多通道数字预失真DPD功放系统.pdf

一种多通道数字预失真DPD功放系统，包括依次连接的数字信号处理模块、DPD处理模块、射频功率放大模块，以及射频切换开关、反馈链路，射频功率放大模块的各射频放大器的耦合输出端与射频切换开关的对应输入端连接，射频切换开关的输出端通过反馈链路与数字信号处理模块连接，数字信号处理模块还分别通过控制信号线与DPD处理模块的各DPD核、射频切换开关连接，数字信号处理模块通过控制信号线向DPD处理模块的各DPD核、射频切换开关输出控制信号，射频切换开关根据数字信号处理模块的控制信号选择导通相应通信链路的耦合信号送入反馈链路，各DPD核根据数字信号处理模块的控制信号触发DPD运算处理。本发明系统大大减少了通道切换的时间。

权利要求书
1.  一种多通道数字预失真DPD功放系统，其特征在于，包括依次连接的数字信号处理模块、数字预失真DPD处理模块、射频功率放大模块，以及射频切换开关、反馈链路，所述射频功率放大模块的各射频放大器的耦合输出端与所述射频切换开关的对应输入端连接，所述射频切换开关的输出端通过所述反馈链路与所述数字信号处理模块连接，所述数字信号处理模块还分别通过控制信号线与所述数字预失真DPD处理模块的各DPD核、所述射频切换开关连接，所述数字信号处理模块通过控制信号线向所述数字预失真DPD处理模块的各DPD核、所述射频切换开关输出控制信号，所述射频切换开关根据所述数字信号处理模块的控制信号选择导通相应通信链路的耦合信号送入所述反馈链路，各所述DPD核根据所述数字信号处理模块的控制信号触发DPD运算处理。

2.  根据权利要求1所述的多通道数字预失真DPD功放系统，其特征在于，所述数字信号处理模块通过控制信号线分别与各DPD核的第一管脚、第二管脚连接，通过所述第一管脚向各DPD核发出与该DPD核对应的反馈射频通道是否接通的控制信号，通过所述第二管脚向各DPD核发出触发该DPD核进行DPD运算的触发信号。

3.  根据权利要求2所述的多通道数字预失真DPD功放系统，其特征在于，所述数字信号处理模块通过控制信号线向射频切换开关发出切换到当前反馈射频通道的控制信号，且所述反馈链路的反馈信号发送至与所述当前反馈射频通道对应的DPD核后，向与所述当前反馈射频通道对应的DPD核的第一管脚发出对应的反馈射频通道接通的控制信号，向与所述当前反馈射频通道对应的DPD核的第二管脚发出进行DPD运算的触发信号。

4.  根据权利要求3所述的多通道数字预失真DPD功放系统，其特征在于，所述数字信号处理模块发出所述触发信号的时间大于该DPD核有效运行的最小时间。

5.  根据权利要求3所述的多通道数字预失真DPD功放系统，其特征在于，从所述射频功率放大模块的各射频放大器耦合的耦合信号等长。

6.  根据权利要求1至5任意一项所述的多通道数字预失真DPD功放系统， 其特征在于，还包括模拟数字转换器ADC模块、数字模拟转换器DAC模块和射频链路，所述模拟数字转换器ADC模块的输出端与所述数字信号处理模块的输入端连接，所述数字模拟转换器DAC模块连接在所述数字预失真DPD处理模块与所述射频功率放大模块之间，所述射频链路连接在所述数字模拟转换器DAC模块与所述射频功率放大模块之间。

7.  根据权利要求6所述的多通道数字预失真DPD功放系统，其特征在于，所述射频链路包括依次连接的IQ调制模块、ATT衰减模块、滤波器和PA功率放大器，所述IQ调制模块的输入端与所述数字模拟转换器DAC模块的输出端连接，所述PA功率放大器的输出端与所述射频功率放大模块的输入端连接。

8.  根据权利要求1至5任意一项所述的多通道数字预失真DPD功放系统，其特征在于，所述数字信号处理模块包括依次连接的数字下变频DDC模块、数字ALC控制模块、削峰CFR模块、数字上变频DUC模块。

9.  根据权利要求6所述的多通道数字预失真DPD功放系统，其特征在于，还包括微控制单元MCU处理器，用于对所述模拟数字转换器ADC模块、所述数字信号处理模块、所述数字模拟转换器DAC模块、所述数字预失真DPD处理模块进行配置。

10.  根据权利要求1至5任意一项所述的多通道数字预失真DPD功放系统，其特征在于，所述数字信号处理模块采用FPGA芯片实现，所述射频功率放大模块为Doherty功率放大模块。

说明书多通道数字预失真DPD功放系统
技术领域
本发明涉及通信技术领域，特别涉及一种多通道数字预失真DPD功放系统。
背景技术
随着第四代移动通信技术(4G)的演进，4G网络大多采用分布式基站，现有分布式基站中的设备都要求功放效率高、保持良好的线性、成本低，并且实现多通道等技术。为达到良好的线性度，通常采用数字预失真(Digital Pre-Distortion，DPD)技术和Doherty等技术。采用DPD技术时通常要求提供反馈通道来采集数据，将采集的数据发送给DPD核进行预失真算法处理，以便于进行线性化系统的自适应调节，使得在不同环镜下保持良好的线性效果，同时在多路通道中采用共用一个反馈采样通道的方式实现多路通道DPD反馈系统，从而减小系统的体积和节约成本。对于共享反馈通道的多路DPD技术，目前一般是通过判断DPD内核状态信息进行信号处理，同时根据DPD采样数和计算系数的特点来完成多通道DPD的快速切换，从而提高预失真DPD更新系数的速度及通信质量。这种多通道切换方法具有较快的处理速度，但是它涉及到DPD核的状态查询与判断等流程，仍需花费不短的时间。
发明内容
基于此，本发明实施例的一个目的在于提供一种多通道数字预失真DPD功放系统，其可以提高多路DPD通道进行通道切换时的切换速度。
为达到上述目的，本发明实施例采用以下技术方案：
一种多通道数字预失真DPD功放系统，包括依次连接的数字信号处理模块、数字预失真DPD处理模块、射频功率放大模块，以及射频切换开关、反馈链路，所述射频功率放大模块的各射频放大器的耦合输出端与所述射频切换开关的对应输入端连接，所述射频切换开关的输出端通过所述反馈链路与所述数字信号处理模块连接，所述数字信号处理模块还分别通过控制信号线与所述数字预失 真DPD处理模块的各DPD核、所述射频切换开关连接，所述数字信号处理模块通过控制信号线向所述数字预失真DPD处理模块的各DPD核、所述射频切换开关输出控制信号，所述射频切换开关根据所述数字信号处理模块的控制信号选择导通相应通信链路的耦合信号送入所述反馈链路，各所述DPD核根据所述数字信号处理模块的控制信号触发DPD运算处理。
根据如上所述的本发明实施例的系统，其是多路DPD通道共享同一个反馈链路，且是由数字信号处理模块通过控制信号线对射频切换开关的通道切换以及各DPD核的运行进行硬件控制，硬件控制方式可以达到更快的切换速度，从而大大减少了通道切换的时间，且简化了系统控制流程。
附图说明
图1是本发明实施例的多通道数字预失真DPD功放系统的结构示意图；
图2是一个具体示例的多通道数字预失真DPD功放系统的示意图；
图3是一个具体示例中系统的原理框图；
图4是一个具体示例中多路DPD通道共享同一反馈通道的设计原理示意图；
图5是一个具体示例中控制通道切换的时序示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本发明，并不限定本发明的保护范围。
图1中示出了本发明实施例的多通道数字预失真DPD功放系统的结构示意图。如图1所示，本实施例中的多通道数字预失真DPD功放系统包括依次连接的数字信号处理模块、数字预失真DPD处理模块、射频功率放大模块，还包括射频切换开关、反馈链路，射频功率放大模块的各射频放大器的耦合输出端与射频切换开关的对应输入端连接，射频切换开关的输出端通过反馈链路与数字信号处理模块连接，其中，数字信号处理模块还分别通过控制信号线与数字预 失真DPD处理模块的各DPD核、射频切换开关连接，数字信号处理模块通过控制信号线向数字预失真DPD处理模块的各DPD核、射频切换开关输出控制信号，射频切换开关根据数字信号处理模块的控制信号选择导通相应通信链路的耦合信号送入反馈链路，各DPD核根据数字信号处理模块的控制信号触发DPD运算处理。
其中，数字信号处理模块通过控制信号线与各DPD核连接时，可以是通过控制线分别与各DPD核的第一管脚、第二管脚连接，并通过第一管脚向各DPD核发出与该DPD核对应的通信链路的耦合信号(即反馈射频通道)是否接通的控制信号，通过第二管脚向各DPD核发出触发该DPD核进行DPD运算的触发信号。
其中，如上所述的本发明实施例的系统，还可以包括有模拟数字转换器ADC模块、数字模拟转换器DAC模块和射频链路，其中，模拟数字转换器ADC模块的输出端与数字信号处理模块的输入端连接，数字模拟转换器DAC模块连接在数字预失真DPD处理模块与射频功率放大模块之间，射频链路连接在数字模拟转换器DAC模块与射频功率放大模块之间。该射频链路可以包括依次连接的IQ调制模块、ATT衰减模块、滤波器和PA功率放大器，且IQ调制模块的输入端与数字模拟转换器DAC模块的输出端连接，PA功率放大器的输出端与射频功率放大模块的输入端连接。
如上所述的数字信号处理模块包括依次连接的数字下变频DDC模块、数字ALC控制模块、削峰CFR模块、数字上变频DUC模块，分别执行数字下变频、数字ALC控制、削峰以及数字上变频功能。
以下结合其中的一个具体示例对本发明实施例的方案进行详细说明。
图2中示出了基于本发明一个具体示例的多通道数字预失真DPD功放系统的示意图。如图2所示，整个系统主要包括数字模块、射频功率放大模块两大模块，数字模块与射频功率放大模块直接连接，数字模块与射频功率放大模块还通过共享的反馈链路连接，实现信号反馈。
其中，数字模块主要完成监测控制、数据采集、DPD、CFR(削峰，Crest Factor Reduction)、ALC(Automatic level control，自动电平控制)等功能，而射频功 率放大模块主要用以进行射频功率的放大，该射频功率放大模块可以是Doherty功率放大模块，以达到高效率输出，而共享的反馈链路用于数字模块中的各DPD核，便于各DPD核进行DPD处理。
基于图2所示的系统，图3中示出了一个具体示例中该系统的原理框图。如图3所示，该系统包括有数字信号处理模块301、数字预失真DPD处理模块302、射频功率放大模块303、射频切换开关304、反馈链路305，其中，数字信号处理模块301、DPD处理模块302、射频功率放大模块303依次连接，射频切换开关304的各输入端与射频功率放大模块303的各耦合输出端连接，射频切换开关304的输出端通过反馈链路305与数字信号处理模块301连接。
如图3所示，在该示例的系统中，还可以包括有DAC(Digital to analog converter，数字模拟转换器)模块306、射频链路307以及ADC(Analog to digital converter，模拟数字转换器)模块300，其中模拟数字转换器ADC模块300的输出端与数字信号处理模块301的输入端连接，数字模拟转换器DAC模块306连接在数字预失真DPD处理模块302与射频功率放大模块303之间，射频链路307连接在数字模拟转换器DAC模块306与射频功率放大模块303之间。该射频链路307可以包括依次连接的IQ调制模块、ATT衰减模块、滤波器和PA功率放大器，且IQ调制模块的输入端与数字模拟转换器DAC模块306的输出端连接，PA功率放大器的输出端与射频功率放大模块303的输入端连接。
如图3所示，在该示例中，还可以包括有MCU(Microcontroller Unit，微控制单元)处理器，微控制单元MCU处理器可用以对各芯片进行配置，例如模拟数字转换器ADC模块、数字模拟转换器DAC模块、数字信号处理模块、数字预失真DPD处理模块中的芯片、时钟芯片等，还可以用于控制数字衰减器、监测功放系统的温度、完成数字链路和功放模块的温度补偿、监控功放系统的工作情况、处理功放系统中出现的异常情况等；微控制单元MCU处理器的具体控制处理方式，可以采用目前已有以及以后可能出现的任何方式进行。
具体工作时，射频信号经过下变频、衰减器、滤波器、IQ调制器的处理后，进入模拟数字转换器ADC模块300进行采样，模拟数字转换器ADC模块300采集射频模拟信号，并将射频模拟信号转换成数字信号，为在数字信号处理模 块301的数字信号处理做准备，数字信号处理模块301对数字信号进行DDC(Digital Down Converter，数字下变频)、数字ALC控制、CFR(削峰)、DUC(Digital Up Converter，数字上变频)等处理后，将处理后的数字信号送入数字预失真DPD处理模块302，数字预失真DPD处理模块302的各DPD核根据反馈链路305反馈的数据进行数字预失真，使功放系统的输出线性达到良好状态，数字模拟转换器DAC模块306将数字预失真DPD处理模块302数字预失真后的数字信号转换成射频模拟信号，射频链路307完成该射频模拟信号的传输及保持信号达到预定的功率，并通过射频功率放大模块303进行功率放大后发射出去。同时，从射频功率放大模块303的射频放大器PA耦合部分信号进入到射频切换开关304由数字信号处理模块301进行选择，反馈链路305对耦合信号进行ATT、IQ调制、反馈A\D模数转换等处理后，送入到数字信号处理模块301进行处理，数字信号处理模块301对反馈信号进行处理后，根据射频切换开关304的选择结果将处理后的反馈信号发送到DPD处理模块302的对应的DPD核进行DPD处理。
在本发明实施例的方案中，多路DPD通道共享同一反馈链路，反馈链路的设计需要DPD处理模块的各DPD核提供的管脚来控制DPD核的运行，即通过硬件的方式来控制各DPD核的运行。同时，还需要控制射频切换开关连接到对应的反馈射频通道。
图4中示出了一个具体示例中的多路DPD通道共享同一反馈链路的设计原理示意图，如图4所示，在本发明实施例的方案中，通道切换及DPD核的运行是由数字信号处理模块301来控制的，通过这种硬件控制方式，可以达到更快的切换速度，缩短了以往需要通过查询DPD的状态来进行通路切换的时间，简化了控制流程。其中，数字信号处理模块301通过控制信号线与射频切换开关304连接，且通过控制信号线分别与各DPD核的两个管脚相连接，数字信号处理模块301通过控制信号线向射频切换开关304发出切换到当前反馈射频通道的控制信号，且反馈链路305的反馈信号发送至与当前反馈射频通道对应的DPD核后，数字信号处理模块301通过控制信号线向与当前反馈射频通道对应的DPD核的第一管脚发出对应的反馈射频通道接通的控制信号，向与当前反馈射频通 道对应的DPD核的第二管脚发出进行DPD运算的触发信号。其中，数字信号处理模块301发出触发信号的时间大于该DPD核有效运行的最小时间，或者说该DPD核的运行时间大于该DPD核有效运行的最小时间，该时间通常由DPD核的运算速度确定，以确保信号稳定，能够有效地进行DPD运算处理。
图5示出了一个具体示例中控制通道切换的时序示意图为例，以下结合图4、图5，对其中一个切换过程进行举例说明。
图5所示中，GP1、Adapt Enable均为DPD核所提供的管脚，TX1、TX2表示两条不同的通信链路，GP1管脚的功能为：当此管脚的电平为低时，它代表此时反馈射频通道接通且稳定，Adapt Enable管脚为触发DPD核进行预失真运算；Feedback RF Switch为射频切换开关的开关，数字信号处理模块控制射频切换开关使对应输出端的反馈信号切换到共享的反馈链路上，从而开展DPD运算处理。
结合图4、5所示，一个具体切换示例可以是如下所述。
数字信号处理模块在进行管脚初始化时，将链路选取为链路1(TX1)，即将链路1的开关Feedback RF Switch设置为高电平，将链路1的DPD1核的GP1管脚设置为低电平，通知DPD1核反馈射频通道准备好，再将DPD1核的Adapt Enable管脚设置为高电平，使DPD1核可以运行对消算法，同时链路2(TX2)的DPD2核的Adapt Enable管脚设置为低电平，使DPD2核暂停运行对消算法，保持原有参数，将DPD2核的GP1管脚设置为高电平，通知DPD2核反馈射频通道未准备好，再将链路2的开关Feedback RF Switch设置为低电平。
然后，数字信号处理模块开始计时，当时间到达反馈接通时间(该时间必须大于DPD核完成一次对消算法的运行所耗费的时间按)时，将DPD1核的Adapt Enable管脚设置为低电平，使DPD1核暂停运行对消算法，然后将DPD1核的GP1管脚设置为高电平，告知DPD1核当前的反馈链路数据不可用，此时，链路1的开关Feedback RF Switch设置为低电平，链路2的开关Feedback RF Switch设置为高电平，使反馈链路为链路2所用，之后维持一段时间，使链路2稳定，再将链路2的DPD2核的GP1管脚设置为低电平，将DPD2核的Adapt Enable管脚设置为高电平，使DPD2核可以运行对消算法。
同样，数字信号处理模块开始计时，当时间到达反馈接通时间时，设置下一组控制线以控制链路的切换。即保证每一时间仅有一个通道正常运行，其他链路则保持原有参数。
如上所述可以得知，在本发明实施例的方案中，从当前反馈射频通道切换到下一通道时，在射频切换开关切换前，需先停止当前DPD核运行(例如GP1管脚置为1、Adapt Enable管脚置为0)，至少需提前1个反馈时钟周期停止DPD核运行；从上一通道切换到当前反馈射频通道时，在运行DPD核前，需先把射频切换开关切换到当前反馈射频通道，且等待有效的数据已经进入DPD核的芯片后，才允许DPD核运行(例如：GP1管脚置为1、Adapt Enable管脚置为0)，以确保信号稳定；每个通道的DPD核运行时间需要比DPD核有效运行的最小时间(这个由DPD核的运算速度确定)要长；DPD核运行时，需确保两个DPD环路的Mu(时延误差)值基本相同(即二者的差值在一个可接受的小范围之内)，确保DPD的对消效果及系统的一致性。因此，在射频切换开关前，两路射频耦合信号需严格等长，即从射频功率放大模块303的各射频放大器耦合的耦合信号等长，同时两路数据时钟及转换时钟需进行同步处理，确保相位一致。具体的同步方式可以采用目前已有以及以后可能出现的任何方式进行。
基于如上所述的本发明实施例的多通道数字预失真DPD功放系统，一个具体的启动应用控制流程可以是如下所述：MCU启动后，运行BOOTSTRAP，然后装载UBOOT完成引导Linux系统并完成Linux系统的运行，最后，运行功放系统的各监控进程。首先启动通信进程，其功能可以是以网口、RS-485、RS-232、USB等硬件接口为基础实现的CSP3协议、ATS协议、字符串协议；然后根据主机命令来完成功放系统校准流程：功放DPD训练前自检、功率校正、自适应均衡、OP DPD训练等；然后实现各通道的温补控制：功放管栅极电压输出温补计算、数字链路温补、FPGA的IQ温补等；最后启动功放系统监测线程：主要进行ADC采样、计算各功率值、判断告警、记录告警及进行告警处理。系统的这些线程不断循环地进行。各线程的具体启动控制方式在此不再详加赘述。
如上所述的本发明实施例的系统中，上述数字信号处理模块301可以通过FPGA(Field-Programmable Gate Array，即现场可编程门阵列)来实现，以得到 较快的信号处理速度，上述射频功率放大模块可以采用Doherty技术来实现，以使功放达到较高的效率和较好的线性性能，且成本低廉。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。