CN113852576A - 信号失真预校正方法、装置及非易失性存储介质 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例涉及通信领域，公开了一种信号失真预校正方法、装置及非易失性存储介质。本发明中，通过根据多路耦合阵子采集的反馈信号训练获得互耦滤波参数和预失真系数候选集，从而可以根据得到的互耦滤波参数对当前各路数字通道的前向信号进行互耦滤波处理，使得后续根据互耦滤波后的前向信号与当前待处理的数字通道的前向信号在预失真系数候选集中选取的目标预失真系数为考虑到数字通道互耦因素的预失真系数，进而使得最终根据目标预失真系数对当前待处理的数字通道的前向信号进行的失真预补偿处理能够尽可能减小对功放特性的影响，大大提高了信号失真预校正的精度，使得MIMO波束赋形系统的性能优势能够更好的发挥。

Description

信号失真预校正方法、装置及非易失性存储介质
技术领域
本发明实施例涉及通信领域，特别涉及一种信号失真预校正方法、装置及非易失性存储介质。
背景技术
在现代移动通信系统中，多载波传输技术和高阶数字调制方式会导致系统的峰均比更高、信号传输带宽更大。当功率放大器(Power Amplifier，PA)工作在接近饱和区时，会导致PA产生严重的非线性失真。在此种情况下，预失真(Digital Pre-Distortion，DPD)技术应运而生，并且由于其具有代价较小、失真改善效果明显等优点，已成为非线性系统失真预校正的首选方法。
但是，在5G毫米波通信中，为了获得更大的系统容量、更高的频谱利用率和更高的波束赋形增益，通常会采用大规模多输入多输出(Massive Multiple InMultiple Out，Massive MIMO)技术和模拟波束赋形技术。而采用模拟波束赋形技术，即现有的MIMO波束赋形系统，存在一个数字通道与多个模拟射频通道相连接的问题。在此种情况下，若利用失真技术则需要设计一个预失真器对多个PA的非线性失真同时进行校正。然而在该MIMO波束赋形系统中由于PA与天线阵子之间不存在环形器，因此数字通道间的耦合干扰就对功放特性造成很大影响，进而影响MIMO波束赋形系统性能优势的发挥。
发明内容
本发明实施例的目的在于提供一种信号失真预校正装置、装置及非易失性存储介质，旨在去除数字通道间的耦合干扰，从而尽可能减小对功放特性的影响，进而使MIMO波束赋形系统的性能优势得以发挥。
为解决上述技术问题，本发明的实施例提供了一种信号失真预校正方法，包括：
根据互耦滤波参数对当前各路数字通道的前向信号进行互耦滤波处理；其中，所述互耦滤波参数根据多路耦合阵子采集的反馈信号训练得到；
根据当前待处理的数字通道的前向信号，以及经所述互耦滤波后的当前各路数字通道的前向信号，在预失真系数候选集中选取目标预失真系数；其中，所述预失真系数候选集根据所述多路耦合阵子采集的反馈信号训练得到；
根据所述目标预失真系数对当前待处理的数字通道的前向信号进行失真预补偿处理。
本发明的实施例还提供了一种信号失真预校正装置，包括：耦合信号反馈控制模块、预失真学习模块、互耦滤波模块和预失真模块，所述耦合信号反馈控制模块与所述预失真学习模块连接，所述预失真学习模块分别连接所述互耦滤波模块和所述预失真模块，所述互耦滤波模块与所述预失真模块连接；
所述耦合信号反馈控制模块用于获取多路耦合阵子采集到的反馈信号，并将所述反馈信号传输至所述预失真学习模块；
所述预失真学习模块用于根据所述多路耦合阵子采集的反馈信号训练得到互耦滤波参数和预失真系数候选集，并将所述互耦滤波参数传输至所述互耦滤波模块，将所述预失真系数候选集传输至所述预失真模块；
所述互耦滤波模块用于根据所述互耦滤波参数当前各路数字通道的前向信号进行互耦滤波处理，并将经所述互耦滤波后的当前各路数字通道的前向信号传输至所述预失真模块；
所述预失真模块用于根据当前待处理的数字通道的前向信号，以及经所述互耦滤波后的当前各路数字通道的前向信号，在预失真系数候选集中选取目标预失真系数，并根据所述目标预失真系数对当前待处理的数字通道的前向信号进行失真预补偿处理。
本发明的实施例还提供了一种非易失性存储介质，用于存储计算机可读程序，所述计算机可读程序用于供计算机执行上文所述的信号失真预校正方法。
本发明实施例相对于现有技术而言，通过根据多路耦合阵子采集的反馈信号训练获得互耦滤波参数和预失真系数候选集，从而可以根据得到的互耦滤波参数对当前各路数字通道的前向信号进行互耦滤波处理，使得后续根据互耦滤波后的前向信号与当前待处理的数字通道的前向信号在预失真系数候选集中选取的目标预失真系数为考虑到数字通道互耦因素的预失真系数，进而使得最终根据目标预失真系数对当前待处理的数字通道的前向信号进行的失真预补偿处理能够尽可能减小对功放特性的影响，大大提高了信号失真预校正的精度，使得MIMO波束赋形系统的性能优势能够更好的发挥。
附图说明
一个或多个实施例通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定。
图1是根据本发明第一实施例中的信号失真预校正方法适应于的MIMO场景的DPD架构示意图；
图2是根据本发明第一实施例中的信号失真预校正方法适应于MIMO场景的又一DPD架构示意图；
图3是根据本发明第一实施例中的信号失真预校正方法流程图；
图4是根据本发明第一实施例中的信号失真预校正方法适应于的MIMO场景的DPD架构中互耦滤波器的基本结构图；
图5是根据本发明第一实施例中信号失真预校正方法选取各路数字通道的互耦滤波参数的示意图；
图6是根据本发明第一实施例中信号失真预校正方法适应于的MIMO场景的DPD架构中耦合信号反馈控制器的基本结构图；
图7是根据本发明第一实施例中的信号失真预校正方法适应于的MIMO场景的DPD架构中预失真器的基本结构图；
图8是根据本发明第二实施中信号失真预校正方法中训练预失真候选集的流程图；
图9是根据本发明第三实施例中的信号失真预校正装置结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的各实施例进行详细的阐述。然而，本领域的普通技术人员可以理解，在本发明各实施例中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于以下各实施例的种种变化和修改，也可以实现本申请所要求保护的技术方案。以下各个实施例的划分是为了描述方便，不应对本发明的具体实现方式构成任何限定，各个实施例在不矛盾的前提下可以相互结合相互引用。
本发明的第一实施例涉及一种信号失真预校正方法，根据互耦滤波参数对当前各路数字通道的前向信号进行互耦滤波处理；其中，所述互耦滤波参数根据多路耦合阵子采集的反馈信号训练得到；根据当前待处理的数字通道的前向信号，以及经所述互耦滤波后的当前各路数字通道的前向信号，在预失真系数候选集中选取目标预失真系数；其中，所述预失真系数候选集根据所述多路耦合阵子采集的反馈信号训练得到；根据所述目标预失真系数对当前待处理的数字通道的前向信号进行失真预补偿处理。通过根据多路耦合阵子采集的反馈信号训练获得互耦滤波参数和预失真系数候选集，从而可以根据得到的互耦滤波参数对当前各路数字通道的前向信号进行互耦滤波处理，使得后续根据互耦滤波后的前向信号与当前待处理的数字通道的前向信号在预失真系数候选集中选取的目标预失真系数为考虑到数字通道互耦因素的预失真系数，进而使得最终根据目标预失真系数对当前待处理的数字通道的前向信号进行的失真预补偿处理能够尽可能减小对功放特性的影响，大大提高了信号失真预校正的精度，使得MIMO波束赋形系统的性能优势能够更好的发挥。
下面对本实施例的信号失真预校正方法的实现细节进行说明，以下内容仅为方便理解而提供的实现细节，并非实施本方案的必须。
本实施例的信号失真预校正方法应用于MIMO场景的DPD架构(也可以称为：MIMO波束赋形系统)，且为了保证本实施例的信号失真预校正方法的实现，需要对现有MIMO波束赋形系统的结构进行适应调整，具体为在保证现有MIMO波束赋形系统中各元器件的情况下，根据数字通道的数量增加对应数量的互耦滤波模块、预失真学习器，以及耦合信号反控制器。即，每一路数字通道都会对应一个互耦滤波模块、一个预失真学习器，以及一个耦合信号反控制器。
此外，关于本实施例的信号失真预校正方法中涉及到的多路耦合阵子具体可以是采取天线阵元布阵中的若干个符合需求的天线阵子充当的，即多路耦合阵子是位于天线阵元布阵中的，如整机天线罩内，如图1所示；也可以是单独布置在天线阵元布阵外，如布局在天线外近场位置的天线基板上，如图2所示。
为了便于后续对本实施例的信号失真预校正方法的说明，本实施例以图1所示的适应于的MIMO场景的DPD架构，即包括预失真器(图1中预失真器100(1)至预失真器100(J)，为了便于说明以下统称为预失真器100)、下行链路DAC(digital-to-analog conversion、D/A转换器)模块(图1中的DAC110(1)至DAC110(J)，为了便于说明以下统称为下行链路DAC模块110)、模拟波束赋形模块(图1中的模拟波束赋型120(1)至模拟波束赋型120(J)，为了便于说明以下统称为模拟波束赋形模块120)、PA组(图1中的PA组130(1)至PA组130(J)，为了便于说明以下统称为PA组130)、天线阵元布阵(图1中的天线阵列140(1)至天线阵列140(J)，为了便于说明以下统称为天线阵元布阵140)、反馈链路ADC(Analog-to-DigitalConverter，模数转换器)模块(图1中的ADC150(1)至ADC150(J)、ADC151(1)至ADC151(J)...,为了便于说明以下统称为ADC150)、耦合信号反馈控制器(图1中的耦合信号反馈控制器160(1)至耦合信号反馈控制器160(J)，为了便于说明以下统称为耦合信号反馈控制器160)、预失真学习器(图1中的预失真学习器170(1)至预失真学习器170(J)，为了便于说明以下统称为预失真学习器170)，以及互耦滤波器(图1中的互耦滤波180(1)至互耦滤波180(J)，为了便于说明以下统称为互耦滤波器180)，且多路耦合阵子(图1中的反馈振子，在实际应用中也称反馈阵子，为了便于说明，后续统称为多路耦合阵子)是位于天线阵元布阵140中的结构示意图为例。
此外，需要说明的是，在实际应用中，基带信号源发出的每一路数字通道都会分配一套上述罗列的从100到180的元器件或功能模块，并且每一路数字通道对应的预失真学习器170和互耦滤波180除了会与配对的数字通道通信之外，还会与其他数字通道通信。
应当理解的是，以上给出的仅为一种具体的适应于的MIMO场景的DPD架构的结构示意图，对本发明的技术方案并不沟通任何限定，在具体实现中，本领域技术人员可以根据需要进行适应性修改，本实施例对此不做限制。
此外，在实际应用中，适应于的MIMO场景的DPD架构中多路耦合阵子为布局在天线外近场位置的天线基板上(图2所示)的情况，同样需要包括图1所示的各种元器件和功能模块，即两者只是多路耦合阵子布局不同，其他大致相同。在具体实现中，本领域技术人员可以根据图1所示的结构来搭建多路耦合阵子为布局在天线外近场位置的天线基板上的机构，此处不再赘述。
本实施例的具体流程如图3所示，具体包括以下步骤：
步骤301，根据互耦滤波参数对当前各路数字通道的前向信号进行互耦滤波处理。
具体的说，关于步骤301中所说的互耦滤波处理，在实际应用中可以由图1中的互耦滤波器180实现，为了便于理解，以下结合图4所示的互耦滤波器的基本结构图进行具体说明。
首先，互耦滤波器180中的延迟器181(图中的D)对各路数字通道的前向信号(图4中的X1(n)到XJ(n))进行延迟处理；然后，互耦滤波器180中的乘法器182将各数字通道延迟处理后的前向信号与当前数字通道对应的互耦滤波参数依次进行矢量相乘(图4中的h1J(0)到hJj(NC)的操作)；最后，互耦滤波器180中加法器183将数字通道经矢量相乘处理后的前向信号进行矢量相加，便可以得到各数字通道互耦滤波后的前向信号(图4中的fJ(n))。
通过根据互耦滤波参数对当前各路数字通道的前向信号进行互耦滤波处理，从而可以近似的拟合天线阵元布阵140中各天线阵子之间的相互耦合干扰，进而使得经互耦滤波处理后的当前各路数字通道的前向信号在参与到后续信号失真预校正处理时，能够使得最终的预失真结果更加精准。
此外，关于上述所说的互耦滤波参数，在本实施例中具体是根据多路耦合阵子采集的反馈信号训练得到的。
此外，由于在具体应用中每一路数字通道都会对应多个通道波束夹角，而不同的通道波束夹角会使得数字通道对应不同的互耦滤波参数。因此，为了兼顾不同通道波束夹角情况下，各路数字通道对应的互耦滤波参数的差异，可以构建一个互耦滤波参数集，即将与各数字通道号和各通道波束夹角的组合，相对应的互耦滤波参数均存储在该互耦滤波参数集中，从而在获取各路数字通道的互耦滤波参数时，只需要根据当前各路数字通道的数字通道号和通道波束夹角，在根据多路耦合阵子采集的反馈信号训练得到的互耦滤波参数集中选取即可。
相应地，上述步骤301进行的操作具体为根据选取的所述各路数字通道的互耦滤波参数，对所述当前各路数字通道的前向信号进行互耦滤波处理。
进一步地，为了方便获取各数字通道在不同通道波束夹角下对应的互耦滤波参数，在本实施例中，具体是通过构建一个分别以数字通道号和通道波束夹角为索引参数的互耦滤波参数表来实现上述所说的互耦滤波参数集的功能。
为了便于理解，以下结合图5进行说明：
具体的，假设各路数字通道对应的通道波束夹角共有M个，基带信号源对应的数字通道共有J个。首先，通过为每一个通道波束夹角编号，得到每一个通道波束夹角对应的通道波束夹角号，具体为从1到M，通过为每一路数字通道编号，得到每一路数字通道对应的数字通道号，具体为从1到J；然后根据上述通道波束夹角的数量构建互耦滤波参数表的行，根据上述数字通道的数量构建互耦滤波参数表的列，便可以得到如图5所示的一个互耦滤波参数表，
Figure BDA0002558518280000051
为当前数字通道J在通道波束夹角为M时求取的互耦滤波系数矢量，即互耦滤波参数。实现中，通过数字通道号和通道波束夹角可以索引出具体的互耦滤波系数。也就是说，在根据当前各路数字通道的数字通道号和通道波束夹角，在上述构建的互耦滤波参数表中选取各数字通道的互耦滤波参数时，具体是根据数字通道号定位互耦滤波参数所在的列，根据通道夹角号定位互耦滤波参数所在的行，进而确定当前数字通道号对应的数字通道在该通道波束夹角下的互耦滤波参数(图5中的
Figure BDA0002558518280000062
到
Figure BDA0002558518280000061
中对应的一个)。
应当理解的是，以上给出的仅为一种根据当前各路数字通道的数字通道号和通道波束夹角，查找各数字通道对的互耦滤波参数的方式，对本发明的技术方案并不构成任何限制，本领域的技术人员在实际应用中可以根据需要进行设置，此处不做限制。
此外，关于上述所说的多路耦合阵子采集的反馈信号，为了便于理解，以下仍结合图1所示的结构进行说明。
以一路数字通道的处理为例，如图1所示，天线阵元布阵140(1)中设置的各路耦合阵子分别将反馈的射频信号传输至对应的模数转换模块ADC，如图1中的ADC150(1)、ADC151(1)、ADC152(1)、ADC153(1)，通过ADC将对应的耦合阵子反馈的射频信号进行模数转换，得到数字段的等效基带反馈信号，并将得到的等效基带反馈信号传输至耦合信号反馈控制器160(1)，由耦合信号反馈控制器160(1)对上述等效基带反馈信号进行处理，进而获得本实施例中所说的多路耦合阵子采集的反馈信号。
关于耦合信号反馈控制器160(1)对上述等效基带反馈信号进行的处理，以下结合图6进行说明：
为了便于理解，以下先对耦合信号反馈控制器160(1)的内部结构进行简要说明。
具体的，耦合信号反馈控制器160(1)内部主要包括多个数据预处理模块161(如图6中的数据预处理模块161(1)至数据预处理模块161(K))，多个数据对齐模块162(如图6中的数据对齐模块162(1)至数据对齐模块162(K))，多个数据可用性筛选模块163(如图6中的数据可用性筛选模块163(1)至数据可用性筛选模块163(K))，以及一个路由模块164。
其中，数据预处理模块161、数据对齐模块162、数据可用性筛选模块163是一一对应的，并且每一组数据预处理模块161、数据对齐模块162、数据可用性筛选模块163对应一个ADC反馈的等效基带反馈信号，即图6中K的取值由上述等效基带反馈信号的路数确定。
基于上述结构，耦合信号反馈控制器160(1)对上述等效基带反馈信号进行的处理具体为：
首先，各等效基带反馈信号对应的数据预处理模块161对输入的等效基带反馈信号进行镜像校准、频点对切、反馈均衡等处理操作，并将处理后的等效基带反馈信号传输至对应的数据对齐模块162；然后，各数据对齐模块162将对应的等效基带反馈信号和前向信号进行对齐处理，主要包括时延对齐、幅相对齐等处理操作并将处理后的等效基带反馈信号传输至对应的数据可用性筛选模块163；接着，各数据可用性筛选模块163对对应的等效基带反馈信号进行检查，以排除异常数据，并将处理后的等效基带反馈信号传输至路由模块164；最终，由路由模块164对处理后的各路等效基带反馈信号进行数据拼接，具体为在时域进行收尾拼接，进而获得本实施例中所说的多路耦合阵子采集的反馈信号，即图6中的yfb:[y1,y2,...,yk]。
此外，值得一提的是，关于上述在各数据可用性筛选模块163中进行的检查，在检查到异常数据时所作的操作，具体为由对应的数据可用性筛选模块163将对应的这一路的所有环节的信号都置为0。
应当理解的是，以上给出的仅为一种获取多路耦合阵子采集的反馈信号的具体方式，对本发明的技术方案并不构成任何限制，本领域的技术人员在实际应用中可以根据需要进行设置，此处不做限制。
步骤302，根据当前待处理的数字通道的前向信号，以及经所述互耦滤波后的当前各路数字通道的前向信号，在预失真系数候选集中选取目标预失真系数。
具体的说，为了方便获取目标预失真系数，上述所说的预失真系数候选集具体包括二维查找表(2Dimensional Look-up Table，2D-LUT)，所述二维查找表用于存储前向信号模值和互耦滤波后各路数字通道的前向信号的模值的组合，与预失真系数的对应关系。
相应地，步骤302中所说的在预失真系数候选集中选取目标预失真系数的操作，具体为：
根据所述当前待处理的数字通道的前向信号的模值，和经所述互耦滤波后的当前各路数字通道的前向信号的模值，查找2D-LUT表，进而得到对应的预失真系数。最终，将查找到的预失真系数作为所述目标预失真系数。
进一步地，由于实际应用中，在不同信号延迟情况下，会存有不同的预失真系统。因此，为了使得最终进行的失真预补偿处理后能够尽可能精准。所述预失真系数候选集包括对应不同信号延迟的多张2D-LUT。
相应地，上述所说的查找2D-LUT的操作，具体为：根据所述当前待处理的数字通道的前向信号的模值，和经所述互耦滤波后的当前各路数字通道的前向信号的模值，分别查找各张2D-LUT，进而得到各张2D-LUT中对应的预失真系数。最终，将查找到的各张2D-LUT中对应的预失真系数分别作为所述目标预失真系数，即最终确定的目标预失真系数有多个。
步骤303，根据所述目标预失真系数对当前待处理的数字通道的前向信号进行失真预补偿处理。
具体的说，通过步骤302中的描述可知，查找到的目标预失真系数有多个，即根据上述查找方式查找到的各张2D-LUT中对应的预失真系数，均是目标预失真系数。因而，步骤303中进行的失真预补偿处理，实质是根据查找到的多个预失真系数对当前待处理的数字通道的前向信号进行失真预补偿处理。
为了便于理解上述步骤302和步骤303中的操作，以下结合图7进行具体说明。
具体的，图7为图1所示的结构中预失真器100的基本结构图。
如图7所示，预失真器100主要包括模值求取模块101、2D-LUT模块102(用于存储对应不同信号延迟的多张2D-LUT)、延迟器103、乘法器104和加法器105。
其中，延迟器103和乘法器104的个数根据2D-LUT模块102中存储的二维查找表的个数确定，即每一张二维查找表需要对应一个延迟器103和一个乘法器104。
为了便于说明，图7以2D-LUT模块102中存储的2D-LUT为N个为例，进行说明。
在基于图7所示结构的预失真器100进行目标预失真系数选取时，具体是将当前待处理的数字通道的前向信号Xj(n)输入模值求取模块101(图7中对应Xj(n)的模值求取模块)，进而得到所述当前待处理的数字通道的前向信号的模值|Xj(n)|，接着将得到的|Xj(n)|分别通过N个延迟器(图7中的Z-m0至Z-mN)进行信号延迟，得到N个信号延迟后的|Xj(n)|；将经所述互耦滤波后的当前各路数字通道的前向信号fj(n)输入模值求取模块101(图7中对应fj(n)的模值求取模块)，进而得到经所述互耦滤波后的当前各路数字通道的前向信号的模值|fj(n)|，接着将得到的|fj(n)|分别通过N个延迟器(图7中的
Figure BDA0002558518280000081
至
Figure BDA0002558518280000082
)进行信号延迟，得到N个信号延迟后的前向信号的模值，并将每一个模值对应到一张二维查找表，进而从各张二维查找表中查找到对应预失真系数。
需要说明的是，上述Z为延迟器，因为要将前向信号分别与各2D-LUT查到的预失真系数相乘，将每一个相乘结果相加，得到预校正后的前向信号，所以就会有N个经信号延迟的前向信号，分别和查到的N个预失真系数相乘；m表示用于对前向信号的模值做延迟的延迟器，d表示对互耦滤波后的当前各路数字通道的前向信号fj(n)做延迟的延迟器，k表示对前向信号做延迟的延迟器。
相应地，在基于图7所示结构的预失真器100进行失真预补偿处理时，具体是将查找到的各张2D-LUT中对应的预失真系数，分别与所述当前待处理的数字通道的前向信号Xj(n)对应的
Figure BDA0002558518280000083
经对应的乘法器104进行矢量相乘，并油加法器105将各相乘结果相加，进而得到预校正后的前向信号，即图7中的Yj(n)。
此外，为了便于理解上述所说的二维查找表，本实施例以图7中示出的二维查找表进行具体说明。在任意一张二维查找表LUTj[m,n]中，j表示数字通道号，并且m、n的取值为[0,1,...L-1]。其中，L为二维查找表的长度，或者说二维查找表这一矩阵的长度。
此外，结合图1所示的适应于的MIMO场景的DPD架构的结构示意图可知，在实际应用中，该架构还包括下行链路DAC模块110、模拟波束赋形模块120、PA组130、天线阵元布阵140。因而在执行完上述步骤303之后，还可以包括如下处理：
首先，对经所述失真预补偿处理后的前向信号进行数模转化，得到模拟信号；
然后，对所述模拟信号进行模拟波束赋形处理；
接着，对经所述模拟波束赋形处理后的输出信号进行功率放大处理，生成符合功率要求的射频信号；
最后，通过天线阵元布阵，发送所述射频信号。
结合图1来看，实质就是由下行链路DAC模块对经预失真器100进行失真预补偿处理后的前向信号进行数模转化，然后将得到的模拟信号传输至模拟波束赋形模块120；接着，由模拟波束赋形模块120对所述模拟信号进行模拟波束赋形处理，并将处理后的输出信号传输至PA组130；接着，由PA组130对经所述模拟波束赋形处理后的输出信号进行功率放大处理，生成符合功率要求的射频信号；最终，通过天线阵元布阵140，将得到的射频信号发送出去。
由此，本实施例提供了一种信号失真预校正方法，通过根据多路耦合阵子采集的反馈信号训练获得互耦滤波参数和预失真系数候选集，从而可以根据得到的互耦滤波参数对当前各路数字通道的前向信号进行互耦滤波处理，使得后续根据互耦滤波后的前向信号与当前待处理的数字通道的前向信号在预失真系数候选集中选取的目标预失真系数为考虑到数字通道互耦因素的预失真系数，进而使得最终根据目标预失真系数对当前待处理的数字通道的前向信号进行的失真预补偿处理能够尽可能减小对功放特性的影响，大大提高了信号失真预校正的精度，使得MIMO波束赋形系统的性能优势能够更好的发挥。
此外，通过上述描述不难发现，基于本实施例提供的信号失真预校正方法可以有效解决适应于的MIMO场景的DPD架构中一个预失真器对应多个PA的应用场景中信号失真的预补偿处理的精度问题。并且，由于本实施例提供中提供反馈信号的多路耦合阵子无需进行远程布置，从而大大降低了架构的复杂度，在降低实现成本的同时，也大大方便了后期的安装和维护，进而有效提高了产品竞争力。
参考图8，图8为本发明第二实施例中信号失真预校正方法中训练预失真候选集的流程图。
基于上述第一实施例，在本实施例中，将对根据所述多路耦合阵子采集的反馈信号训练得到预失真系数候选集的操作进行具体说明。为了便于理解，以下结合图8进行具体说明：
步骤801，根据数字通道的功放输出信号的失真特性，利用数字通道的前向信号和所述多路耦合阵子采集的反馈信号，构造数字通道的信号矩阵Wj和反馈信号矩阵Vj。
具体的说，在本实施例中，上述所说的信号矩阵Wj和反馈信号矩阵Vj中的j表示的是数字通道的通道号。
此外，需要说明的是，当考虑各路数字通道对应的功放输出信号的失真特性和天线阵元布阵间互耦干扰的影响时，第j路数字通道的前向信号xj和反馈信号y′j(多路耦合阵子采集的)之间的关系表达式可以近似表示为公式(1)：
y′j＝f(xj,h1j*x1,h2j*x2,…,hij*xi,…,hJj*xJ),j＝1,2,...J (1)
式中，f(·)为描述功放输出信号的失真特性的非线性函数；*为线性卷积运算符；hij为第i路数字通道对第j路数字通道的互耦滤波参数矢量；xi为第i路数字通道的前向信号；hij*xi表示第i路数字通道对第j路数字通道的串扰影响分量。
故而，在构建上述所说的两个矩阵时，需要先建模得到各数字通道对应的模拟通道的功放模型系数，以反映数字通道的功放输出信号的失真特性。具体操作如下：
首先，根据具体的功放模型(例如记忆交叉多项式模型)，选取线性处理之后的前向信号xj和反馈信号y′j，可以利用最小平方算法(Least Square,LS)对功放模型系数和互耦滤波参数进行交叉估计，直至获得满足精度要求的互耦滤波参数hj和功放模型系数cPA。
然后，选取其他数字通道线性处理后的前向信号和反馈信号进行上述相同的操作，得到各路数字通道的互耦滤波参数，作为最终的互耦滤波参数估计值，并上传给各路数字通道的互耦滤波器180。
此外，在本实施例中，为了消除远场波束中心信号的非线性失真，本实施例采取的措施是在各路数字通道中分别引入一个通用的预失真器100。故而，为了获得互耦滤波参数，并得到互耦滤波后各路数字通道的前向信号，需要先在预失真学习器170中建模，以获得各路数字通道的功放输出信号对应的功放模型系数。
为了便于理解上述步骤801中的操作，本实施例以功放模型为记忆交叉多项式模型为例，进行上述信号矩阵Wj和反馈信号矩阵Vj的构建。
具体的说，在功放模型为记忆交叉多项式模型时，信号矩阵Wj和反馈信号矩阵Vj的构建可以基于公式(2)至公式(5)进行构建，具体如下：
Figure BDA0002558518280000101
Figure BDA0002558518280000102
Figure BDA0002558518280000103
Figure BDA0002558518280000111
上述公式(2)至公式(5)中，l(l＝0,...,L)、m(m＝0,...,M)、k(k＝0,...,K)分别为多项式模型的记忆深度、信号模值的非线性阶数和互耦滤波后信号的非线性阶数；
Figure BDA0002558518280000112
为矩阵构造的中间量；n为当前时刻；N为参与运算的采样点数；xj(n-l)为第j通道的n-l时刻的前向信号；xj(n-l+1)为第j通道的n-l+1时刻的前向信号；xj(n-l+N)为第j通道的n-l+N时刻的前向信号；|xj(n-l)|0为第j通道的n-l时刻的前向信号的模值；|xj(n-l+1)|0为第j通道的n-l+1时刻的前向信号的模值；|xj(n-l+N)|0为第j通道的n-l+N时刻的前向信号的模值。
相应地，
Figure BDA0002558518280000113
为互耦滤波后第j通道的n-l时刻的前向信号；
Figure BDA0002558518280000114
为互耦滤波后第j通道的n-l+1时刻的前向信号；
Figure BDA0002558518280000115
为互耦滤波后第j通道的n-l+N时刻的前向信号；N+1为构造矩阵所用的数据长度，由多路耦合阵子的反馈信号拼接而成；Z为各路数字通道对应的模拟通道数，即功放输出信号数，β为模拟波束赋形相位调制量，θ为各发射阵子到耦合阵子的相位差；
Figure BDA0002558518280000116
为互耦滤波后的各路数字通道对应的前向信号。
因此，可以将数字通道j对应的多路耦合阵子采集的反馈信号表示为下式：
Vj＝Wj·cPA (6)
式中，cPA表示功放模型系数。这里需要注意的是，cPA中所含信息不仅包括各路
模拟通道的PA特性，还包含了各路模拟通道间的耦合特性影响信息。
进一步地，上述所说的功放模型系数cPA可以借助LS算法拟合得到，采用的具体公式如下：
cPA＝(Wj HWj)-1Wj HWj (7)
式中，上标H表示矩阵的共轭转置。
步骤802，根据所述Wj和所述Vj，获取数字通道的互耦滤波参数和功放模型系数cPA。
具体的说，关于功放模型系数cPA基于上述公式(7)便可以获得。但是，由于hij(i＝0,1,...,J)参数未知，数字通道的互耦滤波参数需要借助反馈信号的非线性失真表达式(公式(6))Vj＝Wj·cPA，建立误差目标函数；然后，采用参数求解方法进行失配和互耦参数提取，并进行多次迭代，进而得到互耦滤波参数hij。
在本实施例中，关于上述所说的参数求解迭代算法，包括但不限于下述方式：
Figure BDA0002558518280000121
c(n)＝μ(n)·x(n)·eH(n) (9)
Figure BDA0002558518280000122
式中，μ、λ为迭代算法的调节因子；c(n)即为第n次迭代的功放模型系数cPA；x(n)为失真预校正模型的输入信号；eH为复数矢量的共轭转置运算；e(n)为预校正模型所得当前时刻的拟合误差值；h(n)为误差信号e(n)的加权系数。
步骤803，根据所述数字通道的互耦滤波参数和功放模型系数cPA，重建远场波束中心信号。
关于重建远场波束中心信号的操作，具体可以参照公式(11)实现：
Vc＝Wc·cPA (11)
其中，Vc表示远场波束中心信号，Wc表示与波束中心角相关的信号矩阵，在实际应用中具体可以是去波束赋形矩阵。
关于去波束赋形矩阵Wc的构造，具体可以参照公式(12)实现：
Figure BDA0002558518280000123
其中，θd为波束中心指向角，在实际应用中可以认为θd+β＝0。
不难看出，基于公式(12)构造建去波束赋形矩阵Wc所需的参数与上述基于公式(4)构造数字通道的信号矩阵Wj所需的参数类似，主要去波为公式(4)中的θ为各发射阵子到耦合阵子的相位差，而在公式(12)中具体为波束中心指向角。关于其他参数的说明详见上述描述，此处不再赘述。
步骤804，根据数字通道的前向信号、重建的远场波束中心信号和预设的训练模型，训练得到所述预失真系数候选集。
应当理解，上述所说的训练模型即为预失真模型。通过上述描述可知，基于上述方法获取的各路功放模型系数cPA，数字通道互耦滤波参数，可以重建该数字通道配置当前时刻波束中心方向的远场信号
Figure BDA0002558518280000131
因此，借助前向信号xj(n)和重建远场信号
Figure BDA0002558518280000132
并借助记忆多项式模型，依据公式(13)便可以构建预失真模型表达式(即，上述所说的训练模型)：
Figure BDA0002558518280000133
式中，系数ckm即为待求的DPD参数，其计算可以借助LS算法或LMS算法实现。因为前向信号模值|xj(n)|和互耦滤波后信号fj(n)阶数可配，所以实施例中采取以|xj(n)|和fj(n)为索引量的2D-LUT(即二维查找表)过表方式进行预失真处理。通过上述方式便可以得到各张2D-LUT表中需要记录的预失真系数。
由此，本实施例提供了一种信号失真预校正方法，在训练预失真系数候选集的过程中，通过基于数字通道的互耦滤波参数和功放模型系数重建远场波束中心信号，并根据需要提取数字通道的前向信号和重建的远场波束中心信息，作为输入预失真模型(训练模型)的参数，从而无需为每个耦合阵子设置耦合回路，便可以获取较为完善的反馈信息，使得对信号的预失真校正更加精准，大大降低了实现难度，在降低维护难度的情况下，也尽可能降低了实现成本。
此外，本领域技术人员可以理解，上面各种方法的步骤划分，只是为了描述清楚，实现时可以合并为一个步骤或者对某些步骤进行拆分，分解为多个步骤，只要包括相同的逻辑关系，都在本专利的保护范围内；对算法中或者流程中添加无关紧要的修改或者引入无关紧要的设计，但不改变其算法和流程的核心设计都在该专利的保护范围内。
本发明第三实施例涉及一种信号失真预校正装置，如图9所示。
所述信号失真预校正装置包括：耦合信号反馈控制模块901、预失真学习模块902、互耦滤波模块903和预失真模块904。
其中，所述耦合信号反馈控制模块901与所述预失真学习模块902连接，所述预失真学习模块902分别连接所述互耦滤波模块903和所述预失真模块904，所述互耦滤波模块903与所述预失真模块904连接。
具体的，所述耦合信号反馈控制模块901用于获取多路耦合阵子采集到的反馈信号，并将所述反馈信号传输至所述预失真学习模块902；其中，所述多路耦合阵子布局在整机天线罩内，或布局在天线外近场位置的天线基板上；
所述预失真学习模块902用于根据所述多路耦合阵子采集的反馈信号训练得到互耦滤波参数和预失真系数候选集，并将所述互耦滤波参数传输至所述互耦滤波模块903，将所述预失真系数候选集传输至所述预失真模块904；
所述互耦滤波模块903用于根据所述互耦滤波参数当前各路数字通道的前向信号进行互耦滤波处理，并将经所述互耦滤波后的当前各路数字通道的前向信号传输至所述预失真模块904；
所述预失真模块904用于根据当前待处理的数字通道的前向信号，以及经所述互耦滤波后的当前各路数字通道的前向信号，在预失真系数候选集中选取目标预失真系数，并根据所述目标预失真系数对当前待处理的数字通道的前向信号进行失真预补偿处理。
基于上述方法实施例的描述，以及图1所示的适应于的MIMO场景的DPD架构的结构示意图可知，上述所说的耦合信号反馈控制模块901在实际应用中具体可以是如图1所示的耦合信号反馈控制器160，预失真学习模块902在实际应用中具体可以是如图1所示的预失真学习器170，互耦滤波模块903在实际应用中具体可以是如图1所示的互耦滤波器180，预失真模块904在实际应用中具体可以是如图1所示的预失真器100。
此外，值得一提的是，在实际应用中，上述功能模块可以选取具体的元器件如上述所说的耦合信号反馈控制器、预失真学习器、互耦滤波器、预失真器实现，也可以基于这些元器件的工作原理，编译对应的软件程序实现，本实施例对此不做限制。
此外，在另一个例子中，所述预失真系数候选集包括二维查找表，所述二维查找表用于存储前向信号模值和互耦滤波后各路数字通道的前向信号的模值的组合，与预失真系数的对应关系。
相应地，所述预失真模块904具体用于根据所述当前待处理的数字通道的前向信号的模值，和经所述互耦滤波后的当前各路数字通道的前向信号的模值，查找所述二维查找表，得到对应的预失真系数，作为所述目标预失真系数，并根据所述目标预失真系数对当前待处理的数字通道的前向信号进行失真预补偿处理。
此外，在另一个例子中，所述预失真系数候选集包括对应不同信号延迟的多张所述二维查找表。
相应地，所说预失真模块904还用于根据所述当前待处理的数字通道的前向信号的模值，和经所述互耦滤波后的当前各路数字通道的前向信号的模值，分别查找各张所述二维查找表，得到各张所述二维查找表中对应的预失真系数，分别作为所述目标预失真系数；以及将查找到的各张所述二维查找表中对应的预失真系数，分别与所述当前待处理的数字通道的前向信号进行矢量相乘，并将各相乘结果相加，得到预校正后的前向信号。
此外，在另一个例子中，所述互耦滤波模块903具体用于根据当前各路数字通道的数字通道号和通道波束夹角，在根据多路耦合阵子采集的反馈信号训练得到的互耦滤波参数集中，选取各路数字通道的互耦滤波参数；其中，所述互耦滤波参数集包括：与各数字通道号和各通道波束夹角的组合，相对应的互耦滤波参数；根据选取的所述各路数字通道的互耦滤波参数，对所述当前各路数字通道的前向信号进行互耦滤波处理。
此外，所述预失真学习模块902具体用于根据数字通道的功放输出信号的失真特性，利用数字通道的前向信号和所述多路耦合阵子采集的反馈信号，构造数字通道的信号矩阵Wj和反馈信号矩阵Vj；其中，所述j表示数字通道的通道号；根据所述Wj和所述Vj，获取数字通道的互耦滤波参数和功放模型系数cPA；根据所述数字通道的互耦滤波参数和功放模型系数cPA，重建远场波束中心信号；根据数字通道的前向信号、重建的远场波束中心信号和预设的训练模型，训练得到所述预失真系数候选集。
不难发现，本实施例为与第一或第二实施例相对应的装置实施例，本实施例可与第一或第二实施例互相配合实施。第一或第二实施例中提到的相关技术细节在本实施例中依然有效，为了减少重复，这里不再赘述。相应地，本实施例中提到的相关技术细节也可应用在第一或第二实施例中。
值得一提的是，本实施例中所涉及到的各模块均为逻辑模块，在实际应用中，一个逻辑单元可以是一个物理单元，也可以是一个物理单元的一部分，还可以以多个物理单元的组合实现。此外，为了突出本发明的创新部分，本实施例中并没有将与解决本发明所提出的技术问题关系不太密切的单元引入，但这并不表明本实施例中不存在其它的单元。
本发明第五实施例涉及一种非易失性存储介质，用于存储计算机可读程序。所述计算机可读程序用于供计算机执行上述方法实施例中所说的信号失真预校正方法。
即，本领域技术人员可以理解，实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一个设备(可以是单片机，芯片等)或处理器(processor)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-OnlyMemory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
本领域的普通技术人员可以理解，上述各实施例是实现本发明的具体实施例，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本发明的精神和范围。

Claims (10)

1.一种信号失真预校正方法，其特征在于，包括：
根据互耦滤波参数对当前各路数字通道的前向信号进行互耦滤波处理；其中，所述互耦滤波参数根据多路耦合阵子采集的反馈信号训练得到；
根据当前待处理的数字通道的前向信号，以及经所述互耦滤波后的当前各路数字通道的前向信号，在预失真系数候选集中选取目标预失真系数；其中，所述预失真系数候选集根据所述多路耦合阵子采集的反馈信号训练得到；
根据所述目标预失真系数对当前待处理的数字通道的前向信号进行失真预补偿处理。
2.如权利要求1所述的信号失真预校正方法，其特征在于，所述预失真系数候选集包括二维查找表，所述二维查找表用于存储前向信号模值和互耦滤波后各路数字通道的前向信号的模值的组合，与预失真系数的对应关系；
所述在预失真系数候选集中选取目标预失真系数，包括：
根据所述当前待处理的数字通道的前向信号的模值，和经所述互耦滤波后的当前各路数字通道的前向信号的模值，查找所述二维查找表，得到对应的预失真系数，作为所述目标预失真系数。
3.如权利要求2所述的信号失真预校正方法，其特征在于，所述预失真系数候选集包括对应不同信号延迟的多张所述二维查找表；
所述查找所述二维查找表，包括：
根据所述当前待处理的数字通道的前向信号的模值，和经所述互耦滤波后的当前各路数字通道的前向信号的模值，分别查找各张所述二维查找表，得到各张所述二维查找表中对应的预失真系数，分别作为所述目标预失真系数；
所述根据所述目标预失真系数对当前待处理的数字通道的前向信号进行失真预补偿处理，包括：
将查找到的各张所述二维查找表中对应的预失真系数，分别与所述当前待处理的数字通道的前向信号进行矢量相乘，并将各相乘结果相加，得到预校正后的前向信号。
4.如权利要求1所述的信号失真预校正方法，其特征在于，所述根据互耦滤波参数对当前各路数字通道的前向信号进行互耦滤波处理，包括：
根据当前各路数字通道的数字通道号和通道波束夹角，在根据多路耦合阵子采集的反馈信号训练得到的互耦滤波参数集中，选取各路数字通道的互耦滤波参数；其中，所述互耦滤波参数集包括：与各数字通道号和各通道波束夹角的组合，相对应的互耦滤波参数；
根据选取的所述各路数字通道的互耦滤波参数，对所述当前各路数字通道的前向信号进行互耦滤波处理。
5.如权利要求1至4中任一项所述的信号失真预校正方法，其特征在于，所述预失真系数候选集根据所述多路耦合阵子采集的反馈信号训练得到，包括：
根据数字通道的功放输出信号的失真特性，利用数字通道的前向信号和所述多路耦合阵子采集的反馈信号，构造数字通道的信号矩阵Wj和反馈信号矩阵Vj；其中，所述j表示数字通道的通道号；
根据所述Wj和所述Vj，获取数字通道的互耦滤波参数和功放模型系数cPA；
根据所述数字通道的互耦滤波参数和功放模型系数cPA，重建远场波束中心信号；
根据数字通道的前向信号、重建的远场波束中心信号和预设的训练模型，训练得到所述预失真系数候选集。
6.如权利要求1至4中任一项所述的信号失真预校正方法，其特征在于，所述多路耦合阵子布局在整机天线罩内，或布局在天线外近场位置的天线基板上。
7.如权利要求1至4中任一项所述的信号失真预校正方法，其特征在于，在所述根据所述目标预失真系数对当前待处理的数字通道的前向信号进行失真预补偿处理后，还包括：
对经所述失真预补偿处理后的前向信号进行数模转化，得到模拟信号；
对所述模拟信号进行模拟波束赋形处理；
对经所述模拟波束赋形处理后的输出信号进行功率放大处理，生成符合功率要求的射频信号；
通过天线阵元布阵，发送所述射频信号。
8.一种信号失真预校正装置，其特征在于，包括：耦合信号反馈控制模块、预失真学习模块、互耦滤波模块和预失真模块，所述耦合信号反馈控制模块与所述预失真学习模块连接，所述预失真学习模块分别连接所述互耦滤波模块和所述预失真模块，所述互耦滤波模块与所述预失真模块连接；
所述耦合信号反馈控制模块用于获取多路耦合阵子采集到的反馈信号，并将所述反馈信号传输至所述预失真学习模块；
所述预失真学习模块用于根据所述多路耦合阵子采集的反馈信号训练得到互耦滤波参数和预失真系数候选集，并将所述互耦滤波参数传输至所述互耦滤波模块，将所述预失真系数候选集传输至所述预失真模块；
所述互耦滤波模块用于根据所述互耦滤波参数当前各路数字通道的前向信号进行互耦滤波处理，并将经所述互耦滤波后的当前各路数字通道的前向信号传输至所述预失真模块；
所述预失真模块用于根据当前待处理的数字通道的前向信号，以及经所述互耦滤波后的当前各路数字通道的前向信号，在预失真系数候选集中选取目标预失真系数，并根据所述目标预失真系数对当前待处理的数字通道的前向信号进行失真预补偿处理。
9.如权利要求8所述的信号失真预校正装置，其特征在于，包括：所述预失真系数候选集包括二维查找表，所述二维查找表用于存储前向信号模值和互耦滤波后各路数字通道的前向信号的模值的组合，与预失真系数的对应关系；
所述预失真模块具体用于根据所述当前待处理的数字通道的前向信号的模值，和经所述互耦滤波后的当前各路数字通道的前向信号的模值，查找所述二维查找表，得到对应的预失真系数，作为所述目标预失真系数，并根据所述目标预失真系数对当前待处理的数字通道的前向信号进行失真预补偿处理。
10.一种非易失性存储介质，用于存储计算机可读程序，其特征在于，所述计算机可读程序用于供计算机执行如权利要求1至7中任一项所述的信号失真预校正方法。
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