CN109088646B - 针对多输入多输出发射机的共享数字预失真系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种针对多输入多输出发射机的共享数字预失真系统，包括共享数字预失真模块，输入信号经过共享数字预失真模块产生预失真信号，预失真信号经过功率放大器产生输出信号，将预失真信号和输出信号均送入系数提取模块和容限计算模块，系数提取模块计算出每个功率放大器对应的数字预失真器的系数，容限计算模块计算出每个功率放大器的系数容限，将所有功率放大器的系数容限送入共享数字预失真器个数判决模块，计算出共享数字预失真器的个数，根据共享数字预失真器的个数更新共享数字预失真模块。本发明还公开了针对多输入多输出发射机的共享数字预失真方法。本发明能够以较低的代价实现所有通道中的功率放大器的线性化。

Description

针对多输入多输出发射机的共享数字预失真系统及方法
技术领域
本发明涉及数字预失真技术领域，特别是涉及一种针对多输入多输出发射机的共享数字预失真系统及方法。
背景技术
在即将到来的第五代移动通信(5G)时代，大规模多输入多输出系统将会扮演重要的角色以实现高速数据传输，这些系统往往由很多链路组成，并且每条链路都拥有自己的功率放大器和天线单元。像传统的移动通信系统一样，为了保证系统的工作效率，功率放大器通常都工作在非线性区，由此产生的带内失真问题和频谱拓展问题将会严重影响通信质量。
数字预失真技术，凭借其成本低以及高精度等优点，已经被广泛应用于功率放大器的线性化。但是，传统的数字预失真技术都是针对单个功率放大器，而大规模多输入所输出系统中功率放大器的真器的个数非常庞大，如果每条链路都使用一个数字预失真器来分别线性化，硬件成本和功耗都会特别高。因此，传统的数字预失真技术不适合应用于大规模多输入所输出系统中。
发明内容
发明目的：本发明的目的是提供一种针对多输入多输出发射机的共享数字预失真系统及方法，能够以较低的代价实现所有通道中的功率放大器的线性化。
技术方案：为达到此目的，本发明采用以下技术方案：
本发明所述的针对多输入多输出发射机的共享数字预失真系统，包括共享数字预失真模块，输入信号经过共享数字预失真模块产生预失真信号，预失真信号经过功率放大器产生输出信号，将预失真信号和输出信号均送入系数提取模块和容限计算模块，系数提取模块计算出每个功率放大器对应的数字预失真器的系数，容限计算模块计算出每个功率放大器的系数容限，将所有功率放大器的系数容限送入共享数字预失真器个数判决模块，计算出共享数字预失真器的个数，根据共享数字预失真器的个数更新共享数字预失真模块。
进一步，所述容限计算模块通过以下过程计算出每个功率放大器的系数容限：固定对应的数字预失真器不变，根据预失真信号和输出信号计算出每个功率放大器的系数容限。
进一步，所述系数提取模块包括系数提取模型，系数提取模型根据式(1)得到：
式(1)中，u(n)为共享数字预失真模块生成的数字预失真信号的第n个样本，n的取值范围由具体的采样时间决定，M为记忆深度，K为系数提取模型的阶数，ai为线性项中记忆深度为i的相应项的系数，cki,1为一阶项中阶数为k且记忆深度为i的相应项的系数，cki,21为第一种二阶项中阶数为k且记忆深度为i的相应项的系数，cki,22为第二种二阶项中阶数为k且记忆深度为i的相应项的系数，cki,23为第三种二阶项中阶数为k且记忆深度为i的相应项的系数，cki,24为第四种二阶项中阶数为k且记忆深度为i的相应项的系数，x(n-i)为输入信号的第n-i个样本，x(n)为输入信号的第n个样本，βk为k阶项对应的门限，βk＝k/K，θ(n-i)为x(n-i)的相位。
进一步，所述容限计算模块包括系数提取模型和带偏移的最小二乘模型，系数提取模型根据式(2)得到：
式(2)中，y(n)为功率放大器的输出信号的第n个样本，n的取值范围由具体的采样时间决定，M为记忆深度，K为系数提取模型的阶数，x(n-i)为输入信号的第n-i个样本，x(n)为输入信号的第n个样本，bi为线性项中记忆深度为i的相应项的系数，dki为二阶项中阶数为k且记忆深度为i的相应项的系数，βk为k阶项对应的门限，βk＝k/K，θ(n-i)为x(n-i)的相位。
进一步，所述带偏移的最小二乘模型根据式(3)得到：
φ'＝φ0+Δφ (3)
式(3)中，φ'为带偏移的目标函数，φ0＝min(φ)，Δφ为目标函数偏差值，φ根据式(4)得到：
式(4)中，N为样本的个数，Uki(n)为式(2)中阶数为k记忆深度为i的二阶项的第n个样本，根据式(5)得到：
Uki(n)＝||x(n-i)|-βk|ejθ(n-i)·|x(n)| (5)
进一步，所述共享数字预失真器个数判决模块通过以下方法计算出共享数字预失真器的个数：
S6.1：根据容限计算模块计算出的每个功率放大器对应的系数容限，计算每个系数容限所符合的功率放大器的个数，并按照个数的大小排序；
S6.2：选取排序第一的功率放大器所对应的数字预失真器放置在共享数字预失真模块内，将符合该功率放大器本身的系数容限的所有功率放大器剔除；
S6.3：重复步骤S6.1和S6.2，直到所有功率放大器都被剔除为止。
本发明所述的针对多输入多输出发射机的共享数字预失真方法，包括以下步骤：
S1：输入信号经过共享数字预失真模块产生预失真信号，送入系数提取模块和容限计算模块；
S2：预失真信号经过功率放大器产生输出信号，送入系数提取模块和容限计算模块；
S3：根据预失真信号和输出信号，系数提取模块计算出每个功率放大器对应的数字预失真器的系数；
S4：固定数字预失真器不变，容限计算模块计算出每个功率放大器的系数容限；
S5：将所有功率放大器的系数容限送入共享数字预失真器个数判决模块，计算出共享数字预失真器的个数；
S6：根据共享数字预失真器的个数更新共享数字预失真模块。
有益效果：本发明公开了一种针对多输入多输出发射机的共享数字预失真系统及方法，与现有技术相比，具有如下的有益效果：
1)基于传统数字预失真技术和最小二乘法，提出带偏移的最小二乘法并用于功率放大器的容限的计算，解决了多输入多输出发射机中每一条发射通道中的功率放大器都需要单独线性化的问题，能够以较低的代价实现所有通道中的功率放大器的线性化；
2)继承了传统预失真技术的优点，降低了传统数字预失真技术应用于大规模多输入多输出系统的成本。
3)可以根据系统需求，灵活选择数字预失真器的个数，使得实际应用更加可行。
附图说明
图1为本发明的具体实施方式中的系统的框图；
图2为本发明具体实施方式中16通道多输入多输出发射机中线性化之后第1通道的功率放大器的输出信号的功率谱图；
图3为本发明具体实施方式中16通道多输入多输出发射机中线性化之后第5通道的功率放大器的输出信号的功率谱图；
图4为本发明具体实施方式中16通道多输入多输出发射机中线性化之后第9通道的功率放大器的输出信号的功率谱图；
图5为本发明具体实施方式中16通道多输入多输出发射机中线性化之后第13通道的功率放大器的输出信号的功率谱图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式和附图对本发明的技术方案作进一步的介绍。
本具体实施方式公开了一种针对多输入多输出发射机的共享数字预失真系统，如图1所示，包括共享数字预失真模块，输入信号经过共享数字预失真模块产生预失真信号，预失真信号经过功率放大器产生输出信号，将预失真信号和输出信号均送入系数提取模块和容限计算模块，系数提取模块计算出每个功率放大器对应的数字预失真器的系数，容限计算模块计算出每个功率放大器的系数容限，将所有功率放大器的系数容限送入共享数字预失真器个数判决模块，计算出共享数字预失真器的个数，根据共享数字预失真器的个数更新共享数字预失真模块。
容限计算模块通过以下过程计算出每个功率放大器的系数容限：固定对应的数字预失真器不变，根据预失真信号和输出信号计算出每个功率放大器的系数容限。
系数提取模块包括系数提取模型，系数提取模型根据式(1)得到：
式(1)中，u(n)为共享数字预失真模块生成的数字预失真信号的第n个样本，n的取值范围由具体的采样时间决定，M为记忆深度，K为系数提取模型的阶数，ai为线性项中记忆深度为i的相应项的系数，cki,1为一阶项中阶数为k且记忆深度为i的相应项的系数，cki,21为第一种二阶项中阶数为k且记忆深度为i的相应项的系数，cki,22为第二种二阶项中阶数为k且记忆深度为i的相应项的系数，cki,23为第三种二阶项中阶数为k且记忆深度为i的相应项的系数，cki,24为第四种二阶项中阶数为k且记忆深度为i的相应项的系数，x(n-i)为输入信号的第n-i个样本，x(n)为输入信号的第n个样本，βk为k阶项对应的门限，βk＝k/K，θ(n-i)为x(n-i)的相位。
容限计算模块包括另一种系数提取模型和带偏移的最小二乘模型，该系数提取模型根据式(2)得到：
式(2)中，y(n)为功率放大器的输出信号的第n个样本，n的取值范围由具体的采样时间决定，M为记忆深度，K为系数提取模型的阶数，x(n-i)为输入信号的第n-i个样本，x(n)为输入信号的第n个样本，bi为线性项中记忆深度为i的相应项的系数，dki为二阶项中阶数为k且记忆深度为i的相应项的系数，βk为k阶项对应的门限，βk＝k/K，θ(n-i)为x(n-i)的相位。
带偏移的最小二乘模型根据式(3)得到：
φ'＝φ0+Δφ (3)
式(3)中，φ'为带偏移的目标函数，φ0＝min(φ)，Δφ为目标函数偏差值，φ根据式(4)得到：
式(4)中，N为样本的个数，Uki(n)为式(2)中阶数为k记忆深度为i的二阶项的第n个样本，根据式(5)得到：
Uki(n)＝||x(n-i)|-βk|ejθ(n-i)·|x(n)| (5)
共享数字预失真器个数判决模块通过以下方法计算出共享数字预失真器的个数：
S6.1：根据容限计算模块计算出的每个功率放大器对应的系数容限，计算每个系数容限所符合的功率放大器的个数，并按照个数的大小排序；
S6.2：选取排序第一的功率放大器所对应的数字预失真器放置在共享数字预失真模块内，将符合该功率放大器本身的系数容限的所有功率放大器剔除；
S6.3：重复步骤S6.1和S6.2，直到所有功率放大器都被剔除为止。
本具体实施方式还公开了针对多输入多输出发射机的共享数字预失真方法，包括以下步骤：
S1：输入信号经过共享数字预失真模块产生预失真信号，送入系数提取模块和容限计算模块；
S2：预失真信号经过功率放大器产生输出信号，送入系数提取模块和容限计算模块；
S3：根据预失真信号和输出信号，系数提取模块计算出每个功率放大器对应的数字预失真器的系数；
S4：固定数字预失真器不变，容限计算模块计算出每个功率放大器的系数容限；
S5：将所有功率放大器的系数容限送入共享数字预失真器个数判决模块，计算出共享数字预失真器的个数；
S6：根据共享数字预失真器的个数更新共享数字预失真模块。
以带宽为40MHz的输入信号，具有16个通道的多输入多输出发射机为例。采用本发明提出的共享数字预失真技术线性化该发射机内所有功率放大器都可以得到较好的效果，邻道泄露比都小于-45dBc，其中第1、5、9、13通道的线性化之后功率放大器的输出信号的功率谱密度图如图2-图5所示，由此降低了传统数字预失真技术应用于大规模多输入多输出系统的成本。

Claims (6)

1.针对多输入多输出发射机的共享数字预失真系统，其特征在于：包括共享数字预失真模块，输入信号经过共享数字预失真模块产生预失真信号，预失真信号经过功率放大器产生输出信号，将预失真信号和输出信号均送入系数提取模块和容限计算模块，系数提取模块计算出每个功率放大器对应的数字预失真器的系数，容限计算模块计算出每个功率放大器的系数容限，将所有功率放大器的系数容限送入共享数字预失真器个数判决模块，计算出共享数字预失真器的个数，根据共享数字预失真器的个数更新共享数字预失真模块。
2.根据权利要求1所述的针对多输入多输出发射机的共享数字预失真系统，其特征在于：所述容限计算模块通过以下过程计算出每个功率放大器的系数容限：固定对应的数字预失真器不变，根据预失真信号和输出信号计算出每个功率放大器的系数容限。
3.根据权利要求1所述的针对多输入多输出发射机的共享数字预失真系统，其特征在于：所述容限计算模块包括系数提取模型和带偏移的最小二乘模型，系数提取模型根据式(2)得到：
式(2)中，y(n)为功率放大器的输出信号的第n个样本，n的取值范围由具体的采样时间决定，M为记忆深度，K为系数提取模型的阶数，x(n-i)为输入信号的第n-i个样本，x(n)为输入信号的第n个样本，bi为线性项中记忆深度为i的相应项的系数，dki为二阶项中阶数为k且记忆深度为i的相应项的系数，βk为k阶项对应的门限，βk＝k/K，θ(n-i)为x(n-i)的相位。
4.根据权利要求3所述的针对多输入多输出发射机的共享数字预失真系统，其特征在于：所述带偏移的最小二乘模型根据式(3)得到：
φ'＝φ0+Δφ (3)
式(3)中，φ'为带偏移的目标函数，φ0＝min(φ)，Δφ为目标函数偏差值，φ根据式(4)得到：
式(4)中，N为样本的个数，Uki(n)为式(2)中阶数为k记忆深度为i的二阶项的第n个样本，根据式(5)得到：
Uki(n)＝||x(n-i)|-βk|ejθ(n-i)·|x(n)| (5) 。
5.根据权利要求1所述的针对多输入多输出发射机的共享数字预失真系统，其特征在于：所述共享数字预失真器个数判决模块通过以下方法计算出共享数字预失真器的个数：
S6.1：根据容限计算模块计算出的每个功率放大器对应的系数容限，计算每个系数容限所符合的功率放大器的个数，并按照个数的大小排序；
S6.2：选取排序第一的功率放大器所对应的数字预失真器放置在共享数字预失真模块内，将符合该功率放大器本身的系数容限的所有功率放大器剔除；
S6.3：重复步骤S6.1和S6.2，直到所有功率放大器都被剔除为止。
6.针对多输入多输出发射机的共享数字预失真方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1：输入信号经过共享数字预失真模块产生预失真信号，送入系数提取模块和容限计算模块；
S2：预失真信号经过功率放大器产生输出信号，送入系数提取模块和容限计算模块；
S3：根据预失真信号和输出信号，系数提取模块计算出每个功率放大器对应的数字预失真器的系数；
S4：固定数字预失真器不变，容限计算模块计算出每个功率放大器的系数容限；
S5：将所有功率放大器的系数容限送入共享数字预失真器个数判决模块，计算出共享数字预失真器的个数；
S6：根据共享数字预失真器的个数更新共享数字预失真模块。
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