CN114400979A - 一种改善短波互调和谐波失真的数字预失真的***及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明为解决现有的改善短波功率放大器失真的数字预失真方法，只能单一的改善短波功率放大器的互调失真，对谐波失真没有抑制能力，不能对短波功率放大器整体性能提升的问题，而提供了一种改善短波互调和谐波失真的数字预失真的***及方法。该方法针对短波信号制式特点和短波功率放大器记忆效应，在整合交叉记忆多项式预失真模型的基础上，进一步在模型中采用FIR结构，利用其低通滤波特性，进行短波功率放大器倍频程中高次谐波的抑制，同时改善互调和谐波抑制，契合度更高地进行预失真参数提取，以改善数字预失真***的性能。
Description
技术领域
本发明涉及自适应数字预失真技术，更具体地说是一种同时改善短波功率放大器互调失真和谐波失真的数字预失真的***及方法，适用于提高短波射频功率放大器效率以及降低对短波发射机功率放大器输出端级联的滤波器组的设计要求。
背景技术
频率范围在1.6MHz～30MHz之间的无线电磁波频率通常称为短波频段，短波通信主要依靠电离层与地面间的来回反射和折射进行传播，因此无论白天黑夜，短波都可以传播很远。如今随着计算机、微电子和无线通信技术的不断发展，短波通信技术有了突破性进展，利用短波进行应急通信、抗灾通信、特别是军事上要求的陆海空统一通信指挥方面发挥着更重要、更广泛的作用。
目前，短波电台已日趋数字化，其工作频段已不限于原有的短波频段范围，因而呈现出多波段、多信道的特征。短波电台数字化过程中，对短波功率放大器的性能提出了越来越高的要求，即在满足较高的线性要求前提下，功率放大器同时要有较高的效率。为了达到这一要求，就要让放大器既线性又高效，采用包括预失真技术在内的各种手段来实现放大器高效率且高线性度，而且预失真技术还可以利用自适应原理来跟踪补偿功率放大器由于温度、湿度等环境因素改变而造成的误差。总之，预失真技术不但可以提升发射机的效率，降低成本与缩小体积，亦能有效增加发射机的线性度以提升***效能与通信质量，对于未来高效率短波电台的发展和实现有着十分重大的实际意义。
但是，由于短波功率放大器本身的特殊性，预失真技术在提高短波功率放大器的线性度和效率方面面临新的问题。首先，与无线蜂窝移动通信***中的功率放大器相比，短波功率放大器的分数带宽比较大，功率管在工作频率范围内不同频点的性能差异很大，不可能在整个工作频段内实现理想的阻抗匹配，进而影响到功率放大器的性能；同时，由于其低频谐波成分会落在高频段，不可能通过共用一个低通滤波器消除所有频点的谐波，这将导致需要对目前使用的模拟谐波滤波器进行分段，由于这种滤波器的开关继电器寿命有限，特别是在大功率情况下，其体积较大，开关继电器容易烧坏。此外，目前的模拟滤波技术已经很难获得较大的衰减电阻带，限制了谐波抑制的性能。
从以上分析可以看出，短波功率放大器的设计存在工作频带宽、低频谐波干扰大、高频频带大、输出端口驻波大、功率管温度大、漏电电压波动大等诸多问题，使得传统的预失真技术应用于高频功率放大器时难以达到预期性能。
中国专利CN111064439A，专利名称为一种改善短波数字预失真性能的***及方法，公开了一种改善短波数字预失真性能的***及方法，针对短波信号带宽较窄的特点，整合FIR滤波器的弱非线性滤波器来克服记忆效应，并整合记忆多项式模型，可以契合度更高地进行预失真参数提取，更为符合功放实际特性的参数，改善数字预失真***的性能，提高了射频功率放大器的线性度和功放效率，但是其只能发射机的互调失真带来改善，而对于谐波失真则没有抑制能力，难以对短波发射机带来整体性能的提升。
发明内容
本发明的目的是解决现有的改善短波功率放大器失真的数字预失真方法，只能单一的改善短波功率放大器的互调失真，对谐波失真没有抑制能力，不能对短波功率放大器整体性能提升的问题，而提供了一种改善短波互调和谐波失真的数字预失真的***及方法。
本发明的设计思路是：针对短波信号制式特点和短波功率放大器记忆效应，在整合交叉记忆多项式预失真模型的基础上，进一步在模型中采用FIR结构，利用其低通滤波特性，进行短波功率放大器倍频程中高次谐波的抑制，可以达到同时改善互调和谐波抑制的数字预失真的***和方法，在提高短波功率放大器效率的同时降低对短波发射机功率放大器输出端级联的滤波器组的设计要求。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种改善短波互调和谐波失真的数字预失真的***，其特殊之处在于：包括数字预失真器、模数转换模块(DAC)、功率放大器、衰减器(ATT)、模数转换模块(ADC)以及相应的预失真模型参数求取模块；
所述数字预失真器的输出端与模数转换模块(DAC)和预失真模型参数求取模块的第一输入端电连接；
所述模数转换模块(DAC)的输出端与功率放大器的输入端电连接，所述功率放大器直接将信号输出，其中一部分信号耦合后与衰减器(ATT)的输入端电连接；所述衰减器(ATT)的输出端与模数转换模块(ADC)的输入端电连接；
所述模数转换模块(ADC)的输出端与预失真模型参数求取模块的第二输入端电连接；
所述预失真模型参数求取模块的输出端与数字预失真器的第二输入端电连接。
进一步地，所述数字预失真器内设置有abs函数模块1、多个查找表、多个延时器、多个乘法器、第一加法器2和第二加法器6；
所述数字基带信号的第一输出端与第一乘法器3的第一输入端电连接，第二输出端与abs函数模块1的输入端电连接，第三输出端与第一延时器4的输入端电连接；
所述abs函数模块1的第一输出端与查找表LUT1，1的输入端电连接，查找表LUT1，1的输出端与第一加法器2的第一输入端电连接；
所述abs函数模块1的第二输出端与第二延时器5的输入端电连接，第二延时器5的第一输出端与查找表LUT1，2的输入端电连接，查找表LUT1，2的输出端与第一加法器2的第二输入端电连接；
所述第一延时器4的第一输出端与第三延时器8的输入端电连接，第二输出端与第二乘法器7的第一输入端电连接；
所述第二延时器5的第二输出端与查找表LUTK，1的输入端电连接，查找表LUTK，1的输出端与第二加法器6的第一输入端电连接；所述第二延时器5的第三输出端与第四延时器9的输入端电连接；
所述第四延时器(9)第一输出端与查找表LUT1，3的输入端电连接，查找表LUT1，3的输出端与第一加法器2的第三输入端电连接；所述第四延时器9第二输出端与查找表LUTK，2的输入端电连接，查找表LUTK，2的输出端与第二加法器6的第二输入端电连接；所述第四延时器9第三输出端与第三乘法器10的第一输入端电连接；所述第四延时器9第三输出端与下一级延时器的输入端电连接；
所述第一加法器2的输出端与第一乘法器3的第二输入端电连接，所述第二加法器6的输出端与第二乘法器7的第二输入端电连接；
依次类推，第2j-3个延时器的第一输出端与第2j-1个延时器的输入端电连接，所述第2j-3个延时器的第二输出端与第j个乘法器的第一输入端电连接；其中，j≥2；
第2j-2个延时器的第一输出端与查找表LUT1，M的输入端电连接，M＝j；所述第2j-2个延时器的第二输出端与查找表LUTK，M-1的输入端电连接，K＝j-1；所述第2j-2个延时器的第三输出端与第2j个延时器的输入端电连接；
所述查找表LUT1，M的输出端分别与第一加法器2的第M输入端电连接；所述查找表LUTK，M的输出端分别与第二加法器6的第M输入端电连接；
所述第一乘法器3、第二乘法器7、......、第j个乘法器的输出端分别与FIR低通滤波特性模型11电连接，所述FIR低通滤波特性模型11的输出的信号即为数字预失真器的输出信号。
本发明还提供了一种基于上述改善短波互调和谐波失真的数字预失真***的改善短波互调和谐波失真的数字预失真的方法，其特殊之处在于：
包括以下步骤：
步骤1)数字基带信号经过数字预失真器处理后，得预失真信号；
步骤2)预失真信号经经数模转换器(DAC)转换为模拟信号，经功率放大器放大后，得放大后的模拟信号；
步骤3)放大后的模拟信号，耦合后经过衰减器(ATT)衰减，经由模数转换器(ADC)转换为数字信号输送至预失真参数提取模块；
步骤4)预失真参数提取模块对采集到的模拟信号和预失真信号进行处理，得到预失真参数，再输送至数字预失真器进行实时预失真；
步骤5)计算当前的输入信号与预失真输出信号的归一化均方误差NMSEdB；
步骤6)判断计算得到的归一化均方误差NMSEdB是否大于预设目标值；
若是，则采用最小二乘法计算预失真参数，并对由输入数据进行功率计算得到相应的查找表进行更新，采用更新后的查找表重复步骤4-5)进行预失真处理；
否则，结束本轮预失真处理，且下一轮预失真处理继续采用当前查找表进行预失真处理；
步骤7)重复步骤4-6)实现自适应的数字预失真处理。
进一步地，所述数字预失真器的处理方法为：
其中，ak，qk与bk分别为不同LUT中的带求解预失真参数；
LUT参数由输入数据进行功率计算得到相应的表格索引地址|x(n)|，然后由此得到对应LUT参数，即LUT(|x(n)|)，然后修正施加在功率放大器输入端上信号x(n)的幅度和相位，得到预失真处理后的DPD(x(n))。
进一步地，采用最小二乘拟合计算FIR滤波器系数。
进一步地，以瞬时预失真表达式为例，步骤4)具体为：
4.1)预失真表达式为：
其中，yn为预失真器在离散域的输出信号，xn为数字预失真器的为输入信号，n为信号点数；αm为FIR滤波器的系数，m＝0，1，2，......M，m为FIR滤波器阶数；pn为输入信号第n个点的归一化后的模值；α0，α1，α2，...，αm分别为多项式系数；
计算使目标函数达到最小时的多项式系数，目标函数为：
步骤4.2)将目标函数写成矩阵形式的预失真表达式，则定义误差向量为：
ε＝Y-X.*P.*W
其中，
W＝[α0 α1 α2 … αm]；Y＝[y1 y2 … yn]T；
.*表示点乘，即矩阵对应元素相乘；
步骤4.3)为使ε2最小，令X.*P＝A，则误差向量的平方表示为：
ε2＝Y2-2YATW+WTAATW
对上式求W的微分，得：
其中，R＝AAT，Q＝YA；
令
得到W的最小二乘解为：
W＝R-1Q
即得到预失真器的多项式系数α0，α1，α2，...，αm，m＝0，1，2，......M。
进一步地，步骤6)中，***在运行过程中实时计算归一化均方误差NMSEdB，当其大于目标值，采用最小二乘法计算预失真参数并发送到预失真器中，基带信号经过预失真器的增益补偿后，再送到功率放大器，重新计算NMSEdB。
与现有技术相比，本发明具有的有益技术效果如下：
1、本发明提供的改善短波互调和谐波失真的数字预失真的***整合交叉记忆多项式结构和FIR低通滤波器特性结构的数字预失真模型，通过数字预失真的方法，在数字域进行处理，可以达到同时改善互调和谐波抑制的目的，可以降低现有的模拟滤波器谐波抑制。
2、本发明提供的改善短波互调和谐波失真的数字预失真方法采用整合交叉记忆多项式结构和FIR低通滤波器特性结构的数字预失真模型，可以达到同时改善互调和谐波抑制，契合度更高地进行预失真参数提取，以改善数字预失真***的性能。
附图说明
图1是现有的预失真结构整体架构图；
图2是现有的预失真表格提取示意图；
图3是现有的预失真模型表格索引结构图；
图4是本发明改善短波互调和谐波失真的数字预失真的***实施例示意图；
图5是本发明数字预失真器结构图示意图；
图6是本发明LUTK，qk的结构和存储内容；
图7是本发明LUTk的结构和存储内容；
图8是本发明数字预失真方法实施例改善后的时域波形结果与传统的记忆多项式模型结果整体时域波形对比；
图9是本发明数字预失真方法实施例改善后的时域波形结果与传统的记忆多项式模型结果整体局部放大波形对比；
图10是本发明数字预失真方法实施例改善后的频域波形结果与传统的记忆多项式模型整体频域结果对比；
图11是本发明数字预失真方法实施例改善后的频域波形结果与传统的记忆多项式模型局部放大的互调失真频域结果对比；
图12是本发明数字预失真方法实施例改善后的频域波形结果与传统的记忆多项式模型局部放大的二次谐波失真频域结果对比；
图13是本发明数字预失真方法实施例改善后的频域波形结果与传统的记忆多项式模型局部放大的三次谐波失真频域结果对比；
附图标记：
1-abs函数模块，2-第一加法器，3-第一乘法器，4-第一延时器，5-第二延时器，6-第二加法器，7-第二乘法器，8-第三延时器，9-第四延时器，10-第三乘法器，11-FIR低通滤波特性模型。
具体实施方式
为使本发明的目的、优点和特征更加清楚，以下结合附图和具体实施例对本发明提出的一种改善短波互调和谐波失真的数字预失真的***及方法作进一步详细说明。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用来解释本发明的技术原理，目的并不是用来限制本发明的保护范围。
如图1所示，是现有技术的一种预失真结构采用的是查找表(Lookup Table，LUT)方法，LUT按照信号的幅度，或输入幅度的某种函数检索，然后修正施加在功率放大器输入端上信号的幅度和相位。预失真***结构包含两个通道：数据训练的环路通道和预失真通道。数据训练通道是一个环路结构，其核心部分为预失真算法模块，该模块通过对经功率放大器后的反馈(功率放大器输出耦合得到)信号和原输入信号进行处理，提取出功率放大器的失真特性，进而得到功率放大器失真反特性的LUT参数。当功率放大器特性随着时间或外界环境变化发生改变时，可以通过自适应预失真算法更新预失真反特性LUT参数。
如图2所示，是现有技术的一种预失真参数提取方法示意图。其中，X为输入信号，Y为反馈信号。首先根据需求确定输出功率，第一次运行时，***直通，LUT(X)＝X，信号通过功率放大器之后得到第一组输出数据，反馈进行预失真，通过求解min|LUT(Y)-LUT(X)|得到LUT参数，然后在迭代过程中不断修正LUT参数，直至输出信号Y得到满意的效果，提取此时LUT参数作为这一输出功率下的预失真LUT，供***使用。
如图3所示，是现有技术的一种预失真模型表格索引结构图。LUT参数由输入数据进行功率计算得到相应的表格索引地址|x(n)|，然后由此得到对应LUT参数，即LLUT(|x(n)|)，然后修正施加在功率放大器输入端上信号X(n)的幅度和相位，得到预失真处理后的DPD(x(n))。
如图4所示，本发明提出的改善短波互调和谐波失真的数字预失真的***，包括数字预失真器，模数转换模块(DAC)，功率放大器，衰减器(ATT)，模数转换模块(ADC)以及相应的预失真模型参数求取模块。
所述数字预失真器的输出端与模数转换模块(DAC)和预失真模型参数求取模块的第一输入端电连接；所述模数转换模块(DAC)的输出端与功率放大器的输入端电连接，所述功率放大器直接将信号输出，其中一部分信号耦合后与衰减器(ATT)的输入端电连接；所述衰减器(ATT)的输出端与模数转换模块(ADC)的输入端电连接；所述模数转换模块(ADC)的输出端与预失真模型参数求取模块的第二输入端电连接；所述预失真模型参数求取模块的输出端与数字预失真器的第二输入端电连接。
***不进行预失真处理时数字基带信号直接经过DAC转换成模拟信号，功率放大器放大；进行预失真处理，将功率放大器输出后的信号，通过ATT进行衰减，再进入ADC，送入预失真模型参数求取模块进行预失真参数求取，然后，将得到的预失真参数下载入数字预失真器。
其中，数字基带信号经过数字预失真器处理后，得预失真信号。预失真信号分为两路，一路前向主链路中颇数据流经过模数转换模块(ADC)发送至功率放大器功放射颇输出；另一路反馈中颇数据流，即功放稠合信号下变频后的基带信号，传送给预失真模型参数求取模块进行预失真参数提取，然后传送给预失真器进行实时预失真。
具体的，所述数字预失真器内设置有abs函数模块1、多个查找表、多个延时器、多个乘法器、第一加法器2和第二加法器6；
所述数字基带信号的第一输出端与第一乘法器3的第一输入端电连接，第二输出端与abs函数模块1的输入端电连接，第三输出端与第一延时器4的输入端电连接；
所述abs函数模块1的第一输出端与查找表LUT1，1的输入端电连接，查找表LUT1，1的输出端与第一加法器2的第一输入端电连接；
所述abs函数模块1的第二输出端与第二延时器5的输入端电连接，第二延时器5的第一输出端与查找表LUT1，2的输入端电连接，查找表LUT1，2的输出端与第一加法器2的第二输入端电连接；
所述第一延时器4的第一输出端与第三延时器8的输入端电连接，第二输出端与第二乘法器7的第一输入端电连接；
所述第二延时器5的第二输出端与查找表LUTK，1的输入端电连接，查找表LUTK，1的输出端与第二加法器6的第一输入端电连接；所述第二延时器5的第三输出端与第四延时器9的输入端电连接；
所述第四延时器9第一输出端与查找表LUT1，3的输入端电连接，查找表LUT1，3的输出端与第一加法器2的第三输入端电连接；所述第四延时器9第二输出端与查找表LUTK，2的输入端电连接，查找表LUTK，2的输出端与第二加法器6的第二输入端电连接；所述第四延时器9第三输出端与第三乘法器10的第一输入端电连接；所述第四延时器9第三输出端与下一级延时器的输入端电连接；
所述第一加法器2的输出端与第一乘法器3的第二输入端电连接，所述第二加法器6的输出端与第二乘法器7的第二输入端电连接；
依次类推，第2j-3个延时器的第一输出端与第2j-1个延时器的输入端电连接，所述第2j-3个延时器的第二输出端与第j个乘法器的第一输入端电连接；其中，j≥2；
第2j-2个延时器的第一输出端与查找表LUT1，M的输入端电连接，M＝j；所述第2j-2个延时器的第二输出端与查找表LUTK，M-1的输入端电连接，K＝j-1；所述第2j-2个延时器的第三输出端与第2j个延时器的输入端电连接；
所述查找表LUT1，M的输出端分别与第一加法器2的第M输入端电连接；所述查找表LUTK，M的输出端分别与第二加法器6的第M输入端电连接；
所述第一乘法器3、第二乘法器7、......、第j个乘法器的输出端分别与FIR低通滤波特性模型11电连接，所述FIR低通滤波特性模型11的输出的信号即为数字预失真器的输出信号。
本发明还提出了一种改善短波互调和谐波失真的数字预失真的方法，基于上述改善短波互调和谐波失真的数字预失真的***，***接收到外部输入的预失真命令后，进行预失真处理。
采集输入基带信号、经过预失真器的前向信号和功率放大器反馈回来的反向信号，并对当前采集的信号进行同步对齐，进一步在数字预失真***中需要进行功放建模和预失真参数估算。包括以下步骤：
步骤1)数字基带信号经过数字预失真器处理后，得预失真信号；
步骤2)预失真信号经经数模转换器转换(DAC)为模拟信号，经功率放大器放大后，得放大后的模拟信号；
步骤3)放大后的模拟信号，耦合后经过衰减器(ATT)衰减，经由模数转换器(ADC)转换为数字信号输送至预失真参数提取模块；
步骤4)失真参数提取模块对采集到的模拟信号和预失真信号进行处理，得到预失真参数，再输送至数字预失真器进行实时预失真；
步骤5)计算当前的输入信号与预失真输出信号的归一化均方误差NMSEdB；
步骤6)判断计算得到的归一化均方误差NMSEdB是否大于预设目标值；
若是，则采用最小二乘法计算预失真参数，并对由输入数据进行功率计算得到相应的查找表进行更新，采用更新后的查找表重复步骤4-5)进行预失真处理；
否则，结束本轮预失真处理，且下一轮预失真处理继续采用当前查找表进行预失真处理；
步骤7)重复步骤4-6)实现自适应的数字预失真处理。
步骤4)中，基于图5的改善短波互调和谐波失真的数字预失真模型结构图，得到预失真器的处理方法为：
其中，ak，qk与bk分别为不同LUT中的带求解预失真参数；
在公式(2)中，LUTK，qk用于建立多项式***，LUTK，qk的地址为|x(n)|。假设一个LUTK，qk的单元数为64，
是LUTK，qk的内容，其中
m＝1，2，3，…64。
图6所示的是LUTK，qk的结构和存储内容。
在公式(3)中，LUTk用于建立多项式***，LUTk的地址为|x(n)|。假设一个LUTk的单元数为64，
是LUTk的内容，其中
图7所示的是LUTk的结构和存储内容。
具体的本实施例中，k取3，q取5，FIR阶数取20；
当LUTK，qk和LUTk被更新时，参数估计模块计算出所需的存储内容。然后根据地址将存储内容写入LUTK，qk和LUTk中，从而完成LUTK，qk和LUTk更新。
其中，参数估计模块以瞬时预失真表达式为例，对上述预失真参数的计算过程说明：
其中，yn为预失真器在离散域的输出信号，xn为数字预失真器的为输入信号，n为信号点数；αm为FIR滤波器的系数，m＝0，1，2，......M，m为FIR滤波器阶数；pn为输入信号第n个点的归一化后的模值；α0，α1，α2，...，αm分别为多项式系数；
计算使目标函数达到最小时的多项式系数，目标函数为：
步骤4.2)将目标函数写成矩阵形式的预失真表达式，则定义误差向量为：
ε＝Y-X.*P.*W
其中，
W＝[α0 α1 α2 … αm]；Y＝[y1 y2 … yn]T；
.*表示点乘，即矩阵对应元素相乘；
步骤4.2)为使ε2最小，令X.*P＝A，则误差向量的平方表示为：
ε2＝Y2-2YATW+WTAATW
对上式求W的微分，得：
其中，R＝AAT，Q＝YA；
令
得到W的最小二乘解为：
W＝R-1Q
即得到预失真器的多项式系数α0，α1，α2，...，αm，m＝0，1，2，......M。
步骤5)设置信号长度为N，计算当前的输入信号与预失真输出信号的归一化均方误差NMSEdB，N为正整数；
其中，xn表示输入信号的第n个点，yn表示输出信号的第n个点。
步骤6)判断当前计算的归一化均方误差是否大于预设目标值，若是，则采用最小二乘法计算预失真参数，并据此对查找表进行更新，下一轮预失真采用更新后的查找表进行预失真；否则，下一轮采用当前查找表进行预失真。
具体地，若NMSEdB小于设定的目标值，则结束此次预失真计算。反之，则计算预失真参数并发送到预失真器中。基带信号经过预失真器的增益补偿后，再送到功率放大器，重新计算NMSEdB。
***在运行过程中实时计算NMSEdB，当其大于目标值后，启动新一轮的预失真计算，如此往复，实现自适应的数字预失真处理。
实验中，短波功率放大器的激励信号是一个间隔为24KHz，采样率为40MHz，载波频率为4MHz的双音信号。在实验中，输入信号的生成和谐波消除算法都在MATLAB中完成。信号被下载到矢量信号发生器(ESG4438C)中，以注入功率放大器。功率放大器的输出信号被衰减，然后被频谱分析仪(N9010A)捕获，该分析仪与VSG共享相同的参考时钟和触发信号。
图8为改善后的时域波形结果与传统的记忆多项式模型结果对比。可见，因为功率放大器输出信号中高次谐波失真的存在，使得波形峰值部分出现了大量高频波形信息，而传统的记忆多项式方法处理的结果并不理想，高频信息依然存在，新方法中因为结构中整合FIR从而具有了低通特性，进而得到更为平滑的波形曲线，详见图5中(局部时域波形放大)部分。
图9为本发明数字预失真方法实施例改善后的时域波形结果与传统的记忆多项式模型结果整体局部放大波形对比。
图10为改善后的频域波形结果与传统的记忆多项式模型结果对比。可见，采用新模型结构后，发射机三阶互调指标(2MHz～30MHz)较传统的记忆多项式模型可以提升15dB以上。
图11是本发明数字预失真方法实施例改善后的频域波形结果与传统的记忆多项式模型局部放大的互调失真局部放大频域结果对比；
图12是本发明数字预失真方法实施例改善后的频域波形结果与传统的记忆多项式模型局部放大的二次谐波失真局部放大频域结果对比；
图13是本发明数字预失真方法实施例改善后的频域波形结果与传统的记忆多项式模型局部放大的三次谐波失真局部放大频域结果对比；
以上对比结果可下表1看出：
表1所提方法的IMD和谐波消除性能比较
与传统的记忆多项式方法相比，在不增加算法模型复杂度的情况下，高频功率放大器的基带互调失真可提高10dB以上，2、3次谐波可抑制到-55dB以下，有效地补偿了短波功率放大器的非线性失真特性，大大提高了短波无线电通信的质量。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明技术方案的范围。
Claims (7)
1.一种改善短波互调和谐波失真的数字预失真的***，其特征在于：包括数字预失真器、模数转换模块(DAC)、功率放大器、衰减器(ATT)、模数转换模块(ADC)以及相应的预失真模型参数求取模块；
所述数字预失真器的输出端与模数转换模块(DAC)和预失真模型参数求取模块的第一输入端电连接；
所述模数转换模块(DAC)的输出端与功率放大器的输入端电连接，所述功率放大器直接将信号输出，其中一部分信号耦合后与衰减器(ATT)的输入端电连接；所述衰减器(ATT)的输出端与模数转换模块(ADC)的输入端电连接；
所述模数转换模块(ADC)的输出端与预失真模型参数求取模块的第二输入端电连接；
所述预失真模型参数求取模块的输出端与数字预失真器的第二输入端电连接。
2.根据权利要求1所述的改善短波互调和谐波失真的数字预失真的***，其特征在于：
所述数字预失真器内设置有abs函数模块(1)、多个查找表、多个延时器、多个乘法器、第一加法器(2)和第二加法器(6)；
所述数字基带信号的第一输出端与第一乘法器(3)的第一输入端电连接，第二输出端与abs函数模块(1)的输入端电连接，第三输出端与第一延时器(4)的输入端电连接；
所述abs函数模块(1)的第一输出端与查找表LUT1，1的输入端电连接，查找表LUT1，1的输出端与第一加法器(2)的第一输入端电连接；
所述abs函数模块(1)的第二输出端与第二延时器(5)的输入端电连接，第二延时器(5)的第一输出端与查找表LUT1，2的输入端电连接，查找表LUT1，2的输出端与第一加法器(2)的第二输入端电连接；
所述第一延时器(4)的第一输出端与第三延时器(8)的输入端电连接，第二输出端与第二乘法器(7)的第一输入端电连接；
所述第二延时器(5)的第二输出端与查找表LUTK，1的输入端电连接，查找表LUTK，1的输出端与第二加法器(6)的第一输入端电连接；所述第二延时器(5)的第三输出端与第四延时器(9)的输入端电连接；
所述第四延时器(9)第一输出端与查找表LUT1，3的输入端电连接，查找表LUT1，3的输出端与第一加法器(2)的第三输入端电连接；所述第四延时器(9)第二输出端与查找表LUTK，2的输入端电连接，查找表LUTK，2的输出端与第二加法器(6)的第二输入端电连接；所述第四延时器(9)第三输出端与第三乘法器(10)的第一输入端电连接；所述第四延时器(9)第三输出端与下一级延时器的输入端电连接；
所述第一加法器(2)的输出端与第一乘法器(3)的第二输入端电连接，所述第二加法器(6)的输出端与第二乘法器(7)的第二输入端电连接；
依次类推，第2j-3个延时器的第一输出端与第2j-1个延时器的输入端电连接，所述第2j-3个延时器的第二输出端与第j个乘法器的第一输入端电连接；其中，j≥2；
第2j-2个延时器的第一输出端与查找表LUT1，M的输入端电连接，M＝j；所述第2j-2个延时器的第二输出端与查找表LUTK，M-1的输入端电连接，K＝j-1；所述第2j-2个延时器的第三输出端与第2j个延时器的输入端电连接；
所述查找表LUT1，M的输出端分别与第一加法器(2)的第M输入端电连接；所述查找表LUTK，M的输出端分别与第二加法器(6)的第M输入端电连接；
所述第一乘法器(3)、第二乘法器(7)、......、第j个乘法器的输出端分别与FIR低通滤波特性模型(11)电连接，所述FIR低通滤波特性模型(11)的输出的信号即为数字预失真器的输出信号。
3.一种改善短波互调和谐波失真的数字预失真的方法，基于权利要求1-2所述的改善短波互调和谐波失真的数字预失真***，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1)数字基带信号经过数字预失真器处理后，得预失真信号；
步骤2)预失真信号经数模转换器(DAC)转换为模拟信号，经功率放大器放大后，得放大后的模拟信号；
步骤3)放大后的模拟信号，耦合经过后衰减器(ATT)衰减，经由模数转换器(ADC)转换为数字信号输送至预失真参数提取模块；
步骤4)预失真参数提取模块对采集到的模拟信号和预失真信号进行处理，得到预失真参数，再输送至数字预失真器进行实时预失真；
步骤5)计算当前的输入信号与预失真输出信号的归一化均方误差NMSEdB；
步骤6)判断计算得到的归一化均方误差NMSEdB是否大于预设目标值；
若是，则采用最小二乘法计算预失真参数，并对由输入数据进行功率计算得到相应的查找表进行更新，采用更新后的查找表重复步骤4-5)进行预失真处理；
否则，结束本轮预失真处理，且下一轮预失真处理继续采用当前查找表进行预失真处理；
步骤7)重复步骤4-6)实现自适应的数字预失真处理。
4.根据权利要求3所述的改善短波互调和谐波失真的数字预失真的方法，其特征在于：
所述数字预失真器的处理方法为：
其中，ak，qk与bk分别为不同LUT中的带求解预失真参数；
LUT参数由输入数据进行功率计算得到相应的表格索引地址|x(n)|，然后由此得到对应LUT参数，即LUT(|x(n)|)，然后修正施加在功率放大器输入端上信号x(n)的幅度和相位，得到预失真处理后的DPD(x(n))。
5.根据权利要求3所述的改善短波互调和谐波失真的数字预失真的方法，其特征在于：
采用最小二乘拟合计算FIR滤波器系数。
6.根据权利要求4所述的改善短波互调和谐波失真的数字预失真的方法，其特征在于：以瞬时预失真表达式为例，步骤4具体为：
4.1)预失真表达式为：
其中，yn为预失真器在离散域的输出信号，xn为数字预失真器的为输入信号，n为信号点数；αm为FIR滤波器的系数，m＝0，1，2，......M，m为FIR滤波器阶数；pn为输入信号第n个点的归一化后的模值；α0，α1，α2，...，αm分别为多项式系数；
计算使目标函数达到最小时的多项式系数，目标函数为：
步骤4.2)将目标函数写成矩阵形式的预失真表达式，则定义误差向量为：
ε＝Y-X.*P.*W
其中，
W＝[α0 α1 α2 … αm]；Y＝[y1 y2 … yn]T；
.*表示点乘，即矩阵对应元素相乘；
步骤4.3)为使ε2最小，令X.*P＝A，则误差向量的平方表示为：
ε2＝Y2-2YATW+WTAATW
对上式求W的微分，得：
其中，R＝AAT，Q＝YA；
令
得到W的最小二乘解为：
W＝R-1Q
即得到预失真器的多项式系数α0，α1，α2，...，αm，m＝0，1，2，......M。
7.根据权利要求3所述的改善短波互调和谐波失真的数字预失真的方法，其特征在于：
步骤6)中，***在运行过程中实时计算归一化均方误差NMSEdB，当其大于目标值，采用最小二乘法计算预失真参数并发送到预失真器中，基带信号经过预失真器的增益补偿后，再送到功率放大器，重新计算NMSEdB。
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114826298A (zh) * | 2022-05-30 | 2022-07-29 | 电子科技大学 | 一种短波发射机谐波抑制装置及方法 |
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2021
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| CN117040450B (zh) * | 2023-07-17 | 2024-05-10 | 北京力通通信有限公司 | 功率放大器温度补偿的分段线性数字预失真***及方法 |
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