本发明涉及通信领域， 特别是涉及一种补偿滤波器的实现方法及信号 带 宽补偿的装置。 背景技术

实际应用的通信网络中， 通信器件的滤波特性具有额定的带宽， 对于超 出额定带宽部份的信号不做处理， 导致有用信号被衰减， 影响信号的正常传 输。 特别是模拟器件， 该问题更为普遍。 现有技术中没有相应的器件解决该 问题。 发明内容

本发明实施方式主要解决的技术问题是提供一 种 卜偿滤波器的实现方法 及信号带宽补偿的装置， 解决现有技术中缺少补偿器件的问题。

本发明的实施方式釆用如下技术方案：

第一方面， 提供一种补偿滤波器的实现方法， 包括： 根据目标性能指标 获得列数最少的第一参数矩阵， 第一参数矩阵的阶数为 2M + 1 ; 确定补偿滤波 器的参数矩阵的阶数为 2N + 1 ; 对所要补偿的装置的滤波特性的参数矩阵求卷 积， 获得阶数为 2M + 2N + 1的转换矩阵； 将转换矩阵转换为 2N + 1列、 2M + 1行 的第二参数距阵；

通过下述公式计算补偿滤波器的参数：

w = (x'-x) ^-1 · x q；

其中， ^表示补偿滤波器的参数距阵， w = [ ...... ,w ; g表示第一 参 数 矩 阵 ， ？ = [?— _Μ ,?— _M+1 ,―. ,q _M f ； X 表 示 第 二 参 数 矩 阵 ， -M+N+l，

X = x'表示 x的共轭转置矩阵, 结合第一方面实现方式， 在第一方面的第一种可能实现方式中， 将转换 矩阵转换为 2N + 1列、 2M + 1行的第二参数距阵， 具体包括： 自转换矩阵的第 个元素起， 取 2N + 1个元素， 作为第二参数距阵的第 行， 0 < <= 2Μ + 1 , 为 正整数。

结合第一方面实现方式或者第一方面的第一种 可能实现方式， 在第一方 面的第二种可能实现方式中， 对所要补偿的装置的滤波特性的参数矩阵求卷 积， 获得阶数为 2M + 2N + 1的转换矩阵， 具体包括： 若对所要补偿的装置的滤 波特性的参数矩阵求卷积获得的矩阵阶数大于 2M + 2N + 1 , 则分别从两端去除 相同列数， 获得阶数为 2M + 2N + 1的转换矩阵； 若对所要补偿的装置的滤波特 性的参数矩阵求卷积获得的矩阵阶数小于 2M + 2N + 1 , 则分别在两端补充相同 列数的零， 获得阶数为 2M + 2N + 1的转换矩阵。

第二方面， 提供一种信号带宽补偿的装置， 包括包括数字预失真滤波单 元、 补偿滤波器、 转换单元以及功率放大器； 数字预失真滤波单元， 用于接 收原始信号， 对原始信号进行预失真处理， 以及向补偿滤波器输出预失真信 号； 补偿滤波器， 用于从数字预失真滤波单元接收预失真信号， 补偿预失真 信号传输到功率放大器的过程中所造成的失真 ， 以及向转换单元输出补偿后 的预失真信号； 转换单元， 用于从补偿滤波器接收补偿后的预失真信号， 将 补偿后的预失真信号转换成模拟信号， 并进行混频处理， 以及向功率放大器 输出混频后的预失真信号； 功率放大器， 用于从转换单元接收混频后的预失 真信号， 对混频后的预失真信号进行放大， 以及输出放大后的信号；

补偿滤波器的参数通过以下公式得到：

w = (x'-x) ^-1 · x q；

其中， w为补偿滤波器的参数距阵， w = [w— ...... , w _N , w的阶数为 2N + 1 ; q 为第一参数矩阵， ？ = [?_ _M ,?_ _M+1 , ..... ,q _M f , g的阶数为 2M + 1 ; 第一参数距阵是 根据目标性能指标获得的列数最少的参数矩阵 ； X为第二参数距阵，

X： ； 第二参数距阵由转换距阵转换得到； 转换

X, X,

距阵是根据转换单元中器件的滤波特性的参 数矩阵求卷积得到的矩阵， 转换 距阵的阶数为 2M + 2N + 1 ; x'为 X的共轭转置矩阵。

结合第二方面实现方式， 在第二方面的第一种可能实现方式中， 第二参 数距阵由转换距阵转换得到， 具体包括： 第二参数矩阵的第 行为转换矩阵的 第 个元素起， 取 2N + 1个元素构成， 0 < <= 2Μ + 1 , 为正整数。

结合第二方面实现方式或者第二方面的第一种 可能实现方式， 在第二方 面的第二种可能实现方式中， 转换距阵是根据转换单元中器件的滤波特性的 参数矩阵求卷积得到的矩阵， 转换距阵的阶数为 2M + 2N + 1 , 具体包括： 若对 所要补偿的装置的滤波特性的参数矩阵求卷积 获得的矩阵阶数大于 2 + 2N + 1 , 则分别从两端去除相同列数， 获得阶数为 2M + 2N + 1的转换矩阵； 若对所要补偿的装置的滤波特性的参数矩阵求 卷积获得的矩阵阶数小于 2 + 2N + 1 , 则分别在两端补充相同列数的零， 获得阶数为 2M + 2N + 1的转换 矩阵。

结合第二方面实现方式、 第二方面的第一种可能实现方式或者第二方面 的第二种可能实现方式， 在第二方面的第三种可能实现方式中， 目标性能指 标包括混频后的预失真信号的带宽大于等于三 倍放大后的信号的带宽、 补偿 滤波器与转换单元形成的滤波器的通带内的信 号幅值波动小于等于 ldB , 以 及补偿滤波器与转换单元形成的滤波器的群延 时波动小于等于 5ns。

结合第二方面的第三种可能实现方式， 在第二方面的第四种可能实现方 式中， 目标性能指标进一步包括： 补偿滤波器与转换单元形成的滤波器的的 阻带衰减与通带衰减之差大于等于 20dB。

本发明实施方式提供的一种补偿滤波器的实现 方法， 解决现有技术中缺 少补偿器件的问题。 通过补偿滤波器补偿超出器件额定带宽而被衰 减的有用 信号， 保证信号的正常传输。 附图说明

图 1是本发明补偿滤波器的实现方法第一实施方� �的流程图；

图 2是现有技术中信号预失真装置的结构示意图� �

图 3是本发明信号带宽补偿的装置第一实施方式� �结构示意图；

图 4是本发明信号带宽补偿的装置第二实施方式� �结构示意图。 具体实施方式

请参阅图 1 ,图 1是本发明补偿滤波器的实现方法第一实施方� �的流程图。 如图所示， 所述补偿滤波器的实现方法包括：

步骤 S101 : 根据目标性能指标获得列数最少的第一参数矩 阵， 第一参数 矩阵的阶数为 2M + 1。

目标性能指标为补偿滤波器对所要补偿的装置 进行补偿后， 需要达到的 性能指标。 目标性能指标可根据实际需求确定。

在确定目标性能指标后， 可以根据目标性能指标获得第一参数矩阵。 本 实施方式中可直接使用 MATLAB等软件或者其它工具生成第一参数矩阵。 而 第一参数矩阵的阶数， 主要根据带宽、 带内平坦度和群延时， 以及带外和带 内的衰减等性能指标确定的。 例如： 如果要求带内平坦度小于 ldB , 矩阵需 要 20阶； 如果带内平坦度小于 3dB , 矩阵仅需要 10阶。

步骤 S102: 确定补偿滤波器的参数矩阵的阶数为 2N+ 1 ;

补偿滤波器的参数矩阵的阶数越高， 补偿效果越好， 但硬件成本也越高。 在实际应用中， 在成本允许的范围内， 尽可能增大补偿滤波器的参数矩阵的 阶数。

步骤 S103: 对所要补偿的装置的滤波特性的参数矩阵求卷 积， 获得阶数 为 2M + 2N + 1的转换矩阵；

所要补偿的装置的滤波特性的参数矩阵可通过 对所要补偿的装置内的各 器件进行矢量扫描得到， 或者根据厂家提供的器件资料得到。 在得到所要补 偿的装置的滤波特性的参数矩阵后， 将参数矩阵求卷积后， 得到阶数为

2M + 2N + 1的转换矩阵。

步骤 S104: 将转换矩阵转换为 2N + 1列、 2M + 1行的第二参数距阵； 步骤 S105: 通过下述公式计算补偿滤波器的参数：

w = (χ'·χ)— ¹ . x q； ( 1 )

w表示补偿滤波器的参数距阵， w = [ _W — ...... ,w _N f , g表示第一参数矩 阵 ， = [υ _Μ+1 ,―. ,q , x 表 示 第 二 参 数 矩 阵 ，

-Μ+Ν+1，

X = , χ'表示 的共轭转置矩阵, 对于补偿滤波器的参数的计算公式 ^ ^X^X. X')- ¹ 是由以下方法推导得到 的：

其中， 补偿滤波器设置于所要补偿的装置之前， 补偿滤波器的滤波特性 与所要补偿的装置的滤波特性的组合相当于目 标滤波器的滤波特性， 若补偿 滤波器、 所要补偿的装置以及目标滤波器的滤波特性均 用频域表示， 则

Q = Y-W, (2) 其中， ρ为频域上目标滤波器的参数；； r为频域上所要补偿的装置的参数， w为频域上补偿滤波器的参数。

频域的乘积转换到时域可以用卷积形式表示， 为： q _m = ∑ _m - _n ^ _n ' «的取值范围为 - 到 (3) 其中， g为时域上目标滤波器的参数矩阵； _y为时域上所要补偿的装置的 参数矩阵； ^为时域上补偿滤波器的参数距阵。

假设补偿滤波器的参数矩阵 w的阶数 n = 2N+\, n的取值范围为 - N到 N； 目标滤波器的参数矩阵 g的阶数 = 2M + l, 的取值范围为 -M到 M; 则所要 补偿的装置的参数矩阵;的阶数为 2M + 2N + , 该阶数的取值范围为 -M-N到 M + N。 公式（3 )可以简化为： q _m = ∑ ' ∞的取值范围为 - M到 M; (4) 根据卷积运算规则， 将公式（4 ) 中阶数为 2M + 2N + 1的所要补偿的装置 的参数矩阵 _y转换为 2M + 1行、 2N + 1列的运算矩阵 X , 则公式（4 )转换为： q = x-w ( 5 ) 进一步的， 对公式（5)进行推导：

x、'q = x -x-w

(x ^f · x)" ¹ 'X - q-w

从而得到补偿滤波器的参数的计算公式：

w = (x'-x) ^-1 · x q ( 6 ) 其中， g为目标滤波器的参数矩阵， 即上述实施方式中的第一参数矩阵； X为运算矩阵， 即上述实施方式中的第二参数矩阵； ^为补偿滤波器的参数距 阵， 即上述实施方式中的补偿滤波器的参数距阵； _y为所要补偿的装置的参数 矩阵， 即上述实施方式中的转换矩阵； x'为 X的共轭转置矩阵。

在本发明实施方式中， 补偿滤波器解决现有技术中缺少补偿器件的问 题。 通过补偿滤波器补偿超出器件额定带宽而被衰 减的有用信号， 保证信号的正 常传输。

另一实施方式中，基于上述实施方式中的步骤 S101至步骤 S105,进一步 的， 步骤 S103可以具体包括：

对所要补偿的装置的滤波特性的参数矩阵求卷 积获得原始矩阵， 判断原 始转换矩阵的阶数是否大于 2M + 2N + 1 , 若原始转换矩阵的阶数大于 2 + 2N + 1 , 则分别从两端去除相同列数， 获得阶数为 2M + 2N + 1的转换矩阵； 若转换矩阵的矩阵阶数小于 2M + 2N + 1 , 则分别在两端补充相同列数的零， 获 得阶数为 2M + 2N + 1的转换矩阵； 若原始转换矩阵的阶数等于 2M + 2N + 1 , 则 将原始转换矩阵作为阶数为 2Μ + 2N + 1的转换矩阵。

另一实施方式中，基于上述实施方式中的步骤 S101至步骤 S105 ,进一步 地， 步骤 S104可以具体包括：

自转换矩阵的第 个元素起，取 2N + 1个元素，作为第二参数距阵的第 行； 0 < / <= 2 + 1 , 为正整数。 从而获得 2N + 1列、 2M + 1行的第二参数距阵。

通过对转换矩阵转换第二参数距阵， 使得第二参数距阵的列数与补偿滤 波器的参数矩阵的阶数相同。

在本发明实施方式中， 补偿滤波器解决现有技术中缺少补偿器件的问 题。 通过补偿滤波器补偿超出器件额定带宽而被衰 减的有用信号， 保证信号的正 常传输。

本发明又提供一种信号带宽补偿的装置实施方 式。 在进行信号带宽补偿 的装置说明之前， 需要说明的是： 请参阅图 2 , 图 2是现有技术中信号预失真 装置的结构示意图。 功率放大器 305 不能接收数字信号， 因此， 数字预失真 滤波单元 301输出的预失真信号需要经历数模转换单元 302转换， 再经过基 带调制器 303将数模转换单元 302输出的基带信号调制到中频或射频信号， 再经过混频器 304变成目标频段的射频信号， 送给功率放大器 305。 由于数模 转换单元 302、基带调制器 303和混频器 304均有额定带宽， 对超出额定带宽 部份的信号不以处理。 由此， 会造成数字预失真滤波单元 301 输出的预失真 信号中的部份信号被截断， 使得进入功率放大器 305 的预失真信号出现部份 信号失真， 导致功率放大器 305 进行放大时， 失真的预失真信号没法抵消功 率放大器 305 的非线性， 形成非线性残留， 对邻道信号形成干扰， 同时也会 对带内的信号造成影响。 而在本发明实施方式中，在数字预失真滤波单 元 301与数模转换单元 302 之间设置补偿滤波器， 用于补偿超出器件额定带宽而被衰减的有用信 号， 保 证信号的正常传输。 详细的， 请参阅图 3 , 图 3是本发明信号带宽补偿装置的 第一实施方式的结构示意图。 如图所示， 信号带宽补偿的装置 40包括数字预 失真滤波单元 401、 补偿滤波器 402、 转换单元 403以及功率放大器 404。

数字预失真滤波单元 401接收原始信号， 并对原始信号进行预失真处理， 以及向补偿滤波器 402输出预失真信号。 补偿滤波器 402从数字预失真滤波 单元 401接收预失真信号， 补偿预失真信号传输到功率放大器 404的过程中 所造成的失真， 以及向转换单元 403输出补偿后的预失真信号。转换单元 403 从补偿滤波器 402接收补偿后的预失真信号， 将补偿后的预失真信号转换成 模拟信号， 并进行混频处理， 以及向功率放大器 404输出混频后的预失真信 号。 功率放大器 404用于从转换单元 404接收混频后的预失真信号， 对混频 后的预失真信号进行放大， 以及输出放大后的信号。

补偿滤波器 402的参数通过以下公式得到：

w = (x'-x) ^-1 · x q

^为补偿滤波器的参数距阵， w = [w— ...... ,w , w的阶数为 2N + 1 , q 为第一参数矩阵， ？ = [?_ _M ,?_ _M+1 , ..... ,q _M f , g的阶数为 2M + 1 ; 第一参数距阵是 根据目标性能指标获得的列数最少的参数矩阵 ， X为第二参数距阵，

X = , 第二参数距阵由转换距阵转换得到， 转换

距阵是根据转换单元中器件的滤波特性的参 数矩阵求卷积得到的矩阵， 转换 距阵的阶数为 2M + 2N + 1 , χ'为 X的共轭转置矩阵。

补偿滤波器 402的参数计算公式^ : ^^'^^')- ¹ 的理论依据可参阅补偿滤 波器的实现方法第一实施方式， 此处， 不再一赘述。

在本发明实施方式中， 在数字预失真滤波单元 401 与数模转换单元 403 之间设置补偿滤波器 402。通过补偿滤波器 402补偿超出器件额定带宽而被衰 减的有用信号， 保证信号的正常传输。

请参阅图 4 ,图 4是本发明信号带宽补偿的装置第二实施方式� �结构示意 图。 如图所示， 信号带宽补偿的装置 50包括包括数字预失真滤波单元 501、 补偿滤波器 502、 转换单元 503以及功率放大器 504。 转换单元 503包括第一 数模转换器 5031、第二数模转换器 5032、基带调制器 5033和第一混频器 5034。

数字预失真滤波单元 401接收原始信号， 并对原始信号进行预失真处理， 以及向补偿滤波器 402输出预失真信号。 补偿滤波器 402从数字预失真滤波 单元 401接收预失真信号， 补偿预失真信号传输到第一功率放大器 405的过 程中所造成的失真，以及分别向第一数模转换 器 5031和第二数模转换器 5032 输出补偿后的预失真 I信号和预失真 Q信号。 第一数模转换器 5031将预失真 I信号转换成预失真模拟 I信号， 并输出到基带调制器 5033。 第二数模转换器 5032将预失真 Q信号转换成预失真模拟 Q信号， 并输出到基带调制器 5033。 基带调制器 5033将预失真模拟 Q信号和预失真模拟 I信号， 进行调制生成一 路预失真模拟信号，并将所述一路预失真模拟 信号输出到第一混频模块 5034。 第一混频模块 5034将所述一路模拟信号变频到目标频段， 得到混频后的预失 真信号， 并输出到功率放大器 504。 功率放大器 504从第一混频模块 5034接 收混频后的预失真信号， 对混频后的预失真信号进行放大， 以及输出放大后 的信号。

补偿滤波器 502的参数通过以下公式得到：

w = (x'-x) ^-1 · x q

^为补偿滤波器 502的参数距阵， w = [w— ...... ,w , w的阶数为 2N+ \ , g为第一参数矩阵， ？ = _Μ ,?— _M+1 ,―. ,q _M f , g的阶数为 2M + 1。 其中， 第一参数 距阵是根据目标性能指标获得的列数最少的参 数矩阵。 目标性能指标可根据 实际需要， 预先定义好。 在本发明实施方式中， 目标性能指标包括混频后的 预失真信号的带宽大于等于三倍放大后的信号 的带宽、 补偿滤波器 402 与转 换单元 403形成的滤波器的通带内的信号幅值波动小于 等于 ldB, 以及补偿 滤波器与转换单元形成的滤波器的群延时波动 小于等于 5ns。 进一步的， 目标 性能指标还可包括补偿滤波器 402与转换单元 403形成的滤波器的的阻带衰 减与通带衰减之差大于等于 20dB。

X为第二参数距阵， _x = -M+N+l， , 其中， 第二参数

矩阵的第 行为转换矩阵的第 个元素起， 取 2N+ 1个元素构成的行， 0 < i <= 2M + \ , 为正整数。 转换距阵是根据转换单元 503 中器件的滤波特性 的参数矩阵求卷积得到的矩阵， 并且转换距阵的阶数为 2M + 2N + 1。 值得注意 的是： 若对转换单元 503 中器件的滤波特性的参数矩阵求卷积获得的矩 阵 数大于 2M + 2N + 1 , 则分别从两端去除相同列数， 获得阶数为 2M + 2N + 1的转 换矩阵； 若对转换单元 503 中器件的滤波特性的参数矩阵求卷积获得的矩 阵 阶数小于 2M + 2N + 1 ,则分别在两端补充相同列数的零，获得阶数� � 2M + 2N + 1 的所述转换矩阵。 x'为 的共轭转置矩阵。

补偿滤波器 502的参数计算公式^ : ^^'^^')- ¹ 的由来可参阅补偿滤波器 的实现方法第一实施方式， 此处， 不再一赘述。

数字预失真滤波单元 501包括数字预失真滤波器 5011和数字预失真系数 计算器 5012。装置 50还包括反馈单元 506。反馈单元 506包括第二混频器 5061、 第一低通滤波器 5062、 第二低通滤波器 5063、 第一模数转换器 5064和第二 模数转换器 5065。

第二混频器 5061接收功率放大器 504放大后的信号， 并将放大后的信号 的进行分频处理， 得到一路模拟 I信号和一路模拟 Q信号， 以及分别向第一 低通滤波器 5062和第二低通滤波器 5063输出模拟 I信号和模拟 Q信号。 第 一低通滤波器 5062接收第二混频器 5061的模拟 I信号，对模拟 I信号进行低 通滤波， 得到低通滤波后的模拟 I信号 , 并向第一模数转换器 5064输出低通 滤波后的模拟 I信号。 第一模数转换器 5064接收低通滤波后的模拟 I信号， 将低通滤波后的模拟 I信号转换成数字 I信号，并输出到数字预失真系数计算 器 5012。 第二低通滤波器 5063接收第二混频器 5061的模拟 Q信号， 对模拟 Q信号进行进行低通滤波， 得到低通滤波后的模拟 Q信号， 并向第二模数转 换器 5065输出低通滤波后的模拟 Q信号。 第二模数转换器 5065接收低通滤 波后的模拟 Q信号 , 将低通滤波后的模拟 Q信号转成成数字 Q信号 , 并输出 到数字预失真系数计算器 5012。

数字预失真系计算器 5012除了接收第一模数转换器 5064的数字 I信号和 第二模数转换器 5065的数字 Q信号， 还接收原始信号， 并根据原始信号、 数 字 Q信号和数字 I信号计算预失真系数， 以及向数字预失真滤波器 5011输出 预失真系数。 数字预失真滤波器 5011接收原始信号， 并根据预失真系数对原 始信号进行预失真处理， 以及向补偿滤波器 502输出预失真信号。

当然， 装置 50也可不包括反馈单元 506, 预先在数字预失真系数计算单 器 5012中， 设置预定义的预失真系数， 数字预失真系数计算器 5012直接将 预定义的预失真系数输入数字预失真滤波器 5011。 或者， 将数字预失真系计 算器 5012设置于接收端 （图未视）， 接收端根据接收的信号与理想信号计算 预失真系数， 并将预失真系数添加到业务信号， 再通过提取模块（图未视） 从业务信号提取预失真系数， 并输出到数字预失真滤波器 5011。

在本发明实施方式中， 在数字预失真滤波单元 501与转换单元 503之间 设置补偿滤波器 502。通过补偿滤波器 502补偿超出器件额定带宽而被衰减的 有用信号， 保证信号的正常传输。

以上所述仅为本发明的实施方式， 并非因此限制本发明的专利范围， 凡 是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结 构或等效流程变换， 或直接或 间接运用在其他相关的技术领域， 均同理包括在本发明的专利保护范围内。