專利名稱：一種線性功放模型的實(shí)現(xiàn)裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種線性功放模型的實(shí)現(xiàn)裝置及方法。本發(fā)明尤其涉及多載波調(diào)制中峰均比抑制的信號處理算法。
背景技術(shù)：
正交頻分復(fù)用(OFDM)技術(shù)以其高頻譜利用率、強(qiáng)抗多徑干擾及窄帶干擾能力、便于移動接收等優(yōu)點(diǎn)，成為未來無線通信高速率傳輸中十分有競爭力的一種技術(shù)。但高峰值平均功率比使其對功率放大器的非線性十分敏感，尤其是功放的非線性失真。信號在發(fā)送之前需先經(jīng)過功率放大器放大，功率放大器的非線性可以用AM/AM和AM/PM曲線表示。AM/AM反映了信號幅值的放大倍數(shù)關(guān)系，AM/PM則是輸出相位隨輸入信號幅值的變化關(guān)系。小信號經(jīng)過功率放大器可以無失真地線性放大，大信號將產(chǎn)生非線性失真，由于功率放大器工作在臨近飽和區(qū)，功率放大器的非線性失真表現(xiàn)在帶內(nèi)的星座圖彌散和帶外噪聲起伏，導(dǎo)致惡化的誤碼率和鄰信道干擾，嚴(yán)重影響信號接收質(zhì)量，因此功率放大器線性化研究是通信領(lǐng)域的熱點(diǎn)課題。功放線性化有很多方法。如功率回退技術(shù)(輸入信號功率從功放的IdB壓縮點(diǎn)回退)使得功放的工作范圍遠(yuǎn)離飽和區(qū)域，有效地避免了非線性失真，但它導(dǎo)致功放效率極低。近幾年，預(yù)失真結(jié)合峰均比抑制的功率線性化技術(shù)得到了大家的重視。眾所周知，預(yù)失真在功放的飽和區(qū)域無能為力，這時候，只能求助峰均比抑制技術(shù)。通常將信號用較小的功率回退通過理想線性功放模型后得到較大的飽和失真，然后對失真信號進(jìn)行相應(yīng)處理來獲得峰均比的抑制。理想線性功放模型如圖1，當(dāng)輸入信號較小，即I m(t)|< J時，功放輸出信號與輸入信號成線性，然而，當(dāng)I m(t) |>』時，由于輸出范圍有限，即使柯O不斷增大，功放的輸出5的也不再變化。本發(fā)明就是要實(shí)現(xiàn)一種線性化的功放，使其能夠接近理想功放模型。理想線性化功放(Linear ΗΡΑ, LHPA)模型分為線性區(qū)和飽和區(qū)，飽和是將超過設(shè)定門限的信號截?cái)?，是一種非線性操作。輸入復(fù)信號，設(shè)定飽和門限為A，原理如下
當(dāng)Im{t) I小于等于門限值A(chǔ)時，沒有非線性操作，當(dāng)I m(t) I幅值大于A時，模型將I/郵)I限定在A。傳統(tǒng)LHPA由乘除運(yùn)算實(shí)現(xiàn)，圖2示意了傳統(tǒng)LHPA的結(jié)構(gòu)框圖。CORDIC模塊計(jì)算復(fù)信號幅值Mag ；MULT模塊實(shí)現(xiàn)如下功能若幅值Mag大于門限值Vc I ip，輸出門限值Vc I ip與向量的乘積，否則Mag與向量乘積；DIV模塊完成除法運(yùn)算，除以向量的模值Mag。傳統(tǒng)LHPA的乘法模塊消耗了乘法器，除法模塊由較大的組合時序邏輯實(shí)現(xiàn)，限制了設(shè)計(jì)的時鐘速率。因此提出新的LHPA模型，減小硬件開銷，提高設(shè)計(jì)速率有著重要意義。
現(xiàn)有的另一種方法是Altera公司的LHPA，是一種完全基于CORDIC算法的方法。圖3示意了這種Altera LHPA的結(jié)構(gòu)圖。CORDIC首先變換笛卡爾坐標(biāo)為極坐標(biāo)，選擇器選擇輸出幅值R或門限值A(chǔ)max，第二個CORDIC模塊與第一個相反，它將極坐標(biāo)重新轉(zhuǎn)化為笛卡爾坐標(biāo)。它采用了兩個CORDIC模塊分別完成幅值計(jì)算和飽和向量的旋轉(zhuǎn)，模塊間通過相位旋轉(zhuǎn)變量通信。它將傳統(tǒng)LHPA的乘除運(yùn)算轉(zhuǎn)化為寄存器移位加減運(yùn)算，極大地減少了硬件資源的使用，同時避免使用除法極大地提高了時鐘速度。但是由于Altera LHPA的CORDIC模塊2將極坐標(biāo)沿著CORDIC模塊I的旋轉(zhuǎn)路徑旋轉(zhuǎn)回笛卡爾坐標(biāo)。這意味著需要存儲CORDIC模塊I旋轉(zhuǎn)方向，增加了設(shè)計(jì)的復(fù)雜度。在設(shè)計(jì)更好的LHPA時，可充分考慮邏輯和資源復(fù)用以簡化程序設(shè)計(jì)和減少資源消耗。綜上所述，現(xiàn)有方法的缺點(diǎn)是資源消耗大，時鐘速率不高。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問題，本發(fā)明提供以下技術(shù)方案本發(fā)明的目的是設(shè)計(jì)一種線性功放模型的實(shí)現(xiàn)裝置及方法。首先設(shè)定一個初始飽和向量，其長度為設(shè)定的飽和值，方向沿著I軸正方向，并且對輸入的初始I-Q向量以及飽和向量進(jìn)行預(yù)處理，根據(jù)初始I-Q向量所在的象限進(jìn)行處理，對處于二、三象限以及I軸負(fù)方向的初始I-Q向量進(jìn)行180°旋轉(zhuǎn)，使其旋轉(zhuǎn)到一、四象限或I軸正方向，也對其相應(yīng)的飽和向量進(jìn)行180°旋轉(zhuǎn)，使其旋轉(zhuǎn)到沿著I軸負(fù)方向。通過利用CORDIC旋轉(zhuǎn)算法，將經(jīng)過預(yù)處理之后的I-Q向量根據(jù)Q分量的符號以一定次數(shù)的迭代逐步旋轉(zhuǎn)到足夠接近I軸，同時通過利用CORDIC旋轉(zhuǎn)算法，將沿著I軸的飽和向量以相同次數(shù)的迭代反方向旋轉(zhuǎn)，CORDIC迭代其實(shí)是用流水線結(jié)構(gòu)來完成的，這樣可以大大提高模塊的處理速度。然后比較旋轉(zhuǎn)結(jié)束后I-Q向量的I值跟門限值的大小，如果旋轉(zhuǎn)結(jié)束后的I-Q向量的I值小于門限值，則輸出原來的I-Q向量，如果旋轉(zhuǎn)結(jié)束后的I-Q向量的I值大于門限值，則輸出沿著I軸的飽和向量旋轉(zhuǎn)后的I-Q向量值。本發(fā)明帶來的有益效果是本發(fā)明提出的LHPA相比于傳統(tǒng)LHPA和Altera LHPA,因?yàn)椴恍枰顺ㄟ\(yùn)算，也不需要存儲相位信息，減少了資源消耗，提高了時鐘速率。


圖I是理想功放模型圖2是傳統(tǒng)LHPA的結(jié)構(gòu)框圖3是Altera LHPA的結(jié)構(gòu)圖4是坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)示意圖5是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)圖6是本發(fā)明的流程圖7是CORDIC的流水線結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明，但不作為對本發(fā)明的限定。
本發(fā)明中使用了 CORDIC算法，CORDIC有旋轉(zhuǎn)法和矢量法兩種，本發(fā)明只討論旋轉(zhuǎn)法。假設(shè)點(diǎn)A沿逆時針方向旋轉(zhuǎn)Θ角度至點(diǎn)B,點(diǎn)A坐標(biāo)為(XiJi),點(diǎn)B為(xi+1,yi+1),如圖4。經(jīng)推導(dǎo)有如下關(guān)系xi+1=cos Θ (xj-yjtan θ )(2)yi+1=cos Θ (yj+Xjtan θ )同樣旋轉(zhuǎn)Θ角，當(dāng)點(diǎn)A沿順時針方向轉(zhuǎn)至點(diǎn)B'時，有xi+/ =Cos Θ (xj+yjtan Θ )(3)yi+1' =cos Θ (yj-Xjtan θ )設(shè)每次旋轉(zhuǎn)的角度為a i=arctan2_i則有xi+1=cos a j (Xi+ ξ jy^-1)yi+1=cos a j (y「ξ ^2^1) (4)Zw=Zi- ξ iarctan2_1其中
權(quán)利要求
1.一種線性功放模型的實(shí)現(xiàn)裝置及方法，其特征在于通過CODRIC迭代來實(shí)現(xiàn)線性功放模型。具體包括步驟設(shè)定一個初始飽和向量，其長度為設(shè)定的飽和值，方向沿著I軸正方向；對輸入的初始I-Q向量及飽和向量進(jìn)行預(yù)處理；通過利用CORDIC算法，將經(jīng)過預(yù)處理之后的I-Q向量以固定次數(shù)的迭代逐步旋轉(zhuǎn)到無限接近于I軸；通過利用CORDIC算法，將沿著I軸的飽和向量以相同次數(shù)的迭代反方向旋轉(zhuǎn)；比較旋轉(zhuǎn)結(jié)束后I-Q向量的I值跟門限值的大小，輸出最終的I-Q向量值。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的CORDIC迭代是使用流水線結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的，采用流水線結(jié)構(gòu)相對于傳統(tǒng)的反饋結(jié)構(gòu)，簡化了設(shè)計(jì)復(fù)雜度，提高了設(shè)計(jì)速度。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的對輸入I-Q向量進(jìn)行預(yù)處理，還包括步驟將處于二、三象限以及I軸負(fù)方向的初始I-Q向量進(jìn)行180°旋轉(zhuǎn)，使其旋轉(zhuǎn)到一、四象限或I軸正方向；處于其他位置的初始I-Q向量保持不變。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的對飽和向量進(jìn)行預(yù)處理，包括步驟根據(jù)初始I-Q向量所處的象限進(jìn)行判斷，如果處于二、三象限以及I軸負(fù)方向，則飽和向量也旋轉(zhuǎn)180°，即方向沿著I軸負(fù)方向；如果處于其他位置，飽和向量仍保持沿著I軸正方向。
5.權(quán)利要求I所述的飽和向量大小，是根據(jù)預(yù)先設(shè)定的一個幅度值乘以CORDIC算法的幅度因子得到的，由于CORDIC算法在旋轉(zhuǎn)時會將原有向量的長度放大，因此此做法相當(dāng)于在旋轉(zhuǎn)前就縮小了初始飽和向量的長度，旋轉(zhuǎn)后就不需要再做處理。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的飽和值，即預(yù)先設(shè)定的幅度值與CORDIC算法幅度因子的乘積，在輸入前已經(jīng)被計(jì)算完成，模塊中不需要再耗費(fèi)乘法器。
7.權(quán)利要求I所述的通過利用CORDIC旋轉(zhuǎn)算法旋轉(zhuǎn)預(yù)處理后的I-Q向量和飽和向量時，是同時分別向相反的方向旋轉(zhuǎn)的。每次旋轉(zhuǎn)的方向是根據(jù)當(dāng)前旋轉(zhuǎn)的Q分量的符號來判斷的，還包括步驟若符號為正，則I-Q向量向順時針方向旋轉(zhuǎn)，飽和向量向逆時針方向旋轉(zhuǎn)；若符號為負(fù)，則I-Q向量向逆時針方向旋轉(zhuǎn)，飽和向量向順時針方向旋轉(zhuǎn)。
8.權(quán)利要求I中所述的門限值是由預(yù)先設(shè)定的飽和幅值除以CORDIC算法的幅度因子得到的，由于在按照CORDIC算法旋轉(zhuǎn)之后，I-Q向量的長度被放大，因此相應(yīng)的放大了門限值。
9.權(quán)利要求8中所述的門限值，在輸入前已經(jīng)被計(jì)算完成，模塊中并不需要進(jìn)行除法運(yùn)算。
10.根據(jù)權(quán)利要求I中所述的輸出最終的I坐標(biāo)值和Q坐標(biāo)值，還包括步驟如果旋轉(zhuǎn)結(jié)束后的I-Q向量的I值小于門限值，則輸出原來的初始I-Q向量；如果旋轉(zhuǎn)結(jié)束后的I-Q向量的I值大于門限值，則輸出沿著I軸的飽和向量旋轉(zhuǎn)后的I坐標(biāo)值和Q坐標(biāo)值。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種線性功放模型的實(shí)現(xiàn)裝置及方法。這種裝置由預(yù)處理、CORDIC、選擇器三個模塊構(gòu)成。輸入I-Q向量經(jīng)過預(yù)處理器(201)后，送入CORDIC模塊(202)。CORDIC模塊邏輯上可分為兩個CORDIC子模塊，分別實(shí)現(xiàn)輸入I-Q向量的旋轉(zhuǎn)和飽和向量的反旋轉(zhuǎn)。該CORDIC模塊的特殊性在于每次CORDIC迭代同時進(jìn)行輸入向量的旋轉(zhuǎn)和飽和向量的反旋轉(zhuǎn)；當(dāng)前CORDIC移位寄存器的Q分量值決定了輸入向量的旋轉(zhuǎn)方向，同時也決定了飽和向量的旋轉(zhuǎn)方向；多次CORDIC迭代是通過流水結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)的。硬件實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)中完全沒有乘法和(或)除法，相比于其他線性功放模型，提高了系統(tǒng)速度，降低了設(shè)計(jì)復(fù)雜度。
文檔編號H04L27/26GK102938749SQ201210447919
公開日2013年2月20日 申請日期2012年11月9日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月9日
發(fā)明者劉昌銀, 萬欣, 周德?lián)P, 劉蕾, 李雪萍 申請人:蘇州威士達(dá)信息科技有限公司