一种基于带限幅度选择仿射函数模型的功放数字预失真装置及方法与流程

1.本发明涉及数字预失真技术领域，特别是涉及一种基于带限幅度选择仿射函数模型的功放数字预失真装置及方法。


背景技术：

2.随着无线通信技术的发展，人们对通信速率、数据容量等方面提出了更高的要求，为了提高第五代(5g)通信系统的数据速率和网络容量，有效方法之一是直接采用更大的调制带宽。随着信号带宽越来越宽，此时通信系统中宽带功率放大器的非线性特性和记忆特性使信号质量进一步恶化。
3.数字预失真技术因稳定性高、灵活性强等特点成为最普遍的功放线性化技术之一，并广泛应用于无线通信系统中。大带宽对数字预失真系统中模数转换器和数模转换器的采样率等性能提出了更高的要求，大幅度增加了通信成本和硬件实现难度。为了迎合超大带宽通信的需求，有限带宽下对大带宽信号的处理成为了数字预失真技术的研究热点。
4.针对宽带功放的数字预失真，《a band
‑
limited canonical piecewise
‑
linear function
‑
based behavioral model for wideband power amplifiers》提出了带限
‑
规范分段线性函数(bl
‑
cpwl)模型，与带限sddr(bl
‑
sddr)模型相比，降低了模型计算复杂度且提升了灵活性，但该模型中仍存在大量的乘法与加法运算。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于带限幅度选择仿射函数模型的功放数字预失真装置及方法，用以解决背景技术中提及的技术问题，降低现有的带限功放行为模型复杂度。
6.为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
7.一种基于带限幅度选择仿射函数模型的功放数字预失真装置，包括：基于带限幅度选择仿射函数模型的数字预失真器，该数字预失真器对输入数字基带信号x(n)进行预失真处理，产生数字预失真信号x
pd
(n)；所述数字预失真信号x
pd
(n)依次经过数模转换器，上变频器，功率放大器，衰减耦合器，下变频器，低通滤波器以及模数转换器产生带限数字基带信号y(n)；所述数字预失真信号x
pd
(n)以及所述带限数字基带信号y(n)分别送入基于带限幅度选择仿射函数模型的数字预失真模型训练模块中进行训练，得到预失真参数，该预失真参数送入所述基于带限幅度选择仿射函数模型的数字预失真器。
8.进一步的，所述带限幅度选择仿射函数模型如式(1)和(2)所示：
[0009][0010][0011]
公式(1)和公式(2)中，x
pd
(n)为数字预失真器的输出信号，i＝1、2、3或4，m表示记忆深度，k表示滤波器阶数，l表示幅度选择仿射函数所分成的区间个数，β
l
表示每个区间的阈值，表示记忆深度为m、滤波器阶数为k、第l个阈值区间内的预失真参数，其中，a和b都是预失真参数。公式(1)中有4种不同的项，上标(1)
‑
(4)对应于公式(1)中不同的项；x
*
(n)表示基带信号x(n)的共轭。
[0012]
一种基于带限幅度选择仿射函数模型的功放数字预失真方法，包括以下步骤：
[0013]
步骤s1、将输入数字基带信号x(n)送入基于带限幅度选择仿射函数模型的数字预失真器中，对输入数字基带信号x(n)进行预失真处理，产生数字预失真信号x
pd
(n)，其中，该数字预失真器包括基于带限幅度选择仿射函数模型的数字预失真模型；
[0014]
步骤s2、将所述数字预失真信号x
pd
(n)进行数模转换并送入上变频器，并经功放抬高功率，产生模拟射频信号；
[0015]
步骤s3、将步骤s2中得到的模拟射频信号依次通过衰减耦合器、下变频器、低通滤波器以及模数转换器中进行衰减、下变频、滤波以及模数转换的处理，产生带限数字基带信号y(n)；
[0016]
步骤s4、将所述输入数字基带信号x(n)与所述带限数字基带信号y(n)输入所述带限幅度选择仿射函数模型的数字预失真模型中进行训练，得到该数字预失真模型的预失真参数。
[0017]
进一步的，所述步骤s4具体包括：
[0018]
步骤s401、获取所述输入数字基带信号x(n)和所述带限数字基带信号y(n)，并做归一化和对齐处理；
[0019]
步骤s402、确定带限幅度选择仿射函数模型的记忆深度m、滤波器阶数k、幅度选择仿射函数所分成的区间个数l和每个区间的阈值β
l
；
[0020]
步骤s403、根据记忆深度m、滤波器阶数k、幅度选择仿射函数所分成的区间个数l和每个区间的阈值β
l
，利用最小二乘法对所述输入数字基带信号x(n)和所述带限数字基带信号y(n)进行预失真参数训练，计算预失真参数并送入到基于带限幅度选择仿射函数模型的数字预失真器中。
[0021]
进一步的，各区间的阈值在0到1之间均匀分布，β
l
＝(l
‑
1)/l。
[0022]
本发明的有益效果是：
[0023]
1、本发明使用幅度选择仿射函数，大大减少了bl
‑
cpwl模型中的乘法器和加法器的使用数量，降低了数字信号处理的复杂度；
[0024]
2、本发明中的带限幅度选择仿射函数模型在带宽有限的情况下实现了宽带功放的数字预失真，获得了略优于bl
‑
cpwl模型的线性化效果。
附图说明
[0025]
图1为实施例1中提供的数字预失真装置的结构示意图；
[0026]
图2为实施例1中预失真前后的功放输出功率谱比较图；
[0027]
图3为实施例1中预失真前后的功放输出am/am曲线比较图；
[0028]
图4为实施例1中预失真前后的功放输出am/pm曲线比较图。
具体实施方式
[0029]
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0030]
实施例1
[0031]
参见图1
‑
图4，本实施例提供一种基于带限幅度选择仿射函数模型的功放数字预失真装置，具体包括：
[0032]
基于带限幅度选择仿射函数模型的数字预失真器：基于带限幅度选择仿射函数模型的数字预失真器包含基于带限幅度选择仿射函数模型的数字预失真模型，对输入数字基带信号x(n)进行预失真处理，产生数字预失真信号x
pd
(n)；
[0033]
数模转换器：对数字预失真信号x
pd
(n)进行数模转换；
[0034]
上变频器：对数模转换器的输出信号进行上变频，产生在功率放大器工作频段的射频信号；
[0035]
功率放大器：对上变频器的输出信号进行放大并输出；
[0036]
衰减耦合器：对功率放大器的输出信号进行衰减和耦合；
[0037]
带通滤波器：对衰减耦合器输出信号进行带通滤波；
[0038]
下变频器：对衰减耦合器的输出信号进行下变频；
[0039]
低通滤波器：对下变频器的输出信号进行低通滤波；
[0040]
模数转换器：对低通滤波器的输出信号进行模数转换，产生带限数字基带信号y(n)；
[0041]
基于带限幅度选择仿射函数模型的数字预失真模型训练模块：对输入数字基带信
号x(n)、带限数字基带信号y(n)进行基于带限幅度选择仿射函数模型的功放数字预失真模型训练，产生预失真参数，将预失真系数送入基于带限幅度选择仿射函数模型的数字预失真器。
[0042]
具体的说，在本实施例中，所述带限幅度选择仿射函数模型如下面两个公式所示：
[0043][0044][0045]
公式中，x
pd
(n)为预失真器输出信号，i＝1、2、3或4，m表示记忆深度，k表示滤波器阶数，l表示幅度选择仿射函数所分成的区间个数，β
l
表示每个区间的阈值，表示每个区间的阈值，表示记忆深度为m、滤波器阶数为k、第l个阈值区间内的预失真参数，x
*
(n)表示基带信号x(n)的共轭。
[0046]
本实施例还提供一种基于带限幅度选择仿射函数模型的功放数字预失真方法，该数字预失真方法，基于上述数字预失真装置，包括以下步骤：
[0047]
步骤s1：将输入数字基带信号x(n)送入基于带限幅度选择仿射函数模型的数字预失真器，基于带限幅度选择仿射函数模型的数字预失真器包含基于带限幅度选择仿射函数模型的数字预失真模型，对输入数字基带信号x(n)进行预失真处理，产生数字预失真信号x
pd
(n)；
[0048]
步骤s2：将数字预失真信号x
pd
(n)进行数模转换并送入上变频器，并经功放抬高功率，产生模拟射频信号；
[0049]
步骤s3：模拟射频信号依次通过衰减耦合器、下变频器、低通滤波器、模数转换器进行衰减、下变频、滤波、模数转换，产生带限数字基带信号y(n)；
[0050]
步骤s4：将输入数字基带信号x(n)与带限数字基带信号y(n)进行基于带限幅度选择仿射函数模型的功放数字预失真模型训练，确定基于带限幅度选择仿射函数模型的数字
预失真模型参数。
[0051]
具体的说，在本实施例中，步骤s4具包括以下步骤：
[0052]
步骤s401：获取输入数字基带信号x(n)和带限数字基带信号y(n)，并做归一化和对齐处理；
[0053]
步骤s402：确定带限幅度选择仿射函数模型的记忆深度m、滤波器阶数k、幅度选择仿射函数所分成的区间个数l和每个区间的阈值β
l
；
[0054]
步骤s403：根据记忆深度m、滤波器阶数k、幅度选择仿射函数所分成的区间个数l和每个区间的阈值β
l
，利用最小二乘法对输入数字基带信号x(n)和带限数字基带信号y(n)进行预失真参数训练，计算预失真参数并送入到基于带限幅度选择仿射函数模型的数字预失真器中。
[0055]
具体的说，在本实施例中，各区间的阈值在0到1之间均匀分布，β
l
＝(l
‑
1)/l。
[0056]
具体的说，在本实施例中，为了测试一种基于带限幅度选择仿射函数模型的功放数字预失真装置以及一种基于带限幅度选择仿射函数模型的功放数字预失真方法在宽带功放预失真性能的表现，以输入基带信号为20mhz带宽7db峰均比的五载波lte信号、调制频率为2.14ghz、中心频率为2.14ghz的功放为例，功放输入输出数据同步对齐后，做归一化处理。
[0057]
模数转换器的采样率为40msps，预失真模型参数确定为m＝3，l＝4，k＝4，采用本发明提出的功放数字预失真技术前后功放输出信号的功率谱图如图2所示，邻近信道功率比(acpr)如表1所示。从中可以看出采用本发明提出的功放数字预失真技术后，输出信号两个边带的acpr降低了15db以上，表明信号带外失真得到很好的补偿，功放的非线性得到了很好的改善。
[0058]
表1
[0059][0060]
此外，采用本实施例提出的功放数字预失真技术前后功的am/am曲线和am/pm曲线如图3和图4所示。由此可以看出，预失真后am/am曲线和am/pm曲线得到明显改善，说明功放的非线性特性和记忆效应得到良好得补偿。由上述可知，本实施例简化了bl
‑
cpwl模型，大幅减少了该模型中乘法器和加法器的使用数量，降低了数字信号处理的复杂度，数字预失真算法更快，且能实现良好的预失真效果。
[0061]
综上所述，本发明提出的一种基于带限幅度选择仿射函数模型的功放数字预失真装置及方法，简化了传统带限模型，大幅减少了传统带限模型中乘法器的数量，降低了数字预失真信号处理时的内存资源消耗，数字预失真算法更快，且能实现更好的预失真效果。
[0062]
本发明未详述之处，均为本领域技术人员的公知技术。
[0063]
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术
人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。