CN103491040B - 一种数字基带自适应预失真系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及宽带数字通信系统发射端功率放大器的线性化技术，特别涉及一种数字基带自适应预失真系统和方法。本发明一种数字基带自适应预失真系统，包括前向通道、反馈通道、同步模块和控制模块；通过使用由定时调整环路是否收敛判定模块、下一时刻幅度是否满足要求判定模块和下一时刻相位是否满足要求判定模块三者构成的控制模块，同时三个模块采用相应的判定方法，控制是否进行幅度误差的计算和相位误差的计算，以及控制幅度查询表和相位查询表是否更新，使得系统输入的功率谱接近基带信号和反馈信号理想同步时预失真的功率谱性能。本发明改善了功放输出信号功率谱，并降低自适应预失真系统运作时的硬件开销和功耗。

Description

一种数字基带自适应预失真系统和方法

技术领域

本发明涉及宽带数字通信系统发射端功率放大器的线性化技术，特别是一种数字基带自适应预失真系统和方法。

背景技术

基于查询表的数字基带自适应预失真技术是目前公认的有巨大应用潜力的功率放大器线性化技术。数字基带自适应预失真系统，把输入的数字基带信号进行预失真处理，预失真后的信号，进行功率放大，并经过反馈回路后，获得反馈信号，输入基带信号与反馈信号相减，差值作为误差信号，使用该误差信号和LMS算法，可以自适应地更新预失真系统中查询表的预失真系数。

利用LMS算法进行预失真系数的自适应更新时，需要基带信号与反馈信号完全同步，否则两者的误差信号不能有效地控制预失真系数的更新，从而影响预失真的线性化效果。但由于基带信号和反馈信号所经过的信号处理流程不同，它们之间的时延是必然存在的，所以不同步也是必然存在的。

为了解决不同步问题，目前常用的方法是，估计出基带信号和反馈信号之间的时延，包括整数倍时延和小数倍时延，其中整数倍时延直接用于信号校正，小数倍时延则用于内插算法，内插获得时延校正后的反馈信号，再次估算两个信号间的时延，直到时延估计值收敛为零，才认为两个信号同步。

由于小数倍时延估计是通过最陡下降法估计获得的，估计值是逐渐靠近收敛值的，在进入收敛状态的过程中，误差信号值是很大的。即使估计环路收敛，估计值仍会在零值附近波动，即基带信号和反馈信号不可能达到完全同步(理想同步)，误差信号值仍不会为零。如果误差信号幅值太大，利用该误差信号更新后的预失真系数，不能对基带信号进行有效的预失真，改善系统性能。对于这个问题，目前没有文献或技术关注或者加以解决。例如1997年10月发表在IEEETransactionsoncommunications的WonGiJeon,KyungHiChang,andYongSooCho写的AnAdaptiveDataPredistorterforCompensationofNonlinearDistortioninOFDMSystems，又如2008年12月发表在ICGST-PDCS的AmandeepSinghSappal,ManjitSinghPatterh,SanjaySharma写的DigitalPre-distortionofPowerAmplifiersusinglook-UpTableMethodwithMemoryEffects，都是直接利用误差信号计算下一个时刻的校正值，然后用这个校正值进行查询表的更新。也就是说，这些文献没有对下一个时刻的校正值的范围进行判断，进而决定是否利用它更新查询表。

此外，目前基于查询表的数字基带自适应预失真技术，幅度查询表表项值是预失真校正系数，该系数与输入的基带信号相乘，产生预失真后的幅度值，这样会增加乘法器的开销和相应的运算时间。

基于以上原因，本发明设计一种数字基带自适应预失真系统和方法，采用改进的系统结构和新的预失真查询表更新方法，在基带信号与反馈信号幅度存在不同程度差别的情况下，更有效地控制预失真查询表的更新过程，从而更好地改善功放输出信号功率谱，并降低自适应预失真系统运作时的硬件开销和功耗。

发明内容

本发明的目的在于采用改进的系统结构和新的预失真查询表更新方法，在基带信号与反馈信号幅度存在不同程度差别的情况下，更有效地控制预失真查询表的更新过程，从而更好地改善功放输出信号功率谱，并降低自适应预失真系统运作时的硬件开销和功耗。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种数字基带自适应预失真系统，包括前向通道、反馈通道和同步模块；

所述前向通道包括依次连接的幅度归一化模块、第一直角坐标到极坐标转换模块、幅度量化模块、幅度查询表、极坐标到直角坐标转换模块、数字上变频器、数模转换器、射频上变频器、功率放大器和天线；所述幅度量化模块的输出还连接有相位查询表；所述第一直角坐标到极坐标转换模块的相角输出与相位查询表的输出一起连接到加法器，并与极坐标与直角坐标转换模块连接；

所述反馈通道包括依次连接的衰减耦合器、射频下变频器、模数转换器和数字下变频器；所述反馈通道还包括第二直角坐标到极坐标转换模块，与相位误差计算模块、下一时刻相位计算模块和前向通道的相位查询表依次连接，同时还与幅度误差计算模块、下一时刻幅度计算模块和前向通道的幅度查询表依次连接；

所述同步模块包括整数倍时延估计和校正模块、小数倍时延估计和校正模块；所述小数倍时延估计和校正模块包括内插滤波器、内插控制器、小数倍时延估计模块和环路滤波器，所述内插滤波器、内插控制器、小数倍时延估计模块和环路滤波器构成定时调整环路；所述整数倍时延估计和校正模块依次与小数倍时延估计和校正模块的小数倍时延估计模块、环路滤波器和内插控制器进行连接，并与内插控制器的输出一起连接到内插滤波器；所述整数倍时延估计和校正模块的输入还分别与前向通道的幅度归一化模块的输出和反馈通道的数字下变频模块的输出连接；

其特征在于：所述系统还包括控制模块；

所述前向通道中的幅度查询表的表项值是预失真校正之后的归一化信号幅值；

所述控制模块用于控制是否进行幅度误差的计算和相位误差的计算，以及控制幅度查询表和相位查询表是否更新；

所述控制模块由定时调整环路是否收敛判定模块、下一时刻幅度是否满足要求判定模块和下一时刻相位是否满足要求判定模块组成。

进一步的，所述定时调整环路是否收敛判定模块的输入与环路滤波器的输出连接，用于计算一定持续时间间隔内的环路滤波器输出信号的若干个均方差，且计算前后两次均方差差值的绝对值，并将连续出现的均方差差值与门限值进行比较，从而判断定时调整环路的收敛状态；所述定时调整环路是否收敛判定模块的输出连接到一个开关，作为该开关的控制信号，开关两端分别连接内插滤波器输出和第二直角坐标到极坐标转换模块，控制信号用于决定是否把内插滤波器输出进行坐标转换，以便进一步进行幅度误差和相位误差的计算。

进一步的，所述下一时刻幅度是否满足要求判定模块，是一个比较器，比较器的一个输入信号是下一时刻幅度计算模块的输出，另一个输入信号是设定好的门限；所述下一时刻幅度是否满足要求判定模块的输出连接到一个开关，作为该开关的控制信号，开关两端分别连接下一时刻幅度计算模块的输出和幅度查询表，控制信号用于决定是否把下一时刻幅度写入幅度查询表的相应位置以实现幅度查询表的更新。

进一步的，所述下一时刻相位是否满足要求判定模块，是一个比较器，比较器的一个输入信号是下一时刻相位计算模块的输出，另一个输入信号是设定好的门限；所述下一时刻相位是否满足要求判定模块的输出连接到一个开关，作为该开关的控制信号，开关两端分别连接下一时刻相位计算模块的输出和相位查询表，控制信号用于决定是否把下一时刻相位写入相位查询表的相应位置以实现相位查询表的更新。

进一步的，提出了一种基于本发明数字基带自适应预失真系统自适应预失真方法，所述系统输出信号经衰减耦合后，与输入基带信号一起，经整数倍时延的估计和校正、小数倍时延的估计和校正后，进行幅度查询表更新、相位查询表更新，然后输入基带信号利用新的幅度查询表表项值和相位查询表表项值，进行预失真和前向通道中的处理后，输出信号，其特征在于：

S01：用功率放大器的饱和输入电压对输入数字基带信号进行归一化，如果归一化后的幅度超过1，则归一化后的幅度按1计算；

S02：归一化后的幅度经第一直角坐标到极坐标转换和幅度量化后进行幅度查询表和相位查询表的查询，然后经由前向通道及反向通道处理得到反馈信号；

S03：归一化幅度后的信号与反馈信号经过同步模块以及控制模块的定时调整环路是否收敛判定模块，判断是否对同步模块的内插滤波器输出进行直角坐标到极坐标的转换；

S04：根据控制模块的下一时刻幅度是否满足要求判定模块和下一时刻相位是否满足要求判定模块的输出指示信号，判断是否进行幅度查询表和相位查询表的更新；

S05：在幅度查询表和相位查询表更新的过程中，定时调整环路是否收敛判定模块继续工作，判断是否对下一次及其之后的内插滤波器输出进行直角坐标到极坐标的转换。

进一步的，所述的定时调整环路是否收敛判定模块，判定定时调整环路的收敛状态的流程是：定时调整环路是否收敛判定模块接收环路滤波器输出信号，计算一定持续时间间隔内的环路滤波器输出信号的均方差，连续计算若干个均方差，并计算前后两次均方差差值的绝对值，如果连续出现的均方差差值绝对值小于或等于门限的次数达到设定的数目，则定时误差是否收敛判定模块输出的控制信号从“未收敛”变为“已收敛”，否则仍为“未收敛”；如果连续出现均方差差值绝对值大于门限的次数达到设定的数目，则定时误差是否收敛判定模块输出的控制信号从“已收敛”变为“未收敛”，否则仍为“已收敛”。

进一步的，所述的下一时刻幅度是否满足要求判定模块按照以下的判定方法进行判定：下一时刻幅度如果大于或等于0且小于1，则满足要求，否则不满足要求。

进一步的，所述的下一时刻相位是否满足要求判定模块按照以下的判定方法进行判定：规定了一个A值为当输入为饱和输入电压时，功率放大器产生的相位偏移值，下一时刻相位如果大于或等于－A且小于或等于0，则满足要求，否则不满足要求。

相较于现有技术，本发明具有以下有益效果：

1、本发明采用上述的技术方案，包括通过判断小数倍时延估计是否收敛，确定基带信号和反馈信号信号是否同步，只有同步了，才进行幅度误差和相位误差的计算，在此基础上，进一步的，通过判断下一时刻幅度和下一时刻相位是否满足要求，只有满足要求了，才进行幅度查询表和相位查询表的更新，从而避免因为基带信号和反馈信号差别太大造成的无用或不必要的更新，提高了自适应预失真的性能；

2、本发明幅度查询表表项值是预失真后的幅度值，节省了前向通道中的乘法器和相应的运算时间，降低了自适应预失真系统运作时的硬件开销和功耗。

附图说明

图1是本发明一种数字基带自适应预失真系统框图。

图2是本发明实施例中使用的功率放大器的归一化特性曲线。

图3是本发明实施例的功率谱效果图。

图3中：1-未经功放的输出功率谱，2-经过功放但未预失真的输出功率谱，3-有预失真且理想同步情况下的输出功率谱，4-有预失真且存在同步误差但没有使用本发明更新方法的输出功率谱，5-有预失真且存在同步误差有使用本发明更新方法的输出功率谱。

具体实施方式

下面结合附图1-3，对本发明的技术方案进行具体说明。

如图1所示，本发明的一种数字基带自适应预失真系统，包括前向通道、反馈通道和同步模块；

所述前向通道包括依次连接的幅度归一化模块、第一直角坐标到极坐标转换模块、幅度量化模块、幅度查询表、极坐标到直角坐标转换模块、数字上变频器、数模转换器、射频上变频器、功率放大器和天线；所述幅度量化模块的输出还连接有相位查询表；所述第一直角坐标到极坐标转换模块的相角输出与相位查询表的输出一起连接到加法器，并与极坐标与直角坐标转换模块连接；

所述反馈通道包括依次连接的衰减耦合器、射频下变频器、模数转换器和数字下变频器；所述反馈通道还包括第二直角坐标到极坐标转换模块，与相位误差计算模块、下一时刻相位计算模块和前向通道的相位查询表依次连接，同时还与幅度误差计算模块、下一时刻幅度计算模块和前向通道的幅度查询表依次连接；

所述同步模块包括整数倍时延估计和校正模块、小数倍时延估计和校正模块；所述小数倍时延估计和校正模块包括内插滤波器、内插控制器、小数倍时延估计模块和环路滤波器，所述内插滤波器、内插控制器、小数倍时延估计模块和环路滤波器构成定时调整环路；所述整数倍时延估计和校正模块依次与小数倍时延估计和校正模块的小数倍时延估计模块、环路滤波器和内插控制器进行连接，并与内插控制器的输出一起连接到内插滤波器；所述整数倍时延估计和校正模块的输入还分别与前向通道的幅度归一化模块的输出和反馈通道的数字下变频模块的输出连接；

其特征在于：所述系统还包括控制模块；

所述前向通道中的幅度查询表的表项值是预失真校正之后的归一化信号幅值，而不是幅度预失真校正系数；

所述控制模块用于控制是否进行幅度误差的计算和相位误差的计算，以及控制幅度查询表和相位查询表是否更新；

所述控制模块由定时调整环路是否收敛判定模块、下一时刻幅度是否满足要求判定模块和下一时刻相位是否满足要求判定模块组成。

为了对内插滤波器的输出是否进行直角坐标到极坐标的转换的判断，所述定时调整环路是否收敛判定模块的输入与环路滤波器的输出连接，用于计算一定持续时间间隔内的环路滤波器输出信号的若干个均方差，且计算前后两次均方差差值的绝对值，并将连续出现的均方差差值与门限值进行比较，从而判断定时调整环路的收敛状态；所述定时调整环路是否收敛判定模块的输出连接到一个开关，作为该开关的控制信号，开关两端分别连接内插滤波器输出和直角坐标到极坐标转换模块，控制信号用于决定是否把内插滤波器输出进行坐标转换，以便进一步进行幅度误差和相位误差的计算。

为了判断是否进行幅度查询表的更新，所述下一时刻幅度是否满足要求判定模块，是一个比较器，比较器的一个输入信号是下一时刻幅度计算模块的输出，另一个输入信号是设定好的门限；所述下一时刻幅度是否满足要求判定模块的输出连接到一个开关，作为该开关的控制信号，开关两端分别连接下一时刻幅度计算模块的输出和幅度查询表，控制信号用于决定是否把下一时刻幅度写入幅度查询表的相应位置以实现幅度查询表的更新。

为了判断是否进行相位查询表的更新，所述下一时刻相位是否满足要求判定模块，是一个比较器，比较器的一个输入信号是下一时刻相位计算模块的输出，另一个输入信号是设定好的门限；所述下一时刻相位是否满足要求判定模块的输出连接到一个开关，作为该开关的控制信号，开关两端分别连接下一时刻相位计算模块的输出和相位查询表，控制信号用于决定是否把下一时刻相位写入相位查询表的相应位置以实现相位查询表的更新。

基于本发明的数字基带自适应预失真系统提出了一种自适应预失真方法，所述系统输出信号经衰减耦合后，与输入基带信号一起，经整数倍时延的估计和校正、小数倍时延的估计和校正后，进行幅度查询表更新、相位查询表更新，然后输入基带信号利用新的幅度查询表表项值和相位查询表表项值，进行预失真和前向通道中的处理后，输出信号，其特征在于：

S01：用功率放大器的饱和输入电压对输入数字基带信号进行归一化，如果归一化后的幅度超过1，则归一化后的幅度按1计算；

S02：归一化后的幅度经第一直角坐标到极坐标转换和幅度量化后进行幅度查询表和相位查询表的查询，然后经由前向通道及反向通道处理得到反馈信号；

S03：归一化幅度后的信号与反馈信号经过同步模块以及控制模块的定时调整环路是否收敛判定模块，判断是否对同步模块的内插滤波器输出进行直角坐标到极坐标的转换；

S04：根据控制模块的下一时刻幅度是否满足要求判定模块和下一时刻相位是否满足要求判定模块的输出指示信号，判断是否进行幅度查询表和相位查询表的更新；

S05：在幅度查询表和相位查询表更新的过程中，定时调整环路是否收敛判定模块继续工作，判断是否对下一次及其之后的内插滤波器输出进行直角坐标到极坐标的转换。

所述的定时调整环路是否收敛判定模块，判定定时调整环路的收敛状态的流程是：该模块接收环路滤波器输出信号，计算一定持续时间间隔内的环路滤波器输出信号的均方差，连续计算若干个均方差，并计算前后两次均方差差值的绝对值，如果连续出现的均方差差值绝对值小于或等于门限的次数达到设定的数目，则定时误差是否收敛判定模块输出的控制信号从“未收敛”变为“已收敛”，否则仍为“未收敛”；如果连续出现均方差差值绝对值大于门限的次数达到设定的数目，则定时误差是否收敛判定模块输出的控制信号从“已收敛”变为“未收敛”，否则仍为“已收敛”。

所述的下一时刻幅度是否满足要求判定模块按照以下的判定方法进行判定：下一时刻幅度如果大于或等于0且小于1，则满足要求，否则不满足要求。

所述的下一时刻相位是否满足要求判定模块按照以下的判定方法进行判定：规定了一个A值为当输入为饱和输入电压时，功率放大器产生的相位偏移值，下一时刻相位如果大于或等于－A且小于或等于0，则满足要求，否则不满足要求。

如下结合附图1-3讲述本发明方法的具体实施例，本实施例中：输入信号格式采用中华人民共和国关于数字电视地面广播传输系统的国家标准GB20600-2006中的DMB-TH多载波模式的帧结构；具体使用的参数是：3780个子载波，QPSK调制，模式1，使用的功率放大器的归一化特性曲线如图2所示，输入信号幅度是饱和输入电压时，功放的相位偏移θ_sat＝0.4；幅度和相位查询表的大小均为256；由于本系统位于发送端，没有经过实际的无线通信信道，所以采用高斯信道作为信道模型，信噪比SNR＝20dB。

GB20600-2006标准规定的开根号升余弦滤波器输出的4倍过采样信号，作为自适应预失真系统的输入基带信号x₁(n)，该信号的自适应预失真处理的实现框图如图1所示。

利用饱和输入电压对x₁(n)的幅度进行归一化，得到x(n)，如果归一化后的幅度超过1，归一化后的幅度按1计算；第一直角坐标到极坐标转换模块输出x(n)的幅度r(n)和相角Φ(n)；r(n)经过256级的幅度量化后，得到x(n)在幅度查询表中和相位查询表中的位置，把r(n)做为幅度查询表表项值放入幅度查询表的相应位置，同时输出R(n)＝r(n)；把0做为相位查询表表项值放入相位查询表的相应位置，同时输出θ(n)＝0；把R(n)，Ψ(n)＝Φ(n)+θ(n)，送到极坐标到直角坐标转换模块；该模块输出依次经过数字上变频器、数模转换器、射频上变频器、功率放大器和天线，反馈通道的衰减耦合器、射频下变频器、模数转换器、数字下变频器，得到反馈信号y(n)；显然x(n)与y(n)之间有一个时延D＝D_int+D_fra，D_int和D_fra分别为整数倍和小数倍时延，必须进行估计和校正，保证x(n)与y(n)时间上的对齐。

利用式(1)进行x(n)和y(n)之间整数倍时延估计，其中L是x(n)使用的符号数，L＝4200：

$R_{xy}\left(\mathrm{\τ}\right)=\frac{1}{L}\underset{n=0}{\overset{L-\mathrm{\τ}-1}{\Σ}}x\left(4n\right)y^{*}(4n+\mathrm{\τ}),\mathrm{\τ}\∈\[0,L-1\]$ 式(1)

求出|R_xy(τ)|峰值所在的位置τ_max，它就是x(n)和y(n)之间的整数倍时延估计值

对y(n)进行个样点的时延校正，得到z(n)，即

整数倍时延校正后，经过由内插滤波器、内插控制器、小数倍时延估计模块、环路滤波器构成的定时调整环路，进行小数倍时延的估计和校正，具体过程如下：

每隔一帧的时间(即经历4×4200个x(n)符号持续时间)，进行一次x(n)和z(n)之间的小数倍时延(也叫定时误差)估计，其中L是x(n)使用的符号数，L＝255：

$R_{xz}\left(\mathrm{\τ}\right)=\frac{1}{L}\underset{n=0}{\overset{L-\mathrm{\τ}-1}{\Σ}}x\left(4n\right)z^{*}(4n+\mathrm{\τ}),\mathrm{\τ}\∈\[0,L-1\]$ 式(2)

求出|R_xz(τ)|峰值所在的位置τ′_max，令d₀(τ′_max)＝|R_xz(τ′_max+2)|-|R_xz(τ′_max-2)|，d₁(τ′_max)＝|R_xz(τ′_max+1)|-|R_xz(τ′_max-3)|，d₂(τ′_max)＝|R_xz(τ′_max+3)|-|R_xz(τ′_max-1)|，则当前第k帧中，x(n)和z(n)之间的小数倍时延估计值：

${\tilde{D}}_{fra}^{\′}\left(k\right)=2d_0\left({\mathrm{\τ}}_{max}^{\′}\right)/\[d_1\left({\mathrm{\τ}}_{max}^{\′}\right)-d_2\left({\mathrm{\τ}}_{max}^{\′}\right)\]$ 式(3)

使用以下的二阶环路滤波器进行小数倍时延估计值的滤波，得到平滑后的小数倍时延估计值，作为第k帧的小数倍时延估计的最终结果其中k_p＝0.2828，k_i＝0.04：

${\tilde{D}}_{fra}\left(k\right)={\tilde{D}}_{fra}(k-1)+(k_i+k_p){\tilde{D}}_{fra}^{\′}\left(k\right)-k_p{\tilde{D}}_{fra}^{\′}(k-1)$ 式(4)

每一帧的小数倍时延估计结果，送到内插控制器，用于控制内插滤波器在第n个时刻的内插基点和滤波器系数，内插控制器按照以下的方式进行控制，K₀表示内插控制器的增益(该处取1)：

$\mathrm{\ω}\left(k\right)=1+K_o{\tilde{D}}_{fra}\left(k\right)$

m_n＝m_n-1+int[ω(k)+μ_n]式(5)

μ_n＝[μ_n-1+ω(k)]_mod1

最后，内插滤波器以上述的m_n，μ_n构成内插基点和滤波器系数，进行滤波，采用α＝0.5的分段抛物内插滤波器，滤波器系数和滤波方程式分别如下所示：

$\left\{\begin{array}{c}{C}_{-2}=\mathrm{\α}{{\mathrm{\μ}}_n}^2-\mathrm{\α}{\mathrm{\μ}}_n\\ C_{-1}=-{{\mathrm{\α\μ}}_n}^2+(\mathrm{\α}+1){\mathrm{\μ}}_n\\ C_0=-{{\mathrm{\α\μ}}_n}^2+(\mathrm{\α}-1){\mathrm{\μ}}_n+1\\ C_1=\mathrm{\α}{{\mathrm{\μ}}_n}^2-\mathrm{\α}{\mathrm{\μ}}_n\end{array}\right.$ 式(6)

$\tilde{z}\left(n\right)=C_{-2}x(m_n+2)+C_{-1}x(m_n+1)+C_{0}x\left(m_n\right)+C_{1}x(m_n-1)$ 式(7)

至此，x(n)与z(n)之间的小数倍时延得以部分的估计和校正，随着定时调整环路继续循环工作，小数倍时延得以进一步地被估计和校正。

上述的定时调整环路工作过程中，当判断到定时调整环路收敛后，可认为x(n)与之间的小数倍时延在零附近波动，也就是x(n)与在时间上基本对齐，可以开始进行幅度查询表和相位查询表更新的判断和操作。

在幅度查询表和相位查询表更新的过程中，如果因为环境等外界因素，导致传输时延等发生改变，输入信号和基带信号变成不同步，造成定时调整环路又不收敛，则幅度查询表和相位查询表更新不能继续进行，应该等待定时调整环路重新进入收敛状态。

通过以下方法进行定时调整环路是否收敛的判断，计算环路滤波器输出的MSE：

$MSE=\underset{k=1}{\overset{M}{\Σ}}{\left({\tilde{D}}_{fra}\right(k)-{\stackrel{\‾}{\tilde{D}}}_{fra})}^2/M$ 式(8)

其中，为第k帧的环路滤波器输出，为M个的平均值，M＝7为统计的帧数；依次计算前后共5次的MSE，并计算前后两次的MSE的差值绝对值。

如果差值绝对值小于或等于Th1＝1e-4的情况连续3次，则认为定时调整环路从“未收敛”变为“已收敛”；

如果差值绝对值大于或等于Th2＝1e-3的情况连续2次，则认为定时调整环路从“已收敛”变为“未收敛”。

当定时调整环路为“已收敛”状态时，可以计算此时x(n)与之间的幅度和相位误差，计算下一个时刻的幅度和相位；判断下一个时刻的幅度和相位是否满足要求；如果满足要求，则分别用计算好的下一个时刻的幅度和相位更新幅度查询表和相位查询表的相应位置。

判断下一个时刻的幅度是否满足要求的机理如下：

$R_i(n+1)=R_i\left(n\right)+u_1{r}_{error}\left(n\right)=R_i\left(n\right)+u_1\[r_x\left(n\right)-r_{\tilde{z}}\left(n\right)\]$ 式(9)

其中：r_x(n)，分别是x(n)与的幅度，i是用r_x(n)寻址，得到它在幅度查询表的位置为第i个位置，R_i(n)，R_i(n+1)分别是幅度查询表第i个位置在当前时刻和下一时刻的表项值，u₁是幅度调整步长。

由于幅度查询表表项值是x(n)预失真之后的归一化幅度值，所以应该有0≤R_i(n+1)<1，也就是说：

$0\&le;R_i\left(n\right)+u_1\&lsqb;r_x\left(n\right)-r_{\tilde{z}}\left(n\right)\&rsqb;<1$ 式(10)

这就是下一个时刻的幅度应该满足的条件，如果该条件不满足，势必导致0≤R_i(n+1)<1不满足，不符合其物理特性，导致自适应预失真系统性能下降，所以不能用这个幅度值进行幅度查询表的更新；如果该条件满足，则能用这个幅度值进行幅度查询表的更新。

判断下一个时刻的相位是否满足要求的机理如下：

${\mathrm{\&theta;}}_i(n+1)={\mathrm{\&theta;}}_i\left(n\right)+u_2{\mathrm{\&phi;}}_{error}\left(n\right)={\mathrm{\&theta;}}_i\left(n\right)+u_2\&lsqb;{\mathrm{\&phi;}}_x\left(n\right)-{\mathrm{\&phi;}}_{\tilde{z}}\left(n\right)\&rsqb;$ 式(11)

其中：φ_x(n)，分别是x(n)与的相位，i是用r_x(n)寻址，得到它在幅度查询表的位置为第i个位置，θ_i(n)，θ_i(n+1)分别是相位查询表第i个位置在当前时刻和下一时刻的表项值，u₂是相位调整步长。

由于相位查询表表项值是x(n)预失真的相位校正系数，应该有-θ_sat≤θ_i(n+1)≤0，其中θ_sat是当输入为饱和输入电压时，功率放大器产生的相位偏移，也就是说：

$-{\mathrm{\&theta;}}_{sat}\&le;{\mathrm{\&theta;}}_i\left(n\right)+u_2\&lsqb;{\mathrm{\&phi;}}_x\left(n\right)-{\mathrm{\&phi;}}_{\tilde{z}}\left(n\right)\&rsqb;\&le;0$ 式(12)

这就是下一个时刻的相位应该满足的条件，如果该条件不满足，势必导致-θ_sat≤θ_i(n+1)≤0不满足，不符合其物理特性，导致自适应预失真系统性能下降，所以不能用这个相位值进行相位查询表的更新；如果该条件满足，则能用这个相位值进行相位查询表的更新。

最后，R_i(n)和θ_i(n)+φ_x(n)表示预失真后信号的幅值和相角，送到前向通道的极坐标到直角坐标转换模块、数字上变频器、数模转换器、射频上变频器、功率放大器和天线，完成数字基带信号的自适应预失真处理和发送。

图3是本发明具体实施例，采用本发明所述方法得到的功率谱效果图，可以看出有预失真且存在同步误差有使用本发明更新方法的输出功率谱5明显比有预失真且存在同步误差但没有使用本发明更新方法的输出功率谱4的效果好，肩带性能更好，有预失真且存在同步误差有使用本发明更新方法的输出功率谱5已经接近有预失真且理想同步情况下的功率谱3效果。

以上是本发明的较佳实施例，凡依本发明技术方案所作的改变得到的一种数字基带自适应预失真系统和方法，所产生的功能作用未超出本发明技术方案的范围时，均属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种数字基带自适应预失真系统，包括前向通道、反馈通道和同步模块；

所述前向通道包括依次连接的幅度归一化模块、第一直角坐标到极坐标转换模块、幅度量化模块、幅度查询表、极坐标到直角坐标转换模块、数字上变频器、数模转换器、射频上变频器、功率放大器和天线；所述幅度量化模块的输出还连接有相位查询表；所述第一直角坐标到极坐标转换模块的相角输出与相位查询表的输出一起连接到加法器，并与极坐标与直角坐标转换模块连接；

所述反馈通道包括依次连接的衰减耦合器、射频下变频器、模数转换器和数字下变频器；所述反馈通道还包括第二直角坐标到极坐标转换模块，与相位误差计算模块、下一时刻相位计算模块和前向通道的相位查询表依次连接，同时还与幅度误差计算模块、下一时刻幅度计算模块和前向通道的幅度查询表依次连接；

所述同步模块包括整数倍时延估计和校正模块、小数倍时延估计和校正模块；所述小数倍时延估计和校正模块包括内插滤波器、内插控制器、小数倍时延估计模块和环路滤波器，所述内插滤波器、内插控制器、小数倍时延估计模块和环路滤波器构成定时调整环路；所述整数倍时延估计和校正模块依次与小数倍时延估计和校正模块的小数倍时延估计模块、环路滤波器和内插控制器进行连接，并与内插控制器的输出一起连接到内插滤波器；所述整数倍时延估计和校正模块的输入还分别与前向通道的幅度归一化模块的输出和反馈通道的数字下变频模块的输出连接；

其特征在于：所述系统还包括控制模块；

所述前向通道中的幅度查询表的表项值是预失真校正之后的归一化信号幅值；

所述控制模块用于控制是否进行幅度误差的计算和相位误差的计算，以及控制幅度查询表和相位查询表是否更新；

所述控制模块由定时调整环路是否收敛判定模块、下一时刻幅度是否满足要求判定模块和下一时刻相位是否满足要求判定模块组成。

2.根据权利要求1所述的数字基带自适应预失真系统，其特征在于：所述定时调整环路是否收敛判定模块的输入与环路滤波器的输出连接，用于计算一定持续时间间隔内的环路滤波器输出信号的若干个均方差，且计算前后两次均方差差值的绝对值，并将连续出现的均方差差值与门限值进行比较，从而判断定时调整环路的收敛状态；所述定时调整环路是否收敛判定模块的输出连接到一个开关，作为该开关的控制信号，开关两端分别连接内插滤波器输出和第二直角坐标到极坐标转换模块，控制信号用于决定是否把内插滤波器输出进行坐标转换，以便进一步进行幅度误差和相位误差的计算。

3.根据权利要求1所述的数字基带自适应预失真系统，其特征在于：所述下一时刻幅度是否满足要求判定模块，是一个比较器，比较器的一个输入信号是下一时刻幅度计算模块的输出，另一个输入信号是设定好的门限；所述下一时刻幅度是否满足要求判定模块的输出连接到一个开关，作为该开关的控制信号，开关两端分别连接下一时刻幅度计算模块的输出和幅度查询表，控制信号用于决定是否把下一时刻幅度写入幅度查询表的相应位置以实现幅度查询表的更新。

4.根据权利要求1所述的数字基带自适应预失真系统，其特征在于：所述下一时刻相位是否满足要求判定模块，是一个比较器，比较器的一个输入信号是下一时刻相位计算模块的输出，另一个输入信号是设定好的门限；所述下一时刻相位是否满足要求判定模块的输出连接到一个开关，作为该开关的控制信号，开关两端分别连接下一时刻相位计算模块的输出和相位查询表，控制信号用于决定是否把下一时刻相位写入相位查询表的相应位置以实现相位查询表的更新。

5.一种基于权利要求1所述系统的自适应预失真方法，所述系统输出信号经衰减耦合后，与输入基带信号一起，经整数倍时延的估计和校正、小数倍时延的估计和校正后，进行幅度查询表更新、相位查询表更新，然后输入基带信号利用新的幅度查询表表项值和相位查询表表项值，进行预失真和前向通道中的处理后，输出信号，其特征在于：

S01：用功率放大器的饱和输入电压对输入数字基带信号进行归一化，如果归一化后的幅度超过1，则归一化后的幅度按1计算；

S02：归一化后的幅度经第一直角坐标到极坐标转换和幅度量化后进行幅度查询表和相位查询表的查询，然后经由前向通道及反向通道处理得到反馈信号；

S03：归一化幅度后的信号与反馈信号经过同步模块以及控制模块的定时调整环路是否收敛判定模块，判断是否对同步模块的内插滤波器输出进行直角坐标到极坐标的转换；

S04：根据控制模块的下一时刻幅度是否满足要求判定模块和下一时刻相位是否满足要求判定模块的输出指示信号，判断是否进行幅度查询表和相位查询表的更新；

S05：在幅度查询表和相位查询表更新的过程中，定时调整环路是否收敛判定模块继续工作，判断是否对下一次及其之后的内插滤波器输出进行直角坐标到极坐标的转换。

6.根据权利要求5的所述的自适应预失真方法，其特征在于：所述的定时调整环路是否收敛判定模块，判定定时调整环路的收敛状态的流程是：定时调整环路是否收敛判定模块接收环路滤波器输出信号，计算一定持续时间间隔内的环路滤波器输出信号的均方差，连续计算若干个均方差，并计算前后两次均方差差值的绝对值，如果连续出现的均方差差值绝对值小于或等于门限的次数达到设定的数目，则定时误差是否收敛判定模块输出的控制信号从“未收敛”变为“已收敛”，否则仍为“未收敛”；如果连续出现均方差差值绝对值大于门限的次数达到设定的数目，则定时误差是否收敛判定模块输出的控制信号从“已收敛”变为“未收敛”，否则仍为“已收敛”。

7.根据权利要求5的所述的自适应预失真方法，其特征在于：所述的下一时刻幅度是否满足要求判定模块按照以下的判定方法进行判定：下一时刻幅度如果大于或等于0且小于1，则满足要求，否则不满足要求。

8.根据权利要求5的所述的自适应预失真方法，其特征在于：所述的下一时刻相位是否满足要求判定模块按照以下的判定方法进行判定：规定了一个A值为当输入为饱和输入电压时，功率放大器产生的相位偏移值，下一时刻相位如果大于或等于－A且小于或等于0，则满足要求，否则不满足要求。