CN101741787B - 一种预失真快速收敛的训练数据采集方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种预失真快速收敛的训练数据采集方法和系统,根据当前输入数据的瞬时功率及其功率等级优先级判断是否符合启动预失真训练数据采集条件,如果符合,该输入数据称为启动点,启动预失真训练数据采集,配置延时滑窗参数,采集启动点之前含启动点的M个数据和启动点之后的N-M个数据并保存作为训练数据,所述N为滑窗宽度,采集训练数据后,还查找训练数据中的最大瞬时功率更新为历史峰值功率。本发明所述方法,训练数据收敛快,预失真补偿性能好。
Description
技术领域
本发明涉及无线通信领域中的一种数字预失真处理技术,尤其涉及一种记忆多项式预失真模型中预失真训练数据采集方法及系统。
背景技术
目前,功率放大器广泛应用于无线通信系统领域,但功放由于其自身的物理特性决定了它对输入信号具有非线性失真特性。为了得到线性放大的输出信号,就必须对功放的输入信号进行非线性补偿,目前最常用的技术就是数字预失真技术。
数字预失真的记忆多项式模型表示如下式(1):
其中y(n)为预失真训练模型的当前输出,z(n-q)表示预失真训练模型的第q个历史输入,也即是功放的第q个历史输出;依据上面的公式,描述功放特性的矩阵bkq的生成完全依赖于预失真训练模型的输入和输出数据——预失真训练数据,即在其他条件(K、Q)给定的情况下,预失真训练数据的好坏完全决定了预失真训练模型补偿真实功放非线性特性的程度。功放特性曲线的特点是,输入信号越大,功放的非线性失真就越厉害;因此对于给定的一定幅度范围内的输入,要想很好的补偿功放的非线性失真,就必须尽量将输入信号的峰值加入到预失真训练数据中。
实现数字预失真技术通常采用的是FPGA+DSP的方式;在现有的技术中,DSP根据当前预失真训练情况决定FPGA是否需要采集新的训练数据供DSP重新计算生成新的训练矩阵;这种方法的缺点在于,DSP要求FPGA采集新的训练数据的时间具有随机性,新生成的训练数据不一定就比旧的训练数据更能逼近功放的真实特性,预失真训练数据不收敛,因此就会呈现出数字预失真性能的波动特性,系统不稳定;而且,这种随机捕获的训练数据包含峰值输入数据的几率比较小,整体预失真的性能也不理想。
另一种改进的方法是由FPGA来自主判断采集新的训练数据的时间,该方法是由FPGA判断当前训练模型输入功率是否大于历史峰值功率,如果满足条件则立即更新历史峰值功率为新值,同时采用直接滑窗方法将滑窗内的训练数据送给DSP进行训练矩阵的生成;此种方法能有效收敛预失真训练数据,但采用立即更新峰值的方法会使收敛时间比较长,而且直接滑窗法也不能较有效的包含更多的引起非线性失真的预失真训练数据,造成整体预失真性能受到一定的影响。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种预失真快速收敛的训练数据采集方法及系统,提高预失真数据的收敛速度和预失真性能。
为了解决上述技术问题,本发明提供了一种预失真快速收敛的训练数据采集方法,根据当前输入数据判断是否符合启动预失真训练数据采集条件,如果符合,该输入数据称为启动点,启动预失真训练数据采集,配置延时滑窗参数,采集启动点之前含启动点的M个数据和启动点之后的N-M个数据并保存作为训练数据,所述N为滑窗宽度。
进一步地,上述方法还可具有以下特点,计算当前输入数据的瞬时功率,如果当前输入数据的瞬时功率大于历史峰值功率则符合启动预失真训练数据采集条件,所述历史峰值功率是前一次训练数据采集中保存的一功率值,首次训练数据采集时,历史峰值功率为系统设置的初始峰值功率。
进一步地,上述方法还可具有以下特点,计算当前输入数据的瞬时功率,获取该瞬时功率对应的当前的功率等级优先级,如果当前的功率等级优先级大于历史峰值功率对应的历史功率等级优先级,或者当前的功率等级优先级等于历史功率等级优先级且当前输入数据的瞬时功率大于历史峰值功率,则符合启动预失真训练数据采集条件,所述历史峰值功率是前一次训练数据采集中保存的一功率值,首次训练数据采集时,历史峰值功率为系统设置的初始峰值功率。
进一步地,上述方法还可具有以下特点,每次采集训练数据后,获取所述训练数据中最大的瞬时功率,将此瞬时功率更新为历史峰值功率。
进一步地,上述方法还可具有以下特点,所述当前输入数据是经削峰处理后的前向中频IQ数据或者反向反馈中频IQ数据,所述采集的训练数据包含N个前向中频IQ数据和N个反向反馈中频IQ数据。
进一步地,上述方法还可具有以下特点,所述延时滑窗参数使用下式计算,
其中,N为滑窗宽度,Pinst为启动点的瞬时功率,paraml为延时滑窗调节参数,取值为,其中Pmax表示当前系统最大瞬时功率,Pinit是配置的初始峰值功率, param2为初始峰值功率调整参数,PAR为当前系统中削峰后的IQ数据的峰均比。
本发明还提供一种预失真快速收敛的训练数据采集系统,包含依次相连的削峰处理模块,预失真处理模块、数字模拟转换模块,非线性功率放大器,模拟数字转换模块,还包含与预失真处理模块相连的数字信号处理模块,还包含:
与数字信号处理模块、削峰处理模块和数字信号处理模块相连的预失真训练数据采集模块,用于接收来自削峰处理模块的削峰后的前向IQ数据和来自模拟数字转换模块的反馈IQ数据,根据所述前向IQ数据或反馈IQ数据判断是否符合启动预失真训练数据采集条件,如果符合,该数据称为启动点,启动预失真训练数据采集,配置延时滑窗参数M,采集启动点之前含启动点的M个前向IQ数据和反馈IQ数据和启动点之后的N-M个前向IQ数据和反馈IQ数据并保存作为训练数据发送给所述数字信号处理模块,所述N为滑窗宽度。
进一步地,上述方法还可具有以下特点,所述预失真训练数据采集模块还包含预失真训练数据采集启动单元,用于接收数字信号处理模块发送的当前的功率等级优先级,在当前的功率等级优先级大于历史功率等级优先级,或者当前的功率等级优先级等于历史功率等级优先级且输入的前向IQ数据或者反馈IQ数据的瞬时功率大于历史峰值功率时,判断符合启动预失真训练数据采集条件,启动预失真训练数据采集,所述历史峰值功率是前一次训练数据采集中保存的一功率值,首次训练数据采集时,历史峰值功率为系统设置的初始峰值功率。
进一步地,上述方法还可具有以下特点,所述预失真训练数据采集模块还包含峰值更新单元,用于在采集训练数据后,获取所述训练数据中最大的瞬时功率,将此瞬时功率更新为历史峰值功率。
进一步地,上述方法还可具有以下特点,所述延时滑窗参数使用下式计算,
其中,N为滑窗宽度,Pinst为启动点的瞬时功率,paraml为延时滑窗调节参数,取值为,其中Pmax表示当前系统最大瞬时功率,Pinit是配置的初始峰值功率, param2为初始峰值功率调整参数,PAR为当前系统中削峰后的IQ数据的峰均比。
采用本发明所述方法,与现有技术相比,i)预失真系统到达稳定只需大约1分钟,大大少于原有技术的5分钟;减少了数字预失真系统到达稳定的时间,更好地满足移动通信基站初始化时间要求;ii)数字预失真性能的邻道泄漏功率比ACLR(Adjacent Channel Leakage power Ratio)提高了0.5~2db;iii)减小了DSP的运算量,节约了功耗。
附图说明
图1是本发明预失真快速收敛的训练数据采集系统结构框图;
图2是本发明预失真快速收敛的训练数据采集具体实施流程图;
图3是延时滑窗和直接滑窗生成的训练数据对比图;
图4是功率最大值更新和功率立即更新方法更新的不同峰值功率对比图。
具体实施方式
图1公开了本发明实现预失真快速收敛的训练数据采集方法的系统结构框图,其中包括:削峰处理模块101、预失真处理模块102、数字模拟转换器103、非线性功率放大器104、耦合器105、数字信号处理器106、模拟数字转换器107和预失真训练数据采集模块110。
图1中各模块间的连接方式及功能如下:
削峰处理模块101将接收来的中频IQ数据经过特定的削峰算法进行削峰处理后,发送给预失真处理模块102进行功率非线性补偿,经过补偿后的中频IQ数据发送给数字模拟转换器DAC(Digital Analog Converter)103,DAC103将中频IQ数据转换为模拟中频信号,该模拟中频信号经过频谱搬移至射频后送给非线性功率放大器PA(Power Amplifier)104进行功率放大,并最终由天线输出。
反馈通路则是由耦合器105耦合非线性功率放大器104的输出信号,经频谱搬移至中频后由模拟数字转换器ADC(Analog Digital Converter)107将模拟中频信号转换为中频IQ数据,ADC107输出的中频IQ数据送入预失真训练数据采集模块。
预失真训练数据采集模块110,分别接收前向通道削峰后的中频IQ数据(即接收削峰处理模块101输出的中频IQ数据,也称为前向IQ数据)、反向通道从非线性功率放大器104耦合回来的中频IQ数据(即模拟数字转换器107输出的中频IQ数据,也称为反馈IQ数据)和数字信号处理器DSP(DigitalSignal Processor)106下发的功率等级优先级;
预失真训练数据采集模块110可以选择前向IQ数据或是反馈IQ数据作为计算瞬时功率的数据源,选定其中一种数据后则计算当前的瞬时功率值,根据该瞬时功率值和从DSP106接收的功率等级优先级判定当前是否满足启动训练数据采集条件,如果满足条件则当前的输入数据称为启动点,启动训练数据采集,否则继续判定下一个数据是否满足启动训练数据采集条件;
其中,通过如下方式判定当前是否满足启动训练数据采集条件:
如果当前的功率等级优先级大于历史功率等级优先级,或者当前的功率等级优先级等于历史功率等级优先级且当前的瞬时功率大于历史峰值功率,则满足启动训练数据采集条件,否则,不满足。
其中,历史峰值功率是前一次训练数据采集中保存的一功率值,首次训练数据采集时,历史峰值功率为系统设置的初始峰值功率。在每次采集训练数据后,更新历史峰值功率,具体更新方法见后。
功率等级优先级是指:将所有的输入的瞬时功率划分为若干个等级,例如等级0代表功率值p1~p2,等级1代表功率值p2~p3,等等;然后再赋予每一个功率等级一个优先级,例如功率等级0被赋予了优先级level3,功率等级1被赋予了优先级level2,等等;各功率等级的优先级可以根据需要进行改变。历史功率等级优先级是指历史峰值功率对应的功率等级优先级。
启动训练数据采集后,依据当前的瞬时功率值计算延时滑窗参数M,并在累计采集完N个数据后结束预失真训练数据采集,M为延时滑窗的第一点和满足启动数据采集条件点间的距离,N为延时滑窗窗口宽度,由当前的通信系统决定;
数据采集完成后以当前延时滑窗内的最大瞬时功率值更新为历史峰值功率,并将采集到的前向IQ数据和反馈IQ数据一起送给DSP106进行功放特性矩阵bkq的计算。
DSP106将功放特性矩阵bkq通过维纳(Winner)线性化方法生成FPGA可用的查找表LUT(Look Up Table)送给预失真处理模块102进行计算。
预失真训练数据采集模块进一步包含预失真训练数据采集启动单元、数据采集单元,峰值更新单元,其中,
预失真训练数据采集启动单元,用于判断是否符合启动预失真训练数据采集条件,所述预失真训练数据采集启动单元接收数字信号处理模块发送的当前的功率等级优先级,在当前的功率等级优先级大于历史功率等级优先级,或者当前的功率等级优先级等于历史功率等级优先级且输入的前向IQ数据或者反馈IQ数据的瞬时功率大于历史峰值功率时,判断符合启动预失真训练数据采集条件,启动预失真训练数据采集;
数据采集单元,用于采集滑窗内的前向IQ数据和反向反馈IQ数据各N点并保存作为训练数据,将该训练数据送入DSP中进行新的训练矩阵(功放特性矩阵)的生成;
峰值更新单元,用于在采集训练数据后,获取所述训练数据中最大的瞬时功率,将此瞬时功率更新为历史峰值功率。
图2公开了本发明实现预失真训练数据采集方法的流程图,其中包括:瞬时功率计算过程、功率等级优先级及瞬时功率比较过程、延时滑窗过程、峰值更新过程、预失真训练数据生成过程。
以TD-SCDMA(时分同步码分多址)系统为例,采用前向削峰后的IQ数据作为计算瞬时功率的数据源,也可以使用反馈IQ数据作为计算瞬时功率的数据源,其实现预失真快速收敛的训练数据采集流程如下:
步骤201,计算当前输入数据的瞬时功率,进入步骤202;
具体计算方法可以采用坐标旋转数字计算CORDIC(COordinate RotationDIgital computer)算法。
步骤202,从DSP106获取当前功率等级优先级,根据步骤201中获得的瞬时功率,将当前功率等级优先级和历史功率等级优先级,当前瞬时功率和历史峰值功率进行比较,如果当前功率等级优先级高于历史功率等级优先级(即历史峰值功率所处的功率等级优先级),则认为已经满足了启动预失真训练数据采集的条件,进入步骤203;如果当前功率等级优先级与历史功率等级优先级相等,且当前瞬时功率高于历史峰值功率,则也认为已经满足了启动预失真训练数据采集的条件,进入步骤203;否则认为不满足启动预失真训练数据采集的条件,返回步骤201;
步骤203,启动延时滑窗过程,配置延时滑窗延时参数,启动延时滑窗过程,预失真训练数据采集模块获取滑窗内的数据,向数字信号处理器DSP发送数据采集触发信号;
在TD-SCDMA系统中,依据TD数据的特点,取延时滑窗宽度N为6000,数据宽度为16bit,经过削峰后的IQ数据的峰均比PAR(Peak Average Ratio)为7db;
延时滑窗过程的延时滑窗参数M的计算可由式(2)获得:
式(2)中Pinst表示步骤201中计算得到的瞬时功率,Pinit表示初始峰值功率,param1为延时滑窗调节参数,取值为,其中Pmax表示当前系统最大瞬时功率,Pmax是在定义系统设计需求时就给定的,给定后不变,不同的系统可以有不同的Pmax。
Pinit是系统初始化时给的一个参考功率,也可以算做是第一个历史峰值功率,其计算可由式(3)获得:
式(3)中的param2为初始峰值功率调整参数,通常取值为‘1’;
PAR是经过削峰后的IQ数据的峰均比,TD-SCDMA系统为7db;Pinit的功率一般是在调试过程中通过调整param2找到的一个最佳值,一旦找到后就保持不变,为一个确定的值;且不同的系统可能会有不同的Pinit。
其中,延时滑窗参数的计算不限于上式(2),具体延时滑窗值也可以根据上式(2)的值进行调整后得到,另外,其他计算延时滑窗参数的方法,只要能包含到更多的会引起非线性失真的输入数据,均包含在本发明之内。
将步骤202的启动点(即判断开始启动预失真训练数据采集的数据点)之前的M个前向(含启动点)和反馈数据以及启动点之后的(N-M)个前向和反馈数据保存;
步骤204,寻找整个滑窗内的瞬时功率最大值,并在延时滑窗结束后将该瞬时功率最大值更新为新的历史峰值功率,其中,初始历史峰值功率为Pinit。
步骤205,DSP106收到数据采集触发信号后,采集步骤203中保存的前向IQ数据和反馈IQ数据各N个IQ数据;DSP106采集完所有数据后进入步骤201。
在步骤205中,如果DSP106长时间(例如10分钟)没有收到预失真训练数据采集过程送来的数据采集触发信号,则修改功率等级优先级进入下一次循环,即重新获取输入数据,判断是否进行预失真训练数据采集。
图3示出了本发明采用延时滑窗和现有直接滑窗所生成的预失真训练数据的对比。图3中的P31点是预失真训练数据采集模块110所监测到的符合启动预失真训练数据采集条件的点,而该点之前的M点延时则是根据P31点的功率进行计算获得的,也即M是随着P31点的功率大小变化的;使用图3的这种延时滑窗可以使进入DSP106用于计算功放特性矩阵及查找表的预失真训练数据包含更多的会引起功放非线性失真的输入数据,从而可以更好的补偿功放的非线性失真特性曲线;相比较于现有直接滑窗方式,延时滑窗可以提高数字预失真性能的ACLR 0.5~2db。
图4示出的是本发明功率最大值更新和现有功率立即更新方法更新的不同峰值功率对比。图4中的P41点是预失真训练数据采集模块110所监测到的符合启动预失真训练数据采集条件的点,而P42点则是在延时滑窗内的功率最大值点;按照现有功率立即更新法每次都将会把P41点的功率作为新的历史峰值功率参与下一次的预失真训练数据捕获过程,而P41点的功率仅比历史峰值功率大一点,因此为了最终能够收敛预失真训练数据(指输入数据中的最大值已经加入到预失真训练数据中)就需要很多次的预失真训练过程以及很多次的峰值功率更新,收敛非常慢;而采用本发明中的功率最大值更新法,则能使更新的峰值功率呈现阶跃式的上升,从而快速收敛预失真训练数据。在实际实验中,采用本发明的功率最大值更新法,可以使预失真在大约1分钟后稳定,而采用现有功率立即更新法则需要5分钟才到达稳定。
本发明还存在一些变形,比如采取现有直接滑窗的方法获取训练数据,但使用功率最大值更新方法更新历史峰值功率,即使用滑窗内的瞬时功率最大值更新历史峰值功率;还可以采用延时滑窗的方法获取训练数据,但使用现有的功率立即更新法更新历史峰值功率,等等。另外,本发明中,也可以不使用功率等级优先级,直接根据当前瞬时功率和历史峰值功率进行判断,当前瞬时功率大于历史峰值功率时,启动训练数据采集,当历史峰值功率达到最大值后,直接修改历史峰值功率,重新启动训练数据采集。
本发明所述方法采用延时滑窗和功率最大值更新技术,可以克服现有技术中预失真训练数据不收敛或收敛慢的问题,最大化地将引起非线性失真的输入数据加入到预失真训练数据中,补偿功放的非线性特性。
Claims (9)
1.一种预失真快速收敛的训练数据采集方法,其特征在于,
根据当前输入数据判断是否符合启动预失真训练数据采集条件,如果符合,该输入数据称为启动点,启动预失真训练数据采集,配置延时滑窗参数M,M为延时滑窗的第一点和满足启动数据采集条件点间的距离,采集启动点之前含启动点的M个数据和启动点之后的N-M个数据并保存作为训练数据,所述N为滑窗宽度;
其中,通过如下方式判定当前是否满足启动训练数据采集条件:
如果当前输入数据的瞬时功率大于历史峰值功率则符合启动预失真训练数据采集条件,所述历史峰值功率是前一次训练数据采集中保存的一功率值,首次训练数据采集时,历史峰值功率为系统设置的初始峰值功率。
2.如权利要求1所述的方法,其特征在于,还可以通过如下方式判定当前是否满足启动训练数据采集条件:
计算当前输入数据的瞬时功率,获取该瞬时功率对应的当前的功率等级优先级,如果当前的功率等级优先级大于历史峰值功率对应的历史功率等级优先级,或者当前的功率等级优先级等于历史功率等级优先级且当前输入数据的瞬时功率大于历史峰值功率,则符合启动预失真训练数据采集条件,所述历史峰值功率是前一次训练数据采集中保存的一功率值,首次训练数据采集时,历史峰值功率为系统设置的初始峰值功率。
3.如权利要求1或2所述的方法,其特征在于,每次采集训练数据后,获取所述训练数据中最大的瞬时功率,将此瞬时功率更新为历史峰值功率。
4.如权利要求1或2所述的方法,其特征在于,所述当前输入数据是经削峰处理后的前向中频IQ数据或者反向反馈中频IQ数据,所述采集的训练数据包含N个前向中频IQ数据和N个反向反馈中频IQ数据。
6.一种预失真快速收敛的训练数据采集系统,包含依次相连的削峰处理模块,预失真处理模块、数字模拟转换模块,非线性功率放大器,模拟数字转换模块,还包含与预失真处理模块相连的数字信号处理模块和耦合器,其特征在于,还包含:
与数字信号处理模块、削峰处理模块和数字信号处理模块相连的预失真训练数据采集模块,用于接收来自削峰处理模决的削峰后的前向IQ数据和来自模拟数字转换模块的反馈IQ数据,根据所述前向IQ数据或反馈IQ数据判断是否符合启动预失真训练数据采集条件,如果符合,该数据称为启动点,启动预失真训练数据采集,配置延时滑窗参数M,M为延时滑窗的第一点和满足启动数据采集条件点间的距离,采集启动点之前含启动点的M个前向IQ数据和反馈IQ数据和启动点之后的N-M个前向IQ数据和反馈IQ数据并保存作为训练数据发送给所述数字信号处理模块,所述N为滑窗宽度;
其中,通过如下方式判定当前是否满足启动训练数据采集条件:
如果当前输入数据的瞬时功率大于历史峰值功率则符合启动预失真训练数据采集条件,所述历史峰值功率是前一次训练数据采集中保存的一功率值,首次训练数据采集时,历史峰值功率为系统设置的初始峰值功率。
7.如权利要求6所述的系统,其特征在于,还可以通过如下方式判定当前是否满足启动训练数据采集条件:
所述预失真训练数据采集模块还包含预失真训练数据采集启动单元,用于接收数字信号处理模块发送的当前的功率等级优先级,在当前的功率等级优先级大于历史功率等级优先级,或者当前的功率等级优先级等于历史功率等级优先级且输入的前向IQ数据或者反馈IQ数据的瞬时功率大于历史峰值功率时,判断符合启动预失真训练数据采集条件,启动预失真训练数据采集,所述历史峰值功率是前一次训练数据采集中保存的一功率值,首次训练数据采集时,历史峰值功率为系统设置的初始峰值功率。
8.如权利要求7所述的系统,其特征在于,所述预失真训练数据采集模块还包含峰值更新单元,用于在采集训练数据后,获取所述训练数据中最大的瞬时功率,将此瞬时功率更新为历史峰值功率。
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PB01 | Publication | ||
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