專利名稱：寬帶碼分多址基站系統(tǒng)多通道多載波數字預失真發(fā)信機的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于移動通信領域，涉及基上系統(tǒng)發(fā)信機，具體涉及寬帶碼分多址基站系統(tǒng)多通道多載波數字預失真發(fā)信機。
背景技術：
移動通訊技術發(fā)展日新月異，3G移動通信系統(tǒng)對信號發(fā)射技術提出了更高的要求，發(fā)信機作為3G移動通信系統(tǒng)的重要組成部分，其性能的優(yōu)劣成為影響整個系統(tǒng)性能、容量和成本的重要因素。
對于寬帶碼分多址基站系統(tǒng)，高峰均比的信號在放大過程很容易引起非線性失真，帶來通信信號質量下降。目前使用最廣泛的就是采用基于數字中頻方案的發(fā)信板+線性功放的線性化發(fā)射方案，如圖1所示。該方案的主要缺點就是效率低，成本高。線性功放需采用自適應前饋技術，用前饋抵消的方式來達到線性化的目的，同時必須用輔助放大器來放大失真信號，從而大大降低了效率，并且在設計中需要對誤差抵消環(huán)的相位延時進行精心調節(jié)，這對生產和調試提出了很高的要求，因此也提高了線性功放的設計成本。
還有就是模擬預失真方案，在高功放的射頻輸入信號中直接引入預失真，電路結構簡單、成本低，但模擬預失真線性化效果較差。
數字預失真線性化技術是解決通信系統(tǒng)中非線性失真問題的嶄新技術，如圖2所示，通過在輸入基帶數字信號中引入與高功放(HPA)本身正交相反的非線性失真改善HPA線性功率放大性能，實現(xiàn)較好線性、較高效率的功率放大，而且數字預失真技術具有自動自適應補償功能，省掉了費時費力的手工放大器校準過程，大大簡化了功放的調試。盡管現(xiàn)有預失真技術能夠較好地解決AM-AM和AM-PM失真問題，但隨著市場不斷要求提高系統(tǒng)容量、降低成本，發(fā)信機也從原來的單載波、單通道要求升到多載波、多通道，以WCDMA系統(tǒng)為例，四載波系統(tǒng)要求的帶寬將是20Mhz，對于如此寬的頻段，放大器的記憶效應立即凸現(xiàn)無疑，會嚴重的影響預失真的補償效果，是限制數字預失真技術實用化的一個主要的障礙，有記憶系統(tǒng)因為它的非線性輸出不僅與當前時刻的輸入信號有關，而且與此前時刻的輸入信號也有關(輸入信號的當前的功率包絡分量不僅與當前的輸入信號有關，還與以前的輸入信號有關)。它不但限制了系統(tǒng)的線性化性能，而且也限制了系統(tǒng)的線性化帶寬。預失真處理只有同時補償AM-AM和AM-PM失真，以及記憶效應引起的非線性，才可能得到較好的效果。另外一方面，如圖2所示的現(xiàn)有預失真發(fā)射機，在預失真處理的前級沒有對基帶數字信號的削峰功能，信號的峰均比還是較高，影響HPA效率的進一步提高。預失真處理后采用AQM方案，即模擬正交調制，將模擬IQ信號通過IQ調制器直接調制到射頻，其主要缺點是需要使用兩片DAC，成本上升，而且當使用IQ調制方式時直流偏壓帶來的本振泄漏難以處理，直接落在信號帶內，影響發(fā)射機性能指標，盡管可以通過調節(jié)一定程度來抑制，但器件的差異性終究會給大批量生產帶來風險。

發(fā)明內容
本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種用于寬帶碼分多址基站系統(tǒng)的多通道多載頻預失真發(fā)信機，能解決多載波、多通道中記憶效應帶來的非線性問題、信號的峰均比較高的問題等。
本發(fā)明寬帶碼分多址基站系統(tǒng)多通道多載波數字預失真發(fā)信機，包括反饋信號處理通道和至少一路多載波基帶復用信號處理通道；其中每一路多載波基帶復用信號處理通道包括基帶削峰數字上變頻處理器、數字預失真處理模塊、高中頻輸出模塊和濾波器、射頻前向通道、高功放；反饋信號處理通道包括射頻反饋通道和A/D轉換器；所述基帶削峰上變頻模塊對傳輸來的基帶下行IQ數據進行接入、解復用后分載頻進行數字成型濾波、數字削峰處理、多載波基帶數字合路，并根據需要進行數字上變頻處理；數字預失真處理模塊處理輸入的削峰后的數字信號和經高功放耦合反饋回來的數字中頻信號，產生預失真發(fā)射信號送給高中頻輸出模塊；高中頻輸出模把預失真模塊送來的信號經內插、復調制、D/A變換后輸出合成的多載波模擬高中頻的下行信號；射頻前向通道將輸入的合成的多載波模擬高中頻信號經過一次上變頻到射頻頻段，經過射頻放大、濾波后輸出多載波下行射頻信號到高功放進行功率放大后輸出；射頻反饋通道對經高功放放大后耦合來的射頻信號進行模擬下變頻處理，中頻濾波、放大后輸入到A/D轉換器進行模數轉換，送給預失真模塊作為預失真處理的反饋輸入信號。
所述數字預失真處理模塊包括數字預失真處理內核和DSP處理器。所述DSP處理器包括輸入信號處理器、反饋信息處理器、預失真系數產生器和預失真系數查詢表；輸入信號處理器通過對輸入信號的功率求模、功率積分、以及功率微分計入記憶效應的影響；預失真系數產生器根據輸入信號的特性得到預失真參數；預失真處理內核根據預失真參數進行預失真處理，消除非線性失真。
本發(fā)明中，在射頻前向通道和射頻反饋通道中還可以包括溫度補償芯片，用來維持一定溫度范圍內的通道增益的穩(wěn)定性。
本發(fā)明中的削峰處理采用先分別對每路載波信號進行削峰處理、合路后再進一步削峰處理的削峰策略，各個削峰門限可靈活設置，以達到較優(yōu)的削峰效果。
本發(fā)明中，還包括反饋通道開關和反饋通道共用切換控制單元，通過切換射頻反饋通道，來使多路數字預失真模塊共用一路射頻反饋通道。
由于本發(fā)明采用基帶削峰技術、數字預失真技術、高中頻數字中頻技術，減小了使用線性功放帶來的高成本，并能夠有效提高基站系統(tǒng)的發(fā)射性能和效率。本發(fā)明不通過反饋通道共用切換技術來實現(xiàn)節(jié)約射頻鏈路開支。


圖1是使用線性功放的發(fā)射結構框圖；圖2是已有數字預失真的發(fā)射結構框圖；圖3是本發(fā)明的結構框圖；圖4是本發(fā)明采用的基帶削峰原理框圖；圖5是本發(fā)明采用的基帶削峰策略示意框圖；圖6是本發(fā)明采用的數字預失真處理原理框圖；圖7是本發(fā)明采用的下行高中頻數字中頻處理結構圖；圖8是本發(fā)明采用的射頻前向通道的結構圖；圖9是本發(fā)明采用的射頻反饋通道的結構圖。
具體實施例方式
下面結合附圖和實施例來對本發(fā)明做進一步詳細說明如圖3所示，本發(fā)明包括n路多載波基帶復用信號處理通道，每一種多載波基帶復用處理通道包括基帶削峰上變頻模塊、數字預失真處理模塊、高中頻輸出模塊(D/A轉換器)和濾波器、射頻前向通道、高功放(HPA)；A/D轉換器、射頻反饋通道、反饋通路共用切換控制單元?；鶐鞣迳献冾l模塊對傳輸來的基帶下行IQ數據進行接入，解復用后分載頻進行數字成型濾波、數字削峰處理、多載波基帶數字合路，降低信號峰均比，并根據需要進行數字上變頻處理；數字預失真處理模塊處理輸入的削峰后的數字信號和經高功放耦合反饋回來的數字中頻信號，產生預失真發(fā)射信號送給D/A轉換器；D/A轉換器把預失真模塊送來的信號經內插、復調制、D/A變換后輸出合成的多載波寬帶碼分多址模擬高中頻的下行信號；射頻前向通道將輸入的合成的多載波寬帶碼分多址模擬高中頻信號經過一次上變頻到射頻頻段，經過射頻放大、濾波后輸出多載波寬帶碼分多址下行射頻信號到HPA進行功率放大，輸出的下行信號性能達到設計指標要求；射頻反饋對輸入的多載波寬帶碼分多址下行射頻信號的耦合信號(HPA耦合輸出)進行模擬下變頻處理，中頻濾波、放大后輸入到A/D轉換器進行模數轉換，送給預失真模塊作為預失真處理的反饋輸入信號。反饋通路共用切換控制單元通過切換射頻反饋通道，來使多路預失真模塊共用一路射頻反饋通道，節(jié)約成本。
本發(fā)明所述的信號處理過程如下A、多載波的基帶并行I/Q復用信號，經基帶削峰上變頻模塊進行解復用、每載削峰、數字成型濾波、數字上變頻后，送至中間處理環(huán)節(jié)(對數字成型濾波后的每路載波信號進行進一步削峰處理和實現(xiàn)數字合成算法)、后端處理環(huán)節(jié)(對合路后的多載波數字基帶信號進行進一步削峰處理)，最終完成合路削峰處理；B、削峰后的基帶信號進入數字預失真處理模塊，先進行速率調整，然后送到預失真處理內核進行預失真處理，預失真處理的算法的實現(xiàn)要利用到DSP產生的預失真系數，DSP處理輸入的基帶信號和經高功放放大后耦合反饋回來的信號，以非實時的形式不斷更新這些預失真系數；C、預失真處理后的信號送入D/A轉換器，經多倍內插后，進行復正交調制、數字濾波，最后輸出高中頻模擬實信號；D、高中頻模擬信號進入射頻前向通道，主要完成模擬中頻信號的濾波、放大，上變頻，射頻信號的放大、濾波，最后送入高功放放大，經天線端口發(fā)射。
E、射頻反向通道處理經高功放放大后耦合來的射頻信號，經過衰減、下變頻、放大、濾波后，再經A/D轉換，送給預失真模塊。
本發(fā)明中還可以在射頻前向通道和射頻反饋通道中加入溫度補償芯片，以維持一定溫度范圍內的通道增益的穩(wěn)定性。
本發(fā)明在使用多個通道的預失真處理時，利用FPGA實現(xiàn)開關切換射頻反饋信號，以復用一個射頻反饋通道，有效降低成本。
寬帶碼分多址信號是高峰均比的信號，削峰處理可以降低輸入信號的峰均比，輸入信號峰均比降低，可以減少后級高功放的回退量，從而進一步提高高功放的效率，但是，削峰處理也給輸入信號帶來一定的失真，隨著削峰的程度增大，輸出信號的EVM的惡化也隨之增加。所以，必須通過控制采用合適的削峰處理，將EVM指標控制在允許范圍內。
削峰基本上是在數字域實現(xiàn)，可以在FPGA芯片上開發(fā)削峰算法來實現(xiàn)削峰功能，并采用靈活的削峰策略，以達到較優(yōu)的削峰效果。如圖4所示，采用簡單的基帶硬削峰算法(非常易于實現(xiàn))，時域上對基帶信號進行幅度門限判斷，一旦信號幅度超過門限值，就把超過部分截斷，再經過一個成形濾波器，可以在單載硬削峰后保證信號的ACLR(Adjacent Channel Leakage power Ratio)指標。如圖5所示，采用先分別對每路載波信號進行削峰處理、RRC(Root-Raise-Cosine)濾波器進行成形處理、合路后再進一步削峰處理的，各個削峰門限可靈活設置，可以達到較優(yōu)的削峰效果。
如圖6所示，數字預失真處理模塊主要完成對削峰后合路輸入的多載波基帶I/Q數字信號的實時預失真處理。輸入信號處理器、反饋信號處理器分別對輸入信號和反饋信號進行功率求模(得到輸入信號現(xiàn)在的特性)、功率積分integrator(得到輸入信號過去的特性)、以及功率微分diffentiator(得到輸入信號未來的特性)處理，來計入記憶效應的影響。預失真系數產生器比較輸入信號和反饋信號的特性，用非實時的復雜的運算得到的預失真參數，包括了記憶效應的影響，AM-AM和AM-PM失真非線性效應的影響。預失真處理內核根據這些參數進行預失真處理，就可以抵消由記憶效應、AM-AM和AM-PM失真非線性效應的影響引起的非線性失真。
已有的預失真發(fā)信機由于受器件水平的局限，往往采用AQM方案，即模擬正交調制，將模擬IQ信號通過IQ調制器直接調制到射頻，其主要缺點是零中頻IQ調制方式帶來的直流偏壓引起的本振泄漏問題，器件的差異性會給大批量生產帶來風險。因此本發(fā)明采用高中頻數字中頻技術進行改善，并可以節(jié)省器件成本，只需一片DAC。對于下行發(fā)射電路，中頻須盡量高，這樣做有以下幾個優(yōu)點a)采用高中頻，可以實現(xiàn)一次射頻變頻，減小射頻電路的復雜度；b)采用高中頻，變頻產生的鏡像頻率離有用信號更遠，便于進行濾波處理；c)采用高中頻，可以降低射頻本振的頻率，從而降低本振設計難度，提高本振指標。為了使DAC的性能達到最佳值，也需要保證其工作時鐘達到它的允許時鐘最大值，根據目前器件的水平，選用ADI公司的高速DAC。圖7顯示了一路三載頻數字中頻信號處理過程。其實現(xiàn)過程如下信號完成成形濾波、削峰、頻率搬移處理后進行預失真處理，輸出I/Q信號；DAC輸入數據速率為92.16MHz，在內部作8倍內插，數據速率為737.28MHz，其內部NCO取Fs/4模式，振蕩頻率為184.32MHz，基帶I/Q經過NCO混頻到中頻184MHz，并經DAC轉換為模擬中頻信號輸出。
如圖8所示，發(fā)射前向通道包括中頻濾波器、溫補芯片、放大器、數控衰減器、混頻器、隔離器、放大器、射頻濾波器、放大器，主要完成模擬中頻信號的濾波、放大器及上變頻等功率，考慮到WCDMA信號的特殊性能，必須保證發(fā)射電路具有較高的線性。因此中頻、射頻的放大器和混頻器都選擇輸出IP3盡量高的器件，同時兼顧功耗要求。。中頻濾波器采用LC波器對中頻信號進行濾波，濾除數字中頻單元TXDIF輸出的無用鏡像頻率。溫度補償芯片用來補償溫度變化時通道增益的波動，維持通道增益的平坦度。第一級放大器用來對中頻信號進行放大。數控衰減器用來根據需要動態(tài)調節(jié)發(fā)信機的輸出功率?；祛l器采用上變頻混頻器，作用是將中頻信號上變頻到射頻頻段，需要外接本振信號。第二級和第三級放大器在射頻頻段對信號進行放大。由于混頻后鏡像信號較大，因此混頻后仍需用一個射頻寬帶濾波器進行帶外的濾波，我們選用介質濾波器。在射頻前向通道的末級加上隔離器，可以有效防止發(fā)射信號反射。
如圖9所示，射頻反饋通道包括數控衰減器、混頻器、溫補芯片、中頻濾波器、放大器、巴倫，要求盡量選用低NF、高IP3的器件，保證通道的線性和低底噪，主要是將經高功放放大后耦合回來的射頻信號，衰減后下變頻為中頻信號，并經過溫度補償、帶通濾波、放大、A/D轉換后，送到預失真處理模塊的反饋信號輸入端參與預失真處理。反饋通道的數控衰減器隨前向通道的數控衰減器反向聯(lián)動，當前向輸出功率變化時，保證反饋回去的信號仍然維持在較恒定的幅度以得到較佳的性能?；祛l器采用下變頻混頻器，作用是將射頻信號下變頻到中頻頻段，需要外接本振信號。溫度補償芯片用來補償溫度變化時通道增益的波動，維持通道增益的平坦度。進入A/D轉換器的信號需要用中頻波器對中頻信號進行濾波，我們采用LC中頻濾波器，便于實現(xiàn)，能有效防止混入的干擾信號。放大器對濾波后的信號進行放大，并通過巴倫將單端信號轉為雙端信號，滿足ADC器件的輸入要求。
本發(fā)明還采用切換技術來共用一個射頻反饋通道，以節(jié)約成本。一般的預失真發(fā)信機，不同扇區(qū)(對應不同的通道)需要不同的反饋通道，反饋通道的主要作用是給預失真模塊提供高功放反饋的非線性信號，供預失真模塊產生訓練、調節(jié)產生預失真系數，一旦調節(jié)完成得到了最佳的預失真系數，預失真內核就可以直接采用預失真系數來產生預失真信號，此時反饋通道的作用基本上就很小了。如圖3所示，本發(fā)明采用共用一個反饋通道，由切換控制單元來進行控制切換，當一路的預失真通道調節(jié)完畢，就可以保存該路預失真系數，切換給下一路預失真通道；當某路預失真通道需要重新進行訓練、調節(jié)時，由后臺通知切換控制單元進行切換，完成預失真閉環(huán)訓練、調節(jié)功能。
權利要求
1.一種寬帶碼分多址基站系統(tǒng)多通道多載波數字預失真發(fā)信機，包括反饋信號處理通道和至少一路多載波基帶復用信號處理通道；其中每一路多載波基帶復用信號處理通道包括基帶削峰數字上變頻處理器、數字預失真處理模塊、高中頻輸出模塊、濾波器、射頻前向通道、高功放；反饋信號處理通道包括射頻反饋通道和A/D轉換器；所述基帶削峰上變頻模塊對傳輸來的基帶下行IQ數據進行接入、解復用后分載頻進行數字成型濾波、數字削峰處理、多載波基帶數字合路，并根據需要進行數字上變頻處理；數字預失真處理模塊處理輸入的削峰后的數字信號和經高功放耦合反饋回來的數字中頻信號，產生預失真發(fā)射信號送給高中頻輸出模塊；高中頻輸出模把預失真模塊送來的信號經內插、復調制、D/A變換后輸出合成的多載波模擬高中頻的下行信號；射頻前向通道將輸入的合成的多載波模擬高中頻信號經過一次上變頻到射頻頻段，經過射頻放大、濾波后輸出多載波下行射頻信號到高功放進行功率放大后輸出；射頻反饋通道對經高功放放大后耦合來的射頻信號進行模擬下變頻處理，中頻濾波、放大后輸入到A/D轉換器進行模數轉換，送給預失真模塊作為預失真處理的反饋輸入信號。
2.權利要求1所述的寬帶碼分多址基站系統(tǒng)多通道多載波數字預失真發(fā)信機，其特征在于，數字預失真處理模塊包括數字預失真處理內核和DSP處理器。
3.權利要求2所述的寬帶碼分多址基站系統(tǒng)多通道多載波數字預失真發(fā)信機，其特征在于，所述DSP處理器包括輸入信號處理器、反饋信息處理器、預失真系數產生器和預失真系數查詢表；輸入信號處理器通過對輸入信號的功率求模、功率積分、以及功率微分計入記憶效應的影響；預失真系數產生器根據輸入信號的特性得到預失真參數；預失真處理內核根據預失真參數進行預失真處理，消除非線性失真。
4.權利要求1所述的寬帶碼分多址基站系統(tǒng)多通道多載波數字預失真發(fā)信機，其特征在于，在射頻前向通道和射頻反饋通道中還有溫度補償芯片，用來維持一定溫度范圍內的通道增益的穩(wěn)定性。
5.權利要求1至4任一權利要求所述的寬帶碼分多址基站系統(tǒng)多通道多載波數字預失真發(fā)信機，其特征在于，射頻反饋通道只有一路，還包括反饋通道開關和反饋通道共用切換控制單元，通過切換射頻反饋通道，來使多路數字預失真模塊共用一路射頻反饋通道。
全文摘要
一種寬帶碼分多址基站系統(tǒng)多通道多載波數字預失真發(fā)信機，包括反饋信號處理通道和至少一路多載波基帶復用信號處理通道；其中每一路多載波基帶復用信號處理通道包括基帶削峰數字上變頻處理器、數字預失真處理模塊、高中頻輸出模塊和濾波器、射頻前向通道、高功放；反饋信號處理通道包括射頻反饋通道和A/D轉換器。本發(fā)明采用基帶削峰技術、數字預失真技術、高中頻數字中頻技術，減小了使用線性功放帶來的高成本，并能夠有效提高基站系統(tǒng)的發(fā)射性能和效率。本發(fā)明不通過反饋通道共用切換技術來實現(xiàn)節(jié)約射頻鏈路開支。
文檔編號H04J13/00GK1988522SQ20051012078
公開日2007年6月27日 申請日期2005年12月20日 優(yōu)先權日2005年12月20日
發(fā)明者張軼乾, 黃雄軍, 陳長根, 吳宏星, 鄭健 申請人:中興通訊股份有限公司