CN115632615A - 数字预失真方法与系统 - Google Patents

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CN115632615A CN202211645410.2A CN202211645410A CN115632615A CN 115632615 A CN115632615 A CN 115632615A CN 202211645410 A CN202211645410 A CN 202211645410A CN 115632615 A CN115632615 A CN 115632615A
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Abstract

本发明涉及数字预失真方法和系统，该系统包括：工作在强非线性区的功率放大器；第一预失真器，其输出端连接到所述功率放大器的输入端，第一预失真器与功率放大器组成的第一子系统，所述第一预失真器对输入信号进行第一级预处理再传输给所述功率放大器的输入端使所述第一子系统呈现弱非线性；第二预失真器，其输出端连接到所述第一预失真器的输入端，在所述第一子系统的非线性未达到预设要求时，所述第二预失真器先对所述输入信号进行第二级预处理然后再传输给所述第一预失真器的输入端，使所述第二预失真器和所述第一子系统构成的预失真系统的线性达到所述预设要求。本发明的提高了功率放大器的输出功率和效率，且提高了整个系统的线性。

Description

数字预失真方法与系统
技术领域
本发明涉及通信技术领域，更具体地，涉及一种数字预失真方法和数字预失真系统。
背景技术
无线信号的带宽快速增长射频放大器的设计带来严重挑战。为了获得更大的输出功率和效率，功率放大器一般工作在接近饱和区，功放的非线性区必然会使信号产生失真。现有的一种解决方案是采取回退的方法，使功放工作于线性区，但该方案的缺点是功放的效率非常低。因此，亟需一种改进方案。
发明内容
本发明的目的是提高功率放大器的输出功率、效率以及线性。
本发明第一方面，提供一种数字预失真方法，包括：
S10、使功率放大器工作在强非线性区；
S30、通过第一预失真器对输入信号进行第一级预处理再传输给所述功率放大器的输入端，使所述第一预失真器和所述功率放大器组成的第一子系统呈现弱非线性；
S50、在所述第一子系统的非线性未达到预设要求时，先通过第二预失真器对所述输入信号进行第二级预处理，所述第二级预处理后再传输给所述第一预失真器的输入端以进行所述第一级预处理，使所述第二预失真器和所述第一子系统构成的预失真系统的线性达到所述预设要求。
在本发明的一个优选方案中，步骤S30中，包括确定所述第一预失真器的系数（W），具体包括：
S31、选择所述功率放大器的期望输出
Figure 129327DEST_PATH_IMAGE001
；
S32、设所述功率放大器的输入信号
Figure 33829DEST_PATH_IMAGE002
，其中，
Figure 71055DEST_PATH_IMAGE003
为所述功率放大器 的平均增益；
S33、令第k输入信号
Figure 552852DEST_PATH_IMAGE004
通过所述功率放大器，采集所述功率放大器的对应输出
Figure 841882DEST_PATH_IMAGE005
；
S34、计算误差
Figure 725525DEST_PATH_IMAGE006
；
S35、计算总误差
Figure 809018DEST_PATH_IMAGE007
，若所述总误差
Figure 778111DEST_PATH_IMAGE008
满足要求，则迭代完 成，流程进入S38；否则进入步骤S36；
S36、计算下次迭代的输入信号
Figure 464308DEST_PATH_IMAGE009
，
Figure 77823DEST_PATH_IMAGE010
为预设常数；
S37、令
Figure 456851DEST_PATH_IMAGE011
，流程进入步骤S33迭代；
S38、迭代完成后的输入信号
Figure 647661DEST_PATH_IMAGE004
即为所述第一预失真器的输出
Figure 278494DEST_PATH_IMAGE012
；
S39、设所述功率放大器的输出
Figure 871149DEST_PATH_IMAGE013
，其中
Figure 562025DEST_PATH_IMAGE014
,
Figure 240131DEST_PATH_IMAGE015
是所述第一预失真器 的系数，
Figure 533709DEST_PATH_IMAGE016
，也就是
Figure 856237DEST_PATH_IMAGE017
；据 此计算出所述第一预失真器的系数
Figure 842647DEST_PATH_IMAGE015
。
在本发明的一个优选方案中，总误差
Figure 8050DEST_PATH_IMAGE008
满足要求是指误差
Figure 980685DEST_PATH_IMAGE018
小于预设误差 值；
Figure 282353DEST_PATH_IMAGE010
的值在0.001~1之间。
在本发明的一个优选方案中，步骤S50中，包括求解所述第二预失真器的系数（W），具体包括：
S51、令输入信号X经所述第二预失真器处理后得到信号U，信号U作为所述第一子系统的输入，所述第一子系统的输出为V；
S52、初始化
Figure 174086DEST_PATH_IMAGE019
，其中，
Figure 967729DEST_PATH_IMAGE020
、
Figure 337531DEST_PATH_IMAGE021
、
Figure 900230DEST_PATH_IMAGE022
、
Figure 962864DEST_PATH_IMAGE023
是所述第二预失真 器的初始系数、初始矩阵、误差矩阵和单位矩阵；
S53、对n=1, 2, …，获取所述第一子系统的第n输入信号u(n)和第n输出信号v (n)，计算对应的矩阵
Figure 102859DEST_PATH_IMAGE024
，计算误差矩阵
Figure 417296DEST_PATH_IMAGE025
；
S54、更新系数
Figure 959136DEST_PATH_IMAGE026
；
S55、更新矩阵
Figure 192671DEST_PATH_IMAGE027
。
在本发明的一个优选方案中，所述第一级预处理为线下计算；所述第二预失真处理为实时计算。
在本发明的一个优选方案中，通过查找表的方法获得所述第一预失真器的系数。
在本发明的一个优选方案中，步骤S50中，在所述第一子系统的非线性未达到预设要求时，只针对所述第二预失真器进行自适应计算，不变动所述第一预失真器，以减少整个系统计算量。
本发明第二方面，提供一种数字预失真系统，包括：
工作在强非线性区的功率放大器；
第一预失真器，其输出端连接到所述功率放大器的输入端，所述第一预失真器与所述功率放大器组成的第一子系统，所述第一预失真器对输入信号进行第一级预处理再传输给所述功率放大器的输入端使所述第一子系统呈现弱非线性；
第二预失真器，其输出端连接到所述第一预失真器的输入端，在所述第一子系统的非线性未达到预设要求时，所述第二预失真器先对所述输入信号进行第二级预处理然后再传输给所述第一预失真器的输入端，使所述第二预失真器和所述第一子系统构成的预失真系统的线性达到所述预设要求。
在本发明的一个优选方案中，所述第一子系统包括确定所述第一预失真器的系数（W）的求解模组，所述求解模组包括迭代学习控制模块和预失真参数识别模块，所述迭代学习控制模块的输入端分别连接到所述第一预失真器的输入端和所述功率放大器的输出端，所述迭代学习控制模块的输出端连接到所述功率放大器的输入端，所述预失真参数识别模块的输入端分别连接到所述第一预失真器的输入端和所述迭代学习控制模块的输出端，所述预失真参数识别模块的输出端连接到所述第一预失真器；所述求解模组用于执行如下步骤：
S31、选择所述功率放大器的期望输出
Figure 695328DEST_PATH_IMAGE001
；
S32、设所述功率放大器的输入信号
Figure 406932DEST_PATH_IMAGE002
，其中，
Figure 944224DEST_PATH_IMAGE003
为所述功率放大器 的平均增益；
S33、令第k输入信号
Figure 348660DEST_PATH_IMAGE004
通过所述功率放大器，采集所述功率放大器的对应输出
Figure 463247DEST_PATH_IMAGE005
；
S34、计算误差
Figure 853908DEST_PATH_IMAGE006
；
S35、计算总误差
Figure 370340DEST_PATH_IMAGE007
，若所述总误差
Figure 945678DEST_PATH_IMAGE008
满足要求，则迭代完 成，流程进入S38；否则进入步骤S36；
S36、计算下次迭代的输入信号
Figure 422927DEST_PATH_IMAGE009
，
Figure 741913DEST_PATH_IMAGE010
为预设常数；
S37、令
Figure 988217DEST_PATH_IMAGE011
，流程进入步骤S33迭代；
S38、迭代完成后的输入信号
Figure 734456DEST_PATH_IMAGE004
即为所述第一预失真器的输出
Figure 558056DEST_PATH_IMAGE012
；
S39、设所述功率放大器的输出
Figure 556099DEST_PATH_IMAGE013
，其中
Figure 515965DEST_PATH_IMAGE014
,
Figure 698684DEST_PATH_IMAGE015
是所述第一预失真器 的系数，
Figure 884946DEST_PATH_IMAGE016
，也就是
Figure 811314DEST_PATH_IMAGE017
；据 此计算出所述第一预失真器的系数
Figure 625686DEST_PATH_IMAGE015
。
在本发明的一个优选方案中，还包括确定所述第二预失真器的系数（W）的求解模组，所述求解模组包括预失真训练模块，所述预失真训练模块连接所述第一预失真器的输入端、所述功率放大器的输出端以采集所述第一子系统的输入信号和输出信号，并根据所采集的输入信号和输出信号向所述第二预失真器进行反馈。
实施本发明，功率放大器可工作在强非线性区，提高了功率放大器的输出功率和效率；同时，对输入信号进行了预失真处理，从而提高了整个系统的线性。
附图说明
图1是本发明一实施例提供的数字预失真系统的框架示意图；
图2是图1所示数字预失真系统的第一子系统的框架示意图；
图3是图1所示数字预失真系统的迭代学习控制方法的原理示意图；
图4是本发明一实施例提供的数字预失真方法的流程示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参考图1，本发明一实施例提供的数字预失真系统100包括：
功率放大器20，其工作在强非线性区以具有更大的输出功率和效率，功率放大器20工作在接近饱和区，所以信号会产生一定的失真；
第一预失真器30，其输出端连接到功率放大器20的输入端，第一预失真器30与功率放大器20组成的第一子系统10，第一预失真器30对输入信号X或U进行第一级预处理再传输给功率放大器20的输入端，从而抵消功率放大器20的强非线性，使第一子系统10整体上呈现弱非线性；以及
第二预失真器50，其输出端连接到第一预失真器30的输入端，在第一子系统10的非线性未达到预设要求时，第二预失真器50先对输入信号X进行第二级预处理然后再传输给第一预失真器30的输入端，使第二预失真器50和第一子系统10构成的数字预失真系统100的线性达到预设要求。
可理解地，若第一子系统10的非线性已达到要求时，第二预失真器50可以不对输入信号X进行处理，此时，输入信号X相对于输入信号U。若第一子系统10的非线性未达到要求时，只需重复进行第二预失真器50的自适应计算，不变动第一预失真器30或第一子系统10，以减少整个系统计算量。
数字预失真系统100还包括确定第二预失真器50的系数（W）的求解模组，该求解模组包括预失真训练模块60，预失真训练模块60连接第一预失真器30的输入端、功率放大器20的输出端以采集第一子系统10的输入信号U和输出信号V，并根据所采集的输入信号U和输出信号V向第二预失真器50进行反馈。请参考图2，第一子系统10包括确定第一预失真器的系数（W）的求解模组，该求解模组包括迭代学习控制模块32和预失真参数识别模块34，迭代学习控制模块32的输入端分别连接到第一预失真器30的输入端和功率放大器20的输出端，迭代学习控制模块32的输出端连接到功率放大器20的输入端。预失真参数识别模块34的输入端分别连接到第一预失真器30的输入端和迭代学习控制模块32的输出端，预失真参数识别模块34的输出端连接到第一预失真器30。该求解模组用于确定第一预失真器的系数（W），例如通过迭代学习控制方法确定第一预失真器的系数（W），其原理如图3所示：
S31、选择功率放大器20的期望输出
Figure 120252DEST_PATH_IMAGE001
；
S32、设功率放大器20的输入信号
Figure 652865DEST_PATH_IMAGE002
，其中，
Figure 992711DEST_PATH_IMAGE003
为功率放大器20的平 均增益，可由系统检测的参数计算；
S33、令第k输入信号
Figure 927169DEST_PATH_IMAGE004
通过功率放大器20，采集功率放大器20的对应输出
Figure 451691DEST_PATH_IMAGE005
；
S34、计算误差
Figure 346966DEST_PATH_IMAGE006
；
S35、计算总误差
Figure 615136DEST_PATH_IMAGE007
，若总误差
Figure 669680DEST_PATH_IMAGE008
满足要求，则迭代完成，流 程进入S38；否则进入步骤S36；例如，误差
Figure 974890DEST_PATH_IMAGE018
小于预设误差值时刻视为总误差
Figure 747674DEST_PATH_IMAGE008
满足 要求，优选地，该预设误差值是小于0.01，更优选地，小于0.001；
S36、计算下次迭代的输入信号
Figure 553956DEST_PATH_IMAGE009
，
Figure 338372DEST_PATH_IMAGE010
为预设常数，
Figure 204697DEST_PATH_IMAGE010
优选在 0.001~1之间；
S37、令
Figure 74564DEST_PATH_IMAGE011
，流程进入步骤S33迭代；
S38、迭代完成后的输入信号
Figure 684537DEST_PATH_IMAGE004
即为第一预失真器30的输出
Figure 713673DEST_PATH_IMAGE012
；
S39、设功率放大器20的输出
Figure 360686DEST_PATH_IMAGE013
，其中
Figure 842483DEST_PATH_IMAGE014
,
Figure 256147DEST_PATH_IMAGE015
是第一预失真器的系数，
Figure 749576DEST_PATH_IMAGE016
，也就是
Figure 957704DEST_PATH_IMAGE017
；据此计算 出第一预失真器20的系数
Figure 661218DEST_PATH_IMAGE015
。在计算时，可用岭回归LS算法提取系数矩阵W，
Figure 753938DEST_PATH_IMAGE028
，其中，a，b分别是第一预失真器30和第二预失真器 50，k和l代表矩阵的元素k行和l列，b比a多交叉项m。采用基于岭回归LS算法提取系数矩阵 W，W表示为：
Figure 226508DEST_PATH_IMAGE029
,μ为岭回归参数，根据具体情况，为一较小值，例如μ 设置为0.01~1，I是单位矩阵。
作为一种替换方案，可通过查找表的方法获得第一预失真器30的系数，以提高效率和减少计算量。
优选地，第一级预处理为线下计算，第二预失真处理为实时计算，以减少整个数字预失真系统100的计算量且使整个数字预失真系统100获得符合要求的线性效果。
请参考图4，基于本发明的数字预失真系统100的数字预失真方法包括：
S10、使功率放大器20工作在强非线性区；
S30、通过第一预失真器30对输入信号进行第一级预处理再传输给功率放大器20的输入端，使第一预失真器30和功率放大器20组成的第一子系统10呈现弱非线性；
S50、在第一子系统10的非线性未达到预设要求时，先通过第二预失真器50对输入信号进行第二级预处理，第二级预处理后再传输给第一预失真器30的输入端以进行第一级预处理，使第二预失真器50和第一子系统10构成的数字预失真系统的线性达到预设要求。
步骤S30中，可包括确定第一预失真器30的系数（W）的步骤，如上述步骤S31至S39所述。
步骤S50中，可包括求解第二预失真器50的系数（W）的步骤，具体包括：
S51、令输入信号X经第二预失真器50处理后得到信号U，信号U作为第一子系统10的输入，第一子系统10的输出为V；
S52、初始化
Figure 746482DEST_PATH_IMAGE019
，其中，
Figure 937292DEST_PATH_IMAGE020
、
Figure 692759DEST_PATH_IMAGE021
、
Figure 414641DEST_PATH_IMAGE022
、
Figure 964571DEST_PATH_IMAGE023
是第二预失真器50 的初始系数、初始矩阵、误差矩阵和单位矩阵；
S53、对n=1, 2, …，获取第一子系统10的第n输入信号u(n)和第n输出信号v(n)， 计算对应的矩阵
Figure 518043DEST_PATH_IMAGE024
，计算误差矩阵
Figure 811621DEST_PATH_IMAGE025
；
S54、更新系数
Figure 258783DEST_PATH_IMAGE026
；
S55、更新矩阵
Figure 120560DEST_PATH_IMAGE027
。
得到第二预失真器50的W系数后可直接复制给第二预失真器50，从而将第一预失真器30和第二预失真器50级联。
优选地，如果第一子系统10的输出端非线性不满足要求，只需重复进行第二预失真器50自适应计算，而保持第一子系统10不动，这样能减少整个系统计算量。如此，虽然第二预失真处理为实时计算，但总体计算量并不高。
以上实施例仅表达了本发明的优选实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，如对各个实施例中的不同特征进行组合等，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种数字预失真方法，其特征在于，包括：
S10、使功率放大器工作在强非线性区；
S30、通过第一预失真器对输入信号进行第一级预处理再传输给所述功率放大器的输入端，使所述第一预失真器和所述功率放大器组成的第一子系统呈现弱非线性；
S50、在所述第一子系统的非线性未达到预设要求时，先通过第二预失真器对所述输入信号进行第二级预处理，所述第二级预处理后再传输给所述第一预失真器的输入端以进行所述第一级预处理，使所述第二预失真器和所述第一子系统构成的预失真系统的线性达到所述预设要求。
2.根据权利要求1所述的数字预失真方法，其特征在于，步骤S30中，包括确定所述第一预失真器的系数（W），具体包括：
S31、选择所述功率放大器的期望输出
Figure 579617DEST_PATH_IMAGE001
；
S32、设所述功率放大器的输入信号
Figure 619117DEST_PATH_IMAGE002
，其中，
Figure 953146DEST_PATH_IMAGE003
为所述功率放大器的平 均增益；
S33、令第k输入信号
Figure 357583DEST_PATH_IMAGE004
通过所述功率放大器，采集所述功率放大器的对应输出
Figure 285219DEST_PATH_IMAGE005
；
S34、计算误差
Figure 738197DEST_PATH_IMAGE006
；
S35、计算总误差
Figure 316946DEST_PATH_IMAGE007
，若所述总误差
Figure 892284DEST_PATH_IMAGE008
满足要求，则迭代完成，流 程进入S38；否则进入步骤S36；
S36、计算下次迭代的输入信号
Figure 431849DEST_PATH_IMAGE009
，
Figure 563884DEST_PATH_IMAGE010
为预设常数；
S37、令
Figure 669244DEST_PATH_IMAGE011
，流程进入步骤S33迭代；
S38、迭代完成后的输入信号
Figure 618745DEST_PATH_IMAGE004
即为所述第一预失真器的输出
Figure 504662DEST_PATH_IMAGE012
；
S39、设所述功率放大器的输出
Figure 565022DEST_PATH_IMAGE013
，其中
Figure 603516DEST_PATH_IMAGE014
,
Figure 520656DEST_PATH_IMAGE015
是所述第一预失真器的系 数，
Figure 34814DEST_PATH_IMAGE016
，也就是
Figure 757920DEST_PATH_IMAGE017
；据此计 算出所述第一预失真器的系数
Figure 775554DEST_PATH_IMAGE015
。
3.根据权利要求2所述的数字预失真方法，其特征在于，总误差
Figure 129175DEST_PATH_IMAGE008
满足要求是指误 差
Figure 740416DEST_PATH_IMAGE018
小于预设误差值；
Figure 142579DEST_PATH_IMAGE010
的值在0.001~1之间。
4.根据权利要求1所述的数字预失真方法，其特征在于，步骤S50中，包括求解所述第二预失真器的系数（W），具体包括：
S51、令输入信号X经所述第二预失真器处理后得到信号U，信号U作为所述第一子系统的输入，所述第一子系统的输出为V；
S52、初始化
Figure 139353DEST_PATH_IMAGE019
，其中，
Figure 663876DEST_PATH_IMAGE020
、
Figure 621467DEST_PATH_IMAGE021
、
Figure 690968DEST_PATH_IMAGE022
、
Figure 479933DEST_PATH_IMAGE023
是所述第二预失真器的 初始系数、初始矩阵、误差矩阵和单位矩阵；
S53、对n=1,2,…，获取所述第一子系统的第n输入信号u(n)和第n输出信号v(n)，计算 对应的矩阵
Figure 378619DEST_PATH_IMAGE024
，计算误差矩阵
Figure 682561DEST_PATH_IMAGE025
；
S54、更新系数
Figure 692105DEST_PATH_IMAGE026
；
S55、更新矩阵
Figure 601155DEST_PATH_IMAGE027
。
5.根据权利要求1所述的数字预失真方法，其特征在于，所述第一级预处理为线下计算；所述第二预失真处理为实时计算。
6.根据权利要求1所述的数字预失真方法，其特征在于，通过查找表的方法获得所述第一预失真器的系数。
7.根据权利要求1所述的数字预失真方法，其特征在于，步骤S50中，在所述第一子系统的非线性未达到预设要求时，只针对所述第二预失真器进行自适应计算，不变动所述第一预失真器，以减少整个系统计算量。
8.一种数字预失真系统，其特征在于，包括：
工作在强非线性区的功率放大器；
第一预失真器，其输出端连接到所述功率放大器的输入端，所述第一预失真器与所述功率放大器组成的第一子系统，所述第一预失真器对输入信号进行第一级预处理再传输给所述功率放大器的输入端使所述第一子系统呈现弱非线性；
第二预失真器，其输出端连接到所述第一预失真器的输入端，在所述第一子系统的非线性未达到预设要求时，所述第二预失真器先对所述输入信号进行第二级预处理然后再传输给所述第一预失真器的输入端，使所述第二预失真器和所述第一子系统构成的预失真系统的线性达到所述预设要求。
9.根据权利要求8所述的数字预失真系统，其特征在于，所述第一子系统包括确定所述第一预失真器的系数（W）的求解模组，所述求解模组包括迭代学习控制模块和预失真参数识别模块，所述迭代学习控制模块的输入端分别连接到所述第一预失真器的输入端和所述功率放大器的输出端，所述迭代学习控制模块的输出端连接到所述功率放大器的输入端，所述预失真参数识别模块的输入端分别连接到所述第一预失真器的输入端和所述迭代学习控制模块的输出端，所述预失真参数识别模块的输出端连接到所述第一预失真器；所述求解模组用于执行如下步骤：
S31、选择所述功率放大器的期望输出
Figure 14950DEST_PATH_IMAGE001
；
S32、设所述功率放大器的输入信号
Figure 212714DEST_PATH_IMAGE002
，其中，
Figure 885003DEST_PATH_IMAGE003
为所述功率放大器的平 均增益；
S33、令第k输入信号
Figure 648560DEST_PATH_IMAGE004
通过所述功率放大器，采集所述功率放大器的对应输出
Figure 357890DEST_PATH_IMAGE005
；
S34、计算误差
Figure 918315DEST_PATH_IMAGE006
；
S35、计算总误差
Figure 66400DEST_PATH_IMAGE007
，若所述总误差
Figure 887726DEST_PATH_IMAGE008
满足要求，则迭代完成，流 程进入S38；否则进入步骤S36；
S36、计算下次迭代的输入信号
Figure 158170DEST_PATH_IMAGE009
，
Figure 64946DEST_PATH_IMAGE010
为预设常数；
S37、令
Figure 751142DEST_PATH_IMAGE011
，流程进入步骤S33迭代；
S38、迭代完成后的输入信号
Figure 567920DEST_PATH_IMAGE004
即为所述第一预失真器的输出
Figure 619052DEST_PATH_IMAGE012
；
S39、设所述功率放大器的输出
Figure 137758DEST_PATH_IMAGE013
，其中
Figure 627645DEST_PATH_IMAGE014
,
Figure 423563DEST_PATH_IMAGE015
是所述第一预失真器的系 数，
Figure 786543DEST_PATH_IMAGE016
，也就是
Figure 667911DEST_PATH_IMAGE017
；据此计 算出所述第一预失真器的系数
Figure 695910DEST_PATH_IMAGE015
。
10.根据权利要求8所述的数字预失真系统，其特征在于，还包括确定所述第二预失真器的系数（W）的求解模组，所述求解模组包括预失真训练模块，所述预失真训练模块连接所述第一预失真器的输入端、所述功率放大器的输出端以采集所述第一子系统的输入信号和输出信号，并根据所采集的输入信号和输出信号向所述第二预失真器进行反馈。
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