[发明专利]5G毫米波有源天线阵列的空口数字预失真方法及其系统

说明书

本发明涉及一种用于5G毫米波有源相控阵天线阵列的空口数字预失真实现方法及其5G毫米波有源相控阵数字预失真系统，所述方法采用无源天线探头空口采集5G毫米波有源相控阵天线阵列辐射的非线性信号，空口采集到的非线性信号通过预失真接收通道送入执行发射链路非线性校正的基带信号处理单元，并在基带针对波束能量进行预失真处理，以校正原始发射信号产生的非线性失真。本发明采用空口非接触方法采集发射能量，避免在尺寸紧凑的毫米波有源相控阵天线阵面中设计复杂的功率耦合网络，能实现针对多个发射通道构成的整个发射波束的多个发射通道失真的整体校正。本发明针能够显著降低基带数字处理单元数据处理量以及降低DPD系统的硬件成本。

技术领域

本发明属于毫米波通信及信号处理技术领域，特别是涉及一种用于5G毫米波有源相控天线阵列的空口数字预失真实现方法及其5G毫米波有源相控阵数字预失真系统。

背景技术

随着移动通信技术不断向5G演进，能支持大带宽、高速率通信的5G毫米波有源相控阵通信技术成为业界研究热点。为了提高数据通信速率，5G通信系统一般采用16QAM或者64QAM高阶调制信号，信号具有较大峰均比(PAPR)。一般情况下，通信系统希望发射信号的峰值功率等于PA的P-1dB，而发射信号的平均功率要比 P-1dB小PAPR，即PA处于回退状态。然而当发射链路特别是末级功放工作于功率回退状态时，发射链路的效率大大降低。而发射链路的功率消耗占系统功耗很大比重，从而系统的效率大大降低。5G毫米波有源相控天线阵列的空口数字预失真 (简称DPD)技术可以有效提高发射链路平均输出功率，通过对发射信号的非线性的分析对发射链路进行非线性建模，并在基带中提前对输出信号进行预失真，从而在保证信号EVM、ACLR等性能的基础上提高发射链路的平均输出功率。

常规的DPD技术方案采用定向耦合器从PA的输出口耦合回信号数字化后送给基带处理单元分析、参数抽取并建模，基带产生的原始信号经过预失真后再送至 PA输入口，对PA的非线性进行数字矫正。对于通道数量较多(大于16)的5G毫米波有源相控阵系统，常规的DPD技术方案有两个不足：一是常规的DPD技术方案在电路板上紧靠PA输出口耦合信号，当通道数量多时，PA输出耦合网络复杂，在紧凑的相控阵天线空间内实现难度大；二是常规的DPD技术方案通常采用一个基带处理单元对应一个发射PA，然而由于5G毫米波有源相控阵通常通道数较多，发射 PA数量多，难以针对每个PA分别采用一个基带信号处理单元。

然而对于毫米波相控阵天线阵列而言，为了降低模拟数字转换器(ADC)成本以及数字化之后的数据处理难度，混合波束赋形成为主流技术，即m个数字中频单元对应着m×n个毫米波T/R通道，从而基带处理单元数量也远远小于射频有源通道。传统的一个基带处理单元对应一个发射PA的数字预失真方法无法适用于有源相控阵天线阵列。

如何克服现有技术所存在的不足已成为当今微波通信及信号处理技术领域中亟待解决的重点难题之一。

发明内容

本发明的目的是为克服现有技术所存在的不足而提供一种用于5G毫米波有源相控天线阵列的空口数字预失真实现方法及其5G毫米波有源相控阵数字预失真系统，本发明能够解决一个基带信号处理单元对应多个射频发射通道的有源相控阵系统的DPD难题。

根据本发明提出的一种用于5G毫米波有源相控天线阵列的空口数字预失真实现方法，其特征在于，具体是用于包括由具有非线性特征的多通道5G毫米波有源相控阵天线阵列、基于空口耦合的空口信号采集通道以及具有实现发射链路非线性的建模和数字预失真功能的基带信号处理单元构建的5G毫米波有源相控阵通信空口数字预失真系统的实现方法，具体步骤包括如下：