CN110995176A - 一种改善数字预失真系统性能的数据筛选方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于自适应数字预失真技术领域，公开了一种改善数字预失真系统性能的数据筛选方法，结合直方图统计特性和大峰值信号进行自适应数据筛选，在考虑大峰值信号在功放特性参数提取的重要性的同时，还考虑了数据的时域分布特性，可以更全面、完备地进行数据筛选，筛选的数据能更准确地表征功放本质特性，更为符合功放实际特性的参数，改善数字预失真系统的性能，提高了射频功率放大器的线性度和功放效率。

Description

一种改善数字预失真系统性能的数据筛选方法
技术领域
本发明涉及自适应数字预失真技术领域，具体涉及一种改善数字预失真系统性能的数据筛选方法，用于提高射频功率放大器的线性度和功放效率。
背景技术
在频谱资源日益紧张的今天，现代通信系统更趋向于采用比恒定包络调制方式具有更高频谱效率的非恒定包络的线性调制方式，而这种调制方式对高功率放大器的线性度要求较高，所以采用这种调制方式需要采用线性化技术来改善功率放大器的线性度。另一方面，随着数字移动通信技术的发展，对基站功率放大器的性能提出了越来越高的要求，即在满足较高的线性要求前提下，使得功放有较高的效率。为了达到这一要求，就要让放大器既线性又高效，即对射频放大器或射频系统提出了线性化处理的需求，发展射频放大器线性化技术，采用各种手段来实现放大器高效率且高线性度。这一点对于未来无线移动通信技术的发展和实现有着十分重大的实际意义。
线性化技术发展中最重要的一步就是预失真技术的出现，它最初应用于模拟通信系统中的射频部分，随着DSP技术的发展，亦可在数字域内实现，形成数字预失真技术。数字预失真技术既可以应用在数字通信系统的基带部分，也可以应用在射频部分，而且预失真技术还可以利用自适应原理来跟踪补偿功率放大器由于温度、湿度等环境因素改变而造成的误差。总之，预失真技术不但可以提升发射机的效率，降低成本与缩小体积，亦能有效增加发射机的线性度以提升系统效能与通信质量，是一种适应现代数字通信发展的线性化技术。
为了便于实现，预失真结构采用的是查找表(Lookup Table，LUT)方法，如图1所示查找表按照信号的幅度，或输入幅度的某种函数检索，然后修正施加在功放输入端上信号的幅度和相位以便抵消其失真；其中，DAC为数字模拟转换器，PA为功放元件(功率放大器)，ADC为模数转换器。图2给出了一种基本的提取预失真表格结构。其中，X为输入信号，Y为输出(反馈)信号；首先根据需求确定输出功率，第一次运行时，系统直通，LUT参数全“1”，X′＝X，信号通过功放之后，得到第一组输出数据，反馈进行预失真，通过求解min|Y′-X′|得到LUT参数，然后在迭代过程中不断修正LUT参数，直到输出信号Y得到满意的效果，提取此时LUT参数作为这一输出功率下的预失真LUT，供开环系统使用。可见，图中的预失真系统结构包含两个通道：数据训练的环路通道和预失真通道。数据训练通道是一个环路结构，其核心部分为预失真算法模块，该模块对经功放后的反馈输出和原输入信号进行处理，得到功放的失真特性，然后得到功放失真反特性的LUT参数。当功放特性随着时间或外界环境变化发生改变时，可以通过自适应的预失真算法来刷新预失真反特性LUT参数。
功放的特性会随着输入信号的特性的不同而不同。因此，如何选择能更准确地表征功放本质特性的数据是非常重要的，这直接决定着数字预失真系统的性能。目前业界主流的方法是自适应筛选大峰值信号的策略，即直接根据前向输出信号X的峰值来进行数据筛选，但是基于峰值筛选的数据的准确性不高，不能准确地表征功放本质特性，进而导致射频功率放大器的线性度和功放效率不高。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种改善数字预失真系统性能的数据筛选方法，该方法结合直方图统计特性和大峰值信号进行自适应数据筛选，筛选的数据能更准确地表征功放本质特性，更为符合功放实际特性的参数，改善数字预失真系统的性能，提高了射频功率放大器的线性度和功放效率。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现。
一种改善数字预失真系统性能的数据筛选方法，包括以下步骤：
步骤1，将信号的功率波动范围划分为K个档位，得到每个档位的功率范围；
步骤2，统计每个档位下功率的直方图数据分布统计特性，得到每个档位的数据直方图分布验证模板Hist_MASKk；其中，k＝1,2,……K；
步骤3，计算实际输入信号的平均功率
Figure BDA0002348872650000031
根据所述实际输入信号的平均功率
Figure BDA0002348872650000032
确定其属于的功率范围，根据属于的功率范围确定对应的档位号k；
步骤4，对档位号k的实际输入信号的功率进行直方图统计分析，得到档位号k下的实际输入信号的数据直方图分布；
判断档位号k下的实际输入信号的数据直方图分布是否满足该档位号k下数据直方图分布验证模板Hist_MASKk，如果满足，则将档位号k对应的预失真表作为输入信号的在进行预失真时通过的LUTk；否则，不通过。
本发明技术方案的特点和进一步的改进为：
优选的，步骤1中，每个档位的功率范围为：
Figure BDA0002348872650000033
其中，K为档位总数，MAX为功率最大值。
优选的，步骤3中，实际输入信号的平均功率
Figure BDA0002348872650000034
的计算方法为：
Figure BDA0002348872650000035
其中，i为信号的个数，xi为信号的功率，i＝1,2,……N，N为信号的总个数。
优选的，步骤4中具体为：如果第k个档位号的实际输入信号的数据直方图分布值与Hist_MASKk的第k个档位号的数据直方图分布值的差值在误差范围(-Δk～+Δk)内，则判定通过；否则，不通过；其中，Δk为数据直方图分布验证模板Hist_MASKk中第k个档位号的功率统计分布值的幅度偏差值。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明的改善数字预失真系统性能的数据筛选方法中，结合直方图统计特性和大峰值信号进行自适应数据筛选，在考虑大峰值信号在功放特性参数提取的重要性的同时，还考虑了数据的时域分布特性，可以更全面、完备地进行数据筛选，筛选的数据能更准确地表征功放本质特性，更为符合功放实际特性的参数，改善数字预失真系统的性能，提高了射频功率放大器的线性度和功放效率。
附图说明
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。
图1为现有的预失真结构整体架构图；
图2为现有的提取预失真表格示意图；
图3为数据直方图分布验证模板Hist_MASKk；
图4为采用生成的预失真表格LUTk对输入信号引起的增益波动进行补偿图。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域的技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。
一种改善数字预失真系统性能的数据筛选方法，包括以下步骤：
步骤1，根据实测的某制式下信号的功率波动范围(0～MAX)，结合系统硬件使用的FPGA(现场可编程逻辑门阵列)资源情况和使用的DPD(数字预失真)模型结构情况，确定可分档的档位数量，将信号的功率波动范围划分为K个档位，则每个档位的功率范围如下：
Figure BDA0002348872650000041
其中，K为档位总数，MAX为功率最大值。
步骤2，统计每个档位下功率的直方图数据分布统计特性，作为该档位下的数据直方图分布验证模板，记为Hist_MASKk；其中，k＝1,2,……K。
步骤3，根据以下公式计算实际输入信号的平均功率
Figure BDA0002348872650000052
(如信号的总个数N＝8192)，判断所述实际输入信号的平均功率属于哪个档位的功率范围内，确定对应的档位号k，将档位号k对应的预失真表作为输入信号的在进行预失真时通过的LUTk。
Figure BDA0002348872650000051
其中，i为信号的个数，xi为信号的功率，i＝1,2,……N，N为信号的总个数。
步骤4，档位号k对应的预失真表是否作为LUT提取的样本数据，还需进一步进行直方图的分布验证判断，即对档位号k的实际输入信号的功率进行直方图统计分析(如信号的总个数N＝8192)，判断是否满足档位号k下的数据直方图分布验证模板Hist_MASKk，如果满足，则将档位号k对应的预失真表作为输入信号的在进行预失真时通过的LUTk，即将档位号k对应的输入数据作为LUT提取的数据样本；否则，不通过。
其中，如图3所示，直方图的分布验证判断准则为：如果第k个档位号的实际输入信号的功率直方图分布值与Hist_MASKk的第k个档位号的功率直方图分布值的差值在误差范围(-Δk～+Δk)内，则判定通过；否则，不通过；其中，Δk为数据直方图分布验证模板Hist_MASKk中第k个档位号的功率统计分布值的幅度偏差值。
步骤5，预失真表格LUTk生成后，对每通过k档位LUTk的实际输入信号的平均功率，与该档位的原始分档功率区间的差异(Δk,k＝1,2,……K)，引起的增益波动进行补偿，可以使得输入信号通过该档位后能量保持恒定(见图4)。
虽然，本说明书中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (4)

1.一种改善数字预失真系统性能的数据筛选方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，将信号的功率波动范围划分为K个档位，得到每个档位的功率范围；
步骤2，统计每个档位下功率的直方图数据分布统计特性，得到每个档位的数据直方图分布验证模板Hist_MASKk；其中，k＝1，2，......K；
步骤3，计算实际输入信号的平均功率
Figure FDA0002348872640000011
根据所述实际输入信号的平均功率
Figure FDA0002348872640000012
确定其属于的功率范围，根据属于的功率范围确定对应的档位号k；
步骤4，对档位号k的实际输入信号的功率进行直方图统计分析，得到档位号k下的实际输入信号的数据直方图分布；
判断档位号k下的实际输入信号的数据直方图分布是否满足该档位号k下数据直方图分布验证模板Hist_MASKk，如果满足，则将档位号k对应的预失真表作为输入信号的在进行预失真时通过的LUTk；否则，不通过。
2.根据权利要求1所述的改善数字预失真系统性能的数据筛选方法，其特征在于，步骤1中，每个档位的功率范围为：
Figure FDA0002348872640000013
其中，K为档位总数，MAX为功率最大值。
3.根据权利要求1所述的改善数字预失真系统性能的数据筛选方法，其特征在于，步骤3中，实际输入信号的平均功率
Figure FDA0002348872640000015
的计算方法为：
Figure FDA0002348872640000014
其中，i为信号的个数，xi为信号的功率，i＝1，2，......N，N为信号的总个数。
4.根据权利要求1所述的改善数字预失真系统性能的数据筛选方法，其特征在于，步骤4中具体为：如果第k个档位号的实际输入信号的数据直方图分布值与Hist_MASKk的第k个档位号的数据直方图分布值的差值在误差范围(-Δk～+Δk)内，则判定通过；否则，不通过；其中，Δk为数据直方图分布验证模板Hist_MASKk中第k个档位号的功率统计分布值的幅度偏差值。
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