CN103888394B

CN103888394B - 数字预失真处理方法和装置

Info

Publication number: CN103888394B
Application number: CN201210560991.XA
Authority: CN
Inventors: 唐永军; 刘志; 邹敏
Original assignee: Comba Telecom Systems China Ltd
Current assignee: Comba Network Systems Co Ltd
Priority date: 2012-12-20
Filing date: 2012-12-20
Publication date: 2017-05-24
Anticipated expiration: 2032-12-20
Also published as: CN103888394A

Abstract

本发明公开了一种数字预失真处理方法和装置，通过根据信号的实际特点来选取用于生成DPD系数的信号点，从而避免了盲目选取信号点来生成DPD系数而可能产生的导致DPD不稳定的问题。

Description

数字预失真处理方法和装置

技术领域

本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种数字预失真处理方法和装置。

背景技术

数字预失真，即DPD（Digital Pre-Distortion），其原理是一个作为预失真元件（即Predistorter，目前常采用数字电路实现这个预失真元件）的一个非线性的器件和功放元件（PA）级联，使得预失真元件和PA作为一个整体来看，其增益特性为线性。这两个元件的功能相结合，便能够实现高度线性、无失真的系统。

实际应用中，不同PA的非线性失真特性各不相同，且PA的非线性失真特性会随时间、温度以及偏压的变化而变化。针对PA的非线性失真特性的这一特点，以数字预失真在通信领域中的应用为例，需要不断地更新用于参与DPD运算的DPD系数，以保证预失真元件产生的DPD与PA的非线性失真相当，从而保证信号质量的稳定性。

由于采用不合适的DPD系数来进行DPD运算可能会导致DPD对消性能恶化，影响通信质量，所以需要根据PA的非线性失真特性来对DPD系数进行严格的挑选，以保证更新DPD系数所导致的交调波动被控制在较小的范围（比如0.5dB）以内。目前，现有技术中还没有提供有效的DPD处理方法，以实现选取适合的DPD系数参与DPD运算，从而将上述交调波动控制在较小的范围内。

发明内容

本发明实施例提供一种数字预失真处理方法和装置，用以将更新DPD系数所导致的交调波动控制在较小的范围内。

本发明实施例采用以下技术方案：

一种数字预失真处理方法，包括：

确定待进行数字预失真DPD处理的信号所包含的部分离散信号点的信号幅值；根据确定出的信号幅值和预设的峰值密度门限系数，确定峰值密度门限；从所述部分离散信号点中确定信号幅值大于或等于所述峰值密度门限的信号点的个数；根据所述个数，从所述待进行DPD处理的信号中依次不重复地选取信号幅值大于或等于所述峰值密度门限的相应个数的信号点构成信号点集合，并根据所述信号点集合和预先设置的预失真多项式，计算DPD系数；根据计算得到的DPD系数，执行对所述待进行DPD处理的信号的DPD处理，并输出对所述待进行DPD处理的信号进行DPD处理后得到的信号。

一种数字预失真处理装置，包括：

幅值计算模块，用于确定待进行数字预失真DPD处理的信号所包含的部分离散信号点的信号幅值；峰值密度门限计算模块，用于根据幅值计算模块确定出的信号幅值和预设的峰值密度门限系数，确定峰值密度门限；点数计算模块，用于从所述部分离散信号点中确定信号幅值大于或等于峰值密度门限计算模块确定出的所述峰值密度门限的信号点的个数；选数模块，用于根据点数计算模块确定出的所述个数，从所述待进行DPD处理的信号中依次不重复地选取信号幅值大于或等于所述峰值密度门限的相应个数的信号点构成信号点集合；DPD系数计算模块，用于根据选数模块选取出的信号点集合和预先设置的预失真多项式，计算DPD系数的操作；预失真模块，用于根据DPD系数计算模块计算得到的DPD系数，执行对所述待进行DPD处理的信号的DPD处理，并输出对所述待进行DPD处理的信号进行DPD处理后得到的信号。

本发明实施例的有益效果如下：

本发明实施例提供的DPD处理方案由于能够根据信号的实际特点来选取用于生成DPD系数的信号点，从而避免了盲目选取信号点来生成DPD系数而可能产生的导致DPD不稳定的问题，从而将更新DPD系数所导致的交调波动控制在较小的范围内。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种DPD处理方法的具体流程示意图；

图2a为用于实现本发明实施例提供的DPD处理方法的一种DPD处理系统的具体结构示意图；

图2b为实际应用中实现本发明实施例提供的DPD处理方法的一个具体流程示意图；

图3为本发明实施例提供的一种DPD处理装置的具体结构示意图。

具体实施方式

为了实现将更新DPD系数所导致的交调波动控制在较小的范围内，本发明实施例提供了一种全新的DPD处理方法，通过根据信号的实际特点来选取用于生成DPD系数的信号点，从而避免了盲目选取信号点来生成DPD系数而可能产生的导致DPD不稳定的问题。

以下结合附图，详细说明本发明实施例提供的该方法的具体实现流程。

请参照图1，其为本发明实施例提供的一种DPD处理方法的具体流程示意图，该方法主要包括下述步骤：

步骤11，确定待进行DPD处理的信号所包含的部分离散信号点的信号幅值；

比如，可以根据各信号点的实部分量和虚部分量，计算其信号幅值。

步骤12，根据确定出的信号幅值和预设的峰值密度门限系数，确定峰值密度门限；

本发明实施例中，确定峰值密度门限的方式可以有多种。比如，可以以信号点的信号幅值中的最大信号幅值F_max乘以预先设置的峰值密度门限系数所得到的值，作为峰值密度门限；也可以根据各信号点的信号幅值先计算一个信号幅值平均值，再以该信号幅值平均值作为该峰值密度门限。

步骤13，从所述部分离散信号点中确定信号幅值大于或等于峰值密度门限的信号点的个数；

本发明实施例中，可以先采用一种直观的方式实现对信号幅值的展现，然后再基于展现的信号幅值来确定信号幅值大于或等于峰值密度门限的信号点的个数。比如，可以以直方图的形式对确定出的信号幅值与信号点的对应关系进行展现。基于展现的该对应关系以及通过执行步骤12而确定的峰值密度门限，可以确定信号幅值大于或等于该峰值密度门限的信号点；进一步地，通过对确定出的信号幅值大于或等于该峰值密度门限的信号点的个数进行统计，就可以确定信号幅值大于或等于峰值密度门限的信号点的个数。

步骤14，根据通过执行步骤13而确定的个数，从待进行DPD的信号中依次不重复地选取信号幅值大于或等于该峰值密度门限的相应个数的信号点构成信号点集合，并根据该信号点集合和预先设置的预失真多项式，计算DPD系数；

本发明实施例中，预失真多项式可以采用现有技术中已知的任意预失真多项式，本发明实施例对此不做限定。

步骤15，根据计算得到的DPD系数，执行对待进行DPD信号的DPD处理，并输出对信号进行DPD处理后得到的信号。

由本发明实施例提供的该DPD处理方法可知，由于其能够根据信号的实际特点来选取用于生成DPD系数的信号点，从而避免了盲目选取信号点来生成DPD系数而可能产生的导致DPD不稳定的问题。

以下以一个具体实施例为例，对本发明实施例提供的上述方案在实际中的应用流程做具体介绍。

上述方案可以基于图2a所示的DPD处理系统（也可称为DPD处理器）实现。该系统主要包括：幅值计算模块、直方图统计模块、峰值密度门限计算模块、峰值密度统计模块、点数计算模块、选数模块、DPD系数计算模块和预失真模块。其中，幅值计算模块、直方图统计模块、峰值密度统计模块、选数模块和预失真模块可以由现场可编程门列阵（FPGA，Field-Programmable Gate Array）或专用集成电路（ASIC，Application Specific IntegratedCircuit）实现，而峰值密度门限计算模块、点数计算模块和DPD系数计算模块则可以由数字信号处理器（DSP，Digital Signal Processor）或微控制单元（MCU，Micro Control Unit）实现。

以下具体介绍各模块的主要功能：

幅值计算模块，用于根据data_i（待进行预失真处理的信号（以下简称信号）的实部分量）和data_q（信号的虚部分量），计算信号幅值。具体地，本发明实施例中计算的是该信号所包含的部分离散信号点的信号幅值。

直方图统计模块，用于根据幅值计算模块计算的信号幅值，以直方图的形式对计算得到的各个信号点的信号幅值与信号点的对应关系（即图中所示mag_dist）进行展现，即确定信号点的信号幅值分布情况。

峰值密度门限计算模块，用于根据直方图统计模块所统计的信号点的信号幅值分布情况，确定一个峰值密度门限。比如，根据信号点的信号幅值中的最大信号幅值Fmax和预先设置的峰值密度门限系数0.8，可以确定以0.8F_max作为这里所述的峰值密度门限（即图中所示gate）。若预先设置的该峰值密度门限系数为0.75，则也可以确定以0.75F_max作为该峰值密度门限。其中，0.8、0.75等系数可以是依据经验而设定的。需要说明的是，现代通信技术大都采用多载波信号通信，即信号的峰均比一般较高。高峰均比意味着信号的功率波动范围很大，当其波动到较大值时，往往容易使PA进入饱和区或截止区，从而产生严重的非线性失真。为了避免上述情况，峰值密度门限计算模块才需要确定一个峰值密度门限。基于确定出的该峰值密度门限和高峰均比的物理含义，可以确定信号幅值大于或等于该峰值密度门限的信号点就是需进行DPD处理的信号点。

峰值密度统计模块，用于根据峰值密度门限计算模块确定的峰值密度门限，以及直方图统计模块所展现的信号幅值与信号点的对应关系，确定信号幅值大于或等于该峰值密度门限的信号点（即图中所示density）。具体地，本发明实施例中，若将包含4096个信号点的信号幅值的直方图称为一个“数据块”，则峰值密度统计模块可以一次性连续扫描512个数据块，即一次性对512*4096个信号点的信号幅值进行扫描，并从中确定信号幅值大于或等于峰值密度门限的信号点。

点数计算模块，用于确定峰值密度统计模块所统计的信号幅值大于或等于峰值密度门限的信号点的个数（即图中所示num）。

选数模块，用于根据峰值密度门限计算模块所确定的峰值密度门限，以及幅值计算模块所计算出的信号幅值，从待进行预失真处理的信号中选取信号幅值大于或等于峰值密度门限的信号点；并在获取到该信号点后，向由DSP实现的DPD系数计算模块发送一个指示信号（即图中所示rdy），通知DPD系数计算模块从选数模块处获取选取到的信号点。选数模块在选取到的信号点的个数大于点数计算模块所确定的信号点的个数后，可以暂时停止对信号点的获取，并在接收到DPD系数计算模块发送的读数结束指示信息后，再继续执行上文所描述的根据峰值密度门限和信号幅值来选取信号点的操作。

DPD系数计算模块，用于在接收到选数模块发送的指示信号后，获取选数模块选取到的信号点，并根据预先设置的预失真多项式，计算DPD系数；具体地，DPD系数计算模块可以但不限于采用如下式[1]所示的预失真多项式来计算DPD系数：

其中，x(n)为信号点集合中的第n个信号点，z₀(n)为预测的对所述信号点集合进行DPD处理后得到的第n个信号点（即预测的输出的第n个信号点），k为阶数，l为记忆深度，l的取值为这一区间内的整数，K为预先设置的最大阶数（一般设为7）。需要说明的是，K的大小一般是与预失真系统的输入信号的带宽有关的，当输入信号的带宽较大时，K通常可以为较大的值。

上述公式中，L为预先设置的用于计算记忆深度的参数（其具体取值一般设为5）。假设L=5，那么l的取值是[-2，2]这一区间内的整数，即-2、-1、0、1和2；如果L=7，那么l的取值是[-3，3]这一区间内的整数，即-3、-2、-1、0、1、2和3。若假设x(n)为当前信号点，则针对x(n-l)而言，当l=-2时，x(n-(-2))表示信号点集合中处于当前信号点x(n)之前、且与x(n)之间相隔1个信号点的信号点；x(n-(-1))表示信号点集合中处于当前信号点x(n)之前的1个信号点；x(n-0)表示当前信号点x(n)；x(n-1)表示信号点集合中处于当前信号点x(n)之后的1个信号点；依此类推。

预失真模块，用于根据DPD系数计算模块计算出的DPD系数a_kl，执行对预失真系统的输入信号x(n-l)的预失真处理。

具体地，预失真模块可以根据公式[2]来实现对输入信号x(n-l)的预失真处理，从而得到最终输出的信号：

其中，z₁(m)为最终输出的信号中的第m个信号点，x（m）为待进行DPD的信号中的第m个信号点，k为阶数，l为记忆深度，K为预先设置的最大阶数，L为预先设置的用于计算记忆深度的参数。

基于上述模块，在实际应用中实现本发明实施例提供的DPD处理方法的一个具体流程示意图如图2b所示，包括以下步骤：

步骤21，幅值计算模块根据待进行DPD处理的信号所包含的部分离散信号点的实部分量data_i和虚部分量data_q，计算信号幅值；

比如可以仅对待进行DPD处理的信号所包含的在一段时间内连续出现的部分离散信号执行计算信号幅值的操作。

步骤22，直方图统计模块根据幅值计算模块计算的信号幅值，以直方图的形式对信号幅值与信号点的对应关系进行展现；

步骤23，峰值密度门限计算模块根据直方图统计模块所统计的信号幅值中的最大信号幅值F_max和预先设置的峰值密度门限系数A，确定峰值密度门限A*F_max

步骤24，峰值密度统计模块根据峰值密度门限计算模块确定的峰值密度门限，以及直方图统计模块所展现的对应关系，确定信号幅值大于或等于该峰值密度门限的信号点；

步骤25，点数计算模块确定峰值密度统计模块所确定的信号幅值大于或等于峰值密度门限的信号点的个数；

步骤26，选数模块根据峰值密度门限计算模块所确定的峰值密度门限、幅值计算模块所计算出的信号幅值，以及点数计算模块所确定的信号点的个数，从待进行预失真处理的信号中，选取信号幅值大于或等于峰值密度门限、且个数不小于点数计算模块所确定的个数的信号点；

步骤27，DPD系数计算模块执行将选数模块选取的信号点的信号幅值代入预先设置的预失真多项式进行计算的操作，以生成DPD系数；

步骤28，预失真模块根据DPD系数计算模块计算出的DPD系数，执行对待进行预失真处理的信号的预失真处理，流程结束。

上述步骤21~28可重复执行，以实现对DPD系数的动态调整，并根据调整后的DPD系数实现对信号的DPD处理。

如图2b所示的上述流程可基于FPGA、ASIC、DSP、CPLD等可编程逻辑器件实现。

由于基于确定出的DPD系数进行预失真处理是现有技术中已经比较成熟的技术手段，因此本发明对此不再赘述。

现有技术中的DPD处理方法所带来的交调波动一般在2~5dB，这样大的交调波动会严重影响通信质量。而本发明实施例提供的DPD处理方法由于能够根据信号的实际特点来选取用于生成DPD系数的信号点，从而避免了盲目选取信号点来生成DPD系数而可能产生的导致DPD不稳定的问题。通过实验证明，采用本发明实施例提供的DPD处理方法能够大大提高DPD的稳定性，并控制DPD交调波动在0.5dB左右，从而能有效的防止因更新DPD系数或者切换信号制式而导致的预失真性能恶化现象，大大提高了通信质量。

对应于本发明实施例提供的DPD处理方法，本发明实施例还提供一种DPD处理装置，该装置的具体结构示意图如图3所示，包括下述功能模块：

幅值计算模块31，用于确定待进行DPD处理的信号所包含的部分离散信号点的信号幅值；

峰值密度门限计算模块32，用于根据幅值计算模块31确定出的信号幅值和预设的峰值密度门限系数，确定峰值密度门限；

点数计算模块33，用于从所述部分离散信号点中确定信号幅值大于或等于峰值密度门限计算模块32确定出的峰值密度门限的信号点的个数；

选数模块34，用于根据点数计算模块33确定出的个数，从待进行DPD处理的信号中依次不重复地选取信号幅值大于或等于峰值密度门限的相应个数的信号点构成信号点集合；

DPD系数计算模块35，用于根据选数模块34选取出的信号点集合分别执行根据该信号点集合和预先设置的预失真多项式，计算DPD系数的操作；

预失真模块36，用于根据DPD系数计算模块35计算得到的DPD系数，执行对待进行DPD处理的信号的DPD处理，并输出对该信号进行DPD处理后得到的信号。

可选的，DPD系数计算模块35具体可以用于针对选数模块34选取出的信号点集合，根据前述公式[1]计算DPD系数a_kl。

可选的，预失真模块36具体可以根据DPD系数计算模块35计算得到的DPD系数和前述公式[2]，执行对待进行DPD处理的信号的DPD处理，并输出对该信号进行DPD处理后得到的信号。

可选的，本发明实施例提供的该装置还可以进一步包括：

直方图统计模块37，用于以直方图的形式对幅值计算模块31确定出的信号幅值与所述部分离散信号点的对应关系进行展现；

峰值密度统计模块38，用于根据峰值密度门限计算模块确定的峰值密度门限以及直方图统计模块37展现的上述对应关系，从所述部分离散信号点中确定信号幅值大于或等于该峰值密度门限的信号点。

在该装置还包括上述两个模块的场景下，点数计算模块33可以具体用于：通过对峰值密度统计模块38确定出的信号幅值大于或等于该峰值密度门限的信号点的个数进行统计，从所述部分离散信号中确定信号幅值大于或等于峰值密度门限计算模块32确定的峰值密度门限的信号点的个数。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质（包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等）上实施的计算机程序产品的形式。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备（系统）、和计算机程序产品的流程图和／或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和／或方框图中的每一流程和／或方框、以及流程图和／或方框图中的流程和／或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims

1.一种数字预失真处理方法，其特征在于，包括：

确定待进行数字预失真DPD处理的信号所包含的部分离散信号点的信号幅值；

根据确定出的信号幅值和预设的峰值密度门限系数，确定峰值密度门限；

从所述部分离散信号点中确定信号幅值大于或等于所述峰值密度门限的信号点的个数；

根据所述个数，从所述待进行DPD处理的信号中依次不重复地选取信号幅值大于或等于所述峰值密度门限的相应个数的信号点构成信号点集合，并根据所述信号点集合和预先设置的预失真多项式，计算DPD系数，所述DPD系数的计算公式为：其中，x(n)为所述信号点集合中的第n个信号点，z₀(n)为预测的对所述信号点集合进行DPD处理后得到的第n个信号点，k为阶数，l为记忆深度，K为预先设置的最大阶数，L为预先设置的用于计算记忆深度的参数，a_kl为所述DPD系数；

根据计算得到的DPD系数，执行对所述待进行DPD处理的信号的DPD处理，并输出对所述待进行DPD处理的信号进行DPD处理后得到的信号。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，根据计算得到的DPD系数，执行对所述待进行DPD处理的信号的DPD处理，并输出对所述待进行DPD处理的信号进行DPD处理后得到的信号，具体包括：

根据计算得到的DPD系数和下述公式，获得对所述待进行DPD处理的信号进行DPD处理后得到的信号，并输出所述得到的信号：

z_{1} (m) = {\underset{k = 1}{Σ}}_{o d d}^{K} Σ_{l = - \frac{L - 1}{2}}^{\frac{L - 1}{2}} a_{k l} x (m - l) {| x (m - l) |}^{k - 1}

其中，z₁(m)为所述得到的信号中的第m个信号点，x(m)为所述待进行DPD处理的信号中的第m个信号点，k为阶数，l为记忆深度，K为预先设置的最大阶数，L为预先设置的用于计算记忆深度的参数。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，K为7，L为5。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：

以直方图的形式对确定出的信号幅值与所述部分离散信号点的对应关系进行展现；并

根据确定的峰值密度门限以及展现的所述对应关系，从所述部分离散信号点中确定信号幅值大于或等于该峰值密度门限的信号点；则

从所述部分离散信号中确定信号幅值大于或等于所述峰值密度门限的信号点的个数，具体包括：

通过对确定出的信号幅值大于或等于该峰值密度门限的信号点的个数进行统计，确定信号幅值大于或等于所述峰值密度门限的信号点的个数。

5.一种数字预失真处理装置，其特征在于，包括：

幅值计算模块，用于确定待进行数字预失真DPD处理的信号所包含的部分离散信号点的信号幅值；

峰值密度门限计算模块，用于根据幅值计算模块确定出的信号幅值和预设的峰值密度门限系数，确定峰值密度门限；

点数计算模块，用于从所述部分离散信号点中确定信号幅值大于或等于峰值密度门限计算模块确定出的所述峰值密度门限的信号点的个数；

选数模块，用于根据点数计算模块确定出的所述个数，从所述待进行DPD处理的信号中依次不重复地选取信号幅值大于或等于所述峰值密度门限的相应个数的信号点构成信号点集合；

DPD系数计算模块，用于根据选数模块选取出的信号点集合和预先设置的预失真多项式，计算DPD系数的操作，所述DPD系数的计算公式为：其中，x(n)为所述信号点集合中的第n个信号点，z₀(n)为预测的对所述信号点集合进行DPD处理后得到的第n个信号点，k为阶数，l为记忆深度，K为预先设置的最大阶数，L为预先设置的用于计算记忆深度的参数，a_kl为所述DPD系数；

预失真模块，用于根据DPD系数计算模块计算得到的DPD系数，执行对所述待进行DPD处理的信号的DPD处理，并输出对所述待进行DPD处理的信号进行DPD处理后得到的信号。

6.如权利要求5所述的装置，其特征在于，根据计算得到的DPD系数，执行对所述待进行DPD处理的信号的DPD处理，并输出对所述待进行DPD处理的信号进行DPD处理后得到的信号，具体包括：

z_{1} (m) = {\underset{k = 1}{Σ}}_{o d d}^{K} Σ_{l = - \frac{L - 1}{2}}^{\frac{L - 1}{2}} a_{k l} x (m - l) {| x (m - l) |}^{k - 1}

7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，K为7，L为5。

8.如权利要求5所述的装置，其特征在于，还包括：

直方图统计模块，用于以直方图的形式对幅值计算模块确定出的信号幅值与所述部分离散信号点的对应关系进行展现；

峰值密度统计模块，用于根据峰值密度门限计算模块确定的峰值密度门限以及直方图统计模块展现的所述对应关系，从所述部分离散信号点中确定信号幅值大于或等于该峰值密度门限的信号点；则

点数计算模块具体用于：通过对峰值密度统计模块确定出的信号幅值大于或等于该峰值密度门限的信号点的个数进行统计，从所述部分离散信号中确定信号幅值大于或等于所述峰值密度门限的信号点的个数。