CN101056288A - 预失真模型装置和信号的预失真处理装置、系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种预失真模型装置、一种信号的预失真处理装置、一种信号的预失真处理系统、以及一种利用所述预失真模型装置对信号进行预失真处理的方法。本发明实现的预失真模型可以只输出一个预失真参数，并且可以用复数乘法器级联，并可以同时对信号放大设备的瞬时失真和记忆失真进行校准。利用本发明，可以不必提取信号放大设备的非线性模型，直接提取预失真模型，从而降低数字预失真处理的复杂度，并可降低误差。
Description
技术领域
本发明涉及信号预失真处理技术，尤其涉及一种信号预失真模型装置以及对应的信号预失真处理装置、信号预失真处理系统、以及信号预失真处理方法。
背景技术
目前，信号放大设备被广泛应用于各种电子领域，其中应用较多的是功率放大器。功率放大器简称功放，由于其信号具有非线性失真，因此需要对其信号进行线性化，目前常用的线性化技术包括前馈技术和预失真技术。
前馈技术是比较成熟有效的功率放大器的线性化技术，但是其缺点是采用了功率放大器来放大误差信号以抵消主信号功率放大器产生的带外发射，因此功率放大器整机的效率比较低，采用前馈技术的功率放大器虽然解决了带外发射问题，但是非常消耗电能。
前馈技术与模拟预失真技术联合使用，因为采用了模拟预失真技术，可以降低对误差信号放大器的要求，可以有限度的提高功率放大器整机的工作效率，但是由于采用的是模拟技术，因此前馈技术与模拟预失真技术联合使用不是目前提高功率放大器效率的最好方案。
为了克服模拟技术的缺陷，现在业界大多采用数字预失真技术进行处理。
数字预失真技术和信号峰均比控制技术联合使用，是目前提高功率放大器效率的较好方案，该技术不但可以实现高线性度的无失真发射系统，并且可以大幅度的提高功放部件整机效率，因为采用这种技术的功率放大器不需要误差信号功率放大器，因此会降低整机的功耗。另外数字预失真部件和信号峰均比控制部件工作在基站的数字域，并且可以替换发信机的数字中频部件，因此简化了基站发射链路。并且相对功率放大器而言数字部件功耗比较小，因此可以进一步降低功耗。
数字预失真技术与削波技术是一对联合使用的技术，当功率放大器的工作点没有进入深度饱和区时，可以通过数字预失真模块产生的非线性失真补偿功率放大器产生的非线性失真，达到无失真传输的效果。为了提高通信系统的容量，往往采用多载波信号，高效率的信号调制技术和高速的数据传输速率，这样的通信信号往往占用比较宽的频谱，峰均比很高，因此一定要采用降低信号峰均比技术，防止功率放大器进入深度饱和区，如果功率放大器进入深度饱和区，此时预失真补偿效果会非常差。
功率放大器的传输特性通常采用如下几种模型来描述：
(1)Volterra级数模型(Volterra Model)；
(2)记忆多项式模型(Memory polynomial Model)；
(3)Wiener Hammerstein Model模型，模型结构为一个滤波器(oneFilter)+准记忆失真(Memoryless Nonlinear)+一个滤波器(one Filter)；
(4)Wiener Model模型，其模型结构为one Filter+MemorylessNonlinear；
(5)Hammerstein Model模型，其模型结构为Memoryless Nonlinear+oneFilter。
上述模型中的Memoryless Nonlinear就是功率放大器的AM/AM失真和AM/PM失真。从模型描述的完备性和技术可实现性上角度考虑，上述的记忆多项式模型是当前被采用最多的一种模型。
熟悉本领域技术人员都知道，上述的每一个模型都可以表示为一个非线性滤波器或多个非线性滤波器组合的形式，从现有的数字预失真技术实现来看，这些滤波器都是连接在功率放大器输入信号通路中的，预失真处理过程就是对功率放大器输入信号进行滤波处理。这种实现方法的缺点是预失真参数提取困难，进行预失真仿真验证困难。
在选择数字预失真方案的时候，通常对所使用的功率放大器的失真特性了解很少，也不能确定采用哪种预失真模型合适，为了解决这个问题一般采用下面三个步骤：
第一步骤：用参数识别的方法提取功率放大器的非线性模型；
第二步骤：用上述功率放大器的非线性模型的输入输出响应数据识别出预失真模型；
第三步骤：把输入信号依次输入到上述的预失真模型和功率放大器非线性模型中，检验功率放大器非线性模型输出信号的线性指标是否符合要求。
通常实现数字预失真的上述三个步骤是关键的，一个都不能少。这三个步骤中第一步骤尤其重要，在这个步骤中如果功率放大器的非线性模型提取不准确，将直接影响第二步骤的预失真模型提取，但是在第一步骤的功率放大器的非线性模型提取过程中产生误差是不可避免的，而且第二步骤的预失真模型提取还会产生新的误差，因此需要对每一步进行误差控制，否则误差累积下去对预失真的实现将产生灾难性的影响。
用通常采用的几种模型实现数字预失真并且想减少上述实现预失真的步骤，直接完成预失真模型的参数提取是很困难的，其原因是现有的几种预失真模型都可以表示为一个或多个非线性滤波器组合的形式，输出的预失真参数有多个，如果在仿真验证预失真效果时把这种模型串联在功率放大器的输出端，自适应调整滤波器的参数使功率放大器的输出信号的带外发射减小到与输入信号相同，有可能造成非线性滤波器参数收敛错误，因为功率放大器的输出信号的带外发射减小完全有可能是非线性滤波器的带外抑制造成的，而不是预失真模型的非线性特性抵消，如果把这样提取出的模型串联到功率放大器的输入端，不会减小功率放大器输出信号的带外发射。
综上所述，采用现有的数字预失真技术，在数字预失真方案制定和实现过程中都必须先提取功率放大器的非线性模型，再根据功率放大器的非线性模型的输入输出响应数据识别出预失真模型。因此，现有的数字预失真技术实现复杂，误差较大，功率放大器输出信号的带外发射较高，不能很好地校准功率放大器产生的瞬时失真和记忆失真。
发明内容
有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种预失真模型装置，可以不必提取信号放大设备的非线性模型，直接提取预失真模型，从而降低数字预失真处理的复杂度，并可降低误差。
本发明的另一目的在于提供一种信号的预失真处理装置，可以利用直接提取的预失真模型的级联结构进行数字预失真处理，从而可以降低数字预失真处理的复杂度和处理误差，并降低信号放大设备输出信号的带外发射。
本发明的又一目的在于提供一种信号的预失真处理系统，可以在信号放大设备的反馈通路上直接提取预失真模型，利用提取的预失真模型的级联结构进行数字预失真处理，从而降低数字预失真处理的复杂度和处理误差，并降低信号放大设备输出信号的带外发射。
本发明的又一目的在于提供一种利用所述预失真模型装置对信号进行预失真处理的方法，可以降低数字预失真处理的复杂度和处理误差，并降低信号放大设备输出信号的带外发射。
为了实现上述发明目的，本发明的主要技术方案为：
一种预失真模型装置，该装置包括一瞬时预失真模型单元和至少两个记忆预失真模型单元，各个预失真模型单元处于不同的并列分支上，且每个预失真模型单元的输入端接信号放大设备的输入信号，其中：
瞬时预失真模型单元用于以信号放大设备的输入信号作为自变量进行瞬时预失真校准，并输出一预失真参数；
每个记忆预失真模型单元用于以信号放大设备的输入信号作为自变量进行不同记忆深度的记忆预失真校准，并输出一预失真参数。
优选的，所述瞬时预失真模型单元具体包括一函数计算单元和一参数查找表，所述信号放大设备的一部分输入信号输入到所述函数计算单元进行瞬时功率包络计算，函数计算结果输出给所述参数查找表，所述参数查找表为所述函数计算结果查找配置参数后，将配置参数后的函数计算结果作为预失真参数输出。
优选的，所述各记忆预失真模型单元为非线性横向滤波器，包括一函数计算单元、m+1级横向滤波单元、一累加器以及一除法器，所述m为该记忆预失真模型单元的记忆深度，m为大于等于2的整数；其中：
第1级横向滤波单元包括：第1级复数乘法器、以及一用于确定该第1级横向滤波单元参数的第1级参数查找表，信号放大设备的一部分输入信号输入到所述函数计算单元进行瞬时功率包络计算，函数计算结果输出给所述第1级参数查找表，所述第1级参数查找表为所述函数计算结果查找并配置参数后，将配置参数后的函数计算结果输出给所述第1级复数乘法器，信号放大设备的一部分输入信号也输入该第1级复数乘法器，第1级复数乘法器的输出结果输入给所述累加器；
第k级横向滤波单元包括：延迟单元、第k级复数乘法器、以及一用于确定该第k级横向滤波单元参数的第k级参数查找表，所述函数计算单元输出的函数计算结果经过k-1个延迟单元延迟后输出给所述第k级参数查找表，第k级参数查找表为所述函数计算结果查找并配置参数后，将配置参数后的函数计算结果输出给所述第k级复数乘法器，信号放大设备的一部分输入信号经过k-1个延迟单元延迟后也输入所述第k级复数乘法器，所述第k级复数乘法器的输出结果输入给所述累加器；所述k取值为大于等于2且小于等于m+1的整数；
信号放大设备的一部分输入信号作为分子输入到所述除法器，所述累加器的输出信号作为分母输入到所述除法器，所述除法器的输出结果为预失真参数。
优选的，该装置包括：级联在一起的n+1级预失真处理单元，n为信号放大设备的记忆深度；其中：
第1级预失真处理单元包括一瞬时预失真模型单元和第1级复数乘法器，所述瞬时预失真模型单元用于接收当前信号放大设备的输入信号，以该输入信号作为自变量进行瞬时预失真校准，并输出一预失真参数给所述第1级复数乘法器的输入端；所述信号放大设备的输入信号也输入给所述第1级复数乘法器，所述第1级复数乘法器对输入信息进行乘法运算，输出预失真信号；
第k级预失真处理单元包括一记忆预失真模型单元和第k级复数乘法器，所述记忆预失真模型单元用于接收信号放大设备的输入信号，以该输入信号作为自变量进行第k级记忆深度的记忆预失真校准，并输出一预失真参数给所述第k级复数乘法器；第k-1级预失真处理单元输出的预失真信号也输入给所述第k级复数乘法器，所述第k级复数乘法器对输入信息进行乘法运算，输出预失真信号；所述k的取值为大于等于2且小于等于n+1的整数；
所述第n+1级预失真处理单元输出的预失真信号作为信号放大设备的输入信号。
优选的，所述瞬时预失真模型单元具体包括一函数计算单元和一参数查找表，所述信号放大设备的一部分输入信号输入到所述函数计算单元进行瞬时功率包络计算，函数计算结果输出给所述参数查找表，所述参数查找表为所述函数计算结果查找配置参数后，将配置参数后的函数计算结果作为预失真参数输出。
优选的，所述各记忆预失真模型单元为非线性横向滤波器，包括一函数计算单元、m+1级横向滤波单元、一累加器以及一除法器，所述m为该记忆预失真模型单元的记忆深度，m大于等于2；其中：
第1级横向滤波单元包括：第1级复数乘法器、以及一用于确定该第1级横向滤波单元参数的第1级参数查找表，信号放大设备的一部分输入信号输入到所述函数计算单元进行瞬时功率包络计算，函数计算结果输出给所述第1级参数查找表，第1级参数查找表为所述函数计算结果查找并配置参数后，将配置参数后的函数计算结果输出给所述第1级复数乘法器，信号放大设备的一部分输入信号也输入该第1级复数乘法器，第1级复数乘法器的输出结果输入给所述累加器；
第k级横向滤波单元包括：延迟单元、第k级复数乘法器、以及一用于确定该第k级横向滤波单元参数的第k级参数查找表，所述函数计算单元输出的函数计算结果经过k-1个延迟单元延迟后输出给所述第k级参数查找表，第k级参数查找表为所述函数计算结果查找并配置参数后，将配置参数后的函数计算结果输出给所述第k级复数乘法器，信号放大设备的一部分输入信号经过k-1个延迟单元延迟后也输入所述第k级复数乘法器，所述第k级复数乘法器的输出结果输入给所述累加器；所述k取值为大于等于2且小于等于m+1的整数；
信号放大设备的一部分输入信号作为分子输入到所述除法器，所述累加器的输出信号作为分母输入到所述除法器，所述除法器的输出结果为预失真参数。
一种信号预失真处理系统，该系统包括：
主信号通路单元，串联在信号放大设备的输入端，包括预失真处理装置，该预失真处理装置包括一瞬时预失真模型单元和至少两个记忆预失真模型单元，且各预失真模型单元用复数乘法器级联，所述预失真处理装置利用所述级联的预失真模型单元输出的预失真参数对信号放大设备的输入信号进行预失真处理，将预失真处理后的预失真信号输入给信号放大设备；
反馈信号通路单元，串联在信号放大设备的输出端和输入端之间，包括预失真模型装置，该预失真模型装置包括一瞬时预失真模型单元和至少两个记忆预失真模型单元，反馈信号通路单元根据信号放大设备的输入信号和反馈信号提取所述预失真模型装置中的具体预失真模型单元的参数，将所提取的预失真模型单元的参数更新到所述主信号通路单元中的预失真模型装置中。
优选的，所述主信号通路单元还包括：
削波模块，用于对基带信号进行削波处理，将削波处理后的信号输入给所述预失真处理装置；
数字模拟信号转换器，用于将所述预失真处理装置输出的数字预失真信号转换为模拟信号；
调制器，用于将数字模拟信号转换器转换后的模拟信号调制为模拟中频信号；
上变频模块，用于将调制器输出的模拟中频信号上变频为射频信号，将所述射频信号发送给信号放大设备。
优选的，所述反馈信号通路单元具体包括：
耦合器，用于从信号放大设备的输出端耦合出一部分模拟信号，作为反馈信号发送给下变频模块；
下变频模块，用于将所述反馈信号下变频为模拟中频反馈信号；
模拟数字信号转换器，用于将所述模拟中频反馈信号转换为数字中频反馈信号；
解调器，用于将所述数字中频反馈信号下变频为基带反馈信号；
预失真模型提取模块，其中包括预失真模型装置，用于根据所述基带反馈信号和信号放大设备的输入信号从所述预失真模型装置中提取指定的预失真模型单元的参数。
优选的，所述预失真模型提取模块包括：
预失真模型选择单元，其中包括所述预失真模型装置，预失真模型选择单元用于从所述预失真模型装置中选择一预失真模型单元，利用所选的预失真模型单元输出的预失真参数对信号放大设备的反馈信号进行校准，输出校准信号；
第一功率谱分析模块，用于对预失真模型选择单元输出的校准信号进行功率谱分析；
第一带外发射功率比计算模块，用于对第一功率谱分析模块的输出结果进行计算，得到第一带外发射功率比ACLRY；
第二功率谱分析模块，用于对信号放大设备的输入信号进行功率谱分析；
第二带外发射功率比计算模块，用于对第二功率谱分析模块的输出结果进行计算，得到第二带外发射功率比ACLRX；
差值计算模块，用于计算ACLRY与ACLRX的差值e(n)，并将e(n)输入给模型参数调整模块；
模型参数调整模块，用于自适应调整所选的预失真模型单元的参数，监测e(n)的值，当e(n)达到最小值时，提取此时的预失真模型单元的参数。
优选的，所述预失真模型选择单元具体包括一瞬时预失真模型单元和至少两个记忆预失真模型单元、一个切换模块和一个乘法器；
所述每个预失真模型单元的输入端接收信号放大设备的输入信号，输出预失真参数给所述切换模块，切换模块用于选择一个预失真模型单元输出的预失真参数给所述乘法器，所述乘法器将来自切换模块的预失真参数和所述信号放大设备的反馈信号相乘得到校准信号输出。
优选的，所述系统进一步包括：
平均功率检测及量化模块，用于检测信号放大设备输入信号的平均功率并量化为功率量化信号；
温度检测及量化模块，用于检测信号放大设备的工作温度并量化为温度量化信号；
预失真模型存储器，用于存储所述提取出的预失真模型单元参数，接收提取预失真模型单元参数时所述平均功率检测及量化模块和温度检测及量化模块输出的功率量化信号和温度量化信号，以所述功率量化信号和温度量化信号作为对应提取的预失真模型单元参数的存储地址信息。
优选的，所述预失真模型选择单元进一步与所述预失真模型存储器连接，用于根据当前的信号放大设备输入信号的平均功率和信号放大设备的工作温度从所述预失真存储器中查找对应的预失真模型单元参数，并更新到所述预失真处理装置中。
一种利用所述预失真模型装置对信号进行预失真处理的方法，包括：
A、利用信号放大设备的主通路输入信号和反馈通路信号从所述预失真模型装置中提取预失真模型单元；
B、将所提取的预失真模型单元接入到信号放大设备的主通路，利用所提取的预失真模型单元输出的预失真参数对所述主通路输入信号进行预失真处理，将处理得到的预失真信号输入到信号放大设备。
优选地，所述步骤A具体为：
a1、将预失真模型装置中的各个预失真模型单元设置为通路状态；
a2、调整一个分支上的具体预失真模型单元的参数，将所述主通路输入信号输入到所述分支的预失真模型单元中进行处理，将输出的预失真参数与反馈通路信号相乘得到校准信号，计算该校准信号的带外发射功率比ACLRY，计算主通路输入信号的带外发射功率比ACLRX，计算ACLRY与ACLRX的差值e(n)；
a3、判断e(n)是否为最小，是则执行步骤a4，否则返回步骤a2；
a4、提取当前的预失真模型单元的参数。
优选地，所述方法在步骤a1和步骤a2之间进一步包括：
a1’、判断信号放大设备的带外发射功率是否符合要求，如果符合，则重复执行本步骤a1’，否则执行步骤a2。
优选地，所述方法进一步包括：
C、判断信号放大设备的带外发射功率是否符合要求，在不符合时，重新利用信号放大设备的主通路输入信号和反馈通路信号提取下一分支的预失真模型单元，并将提取到的预失真模型单元与已经接入到信号放大设备主通路的预失真模型单元进行级联，利用级联后预失真模型单元输出的预失真参数对所述主通路输入信号进行预失真处理，将处理后的信号输入到信号放大设备，重复执行步骤C。
优选地，步骤C中，信号放大设备的带外发射功率符合要求时，进一步包括：
c1、记录信号放大设备反馈信号的带外发射指标；
c2、实时监测信号放大设备反馈信号的带外发射指标与所记录的带外发射指标相比是否符合要求，如果符合则重新执行步骤c2，否则执行步骤c3；
c3、重新提取至少一个分支的预失真模型单元，用重新提取的预失真模型单元更新主信号通路中对应分支的预失真模型单元，返回步骤c1。
优选地，所述方法进一步包括：当提取预失真模型时，检测信号放大设备的平均功率和工作温度，对应存储所提取的预失真模型单元以及检测到的平均功率和工作温度；
步骤c2中，如果信号放大设备反馈信号的带外发射指标与所记录的带外发射指标相比不符合要求时，进一步执行以下步骤：
根据信号放大设备当前的平均功率和工作温度查找所存储的预失真模型单元，如果查找到，则将查找到的预失真模型单元接入到主信号通路，返回步骤c2；如果查找不到，则执行步骤c3。
由于本发明所述的预失真模型单元可以在一个时刻只生成一个预失真参数，因此不会造成非线性滤波器参数收敛错误，可以不必提取信号放大设备例如功率放大器的非线性模型，直接提取预失真模型参数，从而降低数字预失真处理的复杂度和处理误差，并可以校准信号放大设备的瞬时失真和记忆失真，降低信号放大设备输出信号的带外发射。
本发明所述预失真模型单元所实现的预失真模型可以对信号放大设备的输入信号进行预失真处理，以抵消信号放大设备的瞬时失真和记忆失真，达到改善信号放大设备输出信号的带外发射指标。该模型支持从信号放大设备输入端到出端的互换，且预失真效果不会改变，因此可以很方便的提取预失真模型的参数。
由于本发明对信号进行预失真处理的部件是复数乘法器，因此本发明的预失真模型单元支持从功放输入端的主通路到功放输出端的反馈通路互换，且预失真效果不会改变，因此特别有利于预失真模型单元的提取、预失真效果仿真验证或离线提取预失真模型单元参数。具体的，在提取预失真模型单元的参数时，所述的预失真模型单元放置在反馈链路，通过参数识别算法使反馈信号的带外发射减小，当预失真模型单元参数提取完成后，把提取到的预失真模型单元放置在主链路，完成对输入信号的预失真处理。所述离线就是自适应调节预失真参数时不需要在线实时检测信号放大设备输出信号的带外发射信号的大小变化，只需要采集一些训练数据，在自适应调节参数时只需要使训练数据的带外发射减小就可以。
由于本发明在预失真处理装置和系统中采用复数乘法器进行预失真处理，因此可以在输入信号通路上把各级预失真处理单元进行级联，每个预失真处理单元使用的预失真参数对应各自的预失真模型单元的输出。预失真处理单元进行级联的效果是可以更多地降低信号放大设备输出信号的带外发射信号功率。也就是在信号放大设备的输入信号链路，即主通路，串联多个复数乘法器，每个复数乘法器把每一级预失真模型单元输出的预失真参数分别与信号放大设备的输入信号相乘就完成了多次预失真处理，这样多次预失真处理的好处是可以更多的降低信号放大设备输出信号的带外发射信号功率。
为了降低数字预失真成本，本发明中的预失真模型提取的自适应过程可以离线执行，多个信号放大设备可以共享一个反馈信号通路单元。为了进一步降低数字预失真成本，反馈信号通路单元在工厂测试时与信号放大设备进行连接，执行预失真模型的提取和下载，完成所述工作后连接断开，反馈信号通路单元不作为产品的一部分进行销售，因此本发明还可以适用于各种简化设计，降低生产成本。
附图说明
图1为本发明所述的功率放大器预失真处理系统的结构示意图；
图2为所述预失真处理装置的一种具体结构示意图；
图3为记忆预失真模型单元的一种结构图；
图4为所述预失真模型提取模块的一种结构图；
图5为所述预失真模型选择单元的一种结构图；
图6为本发明所述预失真处理方法的一种流程图。
具体实施方式
下面通过具体实施例和附图对本发明做进一步详细说明。
本发明适用于所有具有非线性失真的信号放大设备，例如功率放大器，以下实施例以应用到功率放大器领域为例对本发明进行详细说明。
本发明所要实现的数字预失真模型的表达式如下：
表达式(1)中，preD(l)为第l时刻的预失真参数；Y(l)是功率放大器的模型，其中：
Y(l)＝f0(|X(l-d0)|)·X(l-d0)
+f1(|X(l-d1)|)·X(l-d1)
+f2(|X(l-d2)|)·X(l-d2)
+…
+fm(|X(l-dm)|)·X(l-dm)(2)
表达式(2)中，f0(|X(l-d0)|)，f1(|X(l-d1)|)…，fm(|X(l-dm)|)是功率放大器某些时刻的输入信号包络的函数。一个具体的实施例，当{d0，d1，d2，…，dm}＝{0，1，2，…，m}时，式(2)可具体可表示为：
f0(|X(l)|)＝α1，0+α2，0|X(l)|2+α3，0|X(l)|3+…+αn，0|X(l)|n
f1(|X(l-1)|)＝α1，1+α2，1|X(l-1)|2+α3，1|X(l-1)|3+…+αn，1|X(l-1)|n
f2(|X(l-2)|)＝α1，2+α2，2|X(l-2)|2+α3，2|X(l-2)|3+…+αn，2|X(l-2)|n
fm(|X(l-m)|)＝α1，m+α2，m|X(l-m)|2+α3，m|X(l-m)|3+…+αn，m|X(l-m)|n(3)
上述表达式(3)中，所述α1，0、α2，0、……、αn，m为预失真模型的参数，需要用参数识别法进行确定。
本发明所述预失真模型的特点之一是在某个时刻数字预失真模型只产生一个预失真参数preD(l)，这个参数用于修正该时刻的功率放大器的输入信号的幅度和相位，用一个复数乘法器把预失真参数与功率放大器的输入信号相乘就完成了预失真处理。
所述预失真模型的特点之二是因为预失真处理装置是一个复数乘法器，因此在输入信号链路上把预失真处理装置进行级联，每个预失真装置使用的预失真参数对应各自的预失真模型的输出。预失真处理装置进行级联的效果是可以更多的降低功率放大器输出信号的带外发射信号功率。也就是在功率放大器的输入信号链路串联多个乘法器，每个乘法器把每一级预失真模型输出的预失真参数分别与功率放大器的输入信号相乘就完成了多次预失真处理，这样多次预失真处理的好处是可以更多的降低功率放大器输出信号的带外发射信号功率。
所述预失真模型的特点之三是数字预失真模型可以用在功率放大器输出端的反馈通路也可以用在功率放大器输入端的主链路，预失真效果不会改变，与通常采用的预失真模型相比，其优势在于可以非常方便的获取预失真模型中参数，当自适应获取模型参数时，把这些模型输出直接施加到反馈信号上，当预失真模型参数提取完成后，再把预失真模型施加到功率放大器的输入端。
在本发明中，所述预失真模型单元所采用的预失真模型如表达式(1)所示，这模型是记忆多项式模型的改进，但是这个数字预失真模型不同于以往的其他形式的模型，因为对信号进行预失真处理的部件是复数乘法器，因此这个改进的模型支持从功率放大器输入端的主链路到功率放大器输出端的反馈链路互换，因此特别有利于预失真模型提取，预失真效果仿真验证或离线提取预失真模型参数。具体的说就是，在提取预失真模型的参数时，这个预失真模型放置在反馈链路，通过参数识别算法使反馈信号的带外发射减小，当预失真参数提取完成后，把这个模型放置在主链路，完成对输入信号的预失真处理。本文所说的离线就是自适应调节预失真参数时不需要在线实时检测功率放大器输出信号的带外发射信号的大小变化，只需要采集一些训练数据，在自适应调节参数时只需要使训练数据的带外发射减小就可以了。
本发明提供的是数字预失真处理方案，包括预失真模型装置，预失真处理装置、系统和方法。本发明可对输入到功率放大器的信号进行数字预失真处理，预失真后的信号被功率放大器处理后，可以校准功率放大器的瞬时失真和记忆失真，使功率放大器输出信号的带外发射减小。
图1为本发明所述的功率放大器预失真处理系统的结构示意图。参见图1，所述预失真处理系统包括：主信号通路单元，反馈信号通路单元和其他辅助装置组成。其中：
主信号通路单元用于完成对基带数字信号的预失真处理，并把基带数字信号处理为功率放大器的射频输入信号。
主信号通路单元包括：削波模块100、预失真处理装置101、数字模拟信号转换器(DAC)120、调制器102、以及上变频模块。所述上变频模块由混频器103，本振源115组成。
为了利用数字电路的精确性和低成本，本发明最好在数字基带部分完成对信号的预失真处理。数字基带信号首先必须经过削波模块100进行削波处理，使其峰均比尽可能的减小，这样可以防止当功率放大器的工作点进入深度饱和区，如果功率放大器的工作点进入深度饱和区，由于此时功率放大已经不能提供足够的增益，不论预失真处理装置101给予信号多大的预失真补偿，也不能改善发射链路的非线性特性。信号的峰均比控制范围与功率放大器的回退量有关系，一般而言，为了满意的线性改善，要求功率放大器的回退量比信号的峰均比高0.5dB，也就是说当功率放大器的回退量已知时，削峰模块对信号峰均比的控制量小于(功率放大器的回退量-0.5dB)。
所述预失真处理装置101包括一瞬时预失真模型单元和至少两个记忆预失真模型单元，且各预失真模型单元用复数乘法器级联，所述每个预失真模型单元中都可实现一种对应的预失真模型，可以输出预失真参数，所述预失真处理装置101利用所述级联的预失真模型单元输出的预失真参数对功率放大器的输入信号进行预失真处理，输出预失真信号。所述记忆预失真模型单元所中实现的就是上述公式(1)、(2)、或(3)的预失真模型。
预失真处理装置101中级联的预失真模型单元实现了多次参数识别产生的不同预失真模型的级联，预失真处理装置101的级联结构如图2所示。第一次识别出的预失真模型，应用于功率放大器后，至少需要一次或多次修正调整，修正调整的目的是使功率放大器产生的带外发射功率进一步减小，直到满足系统指标要求为止。每一次修正调整不是否定第一次或前面几次修正调整识别出的预失真模型，而是把第一次识别出的预失真模型以及后面多次修正调整时产生的修正模型进行级联，形成一个预失真模型组。预失真模型组中需要级联的预失真模型数量的多少是这样判断的，当输入信号通过预失真模型组进行预失真处理后，使功率放大器输出信号的带外发射要求满足系统指标，否则就要再进行一次修正调整，将预失真模型组再增加一级预失真模型。
所述DAC120用于把预失真处理装置101输出的数字预失信号转换为模拟预失真信号。
调制器102用于把模拟预失真信号调制到模拟中频信号，如果选用的调制器可以把基带模拟信号直接调制到射频，那么主通路中可以减少一个射频混频器。
上变频模块包括一个混频器103和一个本振信号发生装置115，用于把预失真后的模拟中频信号上变频为射频信号，并发送给功率放大器(PA)104。
削波模块100输出的数字基带信号X(n)同时被送入预失真处理装置101和预失真模型提取模块110中，在预失真处理装置101进行预失真处理，预失真处理装置101输出的预失真后的数字基带信号X′(n)通过DAC120，调制器102，上变频模块处理后形成射频预失真信号X′(t)并被送入非线性的功率放大器104处理，因为预失真处理装置101的非线性特性恰好与功率放大器104的非线性特性相反，因此预失真处理装置101产生的失真信号可以抵消功率放大器104产生的失真信号，使发射链路具有更线性的传输特性。
所述预失真反馈信号通路单元用于从功率放大器的输出信号中耦合出一部分信号，经下变频，解调，ADC处理后形成数字中频信号，并发送给预失真模型提取模块提取预失真模型。
参见图1，所述反馈信号通路单元的主要硬件实现包括：耦合器105、下变频模块、模拟数字信号转换器(ADC)130、解调器109和预失真模型提取模块110组成。其中下变频模块由混频器106和本振源115组成，解调器，预失真模型提取模块的硬件实现可用现场可编程逻辑阵列(FPGA)或专用集成电路(ASIC)或数字信号处理器(DSP)实现。
耦合器105用于从功率放大器的输出端耦合出一部分模拟信号，作为反馈信号发送给下变频模块。
下变频模块包括一个混频器106和一个用于发生本振信号的本振源115，主信号通路单元中和反馈信号通路单元中的本振源公用一个参考时钟源。下变频模块把上述模拟的反馈信号下变频为模拟中频反馈信号，并发送给ADC130。
ADC130用于把模拟中频反馈信号转换为数字中频反馈信号。
解调器109用于把ADC 130输出的数字中频反馈信号下变频为基带反馈信号，并发送给预失真模型提取模块110，用于提取功率放大器的非线性特性。所述解调器即FPGA中NCO和对应的滤波器组。
预失真模型提取模块110用于根据所述基带反馈信号和功率放大器的输入信号，从所述预失真模型装置中提取指定的预失真模型单元或监测主信号通路单元非线性特性是否发生变化。所述的提取预失真模型单元是指提取具体预失真模型单元的参数。
所述反馈信号通路单元具体的处理流程是：耦合器105从功率放大器104的输出端耦合出一部分信号作为射频采样信号Y″(t)，射频采样信号Y″(t)的功率至少比功率放大器104输出信号的功率低30dB，当反馈信号功率很高时，反馈链路的就会产生明显的失真，因此这部分失真会影响预失真补偿的效果。当功率放大器输出信号的功率为30W时，通常采样信号的功率比功率放大器104输出信号的功率低50dB，因为射频采样信号Y″(t)功率过高将造成功率放大器输出信号功率的降低，造成不必要的浪费同时会引起反馈链路的非线性失真。耦合器105输出的射频采样信号Y″(t)经下变频模块、模数转换(ADC)130处理后转换为数字中频信号，然后再解调器109处理后形成(经过数字混频器下变频为)基带采样信号Y″(n)，并被送入预失真模型提取模块110中。
预失真模型提取模块110提取预失真参数的过程是，以削波处理后的数字基带信号X(n)作为参考，并把预失真模型输出的预失真参数与基带采样信号Y″(n)进行复数相乘处理，相乘后的结果为Y′(n)，通过调节预失真模型的参数使Y′(n)的带外发射减小到最小，即完成了一次预失真模型提取。
本发明所述预失真处理系统的辅助装置的功能是完成当前输入信号平均功率和当前工作温度的检测，保存不同输入信号平均功率和不同工作温度的多种组合情况下的预失真模型单元。所述的存储预失真模型单元其实就是存储预失真模型单元的参数。
辅助装置所述包括预失真模型存储器113、平均功率检测模块111及量化模块112以及温度检测模块107及量化模块108。
所述预失真模型存储器113的硬件实现通常采用FLASH，EEPROM这些非易失存储器，保证预失真处理系统断电后所述预失真模型数据不会丢失，用于存储预失真模型提取模块110提取出的预失真模型单元参数，接收提取预失真模型单元参数时所述平均功率检测模块111及量化模块112和温度检测模块107及量化模块108输出的功率量化信号和温度量化信号，以所述功率量化信号和温度量化信号作为对应提取的预失真模型单元参数的存储地址信息，从而最终存储不同信号平均功率和不同功率放大器工作温度组合条件下的预失真模型组。
预失真模型存储器113用于保存不同平均功率和不同温度对应的预失真模型，当输入信号的平均功率或工作温度发生变化时，预失真模型存储器113中对应的模型会快速的更新预失真处理装置101中的模型。
另外预失真模型存储器113中的预失真模型(具体的说是预失真模型参数)会被预失真模型提取模块110自动更新。当所述预失真模型存储器113更新了预失真处理装置101中的预失真模型后，系统的反馈数据Y″(n)的带外发射指标依然超标，则说明预失真模型存储器113中的模型已经不适用了，预失真模型提取模块110会重新提取对应平均功率和工作温度的预失真模型，并更新预失真模型存储器113中对应的模型。
当所述预失真模型存储器113中没有对应平均功率和工作温度的预失真模型时，预失真模型提取模块110则提取对应平均功率和工作温度的预失真模型，并保存在预失真模型存储器113中对应的位置上，供所述预失真处理装置101调用。
提取一个预失真模型时，需要检测功率放大器的输入信号的平均功率和功率放大管的工作温度，这样可以提取多个关于不同平均功率和工作温度组合条件下的预失真模型组，即对预失真模型进行关于平均功率和工作温度的标定，当图1所示的预示真处理系统检测到输入信号的平均功率或功率放大器的工作温度发生变化时，则从所述预失真模型存储器113中加载相应的预失真模型，目的是使图1所示的预示真处理系统可以快速的跟踪功率放大的非线性特性。要求输入信号的平均功率的检测分辨率不小于1dB，功率放器的工作温度的检测分辨率不小于5℃。
所述平均功率检测模块111及量化模块112就是用于检测输入信号的平均功率并量化为预失真模型存储器113的一部分地址信号，包括一个平均功率检测模块111和一个量化模块112，平均功率检测模块对输入信号进行RMS检波，量化模块把平均功率检测模块输出的信号进行量化处理，形成预失真模型存储器113的地址信号，此处的输入信号为数字信号，因此平均功率检测模块111及量化模块112可用DSP或FPGA或ASIC实现。
所述温度检测模块107及量化模块108用于检测功率放大器的工作温度并量化为预失真模型存储器113的另一部分地址信号，包括一个温度检测模块107和一个量化模块108，温度检测模块检测功率放大器的工作温度，并输出随温度变化的模拟电压量，所述量化模块为一个ADC，所述模拟电压量被ADC量化为数字电压量，这个数字电压量作为预失真模型存储器113的另一部分地址信号。
把上述两部分地址信号组合后形成预失真模型存储器113的地址信号，作为预失真模型单元组的存储地址和索引地址，所述预失真模型组就是各个预失真模型单元参数的集合。当功率放大器输入信号的平均功率和工作温度发生变化时，预失真处理系统会根据索引地址快速地从所述预失真模型存储器113中提取相应的预失真模型单元组，并更新主链路的预失真模型单元。
图1所述的数字预失真处理系统是一个完整的系统，可以在基站的每一条发信通中路都装配这个系统，完成前向信号的预失真处理。
为了简化设计，可以把多个功率放大器共享一个预失真反馈通道，因为本发明使用的数字预失真模型单元的特点是支持从功率放大器输出端到功率放大器输入端的互换，因此可以从功率放大器输出端耦合出一部分信号，作为反馈信号，并采集这个信号，然后断开预失真反馈链路与功率放大器输出端连接，预失真模型提取模块110离线提取预失真模型。另一方面，功率放大器的特性变化缓慢，一个预失真反馈装置和一个预失真模型提取模块110通过时分的方式分别检测各个功率放大器的特性变化，并分别提取预失真模型来跟踪功率放大装置的时变特性。
简化设计的另一个方面，可以把预失真模型提取模块110和预失真反馈信号通路单元作为可选部件，当不选用这个部件时，预失真模型提取模块110和预失真反馈装置在工厂测试时与功率放大器进行连接，执行预失真模型的提取和下载，完成所述工作后连接断开，预失真模型提取模块110和预失真反馈信号通路单元可以不作为产品的一部分进行销售。
简化设计的第三个方面，可以把预失真模型存储器113，平均功率检测模块111及量化模块112，温度检测模块107及量化模块108这几个部件作为可选部件，当不选用这些部件时，需要预失真模型提取模块110实时更新主链路中的预失真模型组，以适应功率放大器的工作温度和输入信号平均功率变化，因此需要基站的每一条发信通中路都装配预失真模型提取模块110。
图1所示虚线框内的装置114为一个预失真反馈通道单元。为了简化设计，多个发射链路完全可以公用这个装置114。为了便于描述，本文将装置114称为离线调整装置。装置114通过时分的方式分别监测每条发射的线性指标是否符合要求。
为了实现这个简化设计，具体的先以一个发射链路的预失真模型提取过程为例，
当应用离线调整装置114校准功率放大器104输出信号的失真，并使该失真信号功率减小时，离线调整装置114需要同时采集功率放大器的输入信号X(n)和反馈信号Y″(n)，输入信号平均功率Pmean，工作温度Tmean，并保存在离线调整装置114中，然后离线调整装置114自适应提取预失真模型的参数，直至校准后的反馈信号Y′(n)的带外发射功率减小到最小为止，然后把预失真模型参数下载到预失真模型存储器113中，被Pmean和Tmean指定的位置处保存。离线调整装置114进行反馈信号失真校准时，不需要实时监测功率放大器输出信号的带外发射是否减小，只需要判断校准后的反馈信号Y′(n)的带外发射是否减小。当离线调整装置114把规定的输入信号平均功率Pmean和工作温度Tmean不同组合条件下的预失真模型都提取完成，并下载到预失真模型存储器113中的指定位置后，离线调整装置114与这个发射链路的预失真装置的脱离，然后连接到下一个发射链路，重复上述步骤完成该条链路的失真检测或预失真模型提取。
之所以对功率放大器产生的带外发射可以进行离线校准，是因为表达式(1)支持从功率放大器输入端到发射端的互换，而且离线调整装置114进行离线校准(应用于功率放大器发射端)与在线预失真处理(应用于功率放大器输入端)二者对带外发射功率的减小效果相同。
图2为所述预失真处理装置101的一种具体结构示意图，所述预失真处理装置101的硬件可以由FPGA，ASIC或DSP等实现。本发明所述的预失真处理装置101由多条分支构成，多条分支形成级联结构，主要包括级联在一起的m+1级预失真处理单元，所述m为功率放大器的记忆深度，每一级预失真处理单元就是一个预失真分支；其中：
第1级预失真处理单元包括一瞬时预失真模型单元和第1级复数乘法器，所述瞬时预失真模型单元用于接收当前信号放大设备的输入信号，以该输入信号作为自变量进行瞬时预失真校准，并输出一预失真参数给所述第1级复数乘法器的输入端；所述信号放大设备的输入信号也输入给所述第1级复数乘法器，所述第1级复数乘法器对输入信息进行乘法运算，输出预失真信号；
第k级预失真处理单元包括一记忆预失真模型单元和第k级复数乘法器，所述记忆预失真模型单元用于接收信号放大设备的输入信号，以该输入信号作为自变量进行第k级记忆深度的记忆预失真校准，并输出一预失真参数给所述第k级复数乘法器；第k-1级预失真处理单元输出的预失真信号也输入给所述第k级复数乘法器，所述第k级复数乘法器对输入信息进行乘法运算，输出预失真信号；所述k的取值为大于等于2且小于等于m+1的整数
所述第m+1级预失真处理单元输出的预失真信号作为信号放大设备的输入信号。
参见图2，预失真处理装置101的硬件实现结构中包含了不少于三个预失真分支，第一级预失真分支主要包括用于进行瞬时功率包络计算的函数计算单元210、参数查找表211和复数乘法器212，该第一级预失真分支主要用于校准功率放大器的瞬时失真(AM-AM，AM-PM)；第二级预失真分支主要包括第2级记忆预失真模型单元221和第2级复数乘法器222；第三级预失真分支主要包括第3级记忆预失真模型单元231和第3级复数乘法器232；后续的预失真分支包括相应级的记忆预失真模型单元241和相应级的复数乘法器242。从第二级预失真分支开始，用于校准功率放大器的多种记忆失真。上述多个预失真分支组成了一预失真模型的级联结构。上述的第一级预失真分支执行功率放大器瞬时失真校准，即校准功率放大器的瞬时失真(AM-AM，AM-PM)校准单元，从上述的第二级预失真分支开始，每级分支就是表达式(1)的一种完整实现，用于校准功率放大器的记忆失真，即由功率放大器的记忆效应引起的失真。每个分支的预失真模型的区别在于校准的功率放大器的瞬时失真和不同类型的记忆失真，不同类型的记忆失真可以用预失真模型的记忆深度不同来表示，即记忆深度m值不相同。
具体的，所述第二级预失真分支的记忆预失真模型单元221的校准记忆深度为m＝1，对应图3中的LUT0，LUT1实现了表达式(2)中的f0(|X(l)|)，f1(|X(l-1)|)；第三个预失真分支的231，校准的记忆深度为m＝2，对应图3中的LUT0，LUT1，LUT2，实现了表达式(2)中的f0(|X(l)|)，f1(|X(l-1)|)，f2(|X(l-2)|)；第n个预失真分支的241，校准的记忆深度为m＝n，对应图3中的LUT0，LUT1，LUT2，……，LUTn，实现了表达式(2)中的f0(|X(l)|)，f1(|X(l-1)|)，f2(|X(l-2)|)，…，fn(|X(l-n)|)
图2中的第二，三以及更多分支中的221，231，241的硬件实现如图3所示。
上述的每个分支都完整的描述了本发明提供的预失真模型，即表达式(1)的实现。每条分支中描述的预失真模型的参数是不同的，这样多条分支进行级联，形成了预失真模型组，可以更好的校准功率放大器产生的瞬时失真和记忆失真。
上述预失真分支合在一起组成了预失真模型组。
预失真模型组的功能是接收功率放大器的输入信号和功率放大器的反馈信号，产生多个预失真参数，这些预失真参数是复数，包括实部和虚部。这些预失真参数与功率放大器的输入信号相乘后，功率放大器的输入信号会发生失真，带外发射功率增加，但是预失真模型组的非线性传输特性恰好与功率放大器的非线性传输特性相反，因此功率放大器的输入信号产生的失真恰好与功率放大器产生的失真相反，预失真后输入信号被功率放大器处理后，其输出信号的带外发射则会减小。
预失真模型组的工作过程是首先计算输入信号瞬时幅度的某种函数，比如计算瞬时幅度的平方和计算瞬时幅度的四次方等，计算出的结果分别作为每条分支的多个查找表的索引值，多个查找表的输出相加后形成预失真参数，并被送到相应的乘法器与输入信号相乘产生预失真信号，这个预失真参数是一个复数，包括实部和虚部，与输入信号相乘后可以调整输入信号的幅度和相位。
上述的预失真模型组构成了本发明所要保护的预失真模型装置200。该预失真模型装置200包括一瞬时预失真模型单元和至少两个记忆预失真模型单元，各个预失真模型单元处于不同的并列分支上，且每个预失真模型单元的输入端接信号放大设备的输入信号，其中：
瞬时预失真模型单元用于以信号放大设备的输入信号作为自变量进行瞬时预失真校准，并输出一预失真参数。
参见图2，所述瞬时预失真模型单元具体包括一函数计算单元210和一参数查找表211，所述功率放大器的一部分输入信号输入到所述函数计算单元210进行瞬时功率包络计算，函数计算结果输出给所述参数查找表211，所述参数查找表211为所述函数计算结果查找用于校准AM-AM、AM-PM失真的配置参数后，将配置参数后的函数计算结果作为预失真参数输出。
所述每个记忆预失真模型单元就是一个非线性滤波器，根据记忆深度不同分为第一级非线性滤波器、第一级非线性滤波器、……、第n级非线性滤波器，用于以信号放大设备的输入信号作为自变量进行不同记忆深度的记忆预失真校准，并输出一预失真参数。
图3为记忆预失真模型单元即非线性滤波器的一种结构图。参见图3，假设该记忆预失真模型单元的记忆深度为m，包括多个延迟单元314和305，对应每个延迟单元抽头的复数乘法器313、323、333、和343，累加器301，多个参数查找表304(包括LUT0，LUT1，……，LUTm)，用于计算输入信号瞬时功率包络的函数计算装置306。
参见图3，所述第m级非线性滤波器具体包括一函数计算单元306、m+1级横向滤波单元、一累加器301以及一除法器300，所述m大于等于2。
下面具体介绍所述第m级非线性滤波器中各级横向滤波单元的结构：
第1级横向滤波单元包括：第1级复数乘法器313、以及一用于确定该第1级横向滤波单元参数的第1级参数查找表LUT0，信号放大设备的一部分输入信号输入到函数计算单元306进行瞬时功率包络计算，函数计算结果输出给所述第1级参数查找表LUT0，第1级参数查找表为所述函数计算结果查找并配置参数后，将配置参数后的函数计算结果输出给所述第1级复数乘法器313，功率放大器的一部分输入信号也输入该第1级复数乘法器313，第1级复数乘法器313的输出结果输入给所述累加器301。
此处设k取值为大于等于2且小于等于m+1的整数，则所述第k级横向滤波单元包括：延迟单元、第k级复数乘法器(例如图3所示的第2级复数乘法器323、第3级复数乘法器333、或第m+1级复数乘法器343等等)、以及一用于确定该第k级横向滤波单元参数的第k级参数查找表(例如图3所示的第2级参数查找表LUT1、第3级参数查找表LUT2、第m+1级参数查找表LUTm)，所述函数计算单元输出的函数计算结果经过k-1个延迟单元延迟后输出给所述第k级参数查找表，第k级参数查找表为所述函数计算结果查找并配置参数后，将配置参数后的函数计算结果输出给所述第k级复数乘法器，功率放大器的一部分输入信号经过k-1个延迟单元延迟后也输入所述第k级复数乘法器，所述第k级复数乘法器的输出结果输入给所述累加器。
功率放大器的一部分输入信号作为分子输入到所述除法器300，所述累加器301的输出信号作为分母输入到所述除法器300，所述除法器300的输出结果为所述第m级非线性滤波器输出的预失真参数。
图3所示的非线性滤波器与通常的线性滤波器的不同之处在于所述参数查找表，通过这些查找表，本发明实现了可变参数的滤波器，这个滤波器参数是关于输入信号瞬时功率包络的函数，可用多个查找表实现，查找表中的内容就是表达式(2)中f0(|X(l)|)，f1(|X(l-1)|)，f2(|X(l-2)|)，…，fn(|X(l-n)|)的具体实现。图3实现了一个线性特性与非线性特性的混合，描述了功率放大器的记忆效应。这个非线性滤波器中的延迟单元的多少表征了功率放大器的记忆深度，图3所示非线性滤波器应用于不同的预失真分支中时，其延迟单元的数量，和每个延迟单元对应的查找表中的内容是不同的。
表达式(1)的输出preD(l)就是作用于输入信号X(l)预失真参数，预失真参数可以改变输入信号X(l)的幅度和相位。preD(l)是输入信号的函数，为了使预失真处理装置101的非线性特性和与其相连接的功率放大器的非线性特性相反，本发明的数字预失真模型表达式(2)中的参数αn，m，n＝1，2，…；m＝1，2，…需要通过参数识别的方法来确定。识别参数的具体方法很多，本文经常采用的方法是改进的单纯型算法，单纯型算法在识别表达式(2)中的参数时，判断αn，m，n＝1，2，…；m＝1，2，…参数是否符合要求的目标函数为：低边带5M处的临道泄漏比(ACLR_L5M)+低边带10M处的临道泄漏比(ACLR_L10M)+高边带5M处的临道泄漏比(ACLR_U5M)+高边带10M处的临道泄漏比(ACLR_U10M)。识别参数的收敛准则之一就是使上述目标函数值最小化。
图4为所述预失真模型提取模块110的结构图。参见图4，预失真模型提取模块110主要包括：
预失真模型选择单元401，其中包括所述预失真模型装置200，预失真模型选择单元401用于从所述预失真模型装置中选择一预失真模型单元，使用功率放大器的输入信号X(n)和反馈信号Y″(n)，把选择的预失真模型单元施加到功率放大器的反馈信号Y″(n)上，提取预失真模型的参数，利用所选的预失真模型单元输出的预失真参数对信号放大设备的反馈信号Y″(n)进行校准，输出校准信号Y′(n)；
第一功率谱分析模块402，用于对预失真模型选择单元401输出的校准信号进行功率谱分析；
第一带外发射功率比计算模块403，用于对第一功率谱分析模块的输出结果进行计算，得到第一带外发射功率比ACLRY；
第二功率谱分析模块407，用于对信号放大设备的输入信号进行功率谱分析；
第二带外发射功率比计算模块406，用于对第二功率谱分析模块的输出结果进行计算，得到第二带外发射功率比ACLRX；
差值计算模块404，用于计算ACLRY与ACLRX的差值e(n)，并将e(n)输入给模型参数调整模块；
模型参数调整模块405，用于自适应调整所选的预失真模型单元的参数，监测e(n)的值，当e(n)达到最小值时，提取此时的预失真模型单元的参数。
所述预失真模型提取模块110还根据提取预失真模型参数时的信号平均功率Pmean和功率放大器工作温度Tmean的量化值，把提取的预失真模型参数放置在预失真模型存储器113的相应位置保存。
预失真模型选择单元401的输入为反馈信号Y″(n)，输入信号X(n)，输出为失真校准后的信号Y′(n)。首先把反馈信号Y″(n)和输入信号X(n)输入到预失真模型选择单元401中，输出的Y′(n)在第一功率谱分析模块402中做功率谱分析，在第一带外发射功率比计算模块403中计算出Y′(n)的带外泄漏功率比，用ACLRY表示。与此同时把输入信号X(n)在第二功率谱分析模块407中做功率谱分析，在第二带外发射功率比计算模块406中计算出X(n)的带外泄漏功率比，用ACLRX表示。然后在差值计算模块404计算出ACLRY和ACLRX的误差e(n)＝abs(ACLRY-ACLRX)。然后模型参数调整模块405不断的自适应调整预失真模型选择单元401所选预失真模型的预失真模型参数，直至上述误差e(n)的值最小为止。
图5为所述预失真模型选择单元401的硬件实现结构图，其结构具体可用FPGA，ASIC或DSP等实现。参见图5，所述预失真模型选择单元401包括预失真模型装置200，图5中的预失真模型装置200即预失真模型组与图2所示的预失真模型组200完全相同，不同的是每个分支中的预失真模型单元输出的预失真参数A1+j*B1，A2+j*B2，…，Ax+j*Bx进入一个切换装置501，一个Branch swith控制信号选择A1+j*B1，A2+j*B2，…，Ax+j*Bx中的一个参数输入到复数乘法器502与反馈信号Y″(n)进行复数相运算，运算后的结果为校准信号Y′(n)。
如图5所示，预失真模型选择单元401中的预失真模型输出的预失真参数与反馈信号进行复乘运算，完成对反馈信号失真校准。具体的说，图5中包括一套完整的预失真模型，即图5中的函数计算单元210和参数查找表211组成的一个瞬时失真校准分支；以及分别由非线性滤波器221、231和241形成的多个记忆失真校准分支。图5中的预失真分支与图2中对应的瞬时失真校准分支210和211、以及多个记忆失真校准分支221、231、和241完全相同，每个预示真模型分支输出的校准参数通过切换装置501后与反馈信号Y′(n)进行复数乘法运算，完成对反馈信号的失真校准。
所述预失真模型提取模块110的工作步骤如下：
首先，提取第一条分支的预失真模型，具体方法是用切换装置501把第一个分支输出的预失真参数与反馈信号Y″(n)相乘，然后模型参数调整模块405不断的自适应调节第一个分支中预失真模型参数，直至所述误差e(n)的值最小为止。然后把第一个分支的预失真模型参数下载到所述1的预失真模型存储器113中，然后预失真模型参数再从所述预失真模型存储器113中下载到图2的第一级预失真分支的参数查找表211中。或者直接将所述提取的第一个分支的预失真模型参数更新下载到所述图2中的第一级预失真分支的参数查找表211中。
然后，再提取第二条分支的预失真模型。具体方法是用切换装置501把第二个分支输出的预失真参数与反馈信号Y″(n)相乘，然后模型参数调整单元405不断的自适应调节第二个分支中预失真模型参数，直至所述误差e(n)的值最小为止。然后把第二个分支的预失真模型参数下载到图1所示的预失真模型存储器113中，然后预失真模型参数再从所述预失真模型存储器113中下载到图2的第二级预失真分支221中。或者直接将所述提取的第二个分支的预失真模型参数更新下载到所述图2中的第二级预失真分支221中。
依次类推完成其余的预失真模型分支231、241的参数提取并下载到所述预失真模型存储器113中，然后对应的预失真模型再从所述预失真模型存储器113中下载到图2对应的预失真分支231、241中。
图6为本发明所述预失真处理方法的流程图。参见图6，该流程包括：
步骤601、把主信号通路单元设置为直通状态。
具体的操作就是把图2所示的AM-AM，AM-PM查找表LUT中的内容设置为1+j0，把图3所示的查找表LUT0的内容设置为1+j0，查找表LUT1～LUTm的内容设置为0+j0，此时不论输入信号X(n)如何变化，图2所示的每个分支的预失真模型的输出A0+j*B0，A1+j*B1，A2+j*B2，……，An+j*Bn都是常数1+j0，这里的j是(-1)的平方根，此时主信号通路单元为直通状态，没有预失真功能。
步骤602、采集输入信号和反馈信号。
此步骤可以用训练信号来完成。训练信号就是主通路基带数字信号，训练信号同时被发送到所述预失真模型提取模块110和主信号通路单元，训练信号在预失真模型提取模块110中被采集和保存，训练信号在主信号通路单元中被上变频到射频并被功率放大器放大处理。功率放大器输出的信号被耦合器取样后被送入反馈信号处理通路，反馈信号处理通路把射频反馈信号下变频为中频反馈信号，再经ADC转化为数字中频反馈信号，并在FPGA内，通过数字下变频转化为基带反馈信号，并发送给所述预失真模型提取模块110进行采样和保存。
此处要求训练信号的带宽、锋均比和平均功率都能不低于正常工作时的输入信号的带宽、锋均比和平均功率。训练信号的中心频率一般与正常工作时的输入信号的中心频率相同。如果训练信号的中心频率与正常工作时的输入信号的中心频率不同，那么提取出的预失真模型对功率放大器带外发射的改善效果就会变差，如果这种变差是可以接受的，也可以把训练信号的中心频率与正常工作时的输入信号的中心频率不同，这样可以减少训练的次数和LUT的数量。
为了简化训练信号的操作过程，完全可把正常工作时的输入信号采集一段，作为功率放大器失真特性提取的训练信号。
步骤603、根据输入信号和反馈信号的差异判断功率放大器输出信号的带外发射指标是否符合要求。如果符合，则返回步骤602；否则，执行步骤604。
步骤604、提取第x条分支的预失真模型。如果首次提取预失真模型或重新提取预失真模型时，x＝1。否则x为预先给定的分支号。
具体的提取过程为：如图5所示把预失真模型组连接在反馈信号链路中，在自适应提取数字预失真模型参数时，一个Branch swith控制信号选择第x分支输出的预失真参数Ax+j*Bx与反馈信号Y″(n)相乘，相乘后的值为Y′(n)。调整第x分支的预失真模型的参数使信号Y′(n)的带外发射减小到最小，即完成了第x分支的预失真模型的提取，然后更新图2所示的第x分支的预失真模型参数和图1所示的预失真模型存储器113。
步骤605：采集输入信号和反馈信号，根据输入信号和反馈信号的差异判断功率放大器输出信号的带外发射指标是否符合要求，如果符合，则执行步骤609，否则执行步骤606。
步骤606、x是否小于预定的数目，即给定的模型分支是否没有全部用完，如果是，表示还有可用的预失真模型分支，则执行步骤607，否则执行步骤608。
步骤607、将x加1，返回步骤604。
步骤608、向系统提示预失真处理失败，保存当前最好的预失真参数，并然后更新图2所示的预失真模型参数和图1所示的预失真模型存储器113，结束本流程。
以下几个步骤主要是自适应调节预失真模型，跟踪功率放大器特性随温度或输入信号平均功率的变化，具体如下。
步骤609、检测并记录功率放大器输出信号的带外发射指标，具体记为：
低边带10M处的临道泄漏比(ACLR_L10M_STEP9)，
低边带5M处的临道泄漏比(ACLR_L5M_STEP9)，
高边带5M处的临道泄漏比(ACLR_U5M_STEP9)，
高边带10M处的临道泄漏比(ACLR_U10M_STEP9)。
步骤610、采集功率放大器输出信号的反馈数据Y″(n)，计算Y″(n)功率谱，然后计算Y″(n)信号的带外发射指标，具体记为：
低边带10M处的临道泄漏比(ACLR_L10M_STEP10)，
低边带5M处的临道泄漏比(ACLR_L5M_STEP10)，
高边带5M处的临道泄漏比(ACLR_U5M_STEP10)，
高边带10M处的临道泄漏比(ACLR_U10M_STEP10)。
判断反馈数据Y″(n)的带外发射指标与步骤609记录的带外发射指标相比是否符合要求，具体的说就是判断
ACLR_L10M_STEP10＞(ACLR_L10M_STEP9+ER)
或ACLR_L5M_STEP10＞(ACLR_L5M_STEP9+ER)
或ACLR_U5M_STEP10＞(ACLR_U5M_STEP9+ER)
或ACLR_U10M_STEP10＞(ACLR_U10M_STEP9+ER)
上式中ER是误差的域值，为正值，通常采用的值为3dB。
如果上式中的任何一个为“真”，则说明功率放大器的输出信号的带外发射指标不符合要求，执行步骤611；如果上式中的所有值都为“假”，则说明功率放大器的输出信号的带外发射指标超标满足要求，则需重复执行步骤610，继续监测功率放大器的输出信号的带外发射指标是否符合要求。
步骤611、判断预失真模型存储器113中是否保留有相应温度和相应功率的模型，如果有，则执行步骤612，否则，执行步骤614。
步骤612、将这个所存储的预失真模型的参数下载到主信号通路单元的预失真模型单元中，也可以说是将存储的预失真模型接入到主信号通路单元中。
步骤613、判断反馈数据Y″(n)的带外发射指标与步骤609所记录相比是否符合要求，如果符合要求，则返回步骤610，否则说明预失真模型存储器113中的预失真模型已经不能使用了，需要重新训练预失真模型，执行步骤614。
步骤614、重新训练并提取至少一个分支的预失真模型，将提取的预失真模型更新到主信号通路单元。此处假设重新训练提取所述预失真模型组的最后一个预失真分支，具体包括：
首先，把预失真模型组的最后一个预失真分支设置为直通状态，即使预失真模型组的最后一个分支的输出An+j*Bn为常数1+j0，方法与第一步的相应部分相同。
然后，采集训练信号和反馈信号，信号采集完毕恢复主信号通路单元中的预失真模型组的最后一个预失真分支。然后提取最后一个预失真分支的预失真模型，即提取该预失真分支的预失真模型参数，提取完成后，更新图2所示的最后一个分支的模型和图1所示的预失真模型存储器113。
最后，返回步骤610，继续监测功率放大器的输出信号的带外发射是否符合要求。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本发明所揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (19)
1、一种预失真模型装置，其特征在于，该装置包括一瞬时预失真模型单元和至少两个记忆预失真模型单元，各个预失真模型单元处于不同的并列分支上，且每个预失真模型单元的输入端接信号放大设备的输入信号，其中：
瞬时预失真模型单元用于以信号放大设备的输入信号作为自变量进行瞬时预失真校准，并输出一预失真参数；
每个记忆预失真模型单元用于以信号放大设备的输入信号作为自变量进行不同记忆深度的记忆预失真校准，并输出一预失真参数。
2、根据权利要求1所述的预失真模型装置，其特征在于，所述瞬时预失真模型单元具体包括一函数计算单元和一参数查找表，所述信号放大设备的一部分输入信号输入到所述函数计算单元进行瞬时功率包络计算，函数计算结果输出给所述参数查找表，所述参数查找表为所述函数计算结果查找配置参数后，将配置参数后的函数计算结果作为预失真参数输出。
3、根据权利要求1所述的预失真模型装置，其特征在于，所述各记忆预失真模型单元为非线性横向滤波器，包括一函数计算单元、m+1级横向滤波单元、一累加器以及一除法器，所述m为该记忆预失真模型单元的记忆深度，m为大于等于2的整数；其中：
第1级横向滤波单元包括：第1级复数乘法器、以及一用于确定该第1级横向滤波单元参数的第1级参数查找表，信号放大设备的一部分输入信号输入到所述函数计算单元进行瞬时功率包络计算，函数计算结果输出给所述第1级参数查找表，所述第1级参数查找表为所述函数计算结果查找并配置参数后，将配置参数后的函数计算结果输出给所述第1级复数乘法器，信号放大设备的一部分输入信号也输入该第1级复数乘法器，第1级复数乘法器的输出结果输入给所述累加器；
第k级横向滤波单元包括：延迟单元、第k级复数乘法器、以及一用于确定该第k级横向滤波单元参数的第k级参数查找表，所述函数计算单元输出的函数计算结果经过k-1个延迟单元延迟后输出给所述第k级参数查找表，第k级参数查找表为所述函数计算结果查找并配置参数后，将配置参数后的函数计算结果输出给所述第k级复数乘法器，信号放大设备的一部分输入信号经过k-1个延迟单元延迟后也输入所述第k级复数乘法器，所述第k级复数乘法器的输出结果输入给所述累加器；所述k取值为大于等于2且小于等于m+1的整数；
信号放大设备的一部分输入信号作为分子输入到所述除法器，所述累加器的输出信号作为分母输入到所述除法器，所述除法器的输出结果为预失真参数。
4、一种信号预失真处理装置，其特征在于，该装置包括：级联在一起的n+1级预失真处理单元，n为信号放大设备的记忆深度；其中：
第1级预失真处理单元包括一瞬时预失真模型单元和第1级复数乘法器，所述瞬时预失真模型单元用于接收当前信号放大设备的输入信号，以该输入信号作为自变量进行瞬时预失真校准，并输出一预失真参数给所述第1级复数乘法器的输入端；所述信号放大设备的输入信号也输入给所述第1级复数乘法器，所述第1级复数乘法器对输入信息进行乘法运算，输出预失真信号；
第k级预失真处理单元包括一记忆预失真模型单元和第k级复数乘法器，所述记忆预失真模型单元用于接收信号放大设备的输入信号，以该输入信号作为自变量进行第k级记忆深度的记忆预失真校准，并输出一预失真参数给所述第k级复数乘法器；第k-1级预失真处理单元输出的预失真信号也输入给所述第k级复数乘法器，所述第k级复数乘法器对输入信息进行乘法运算，输出预失真信号；所述k的取值为大于等于2且小于等于n+1的整数；
所述第n+1级预失真处理单元输出的预失真信号作为信号放大设备的输入信号。
5、根据权利要求4所述的预失真处理装置，其特征在于，所述瞬时预失真模型单元具体包括一函数计算单元和一参数查找表，所述信号放大设备的一部分输入信号输入到所述函数计算单元进行瞬时功率包络计算，函数计算结果输出给所述参数查找表，所述参数查找表为所述函数计算结果查找配置参数后，将配置参数后的函数计算结果作为预失真参数输出。
6、根据权利要求4所述的预失真处理装置，其特征在于，所述各记忆预失真模型单元为非线性横向滤波器，包括一函数计算单元、m+1级横向滤波单元、一累加器以及一除法器，所述m为该记忆预失真模型单元的记忆深度，m大于等于2；其中：
第1级横向滤波单元包括：第1级复数乘法器、以及一用于确定该第1级横向滤波单元参数的第1级参数查找表，信号放大设备的一部分输入信号输入到所述函数计算单元进行瞬时功率包络计算，函数计算结果输出给所述第1级参数查找表，第1级参数查找表为所述函数计算结果查找并配置参数后，将配置参数后的函数计算结果输出给所述第1级复数乘法器，信号放大设备的一部分输入信号也输入该第1级复数乘法器，第1级复数乘法器的输出结果输入给所述累加器；
第k级横向滤波单元包括：延迟单元、第k级复数乘法器、以及一用于确定该第k级横向滤波单元参数的第k级参数查找表，所述函数计算单元输出的函数计算结果经过k-1个延迟单元延迟后输出给所述第k级参数查找表，第k级参数查找表为所述函数计算结果查找并配置参数后，将配置参数后的函数计算结果输出给所述第k级复数乘法器，信号放大设备的一部分输入信号经过k-1个延迟单元延迟后也输入所述第k级复数乘法器，所述第k级复数乘法器的输出结果输入给所述累加器；所述k取值为大于等于2且小于等于m+1的整数；
信号放大设备的一部分输入信号作为分子输入到所述除法器，所述累加器的输出信号作为分母输入到所述除法器，所述除法器的输出结果为预失真参数。
7、一种信号预失真处理系统，其特征在于，该系统包括：
主信号通路单元，串联在信号放大设备的输入端，包括预失真处理装置，该预失真处理装置包括一瞬时预失真模型单元和至少两个记忆预失真模型单元，且各预失真模型单元用复数乘法器级联，所述预失真处理装置利用所述级联的预失真模型单元输出的预失真参数对信号放大设备的输入信号进行预失真处理，将预失真处理后的预失真信号输入给信号放大设备；
反馈信号通路单元，串联在信号放大设备的输出端和输入端之间，包括预失真模型装置，该预失真模型装置包括一瞬时预失真模型单元和至少两个记忆预失真模型单元，反馈信号通路单元根据信号放大设备的输入信号和反馈信号提取所述预失真模型装置中的具体预失真模型单元的参数，将所提取的预失真模型单元的参数更新到所述主信号通路单元中的预失真模型装置中。
8、根据权利要求7所述的预失真处理系统，其特征在于，所述主信号通路单元还包括：
削波模块，用于对基带信号进行削波处理，将削波处理后的信号输入给所述预失真处理装置；
数字模拟信号转换器，用于将所述预失真处理装置输出的数字预失真信号转换为模拟信号；
调制器，用于将数字模拟信号转换器转换后的模拟信号调制为模拟中频信号；
上变频模块，用于将调制器输出的模拟中频信号上变频为射频信号，将所述射频信号发送给信号放大设备。
9、根据权利要求7所述的预失真处理系统，其特征在于，所述反馈信号通路单元具体包括：
耦合器，用于从信号放大设备的输出端耦合出一部分模拟信号，作为反馈信号发送给下变频模块；
下变频模块，用于将所述反馈信号下变频为模拟中频反馈信号；
模拟数字信号转换器，用于将所述模拟中频反馈信号转换为数字中频反馈信号；
解调器，用于将所述数字中频反馈信号下变频为基带反馈信号；
预失真模型提取模块，其中包括预失真模型装置，用于根据所述基带反馈信号和信号放大设备的输入信号从所述预失真模型装置中提取指定的预失真模型单元的参数。
10、根据权利要求9所述的预失真处理系统，其特征在于，所述预失真模型提取模块包括：
预失真模型选择单元，其中包括所述预失真模型装置，预失真模型选择单元用于从所述预失真模型装置中选择一预失真模型单元，利用所选的预失真模型单元输出的预失真参数对信号放大设备的反馈信号进行校准，输出校准信号；
第一功率谱分析模块，用于对预失真模型选择单元输出的校准信号进行功率谱分析；
第一带外发射功率比计算模块，用于对第一功率谱分析模块的输出结果进行计算，得到第一带外发射功率比ACLRY；
第二功率谱分析模块，用于对信号放大设备的输入信号进行功率谱分析；
第二带外发射功率比计算模块，用于对第二功率谱分析模块的输出结果进行计算，得到第二带外发射功率比ACLRX；
差值计算模块，用于计算ACLRY与ACLRX的差值e(n)，并将e(n)输入给模型参数调整模块；
模型参数调整模块，用于自适应调整所选的预失真模型单元的参数，监测e(n)的值，当e(n)达到最小值时，提取此时的预失真模型单元的参数。
11、根据权利要求10所述的预失真处理系统，其特征在于，所述预失真模型选择单元具体包括一瞬时预失真模型单元和至少两个记忆预失真模型单元、一个切换模块和一个乘法器；
所述每个预失真模型单元的输入端接收信号放大设备的输入信号，输出预失真参数给所述切换模块，切换模块用于选择一个预失真模型单元输出的预失真参数给所述乘法器，所述乘法器将来自切换模块的预失真参数和所述信号放大设备的反馈信号相乘得到校准信号输出。
12、根据权利要求7所述的预失真处理系统，其特征在于，所述系统进一步包括：
平均功率检测及量化模块，用于检测信号放大设备输入信号的平均功率并量化为功率量化信号；
温度检测及量化模块，用于检测信号放大设备的工作温度并量化为温度量化信号；
预失真模型存储器，用于存储所述提取出的预失真模型单元参数，接收提取预失真模型单元参数时所述平均功率检测及量化模块和温度检测及量化模块输出的功率量化信号和温度量化信号，以所述功率量化信号和温度量化信号作为对应提取的预失真模型单元参数的存储地址信息。
13、根据权利要求12所述的预失真处理系统，其特征在于，所述预失真模型选择单元进一步与所述预失真模型存储器连接，用于根据当前的信号放大设备输入信号的平均功率和信号放大设备的工作温度从所述预失真存储器中查找对应的预失真模型单元参数，并更新到所述预失真处理装置中。
14、一种利用权利要求1所述的预失真模型装置对信号进行预失真处理的方法，其特征在于，
A、利用信号放大设备的主通路输入信号和反馈通路信号从所述预失真模型装置中提取预失真模型单元；
B、将所提取的预失真模型单元接入到信号放大设备的主通路，利用所提取的预失真模型单元输出的预失真参数对所述主通路输入信号进行预失真处理，将处理得到的预失真信号输入到信号放大设备。
15、根据权利要求14所述的预失真处理方法，其特征在于，所述步骤A具体为：
a1、将预失真模型装置中的各个预失真模型单元设置为通路状态；
a2、调整一个分支上的具体预失真模型单元的参数，将所述主通路输入信号输入到所述分支的预失真模型单元中进行处理，将输出的预失真参数与反馈通路信号相乘得到校准信号，计算该校准信号的带外发射功率比ACLRY，计算主通路输入信号的带外发射功率比ACLRX，计算ACLRY与ACLRX的差值e(n)；
a3、判断e(n)是否为最小，是则执行步骤a4，否则返回步骤a2；
a4、提取当前的预失真模型单元的参数。
16、根据权利要求15所述的预失真处理方法，其特征在于，所述方法在步骤a1和步骤a2之间进一步包括：
a1’、判断信号放大设备的带外发射功率是否符合要求，如果符合，则重复执行本步骤a1’，否则执行步骤a2。
17、根据权利要求14所述的预失真处理方法，其特征在于，所述方法进一步包括：
C、判断信号放大设备的带外发射功率是否符合要求，在不符合时，重新利用信号放大设备的主通路输入信号和反馈通路信号提取下一分支的预失真模型单元，并将提取到的预失真模型单元与已经接入到信号放大设备主通路的预失真模型单元进行级联，利用级联后预失真模型单元输出的预失真参数对所述主通路输入信号进行预失真处理，将处理后的信号输入到信号放大设备，重复执行步骤C。
18、根据权利要求17所述的预失真处理方法，其特征在于，
步骤C中，信号放大设备的带外发射功率符合要求时，进一步包括：
c1、记录信号放大设备反馈信号的带外发射指标；
c2、实时监测信号放大设备反馈信号的带外发射指标与所记录的带外发射指标相比是否符合要求，如果符合则重新执行步骤c2，否则执行步骤c3；
c3、重新提取至少一个分支的预失真模型单元，用重新提取的预失真模型单元更新主信号通路中对应分支的预失真模型单元，返回步骤c1。
19、根据权利要求18所述的预失真处理方法，其特征在于，所述方法进一步包括：当提取预失真模型时，检测信号放大设备的平均功率和工作温度，对应存储所提取的预失真模型单元以及检测到的平均功率和工作温度；
步骤c2中，如果信号放大设备反馈信号的带外发射指标与所记录的带外发射指标相比不符合要求时，进一步执行以下步骤：
根据信号放大设备当前的平均功率和工作温度查找所存储的预失真模型单元，如果查找到，则将查找到的预失真模型单元接入到主信号通路，返回步骤c2；如果查找不到，则执行步骤c3。
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