[发明专利]毫米波宽带功率放大器的数字预失真系统及其方法

说明书

本发明公开了一种毫米波宽带功率放大器的数字预失真系统，包括：数字预失真模块、数模转换器、上变频器、功率放大器、反馈回路、模数转换器以及模型提取模块。本发明还公开了毫米波宽带功率放大器的数字预失真方法。本发明利用非常有限的数字信号处理速率，实现了大带宽信号激励的毫米波功放的线性化，获得了良好的线性化效果，减轻了数字信号处理模块的实现负担，在5G毫米波应用中具有广阔前景。

技术领域

本发明涉及数字预失真系统，特别是涉及毫米波宽带功率放大器的数字预失真系统及其方法。

背景技术

不管在学术界还是工业界，第5代移动通信系统(5G)正得到越来越广泛的关注。5G以支持10千兆比特每秒(Gbps)的传输速率为终极目标，在此背景下，毫米波频段成为了颇具前景的5G频率规划方案之一，诸多国家先后发布了在28GHz和40GHz频段附近的毫米波频谱资源分配草案。随着毫米波技术的普及，高速率信号传输系统将具备容纳超宽带调制信号(例如信号带宽为500MHz)的能力。然而，信号带宽的急剧增大将给射频电路的设计带来极大的压力，对毫米波功率放大器的线性化系统尤其如此。

众所周知，为了达到较高的能量转换效率，功率放大器往往需要工作在非线性区，不仅不可避免地引入了带内信号的失真，也导致了带外的频谱再生。数字预失真模块可以用低成本、高精度的方法有效去除功率放大器以及系统的非线性，也因此成为现代无线发射机中不可或缺的一部分，其在系统中的部署位置如图1所示。在信号的数字预失真阶段，需要对功放的特性进行建模，通常所采用的非线性运算将耗费输入信号数倍的频谱资源；例如，假设信号带宽为BW，5阶非线性运算将消耗5×BW带宽。在此情况下，5G无线通信系统中调制信号带宽的迅速增长，诸如现场可编程逻辑门阵列(FPGA)的带宽限制将成为技术发展的瓶颈。

显而易见，如今在5G背景下直接采用传统方案对功放进行线性化不具成本效益，针对功放的传统建模与预失真方法已不再适用于毫米波段。最近，带限数字预失真系统与方法成功地解决了数模转换器、模数转换器的采样率限制问题，以及发射机链路、反馈环路的带宽限制问题，但对基带信号处理速率的高要求依旧没有有效的降低方法。

传统数字预失真系统中，带宽的要求主要体现在三个方面——发射链路、反馈回路、基带数字信号处理模块。通常情况下，为了产生足够的非线性分量并得到良好的线性化效果，发射机带宽至少为输入信号带宽的5倍；以500MHz带宽的调制信号为例，发射机链路中的预失真输入信号至少需要2500MHz带宽。一般来说，由于滤波器的滚降因子，数模转换器的采样率稍高于带宽值，若滚降因子为0.28，那么I/Q基带信号的采样率将是2500×1.28＝3200MSPS。类似地，反馈环路也面临着带宽和模数转换器采样率的问题。近来，随着带限数字预失真技术的发展，这一问题可以得到有效缓解。具体来说，对于发射链路和反馈回路，1倍到2倍的输入信号带宽便足以达到线性化的要求。

然而，对于毫米波段宽带信号的数字预失真技术来说，基带数字信号处理仍然是巨大的负担；同时，为正确地产生没有混叠的预失真信号，大带宽也十分必要。如图2所示，为了产生高阶非线性分量，数字信号处理速率是输入信号带宽的数倍；若输入信号带宽为500MHz，对基于Volterra级数模型的5阶分量来说，带宽应达到2500MHz，将滚降因子考虑在内则需要3200MSPS采样速率。

以上几方面的带宽要求如表1所示，不难看出，随着带宽的增加，数字预失真的资源耗费将越来越无法负担。在颇具前景的5G毫米波通信中，500MHz宽带调制信号将成为最基本的需求，因此亟需全新的数字预失真技术的体系架构。

发明内容

发明目的：本发明的目的是提供一种能够解决现有技术中存在的缺陷的毫米波宽带功率放大器的数字预失真系统及其方法。

技术方案：为达到此目的，本发明采用以下技术方案：

本发明所述的毫米波宽带功率放大器的数字预失真系统，包括：