CN109150240A - 一种用于无线跳频通信系统的数字预失真在线训练方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种用于无线跳频通信系统的数字预失真在线训练方法，先进行离线训练，将跳频频率范围划分为多个频段并对各个频段训练得到相应的功放DPD系数进行预存储；然后进行在线训练，利用某较小频段训练得到的DPD模型替代附近较大频段的DPD模型，实现在线更新DPD系统。DPD技术首先从功放的输入信号与反馈信号中训练获取可校正功放线性的模型，并根据该DPD模型对功放的输入信号在数字域进行预失真处理，使功放最终输出信号在满足带外泄露指标的同时，功放不至于回退过多，从而保证功放效率。

Description

一种用于无线跳频通信系统的数字预失真在线训练方法
技术领域
本发明涉及无线跳频通信领域，更具体地，涉及一种用于无线跳频通信系统的数字预失真在线训练方法。
背景技术
随着无线通信向宽带化方向的演进，经过调制后的发射信号峰均比一般都较大，而具有一定峰均比的信号经过功放时，功放需要回退以保证放大后信号的带外泄露（线性度）不会超标，但这会导致功放效率降低，从而需耗费更多的电源能量。DPD（Digital Pre-distortion，数字预失真）是解决功放线性与功放效率矛盾而提出的一个较好的技术手段。
DPD技术首先从功放的输入信号与反馈信号中训练获取可校正功放线性的模型（即DPD模型），并根据该DPD模型对功放的输入信号在数字域进行预失真处理，使功放最终输出信号在满足带外泄露指标的同时，功放不至于回退过多，从而保证功放效率。
由于射频器件的线性、增益、群时延等特性随着工作频率的改变而改变，因此作为功放的DPD模型也会随之改变。当无线通信频段改变时，DPD模型需要重新训练，由于DPD模型为非线性模型，该模型较为复杂，需训练2000次左右才能收敛，目前DSP（数字信号处理器）运算能力训练一次为5us左右，总训练时间为10ms左右。对于定频通信，DPD模型变化不大，因此10ms的在线训练时间可以在开机时得以保证；对于跳频通信，跳频频率一般都在1000跳/秒以上，往往DPD训练尚未完成，跳频无线通信系统的工作频点已然变化，DPD模型的更新无法实时跟上跳频系统的频率变化。
由于无线跳频的这个特性，因此先前无线跳频通信系统都采用预先存储各频段各温段DPD系数的方式。该方法虽然能达到实时校正的效果，但随着功放老化，功放的线性、增益、群时延等特性缓慢改变，跳频DPD模型会逐渐不匹配功放模型，系统从而失去改善功放线性的效果。因此为了保证DPD模型与功放模型相匹配，每隔一段时间必须离线更新跳频DPD系数，无法在线训练DPD系数使得该方式的跳频DPD应用非常受限。
本专利根据跳频无线通信系统的跳频速率较快、通信频率倍频程较大、目前DPD在线训练难等特点，专门设计了一个针对无线跳频通信系统的DPD在线训练方法。
发明内容
DPD模型与功放工作频点相关，因此目前DPD技术一般应用在定频无线通信系统中，DSP获取输入功放的信号与功放的反馈信号，进而训练得到功放的DPD模型，该DPD模型即可应用于随后的无线通信中，并且在工作的同时训练，以适应信号变化与环境变化。
DPD训练算法一般需要10ms左右时间，而跳频无线通信系统的工作频点以1ms（1000跳/秒）左右的速率变化，甚至以100us（10000跳/秒）的速率高速变化，DPD训练算法无法跟上如此快速的变化，这就限制了DPD技术在跳频无线通信系统中的应用。
为了使DPD技术应用于无线跳频通信系统，以往跳频无线通信系统都采用预先存储好各频段各温段DPD系数的方式以实现跳频DPD，但这些方法无法使DPD系数随着功放的老化而变化，DPD系数无法在线更新，限制了这些方法的应用。
本发明针对无线跳频通信系统目前无法在线更新DPD系数的现状，提供一种用于无线跳频通信系统的数字预失真在线训练方法。解决了无线跳频通信系统在线更新DPD系数问题，避免了只能离线更新DPD系数的传统技术弊端。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：
一种用于无线跳频通信系统的数字预失真在线训练方法，先进行离线训练，将跳频频率范围划分为N个频段并对各个频段ΔFn训练得到相应的功放DPD系数进行预存储，在线训练包括以下步骤：
S1：利用的DPD系数进行功放线性校正；
S2：利用中心频率点附近较小的频率间隔Δfn的DPD训练系数替代整个频段ΔFn的DPD训练系数；
S3：判断跳频频点是否落入N个频段中的某Δfn频段；若是，则开始训练较小频段Δfn的DPD系数并更新ΔFn的DPD系数；若不是，则仍利用ΔFn前一次训练得到的DPD系数进行功放线性校正。
在一种优选的方案中，跳频无线通信系统频率范围一般为30MHz~512MHz，根据具体功放将跳频频率范围划分为N个频段，其选取依据为在任意ΔFn|n=1…N中，功放经DPD后的线性度得到改善的程度相差不大；该N个频段ΔFn|n=1…N并非相等，低频段频率间隔小，高频段频率间隔大。
在一种优选的方案中，在步骤S1中，首次DPD校正利用的是预存储的DPD系数，避免了在跳频系统中训练时间不够的问题。
在一种优选的方案中，在步骤S2中，在一定带宽中功放DPD系数基本相同，比方说，对于某功放500MHz中心频点的工作带宽下，495MHz~505MHz（ΔF=10MHz）的DPD系数基本相同，将499MHz~501MHz（Δf=2MHz）训练得到的DPD系数应用于495MHz~505MHz(ΔF=10MHz）信号中，即用中心频点左右各1MHz训练得到的DPD系数来替代中心频点左右各5MHz的DPD系数。
在一种优选的方案中，在步骤S3中，利用发送信号与反馈信号之间的建模在线更新N个频段ΔFn|n=1…N的DPD系数，而非离线训练DPD系数。
与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果是：一种用于无线跳频通信系统的数字预失真在线训练方法，利用某较小频段训练得到的DPD模型也能适用附近较大频段的特点，DPD不用快速跟踪功放工作频点并能实现在线更新，解决了DPD技术在跳频无线通信系统中的DPD系数在线更新问题。
附图说明
图1为本发明实施例1的跳频DPD工作流程图。
图2为本发明实施例1的跳频通信系统的工作架构图。
具体实施方式
附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；
为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；
对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。
实施例1
如图1所示，一种用于无线跳频通信系统的数字预失真在线训练方法，先进行离线训练，将跳频频率范围划分为N个频段并对各个频段ΔFn训练得到相应的功放DPD系数进行预存储。在线训练首先利用预先存储的DPD系数进行功放线性校正，而当跳频频点落入N个频段中的某Δfn|n=1…N中时，则开始DPD训练并更新相应ΔFn的DPD系数，以提供给下一次DPD校正所用，而本次DPD校正还是利用先前的DPD系数，这样就避免了在跳频系统中训练时间不够的问题；同时，由于只训练较小的中间频段Δfn|n=1…N的DPD系数，而非整个频段ΔFn|n=1…N的DPD系数，也就避免了ΔFn|n=1…N中的高频点DPD系数无法适用ΔFn|n=1…N的低频点DPD系数的问题。具体步骤如下：
S1：利用的DPD系数进行功放线性校正；
S2：利用中心频率点附近较小的频率间隔Δfn的DPD训练系数替代整个频段ΔFn的DPD训练系数；
S3：判断跳频频点是否落入N个频段中的某Δfn频段；若是，则开始训练较小频段Δfn的DPD系数并更新ΔFn的DPD系数；若不是，则仍利用ΔFn前一次训练得到的DPD系数进行功放线性校正。
在具体实施过程中，跳频无线通信系统频率范围一般为30MHz~512MHz，根据具体功放将跳频频率范围划分为N个频段，其选取依据为在任意ΔFn|n=1…N中，功放经DPD后的线性度得到改善的程度相差不大；该N个频段ΔFn|n=1…N并非相等，低频段频率间隔小，高频段频率间隔大。
在具体实施过程中，在步骤S1中，首次DPD校正利用的是预存储的DPD系数，避免了在跳频系统中训练时间不够的问题。
在具体实施过程中，在步骤S2中，在一定带宽中功放DPD系数基本相同，比方说，对于某功放500MHz中心频点的工作带宽下，495MHz~505MHz（ΔF=10MHz）的DPD系数基本相同，将499MHz~501MHz（Δf=2MHz）训练得到的DPD系数应用于495MHz~505MHz(ΔF=10MHz）信号中，即用中心频点左右各1MHz训练得到的DPD系数来替代中心频点左右各5MHz的DPD系数。
在具体实施过程中，在步骤S3中，利用发送信号与反馈信号之间的建模在线更新N个频段ΔFn|n=1…N的DPD系数，而非离线训练DPD系数。如图2所示，在跳频DPD设备中，跳频DPD模块包括DSP与各ΔFn|n=1…N的DPD模型。当信号Tx进入跳频DPD模块时，跳频DPD模块根据Tx信号将要发送的频点以查找相应的ΔFn|n=1…N频段的DPD模型；同时，当Tx发射频点落在某Δfn|n=1…N频段时，跳频DPD模型中的DSP从功放处获取反馈信号Fb，通过与Tx的联合建模在线更新各个ΔFn|n=1…N频段的DPD模型。
相同或相似的标号对应相同或相似的部件；
附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种用于无线跳频通信系统的数字预失真在线训练方法，先进行离线训练，将跳频频率范围划分为N个频段并对各个频段ΔFn训练得到相应的功放DPD系数进行预存储，其特征在于，在线训练包括以下步骤：
S1：利用的DPD系数进行功放线性校正；
S2：利用中心频率点附近较小的频率间隔Δfn的DPD训练系数替代整个频段ΔFn的DPD训练系数；
S3：判断跳频频点是否落入N个频段中的某Δfn频段；若是，则开始训练较小频段Δfn的DPD系数并更新ΔFn的DPD系数；若不是，则仍利用ΔFn前一次训练得到的DPD系数进行功放线性校正。
2.根据权利要求1所述的用于无线跳频通信系统的数字预失真在线训练方法，其特征在于，根据具体功放将跳频频率范围划分为N个频段，其选取依据为在任意ΔFn|n=1…N中，功放经DPD后的线性度得到改善的程度相差不大；该N个频段ΔFn|n=1…N并非相等，低频段频率间隔小，高频段频率间隔大。
3.根据权利要求1所述的用于无线跳频通信系统的数字预失真在线训练方法，其特征在于，在步骤S1中，首次DPD校正利用的是预存储的DPD系数。
4.根据权利要求1所述的用于无线跳频通信系统的数字预失真在线训练方法，其特征在于，在步骤S2中，在一定带宽中功放DPD系数基本相同，对于某功放500MHz中心频点的工作带宽下，495MHz~505MHz的DPD系数基本相同，可以将499MHz~501MHz训练得到的DPD系数应用于495MHz~505MHz信号中，即用中心频点左右各1MHz训练得到的DPD系数来替代中心频点左右各5MHz的DPD系数。
5.根据权利要求1所述的用于无线跳频通信系统的数字预失真在线训练方法，其特征在于，在步骤S3中，利用发送信号与反馈信号之间的建模在线更新N个频段ΔFn|n=1…N的DPD系数。
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