一种数字预失真方法及装置

技术领域

本发明涉及半导体器件及无线通信技术领域，尤其是涉及一种数字预失真方法及装置。

背景技术

功率放大器的工作在大功率下存在非线性问题，诸如功率放大器产生谐波、焦调、临近信道泄露比(ACLR)等非线性，导致通信质量变差，从而影响通话效果。为了提高通话的效果，需要通过对无线通信使用的功率放大器进行预失真处理，尤其是无线基站功率放大器以避免功率放大器存在的非线性问题。现有的预失真方法通常为，在功率放大器前端补偿与功率放大器非线性相反的信号，经过预先补偿，使输入信号携带与功率放大器非线性相反的信号，将该一同输入功率放大器进行放大处理。预先补偿信号经过放大后能够抵消功率放大器的部分非线性，从而使功率放大器输出线性信号。然而功率放大器的记忆效应是非线性的重要体现，现有的预失真方法仅能够对功率放大器的电记忆进行矫正，无法全面对功率放大器的记忆效应进行矫正，导致预失真的效果较差。

发明内容

本发明提供了一种数字预失真方法及装置，以解决现有的预失真方法仅能够对功率放大器的电记忆进行矫正，无法全面对功率放大器的记忆效应进行矫正，导致预失真的效果较差的技术问题。

本发明的第一实施例提供了一种数字预失真方法，包括：

获取功率放大器中晶体管的当前结温对所述晶体管在时间t内的非线性函数关系；

将所述功率放大器的输出端信号耦合出第一输出信号和第二输出信号，将所述第一输出信号转换成数字信号，并根据所述数字信号建立所述功率放大器的非线性模型；

根据所述功率放大器的第二输出信号计算所述功率放大器的当前热功耗，根据所述当前热功耗计算所述晶体管的当前结温，并根据所述当前结温以及所述非线性函数关系，建立所述功率放大器的所述当前热功耗对所述功率放大器在后续时间t内的非线性函数；

根据所述非线性函数更新所述非线性模型，得到更新非线性模型，根据所述更新非线性模型对所述功率放大器进行预失真处理。

进一步的，在“获取功率放大器中晶体管的当前结温对所述晶体管在时间t内的非线性函数关系”之前，还包括：

通过热阻测试方法获取所述晶体管的热阻，通过电学法获取所述晶体管的结温随温度变化的变化函数；

采用高低温探针台和脉冲测试系统测试所述晶体管的不同结温下的转移及输出特性，并根据所述转移和输出特性建立所述晶体管的非线性与结温之间的函数关系。

进一步的，所述获取功率放大器中晶体管的当前结温对所述晶体管在时间t内的非线性函数关系，具体为：

根据所述热阻、所述变换函数和所述函数关系获取功率放大器中晶体管的当前结温对所述晶体管在时间t内的非线性函数关系。

进一步的，所述将所述第一输出信号转换成数字信号，并根据所述数字信号建立所述功率放大器的非线性模型，具体为：

将所述第一输出信号经过模数转换器转换成数字信号，提取所述数字信号的幅度和相位信息，得到包含所述功率放大器非线性的I信号和Q信号，根据所述I信号和所述Q信号建立所述功率放大器的非线性模型。

进一步的，所述根据所述功率放大器的第二输出信号计算所述功率放大器的当前热功耗，根据所述当前热功耗计算所述晶体管的当前结温，并根据所述当前结温以及所述非线性函数关系，建立所述功率放大器的所述当前热功耗对所述功率放大器在后续时间t内的非线性函数，具体为：

监控所述功率放大器在实际工作时的热沉温度，根据所述功率放大器的第二输出信号计算所述功率放大器的当前热功耗，并根据所述当前热功耗结合所述功率放大器的热阻和所述热沉温度，计算所述晶体管的当前结温，并根据所述当前结温以及所述非线性函数关系，建立所述功率放大器的所述当前热功耗对所述功率放大器在后续时间t内的非线性函数。

进一步的，所述根据所述功率放大器的第二输出信号计算所述功率放大器的当前热功耗，具体为：

将所述功率放大器的第二输出信号经过衰减器衰减后进行输出功率测试得到所述功率放大器的当前功率，并根据所述功率放大器的效率以及所述当前功率计算所述功率放大器的当前热功耗。

进一步的，所述晶体管包括化镓高电子迁移率晶体管、横向扩散金属半导体晶体管、砷化镓高电子迁移率晶体管或砷化镓异质结晶体管。

进一步的，所述热阻测试方法包括但不限于电学法、红外法、拉曼法和热反射法中的一种。

本发明的第二实施例提供了一种数字预失真装置，包括：

获取模块，用于获取功率放大器中晶体管的当前结温对所述晶体管在时间t内的非线性函数关系；

建模模块，用于将所述功率放大器的输出端信号耦合出第一输出信号和第二输出信号，将所述第一输出信号转换成数字信号，并根据所述数字信号建立所述功率放大器的非线性模型；

函数建立模块，用于根据所述功率放大器的第二输出信号计算所述功率放大器的当前热功耗，根据所述当前热功耗计算所述晶体管的当前结温，并根据所述当前结温以及所述非线性函数关系，建立所述功率放大器的所述当前热功耗对所述功率放大器在后续时间t内的非线性函数；

预失真模块，用于根据所述非线性函数更新所述非线性模型，得到更新非线性模型，根据所述更新非线性模型对所述功率放大器进行预失真处理。

本发明实施例能够全面对功率放大器的记忆效应进行矫正，有利于提高对功率放大器的非线性矫正效果，进而能够有效提高预失真的效果。

附图说明

图1是本发明第一实施例提供的一种数字预失真方法的流程示意图；

图2是本发明第一实施例提供的一种功率放大器的结构示意图；

图3是本发明第二实施例提供的一种数字预失真结构的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

请参阅图1-2，在本发明的第一实施例中，本发明的第一实施例提供了如图1所示的一种数字预失真方法，包括：

S1、获取功率放大器中晶体管的当前结温对晶体管在时间t内的非线性函数关系；

S2、将功率放大器的输出端信号耦合出第一输出信号和第二输出信号，将第一输出信号转换成数字信号，并根据数字信号建立功率放大器的非线性模型；

S3、根据功率放大器的第二输出信号计算功率放大器的当前热功耗，结合晶体管热阻，根据当前热功耗计算晶体管的当前结温，并根据当前结温以及非线性函数关系，建立功率放大器的当前热功耗对功率放大器在后续时间t内的非线性函数；

S4、根据非线性函数更新非线性模型，得到更新非线性模型，根据更新非线性模型对功率放大器进行预失真处理。

本发明实施通过获取功率放大器中晶体管的当前结温对晶体管在时间t内的非线性函数关系，并根据该非线性函数关系以及通过功率放大器的当前热功耗计算得到的当前结温，建立功率放大器的当前热功耗对功率放大器在后续时间t内的非线性函数，再根据该非线性函数对原先建立的非线性模型进行更新，使用更新后的非线性模型对功率放大器进行预失真处理，综合考虑了电记忆效应以及热记忆效应对晶体管非线性的影响，从而能够全面对功率放大器的记忆效应进行矫正，有利于提高对功率放大器的非线性矫正效果，进而能够有效提高预失真的效果。

作为本发明实施的一种具体实施方式，在“获取功率放大器中晶体管的当前结温对晶体管在时间t内的非线性函数关系”之前，还包括：

通过热阻测试方法获取晶体管的热阻，通过电学法获取晶体管的结温随温度变化的变化函数；

采用高低温探针台和脉冲(Pulse)测试系统测试晶体管的不同结温下的转移及输出特性，并根据转移和输出特性建立晶体管的非线性与结温之间的函数关系。

在本发明实施例中，晶体管包括化镓高电子迁移率晶体管(GaN HEMT)、横向扩散金属半导体晶体管(LDMOS)、砷化镓高电子迁移率晶体管(GaAs HEMT)或砷化镓异质结晶体管(GaAs HBT)。其中，本方实施例将化镓高电子迁移率晶体管(GaN HEMT)、横向扩散金属半导体晶体管(LDMOS)、砷化镓高电子迁移率晶体管(GaAs HEMT)或砷化镓异质结晶体管(GaAs HBT)设置为功率放大器产品，在功率放大器产品量产前，需要针对化镓高电子迁移率晶体管(GaN HEMT)、横向扩散金属半导体晶体管(LDMOS)、砷化镓高电子迁移率晶体管(GaAs HEMT)或砷化镓异质结晶体管(GaAs HBT)进行一系列测试，包括：

通过热阻测试方法获取晶体管的热阻Rt，通过电学法获取晶体管的结温随温度变化的变化函数Tj(t)；其中，热阻测试方法包括但不限于电学法、红外法、拉曼法和热反射法中的一种，Tj是结温，t是时间。

采用高低温探针台和Pulse测试系统测试晶体管的不同结温下的转移及输出特性，并根据转移和输出特性建立晶体管的非线性与结温之间的函数关系NL＝f(Tj,t)。

请参阅图2，为本发明实施例提供的一种功率放大器的一种结构示意图。

作为本发明实施的一种具体实施方式，获取功率放大器中晶体管的当前结温对晶体管在时间t内的非线性函数关系，具体为：

根据热阻、变换函数和函数关系获取功率放大器中晶体管的当前结温对晶体管在时间t内的非线性函数关系。

需要理解的是，功率放大器中晶体管的当前结温对晶体管在时间t内的非线性函数关系即为晶体管的热记忆效应。本发明实施例通过热阻、变换函数和函数关系计算得到晶体管的热记忆效应，从而能够在对功率放大器进行非线性建模时充分考虑晶体管热记忆效应对晶体管的影响，能够有效提高功率放大器的线性度。

作为本发明实施的一种具体实施方式，根据功率放大器的第二输出信号计算功率放大器的当前热功耗，根据当前热功耗计算晶体管的当前结温，并根据当前结温以及非线性函数关系，建立功率放大器的当前热功耗对功率放大器在后续时间t内的非线性函数，具体为：

监控功率放大器在实际工作时的热沉温度，根据功率放大器的第二输出信号计算功率放大器的当前热功耗，并根据当前热功耗结合功率放大器的热阻和热沉温度，计算晶体管的当前结温，并根据当前结温以及非线性函数关系，建立功率放大器的当前热功耗对功率放大器在后续时间t内的非线性函数。

在本发明实施例中，监控功率放大器在实际工作时的热沉温度Tc，并根据功率放大器输出功率效率计算出当前热功耗Pdis，结合晶体管的热阻Rt和热沉温度Tc，计算出晶体管的当前结温Tj＝Tc+Rt*Pdis，再根据当前结温以及结温对时间t的响应关系，建立功率放大器当前输出产生的热功耗Pdis对功率放大器在后续时间t内非线性函数NL＝f(Tj,t)。

作为本发明实施的一种具体实施方式，将第一输出信号转换成数字信号，并根据数字信号建立功率放大器的非线性模型，具体为：

将第一输出信号经过模数转换器转换成数字信号，提取数字信号的幅度和相位信息，得到包含功率放大器非线性的I信号和Q信号，根据I信号和Q信号建与基带信号中的I信号和Q信号比对立功率放大器的非线性模型。

请参阅图2，第一输出信号下变频到中频，经过模数转换器转换成数字信号，提取数字信号的幅度和相位信息，得到包含功率放大器非线性的I信号和Q信号，将该非线性I信号和Q信号与基带信号输入的原始I信号和Q信号进行比对，以实现对功率放大器的非线性建模。

作为本发明实施的一种具体实施方式，根据功率放大器的第二输出信号计算功率放大器的当前热功耗，具体为：

将功率放大器的第二输出信号经过衰减器衰减后进行输出功率测试得到功率放大器的当前功率，并根据功率放大器的效率以及当前功率计算功率放大器的当前热功耗。

请参阅图2，第二输出信号需要经过衰减器衰减后再进行输出功率测试。

实施本发明实施例，具有以下有益效果：

本发明实施通过获取功率放大器中晶体管的当前结温对晶体管在时间t内的非线性函数关系，并根据该非线性函数关系以及通过功率放大器的当前热功耗计算得到的当前结温，建立功率放大器的当前热功耗对功率放大器在后续时间t内的非线性函数，再根据该非线性函数对原先建立的非线性模型进行更新，使用更新后的非线性模型对功率放大器进行预失真处理，综合考虑了电记忆效应以及热记忆效应对晶体管非线性的影响，从而能够全面对功率放大器的记忆效应进行矫正，有利于提高对功率放大器的非线性矫正效果，进而能够有效提高预失真的效果。

请参阅图3，本发明的第二实施例提供了一种数字预失真装置，包括：

获取模块10，用于获取功率放大器中晶体管的当前结温对晶体管在时间t内的非线性函数关系；

建模模块20，用于将功率放大器的输出端信号耦合出第一输出信号和第二输出信号，将第一输出信号转换成数字信号，并根据数字信号建立功率放大器的非线性模型；

函数建立模块30，用于根据功率放大器的第二输出信号计算功率放大器的当前热功耗，结合晶体管热阻，根据当前热功耗及热阻计算晶体管的当前结温，并根据当前结温以及非线性函数关系，建立功率放大器的当前热功耗对功率放大器在后续时间t内的非线性函数；

预失真模块40，用于根据非线性函数更新非线性模型，得到更新非线性模型，根据更新非线性模型对功率放大器进行预失真处理。

本发明实施通过获取功率放大器中晶体管的当前结温对晶体管在时间t内的非线性函数关系，并根据该非线性函数关系以及通过功率放大器的当前热功耗计算拿得到的当前结温，建立功率放大器的当前热功耗对功率放大器在后续时间t内的非线性函数，再根据该非线性函数对原先建立的非线性模型进行更新，使用更新后的非线性模型对功率放大器进行预失真处理，综合考虑了电记忆效应以及热记忆效应对晶体管非线性的影响，从而能够全面对功率放大器的记忆效应进行矫正，有利于提高对功率放大器的非线性矫正效果，进而能够有效提高预失真的效果。

作为本发明实施的一种具体实施方式，本发明实施例还包括测试模块，具体用于：

通过热阻测试方法获取晶体管的热阻，通过电学法获取晶体管的结温随温度变化的变化函数；

采用高低温探针台和脉冲(Pulse)测试系统测试晶体管的不同结温下的转移及输出特性，并根据转移和输出特性建立晶体管的非线性与结温之间的函数关系。

在本发明实施例中，晶体管包括化镓高电子迁移率晶体管(GaN HEMT)、横向扩散金属半导体晶体管(LDMOS)、砷化镓高电子迁移率晶体管(GaAs HEMT)或砷化镓异质结晶体管(GaAs HBT)。其中，本方实施例将化镓高电子迁移率晶体管(GaN HEMT)、横向扩散金属半导体晶体管(LDMOS)、砷化镓高电子迁移率晶体管(GaAs HEMT)或砷化镓异质结晶体管(GaAs HBT)设计为功率放大器产品，在功率放大器产品量产前，需要针对化镓高电子迁移率晶体管(GaN HEMT)、横向扩散金属半导体晶体管(LDMOS)、砷化镓高电子迁移率晶体管(GaAs HEMT)或砷化镓异质结晶体管(GaAs HBT)进行一系列测试，包括：

通过热阻测试方法获取晶体管的热阻Rt，通过电学法获取晶体管的结温随温度变化的变化函数Tj(t)；其中，热阻测试方法包括但不限于电学法、红外法、拉曼法和热反射法中的一种，Tj是结温，t是时间。

采用高低温探针台和Pulse测试系统测试晶体管的不同结温下的转移及输出特性，并根据转移和输出特性建立晶体管的非线性与结温之间的函数关系NL＝f(Tj,t)。

请参阅图2，为本发明实施例提供的一种功率放大器的一种结构示意图。

作为本发明实施的一种具体实施方式，获取模块10，具体用于：

根据热阻、变换函数和函数关系获取功率放大器中晶体管的当前结温对晶体管在时间t内的非线性函数关系。

需要理解的是，功率放大器中晶体管的当前结温对晶体管在时间t内的非线性函数关系即为晶体管的热记忆效应。本发明实施例通过热阻、变换函数和函数关系计算得到晶体管的热记忆效应，从而能够在对功率放大器进行非线性建模时充分考虑晶体管热记忆效应对晶体管的影响，能够有效提高功率放大器的线性度。

作为本发明实施的一种具体实施方式，函数建立模块30，具体用于：

监控功率放大器在实际工作时的热沉温度，根据功率放大器的第二输出信号计算功率放大器的当前热功耗，并根据当前热功耗结合功率放大器的热阻和热沉温度，计算晶体管的当前结温，并根据当前结温以及非线性函数关系，建立功率放大器的当前热功耗对功率放大器在后续时间t内的非线性函数。

在本发明实施例中，监控功率放大器在实际工作时的热沉温度Tc，将功率放大器的当前热功耗Pdis，结合晶体管的热阻Rt和热沉温度Tc，计算出晶体管的当前结温Tj＝Tc+Rt*Pdis，再根据当前结温以及结温对时间t的响应关系，建立功率放大器当前输出产生的热功耗Pdis对功率放大器在后续时间t内非线性函数NL＝f(Tj,t)。

作为本发明实施的一种具体实施方式，建模模块20，包括：

将第一输出信号经过模数转换器转换成数字信号，提取数字信号的幅度和相位信息，得到包含功率放大器非线性的I信号和Q信号，根据I信号和Q信号建立功率放大器的非线性模型。

请参阅图2，第一输出信号下变频到中频，经过模数转换器转换成数字信号，提取数字信号的幅度和相位信息，得到包含功率放大器非线性的I信号和Q信号，将该非线性I信号和Q信号与基带输入的原始I信号和Q信号进行比对，以实现对功率放大器的非线性建模。

作为本发明实施的一种具体实施方式，函数建立模块30，还包括用于：

将功率放大器的第二输出信号经过衰减器衰减后进行输出功率测试得到功率放大器的当前功率，并根据功率放大器的效率以及当前功率计算功率放大器的当前热功耗。

请参阅图2，第二输出信号需要经过衰减器衰减后再进行输出功率测试。

实施本发明实施例，具有以下有益效果：

本发明实施通过获取功率放大器中晶体管的当前结温对晶体管在时间t内的非线性函数关系，并根据该非线性函数关系以及通过功率放大器的当前热功耗计算得到的当前结温，建立功率放大器的当前热功耗对功率放大器在后续时间t内的非线性函数，再根据该非线性函数对原先建立的非线性模型进行更新，更新后的非线性模型包含了热功耗引起的晶体管结温变化对时间t内的非线性特性，通过采用更新后的非线性模型对功率放大器进行预失真处理，综合考虑了电记忆效应以及热记忆效应对晶体管非线性的影响，从而能够全面对功率放大器的记忆效应进行矫正，有利于提高对功率放大器的非线性矫正效果，进而能够有效提高预失真的效果。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。