CN103296978B - 一种数字预失真方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种数字预失真方法，包括步骤：采集功率放大器的输入信号和功率放大器的输出信号；将所述输入信号和所述输出信号消除时延和增益后，利用第一预失真计算公式得到预失真系数；获取预失真处理模块的输入信号；根据所述预失真处理模块的输入信号以及所述预失真系数进行第二预失真计算；输出预失真信号。本发明还提出一种数字预失真装置，可以提高对邻信道的干扰抑制能力，易于实现。

Description

一种数字预失真方法及装置

技术领域

本发明涉及移动通信信号处理领域，具体涉及一种数字预失真方法及装置。

背景技术

随着无线通信的发展，信号带宽越来越宽，其包络起伏和峰均比也越来越大，这对宽带发信通道，尤其是混频器和功放提出了更高的线性要求。这主要是因为半导体器件在大信号下具有不可避免的非线性特性，当宽带发信机工作在非线性区时，会产生严重的互调分量，在带内就可以造成信号间的相互干扰。

如何提高***的线性度是宽带***需要解决的一个重要问题，为了解决线性度的问题，目前常用的方法是：在数字预失真***中，首先通过一个预失真器对信号进行矫正，然后再送到功率放大器放进行放大输出，预失真器产生的信号失真特性与发信通带的失真特性相反，从而可以抵消失真分量，得到无失真的信号输出。

但是这种预失真方法是基于记忆多项式的，对邻信道的干扰抑制能力低，随着无线通信对邻道交调抑制水平的要求提高，不能满足对邻信道的干扰抑制要求；并且实现过程复杂。

发明内容

本发明目的在于提出一种易于实现的数字预失真方法，可以提高对邻信道的干扰抑制能力。

基于上述目的，采用的方案：

一种数字预失真方法，包括步骤：

采集功率放大器的输入信号和功率放大器的输出信号；

将所述功率放大器的输入信号和所述功率放大器的输出信号消除时延和增益后，利用第一预失真计算公式得到预失真系数；其中，所述第一预失真计算公式由记忆多项式和三阶交叉相乘项叠加组成，所述三阶交叉相乘项为功率放大器的输出信号经过时延后的相乘项；

获取预失真处理模块的输入信号；

根据所述预失真处理模块的输入信号以及所述预失真系数进行第二预失真计算；

输出预失真信号。

本发明通过采集数字预失真链路中功率放大器的输入信号和输出信号，按照本发明提出的特定预失真计算公式计算预失真系数；然后获取数字预失真模块的输入信号，并根据功率放大器的输出信号和预失真系数按照上述提出的预失真计算公式进行预失真处理，输出预失真信号。采用本发明方法与传统的基于记忆多项式的预失真方法相比，可以提高信道的干扰抑制能力，易于实现。

本发明目的还在于提出一种数字预失真装置，可以提高对邻信道的干扰抑制能力，易于实现。

基于上述目的，采用的方案：

一种数字预失真装置，包括：

采集单元，用于采集功率放大器的输入信号和功率放大器的输出信号；

第一计算单元，用于将所述功率放大器的输入信号和所述功率放大器的输出信号消除时延和增益后，利用第一预失真计算公式得到预失真系数；其中，所述第一预失真计算公式由记忆多项式和三阶交叉相乘项叠加组成，所述三阶交叉相乘项为功率放大器的输出信号经过时延后的相乘项；

获取单元，用于获取预失真处理模块的输入信号；

第二计算单元，用于根据所述预失真处理模块的输入信号以及所述预失真系数进行第二预失真计算；

输出单元，用于输出预失真信号。

本发明通过采集数字预失真链路中功率放大器的输入信号和输出信号，按照本发明提出的特定预失真计算公式计算预失真系数；然后获取数字预失真模块的输入信号，并根据功率放大器的输出信号和预失真系数按照上述提出的预失真计算公式进行预失真处理，输出预失真信号。采用本发明装置与传统的基于记忆多项式的预失真方法相比，易于实现，可以提高信道的干扰抑制能力。

附图说明

图1是本发明方法的流程图；

图2是本发明装置的结构示意图。

具体实施方式

为便于理解本发明，下面将结合附图阐述本发明。

请参考图1，本发明提出一种数字预失真方法，包括步骤：

101、采集功率放大器的输入信号和输出信号；

采集功率放大器的输入信号和功率放大器的输出信号。

102、利用第一预失真计算公式得到预失真系数；

将所述功率放大器的输入信号和所述功率放大器的输出信号消除时延和增益后，利用第一预失真计算公式得到预失真系数；其中，第一预失真计算公式由记忆多项式和三阶交叉相乘项叠加组成，三阶交叉相乘项为功率放大器的输出信号经过时延后的相乘项；

具体的，在消除功率放大器的输入信号和功率放大器的输出信号的时延和增益后；

根据如下第一预失真计算公式并结合估计算法计算预失真系数：

其中，z(n)为功率放大器的输入信号；y(n)为功率放大器的输出信号；n为时间；l、p、q为时延，并且|p±q|＜l；k为多项式阶数，且为奇数；a_kl、c_1q、c_2q、c₃、c₄、c₅为预失真系数。上式中第一项为记忆多项式，第二，三，四，五，六项是三阶交叉相乘项(即不同时延相乘项)，p、q为交叉项相乘项的时延。

具体的，多次获取功率放大器的输入信号和功率放大器的输出信号，结合上述第一预失真计算公式可以得到多个等式；然后再结合估计算法即可得到预失真系数；其中，估计算法包括：LMS(最小均方误差算法)、LS(最小二乘算法)或者RLS(递归最小二次方算法)。

103、获取预失真模块的输入信号；

104、进行第二预失真计算；

根据预失真处理模块的输入信号以及预失真系数进行第二预失真计算。

105、输出预失真信号。

本发明通过采集数字预失真链路中功率放大器的输入信号和输出信号，按照本发明提出的特定预失真计算公式计算预失真系数；然后获取数字预失真模块的输入信号，并根据预失真系数按照上述提出的预失真计算公式进行预失真处理，输出预失真信号。采用本发明方法与传统的基于记忆多项式的预失真方法相比，可以提高信道的干扰抑制能力，易于实现。

在上述实施例中，104的步骤包括：

根据如下公式进行预失真计算：

其中，z₁(n)为预失真模块的输出信号；x(n)为预失真模块的输入信号；n为时间；l、p、q为时延，并且|p±q|＜l；k为多项式阶数，且为奇数；a_kl、c_1q、c_2q、c₃、c₄、c₅为预失真系数。

在图1实施例中，为了节省资源，常采用查找表的方式实现，104的步骤还可以为：

根据预失真处理模块的输入信号和预失真系数按如下公式计算预失真查找表内容：

$\mathrm{LUT}1\left(\right|x\left(n\right)|,l)=\underset{\mathrm{odd}}{\overset{K}{\underset{k=1}{\mathrm{\Σ}}}}{a}_{\mathrm{kl}}{\left|x\left(n\right)\right|}^{k-1}$ 以及

LUT2(|x(n)，q|)＝c_1q|x(n)|²；

其中，x(n)为预失真模块的输入信号；LUT1、LUT2为预失真查找表内容；

根据查找表内容、预失真处理模块的输入信号以及预失真系数按照如下公式计算进行预失真计算：

其中，z₁(n)为预失真模块的输出信号；x(n)为预失真模块的输入信号；n为时间；l、p、q为时延，并且|p±q|＜l；a_kl、c_1q、c_2q、c₃、c₄、c₅为预失真系数。

接着介绍本发明的装置，请参考图2，一种数字预失真装置，包括：

采集单元T1，用于采集功率放大器的输入信号和功率放大器的输出信号；

第一计算单元T2，用于将功率放大器的输入信号和功率放大器的输出信号消除时延和增益后，利用第一预失真计算公式得到预失真系数；其中，第一预失真计算公式由记忆多项式和三阶交叉相乘项叠加组成，三阶交叉相乘项为功率放大器的输出信号经过不同时延后的相乘项；

获取单元T3，用于获取预失真处理模块的输入信号；

第二计算单元T4，用于根据预失真处理模块的输入信号以及预失真系数进行第二预失真计算；

输出单元T5，用于输出预失真信号。

本发明通过采集数字预失真链路中功率放大器的输入信号和输出信号，按照本发明提出的特定预失真计算公式计算预失真系数；然后获取数字预失真模块的输入信号，并根据预失真系数按照上述提出的预失真计算公式进行预失真处理，输出预失真信号。采用本发明装置与传统的基于记忆多项式的预失真方法相比，易于实现，可以提高信道的干扰抑制能力。

其中，第一计算单元T2进行第一预失真计算时，第一计算单元T2先消除功率放大器的输入信号和功率放大器的输出信号的时延和增益；

然后第一计算单元T2根据如下公式计算预失真系数：

其中，z(n)为功率放大器的输入信号；y(n)为功率放大器的输出信号；n为时间；l、p、q为时延，并且|p±q|＜l；k为多项式阶数，且为奇数；a_kl、c_1q、c_2q、c₃、c₄、c₅为预失真系数；上式中第一项为记忆多项式，第二，三，四，五，六项是三阶交叉相乘项(即经过不同时延后的相乘项)，p、q为交叉相乘项的时延。

第二计算单元T4进行第二预失真计算时，根据如下公式进行预失真计算：

其中，z₁(n)为预失真模块的输出信号；x(n)为预失真模块的输入信号；n为时间；l、p、q为时延，并且|p±q|＜l；k为多项式阶数，且为奇数；a_kl、c_1q、c_2q、c₃、c₄、c₅为预失真系数。

为了节省资源，常采用查找表的方式实现，第二计算单元T4进行第二预失真计算时，第二计算单元T4根据预失真处理模块的输入信号和预失真系数按如下公式计算预失真查找表内容：

$\mathrm{LUT}1\left(\right|x\left(n\right)|,l)=\underset{\mathrm{odd}}{\overset{K}{\underset{k=1}{\mathrm{\Σ}}}}{a}_{\mathrm{kl}}{\left|x\left(n\right)\right|}^{k-1}$ 以及

LUT2(|x(n)|，q)＝c_1q|x(n)|²；

其中，x(n)为预失真模块的输入信号；LUT1、LUT2为预失真查找表内容；

第二计算单元根据查找表内容、预失真处理模块的输入信号以及预失真系数按照如下公式进行预失真计算：

其中，z₁(n)为预失真模块的输出信号；x(n)为预失真模块的输入信号；n为时间；l、p、q为时延，并且|p±q|＜l；a_kl、c_1q、c_2q、c₃、c₄、c₅为预失真系数。

以上本发明实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (10)

1.一种数字预失真方法，其特征是，包括步骤：

采集功率放大器的输入信号和功率放大器的输出信号；

将所述功率放大器的输入信号和所述功率放大器的输出信号消除时延和增益后，利用第一预失真计算公式得到预失真系数；其中，所述第一预失真计算公式由记忆多项式和三阶交叉相乘项叠加组成，所述三阶交叉相乘项为功率放大器的输出信号经过时延后的相乘项；

获取预失真处理模块的输入信号；

根据所述预失真处理模块的输入信号以及所述预失真系数进行第二预失真计算；

输出预失真信号。

2.根据权利要求1所述的数字预失真方法，其特征是，所述将功率放大器的输入信号和功率放大器的输出信号消除时延和增益后，利用第一预失真计算公式得到预失真系数的步骤具体为：

消除所述功率放大器的输入信号和所述功率放大器的输出信号的时延和增益；

根据如下第一预失真计算公式并结合估计算法计算预失真系数：

$\begin{array}{c}z\left(n\right)=\underset{odd}{\overset{K}{\underset{k=1}{\Σ}}}\underset{l=0}{\overset{L}{\Σ}}{a}_{kl}y(n-l)|y(n-l){|}^{k-1}+\\ \underset{q=-1,1}{\Σ}{c}_{1q}y(n-p+q)|y(n-p){|}^2+\underset{q=-1,1}{\Σ}{c}_{2q}{\[y(n-p+q)\]}^{*}{\[y(n-p)\]}^2+\\ c_{3}y(n-p-q){\[y(n-p)\]}^{*}y(n-p+q)+c_4{\[y(n-p-q)\]}^{*}y(n-p)y(n-p+q)+\\ c_{5}y(n-p-q)y(n-p){\[y(n-p+q)\]}^{*}\end{array};$

其中，z(n)为所述功率放大器的输入信号；y(n)为所述功率放大器的输出信号；n为时间；l、p、q为时延，并且|p±q|<l；k为多项式阶数，且为奇数；a_kl、c_1q、c_2q、c₃、c₄、c₅为预失真系数。

3.根据权利要求2所述的数字预失真方法，其特征是，

所述估计算法包括：最小均方误差算法、最小二乘算法或者递归最小二次方算法。

4.根据权利要求1至3任一项所述的数字预失真方法，其特征是，所述根据预失真处理模块的输入信号以及所述预失真系数进行第二预失真计算的步骤包括：

根据如下公式进行预失真计算：

$\begin{array}{c}{z}_1\left(n\right)=\underset{odd}{\overset{K}{\underset{k=1}{\&Sigma;}}}\underset{l=0}{\overset{L}{\&Sigma;}}{a}_{kl}x(n-l)|x(n-l){|}^{k-1}+\\ \underset{q=-1,1}{\&Sigma;}{c}_{1q}x(n-p+q)|x(n-p){|}^2+\underset{q=-1,1}{\&Sigma;}{c}_{2q}{\&lsqb;x(n-p+q)\&rsqb;}^{*}{\&lsqb;x(n-p)\&rsqb;}^2+\\ c_{3}x(n-p-q){\&lsqb;x(n-p)\&rsqb;}^{*}x(n-p+q)+c_4{\&lsqb;x(n-p-q)\&rsqb;}^{*}x(n-p)x(n-p+q)+\\ c_{5}x(n-p-q)x(n-p){\&lsqb;x(n-p+q)\&rsqb;}^{*}\end{array};$

其中，z₁(n)为预失真处理模块的输出信号；x(n)为所述预失真处理模块的输入信号；n为时间；l、p、q为时延，并且|p±q|<l；k为多项式阶数，且为奇数；a_kl、c_1q、c_2q、c₃、c₄、c₅为预失真系数。

5.根据权利要求1至3任一项所述的数字预失真方法，其特征是，所述根据预失真处理模块的输入信号以及所述预失真系数进行第二预失真计算的步骤包括：

(1)根据所述预失真处理模块的输入信号和所述预失真系数按如下公式计算预失真查找表内容：

$LUT1\left(\right|x\left(n\right)|,l)=\underset{odd}{\overset{K}{\underset{k=1}{\&Sigma;}}}{a}_{kl}|x\left(n\right){|}^{k-1}$ 以及

LUT2(|x(n)|,q)＝c_1q|x(n)|²；

其中，x(n)为所述预失真处理模块的输入信号；LUT1、LUT2为预失真查找表内容；

(2)根据所述查找表内容、所述预失真处理模块的输入信号以及所述预失真系数按照如下公式进行预失真计算：

$\begin{array}{c}{z}_1\left(n\right)=\underset{l=1}{\overset{L}{\&Sigma;}}x(n-l)LUT1\left(\right|x\left(n\right)|,l)+\\ \underset{q=-1,1}{\&Sigma;}x(n-p+q)LUT2\left(\right|x\left(n-p\right),q)+\underset{q=-1,1}{\&Sigma;}{c}_{2q}{\&lsqb;x(n-p+q)\&rsqb;}^{*}{\&lsqb;x(n-p)\&rsqb;}^2+\\ c_{3}x(n-p-q){\&lsqb;x(n-p)\&rsqb;}^{*}x(n-p+q)+c_4{\&lsqb;x(n-p-q)\&rsqb;}^{*}x(n-p)x(n-p+q)+\\ c_{5}x(n-p-q)x(n-p){\&lsqb;x(n-p+q)\&rsqb;}^{*}\end{array};$

其中，z₁(n)为预失真处理模块的输出信号；x(n)为所述预失真处理模块的输入信号；n为时间；l、p、q为时延，并且|p±q|<l；a_kl、c_1q、c_2q、c₃、c₄、c₅为预失真系数。

6.一种数字预失真装置，其特征是，包括：

采集单元，用于采集功率放大器的输入信号和功率放大器的输出信号；

第一计算单元，用于将所述功率放大器的输入信号和所述功率放大器的输出信号消除时延和增益后，利用第一预失真计算公式得到预失真系数；其中，所述第一预失真计算公式由记忆多项式和三阶交叉相乘项叠加组成，所述三阶交叉相乘项为功率放大器的输出信号经过时延后的相乘项；

获取单元，用于获取预失真处理模块的输入信号；

第二计算单元，用于根据所述预失真处理模块的输入信号以及所述预失真系数进行第二预失真计算；

输出单元，用于输出预失真信号。

7.根据权利要求6所述的数字预失真装置，其特征是，

所述第一计算单元进行第一预失真计算时，所述第一计算单元先消除所述功率放大器的输入信号和所述功率放大器的输出信号的时延和增益；

然后所述第一计算单元根据如下公式并结合估计算法计算预失真系数：

$\begin{array}{c}z\left(n\right)=\underset{odd}{\overset{K}{\underset{k=1}{\&Sigma;}}}\underset{l=0}{\overset{L}{\&Sigma;}}{a}_{kl}y(n-l)|y(n-l){|}^{k-1}+\\ \underset{q=-1,1}{\&Sigma;}{c}_{1q}y(n-p+q)|y(n-p){|}^2+\underset{q=-1,1}{\&Sigma;}{c}_{2q}{\&lsqb;y(n-p+q)\&rsqb;}^{*}{\&lsqb;y(n-p)\&rsqb;}^2+\\ c_{3}y(n-p-q){\&lsqb;y(n-p)\&rsqb;}^{*}y(n-p+q)+c_4{\&lsqb;y(n-p-q)\&rsqb;}^{*}y(n-p)y(n-p+q)+\\ c_{5}y(n-p-q)y(n-p){\&lsqb;y(n-p+q)\&rsqb;}^{*}\end{array};$

其中，z(n)为所述功率放大器的输入信号；y(n)为所述功率放大器的输出信号；n为时间；l、p、q为时延，并且|p±q|<l；k为多项式阶数，且为奇数；a_k1、c_1q、c_2q、c₃、c₄、c₅为预失真系数。

8.根据权利要求7所述的数字预失真装置，其特征是，

所述估计算法包括：最小均方误差算法、最小二乘算法或者递归最小二次方算法。

9.根据权利要求6至8任一项所述的数字预失真装置，其特征是，

所述第二计算单元进行第二预失真计算时，根据如下公式进行预失真计算：

$\begin{array}{c}{z}_1\left(n\right)=\underset{odd}{\overset{K}{\underset{k=1}{\&Sigma;}}}\underset{l=0}{\overset{L}{\&Sigma;}}{a}_{kl}x(n-l)|x(n-l){|}^{k-1}+\\ \underset{q=-1,1}{\&Sigma;}{c}_{1q}x(n-p+q)|x(n-p){|}^2+\underset{q=-1,1}{\&Sigma;}{c}_{2q}{\&lsqb;x(n-p+q)\&rsqb;}^{*}{\&lsqb;x(n-p)\&rsqb;}^2+\\ c_{3}x(n-p-q){\&lsqb;x(n-p)\&rsqb;}^{*}x(n-p+q)+c_4{\&lsqb;x(n-p-q)\&rsqb;}^{*}x(n-p)x(n-p+q)+\\ c_{5}x(n-p-q)x(n-p){\&lsqb;x(n-p+q)\&rsqb;}^{*}\end{array};$

其中，z₁(n)为预失真处理模块的输出信号；x(n)为所述预失真处理模块的输入信号；n为时间；l、p、q为时延，并且|p±q|<l；k为多项式阶数，且为奇数；a_kl、c_1q、c_2q、c₃、c₄、c₅为预失真系数。

10.根据权利要求6至8任一项所述的数字预失真装置，其特征是，

所述第二计算单元进行第二预失真计算时，所述第二计算单元根据所述预失真处理模块的输入信号和所述预失真系数按如下公式计算预失真查找表内容：

$LUT1\left(\right|x\left(n\right)|,l)=\underset{odd}{\overset{K}{\underset{k=1}{\&Sigma;}}}{a}_{kl}|x\left(n\right){|}^{k-1}$ 以及

LUT2(|x(n)|,q)＝c_1q|x(n)|²；

其中，x(n)为所述预失真处理模块的输入信号；LUT1、LUT2为预失真查找表内容；

所述第二计算单元根据所述查找表内容、所述预失真处理模块的输入信号以及所述预失真系数按照如下公式计算进行预失真计算：

$\begin{array}{c}{z}_1\left(n\right)=\underset{l=1}{\overset{L}{\&Sigma;}}x(n-l)LUT1\left(\right|x\left(n\right),l)+\\ \underset{q=-1,1}{\&Sigma;}x(n-p+q)LUT2\left(\right|x\left(n-p\right),q)+\underset{q=-1,1}{\&Sigma;}{c}_{2q}{\&lsqb;x(n-p+q)\&rsqb;}^{*}{\&lsqb;x(n-p)\&rsqb;}^2+\\ c_{3}x(n-p-q){\&lsqb;x(n-p)\&rsqb;}^{*}x(n-p+q)+c_4{\&lsqb;x(n-p-q)\&rsqb;}^{*}x(n-p)x(n-p+q)+\\ c_{5}x(n-p-q)x(n-p){\&lsqb;x(n-p+q)\&rsqb;}^{*}\end{array};$

其中，z₁(n)为预失真处理模块的输出信号；x(n)为所述预失真处理模块的输入信号；n为时间；l、p、q为时延，并且|p±q|<l；a_kl、c_1q、c_2q、c₃、c₄、c₅为预失真系数。