CN103368505A - 一种改进的功放查找表预失真方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种改进的功放查找表预失真方法。该方法假设输入信号是平稳随机信号，输入信号的统计特性分布便是确定并已知的。在输入信号进入功放之前，先通过一个与功放非线性特性相反的查找表对输入信号进行预失真处理，然后再将预失真之后的预失真信号送入功放，使整个级联系统表现为线性的。而该查找表的构建，就是根据本发明所提出的，利用输入信号统计特性分布与各区间信号的非线性程度来对查找表分段均匀分配单元。
Description
技术领域
本发明涉及功率放大器的预失真技术，特别涉及了基于查找表的功放基带数字预失真技术。
背景技术
无线通信在今天的世界中已经无处不在，是我们每个人生活中不可或缺的一部分。随着现代科技的不断发展与进步，射频前端原件如混频器、功率放大器（PA）、低噪放大器等都已经被集成至一个收发器中，但其中对系统影响最大的还是功率放大器。功率放大器作为通信系统中必不可少的器件之一，它的作用是将调制信号放大至一定功率，然后在前端通过天线有效地发射出去。功放总是表现出非线性特性，且功放总是在达到非线性区或近饱和区时，才能达到最大的功率效率。对于以前的通信技术而言，信号的传输速率通常比较低，而且大都采用了恒包络的调制技术，对功放的线性度要求不是很高。因此，功放可以工作于非线性区或近饱和区，以达到较高的功率效率。但随着通信技术的不断演变与发展，由于无线用户数量不断增加，频谱资源的严重短缺，越来越多的非恒包络调制技术如正交幅度调制，OFDM等被采用。虽然它们的应用可以达到更高的频谱效率，但是非恒包络调制技术所产生的高峰均比（PAPR）信号却对传输信道、特别是功放的非线性非常敏感。这些非恒包络调制信号经过非线性的功放时，会同时产生带内失真和带外失真。因此，在没有其他技术应用的前提下，功放的高功率效率和高线性度下的较好的系统性能便成为不可调和的矛盾，需要在它们之间作以折中考虑。
预失真法是指在非线性功放之前加上一个与功放非线性特性相反的预失真电路，来补偿功放的非线性失真。即先将输入信号通过一个非线性器件（预失真器），然后再进入功放进行放大并输出，从而使整个系统表现出线性特征。由于基带信号的频率较低，我们一般都先将基带信号转换为数字信号之后再进行处理，所以它又被称为数字预失真。与射频预失真相比而言，虽然数字预失真系统同样具有复杂的设备，但是它却能在易于被控制的数字域内进行信号处理，特别是现代数字信号处理技术的发展，也为数字基带预失真提供了便利。
查找表的地址索引可以分为两种：均匀量化和非均匀量化。均匀量化是指仅仅在查找表初始化阶段对输入信号幅度进行均匀量化来作为查找表的索引指针，把功放的增益预调整值作为指针对应内容来存储于查找表中。
不过均匀索引的实现过程相对简单，但它却忽略了两个重要的方面，即输入信号的统计特性与各区间信号非线性程度。常见的非均匀索引如功率索引、μ率法索引及最优法索引等。它们虽然考虑到了信号各区间非线性程度的不同，但依然忽略了输入信号的统计特性。虽然已经出现了考虑到输入信号统计特性的非均匀查找表的方法。但事实上，虽然输入信号在大信号时的失真更大，但是相当多的输入信号中，大信号出现的概率并不大，反而失真较小的中小信号出现的概率要大的多。因此，综合考虑到输入信号统计特性与功放的非线性特性，提出一种改进的查找表构建方式的优化方法。
发明内容
本发明的主要目的是针对传统的查找表的均匀地址索引以及未考虑到系统状态信息与功放失真特性的非均匀地址索引方式的不足之处，提出的一种改进的功放查找表预失真方法。
本发明的目的通过如下技术方案实现：
一种改进的功放查找表预失真方法，设输入信号是平稳随机信号，输入信号的统计特性分布是确定并已知的，在预失真模块中将输入信号在输入信号变化范围内由小到大均匀分为十段，每一段即为一个区间，计算出输入信号落入每一个区间的概率，再表征出每个区间的输入信号通过功放时的非线性失真程度；根据输入信号落入每一个区间的频率和每个区间的输入信号通过功放时的非线性失真程度，计算出每个区间中需要分配的查找表单元数，然后对查找表进行构建。
上述的，一种改进的功放查找表预失真方法，包括以下步骤：
步骤（1）：在输入信号的幅度变化范围内，在预失真模块中将输入信号幅度由小到大分为十段，每一段即为一个区间，计算出输入信号落入每个区间的次数，进而计算出每个区间中输入信号出现的概率；根据所用的功放的非线性特性，表征出输入信号在每一个区间内的非线性失真因子；
步骤（2）：根据每个区间输入信号出现的概率与非线性失真因子，计算出查找表的每个区间应该分配的单元数；
步骤（3）：将非线性功放的输入和输出提取出来，然后将输入特性和对应的除以增益后的输出特性分别作为查找表的输出和输入，以构建出预失真的查找表。
上述方法中，在构建查找表时并不是简单的对查找表均匀分配单元，亦不是按某固定公式来分配，而是根据输入信号统计特性和功放非线性的不同来确定查找表，这样做的优点是充分利用了系统已知的信息，来使得系统总的量化误差更小，从而提升系统性能。
上述的改进的功放查找表预失真方法中，步骤（3）中在计算出输入信号落入每一个区间的概率Pi和每个区间信号的非线性失真程度因子Di后，根据正比于Pi和Di乘积的值，确定每个区间的查找表表项数Ni；每一个区间的查找表表项数Ni=K*Pi*Di*NE，i=1,2,…,10，其中K=1/ ∑(Pi*Di)为常数，NE为均匀量化时查找表的表项数。
与现有技术相比，本发明有如下优点和有益效果：
（1） 更小的系统量化误差：根据实际输入信号的统计特性及非线性度，在信号多、失真大的位置给查找表分配了更多的单元，因此总的系统量化误差就更小。
（2） 更低的邻道功率比： 由于误差的减小，得到的系统输出失真度就更小。因此信号经过功放时产生的谐波分量和互调失真也就减小，带外频谱再生得到了更好的抑制，邻道功率比更低。
附图说明
图1是查找表预失真的原理图。
图2是查找表预失真中查找表的构建流程图。
图3是输入信号幅度的统计特性分布。
图4是功放的非线性失真特性。
图5是实施方式中所用的查找表表项分配方法。
图6是本专利方法所构建的查找表。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明，但本发明要求保护的范围并不局限于实施方式表述的范围。
所用输入信号为经过16QAM调制的WCDMA信号。如图1所示，输入信号在首先经过一个取模值得到输入信号幅度的过程之后，进入查找表对输入信号进行预失真，该查找表的输入输出特性与之后的功放输入输出特性相反，它是通过对后面功放的输入输出反转来得到。在得到预失真信号之后，再将预失真信号送入功放，来对信号进行放大。这样整个系统就表现为线性的。 本发明的重点是如图2所示的针对图1中的查找表的构建过程。首先对于给定的输入信号，可以由预失真模块统计出输入信号的幅度分布概率。再结合输入信号经过功放时的非线性度，根据公式计算出每一个区间所分配的单元数。本方法的实质就是构建一个非均匀量化的分段均匀查找表。
具体实施包括如下步骤：
步骤（1）：在输入WCDMA信号的幅度变化范围内，由预失真模块将输入信号幅度由小到大分为十段，每一段即为一个区间，计算出输入信号落入每个区间的次数，如图3所示，进而计算出每个区间中输入信号出现的概率；根据所用的功放的非线性特性，如图4所示，表征出输入信号在每一个区间内的非线性失真因子。由于尚未找到一个合适的函数来表征出输入信号在每一个区间内的非线性失真因子，非线性失真因子的设置仅为自行调整，只要满足一个原则就可以：失真越严重，失真因子越大。因此，根据图4，给出了每一段的非线性失真因子分别为0.6, 0.6, 0.6, 0.7, 0.8, 0.9, 1.0, 2, 5, 6.5。即以1为基准，非线性失真因子在失真度较小的小信号区域适当降低，在失真度较大的大信号区域适当提高。
步骤（2）：根据每个区间输入信号出现的概率与非线性失真因子，根据公式Ni=K*Pi*Di*NE计算出查找表的每个区间应该分配的单元数Ni，如图5所示，这里K=1/ ∑(Pi*Di) =1.093，K的取值是保证经非线性失真因子调整后的查找表总的单元数保持不变，NE=920为均匀量化时查找表的表项数。例如N1=1.093*0.0275*0.6*920=16.59174≈17。
步骤（3）：根据步骤（2）中计算出的各区间分配的单元数，构建出查找表，如图6所示。该查找表共有920个单元，它的输出列的值从0.0017到0.2623单调递增，在最小值0.0017至最大值0.2623均匀分成的十个区间里，每个区间再根据图5中所计算出的各区间分配单元数平均分布单元，来得到查找表的输出列。查找表输入列中的920个单元，分别由对应的查找表输出列中的数值作为功放输入时的输出值除以功放增益所得到。
采用改进方法要比原来的均匀索引方法的第一邻道功率比低3dB左右，说明该方法在抑制带外频谱扩展的性能上要更好一些。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步的详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并非用以限定本发明的范围，任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所做出的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。
Claims (4)
1.一种改进的功放查找表预失真方法，其特征在于设输入信号是平稳随机信号，输入信号的统计特性分布是确定并已知的，在预失真模块中将输入信号在输入信号变化范围内由小到大均匀分为十段，每一段即为一个区间，计算出输入信号落入每一个区间的概率，再表征出每个区间的输入信号通过功放时的非线性失真程度；根据输入信号落入每一个区间的频率和每个区间的输入信号通过功放时的非线性失真程度，计算出每个区间中需要分配的查找表单元数，然后对查找表进行构建。
2.根据权利要求1所述的一种改进的功放查找表预失真方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤（1）：在输入信号的幅度变化范围内，在预失真模块中将输入信号幅度由小到大分为十段，每一段即为一个区间，计算出输入信号落入每个区间的次数，进而计算出每个区间中输入信号出现的概率；根据所用的功放的非线性特性，表征出输入信号在每一个区间内的非线性失真因子；
步骤（2）：根据每个区间输入信号出现的概率与非线性失真因子，计算出查找表的每个区间应该分配的单元数；
步骤（3）：将非线性功放的输入和输出提取出来，然后将输入特性和对应的除以增益后的输出特性分别作为查找表的输出和输入，以构建出预失真的查找表。
3.根据权利要求2所述的改进的功放查找表预失真方法，其特征在于在构建查找表时并不是简单的对查找表均匀分配单元，亦不是按某固定公式来分配，而是根据输入信号统计特性和功放非线性的不同来确定查找表。
4.根据权利要求2所述的改进的功放查找表预失真方法，其特征在于步骤（3）中在计算出输入信号落入每一个区间的概率Pi和每个区间信号的非线性失真程度因子Di后，根据正比于Pi和Di乘积的值，确定每个区间的查找表表项数Ni；每一个区间的查找表表项数Ni=K*Pi*Di*NE，i=1,2,…,10，其中K=1/ ∑(Pi*Di)为常数，NE为均匀量化时查找表的表项数。
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