CN108449096B - 一种基于并联结构的预失真处理方法及系统 - Google Patents

一种基于并联结构的预失真处理方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于并联结构的预失真处理方法，步骤包括：(1)将数据输入到系统中，得到通用预失真系数；(2)当输入数据稳定时，系统得到预失真系数，将自适应预失真器支路开关闭合；(3)当输入数据稳定时，自适应预失真器更新预失真系数；当输入数据不稳定时，断开自适应预失真器支路上的开关；当输入数据为宽频段、大功率信号时，返回步骤(1)；(4)当输入数据为窄带小功率信号时，闭合自适应预失真器支路开关，并返回步骤(3)；(5)当步骤(4)中的输入数据为宽频带、大功率信号时，返回步骤(1)。本发明解决了传统预失真方法存在的问题，使预失真性能更优良，功放输出具有更良好的线性。

Description

一种基于并联结构的预失真处理方法及系统
技术领域
本发明涉及数字基带信号处理领域，尤其涉及一种基于并联结构的预失真处理方法及系统。
背景技术
功率放大器，在无线通信领域中具有很重要的作用，但其非线性失真会使原输入信号的频谱扩展，而扩展的频谱会对邻带信号产生干扰，同时也会产生带内失真，增加误码率。
功率放大器多采用记忆多项式模型，因此，可通过线性化来减少非线性失真。目前，最具前景的线性化技术为数字预失真技术；
预失真技术的一个缺点是预失真系数的更新计算时间较长，一般为秒级单位，而通信信号的功率变换非常快，通常为微秒级单位；
通常在宽频段、大功率情况下计算的预失真系数具有通用性，即对于任意窄带和任意功率的信号都有一定的预失真效果，但效果并非最好；而窄带信号计算的预失真系数不具备通用性，当信号的频率，功率变化时预失真效果严重下降，甚至会导致预失真器输出功率异常增大，可能导致功放烧毁。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种基于并联结构的预失真处理方法。本方法通过采用两个预失真处理器并行工作，根据通用预失真器的系数是在系统工作前发送宽频段、大功率的信号给功放，再通过采集反馈信号，计算预失真系数得到的，然后判断后面检测到的反馈信号是否为宽频段和大功率的信号来进行更新，实现更广泛的预失真性能。
本发明的目的能够通过以下技术方案实现：
一种基于并联结构的预失真处理方法，具体步骤包括：
(1)在实际功率放大器系统工作之前，将自适应预失真器支路上的开关断开；将已知输入输出的宽频带和大功率数据输入到系统中，通过预失真模型进行训练，得到通用预失真系数；
(2)系统开始输入数据，系统检测输入数据是否稳定；当输入数据稳定时，系统根据输入输出数据计算得到预失真系数，将预失真系数传输到自适应预失真器并闭合自适应预失真器支路开关；否则重复本步骤，重新检测下一组输入数据；
(3)当检测到的输入数据稳定时，自适应预失真器更新预失真系数，并重复本步骤，重新检测下一组数据；
当检测到的输入数据不稳定或者输出数据太大又或者输出与输入数据线性度太差时，断开自适应预失真器支路上的开关；
当检测到的输入数据为宽频段、大功率信号时，返回步骤(1)，重新对通用预失真器进行训练学习；
否则重复本步骤，重新检测下一组数据；
(4)当步骤(3)中检测到的是输入数据不稳定或者输出数据太大或输出与输入数据线性度太差并断开了自适应预失真器支路开关后，进一步检测输入数据，当输入数据为频率、带宽和功率都稳定的窄带小功率信号时，闭合自适应预失真器支路开关，并返回步骤(3)，重新检测下一组数据；
(5)当步骤(4)中的输入数据不是稳定的窄带或小功率信号时，进一步检测输入数据，当输入数据为宽频带、大功率信号时，返回步骤(1)，重新对通用预失真器进行学习；否则返回步骤(4)。
具体地，所述步骤(1)中的预失真模型为传统的直接预失真模型或间接预失真模型。
更进一步地，一个具有记忆非线性失真的功率放大器系统的传输表达式为：
Figure BDA0001608059330000021
其中，K，M分别表示多项式阶数和记忆深度；akm表示通用预失真系数。
通过预失真模型进行训练，可以得到通用预失真系数akm的值；因此，通过通用预失真处理器，数据输入和输出可近似表示为线性关系，具体为：
y(n)＝a*x(n)
其中，a表示一个比例常数。
具体地，当系统中输出数据与输入数据线性度太差时可能导致功率放大器烧毁。
本发明的另一目的在于提供一种基于并联结构的预失真处理系统，所述系统根据自适应预失真器在频率、带宽和功率都稳定的窄带信号输入到功率放大器时会进行更新的特性，因此，当检测到整个系统，包括预失真器和功率放大器的线性严重下降，或者预失真器输出功率远大于输入功率时，关闭自适应预失真器，实现增加系统的稳定性。所述线性严重下降具体为系统的输出与输入严重不满足线性关系，输出是输入的二次，三次甚至更高次函数。
本发明的另一目的能够通过以下技术方案实现：
一种基于并联结构的预失真处理系统，所述系统将三个支路并联在一起并输入到功率放大器中；
支路1为直通端，用于保证数据传输的连续性；
支路2由通用预失真器和开关组成，用于对具有宽频段、大功率特点的输入信号进行预失真处理；
支路3由自适应预失真器和开关组成，用于对窄频带、小功率特点的输入信号进行预失真处理；
具体地，所述通用预失真器和自适应预失真器采用直接学习结构、间接学习结构和二者相结合结构中的其中一种。
具体地，在本系统中，自适应预失真器只在输入信号为频率、带宽和功率都稳定的窄带小功率信号时才工作并根据输入信号和输出反馈信号更新自适应预失真系数，只要遇到输入数据不稳定或者输出数据太大又或者输出与输入数据线性度太差时，断开自适应预失真器支路上的开关，仅通用预失真器工作，且不更新通用预失真系数；
只要检测到的输入数据为宽频段、大功率信号时，断开所有支路开关，重新对通用预失真器进行训练，更新通用预失真系数，其他情况，通用预失真器都是工作的。
本发明相较于现有技术，具有以下的有益效果：
(1)本发明可根据频带及功率大小相应地选择预失真器，极大地减小功率放大器的非线性失真，预失真性能优良，可使用范围广。
(2)本发明各个模块之间相互独立、抗干扰能力强，互相之间不受干扰，鲁棒性强，提高了预失真的精确性。
(3)本发明能够应对快变信号的情况，在信号快速变化时仍能保持一定的预失真效果。
(4)传统的预失真方法会把通用预失真器和自适应预失真器进行串联，因此，经过通用预失真器的后的输出数据将作为自适应预失真器的输入数据，经过自适应预失真器训练后得到的系数会与输入原始数据的情况存在一定的偏差，经过功率放大器后，误差会被放大，因此失真也会增大，本发明则能够解决这个问题。
附图说明
图1为本发明的基于并联结构的预失真处理系统的结构示意图；
图2为本发明的基于并联结构的预失真处理方法的流程框图；
图3为本实施例中三个信号的频段示意图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例
如图1所示为一种基于并联结构的预失真处理系统结构示意图，所述系统具体为：
将三个支路并联并输入到功率放大器；
支路1为直通端，用于保证数据传输的连续性；
支路2由通用预失真器和开关组成，用于对具有宽频段、大功率特点的输入信号进行预失真处理；
支路3由自适应预失真器和开关组成，用于对具有频带窄、功率小特点的输入信号进行预失真处理；
具体地，所述通用预失真器和自适应预失真器采用直接学习结构、间接学习结构和二者相结合结构中的其中一种。
如图2所示为一种基于并联结构的预失真处理方法的流程图，具体步骤包括：
(1)在实际功率放大器系统工作之前，将自适应预失真器支路上的开关断开；将已知输入输出的宽频带和大功率数据输入到系统中，通过预失真模型进行训练，得到通用预失真系数。
具体地，所述步骤(1)中的预失真模型为传统的直接预失真模型或间接预失真模型。
更进一步地，一个具有记忆非线性失真的功率放大器系统的传输表达式为：
Figure BDA0001608059330000051
其中，K，M分别表示多项式阶数和记忆深度；akm表示通用预失真系数。
通过预失真模型进行训练，可以得到通用预失真系数akm的值；因此，通过通用预失真处理器，数据输入和输出可近似表示为线性关系，具体为：
y(n)＝a*x(n)
其中，a表示一个比例常数。
(2)系统开始输入数据，系统检测输入数据是否稳定；当输入数据稳定时，系统根据输入输出数据计算得到预失真系数，将预失真系数传输到自适应预失真器并闭合自适应预失真器支路开关；否则重复本步骤，重新检测下一组输入数据。
(3)当检测到的输入数据稳定时，自适应预失真器更新预失真系数，并重复本步骤，重新检测下一组数据；
当检测到的输入数据不稳定或者输出数据太大又或者输出与输入数据线性度太差时，断开自适应预失真器支路上的开关；
当检测到的输入数据为宽频段、大功率信号时，返回步骤(1)，重新对通用预失真器进行训练学习；
否则重复本步骤，重新检测下一组数据。
具体地，系统通过两个预失真器共同工作以减少功率放大器的非线性失真。
具体地，当系统中输出数据与输入数据线性度太差时可能导致功率放大器烧毁。
(4)当步骤(3)中检测到的是输入数据不稳定或者输出数据太大或输出与输入数据线性度太差并断开了自适应预失真器支路开关后，进一步检测输入数据，当输入数据为频率、带宽和功率都稳定的窄带小功率信号时，闭合自适应预失真器支路开关，并返回步骤(3)，重新检测下一组数据。
(5)当步骤(4)中的输入数据不是稳定的窄带或小功率信号时，进一步检测输入数据，当输入数据为宽频带、大功率信号时，返回步骤(1)，重新对通用预失真器进行学习；否则返回步骤(4)。
如图3所示为三个信号的频段示意图；所述三个信号的频段分别为f1～f2，f2～f3，f3～f4。在本实施例中，一种基于并联结构的预失真处理方法具体为：
(1)在实际功率放大器系统工作之前，将自适应预失真器支路上的开关断开，将三个频段都是最大功率的信号输入到系统中，采集反馈信号，通过预失真模型进行训练，得到通用预失真器的通用预失真系数。
(2)将实际数据输入系统，当所述三个信号频段的输入数据满足检测条件，即三个信号频段的输入数据都稳定时，将系统根据输入和输出数据所计算的预失真系数传输到自适应预失真器，再闭合自适应预失真器的支路开关。
(3)当系统检测到所述三个频段并非都具有输入信号，或者并不完全满足输入信号功率较小且输入信号的频率、带宽和功率都稳定时，自适应预失真器根据输入信号不断地更新系数；
当系统检测到所述三个频段的输入数据不稳定，或者输出数据太大，又或者输出与输入数据线性度太差时，断开自适应预失真器支路上的开关；
当系统检测到所述三个频段的输入数据为宽频段、大功率信号时，返回步骤(1)，重新对通用预失真器进行训练学习；
系统通过两个预失真器共同工作以减少功率放大器的非线性失真。
(4)当步骤(3)中检测到所述三个频段的输入数据不稳定或者输出数据太大或输出与输入数据线性度太差并断开了自适应预失真器支路开关后，进一步检测输入数据，当输入数据为频率、带宽和功率都稳定的窄带小功率信号时，闭合自适应预失真器支路开关，并返回步骤(3)，重新检测下一组数据。
(5)当步骤(4)中系统检测到所述三个频段的输入数据不是稳定的窄带或小功率信号时，进一步检测输入数据；当所述三个频段上均有信号，且信号功率均很大时，系统要对通用预失真器重新进行学习，以更新通用预失真器的通用预失真系数。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种基于并联结构的预失真处理方法，其特征在于，包括步骤：
(1)在实际功率放大器系统工作之前，将自适应预失真器支路上的开关断开；将已知输入输出的宽频带和大功率数据输入到系统中，通过预失真模型进行训练，得到通用预失真系数；
(2)系统开始输入数据，系统检测输入数据是否稳定；当输入数据稳定时，系统根据输入输出数据计算得到预失真系数，将预失真系数传输到自适应预失真器并闭合自适应预失真器支路开关；否则重复本步骤，重新检测下一组输入数据；
(3)当检测到的输入数据稳定时，自适应预失真器更新预失真系数，并重复本步骤，重新检测下一组数据；
当检测到的输入数据不稳定或者输出数据太大又或者输出与输入数据线性度太差时，断开自适应预失真器支路上的开关；
当检测到的输入数据为宽频段、大功率信号时，返回步骤(1)，重新对通用预失真器进行训练学习；
否则重复本步骤，重新检测下一组数据；
(4)当步骤(3)中检测到的是输入数据不稳定或者输出数据太大或输出与输入数据线性度太差并断开了自适应预失真器支路开关后，进一步检测输入数据，当输入数据为频率、带宽和功率都稳定的窄带小功率信号时，闭合自适应预失真器支路开关，并返回步骤(3)，重新检测下一组数据；
(5)当步骤(4)中的输入数据不是稳定的窄带或小功率信号时，进一步检测输入数据，当输入数据为宽频带、大功率信号时，返回步骤(1)，重新对通用预失真器进行学习；否则返回步骤(4)。
2.根据权利要求1所述的一种基于并联结构的预失真处理方法，其特征在于，所述步骤(1)中的预失真模型为传统的直接预失真模型或间接预失真模型。
3.根据权利要求1所述的一种基于并联结构的预失真处理方法，其特征在于，所述步骤(1)的工作原理为：
一个具有记忆非线性失真的功率放大器系统的传输表达式为：
Figure FDA0002189094140000011
其中，K，M分别表示多项式阶数和记忆深度；akm表示通用预失真系数；
通过预失真模型进行训练，可以得到通用预失真系数akm的值；因此，通过通用预失真处理器，数据输入和输出可近似表示为线性关系，具体为：
y(n)＝a*x(n)
其中，a表示一个比例常数。
4.一种用于实现权利要求1-3任意一项所述方法的基于并联结构的预失真处理系统，其特征在于，所述系统将三个支路并联在一起；
支路1为直通端，用于保证数据传输的连续性；
支路2由通用预失真器和开关组成，用于对具有宽频段、大功率特点的输入信号进行预失真处理；
支路3由自适应预失真器和开关组成，用于对具有频带窄、功率小特点的输入信号进行预失真处理。
5.根据权利要求4所述的一种基于并联结构的预失真处理系统，其特征在于，所述通用预失真器和自适应预失真器采用直接学习结构、间接学习结构以及二者相结合结构中的其中一种。
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