CN113612453B - 一种低采样率反馈的数字预失真校正方法与装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种低采样率反馈的数字预失真校正方法与装置，所述方法包括以下步骤：S1.基带信源产生信源信号x＝[x(1),(2),...,x(N)]^T，将x信源信号进行数模转换、上变频后送入功放中进行放大；S2.将功放放大后的信号输入带通滤波器进行滤波处理，使得滤波处理后的信号中仅保存期望抑制的带外失真频段范围；S3.将滤波处理后的信号下变频到基带，并进行模数转换后得到带外失真的数字信号，记为y＝[y(1),y(2)，...，y(N)]^T；S4.构建具有频率选择特性的预失真模型，并计算预失真系数向量c；S5.将预失真系数向量c应用到具有频率选择特性的数字预失真模型中，对信源信号进行预失真处理。本发明带通滤波后的信号只会保存期望抑制频段范围的带外失真，减低了对采样率的要求。

Description

一种低采样率反馈的数字预失真校正方法与装置

技术领域

本发明涉及数字预失真技术，特别是涉及一种低采样率反馈的数字预失真校正方法与装置。

背景技术

由于功放的非线性，在功放的输出端出现频谱增生现象，如图1所示。增生出的频谱又被称作带外失真，其对邻道的通信产生干扰，其必须被抑制，以防止违反通信指标的需求。因此通常采用数字预失真技术来抑制带外失真。

传统的数字预失真技术需要高采样率的反馈通道来采集频谱增生后功放输出信号。当考虑K＝5阶非线性时，则需要5倍于信号带宽采样率的反馈通道，这会增加系统开销。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种低采样率反馈的数字预失真校正方法与装置，在进行功放放大信号的采集时，将功放输出信号通过一个带通滤波器，该带通滤波的通带频率范围就是期望抑制的带外失真频段范围，带通滤波后的信号只会保存期望抑制频段范围的带外失真，减低了对采样率的要求。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种低采样率反馈的数字预失真校正方法，包括以下步骤：

S1.基带信源产生信源信号x＝[x(1),(2),...,x(N)]^T，将x信源信号进行数模转换、上变频后送入功放中进行放大；

S2.将功放放大后的信号输入带通滤波器进行滤波处理，使得滤波处理后的信号中仅保存期望抑制的带外失真频段范围；

S3.将滤波处理后的信号下变频到基带，并进行模数转换后得到带外失真的数字信号，记为y＝[y(1),y(2),...,y(N)]^T；

S4.根据信源信号x和带外失真的数字信号y，构建具有频率选择特性的预失真模型，并计算预失真系数向量c；

S5.将预失真系数向量c应用到具有频率选择特性的数字预失真模型中，对信源信号进行预失真处理。

其中，所述带通滤波器的通带频率范围即为期望抑制的带外失真频段范围。

进一步地，所述步骤S4包括以下子步骤：

S401.通过频率搬移，将y在频域变回到相对于功放的原始输出信号相同的位置:

设在功放的原始输出信号上，y所表示的信号相对与主信道的信号的频率距离是Δf，则将y也进行的Δf频率搬移，得到频率搬移后的y；

S402.将频率搬移后的y通过下式构建系数提取信号:

其中，α是一个因子，其被设置为使u的邻信道功率比,与无带通滤波的原始功放输出信号的邻信道功率比相同,表示卷积，h＝[h₁,h₂,...,h_M]^T表示所述带通滤波器在基带上等效的滤波系数；

S403.提取系数：

首先利用u＝[u(1),u(2),...,u(N)]^T中的数据，根据具有频率选择特性的预失真模型，构建数据矩阵U，具有频率选择特性的模型是将普通的预失真模型的非线性部分通过滤波系数为h滤波器得到：

普通的预失真模型为：

其中，k大于1的项为非线性项，具有频率选择特性的预失真模型为：

根据具有频率选择特性的预失真模型中的基函数，即u(n-q+1)与 构建数据矩阵U；其中U的每一列都对应了一个基函数；

第一到第Q列，对应基函数u(n-q+1),其中，第一列对应q＝1的基函数u(n)，即第一列记为u₁＝[u(1),u(2),…,u(N)]^T；第二列对应q＝2的基函数u(n-1)，即第二列记为u₂＝[u(0),u(1),…,u(N-1)]^T；第Q列对应q＝Q的基函数u(n-Q+1)，即第Q列记为u_Q＝[u(1-Q+1),u(2-Q+1),…，u(N-Q+1)]^T；

第Q+1列到第K×Q(即最后一列)，对应基函数 其中，第Q+1列对应k＝2,q＝1的基函数即第Q+1列记为 第Q+2列对应k＝2，q＝2的基函数/>即第Q+2列记为/> 第K×Q列对应k＝K，q＝Q的基函数/>即第K×Q列记为/>

然后，通过下式所示的LS算法计算系数

c＝(U^HU)^-1U^Hx

其中c＝[c₁₁，c₁₂,...，c_KQ]^T表示预失真系数向量。

进一步地，所述步骤S5包括：

将预失真系数向量c应用到具有频率选择特性的数字预失真模型中，对信源信号进行预失真处理，即通过下式计算预失真后的信号：

其中z(n)表示预失真后的信号。

一种低采样率反馈的数字预失真校正装置，包括：

基带信源，用于基带信源产生信源信号；

信源信号处理模块，用于将信源信号进行数模转换、上变频后送入功放中进行放大；

带通滤波器，用于将功放放大后的信号输入带通滤波器进行滤波处理，使得滤波处理后的信号中仅保存期望抑制的带外失真频段范围；

反馈处理模块，用于将滤波处理后的信号下变频到基带，并进行模数转换后得到带外失真的数字信号；

预失真系数计算模块，用于根据信源信号和带外失真的数字信号，构建具有频率选择特性的预失真模型，并计算预失真系数向量；

预失真处理模块，用于将预失真系数向量应用到具有频率选择特性的数字预失真模型中，对信源信号进行预失真处理。

本发明的有益效果是：本发明在进行功放放大信号的采集时，将功放输出信号通过一个带通滤波器，该带通滤波的通带频率范围就是期望抑制的带外失真频段范围，带通滤波后的信号只会保存期望抑制频段范围的带外失真，降低了对带宽需求和采样率需求，并可以选择任意频段的带外失真进行抑制，同时系数提取过程简单，不需要复杂的迭代操作。

附图说明

图1为功放的输出端的频谱增生现象示意图；

图2为本发明的方法流程图；

图3为本发明的装置原理框图。

具体实施方式

下面结合附图进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于以下所述。

如图2所示，一种低采样率反馈的数字预失真校正方法，包括以下步骤：

S1.基带信源产生信源信号x＝[x(1)，(2),...,x(N)]^T，将x信源信号进行数模转换、上变频后送入功放中进行放大；

S2.将功放放大后的信号输入带通滤波器进行滤波处理，使得滤波处理后的信号中仅保存期望抑制的带外失真频段范围；

S3.将滤波处理后的信号下变频到基带，并进行模数转换后得到带外失真的数字信号，记为y＝[y(1)，y(2),...,y(N)]^T；

S4.根据信源信号x和带外失真的数字信号y，构建具有频率选择特性的预失真模型，并计算预失真系数向量c；

S5.将预失真系数向量c应用到具有频率选择特性的数字预失真模型中，对信源信号进行预失真处理。

其中，所述带通滤波器的通带频率范围即为期望抑制的带外失真频段范围。带通滤波后的信号只会保存一部分的期望带外失真。通过下变频器该部分带外失真下变频到基带，只需要采用一个低采样率的ADC将该部分带外失真采集成数字信号。

进一步地，所述步骤S4包括以下子步骤：

S401.通过频率搬移，将y在频域变回到相对于功放的原始输出信号相同的位置:

设在功放的原始输出信号上，y所表示的信号相对与主信道的信号的频率距离是Δf，则将y也进行的Δf频率搬移，得到频率搬移后的y；

S402.将频率搬移后的y通过下式构建系数提取信号:

其中，α是一个因子，其被设置为使u的邻信道功率比,与无带通滤波的原始功放输出信号的邻信道功率比相同,表示卷积，h＝[h₁,h₂,...,h_M]^T表示所述带通滤波器在基带上等效的滤波系数；

S403.提取系数：

首先利用u＝[u(1),u(2),...，u(N)]^T中的数据，根据具有频率选择特性的预失真模型，构建数据矩阵U，具有频率选择特性的模型是将普通的预失真模型的非线性部分通过滤波系数为h滤波器得到：

普通的预失真模型为：

其中，k大于1的项为非线性项，在本申请的实施例中，以MP模型为例子作为普通的预失真模型进行了介绍，采用其他的模型例如GMP模型也可以进行相应的处理。

具有频率选择特性的预失真模型为：

根据具有频率选择特性的预失真模型中的基函数，即u(n-q+1)与 构建数据矩阵U；其中U的每一列都对应了一个基函数；

第一到第Q列，对应基函数u(n-q+1),其中，第一列对应q＝1的基函数u(n)，即第一列记为u₁＝[u(1)，u(2),…,u(N)]^T；第二列对应q＝2的基函数u(n-1)，即第二列记为u₂＝[u(0),u(1),…,u(N-1)]^T；第Q列对应q＝Q的基函数u(n-Q+1)，即第Q列记为u_Q＝[u(1-Q+1),u(2-Q+1),…,u(N-Q+1)]^T；

第Q+1列到第K×Q(即最后一列)，对应基函数 其中，第Q+1列对应k＝2，q＝1的基函数即第Q+1列记为 第Q+2列对应k＝2，q＝2的基函数/>即第Q+2列记为/> 第K×Q列对应k＝K，q＝Q的基函数/>即第K×Q列记为/>

然后，通过下式所示的LS算法计算系数

c＝(U^HU)^-1U^Hx

其中c＝[c₁₁,c₁₂,...,c_KQ]^T表示预失真系数向量。在本申请的实施例中，还可以通过其他方法，例如RLS，LMS算法求系数。

进一步地，所述步骤S5包括：

将预失真系数向量c应用到具有频率选择特性的数字预失真模型中，对信源信号进行预失真处理，即通过下式计算预失真后的信号：

其中z(n)表示预失真后的信号。

预失真后的数字信号，经过数模转换后传输给功放进行放大，放大后的信号即可通过天线进行发射

如图3所述，一种低采样率反馈的数字预失真校正装置，包括：

基带信源，用于基带信源产生信源信号；

信源信号处理模块，用于将信源信号进行数模转换、上变频后送入功放中进行放大；

带通滤波器，用于将功放放大后的信号输入带通滤波器进行滤波处理，使得滤波处理后的信号中仅保存期望抑制的带外失真频段范围；

反馈处理模块，用于将滤波处理后的信号下变频到基带，并进行模数转换后得到带外失真的数字信号；

预失真系数计算模块，用于根据信源信号和带外失真的数字信号，构建具有频率选择特性的预失真模型，并计算预失真系数向量；

预失真处理模块，用于将预失真系数向量应用到具有频率选择特性的数字预失真模型中，对信源信号进行预失真处理。

在本申请的实施例中，所述信源信号处理模块包括DAC模块和上变频器，信源信号经过DAC模块进行转换后，通过上变频器变频后再送入功放；而所述反馈处理模块包括下变频器和ADC模块，所述下变频器将带通滤波器输出的信号下变频到基带，并经过ADC模块进行模数转换后传输给预失真系数计算模块。

在本申请的实施例中，考虑信号带宽为100MHz，载波频率为2000MHz。考虑K＝5阶非线性，在功放输出端频谱扩展后的信号占据的频率范围为1750MHz至2250MHz。当我们只需要抑制2100MHz到2200MHz范围内的非线性失真时，我们首先将功放输出信号通过一个通带为2100MHz到2200MHz的带通滤波器，然后将带通滤波后的窄带失真信号下变频2150MHz到基带，利用复采样率为100MHz的ADC采集失真信号数据y。将y在数字域做Δf＝150MHz的频率搬移，得到搬移后的y。搬移后通过构建u，再构建数据矩阵U，计算系数c。将c应用到具有频率选择特性的数字预失真模型中，即可进行数字预失真，预失真后的数字信号，经过数模转换后传输给功放进行放大，放大后的信号即可通过天线进行发射。

上述说明示出并描述了本发明的一个优选实施例，但如前所述，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述发明构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。

Claims (4)

1.一种低采样率反馈的数字预失真校正方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1.基带信源产生信源信号x＝[x(1),(2),...,x(N)]^T，将x信源信号进行数模转换、上变频后送入功放中进行放大；

S2.将功放放大后的信号输入带通滤波器进行滤波处理，使得滤波处理后的信号中仅保存期望抑制的带外失真频段范围；

S3.将滤波处理后的信号下变频到基带，并进行模数转换后得到带外失真的数字信号，记为y＝[y(1),y(2),...,y(N)]^T；

S4.根据信源信号x和带外失真的数字信号y，构建具有频率选择特性的预失真模型，并计算预失真系数向量c；

所述步骤S4包括以下子步骤：

S401.通过频率搬移，将y在频域变回到相对于功放的原始输出信号相同的位置:

设在功放的原始输出信号上，y所表示的信号相对与主信道的信号的频率距离是Δf，则将y也进行的Δf频率搬移，得到频率搬移后的y；

S402.将频率搬移后的y通过下式构建系数提取信号:

其中，α是一个因子，其被设置为使u的邻信道功率比,与无带通滤波的原始功放输出信号的邻信道功率比相同,表示卷积，h＝[h₁,h₂,...,h_M]^T表示所述带通滤波器在基带上等效的滤波系数；

S403.通过间接学习架构提取系数：

首先利用u＝[u(1),u(2),...,u(N)]^T中的数据，根据具有频率选择特性的预失真模型，构建数据矩阵U，具有频率选择特性的模型是将普通的预失真模型的非线性部分通过滤波系数为h滤波器得到：

普通的预失真模型为：

其中，k大于1的项为非线性项，具有频率选择特性的预失真模型为：

根据具有频率选择特性的预失真模型中的基函数，即u(n-q+1)与 构建数据矩阵U；其中U的每一列都对应了一个基函数；

第一到第Q列，对应基函数u(n-q+1),其中，第一列对应q＝1的基函数u(n)，即第一列记为u₁＝[u(1),u(2),…,u(N)]^T；第二列对应q＝2的基函数u(n-1)，即第二列记为u₂＝[u(0),u(1),…,u(N-1)]^T；第Q列对应q＝Q的基函数u(n-Q+1)，即第Q列记为u_Q＝[u(1-Q+1),u(2-Q+1),…,u(N-Q+1)]^T；

第Q+1列到第K×Q，对应基函数其中，第Q+1列对应k＝2,q＝1的基函数/>即第Q+1列记为 第Q+2列对应k＝2,q＝2的基函数即第Q+2列记为/> 第K×Q列对应k＝K,q＝Q的基函数/>即第K×Q列记为

然后，通过下式所示的LS算法计算系数

c＝(U^HU)^-1U^Hx

其中c＝[c₁₁,c₁₂,...,c_KQ]^T表示预失真系数向量；

S5.将预失真系数向量c应用到具有频率选择特性的数字预失真模型中，对信源信号进行预失真处理。

2.根据权利要求1所述的一种低采样率反馈的数字预失真校正方法，其特征在于：所述带通滤波器的通带频率范围即为期望抑制的带外失真频段范围。

3.根据权利要求1所述的一种低采样率反馈的数字预失真校正方法，其特征在于：所述步骤S5包括：

将预失真系数向量c应用到具有频率选择特性的数字预失真模型中，对信源信号进行预失真处理，即通过下式计算预失真后的信号：

其中z(n)表示预失真后的信号。

4.一种低采样率反馈的数字预失真校正装置，基于权利要求1～3中任意一项所述的方法，其特征在于：包括：

基带信源，用于基带信源产生信源信号；

信源信号处理模块，用于将信源信号进行数模转换、上变频后送入功放中进行放大；

带通滤波器，用于将功放放大后的信号输入带通滤波器进行滤波处理，使得滤波处理后的信号中仅保存期望抑制的带外失真频段范围；

反馈处理模块，用于将滤波处理后的信号下变频到基带，并进行模数转换后得到带外失真的数字信号；

预失真系数计算模块，用于根据信源信号和带外失真的数字信号，构建具有频率选择特性的预失真模型，并计算预失真系数向量；

预失真处理模块，用于将预失真系数向量应用到具有频率选择特性的数字预失真模型中，对信源信号进行预失真处理。