CN100589321C - 一种实现数字预失真的装置和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种实现数字预失真的装置和方法，其中的方法包括利用可编程逻辑结构实现步骤：S1、参数控制模块利用功率放大器的功放输入信号和功放反馈信号同步计算并更新记忆多项式模型中的所有功放模型参数；S2、模型拷贝模块将所述功放模型参数的数值赋值给数字预失真模块中相应的模型参数；S3、数字预失真模块根据模型参数对输入信号作预失真处理。本发明装置和方法利用可编程逻辑结构并行运算等优点，在一个指令周期中实现了所有模型参数的计算，减少了计算时间，提高了预失真处理的效率，快速而准确地实现了数字预失真处理。
Description
技术领域
本发明涉及通讯领域中的预失真技术，尤其涉及的是，一种实现数字预失真的装置和方法。
背景技术
目前，射频功率放大器所带来的非线性失真问题已经引起了越来越多的关注。较为成熟的做法是将数字预失真技术与信号峰均比控制技术联合使用，以保持系统线性度。这种方式的基本原理是信号首先通过数字预失真模块产生一个与功放失真相反的非线性失真，从而使失真后的信号再经过功放时，转换为无失真信号输出，见图1。
就典型的利用增益查找表实现数字预失真的方式而言，构建查找表表项是依据功放的振幅调制特性、相位调制特性，对功放输出非线性部分提供补偿，即根据瞬时输入信号的功率，查表得到相应预失真应扩张的增益，二者相乘后再输入到高功放实现高功放的线性化，如图2所示，数字预失真模块内分别包括地址发生器，增益查找表和乘法器，参数控制模块用于根据功放输入信号和功放反馈信号生成增益查找表，模型拷贝模块将参数控制模块生成的增益查找表赋予预失真模块的增益查找表。
这种方式实际实行起来难度大、结构复杂并存在如下缺点：查找表内存储的增益系数的计算都是通过数字处理器实现，数字处理器在一个指令周期内可完成一次乘法和一次加法，因而完成增益系数计算的所需时间较长；另外，查找表所存储的增益系数随着反馈信号功率而改变，但因计算所需时间较长，使得预失真系统无法针对信号变化及时做出调整；并且，只有当信号功率发生较大变化时，增益系数才重新计算，所以与预失真输入信号相乘的增益系数均为实际增益曲线的近似值，这限制了预失真系统的处理能力。
因此，现有技术还存在缺陷，有待于改进和发展。
发明内容
本发明解决的技术问题是提供一种实现数字预失真的装置和方法，使用该装置和方法可以减少计算时间、提高预失真处理的效率。
为解决上述技术问题，本发明采用以下方案：
一种实现数字预失真的装置，所述装置由可编程逻辑结构实现，包括：参数控制模块、数字预失真模块和模型拷贝模块，所述参数控制模块与功率放大器连接，用于利用所述功率放大器的功放输入信号和功放反馈信号同步计算并更新记忆多项式模型中的所有功放模型参数；所述模型拷贝模块与所述参数控制模块和所述数字预失真模块连接，用于将功放模型参数从所述参数控制模块传递给所述数字预失真模块，作为其模型参数；所述数字预失真模块与所述模型拷贝模块连接，用于利用所述模型参数对所述装置的输入信号作预失真处理；其中，所述数字预失真模块包括第二多次幂乘法器，用于顺序计算并存储所述输入信号序列的每一点的多次幂、形成输入信号的多次幂序列；与所述模型拷贝模块的输出端和所述第二多次幂乘法器输出端连接的有限冲击响应滤波器，用于以输入信号的多次幂序列为输入抽头序列，以所述模型参数为滤波系数对输入信号进行预失真处理。
所述的装置，其中，所述参数控制模块包括接收所述功率放大器反馈信号的第一多次幂乘法器，用于顺序计算并存储所述功放反馈信号序列每一点的多次幂、形成功放反馈信号的多次幂序列；与所述功率放大器的输入端和所述第一多次幂乘法器的输出端连接的自适应横向滤波器，用于以所述功放反馈信号的多次幂序列为输入抽头序列，以所述功放输入信号为期望序列，以功放模型参数为滤波系数和反馈系数，结合设定的搜索步长完成所有功放模型参数的同步计算和更新。
本发明还提供一种实现数字预失真的方法，利用可编程逻辑结构实现以下步骤：S1、参数控制模块利用功率放大器的功放输入信号和功放反馈信号同步计算并更新记忆多项式模型中的所有功放模型参数；S2、模型拷贝模块将所述功放模型参数的数值赋值给数字预失真模块中相应的模型参数；S3、数字预失真模块根据模型参数对所述装置的输入信号作预失真处理；所述步骤S3具体包括以下步骤：
S31、依据输入信号序列的顺序，第二多次幂乘法器顺序计算并存储所述输入信号序列中每个输入信号的多次幂、形成输入信号的多次幂序列；
S32、以输入信号的多次幂序列为输入抽头序列，以模型参数为滤波系数通过有限冲击响应滤波器完成输入信号的预失真处理。
所述的方法，其中，所述步骤S1包括以下步骤：S11、依据功放反馈信号序列的顺序，第一多次幂乘法器顺序计算并存储所述功放反馈信号序列中每个功放反馈信号的多次幂、形成功放反馈信号的多次幂序列；S12、以所述功放反馈信号的多次幂序列为输入抽头序列，以功放输入信号为期望序列，以功放模型参数为滤波系数和反馈系数，结合设定的搜索步长通过自适应横向滤波器同步计算和更新所有的所述功放模型参数。
所述的方法，其中，所述步骤S1还包括以下步骤：S13、设定功放模型参数的初始值和迭代误差值并存储；S14、读取输入信号和功放反馈信号，计算输入信号与模型参数的乘累加和后与功放反馈信号作差，判断该差值是否满足迭代误差值，否则跳转步骤S11。
所述的方法，其中，所述步骤S3包括以下步骤：S33、按节拍读取所述模型参数并存储；S34、将本拍读取的当前模型参数与本拍之前一拍读取的前拍模型参数比较，判断是否当前模型参数与前拍模型参数相同，是则按照当前模型参数对输入信号作预失真处理，否则跳转步骤S31。
与现有技术相比，本发明提供的实现数字预失真装置和方法利用了可编程逻辑结构并行运算的优点，在一个指令周期中实现了所有模型参数的计算，减少了计算时间，提高了预失真处理的效率，快速而准确地实现了数字预失真处理。
附图说明
图1是实现数字预失真的原理示意图；
图2是现有技术中的实现数字预失真的原理示意图；
图3是本发明的参数控制模块的示意图；
图4是本发明的数字预失真模块的示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式和附图对本发明作进一步详细的描述。
本发明提供一种实现数字预失真的装置，如图1所示，包括参数控制模块、数字预失真模块、以及与参数控制模块和数字预失真模块连接用于传递参数的模型拷贝模块。
与功率放大器连接的参数控制模块，用于利用所述功率放大器的功放输入信号和功放反馈信号同步计算并更新记忆多项式模型中的所有功放模型参数；参见图3，所述参数控制模块包括与所述功率放大器的输出端连接的第一多次幂乘法器，用于顺序计算所述功放反馈信号序列每一点的多次幂、并存储形成功放反馈信号的多次幂序列；与功率放大器的输入端和第一多次幂乘法器的输出端连接的自适应横向滤波器，用于以功放反馈信号的多次幂序列为输入抽头序列，以功放输入信号为期望序列，以功放模型参数为滤波系数和反馈系数，结合设定的搜索步长完成所有模型参数的同步计算和更新，搜索步长根据实际的计算量而定。
本发明中的参数控制模块采用自适应横向滤波器，是利用自适应横向滤波器能够根据环境的改变，使用自适应算法来改变滤波器的参数和结构，能够在未知环境中有效工作，并能够跟踪输入信号的时变特征。这样当功放的失真(即非线性)特性随时间、温度以及偏压的变化而变化，因器件的不同而不同时，自适应滤波器都可以由自适应算法更新的时变系数，即其系数自动连续地适应于给定信号，以获得期望响应，完成功放模型参数的更新。
数字预失真模块，用于根据模型拷贝模块传递的功放模型参数更新模型参数，并利用该模型参数的对输入信号作预失真处理。参见图4，所述数字预失真模块包括第二多次幂乘法器，用于顺序计算输入信号序列的每一点的多次幂、并存储形成输入信号的多次幂序列；与模型拷贝模块的输出端和所述第二多次幂乘法器输出端连接的有限冲击响应滤波器，用于以输入信号的多次幂序列为输入抽头序列，以模型参数为滤波系数对输入信号进行预失真处理。
数字预失真模块中采用有限冲击响应滤波器，是因为有限冲击响应滤波器有以下优点：(1)既具有严格的线性相位，又具有任意的幅度。(2)有限冲击响应滤波器的单位抽样响应是有限长的，因而滤波器性能稳定。(3)只要经过一定的延时，任何非因果有限长序列都能变成因果的有限长序列，因而能用因果系统来实现。(4)有限冲击响应滤波器由于单位冲击响应是有限长的，因而可用快速傅里叶变换(FFT)算法来实现过滤信号，可大大提高运算效率。因为有限冲击响应滤波器是线性相位，即不同频率分量的信号经过滤波器后他们的时间差不变。另外有限的单位响应也有利于对数字信号的处理，便于编程，用于计算的时延小，提高了数字预失真模块的实时处理。
模型拷贝模块用于将参数控制模块获得的功放模型参数赋值给数字预失真模块中相应的模型参数。典型数字预失真系统中的模型拷贝模块传递的是增益系数，在本发明中传递的是记忆多项式模型参数，传递数据的含义完全不同，整个装置可以利用可编程逻辑结构(FPGA，Field-Programmable Gate Array)实现，以充分利用可编程逻辑结构并行运算等优点，快速准确实现数字预失真。
本发明还提供一种实现数字预失真的方法，由以下步骤实现：
S1、参数控制模块利用功率放大器的功放输入信号和功放反馈信号同步计算并更新记忆多项式模型中的所有功放模型参数；本步骤包括以下步骤：
S11、依据功放反馈信号序列的顺序，第一多次幂乘法器顺序计算并存储所述功放反馈信号序列中每个功放反馈信号的多次幂、形成功放反馈信号的多次幂序列；最高次幂的选择依所用记忆多项式模型最高阶数而定。本步骤可采用并行运算实现记忆多项式模型中所有功放模型参数的同步计算。
S12、以功放反馈信号的多次幂序列为输入抽头序列，以功放输入信号为期望序列，以功放模型参数为滤波系数和反馈系数，结合设定的搜索步长通过所述自适应横向滤波器同步计算和更新所有的所述模型参数；本实施方式中的搜索步长设为1/4。
S13、设定功放模型参数的初始值和迭代误差值并存储；
S14、读取输入信号和功放反馈信号，计算输入信号与各阶抽头系数的乘累加和后与功放反馈信号作差，判断该差值是否满足迭代误差值，否则跳转步骤S11。以上两个步骤是根据设定的迭代误差值完成迭代计算，提高计算精度和数值的近似度，提高整个装置的预失真处理能力。
S2、模型拷贝模块将所述功放模型参数的数值赋值给数字预失真模块中相应的模型参数；
S3、数字预失真模块根据模型参数对输入信号作预失真处理；本步骤包括以下步骤：
S31、依据输入信号序列的顺序，第二多次幂乘法器顺序计算并存储所述输入信号序列中每个输入信号的多次幂；最高次幂的选择依所用记忆多项式模型最高阶数而定。
S32、以输入信号的多次幂序列为输入抽头序列，以模型参数为滤波系数通过所述有限冲击响应滤波器完成输入信号的预失真处理。
S33、按节拍读取所述模型参数并存储；
S34、将本拍读取的当前模型参数与本拍之前一拍读取的前拍模型参数比较，判断是否当前模型参数与前拍模型参数相同，是则按照当前模型参数对输入信号作预失真处理，否则跳转步骤S31。由于功放的参数并不是固定的，可能会随着环境温度、供电电压、输出负载而变化，通过循环反馈来随时更新模型参数。以上两个步骤是为了保证针对信号的变化对模型参数及时做出调整。
本发明中的方法可利用可编程逻辑结构实现，以充分利用可编程逻辑结构并行运算等优点，快速准确实现数字预失真；而且可编程逻辑结构的功耗低、设计周期短、开发费用低、风险小，并能够提高系统集成度、可靠性。
应当理解的是，以上所提供的具体实施方式只是对本发明的说明，而不应当理解为对本发明的限制，对本领域的普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应为本发明所揭示的原理和特征，均属本发明的保护范围。
Claims (6)
1、一种实现数字预失真的装置，其特征在于，所述装置由可编程逻辑结构实现，包括：参数控制模块、数字预失真模块和模型拷贝模块，
所述参数控制模块与功率放大器连接，用于利用所述功率放大器的功放输入信号和功放反馈信号同步计算并更新记忆多项式模型中的所有功放模型参数；
所述模型拷贝模块与所述参数控制模块和所述数字预失真模块连接，用于将功放模型参数从所述参数控制模块传递给所述数字预失真模块，作为其模型参数；
所述数字预失真模块与所述模型拷贝模块连接，用于利用所述模型参数对所述装置的输入信号作预失真处理；其中，所述数字预失真模块包括第二多次幂乘法器，用于顺序计算并存储所述输入信号序列的每一点的多次幂、形成输入信号的多次幂序列；与所述模型拷贝模块的输出端和所述第二多次幂乘法器输出端连接的有限冲击响应滤波器，用于以输入信号的多次幂序列为输入抽头序列，以所述模型参数为滤波系数对输入信号进行预失真处理。
2、根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述参数控制模块包括接收所述功率放大器反馈信号的第一多次幂乘法器，用于顺序计算并存储所述功放反馈信号序列每一点的多次幂、形成功放反馈信号的多次幂序列；
与所述功率放大器的输入端和所述第一多次幂乘法器的输出端连接的自适应横向滤波器，用于以所述功放反馈信号的多次幂序列为输入抽头序列，以所述功放输入信号为期望序列，以功放模型参数为滤波系数和反馈系数，结合设定的搜索步长完成所有功放模型参数的同步计算和更新。
3、一种实现数字预失真的方法，利用可编程逻辑结构实现以下步骤：
S1、参数控制模块利用功率放大器的功放输入信号和功放反馈信号同步计算并更新记忆多项式模型中的所有功放模型参数；
S2、模型拷贝模块将所述功放模型参数的数值赋值给数字预失真模块中相应的模型参数；
S3、数字预失真模块根据模型参数对所述装置的输入信号作预失真处理；所述步骤S3具体包括以下步骤：
S31、依据输入信号序列的顺序，第二多次幂乘法器顺序计算并存储所述输入信号序列中每个输入信号的多次幂、形成输入信号的多次幂序列；
S32、以输入信号的多次幂序列为输入抽头序列，以模型参数为滤波系数通过有限冲击响应滤波器完成输入信号的预失真处理。
4、根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述步骤S1包括以下步骤：
S11、依据功放反馈信号序列的顺序，第一多次幂乘法器顺序计算并存储所述功放反馈信号序列中每个功放反馈信号的多次幂、形成功放反馈信号的多次幂序列；
S12、以所述功放反馈信号的多次幂序列为输入抽头序列，以功放输入信号为期望序列，以功放模型参数为滤波系数和反馈系数，结合设定的搜索步长通过自适应横向滤波器同步计算和更新所有的所述功放模型参数。
5、根据权利要求4所述的方法，其特征在于：所述步骤S1还包括以下步骤：
S13、设定功放模型参数的初始值和迭代误差值并存储；
S14、读取输入信号和功放反馈信号，计算输入信号与模型参数的乘累加和后与功放反馈信号作差，判断该差值是否满足迭代误差值，否则跳转步骤S11。
6、根据权利要求5所述的方法，其特征在于：所述步骤S3包括以下步骤：
S33、按节拍读取所述模型参数并存储；
S34、将本拍读取的当前模型参数与本拍之前一拍读取的前拍模型参数比较，判断是否当前模型参数与前拍模型参数相同，是则按照当前模型参数对输入信号作预失真处理，否则跳转步骤S31。
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