CN103944612A - 用于电力线载波系统的功放预失真算法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于电力线载波系统的功放预失真算法，该功放预失真算法基于功放非线性的失真补偿模块，该失真补偿模块包括一个由非线性函数和传输函数构成的Hammerstain处理模块、一个与Hammerstain处理模块对称且系数相同的由传输函数及非线性函数构成的Wiener补偿模块，一个多级失真修正表及复数乘法器，该Hammerstain处理模块产生的输出量与修正表中的查表所得的修正复数向量所乘，并经Wiener模块补偿功放的时延和减小反馈量初始相位差。该算法可以在信号带宽/中心频率近与1、功放失真较强的条件下，对功放失拥有真较快的自适应补偿能力。

Description

用于电力线载波系统的功放预失真算法

技术领域

本发明涉及一种功放预失真算法，尤其涉及一种数字电力线载波系统中利用中、高压(HV)输电线、非滤波器耦合的远程通信设备中。。

背景技术

电力线载波设备(PLC)与其他通信介质不同，利用电力传输线路实现数据通信被电力企业看作是用于自动化技术的最有吸引力的资源。传输线路属于电力企业本身。在它上面传输信号开展新业务，不仅可以节省增设通信介质的费用或很多运行费用。而且，电力公司可以直接控制这些传输设备，不需依靠第三方。因此，国内外相关企业一直致力于在工业级水平上开发了一些列采用电力传输线作为传输介质的通信系统，并且取得了许多成功经验。

与所有的通信产品一样，电力线载波通信数字化，小型化，网络化是必须的方向，然而，传统的电力线载波利用庞大的功率模拟滤波器与电力线耦合，这给电力载波完全数字化设置了最后一个障碍，最新的国际G3-PLC规约已要求输出仅经一电容与电力线直接耦合，由于实际中、高压线路上，外线阻抗特性是不稳定的，有时有很大的感抗，直接耦合导致功放失真严重，同时电力载波信号的带宽/中心频率近与1，功放相位偏转过大，通常的功放预失真方案是无法满足要求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种基于廉价FPGA/ADC/DAC的用于电力线载波系统的功放预失真算法，该算法可以在信号带宽/中心频率近与1、功放失真较强的条件下，对功放失拥有真较快的自适应补偿能力。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种用于电力线载波系统的功放预失真算法，该功放预失真算法基于功放非线性的失真补偿模块，该失真补偿模块包括一个由非线性函数和传输函数构成的Hammerstain处理模块、一个与Hammerstain处理模块对称且系数相同的由传输函数及非线性函数构成的Wiener补偿模块，一个多级失真修正表及复数乘法器，该Hammerstain处理模块产生的输出量与修正表中的查表所得的修正复数向量所乘，并经Wiener模块补偿功放的时延和减小反馈量初始相位差。

作为一种优选的方案，所述传输函数和非线性函数的系数更新方法基于最小均方误差的算法。

作为一种优选的方案，所述Hammerstain处理模块产生的输出量 $y\left(n\right)={\mathrm{\Σ}}_{i=0}^{N-1}{\mathrm{\Σ}}_{j=0}^{M-1}{g}_i{f}_{2j+1}x(n-i){\left|x(n-i)\right|}^{2j}$ ，N，M分别为非线性函数及传输函数的多项式阶数，g_i,f_2j+1分别为多项式系数。

采用了上述技术方案后，本发明的效果是：该功放预失真算法将Hammerstain处理模块与查表修正的串联，有效的降低了非线性函数的多项式阶数及查表的收敛速度及整体预失真精度，特别适合高压电力载波带宽与中心频率比较高、外线阻抗特性变化较大，大感抗负载，对功放的非线性特性影响大的特殊情况。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1为功放预失真算法的实现框图

图2为系统核心硬件框图

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明作进一步的详细描述。

如图1、2所示，一种用于电力线载波系统的功放预失真算法，该功放预失真算法基于功放非线性的失真补偿模块，该失真补偿模块包括一个由非线性函数和传输函数构成的Hammerstain处理模块、一个与Hammerstain处理模块对称且系数相同的由传输函数及非线性函数构成的Wiener补偿模块，一个多级失真修正表及复数乘法器，该Hammerstain处理模块产生的输出量与修正表中的查表所得的修正复数向量所乘，并经Wiener模块补偿功放的时延和减小反馈量初始相位差。所述Hammerstain处理模块产生的输出量

$y\left(n\right)={\mathrm{\Σ}}_{i=0}^{N-1}{\mathrm{\Σ}}_{j=0}^{M-1}{g}_i{f}_{2j+1}x(n-i){\left|x(n-i)\right|}^{2j}$ ，N，M分别为非线性函数及传输函数的多项式阶数，g_i,f_2j+1分别为多项式系数。

所述传输函数和非线性函数的系数更新方法基于最小均方误差的算法。

具体公式：

g＝[g₀,g₁,...,g_N-1]^T＝(G^TG)^-1G^Tr_n

f＝[f₁,f₃,...,f_2M-1]^T＝(F^TF)^-1F^Tr_n

这里，矩阵G＝[G₁,G₃,...,G_2M-1]，F＝[F₀,F₁,...,F_N-1]，

_rn＝[r(n),r(n-1),...,r(n-L)]^T其中，,

G_j＝[x(n)x(n)^2j,x(n-1)x(n-1)^2j,...,x(n-L)x(n-L)^2j]^T

F_i＝[u(n-i),u(n-i-1),...,u(n-i-L)]^T

而第二步与查表所得的修正复数向量所乘Zn(n)＝y(n)*D(y(n)),这里

其中，的值来自于k级表格,在图1、2中,多级表格(ML-LUT)由2^k＝1,2,4,8,...,2N存储单元逐步增多的表格构成，共K级表,每一级表的各自的归一化值更新是相互独立的，每次迭代只能对一个值进行更新,更新公式为 $D_k{(\·)}_{n+1}=D_k{(\·)}_n+u_k{v}_n^H(v_n-r_n),$ 其中，上标H表示取共轭，uK为步长,在工作过程中，表的尺寸越小，收敛越快，但量化误差也越大。量化误差类似于噪声，影响了线性化效果的提高。反之，表的尺寸越大，量化误差越小，但收敛速度也越慢，对系统存储量的要求也越高，本发明引入的多级表格显著的提高了表格收敛速度，而量化噪声仅比单一2N单元的表略大,而由于这种多级表格是在FPGA中的并行运算环境下，其复杂度比单级表并未提高多少。在实际高压线路上，外线阻抗特性有时有很大的感抗，导致载波功放相位偏转过大，修正表格无法收敛，因此，本发明在反馈回路比较器前，引入一个与Hammerstain处理模块对称且相同系数的Wiener模块，目的是补偿功放的时延及减小v(n)与反馈量r(n)初始相位差，以保证修正表格的快速收敛。

本发明是的算法主要依赖Xilinx公司的新型廉价FPGA XC6SLX25实现，可取非线性项数＝3～5，记忆深度＝5～7，多级表格级数K＝10。预失真器工作在标准外线阻抗条件下，系统记录稳定后记录的多项式系数及修正复数表中的值作为实际工作的初始值。上述方法在标准外线阻抗下，有效的将ACPR(邻道功率泄漏比)下降至<-50dB,在多个各种等级的高压线上经电容直接耦合实测，可改善ACPR8～25dB.保证了系统在电容直接耦合下的有效实用性。

尽管以上用特定的参数描述了本发明，但本领域的技术人员应理解，在不偏离本发明的精神范围的前提下，可以进行形式和细节上的多种变化，同样的算法可采用不同的硬件实现，该变化应涵盖在附属权利要求的范围之内。

Claims (3)

1.用于电力线载波系统的功放预失真算法，其特征在于：该功放预失真算法基于功放非线性的失真补偿模块，该失真补偿模块包括一个由非线性函数和传输函数构成的Hammerstain处理模块、一个与Hammerstain处理模块对称且系数相同的由传输函数及非线性函数构成的Wiener补偿模块，一个多级失真修正表及复数乘法器，该Hammerstain处理模块产生的输出量与修正表中的查表所得的修正复数向量所乘，并经Wiener模块补偿功放的时延和减小反馈量初始相位差。

2.如权利要求1所述的用于电力线载波系统的功放预失真算法，其特征在于：所述传输函数和非线性函数的系数更新方法基于最小均方误差的算法。

3.如权利要求2所述的用于电力线载波系统的功放预失真算法，其特征在于：所述Hammerstain处理模块产生的输出量 $y\left(n\right)={\mathrm{\&Sigma;}}_{i=0}^{N-1}{\mathrm{\&Sigma;}}_{j=0}^{M-1}{g}_i{f}_{2j+1}x(n-i){\left|x(n-i)\right|}^{2j}$ ，N，M分别为非线性函数及传输函数的多项式阶数，g_i,f_2j+1分别为多项式系数。