據作為訓練數據，并基于所述訓練數據，對預失真器進行訓練以獲得預失真器的系數的更新值。
5.如權利要求1-2之一所述的方法，其中，在執行所述訓練方法的同時，將信號源發送的數據緩沖在存儲器中。
6.—種功率放大方法,包括: 由預失真器對原始輸入信號進行預失真，輸出預失真輸入信號； 由數模轉換器將預失真輸入信號轉換為模擬信號； 由上變頻器將模擬信號上變頻為射頻信號；以及 由功率放大器對射頻信號進行功率放大并輸出功率放大后的信號作為輸出信號； 其中，所述預失真器采用根據權利要求1-5之一所述的訓練方法訓練。
7.一種預失真器的訓練裝置，包括: 訓練數據生成單元，被配置為預先存儲一段時間的有效數據并通過將所預存的有效數據進行多次重復生成訓練數據；以及 控制單元，被配置為基于所述訓練數據對預失真器進行訓練以獲得預失真器的系數。
8.如權利要求7所述的訓練裝置，還包括: 低通濾波器，被配置為對訓練數據生成單元生成的訓練數據進行低通濾波并將濾波結果作為訓練數據。
9.如權利要求7-8之一所述的訓練裝置，還包括: 存儲器，被配置為緩沖信號源發送的數據。
10.一種功率放大設備,包括: 根據權利要求7-9之一所述的預失真器的訓練裝置，用于對預失真器進行訓練； 預失真器，被配置為對原始輸入信號進行預失真，輸出預失真輸入信號； 數模轉換器，被配置為將預失真輸入信號轉換為模擬信號； 上變頻器，被配置為將模擬信號上變頻為射頻信號；以及 功率放大器，被配置為對射頻信號進行功率放大并輸出功率放大后的信號作為輸出信號。
【文檔編號】H03F1/32GK103580617SQ201210253669
【公開日】2014年2月12日 申請日期:2012年7月20日 優先權日:2012年7月20日
【發明者】施展, 李輝, 陳培, 周建民 申請人:富士通株式會社