一种终端协同的数字预失真策略系统的制作方法

1.本发明涉及无线通信技术领域，特别是指一种终端协同的数字预失真策略系统。


背景技术：

2.在无线通信领域，为了获得更高效的频谱利用率，正交振幅调制(qam)和正交频分复用(ofdm)技术得到了广泛应用。复杂数字调制方式的信号也表现出高信号峰均比的特点，这就造成通信链路的末级功率放大器处于压缩状态，非线性增强，造成信号幅度相位失真增加系统误码率，同时频谱扩展，影响临近信道的通信质量。为了在有限频谱范围内，增加用户数量，需要改善功率放大器的非线性失真。
3.数字预失真技术作为功率放大器线性化技术之一，具有数字化、自适应性、集成化等优势，更容易与终端模块进行配合，根据应用场景不同灵活配置策略。
4.终端协同设计，主要是指整个数字预失真系统需要和终端模块协同工作，使数字预失真模型建立更加准确，提高数字预失真的线性化效果。


技术实现要素：

5.本发明的目的提供一种终端协同的数字预失真策略系统，数字预失真模块与终端模块协同工作，为预失真模块提供更有效的数据，使预失真模块建模更准确，针对快速变化的场景做出更合适的策略决定。
6.为了实现上述目的，本发明所采取的技术方案为：
7.一种终端协同的数字预失真策略系统，包括状态监控模块、数字预失真模块、参数评估模块、终端模块和前端模块；
8.所述状态监控模块用于检测系统工作状态，工作状态的参数包括温度、频率和功率，当检测到上述三个参数有一个参数超出阈值时，启动数字预失真模块；
9.所述数字预失真模块用于完成预失真系数计算和查找表的生成；
10.所述参数评估模块用于对预失真的增益值、查找表系数值进行评估，并计算每次预失真前向和反馈信号的归一化均方误差(nmse)，判断预失真效果是否得到改善；
11.终端模块用于产生波形，并在波形的固定位置插入特定序列，特定序列所含波形特点包括高平均功率数据、最大值数据和最小值数据；并在同一位置产生一个脉冲告知预失真模块开始进行预失真，
12.前端模块在出口滤波器前增加一路耦合通道，并通过数控衰减器将反馈功率调至合适功率值，耦合通道设置在滤波器前的目的是保证预失真信号不会因为滤波器带外抑制受影响；
13.终端协同的数字预失真策略方法具体流程如下：上位机发送开启数字预失真状态的需求；状态监控模块检测到数字预失真的需求，对数字预失真模块进行初始化，并发送信息给终端模块，终端模块在训练序列的位置同步产生一个脉冲，使数字预失真模块开始采集来自终端模块的前向和来自端模块的反馈数据；
14.采集的前向和反馈数据先进入参数评估模块，对其平均功率、峰值功率、峰均比进行检测，当出现以下情况：采集数据平均功率超出最优建模功率区间、没有检测到峰值功率或峰均比压缩严重，舍弃当前组数据，重新采集；多次采集后仍不满足条件，上报上位机警告，并停止数字预失真模块，等待数字预失真模块重启；
15.前向和反馈数据通过平均功率、峰值功率、峰均比检测，满足条件则进入相位偏移、幅度误差和归一化均方误差计算，将状态改变后第一次计算的归一化均方误差存入全局变量用于后续比较；前向和反馈数据经过相位偏移、幅度误差矫正，送入数字预失真模块进行系数计算；
16.数字预失真模块通过记忆多项式模型对前向和反馈数据进行建模，并通过最小二乘法计算预失真模型系数，再算出lut表格数据；
17.参数评估模块，对查找表数据进行检测，检测查找表数据是否存在溢出，如果出现数据溢出，舍弃当前计算出的查找表数据，不进行预失真系数下载，并重新采集前向和反馈数据，再次进行预失真；多次采集后仍不满足条件，上报上位机警告，并停止数字预失真模块，等待数字预失真模块重启；
18.查找表数据通过参数评估模块检测，满足条件则进行数字预失真，并将查表数据数据下载到预失真器中，完成一次数字预失真。
19.进一步的，所述状态监控模块每次检测到状态改变，都连续做三次数字预失真；第二次和第三次预失真在计算nmse的时候，如果是状态改变后非第一次预失真，则需要将本次计算的nmse与前一次作比较；本次nmse优于前一次nmse，则说明上次预失真有效果，可以进行下一步；本次nmse劣于前一次nmse，则说明数字预失真失败，则再与原始nmse进行比较，若比原始nmse好，则保留当前效果，若是比原始nmse差，则将预失真模块改为直通状态，不进行数字预失真；nmse的值越小越好。
20.进一步的，前端模块主要由发射支路、接受支路以及反馈支路组成，发射支路末级的功率放大器输出端口连接耦合器，耦合器的耦合口连接数控衰减器反馈回数字预失真模块，数控衰减器的作用是调整反馈支路功率，保证数字预失真模块使用的数据既不会过小而不精确也不会过大而失真；功率放大器附近位置放置温度传感器，实时测量放大器温度状态，并由前端模块内部的单片机，按一定帧频率通过异步串口回报的方式反馈回状态监控模块。
21.本发明的有益效果在于：
22.1、本发明能够实现终端模块与数字预失真模块的交互、协同工作，更有利于数字预失真模型建立，预失真效果更好；
23.2、本发明通过插入训练序列，简化数据筛选过程，节约处理资源。
附图说明
24.图1是本发明实施例数字预失真整体方案示意图；
25.图2是本发明实施例数字预失真模块的示意图；
26.图3是本发明实施例的策略执行的流程图。
具体实施方式
27.下面结合附图和实例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，但是本文所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部实施例。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。
28.参照图1,至图3，一种终端协同的数字预失真策略系统，包括状态监控模块、数字预失真模块、参数评估模块、终端模块、前端模块
29.状态监控模块在arm中运行，监控设备的温度、频率、功率状态信息，温度信息由前端设备检测并实时回报状态监控模块；频率的改变由终端模块控制，同时告知预失真模块；功率信息由预失真模块自行检测。
30.数字预失真模块完成预失真系数计算和查找表的生成。
31.预失真系数计算利用正向与反馈信号构造线性方程，通过最小二乘法计算预失真模型系数。具体步骤如下：
32.1)根据记忆多项式模型构建矩阵x和a，公式改写为y＝a*x，其中x、y和a分别为x(n)、y(n)和a
k,q
的的矩阵形式；
33.2)变化公式可得到系数矩阵a＝(xhx)-1
xhy，x的行数远大于列数，且各列数据之间没有相关性，为满秩矩阵，可以进行qr分解；
34.3)x＝q*r，q是正交矩阵(qh*q＝e)，h表示共轭转置，r为上三角矩阵，最小二乘法求解可以表达如下：
[0035][0036]
4)得到公式ra＝qhy，进行回代就可得到a的参数。
[0037]
查找表采用的是记忆多项式模型：
[0038][0039]
其中x(n)和y(n)分别对应前端模块的输入、输出信号，a
k,q
为模型的系数，k为模型的最大非线性阶数，q为模型的最大记忆深度。
[0040]
计算好的查找表lutq(x(n-q))数据存储在fpga中的ram里，以信号幅度作为索引
地址，并通过累加和求出预失真信号。每个查找表深度越深，量化间隔小，计算精度高。
[0041]
参数评估模块对数据特征进行评估：
[0042]
1)包括前向平与反馈的均功率检测、峰值功率检测、峰均比检测。将平均功率、峰值功率、峰均比作为是否继续进行下一步预失真的判断条件，当平均功率、峰值功率、峰均比不在预期的范围内，说明信号存在异常需要重新采集或设备存在故障需要检修；
[0043]
2)包括前向与反馈信号之间的相位偏移、幅度误差和nmse。计算相位偏移、幅度误差，并对反馈信号进行校准，校准过后的数据为预失真系数计算的输入数据。nmse作为评估预失真效果好坏的判断标准，计算预失真前信号与经过功放反馈信号的nmse，可以评估预失真效果的好坏；
[0044]
3)包括查找表数据检测，检测查找表数据是否存在溢出，极端情况出现在|x(n)|＝1时，查找表(lut)中数据据最大为max{(a
00
... a
0k
),(a
q0
... a
qk
),...,(a
q0
... a
qk
)}，保证查找表写入ram的数据在浮点数转定点数后没有溢出。
[0045]
终端模块在产生通信数据中间插入一段专门用于数字预失真的训练序列数据，该段训练序列特点为：高平均功率、存在波峰数据、存在波谷数据，这样的特定一组数据能够保证数字预失真建立的模型覆盖功放所有特征，模型更精准。
[0046]
终端协同是指终端模块与状态监控模块、数字预失真模块进行信息交互，模块之间协同工作。首先终端模块要提供专门的训练序列做为数字预失真的建模信号；状态监控模块在检测到设备状态改变时，会告知终端模块开始进行预失真，终端模块在训练序列位置产生脉冲，数字预失真模块开始采集数据并计算预失真系数。
[0047]
终端协同的数字预失真策略方法具体流程如下：
[0048]
1)上位机发送开启数字预失真状态的需求；
[0049]
2)状态监控模块检测到数字预失真的需求，对各个预失真模块进行初始化，并发送信息给终端模块，终端模块在训练序列的位置同步产生一个脉冲，使数字预失真模块开始采集数据前向和反馈数据；
[0050]
3)采集的前向和反馈数据先进入参数评估模块，对其平均功率、峰值功率、峰均比进行检测，当出现以下情况：采集数据平均功率超出最优建模功率区间、没有检测到峰值功率或峰均比压缩严重，舍弃当前组数据，重新采集。多次采集后仍不满足条件，上报上位机警告，并停止预失真模块，等待预失真重启；
[0051]
4)前向和反馈数据通过平均功率、峰值功率、峰均比检测，满足条件则进入相位偏移、幅度误差和归一化均方误差计算，将状态改变后第一次计算的nmse存入全局变量用于后续比较。前向和反馈数据经过相位偏移、幅度误差矫正，送入数字预失真模块进行系数计算；
[0052]
5)用记忆多项式模型对前向和反馈数据进行建模，并通过最小二乘法计算预失真模型系数，再算出lut表格数据；
[0053]
6)再次进入参数评估模块，对lut数据进行检测，检测查找表数据是否存在溢出，如果出现数据溢出，舍弃当前计算出的lut数据，不进行预失真系数下载，并重新采集前向和反馈数据，再次进行预失真。多次采集后仍不满足条件，上报上位机警告，并停止预失真模块，等待预失真重启；
[0054]
7)lut表格数据通过参数评估模块检测，满足条件则进行数字预失真lut数据下载
到预失真器中，完成一次数字预失真；
[0055]
8)状态监控模块每次检测到状态改变，都连续做三次数字预失真。第二次和第三次预失真执行步骤与第一次基本相同，差别在于计算nmse的时候，如果是状态改变后非第一次预失真，则需要将当前计算的nmse与前一次作比较。当前次nmse优于前一次nmse，则说明上次预失真有效果，可以进行下一步；当前次nmse劣于前一次nmse，则说明数字预失真失败，则再与原始nmse进行比较，若比原始nmse好，则保留当前效果，若是比原始nmse差，则将预失真模块改为直通状态，不进行数字预失真。
[0056]
前端模块由发射支路、接受支路以及反馈支路组成，发射支路末级的功率放大器输出端口连接耦合器，耦合器的耦合口连接数控衰减器反馈回数字预失真模块，数控衰减器的作用是调整反馈支路功率，保证数字预失真模块使用的数据既不会过小而不精确也不会过大而失真。功率放大器附近位置放置温度传感器，实时测量放大器温度状态。并由前端模块内部的单片机，按一定帧频率通过异步串口回报的方式反馈回状态监控模块。