CN111327552A - 一种终端数字预失真方法、系统和存储介质 - Google Patents

一种终端数字预失真方法、系统和存储介质 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种终端数字预失真方法、系统和存储介质，其中，所述方法包括：当终端首次开机或环境参数产生变化时，更新存储的对终端内功率放大器PA进行非线性失真补偿的特性曲线；利用更新后的特性曲线对所述PA进行非线性失真补偿后输出数据。本发明不需要实时处理反馈数据进行迭代收敛，降低了终端实现成本；且能够在环境参数发生变化时进行修正，提高了终端的工作性能指标和可靠性。

Description

一种终端数字预失真方法、系统和存储介质
技术领域
本发明涉及数字预失真技术，尤指一种终端数字预失真方法、系统和存储介质。
背景技术
物联网是一种新兴的网络系统，它具有广泛的应用前景，并会在随后取得爆发性的增长。
物联网采用了NBIOT(narrow banded internet of things)协议，它继承自LTE(long term evolution，长期演进)，在帧格式、子帧结构和OFDM(orthogonal frequencydivision multiplexing，正交频分复用)调制方式上和LTE基本相同。但和LTE相比，NBIOT也有一些独立的特点，首先，NBIOT是半双工的，即上下行不会同时通信，以简化架构和芯片的复杂度。其次，由于并不需要传输大量数据，NBIOT的频带宽度被大大压缩，一个载波只有180kHz带宽。此外，NBIOT主要应用于静止或慢速移动场景，并不要求快速的小区跟踪和重选。
和传统网络相比，物联网具有低功耗、低成本和强接收发送能力的特点。首先是低功耗，物联网往往应用于户外，缺少稳定供应的交流电源，因此物联网芯片要求低功耗，依赖附带小容量电池长期待机，理想的目标是一节5号电池可以使用10年。其次是低成本，为了能够大规模部署，物联网芯片要求低成本，这样才可能大规模应用。再其次，物联网终端可能应用在较偏远的户外，基站覆盖强度偏弱，因此，和传统手机相比，需要更强的弱场接收和发送能力。
协议规定NBIOT终端需要支持的最大发射功率为23dBm，考虑到降低功耗，功率放大器(PA)电源电压往往设置的较低，使得PA进入了非线性工作区域。当PA工作在非线性区域(特别是为了最大化PA效率而作的优化时)，可以用幅度(AM)/幅度(AM)、幅度(AM)/相位(PM)以及记忆效应这几个指标来衡量其非线性的影响。输入和输出幅度两者在PA线性工作区间内呈线性关系，但是当PA超出线性区域时，出现了非线性(输出信号幅度不再是输入信号幅度的线性函数)的曲线(弯曲的起始位置也称为“压缩”点)。类似的，当PA工作在非线性区间时，输出信号的相位不仅取决于输入信号的相位，也会随着输入信号幅度变化而变化。记忆效应反映的是失真不仅与当前时刻的输入信号有关，也与过去时刻的输入有关。NBIOT终端为了降低成本，倾向于采用廉价的PA，进一步加剧了非线性效应，导致射频发射信号失真，产生带外频谱泄露并影响基站对信号正确解调。
数字预失真(Digital Pre-Distortion,DPD)的目的是在数字域补偿功率放大器的非线性失真，就是人为地加入一个特性与系统非线性失真恰好相反的系统响应，补偿放大器的非线性失真，从而增大放大器的线性工作范围。如图1所示，预失真模块的输出作为PA的输入，输入PA的时候就是一个与PA非线性失真恰好相反的系统，这样就恰好补偿了PA的非线性失真，从而使得PA的线性工作范围变大。
DPD优化PA的目的可以包括：
1)允许PA在低电压下工作，即尽量降低不必要的PA功耗；
2)使PA线性度最大化，即可在节省PA功耗的同时，保持PA的线性度(以降低少量的PA工作效率为代价)。
DPD的实现方法可以分为闭环和开环两类。
闭环数字预失真也称为自适应预失真，此方法需要使用一套从射频到基带的完整的反馈链路，将经过接收通道采集的PA实际输出信号实时与期望发送的信号波形进行比较，误差采用RLS/LMS等收敛算法迭代求解获取PA的补偿曲线。闭环数字预失真的结构框图如图2所示，其中计算预失真曲线的电路包括Tx.interpolator(发射机中的插值器，用于将发射信号的采样率提升至满足射频的需求)、DPD电路、数模转换DAC电路、模数转换ADC电路、DPD自适应电路DPD Adaptation，Xn是没有经过预失真的原始发射信号，Yn是经过预失真后的发射信号，Zn是采集获得到的经过PA后的实际发射信号，此外，图2所示的闭环数字预失真电路还包括IQ调至器IQ Modulator、预功率放大器Pre-PA、功率表Power Meter、功率放大器PA以及衰减器attenuator。由于PA是模拟器件，它的参数缺乏一致性(每一颗PA芯片的参数有差异)，且PA的参数会随温度和电源电压变化而变化。闭环预失真的优点在于可以自适应的跟踪PA特性的一致性和随环境的变化，从而获得良好的逼近性能。缺点是：1)上行发射的同时需要开通下行接收的通道，额外增加了功耗，尤其是对于主要业务模式为上行发射的NBIOT这一缺点更明显；2)自适应算法需要实时处理反馈数据进行迭代收敛，硬件实现代价较高，不利于降低成本。
开环数字预失真没有接收通道作为反馈环路，在发送指定信号的同时，通过特定仪表对PA发送的信号特性进行采集分析。在仪表中拟合出PA需要补偿的曲线，出厂前一次性写入NBIOT终端的非易失性存储器，用于改善PA的非线性。开环数字预失真没有额外的功耗，不需要复杂的实时自适应算法，但PA参数随温度和电源电压变化后无法跟踪，环境变化后工作的性能指标和可靠性下降；且生产过程中需要使用校准仪表，降低了生产线的使用效率。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种终端数字预失真方法、系统和存储介质，不需要实时处理反馈数据进行迭代收敛，降低了终端实现成本；且能够在环境参数发生变化时进行修正，提高了终端的工作性能指标和可靠性。
为了达到本发明目的，本发明提供了一种终端数字预失真方法，包括：
当终端首次开机或环境参数产生变化时，更新存储的对终端内功率放大器PA进行非线性失真补偿的特性曲线；
利用更新后的特性曲线对所述PA进行非线性失真补偿后输出数据。
作为一种实现方式，所述方法还包括：
判断更新后的特性曲线对PA进行非线性失真补偿后输出的数据是否满足预设要求，如果不满足预设要求，再次更新存储的对终端内PA进行非线性失真补偿的特性曲线，并利用再次更新后的特性曲线对所述PA进行非线性失真补偿后输出数据，直至输出的数据满足所述预设要求。
作为一种实现方式，所述更新存储的对PA进行非线性失真补偿的特性曲线，包括：
将一特定序列通过PA发送后再接收；
计算接收的特定序列与发送至PA的特定序列的误差，使用该误差计算对PA进行非线性失真补偿的特性曲线。
作为一种实现方式，判断更新后的特性曲线对PA进行非线性失真补偿后输出的数据是否满足预设要求，包括：
检测对PA进行非线性失真补偿后输出的数据与原始发送数据的功率误差，如果所述功率误差超过预设值，则更新后的特性曲线对PA进行非线性失真补偿后输出的数据不满足预设要求。
本发明实施例还提供了一种终端数字预失真系统，包括：
更新模块，用于当终端首次开机或环境参数产生变化时，更新存储的对终端内功率放大器PA进行非线性失真补偿的特性曲线；
失真补偿模块，用于利用更新后的特性曲线对所述PA进行非线性失真补偿后输出数据。
作为一种实现方式，
所述更新模块，还用于判断更新后的特性曲线对PA进行非线性失真补偿后输出的数据是否满足预设要求，如果不满足预设要求，再次更新存储的对终端内PA进行非线性失真补偿的特性曲线。
作为一种实现方式，所述更新模块，用于更新存储的对终端内PA进行非线性失真补偿的特性曲线，包括：
将一特定序列通过PA发送后再接收；
计算接收的特定序列与发送至PA的特定序列的误差，使用该误差计算对PA进行非线性失真补偿的特性曲线。
作为一种实现方式，所述更新模块，用于判断更新后的特性曲线对PA进行非线性失真补偿后输出的数据是否满足预设要求，包括：
检测对PA进行非线性失真补偿后输出的数据与原始发送数据的功率误差，如果所述功率误差超过预设值，则更新后的特性曲线对PA进行非线性失真补偿后输出的数据不满足预设要求。
本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，所述介质存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令被处理器执行时实现如前所述的终端数据预失真方法的步骤。
与现有技术相比，本发明包括：当终端首次开机或环境参数产生变化时，更新存储的对终端内功率放大器PA进行非线性失真补偿的特性曲线；利用更新后的特性曲线对所述PA进行非线性失真补偿后输出数据。本发明不需要实时处理反馈数据进行迭代收敛，降低了终端实现成本；且能够在环境参数发生变化时进行修正，提高了终端的工作性能指标和可靠性。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
附图用来提供对本发明技术方案的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本申请的实施例一起用于解释本发明的技术方案，并不构成对本发明技术方案的限制。
图1为对PA的预失真补偿示意图；
图2为闭环数字预失真的结构框图；
图3为本发明实施例提供的终端数字预失真方法流程图；
图4为本发明实施例提供的终端数字预失真系统组成模块图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下文中将结合附图对本发明的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。
在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行。并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。
本发明实施例提供了一种终端数字预失真方法，如图3所示，所述方法包括：
S301当终端首次开机或环境参数产生变化时，更新存储的对终端内功率放大器PA进行非线性失真补偿的特性曲线；所述特性曲线可以存储进终端的非易失存储器；此外，还可以将特征曲线写入存储器的同时，将当时时间、温度和电源电压等环境参数一并写入存储器；
作为一种实现方式，可以当环境参数产生较大变化时，再更新存储的对终端内功率放大器PA进行非线性失真补偿的特性曲线；所述环境参数产生较大变化可以包括：时间变化超过1天或者温度变化超过10度或者电源电压变化超过0.1V；
S302利用更新后的特性曲线对所述PA进行非线性失真补偿后输出数据。
作为一种实现方式，所述方法还包括：
判断更新后的特性曲线对PA进行非线性失真补偿后输出的数据是否满足预设要求，如果不满足预设要求，再次更新存储的对终端内PA进行非线性失真补偿的特性曲线，并利用再次更新后的特性曲线对所述PA进行非线性失真补偿后输出数据，直至输出的数据满足所述预设要求。
作为一种实现方式，所述判断更新后的特性曲线对PA进行非线性失真补偿后输出的数据是否满足预设要求，包括：
检测对PA进行非线性失真补偿后输出的数据与原始发送数据的功率误差，如果所述功率误差超过预设值，则更新后的特性曲线对PA进行非线性失真补偿后输出的数据不满足预设要求。该过程可以通过离线计算完成。
作为一种实现方式，所述更新存储的对PA进行非线性失真补偿的特性曲线，包括：
将一特定序列通过PA发送后再接收；
计算接收的特定序列与发送至PA的特定序列的误差，使用该误差计算对PA进行非线性失真补偿的特性曲线。
本发明实施例提供的终端数字预失真方法相对于闭环数字预失真：由于仅首次开机或环境参数发生变化时更新存储的对终端内PA进行非线性失真补偿的特性曲线，避免了实时处理反馈数据进行迭代收敛，降低了终端实现成本。相对于开环数字预失真：可以在PA参数随环境变化后进行修正，减少环境变化后终端工作的性能指标和可靠性下降；不需要在生产过程中使用校准仪表，提高了生产线的使用效率。
下面以NBIOT终端数据预失真为例，对发明实施例进行举例说明。
步骤一、检测并确定首次开机；
步骤二、打开上行发送功能，将上行发射功率配置在协议规定的指标(23dBm)；
步骤三、打开下行接收功能和PA输出至下行接收之间的耦合器，配置耦合器衰减，使得上行发射功率配置在协议规定的指标时，下行可以采集到功率大小合适的数据(下行接收合适的功率范围是-110dBm～-25dBm，考虑到减少噪声对校准的影响，耦合器衰减可以为73dB，使得下行接收采集到的信号功率为-50dBm)；对于NBIOT终端，可以复用NBIOT的下行通道采集接收PA发射出的信号数据，不需要在日常上行发射业务的同时额外开通下行接收的通道，对于主要业务模式为上行发射的NB终端大幅度降低了功耗；
步骤四、上行发送一段用于校准的特定序列，例如采样率1.92MHz，长度1920样点，持续时间1ms的伪随机序列，并将该特定序列预先存储在终端存储器中；
步骤五、将下行接收到的数据按照1.92MHz速率采样，并量化为16比特，采用与本地伪随机序列滑动相关的方式对齐位置。对齐后，与本地存储的特定序列比较计算误差，使用该误差与本地存储的特定序列一起通过LMS算法迭代离线计算PA需要补偿的特性曲线，完成1920个样点计算后，将需要补偿的特性曲线写入终端的非易失性存储器，用于改善PA的非线性；
步骤六、检测下行接收到的序列与原始发送序列的误差程度，如误差功率超过原始发送序列功率的5％，说明PA线性度不够理想可以多次进行步骤四和步骤五直至下行接收到的序列与原始发送序列的误差功率不超过原始发送序列功率的5％；
步骤七、写入终端非易失性存储器此次校准的时间、温度和电源电压等环境参数；
步骤八、监控时间、温度和电源电压等环境参数，如果和非易失性存储器中写入的环境参数发生较大变化(如时间变化超过1天或者温度变化超过10度或者电话电压变化超过0.1V)，则再次执行步骤二～步骤七的校准过程。
本发明实施例还提供了一种终端数字预失真系统，如图4所示，所述系统包括：
更新模块401，用于当终端首次开机或环境参数产生变化时，更新存储的对终端内功率放大器PA进行非线性失真补偿的特性曲线；所述特性曲线可以存储进终端的非易失存储器；此外，还可以将特征曲线写入存储器的同时，将当时时间、温度和电源电压等环境参数一并写入存储器；
作为一种实现方式，更新模块401可以当环境参数产生较大变化时，再更新存储的对终端内功率放大器PA进行非线性失真补偿的特性曲线；所述环境参数产生较大变化可以包括：时间变化超过1天或者温度变化超过10度或者电源电压变化超过0.1V；
失真补偿模块402，用于利用更新后的特性曲线对所述PA进行非线性失真补偿后输出数据。
作为一种实现方式，所述更新模块401，还用于判断更新后的特性曲线对PA进行非线性失真补偿后输出的数据是否满足预设要求，如果不满足预设要求，再次更新存储的对终端内PA进行非线性失真补偿的特性曲线。
作为一种实现方式，所述更新模块401，用于判断更新后的特性曲线对PA进行非线性失真补偿后输出的数据是否满足预设要求，包括：
检测对PA进行非线性失真补偿后输出的数据与原始发送数据的功率误差，如果所述功率误差超过预设值，则更新后的特性曲线对PA进行非线性失真补偿后输出的数据不满足预设要求。该过程可以通过离线计算完成。
作为一种实现方式，所述更新模块401，用于更新存储的对终端内PA进行非线性失真补偿的特性曲线，包括：
将一特定序列通过PA发送后再接收；
计算接收的特定序列与发送至PA的特定序列的误差，使用该误差计算对PA进行非线性失真补偿的特性曲线。
本发明实施例提供的终端数字预失真相对于闭环数字预失真：由于仅首次开机或环境参数发生变化时更新存储的对终端内PA进行非线性失真补偿的特性曲线，避免了实时处理反馈数据进行迭代收敛，降低了终端实现成本。相对于开环数字预失真：可以在PA参数随环境变化后进行修正，减少环境变化后终端工作的性能指标和可靠性下降；不需要在生产过程中使用校准仪表，提高了生产线的使用效率。
本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，所述介质存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令被处理器执行时实现如前实施例所述的终端数据预失真方法的步骤。
本领域普通技术人员可以理解，上文中所公开方法中的全部或某些步骤、系统、装置中的功能模块/单元可以被实施为软件、固件、硬件及其适当的组合。在硬件实施方式中，在以上描述中提及的功能模块/单元之间的划分不一定对应于物理组件的划分；例如，一个物理组件可以具有多个功能，或者一个功能或步骤可以由若干物理组件合作执行。某些组件或所有组件可以被实施为由处理器，如数字信号处理器或微处理器执行的软件，或者被实施为硬件，或者被实施为集成电路，如专用集成电路。这样的软件可以分布在计算机可读介质上，计算机可读介质可以包括计算机存储介质(或非暂时性介质)和通信介质(或暂时性介质)。如本领域普通技术人员公知的，术语计算机存储介质包括在用于存储信息(诸如计算机可读指令、数据结构、程序模块或其他数据)的任何方法或技术中实施的易失性和非易失性、可移除和不可移除介质。计算机存储介质包括但不限于RAM、ROM、EEPROM、闪存或其他存储器技术、CD-ROM、数字多功能盘(DVD)或其他光盘存储、磁盒、磁带、磁盘存储或其他磁存储装置、或者可以用于存储期望的信息并且可以被计算机访问的任何其他的介质。此外，本领域普通技术人员公知的是，通信介质通常包含计算机可读指令、数据结构、程序模块或者诸如载波或其他传输机制之类的调制数据信号中的其他数据，并且可包括任何信息递送介质。

Claims (9)

1.一种终端数字预失真方法，包括：
当终端首次开机或环境参数产生变化时，更新存储的对终端内功率放大器PA进行非线性失真补偿的特性曲线；
利用更新后的特性曲线对所述PA进行非线性失真补偿后输出数据。
2.根据权利要求1所述的终端数据预失真方法，其特征在于，所述方法还包括：
判断更新后的特性曲线对PA进行非线性失真补偿后输出的数据是否满足预设要求，如果不满足预设要求，再次更新存储的对终端内PA进行非线性失真补偿的特性曲线，并利用再次更新后的特性曲线对所述PA进行非线性失真补偿后输出数据，直至输出的数据满足所述预设要求。
3.根据权利要求1或2所述的终端数据预失真方法，其特征在于，所述更新存储的对PA进行非线性失真补偿的特性曲线，包括：
将一特定序列通过PA发送后再接收；
计算接收的特定序列与发送至PA的特定序列的误差，使用该误差计算对PA进行非线性失真补偿的特性曲线。
4.根据权利要求2所述的终端数据预失真方法，其特征在于，判断更新后的特性曲线对PA进行非线性失真补偿后输出的数据是否满足预设要求，包括：
检测对PA进行非线性失真补偿后输出的数据与原始发送数据的功率误差，如果所述功率误差超过预设值，则更新后的特性曲线对PA进行非线性失真补偿后输出的数据不满足预设要求。
5.一种终端数字预失真系统，其特征在于，包括：
更新模块，用于当终端首次开机或环境参数产生变化时，更新存储的对终端内功率放大器PA进行非线性失真补偿的特性曲线；
失真补偿模块，用于利用更新后的特性曲线对所述PA进行非线性失真补偿后输出数据。
6.根据权利要求5所述的终端数字预失真系统，其特征在于，
所述更新模块，还用于判断更新后的特性曲线对PA进行非线性失真补偿后输出的数据是否满足预设要求，如果不满足预设要求，再次更新存储的对终端内PA进行非线性失真补偿的特性曲线。
7.根据权利要求5或6所述的终端数字预失真系统，其特征在于，所述更新模块，用于更新存储的对终端内PA进行非线性失真补偿的特性曲线，包括：
将一特定序列通过PA发送后再接收；
计算接收的特定序列与发送至PA的特定序列的误差，使用该误差计算对PA进行非线性失真补偿的特性曲线。
8.根据权利要求6所述的终端数字预失真系统，其特征在于，所述更新模块，用于判断更新后的特性曲线对PA进行非线性失真补偿后输出的数据是否满足预设要求，包括：
检测对PA进行非线性失真补偿后输出的数据与原始发送数据的功率误差，如果所述功率误差超过预设值，则更新后的特性曲线对PA进行非线性失真补偿后输出的数据不满足预设要求。
9.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述介质存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令被处理器执行时实现如权利要求1至4中任一项所述的终端数据预失真方法的步骤。
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