CN114745239B - 一种基于单路反馈的数字预失真方法 - Google Patents

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CN114745239B CN202210331509.9A CN202210331509A CN114745239B CN 114745239 B CN114745239 B CN 114745239B CN 202210331509 A CN202210331509 A CN 202210331509A CN 114745239 B CN114745239 B CN 114745239B
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Abstract

本发明公开了一种基于单路反馈的数字预失真方法，通过构建数字预失真***后采用数字预失真***进行多次迭代数字预失真处理，在减少反馈回路的同时，通过带宽限制的方式降低了模数转换器的采样率，只需要获取相应频率范围内的信号，降低对模数转换器采样速率要求，同时通过带宽限制的方式对预失真模型和功放输出频谱带宽相匹配，提高预失真器模型的精确度，提高预失真线性化能力；优点是精度较高，且对ADC的采样率要求不高。

Description

一种基于单路反馈的数字预失真方法
技术领域
本发明涉及一种数字预失真方法，尤其是涉及一种基于单路反馈的数字预失真方法。
背景技术
公开号为CN108023844B的中国发明专利中公开了一种实信号欠采样的数字预失真***。该数字预失真***仅需对功率放大器输出复基带信号同相和正交分量中的一个进行欠采样，在大大降低对模数转换器采样速率要求的同时，将模数转换器的个数从两路减少到一路，降低了数字预失真的硬件成本和功耗。该数字预失真***采用的是直接欠采样数字预失真(DPD)。从理论上来讲，直接欠采样DPD在ADC速率远小于奈奎斯特采样率的情况下实现和满采样情况下相当的线性化性能。但在实际构建过程中，为了使采集到的功放输出信号是无带外失真的混叠信号，需要保证采集功放输出信号时反馈回路中ADC的模拟带宽是输入信号带宽的3到5倍。根据奈奎斯特采样定理，D值(D值为功放输入信号与反馈信号采样率的比值)越大代表反馈回路的采样率越低，反馈回路采集的带外失真现象就越严重，即无法得到准确的功放输出信号，会导致数字预失真的线性化精度发生恶化。为保证输入信号和输出信号采样率相互匹配，需要对功放输入信号进行1/D倍抽样。由此，该直接欠采样数字预失真是在时域对信号抽取的方式实现采样率匹配，同时预失真模型搭建会对信号进行记忆项和阶数项的扩展，这使得预失真模型的带宽有不同程度的扩展，导致功放输入信号的频谱带宽与反馈回路的带宽不再匹配，同时，随着D值的增加，由于采集的功放反馈信号的信息越来越少，DPD精确度会越来越低。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种精度较高，且对ADC的采样率要求不高的基于单路反馈的数字预失真方法。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种基于单路反馈的数字预失真方法，包括以下步骤：
步骤一、构建数字预失真***，所述的数字预失真***包括数字预失真处理单元、本地振荡器、数模转换器，I/Q调制器、功率放大器、带通滤波器、定向耦合器、天线、混频器和模数转换器，所述的数字预失真处理单元具有第一输入端、第二输入端和输出端，所述的本地振荡器具有输出端，所述的I/Q调制器具有第一输入端、第二输入端和输出端，所述的数模转换器具有输入端和输出端，所述的功率放大器具有输入端和输出端，所述的带通滤波器具有输入端和输出端，所述的定向耦合器具有输入端、第一输出端和第二输出端，所述的混频器具有第一输入端、第二输入端和输出端，所述的模数转换器具有输入端和输出端，所述的数字预失真处理单元的第一输入端为所述的数字预失真***的输入端，所述的数字预失真处理单元的输出端与所述的数模转换器的输入端连接，所述的数模转换器的输出端和所述的I/Q调制器的第一输入端连接，所述的I/Q调制器的第二输入端和所述的本地振荡器的输出端连接，所述的I/Q调制器的输出端和所述的功率放大器的输入端连接，所述的功率放大器的输出端和所述的带通滤波器的输入端连接，所述的带通滤波器的输出端和所述的定向耦合器的输入端连接，所述的定向耦合器的第一输出端和所述的天线连接，所述的定向耦合器的第二输出端和所述的混频器的第一输入端连接，所述的混频器的第二输入端和所述的本地振荡器的输出端连接，所述的混频器的输出端和所述的模数转换器的输入端连接，所述的模数转换器的输出端和所述的数字预失真处理单元的第二输入端连接；
所述的数字预失真处理单元包括时延估计和补偿单元、预失真器系数估计单元和单路反馈带限预失真器，所述的时延估计和补偿单元具有第一输入端、第二输入端和输出端，所述的预失真器系数估计单元具有第一输入端、第二输入端和输出端，所述的单路反馈带限预失真器具有输入端、反馈端和输出端，所述的时延估计和补偿单元的第一输入端为所述的数字预失真处理单元的第一输入端，所述的时延估计和补偿单元的第二输入端和所述的预失真器系数估计单元的第二输入连接且其连接端为所述的数字预失真处理单元的第二输入端，所述的时延估计和补偿单元的输出端和所述的数字预失真处理单元的第一输入端连接，所述的数字预失真处理单元的输出端和所述的单路反馈带限预失真器的输入端连接，所述的单路反馈带限预失真器的反馈端和所述的时延估计和补偿单元的第一输入端连接，所述的单路反馈带限预失真器的输出端为数字预失真处理单元的输出端；
步骤二、采用步骤一构建的数字预失真***进行数字预失真处理，具体为：
S1、将功率放大器输出的原始输入信号S1输入到所述的数字预失真***的输入端，数字预失真处理单元将原始输入信号S1作为数字预失真信号S2在其输出端输出，将功率放大器当前采样时刻的原始输入信号S1记为x(n)，n为当前采样时刻，x(n)＝xI(n)+xQ(n)，xI(n)为x(n)的实部，xQ(n)为x(n)的虚部，设x(n-ε)为当前采样时刻之前的第ε个采样时刻功率放大器输出的信号，ε＝0，1，…，D×N，N为采样点数，N的取值大于等于10000/D，D为原始输入信号S1的采样率与数字预失真处理单元11的第二输入端在模数转换器的输出端的采样率的比值，构建大小为[D×N，1]的列向量矩阵x，x＝[x(n),x(n-1),…,x(n-D×N)]T，定义数字预失真信号S2为u(n)，u(n)为当前采样时刻的数字预失真处理单元输出的信号，其中在进行第1次预失真时，数字预失真信号S2等于原始输入信号S1，即u(n)＝x(n)；构建矩阵u，u＝[u(n),u(n-1),…,u(n-D×N)]T，u(n-ε)为当前采样时刻之前的第ε个采样时刻数字预失真处理单元输出的信号；
S2、所述的数模转换器(DAC)12将数字预失真信号S2转换为模拟信号，生成模拟复基带信号S3在其输出端输出；
S3、所述的本地振荡器提供振荡频率，所述的将模拟复基带信号S3搬移到载波上调制生成射频信号S4后，在其输出端输出；
S4、所述的功率放大器将射频信号S4放大到足够功率得到大功率的功放输出信号S5在其输出端输出；
S5、所述的带限滤波器将功放输出信号S5中未做DPD对消的带宽范围内的失真信号滤除后，得到带限功放输出信号S6，在其输出端输出。
S6、所述的定向耦合器将带限功放输出信号S6分成了包含全部功率的***输出信号S7和无功率的带限功放反馈信号S11两部分，其中***输出信号S7通过第一输出端输出至天线通过所述的天线发射出去，带限功放反馈信号S11通过第二输出端输出至所述的混频器，
S7、本地振荡器为混频器提供振荡频率，混频器将带限功放反馈信号S11从射频频段搬移到基带，生成模拟带限实基带信号S12，该模拟带限实基带信号S12是实数信号，模拟带限实基带信号S12由混频器的输出端输出；
S8、模数转换器将模拟带限实基带信号S12转换为数字形式的单路带限功放反馈信号S13，单路带限功放反馈信号S13通过模数转换器的输出端输出；
S9、原始输入信号S1输入到数字预失真器处理单元的第一输入端，单路带限功放反馈信号S13输入至数字预失真器处理单元的第二输入端，数字预失真处理单元对原始输入信号S1与单路带限功放反馈信号S13进行处理，得到数字预失真信号S2在其输出端输出；将单路带限功放反馈信号S13记为yI(n)，yI(n)为实数信号，将yI(n)对应的复数信号记为y(n)，其中y(n)＝yI(n)+yQ(n)，yQ(n)为y(n)的虚部；构建大小为[N，1]的列向量矩阵y，y＝[yI(n),yI(n-1),…,yI(n-N))]T，yI(n-δ)为当前采样时刻之前的第δ个采样时刻的采样值，δ＝0，1，…，N，数字预失真处理单元对原始输入信号S1与单路带限功放反馈信号S13进行处理的具体过程为：
S9-1、所述的时延估计和补偿单元对输入其内的x(n)和yI(n)进行环路延迟补偿，得到功放输入信号S14输出，将功放输入信号S14记为xalig(n)，其中得到功放输入信号S14的具体方法为：
S9-1-1、设定整数延时为τint，采用式(1)计算得到整数延时τint：
式(1)中，Nt为互相关运算的长度，Nt＝N，||为取模操作，argmax()为获取因变量最大时自变量的值，限定时延估计值τ为整数，在区间[τmin～τmax]内改变τ的值，寻找的最大时对应的τ值，将该值记为τint，其中τmin和τmax的取值根据实际情况确定；
S9-1-2、对x(n)环路移位D×τint倍得到xalig，int(n)，对xalig，int(n)进行K倍线性插值得到信号xHS(n)，对yI(n)进行K倍线性插值得到信号yHS,I(n)，K值设置为20，xHS,I(n)为xHS(n)的实部，xHS,Q(n)为xHS(n)的虚部，设分数环路延时为τfrac，采用式(2)计算得到分数环路延时τfrac；
S9-1-3、对xalig，int(n)环路移位倍得到xalig,frac(n)，然后对xalig,frac(n)进行K倍降采样，得到xalig(n)，xalig(n)即为功放输入信号S14；
S9-2、所述的预失真系数估计单元对输入其处的单路带限功放反馈信号S13和功放输入信号S14进行处理，得到单路反馈带限数字预失真器参数S15输出，将S15记为αBL，得到单路反馈带限数字预失真器参数S15的具体方法为：
S9-2-1、传统的GMP模型搭建的预失真模型的表达式如公式(3)所示，通过GMP模型得到的基函数矩阵Φ(x)的表达式如公式(4)所示，预失真参数α的表达式如公式(5)所示：
式(3)中，Ka为MP支路的阶数、Ma为MP支路的记忆深度、Kb为滞后包络支路的阶数、Mb为滞后包络支路的记忆深度、Lb为滞后包络支路的延时长度、Kc超前包络支路的阶数、Mc超前包络支路的记忆深度、Lc超前包络支路延时长度，Ka、Ma、Kb、Mb、Lb、Kc、Mc、Lc的大小根据实际功率放大器的参数确定，为MP支路参数，大小为[Ka×Ma,1]；为滞后包络支路参数，大小为[Kb×Mb×Lb,1]、为超前包络支路参数，大小为[Kc×Mc×Lc,1]，k为0到每个支路阶数的整数值，m为0到每个支路记忆深度的整数值，l为1到每个支路延时长度的整数值；akm为MP支路参数矩阵每个元素的通式；bkml为滞后包络支路参数矩阵每个元素的通式；ckml为超前包络支路参数矩阵每个元素的通式,公式(4)中，ΦHS(x)为大小为[N×D,R]的复数矩阵，R＝Ka×Ma+Kb×Mb×Lb+Kc×Mc×Lc，hr(n-ε)＝x(n-m-l-ε)|x(n-m-l-ε)|k为基函数矩阵的每一个元素的通式，其中r为0到R的整数值，每一列元素组成的列矩阵称作基函数矩阵的基数项，记为hr。预失真参数α为大小为R×1的复数矩阵，其中矩阵中的akm对应公式(3)中的MP支路参数矩阵，bkml对应公式(3)中的滞后包络支路参数矩阵，ckml对应公式(3)中的超前包络支路参数矩阵,akm为MP支路参数矩阵每个元素的通式；bkml为滞后包络支路参数矩阵每个元素的通式；ckml为超前包络支路参数矩阵每个元素的通式。
S9-2-2、xalig(n)通过公式(3)得到高采样率的基函数矩阵ΦHS(x)，ΦHS(x)的每一个基数项hHS,r经过公式(6)得到hBL,HS,r，对应hBL,HS,r组成的基函数矩阵记为ΦHS,BL(x)，对ΦHS,BL(x)的每一个基数项hBL,HS,rD倍抽取后表示为ΦBL(x)：
式(6)中，BP(·)表示带限函数，表示卷积运算，ω＝[ω(0),ω(1),…,ω(P-1)]，代表滤波器系数矩阵，P为带限函数的滤波器系数的个数，P的取值根据生成的带限函数设定，带限函数通过MATLAB根据带限函数的要求的带宽生成，带限函数的带宽与带通滤波器15的带宽一致；
S9-2-3、对y通过公式(7)进行处理，得到yBL：
S9-2-4、构建列向量矩阵xalig，，xalig＝[xalig(n),xalig(n-1),…,xalig(n-D×N)]，xalig(n-ε)为当前采样时刻之前的第ε个采样时刻功率放大器输出的信号，通过公式(8)进行处理，得到xHS,BL，然后将xHS,BL进行D倍抽样处理，得到xBL，xBL的实部为xI,BL，
S9-2-3、定义ΨBL(x)＝[Re(ΦBL(x)) -Im(ΦBL(x))]，Re(ΦBL(x))表示对ΦBL(x)取实部，-Im(ΦBL(x))表示对ΦBL(x)取虚部取反，Im(ΦBL(x))表示ΦBL(x)的虚部，定义定义αIQ＝[αI αQ]T，其中αI＝Re(α)，αQ＝Im(α)，大小为2R×1，将ΦBL(x)、yBL、xI,BL带入公式(9)：
式(9)中，表示ΨBL(x)的转置，λ表示当前预失真处理的次数，/>为第λ次预失真处理得到的预失真参数，/>为第λ-1次预失真处理得到的预失真参数，当λ等于1时，/>取值为[1,0,…,0]，/>为/>的前R个值组成的列矩阵；为/>后R个值组成的列矩阵。将ΦBL(x)、yBL、xI,BL带入公式(9)后，可得到/>然后通过/>可得到单路反馈带限数字预失真器参数S15，记为αBL，其中，αBL＝[akm,bkml,ckml]T；
S9-3、将单路反馈带限数字预失真器参数αBL中的akm,bkml,ckml和信号序列x中的每每一个元素x(n-ε)输入到公式(10)，得到u(n)对应的D倍采样率的数字预失真信号uHS(n)；
S9-4、x(n)根据公式(10)构建基函数矩阵ΦHS,DPD(x),其中ΦHS,DPD(x)的每一个元素的通式为每一列元素组成ΦHS,DPD(x)的基数项hDPD,r。然后对ΦHS,DPD(x)的每一个hDPD,r进行D倍抽样，得到ΦDPD(x)，最后将ΦDPD(x)和αBL带入公式(11)，得到u，u即为数字预失真信号S2：
u＝ΦDPD(x)·αBL (11)
S10、将数字预失真信号S2输入到数模转换器的输入端，经过数模转换器将数字预失真信号S2转换为模拟信号，即模拟复基带信号S3，然后从数模转换器的输出端输出，
S11、将数字预失真信号S2按照流程S2-S10进行处理，经过多次迭代，得到符合要求的***输出信号S7由定向耦合器的第一输出端输出，***输出信号S7输入天线的输入端，然后***输出信号S7经过天线辐射出去，即完成了整个数字预失真***的流程。
与现有技术相比，本发明的优点在于在减少反馈回路的同时，通过带宽限制的方式降低了模数转换器的采样率，只需要获取相应频率范围内的信号，降低对模数转换器采样速率要求，同时通过带宽限制的方式对预失真模型和功放输出频谱带宽相匹配，提高预失真器模型的精确度，提高预失真线性化能力。
附图说明
图1为本发明的基于单路反馈的数字预失真方法中数字预失真***的结构图；
图2为本发明的基于单路反馈的数字预失真方法中数字预失真***的数字预失真处理单元的结构图。
具体实施方式
以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
实施例：一种基于单路反馈的数字预失真方法，包括以下步骤：
步骤一、构建数字预失真***，如图1所示，数字预失真***包括数字预失真处理单元、本地振荡器1、数模转换器2，I/Q调制器13、功率放大器14、带通滤波器15、定向耦合器16、天线2、混频器21和模数转换器22，数字预失真处理单元具有第一输入端、第二输入端和输出端，本地振荡器1具有输出端，I/Q调制器13具有第一输入端、第二输入端和输出端，数模转换器2具有输入端和输出端，功率放大器14具有输入端和输出端，带通滤波器15具有输入端和输出端，定向耦合器16具有输入端、第一输出端和第二输出端，混频器21具有第一输入端、第二输入端和输出端，模数转换器22具有输入端和输出端，数字预失真处理单元的第一输入端为数字预失真***的输入端，数字预失真处理单元的输出端与数模转换器2的输入端连接，数模转换器2的输出端和I/Q调制器13的第一输入端连接，I/Q调制器13的第二输入端和本地振荡器1的输出端连接，I/Q调制器13的输出端和功率放大器14的输入端连接，功率放大器14的输出端和带通滤波器15的输入端连接，带通滤波器15的输出端和定向耦合器16的输入端连接，定向耦合器16的第一输出端和天线2连接，定向耦合器16的第二输出端和混频器21的第一输入端连接，混频器21的第二输入端和本地振荡器1的输出端连接，混频器21的输出端和模数转换器22的输入端连接，模数转换器22的输出端和数字预失真处理单元的第二输入端连接；
数字预失真处理单元包括时延估计和补偿单元31、预失真器系数估计单元32和单路反馈带限预失真器33，时延估计和补偿单元31具有第一输入端、第二输入端和输出端，预失真器系数估计单元32具有第一输入端、第二输入端和输出端，单路反馈带限预失真器33具有输入端、反馈端和输出端，时延估计和补偿单元31的第一输入端为数字预失真处理单元的第一输入端，时延估计和补偿单元31的第二输入端和预失真器系数估计单元32的第二输入连接且其连接端为数字预失真处理单元的第二输入端，时延估计和补偿单元31的输出端和数字预失真处理单元的第一输入端连接，数字预失真处理单元的输出端和单路反馈带限预失真器33的输入端连接，单路反馈带限预失真器33的反馈端和时延估计和补偿单元31的第一输入端连接，单路反馈带限预失真器33的输出端为数字预失真处理单元的输出端；
步骤二、采用步骤一构建的数字预失真***进行数字预失真处理，具体为：
S1、将功率放大器14输出的原始输入信号S1输入到数字预失真***的输入端，数字预失真处理单元将原始输入信号S1作为数字预失真信号S2在其输出端输出，将功率放大器14当前采样时刻的原始输入信号S1记为x(n)，n为当前采样时刻，x(n)＝xI(n)+xQ(n)，xI(n)为x(n)的实部，xQ(n)为x(n)的虚部，设x(n-ε)为当前采样时刻之前的第ε个采样时刻功率放大器14输出的信号，ε＝0，1，…，D×N，N为采样点数，N的取值大于等于10000/D，D为原始输入信号S1的采样率与数字预失真处理单元11的第二输入端在模数转换器22的输出端的采样率的比值，构建大小为[D×N，1]的列向量矩阵x，x＝[x(n),x(n-1),…,x(n-D×N)]T，定义数字预失真信号S2为u(n)，u(n)为当前采样时刻的数字预失真处理单元输出的信号，其中在进行第1次预失真时，数字预失真信号S2等于原始输入信号S1，即u(n)＝x(n)；构建矩阵u，u＝[u(n),u(n-1),…,u(n-D×N)]T，u(n-ε)为当前采样时刻之前的第ε个采样时刻数字预失真处理单元输出的信号；
S2、数模转换器2(DAC)12将数字预失真信号S2转换为模拟信号，生成模拟复基带信号S3在其输出端输出；
S3、本地振荡器1提供振荡频率，将模拟复基带信号S3搬移到载波上调制生成射频信号S4后，在其输出端输出；
S4、功率放大器14将射频信号S4放大到足够功率得到大功率的功放输出信号S5在其输出端输出；
S5、带限滤波器将功放输出信号S5中未做DPD对消的带宽范围内的失真信号滤除后，得到带限功放输出信号S6，在其输出端输出。
S6、定向耦合器16将带限功放输出信号S6分成了包含全部功率的***输出信号S7和无功率的带限功放反馈信号S11两部分，其中***输出信号S7通过第一输出端输出至天线2通过天线2发射出去，带限功放反馈信号S11通过第二输出端输出至混频器21，
S7、本地振荡器1为混频器21提供振荡频率，混频器21将带限功放反馈信号S11从射频频段搬移到基带，生成模拟带限实基带信号S12，该模拟带限实基带信号S12是实数信号，模拟带限实基带信号S12由混频器21的输出端输出；
S8、模数转换器22将模拟带限实基带信号S12转换为数字形式的单路带限功放反馈信号S13，单路带限功放反馈信号S13通过模数转换器22的输出端输出；
S9、原始输入信号S1输入到数字预失真器处理单元的第一输入端，单路带限功放反馈信号S13输入至数字预失真器处理单元的第二输入端，数字预失真处理单元对原始输入信号S1与单路带限功放反馈信号S13进行处理，得到数字预失真信号S2在其输出端输出；将单路带限功放反馈信号S13记为yI(n)，yI(n)为实数信号，将yI(n)对应的复数信号记为y(n)，其中y(n)＝yI(n)+yQ(n)，yQ(n)为y(n)的虚部；构建大小为[N，1]的列向量矩阵y，y＝[yI(n),yI(n-1),…,yI(n-N))]T，yI(n-δ)为当前采样时刻之前的第δ个采样时刻的采样值，δ＝0，1，…，N，数字预失真处理单元对原始输入信号S1与单路带限功放反馈信号S13进行处理的具体过程为：
S9-1、时延估计和补偿单元31对输入其内的x(n)和yI(n)进行环路延迟补偿，得到功放输入信号S14输出，将功放输入信号S14记为xalig(n)，其中得到功放输入信号S14的具体方法为：
S9-1-1、设定整数延时为τint，采用式(1)计算得到整数延时τint：
式(1)中，Nt为互相关运算的长度，Nt＝N，||为取模操作，argmax()为获取因变量最大时自变量的值，限定时延估计值τ为整数，在区间[τmin～τmax]内改变τ的值，寻找的最大时对应的τ值，将该值记为τint，其中τmin和τmax的取值根据实际情况确定；
S9-1-2、对x(n)环路移位D×τint倍得到xalig，int(n)，对xalig，int(n)进行K倍线性插值得到信号xHS(n)，对yI(n)进行K倍线性插值得到信号yHS,I(n)，K值设置为20，xHS,I(n)为xHS(n)的实部，xHS,Q(n)为xHS(n)的虚部，设分数环路延时为τfrac，采用式(2)计算得到分数环路延时τfrac；
S9-1-3、对xalig，int(n)环路移位倍得到xalig,frac(n)，然后对xalig,frac(n)进行K倍降采样，得到xalig(n)，xalig(n)即为功放输入信号S14；
S9-2、预失真系数估计单元对输入其处的单路带限功放反馈信号S13和功放输入信号S14进行处理，得到单路反馈带限数字预失真器参数S15输出，将S15记为αBL，得到单路反馈带限数字预失真器参数S15的具体方法为：
S9-2-1、传统的GMP模型搭建的预失真模型的表达式如公式(3)所示，通过GMP模型得到的基函数矩阵Φ(x)的表达式如公式(4)所示，预失真参数α的表达式如公式(5)所示：
式(3)中，Ka为MP支路的阶数、Ma为MP支路的记忆深度、Kb为滞后包络支路的阶数、Mb为滞后包络支路的记忆深度、Lb为滞后包络支路的延时长度、Kc超前包络支路的阶数、Mc超前包络支路的记忆深度、Lc超前包络支路延时长度，Ka、Ma、Kb、Mb、Lb、Kc、Mc、Lc的大小根据实际功率放大器14的参数确定，为MP支路参数，大小为[Ka×Ma,1]；为滞后包络支路参数，大小为[Kb×Mb×Lb,1]、为超前包络支路参数，大小为[Kc×Mc×Lc,1]，k为0到每个支路阶数的整数值，m为0到每个支路记忆深度的整数值，l为1到每个支路延时长度的整数值；akm为MP支路参数矩阵每个元素的通式；bkml为滞后包络支路参数矩阵每个元素的通式；ckml为超前包络支路参数矩阵每个元素的通式,公式(4)中，ΦHS(x)为大小为[N×D,R]的复数矩阵，R＝Ka×Ma+Kb×Mb×Lb+Kc×Mc×Lc，hr(n-ε)＝x(n-m-l-ε)|x(n-m-l-ε)|k为基函数矩阵的每一个元素的通式，其中r为0到R的整数值，每一列元素组成的列矩阵称作基函数矩阵的基数项，记为hr。预失真参数α为大小为R×1的复数矩阵，其中矩阵中的akm对应公式(3)中的MP支路参数矩阵，bkml对应公式(3)中的滞后包络支路参数矩阵，ckml对应公式(3)中的超前包络支路参数矩阵,akm为MP支路参数矩阵每个元素的通式；bkml为滞后包络支路参数矩阵每个元素的通式；ckml为超前包络支路参数矩阵每个元素的通式。
S9-2-2、xalig(n)通过公式(3)得到高采样率的基函数矩阵ΦHS(x)，ΦHS(x)的每一个基数项hHS,r经过公式(6)得到hBL,HS,r，对应hBL,HS,r组成的基函数矩阵记为ΦHS,BL(x)，对ΦHS,BL(x)的每一个基数项hBL,HS,rD倍抽取后表示为ΦBL(x)：
式(6)中，BP(·)表示带限函数，表示卷积运算，ω＝[ω(0),ω(1),…,ω(P-1)]，代表滤波器系数矩阵，P为带限函数的滤波器系数的个数，P的取值根据生成的带限函数设定，带限函数通过MATLAB根据带限函数的要求的带宽生成，带限函数的带宽与带通滤波器1515的带宽一致；
S9-2-3、对y通过公式(7)进行处理，得到yBL：
S9-2-4、构建列向量矩阵xalig，，xalig＝[xalig(n),xalig(n-1),…,xalig(n-D×N)]，xalig(n-ε)为当前采样时刻之前的第ε个采样时刻功率放大器14输出的信号，通过公式(8)进行处理，得到xHS,BL，然后将xHS,BL进行D倍抽样处理，得到xBL，xBL的实部为xI,BL，
S9-2-3、定义ΨBL(x)＝[Re(ΦBL(x)) -Im(ΦBL(x))]，Re(ΦBL(x))表示对ΦBL(x)取实部，-Im(ΦBL(x))表示对ΦBL(x)取虚部取反，Im(ΦBL(x))表示ΦBL(x)的虚部，定义定义αIQ＝[αI αQ]T，其中αI＝Re(α)，αQ＝Im(α)，大小为2R×1，将ΦBL(x)、yBL、xI,BL带入公式(9)：
式(9)中，表示ΨBL(x)的转置，λ表示当前预失真处理的次数，/>为第λ次预失真处理得到的预失真参数，/>为第λ-1次预失真处理得到的预失真参数，当λ等于1时，/>取值为[1,0,…,0]，/>为/>的前R个值组成的列矩阵；为/>后R个值组成的列矩阵。将ΦBL(x)、yBL、xI,BL带入公式(9)后，可得到/>然后通过/>可得到单路反馈带限数字预失真器参数S15，记为αBL，其中，αBL＝[akm,bkml,ckml]T；
S9-3、将单路反馈带限数字预失真器参数αBL中的akm,bkml,ckml和信号序列x中的每每一个元素x(n-ε)输入到公式(10)，得到u(n)对应的D倍采样率的数字预失真信号uHS(n)；
S9-4、x(n)根据公式(10)构建基函数矩阵ΦHS,DPD(x),其中ΦHS,DPD(x)的每一个元素的通式为每一列元素组成ΦHS,DPD(x)的基数项hDPD,r。然后对ΦHS,DPD(x)的每一个hDPD,r进行D倍抽样，得到ΦDPD(x)，最后将ΦDPD(x)和αBL带入公式(11)，得到u，u即为数字预失真信号S2：
u＝ΦDPD(x)·αBL (11)
S10、将数字预失真信号S2输入到数模转换器2的输入端，经过数模转换器2将数字预失真信号S2转换为模拟信号，即模拟复基带信号S3，然后从数模转换器2的输出端输出，
S11、将数字预失真信号S2按照流程S2-S10进行处理，经过多次迭代，得到符合要求的***输出信号S7由定向耦合器16的第一输出端输出，***输出信号S7输入天线2的输入端，然后***输出信号S7经过天线2辐射出去，即完成了整个数字预失真***的流程。

Claims (1)

1.一种基于单路反馈的数字预失真方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤一、构建数字预失真***，所述的数字预失真***包括数字预失真处理单元、本地振荡器、数模转换器，I/Q调制器、功率放大器、带通滤波器、定向耦合器、天线、混频器和模数转换器，所述的数字预失真处理单元具有第一输入端、第二输入端和输出端，所述的本地振荡器具有输出端，所述的I/Q调制器具有第一输入端、第二输入端和输出端，所述的数模转换器具有输入端和输出端，所述的功率放大器具有输入端和输出端，所述的带通滤波器具有输入端和输出端，所述的定向耦合器具有输入端、第一输出端和第二输出端，所述的混频器具有第一输入端、第二输入端和输出端，所述的模数转换器具有输入端和输出端，所述的数字预失真处理单元的第一输入端为所述的数字预失真***的输入端，所述的数字预失真处理单元的输出端与所述的数模转换器的输入端连接，所述的数模转换器的输出端和所述的I/Q调制器的第一输入端连接，所述的I/Q调制器的第二输入端和所述的本地振荡器的输出端连接，所述的I/Q调制器的输出端和所述的功率放大器的输入端连接，所述的功率放大器的输出端和所述的带通滤波器的输入端连接，所述的带通滤波器的输出端和所述的定向耦合器的输入端连接，所述的定向耦合器的第一输出端和所述的天线连接，所述的定向耦合器的第二输出端和所述的混频器的第一输入端连接，所述的混频器的第二输入端和所述的本地振荡器的输出端连接，所述的混频器的输出端和所述的模数转换器的输入端连接，所述的模数转换器的输出端和所述的数字预失真处理单元的第二输入端连接；
所述的数字预失真处理单元包括时延估计和补偿单元、预失真器系数估计单元和单路反馈带限预失真器，所述的时延估计和补偿单元具有第一输入端、第二输入端和输出端，所述的预失真器系数估计单元具有第一输入端、第二输入端和输出端，所述的单路反馈带限预失真器具有输入端、反馈端和输出端，所述的时延估计和补偿单元的第一输入端为所述的数字预失真处理单元的第一输入端，所述的时延估计和补偿单元的第二输入端和所述的预失真器系数估计单元的第二输入连接且其连接端为所述的数字预失真处理单元的第二输入端，所述的时延估计和补偿单元的输出端和所述的数字预失真处理单元的第一输入端连接，所述的数字预失真处理单元的输出端和所述的单路反馈带限预失真器的输入端连接，所述的单路反馈带限预失真器的反馈端和所述的时延估计和补偿单元的第一输入端连接，所述的单路反馈带限预失真器的输出端为数字预失真处理单元的输出端；
步骤二、采用步骤一构建的数字预失真***进行数字预失真处理，具体为：
S1、将功率放大器输出的原始输入信号S1输入到所述的数字预失真***的输入端，数字预失真处理单元将原始输入信号S1作为数字预失真信号S2在其输出端输出，将功率放大器当前采样时刻的原始输入信号S1记为x(n)，n为当前采样时刻，x(n)＝xI(n)+xQ(n)，xI(n)为x(n)的实部，xQ(n)为x(n)的虚部，设x(n-ε)为当前采样时刻之前的第ε个采样时刻功率放大器输出的信号，ε＝0，1，…，D×N，N为采样点数，N的取值大于等于10000/D，D为原始输入信号S1的采样率与数字预失真处理单元11的第二输入端在模数转换器的输出端的采样率的比值，构建大小为[D×N，1]的列向量矩阵x，x＝[x(n),x(n-1),…,x(n-D×N)]T，定义数字预失真信号S2为u(n)，u(n)为当前采样时刻的数字预失真处理单元输出的信号，其中在进行第1次预失真时，数字预失真信号S2等于原始输入信号S1，即u(n)＝x(n)；构建矩阵u，u＝[u(n),u(n-1),…,u(n-D×N)]T，u(n-ε)为当前采样时刻之前的第ε个采样时刻数字预失真处理单元输出的信号；
S2、所述的数模转换器(DAC)12将数字预失真信号S2转换为模拟信号，生成模拟复基带信号S3在其输出端输出；
S3、所述的本地振荡器提供振荡频率，将模拟复基带信号S3搬移到载波上调制生成射频信号S4后，在其输出端输出；
S4、所述的功率放大器将射频信号S4放大到足够功率得到大功率的功放输出信号S5在其输出端输出；
S5、所述的带通滤波器将功放输出信号S5中未做DPD对消的带宽范围内的失真信号滤除后，得到带限功放输出信号S6，在其输出端输出；
S6、所述的定向耦合器将带限功放输出信号S6分成了包含全部功率的***输出信号S7和无功率的带限功放反馈信号S11两部分，其中***输出信号S7通过第一输出端输出至天线通过所述的天线发射出去，带限功放反馈信号S11通过第二输出端输出至所述的混频器，
S7、本地振荡器为混频器提供振荡频率，混频器将带限功放反馈信号S11从射频频段搬移到基带，生成模拟带限实基带信号S12，该模拟带限实基带信号S12是实数信号，模拟带限实基带信号S12由混频器的输出端输出；
S8、模数转换器将模拟带限实基带信号S12转换为数字形式的单路带限功放反馈信号S13，单路带限功放反馈信号S13通过模数转换器的输出端输出；
S9、原始输入信号S1输入到数字预失真器处理单元的第一输入端，单路带限功放反馈信号S13输入至数字预失真器处理单元的第二输入端，数字预失真处理单元对原始输入信号S1与单路带限功放反馈信号S13进行处理，得到数字预失真信号S2在其输出端输出；将单路带限功放反馈信号S13记为yI(n)，yI(n)为实数信号，将yI(n)对应的复数信号记为y(n)，其中y(n)＝yI(n)+yQ(n)，yQ(n)为y(n)的虚部；构建大小为[N，1]的列向量矩阵y，y＝[yI(n),yI(n-1),…,yI(n-N))]T，yI(n-δ)为当前采样时刻之前的第δ个采样时刻的采样值，δ＝0，1，…，N，数字预失真处理单元对原始输入信号S1与单路带限功放反馈信号S13进行处理的具体过程为：
S9-1、所述的时延估计和补偿单元对输入其内的x(n)和yI(n)进行环路延迟补偿，得到功放输入信号S14输出，将功放输入信号S14记为xalig(n)，其中得到功放输入信号S14的具体方法为：
S9-1-1、设定整数延时为τint，采用式(1)计算得到整数延时τint：
式(1)中，Nt为互相关运算的长度，Nt＝N，||为取模操作，argmax()为获取因变量最大时自变量的值，限定时延估计值τ为整数，在区间[τmin～τmax]内改变τ的值，寻找的最大时对应的τ值，将该值记为τint，其中τmin和τmax的取值根据实际情况确定；
S9-1-2、对x(n)环路移位D×τint倍得到xalig，int(n)，对xalig，int(n)进行K倍线性插值得到信号xHS(n)，对yI(n)进行K倍线性插值得到信号yHS,I(n)，K值设置为20，xHS,I(n)为xHS(n)的实部，xHS,Q(n)为xHS(n)的虚部，设分数环路延时为τfrac，采用式(2)计算得到分数环路延时τfrac；
S9-1-3、对xalig，int(n)环路移位D×τfracτfrac倍得到xalig,frac(n)，然后对xalig,frac(n)进行K倍降采样，得到xalig(n)，xalig(n)即为功放输入信号S14；
S9-2、所述的预失真系数估计单元对输入其处的单路带限功放反馈信号S13和功放输入信号S14进行处理，得到单路反馈带限数字预失真器参数S15输出，将S15记为αBL，得到单路反馈带限数字预失真器参数S15的具体方法为：
S9-2-1、传统的GMP模型搭建的预失真模型的表达式如公式(3)所示，通过GMP模型得到的基函数矩阵Φ(x)的表达式如公式(4)所示，预失真参数α的表达式如公式(5)所示：
式(3)中，Ka为MP支路的阶数、Ma为MP支路的记忆深度、Kb为滞后包络支路的阶数、Mb为滞后包络支路的记忆深度、Lb为滞后包络支路的延时长度、Kc超前包络支路的阶数、Mc超前包络支路的记忆深度、Lc超前包络支路延时长度，Ka、Ma、Kb、Mb、Lb、Kc、Mc、Lc的大小根据实际功率放大器的参数确定，为MP支路参数，大小为[Ka×Ma,1]；为滞后包络支路参数，大小为[Kb×Mb×Lb,1]、为超前包络支路参数，大小为[Kc×Mc×Lc,1]，k为0到每个支路阶数的整数值，m为0到每个支路记忆深度的整数值，l为1到每个支路延时长度的整数值；akm为MP支路参数矩阵每个元素的通式；bkml为滞后包络支路参数矩阵每个元素的通式；ckml为超前包络支路参数矩阵每个元素的通式,公式(4)中，ΦHS(x)为大小为[N×D,R]的复数矩阵，R＝Ka×Ma+Kb×Mb×Lb+Kc×Mc×Lc，hr(n-ε)＝x(n-m-l-ε)|x(n-m-l-ε)|k为基函数矩阵的每一个元素的通式，其中r为0到R的整数值，每一列元素组成的列矩阵称作基函数矩阵的基数项，记为hr；预失真参数α为大小为R×1的复数矩阵，其中矩阵中的akm对应公式(3)中的MP支路参数矩阵，bkml对应公式(3)中的滞后包络支路参数矩阵，ckml对应公式(3)中的超前包络支路参数矩阵,akm为MP支路参数矩阵每个元素的通式；bkml为滞后包络支路参数矩阵每个元素的通式；ckml为超前包络支路参数矩阵每个元素的通式；
S9-2-2、xalig(n)通过公式(3)得到高采样率的基函数矩阵ΦHS(x)，ΦHS(x)的每一个基数项hHS,r经过公式(6)得到hBL,HS,r，对应hBL,HS,r组成的基函数矩阵记为ΦHS,BL(x)，对ΦHS,BL(x)的每一个基数项hBL,HS,rD倍抽取后表示为ΦBL(x)：
式(6)中，BP(·)表示带限函数，表示卷积运算，ω＝[ω(0),ω(1),…,ω(P-1)]，代表滤波器系数矩阵，P为带限函数的滤波器系数的个数，P的取值根据生成的带限函数设定，带限函数通过MATLAB根据带限函数的要求的带宽生成，带限函数的带宽与带通滤波器15的带宽一致；
S9-2-3、对y通过公式(7)进行处理，得到yBL：
S9-2-4、构建列向量矩阵xalig，，xalig＝[xalig(n),xalig(n-1),…,xalig(n-D×N)]，xalig(n-ε)为当前采样时刻之前的第ε个采样时刻功率放大器输出的信号，通过公式(8)进行处理，得到xHS,BL，然后将xHS,BL进行D倍抽样处理，得到xBL，xBL的实部为xI,BL，
S9-2-3、定义ΨBL(x)＝[Re(ΦBL(x)) -Im(ΦBL(x))]，Re(ΦBL(x))表示对ΦBL(x)取实部，-Im(ΦBL(x))表示对ΦBL(x)取虚部取反，Im(ΦBL(x))表示ΦBL(x)的虚部，定义定义αIQ＝[αI αQ]T，其中αI＝Re(α)，αQ＝Im(α)，大小为2R×1，将ΦBL(x)、yBL、xI,BL带入公式(9)：
式(9)中，表示ΨBL(x)的转置，λ表示当前预失真处理的次数，/>为第λ次预失真处理得到的预失真参数，/>为第λ-1次预失真处理得到的预失真参数，当λ等于1时，取值为[1,0,…,0]，/>为/>的前R个值组成的列矩阵；/>为/>后R个值组成的列矩阵。将ΦBL(x)、yBL、xI,BL带入公式(9)后，可得到/>然后/>通过/>可得到单路反馈带限数字预失真器参数S15，记为αBL，其中，αBL＝[akm,bkml,ckml]T；
S9-3、将单路反馈带限数字预失真器参数αBL中的akm,bkml,ckml和信号序列x中的每每一个元素x(n-ε)输入到公式(10)，得到u(n)对应的D倍采样率的数字预失真信号uHS(n)；
S9-4、x(n)根据公式(10)构建基函数矩阵ΦHS,DPD(x),其中ΦHS,DPD(x)的每一个元素的通式为每一列元素组成ΦHS,DPD(x)的基数项hDPD,r。然后对ΦHS,DPD(x)的每一个hDPD,r进行D倍抽样，得到ΦDPD(x)，最后将ΦDPD(x)和αBL带入公式(11)，得到u，u即为数字预失真信号S2：
u＝ΦDPD(x)·αBL (11)
S10、将数字预失真信号S2输入到数模转换器的输入端，经过数模转换器将数字预失真信号S2转换为模拟信号，即模拟复基带信号S3，然后从数模转换器的输出端输出，
S11、将数字预失真信号S2按照流程S2-S10进行处理，经过多次迭代，得到符合要求的***输出信号S7由定向耦合器的第一输出端输出，***输出信号S7输入天线的输入端，然后***输出信号S7经过天线辐射出去，即完成了整个数字预失真***的流程。
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