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5G超宽带功率放大器低速数字预失真方法   0    0

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专利申请流程有哪些步骤?
专利申请流程图
申请
申请号:指国家知识产权局受理一件专利申请时给予该专利申请的一个标示号码。唯一性原则。
申请日:提出专利申请之日。
2019-05-17
申请公布
申请公布指发明专利申请经初步审查合格后,自申请日(或优先权日)起18个月期满时的公布或根据申请人的请求提前进行的公布。
申请公布号:专利申请过程中,在尚未取得专利授权之前,国家专利局《专利公报》公开专利时的编号。
申请公布日:申请公开的日期,即在专利公报上予以公开的日期。
2019-10-22
授权
授权指对发明专利申请经实质审查没有发现驳回理由,授予发明专利权;或对实用新型或外观设计专利申请经初步审查没有发现驳回理由,授予实用新型专利权或外观设计专利权。
2022-12-02
预估到期
发明专利权的期限为二十年,实用新型专利权期限为十年,外观设计专利权期限为十五年,均自申请日起计算。专利届满后法律终止保护。
2039-05-17
基本信息
有效性 有效专利 专利类型 发明专利
申请号 CN201910412301.8 申请日 2019-05-17
公开/公告号 CN110266276B 公开/公告日 2022-12-02
授权日 2022-12-02 预估到期日 2039-05-17
申请年 2019年 公开/公告年 2022年
缴费截止日
分类号 H03F1/32 主分类号 H03F1/32
是否联合申请 独立申请 文献类型号 B
独权数量 1 从权数量 2
权利要求数量 3 非专利引证数量 0
引用专利数量 4 被引证专利数量 0
非专利引证
引用专利 CN107592083A、CN106685368A、WO2014195830A1、EP1011192A2 被引证专利
专利权维持 3 专利申请国编码 CN
专利事件 事务标签 公开、实质审查、授权
申请人信息
申请人 第一申请人
专利权人 杭州电子科技大学 当前专利权人 杭州电子科技大学
发明人 曹文慧、高秋荣、罗国清、廖臻、潘柏超 第一发明人 曹文慧
地址 浙江省杭州市下沙高教园区2号大街 邮编 310018
申请人数量 1 发明人数量 5
申请人所在省 浙江省 申请人所在市 浙江省杭州市
代理人信息
代理机构
专利代理机构是经省专利管理局审核,国家知识产权局批准设立,可以接受委托人的委托,在委托权限范围内以委托人的名义办理专利申请或其他专利事务的服务机构。
杭州君度专利代理事务所 代理人
专利代理师是代理他人进行专利申请和办理其他专利事务,取得一定资格的人。
朱亚冠
摘要
本发明公开5G超宽带功率放大器低速数字预失真方法。传统的数字预失真模块都是高速运行的,一般只适用于窄带信号,但随着未来5G通信系统的到来,窄带信号已经难以满足要求。本发明针对未来超宽带信号,设计了混叠消除的低速数字预失真模块,不仅能实现很低的工作速率,而且还能保证通信信号的质量。
  • 摘要附图
    5G超宽带功率放大器低速数字预失真方法
  • 说明书附图:图1
    5G超宽带功率放大器低速数字预失真方法
  • 说明书附图:图2
    5G超宽带功率放大器低速数字预失真方法
  • 说明书附图:图3
    5G超宽带功率放大器低速数字预失真方法
  • 说明书附图:图4
    5G超宽带功率放大器低速数字预失真方法
  • 说明书附图:图5
    5G超宽带功率放大器低速数字预失真方法
  • 说明书附图:图6
    5G超宽带功率放大器低速数字预失真方法
法律状态
序号 法律状态公告日 法律状态 法律状态信息
1 2022-12-02 授权
2 2019-10-22 实质审查的生效 IPC(主分类): H03F 1/32 专利申请号: 201910412301.8 申请日: 2019.05.17
3 2019-09-20 公开
权利要求
权利要求书是申请文件最核心的部分,是申请人向国家申请保护他的发明创造及划定保护范围的文件。
1.5G超宽带功率放大器低速数字预失真方法,其特征在于基于以下数字预失真系统包括信号发射系统和信号接收系统;其中信号发射系统包括带混叠数字预失真模块DPD、减法器、DAC模块、上变频、功率放大器PA;基带信号经带混叠数字预失真模块DPD、减法器处理后分别送入DAC模块和参数提取模型,DAC模块输出信号经上变频、功率放大器输出;信号接收系统有两条反馈路径分别包括下变频、ADC模块、参数提取模型、带阻滤波器、信号降采样模块;一条路径为功率放大器输出信号经下变频和ADC模块后将信号送入参数提取模型,参数提取模型把所得参数送入带混叠数字预失真模块DPD;另一条路径为功率放大器经带阻滤波器、信号降采样模块处理后得混叠信号送入减法器,与带混叠数字预失真模块DPD输出信号做减法运算;
该方法包括以下步骤:
S1:在参数提取模型中,将ADC模块输出信号F和减法器输出信号D分别作输入和输出进行提参,并将参数送入带混叠数字预失真模块DPD中;
S2:功率放大器输出信号Y经带阻滤波器后的输出信号u经信号降采样得混叠信号C;
S3:把S2中所得的混叠信号近似为带混叠数字预失真模块DPD中的混叠信号,进而将带混叠数字预失真模块DPD的输出信号B和经信号降采样信号C做减法运算即可得减法器输出信号D,此输出为无混叠信号D;
所述步骤S1中的参数提取采用DVR模型的公式如下:
公式(1)中,为输入信号;为模型的输出信号;βk为输入信号等间距比例长度的K个阈值结点;是模型系数;M是模型记忆深度;n是采样点个数;j是虚数单位;θ是采样点的相位;
所述步骤S2中的带阻滤波器输出信号的公式如下:
r=y*w                      (2)
p(q)=r(aq)               (3)
公式(2)中,r为带阻滤波器输出信号,y为功率放大器输出信号,w为带阻滤波器函数,w的带阻滤波的阻带带宽为5n/aMHz;
公式(3)中,p为混叠信号,a为运行速率的降低倍数,q是从1开始的整数;
所述步骤S3中的减法器输出信号的公式如下:
公式(4)中, 为经减法器后的无混叠信号。

2.如权利要求1所述的5G超宽带功率放大器低速数字预失真方法,其特征在于基带信号带宽为n MHz。

3.如权利要求1所述的5G超宽带功率放大器低速数字预失真方法,其特征在于DPD、ADC、DAC的运行速率均为5n/a MHz。
说明书

技术领域

[0001] 本发明属于无线通信与微波技术领域,针对超宽带无线通信系统中功率放大器非线性问题提出的一种预矫正方法,具体采用低速数字预失真线性化方案,具体是5G超宽带功率放大器低速数字预失真频谱混叠消除方法。

背景技术

[0002] 功率放大器是通信系统中必不可少的重要器件之一。随着5G技术应用的发展,信号带宽越来越宽,对功率放大器的线性度要求也逐步提高。一旦输入信号幅值超出功率放大器线性区,将导致传输信号出现非线性失真,这不仅会降低带内通信信号的质量,而且还将带来带外信号溢出影响相邻信道的通信质量。数字预失真的提出可以有效地解决由于功率放大器非线性而引起的信号失真问题。目前,数字预失真是解决功率放大器非线性最广泛也是最有效的方法之一。
[0003] 在目前的无线通信系统中,随着数字预失真模块的工作速率增大,相对应的ADC模块、DAC模块的工作速率也要等比例增大。通信系统中各个模块的工作速率的提高会促使成本的大幅提升。如果强制将各模块的工作速率降低,那么所传输的带内信号就会产生混叠,严重影响带内信号的质量。因此,降低各模块的工作速率成为了一个非常棘手的问题。

发明内容

[0004] 本发明的目的是为了针对现有技术的不足,提出针对5G超宽带无线通信系统的新颖低速数字预失真频谱混叠消除方法。
[0005] 5G超宽带功率放大器低速数字预失真系统包括信号发射系统和信号接收系统;其中信号发射系统包括带混叠数字预失真模块(DPD)、减法器、DAC模块、上变频、功率放大器(PA);基带信号经混叠DPD、减法器处理后分别送入DAC模块和参数提取模型,DAC模块输出信号经上变频、功率放大器输出。信号接收系统有两条反馈路径分别包括下变频、ADC模块、参数提取模型、带阻滤波器、信号降采样模块;一条路径为功率放大器输出信号经下变频和ADC模块后将信号送入参数提取模型,参数提取模型把所得参数送入混叠DPD。另一条路径为功率放大器经带阻滤波器、信号降采样模块处理后得混叠信号送入减法器,与混叠DPD输出信号做减法运算。
[0006] 进一步,所述5G超宽带功率放大器低速数字预失真系统的基带信号带宽为n MHz。
[0007] 进一步,所述混叠DPD的混叠来源是因为DPD正常工作所需的5n MHz运行速率降a(1
[0008] 5G超宽带功率放大器低速数字预失真频谱混叠消除方法采用上述5G超宽带功率放大器低速数字预失真系统,包括以下步骤:
[0009] S1:在参数提取模型中,将ADC模块输出信号F和减法器输出信号D分别作输入和输出进行提参,并将参数送入混叠DPD中。提参为现有成熟技术,故不详解。
[0010] S2:功率放大器输出信号Y经带阻滤波器后的输出信号u经信号降采样得混叠信号C。
[0011] S3:把S2中所得的混叠信号近似为混叠DPD中的混叠信号,进而将混叠DPD的输出信号B和经信号降采样信号C做减法运算即可得减法器输出信号D,此输出为无混叠信号D。
[0012] 进一步,所述步骤S1中的参数提取采用DVR模型的公式如下:
[0013]
[0014] 公式(1)中,为输入信号。 为模型的输出信号。βk代为输入信号等间距比例长度的K个域值结点。 是模型系数。M是模型记忆深度。n是采样点个数。j是虚数单位。θ是采样点的相位。
[0015] 进一步,所述步骤S2中的带阻滤波器输出信号的公式如下:
[0016] r=y*w   (2)
[0017] p(q)=r(aq)   (3)
[0018] 公式(2)中,r为带阻滤波器输出信号,y为功率放大器输出信号,w为带阻滤波器函数,w的带阻滤波的阻带带宽为5n/aMHz。
[0019] 公式(3)中,p为混叠信号,a为运行速率的降低倍数,q是从1开始的整数。
[0020] 进一步,所述步骤S3中的减法器输出信号的公式如下:
[0021]
[0022] 公式(4)中, 为经减法器后的无混叠信号。
[0023] 本发明具有以下优缺点:
[0024] (1)本发明采用的是频谱混叠消除的方法,消除了限带内的混叠频谱,提升了限带内的信号质量。这种方法在目前为止的所有预失真方法中都未提及。
[0025] (2)目前在频谱混叠方面的研究,学术界和工业界都很欠缺,是一个新的方向和解决问题的思路,而且在实验的结果中也验证了所提方法的可行性。
[0026] (3)所述低速数字预失真模块在超带宽通信系统中,相对于高速数字预失真模块的优点是实现了整个通信系统的低速运行,从而很大程度地降低了成本,为5G超大带宽数字预失真的实现提供了坚实的理论基础和实验佐证。
[0027] (4)所述低速数字预失真模块相比于无数字预失真模块,其效果明显提升。由于频谱混叠消除是通过减去功率放大器的输出频谱得到的近似结果,精度上比传统低速预失真模块(把高速数字预失真模块直接变成低速运行)有所下降,但在可以接受的范围之内。
[0028] (5)所述低速数字预失真模块可实现迭代功能。但是,由于混叠的频谱能量过低,要求的精度比较高。本方案采用的近似方案(精度低)在后续几次迭代并未体现线性化效果的提升,如图6。如何提高频谱混叠消除的精度将是我们下一步着重的研究方向。

实施方案

[0035] 下面结合具体实施对本发明做进一步的分析。
[0036] 图1是数字预失真模块的基本原理图示意图。图2是本发明的混叠原理示意图,是为了更好的说明本专利中的所述混叠频谱产生的原因,效果图(a)是当采样率大于输出带宽时的完整频谱图,效果图(b)是当采样率小于输出带宽时的混叠频谱图。图3是本发明的具体实现流程图,对本专利进行了详细的解释说明,特别是对混叠频谱消除方法的概述。图4和图6分别表示本发明的仿真频谱对比图和实测频谱对比图。在仿真和实测对比图中,都能明显看出本专利的所述低速数字预失真模块相比于无数字预失真模块的效果更佳。图5是本发明的仿真频谱迭代三次效果图。
[0037] 如图1所示,数字线性化的基本思路是将功率放大器的反函数(数字预失真DPD)与功率放大器级联,从而得到线性化的输出。其中,DPD模块的输出信号带宽由信号的采样频率所决定。如图2(a)所示,当信号采样率大于等于所产生输出信号带宽时,输出信号可以完整无误地表征在频谱域。若将整个无线通信的运行速率降低,则数字预失真模块的输出信号会出现频谱混叠,如图2(b)所示。
[0038] 如图3所示,本发明所述的5G超宽带功率放大器低速数字预失真系统包括信号发射系统和信号接收系统;其中信号发射系统包括带混叠数字预失真模块(DPD)、减法器、DAC模块、上变频、功率放大器(PA);基带信号经混叠DPD、减法器的输出信号分别送入DAC模块和参数提取模型,DAC模块输出信号经上变频、功率放大器输出。信号接收系统有两条反馈路径分别包括下变频、ADC模块、参数提取模型和带阻滤波器、信号降采样;一条路径为功率放大器输出信号经下变频和ADC模块后将信号送入参数提取模型,参数提取模型把所得参数送入混叠DPD。另一条路径为功率放大器经带阻滤波器、信号降采样后得混叠信号送入减法器,与混叠DPD输出信号做减法运算。
[0039] 进一步,所述5G超宽带功率放大器低速数字预失真系统的基带信号带宽为n MHz。
[0040] 进一步,所述混叠DPD的混叠来源是因为DPD正常工作所需的5n MHz运行速率降a(1
[0041] 采用本发明所述的5G超宽带功率放大器低速数字预失真系统,包括以下步骤:
[0042] S1:如图3所示,在参数提取模型中,将ADC模块输出信号F和减法器输出信号D分别作输入和输出进行提参,并将参数送入混叠DPD中。
[0043] S2:如图3所示,功率放大器输出信号Y经带阻滤波器后的输出信号u经信号降采样得混叠信号C。
[0044] S3:如图3所示,把S2中所得的混叠信号近似为混叠DPD中的混叠信号,将混叠DPD的输出信号B和经信号降采样信号C做减法运算即可得减法器输出信号D,此输出为无混叠信号D。
[0045] 进一步,所述步骤S1中的参数提取采用DVR模型的公式如下:
[0046]
[0047] 公式(1)中,为输入信号。 为模型的输出信号。βk代为输入信号等间距比例长度的K个域值结点。 是模型系数。M是模型记忆深度。n是采样点个数。j是虚数单位。θ是采样点的相位。
[0048] 进一步,所述步骤S2中的带阻滤波器输出信号的公式如下:
[0049] r=y*w   (2)
[0050] p(q)=r(aq)   (3)
[0051] 公式(2)中,r为带阻滤波器输出信号,y为功率放大器输出信号,w为带阻滤波器函数,w的带阻滤波的阻带带宽为5n/aMHz。
[0052] 公式(3)中,p为混叠信号,a为运行速率的降低倍数,q是从1开始的整数。
[0053] 进一步,所述步骤S3中的减法器输出信号的公式如下:
[0054]
[0055] 公式(4)中, 为经减法器后的无混叠信号。
[0056] 本发明实测的基带输入信号的通频带为20MHz,全带采样率为200MHz。虽然本专利只用了20MHz带宽来实现预失真功能,但是对于5G超宽带,也具有相同的效果。在频谱混叠存在的情况下,用所述低速数字预失真模块、传统低速数字预失真模块及无数字预失真模块三者进行比较。所对比的数字预失真模块中各模型参数都相同。以上结果的对比是根据归一化均值方差(NMSE)来说明的。NMSE代表的是输入信号与输出信号两者之间的相近情况。如果NMSE的数值越小,则说明输入信号与输出信号的非常接近,其指标数值可在表一中查看。从仿真的效果可以看出,所述低速数字预失真模块和传统低速数字预失真模块的运行速率都下降了5倍,且所述低速数字预失真模块相比于无数字预失真模块,在NMSE方面提升了26.7169dB。从实测平台的效果可以看出,所述低速数字预失真模块和传统低速数字预失真模块的运行速率都下降了5倍(40MHz),且所述低速数字预失真模块相比于无数字预失真模块,在NMSE方面提升了23.5539dB。
[0057] 表一.数字预失真模块设计各项指标对比。
[0058]  仿真NMSE(dB) 实测NMSE(dB) 降采样倍数值
无数字预失真模块 ‑3.9210 3.2061 1
混叠数字预失真模块 ‑34.5446 ‑23.7998 5
所述低速数字预失真模块 ‑30.6379 ‑20.3478 5
[0059] 不管在仿真还是实例测量的结果分析都表明所述低速数字预失真模块可以在低速率的条件下较好地矫正超宽带功率放大器的非线性失真。

附图说明

[0029] 图1是本发明的基本原理示意图;
[0030] 图2是本发明的混叠原理示意图;
[0031] 图3是本发明的实现流程图;
[0032] 图4是本发明的仿真频谱对比图;
[0033] 图5是本发明的仿真频谱迭代三次效果图;
[0034] 图6是本发明的实测频谱对比图。
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