CN116743276A - 针对相控阵系统的校准装置、构建方法及设备 - Google Patents

针对相控阵系统的校准装置、构建方法及设备 Download PDF

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CN116743276A CN202210208580.8A CN202210208580A CN116743276A CN 116743276 A CN116743276 A CN 116743276A CN 202210208580 A CN202210208580 A CN 202210208580A CN 116743276 A CN116743276 A CN 116743276A
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Abstract

本发明提供一种针对相控阵系统的校准装置、构建方法及设备，该校准装置包括：设置于基带信号处理模块与相控阵系统之间的数字预失真DPD模块，DPD模块包括：级联的参考DPD模型和ΔDPD阵列，ΔDPD阵列包括并联的多个ΔDPD模型以及与多个ΔDPD模型连接的开关单元；参考DPD模型用于实现第一方向波束的线性化；一个ΔDPD模型与相控阵系统的一个扫描角度对应，用于消除该扫描角度与第一方向下相控阵系统的非线性差异；本发明实施例中整个DPD模块都独立于相控阵系统，且未在相控阵内部的射频链路上进行处理，因而整个设计过程都无需关注相控阵系统的内部结构，因此适用于高度集成的相控阵系统，具有更广的适用范围。

Description

针对相控阵系统的校准装置、构建方法及设备
技术领域
本发明涉及通信技术领域，尤其是指一种针对相控阵系统的校准装置、构建方法及设备。
背景技术
毫米波频段以其带宽资源丰富的显著优势，正逐步成为5G、乃至未来6G移动通信发展的黄金频段，集成相控阵是解决毫米波无线通信传播距离受限的核心关键技术之一。对于高阶调制信号，其拥有较高的功率峰均比，不利于功率放大器(PowerAmplifier，PA)的高效利用，直接影响发射机的能量效率。
常规的数字预失真(Digital Pre-Distortion，DPD)技术方案通过定向耦合器和模数转换AD，将PA的输出信号数字化后反馈至基带处理单元，在基带内对PA的输入输出信号进行分析、非线性建模并进行参数提取，形成预失真模块。最终将基带产生的数字信号经过预失真模块处理后再通过数模转换DA变为模拟信号送至PA输入端。整个系统具有复杂的反馈回路。
对于多通道的相控阵系统，现有的DPD技术方案有以下不足：
1、常规的DPD技术采用一个基带处理单元对应一个PA的设计方案，每个PA都有独立的反馈回路，在实际应用中增加了系统的复杂度和硬件成本，不适用于大规模的相控阵系统；
2、通过在PA前级增加Tuning box的方式固然可以在不损失性能的前提下降低系统的复杂度，但是随着相控阵系统规模增加，Tuning Box的数量会增加，导致系统会更加复杂，不适用于大规模的相控阵系统；同时对每条发射链路单独处理的方式也不利于相控阵系统的集成化；
3、只对相控阵在某一方向上的主波束信号进行线性化处理，忽略了波束扫描带来的非线性特性的变化，导致DPD在其他扫描角度下对相控阵系统线性化能力的下降。
发明内容
本发明实施例的目的在于提供一种针对相控阵系统的校准装置、构建方法及设备，以解决现有的DPD技术无法使用大规模的相控阵系统的问题。
为了解决上述问题，本发明实施例提供一种针对相控阵系统的校准装置，所述校准装置包括：
设置于基带信号处理模块与所述相控阵系统之间的数字预失真DPD模块，DPD模块包括：级联的参考DPD模型和ΔDPD阵列，所述ΔDPD阵列包括并联的多个ΔDPD模型以及与所述多个ΔDPD模型连接的开关单元，所述开关单元用于导通任意一个ΔDPD模型；
其中，所述参考DPD模型用于实现第一方向波束的线性化；一个ΔDPD模型与所述相控阵系统的一个扫描角度对应，用于消除该扫描角度与第一方向下相控阵系统的非线性差异。
其中，所述校准装置还包括：
设置于所述基带信号处理模块与所述DPD模块之间的带宽幅相校准模块，所述带宽幅相校准模块用于对所述基带信号处理模块输出的信号进行带宽的幅相补偿，补偿所述相控阵的多通道引起的幅相不一致。
其中，所述相控阵系统包括：
依次连接的矢量信号发生器、相控阵及天线阵列；
其中，所述矢量信号发生器用于实现数模转换及上变频；所述相控阵用于实现相位补偿或延时补偿；所述天线阵列用于实现信号发射。
其中，所述基带信号处理模块输出的第一信号，经过所述带宽幅相校准模块的幅相补偿后得到第二信号，所述第二信号经过所述参考DPD模型实现第一方向的波束校准后得到第三信号，所述第三信号经过基于所述相控阵系统的扫描角度确定的ΔDPD模型消除该扫描角度与第一方向下相控阵系统的非线性差异后得到第四信号，所述第四信号通过所述相控阵系统处理后得到第五信号并发送。
本发明实施例还提供一种针对相控阵系统的校准装置的构建方法，包括：
构建离线校准平台，所述离线校准平台包括：发射链路和接收链路；所述发射链路包括依次连接的基带信号处理模块和相控阵系统；所述接收链路包括：依次连接的无源天线和频谱分析仪；
利用所述离线校准平台，进行第一方向的数字预失真DPD建模得到参考DPD模型，所述参考DPD模型用于实现第一方向波束的线性化；
利用所述离线校准平台和所述参考DPD模型，进行相控阵系统的各个扫描角度的DPD建模，得到多个ΔDPD模型并构建ΔDPD阵列；所述ΔDPD阵列包括并联的多个ΔDPD模型以及与所述多个ΔDPD模型连接的开关单元，所述开关单元用于导通任意一个ΔDPD模型；一个ΔDPD模型与相控阵系统的一个扫描角度对应，用于消除该扫描角度与第一方向下相控阵系统的非线性差异；
构建针对相控阵系统的校准装置，所述校准装置包括：设置于基带信号处理模块与所述相控阵系统之间的DPD模块，DPD模块包括：级联的参考DPD模型和ΔDPD阵列。
其中，所述方法还包括：
利用所述离线校准平台，调整输入功率使所述相控阵工作在线性区，并根据发射链路发送的带宽信号和接收链路采集到的远场信号，构建带宽幅相校准模块，所述带宽幅相校准模块用于进行带宽的幅相补偿，补偿所述相控阵的多通道引起的幅相不一致；
其中，所述校准装置还包括：
所述带宽幅相校准模块，所述带宽幅相校准模块设置于所述基带信号处理模块与所述DPD模块之间。
其中，所述根据发射链路发送的带宽信号和接收链路采集到的远场信号，构建带宽幅相校准模块，包括：
若所述带宽信号x(n)与所述远场信号y(n)的幅相不一致，将所述远场信号作为输入，所述带宽信号作为输出，构建补偿函数x(n)＝f(y(n))；所述带宽幅相校准模块包括所述补偿函数。
其中，利用所述离线校准平台，进行第一方向的数字预失真DPD建模得到参考DPD模型，包括：
调整所述离线校准平台的相控阵的输入功率，将相控阵波束方向设置为第一方向，基带信号处理模块输出第六信号，所述第六信号通过所述带宽幅相校准模块实现幅相补偿后得到第七信号，所述第七信号通过所述相控阵系统处理后得到第八信号并发送；所述无源天线接收所述第八信号；
对所述第七信号和所述第八信号进行处理，通过第一非线性模型利用最小二乘法提取DPD系数，并通过间接学习的迭代算法更新DPD系数，得到第一方向的参考DPD模型。
其中，利用所述离线校准平台和所述参考DPD模型，进行相控阵系统的一个扫描角度的DPD建模，得到一个ΔDPD模型，包括：
切换所述离线校准平台中相控阵系统的扫描角度，基带信号处理模块输出第九信号，所述第九信号通过所述带宽幅相校准模块实现幅相补偿后得到第十信号，所述第十信号通过所述相控阵系统处理后得到第十一信号，所述第十一信号通过所述参考DPD模型实现第一方向的波束校准后得到第十二信号；
对所述第十信号和所述第十二信号进行处理，通过第二非线性模型利用最小二乘法提取DPD系数，并通过间接学习的迭代算法更新DPD系数，得到该扫描角度的ΔDPD模型。
本发明实施例还提供一种针对相控阵系统的校准装置的构建设备，包括：
第一构建单元，用于构建离线校准平台，所述离线校准平台包括：发射链路和接收链路；所述发射链路包括依次连接的基带信号处理模块和相控阵系统；所述接收链路包括：依次连接的无源天线和频谱分析仪；
第二构建单元，用于利用所述离线校准平台，进行第一方向的数字预失真DPD建模得到参考DPD模型，所述参考DPD模型用于实现第一方向波束的线性化；
第三构建单元，用于利用所述离线校准平台和所述参考DPD模型，进行相控阵系统的各个扫描角度的DPD建模，得到多个ΔDPD模型并构建ΔDPD阵列；所述ΔDPD阵列包括并联的多个ΔDPD模型以及与所述多个ΔDPD模型连接的开关单元，所述开关单元用于导通任意一个ΔDPD模型；一个ΔDPD模型与相控阵系统的一个扫描角度对应，用于消除该扫描角度与第一方向下相控阵系统的非线性差异；
第四构建单元，用于构建针对相控阵系统的校准装置，所述校准装置包括：设置于基带信号处理模块与所述相控阵系统之间的DPD模块，DPD模块包括：级联的参考DPD模型和ΔDPD阵列。
其中，所述构建设备还包括：
第五构建单元，用于利用所述离线校准平台，调整输入功率使所述相控阵工作在线性区，并根据发射链路发送的带宽信号和接收链路采集到的远场信号，构建带宽幅相校准模块，所述带宽幅相校准模块用于进行带宽的幅相补偿，补偿所述相控阵的多通道引起的幅相不一致；
其中，所述校准装置还包括：
所述带宽幅相校准模块，所述带宽幅相校准模块设置于所述基带信号处理模块与所述DPD模块之间。
其中，所述第五构建单元进一步用于：
若所述带宽信号x(n)与所述远场信号y(n)的幅相不一致，将所述远场信号作为输入，所述带宽信号作为输出，构建补偿函数x(n)＝f(y(n))；所述带宽幅相校准模块包括所述补偿函数。
其中，所述第二构建单元进一步用于：
调整所述离线校准平台的相控阵的输入功率，将相控阵波束方向设置为第一方向，基带信号处理模块输出第六信号，所述第六信号通过所述带宽幅相校准模块实现幅相补偿后得到第七信号，所述第七信号通过所述相控阵系统处理后得到第八信号并发送；所述无源天线接收所述第八信号；
对所述第七信号和所述第八信号进行处理，通过第一非线性模型利用最小二乘法提取DPD系数，并通过间接学习的迭代算法更新DPD系数，得到第一方向的参考DPD模型。
其中，所述第三构建单元进一步用于：
切换所述离线校准平台中相控阵系统的扫描角度，基带信号处理模块输出第九信号，所述第九信号通过所述带宽幅相校准模块实现幅相补偿后得到第十信号，所述第十信号通过所述相控阵系统处理后得到第十一信号，所述第十一信号通过所述参考DPD模型实现第一方向的波束校准后得到第十二信号；
对所述第十信号和所述第十二信号进行处理，通过第二非线性模型利用最小二乘法提取DPD系数，并通过间接学习的迭代算法更新DPD系数，得到该扫描角度的ΔDPD模型。
本发明实施例还提供一种针对相控阵系统的校准装置的构建设备，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的程序，所述处理器执行所述程序时实现如上所述的针对相控阵系统的校准装置的构建方法。
本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如上所述的针对相控阵系统的校准装置的构建方法中的步骤。
本发明的上述技术方案至少具有如下有益效果：
本发明实施例的针对相控阵系统的校准装置、构建方法及设备中，基于角度离散化的思想，对相控阵系统的多个扫描角度进行DPD处理，同时利用以主波束发射方向为参数构建的ΔDPD阵列来降低系统设计的复杂度，使得该系统复杂度仅与角度分辨率有关，而与整个相控阵系统的规模无关；本发明实施例中整个DPD模块都独立于相控阵系统，且未在相控阵内部的射频链路上进行处理，因而整个设计过程都无需关注相控阵系统的内部结构，因此适用于高度集成的相控阵系统，具有更广的适用范围。
附图说明
图1表示本发明实施例提供的针对相控阵系统的校准装置的结构示意图；
图2表示本发明实施例提供的针对相控阵系统的校准装置的构建方法的步骤流程图；
图3表示本发明实施例提供的针对相控阵系统的校准装置的构建方法中离线校准平台的结构示意图；
图4表示本发明实施例提供的针对相控阵系统的校准装置的构建方法中参考DPD模型的构建示例图；
图5表示本发明实施例提供的针对相控阵系统的校准装置的构建方法中ΔDPD模型的构建示例图；
图6表示本发明实施例提供的针对相控阵系统的校准装置的构建设备的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
如图1所示，本发明实施例提供一种针对相控阵系统的校准装置，所述校准装置包括：
设置于基带信号处理模块1与所述相控阵系统2之间的数字预失真DPD模块3，DPD模块3包括：级联的参考DPD模型31和ΔDPD阵列32，所述ΔDPD阵列32包括并联的多个ΔDPD模型以及与所述多个ΔDPD模型连接的开关单元，所述开关单元用于导通任意一个ΔDPD模型；
其中，所述参考DPD模型31用于实现第一方向波束的线性化；一个ΔDPD模型与所述相控阵系统的一个扫描角度对应，用于消除该扫描角度与第一方向下相控阵系统的非线性差异。
可选地，上述第一方向为相控阵系统的主波束信号的法向方向。针对常规相控阵的DPD反馈回路复杂的问题，本发明实施例仅采集相控阵的主波束信号，并对其进行线性化处理，降低了系统复杂度。
进一步的，针对相控阵系统在波束扫描时会引入的非线性问题，本发明实施例以主波束法向方向为参考，适用于大规模相控阵的ΔDPD阵列，以消除各个扫描角度与主波束法向方向下相控阵系统的非线性差异，从而以较低的系统复杂度提升各扫描角度下相控阵波束的线性度。
作为一个可选实施例，如图1所示，所述相控阵系统2包括：
依次连接的矢量信号发生器、相控阵及天线阵列；
其中，所述矢量信号发生器用于实现数模转换及上变频；所述相控阵用于实现相位补偿或延时补偿；所述天线阵列用于实现信号发射。
针对常规相控阵只实现了单一频点的幅相校准的问题，如图1所示，在本发明的至少一个实施例中所述校准装置还包括：
设置于所述基带信号处理模块1与所述DPD模块3之间的带宽幅相校准模块4，所述带宽幅相校准模块4用于对所述基带信号处理模块输出的信号进行带宽的幅相补偿，补偿所述相控阵的多通道引起的幅相不一致。
换言之，本发明实施例提供了一种适用于毫米波相控阵的宽带多通道幅相校准方法，即在DPD模块之前增加一级相控阵的宽带幅相校准模块，解决了多通道在传输宽带信号时的幅相不一致性问题。
如图1所示，DPD模块由两级DPD模型级联而成，参考DPD模型(Ref-DPD)实现了法向波束的线性化，ΔDPD阵列以法向方向为参考，消除了其他扫描角度下非线性差异。具体的，所述基带信号处理模块输出的第一信号，经过所述带宽幅相校准模块的幅相补偿后得到第二信号，所述第二信号经过所述参考DPD模型实现第一方向的波束校准后得到第三信号，所述第三信号经过基于所述相控阵系统的扫描角度确定的ΔDPD模型消除该扫描角度与第一方向下相控阵系统的非线性差异后得到第四信号，所述第四信号通过所述相控阵系统处理后得到第五信号并发送。
例如，基带信号处理模块生成5G NR信号，首先将要发送的5G NR信号先通过宽带幅相校准模块，再通过参考DPD模块实现法向方向的波束校准，然后根据相控阵的扫描角度选择相应的通路，即相应的ΔDPD模块，消除该扫描角度与法向方向下相控阵非线性特性的差异，最终将完成整个数字预失真处理后的信号通过矢量信号发生器实现数模转换(DA)、上变频后传入相控阵，并通过天线阵列发射出去。
综上，本发明实施例基于角度离散化的思想，对相控阵系统的多个扫描角度进行DPD处理，同时利用以主波束发射方向为参数构建的ΔDPD阵列来降低系统设计的复杂度，使得该系统复杂度仅与角度分辨率有关，而与整个相控阵系统的规模无关；本发明实施例中整个DPD模块都独立于相控阵系统，且未在相控阵内部的射频链路上进行处理，因而整个设计过程都无需关注相控阵系统的内部结构，因此适用于高度集成的相控阵系统，具有更广的适用范围。
如图2所示，本发明实施例还提供一种针对相控阵系统的校准装置的构建方法，包括：
步骤201，构建离线校准平台，所述离线校准平台包括：发射链路和接收链路；所述发射链路包括依次连接的基带信号处理模块和相控阵系统；所述接收链路包括：依次连接的无源天线和频谱分析仪；
步骤202，利用所述离线校准平台，进行第一方向的数字预失真DPD建模得到参考DPD模型，所述参考DPD模型用于实现第一方向波束的线性化；
步骤203，利用所述离线校准平台和所述参考DPD模型，进行相控阵系统的各个扫描角度的DPD建模，得到多个ΔDPD模型并构建ΔDPD阵列；所述ΔDPD阵列包括并联的多个ΔDPD模型以及与所述多个ΔDPD模型连接的开关单元，所述开关单元用于导通任意一个ΔDPD模型；一个ΔDPD模型与相控阵系统的一个扫描角度对应，用于消除该扫描角度与第一方向下相控阵系统的非线性差异；
步骤204，构建针对相控阵系统的校准装置，所述校准装置包括：设置于基带信号处理模块与所述相控阵系统之间的DPD模块，DPD模块包括：级联的参考DPD模型和ΔDPD阵列。
如图3所示，由PC产生基带IQ数据，由矢量信号发生器实现数模转换(DA)、上变频功能后送入(5G毫米波)相控阵，最终通过天线阵列将信号发射出去；在接收端通过无源天线接收远场主波束信号，将收到的信号通过频谱分析仪实现下变频、模数转换(AD)等操作后最终提取出接收到的数字信号。
作为一个可选实施例，所述方法还包括：
利用所述离线校准平台，调整输入功率使所述相控阵工作在线性区，并根据发射链路发送的带宽信号和接收链路采集到的远场信号，构建带宽幅相校准模块，所述带宽幅相校准模块用于进行带宽的幅相补偿，补偿所述相控阵的多通道引起的幅相不一致；
其中，所述校准装置还包括：
所述带宽幅相校准模块，所述带宽幅相校准模块设置于所述基带信号处理模块与所述DPD模块之间。
对于相控阵而言，由于其中每个通道并不是完全相同的，所以在使用前，为了使合成的波束具有更好的方向性，都会进行幅相校准，具体操作是发送一段单音信号，接收各通道的输出信号，通过控制发射链路中衰减器和移相器来补偿各通道之间的幅度和相位差来实现多通道幅相校准。
可选的，利用所述离线校准平台，调整输入功率使所述相控阵工作在线性区，并根据发射链路发送的带宽信号和接收链路采集到的远场信号，构建带宽幅相校准模块，包括：
若所述带宽信号x(n)与所述远场信号y(n)的幅相不一致，将所述远场信号作为输入，所述带宽信号作为输出，构建补偿函数x(n)＝f(y(n))；所述带宽幅相校准模块包括所述补偿函数。
考虑到多通道幅相不一致最终会带来系统的失真，所以利用预失真的思想来进行补偿，利用搭建的离线校准平台，调整输入功率让相控阵工作在线性区，使得此时系统的失真全部由多通道的幅相不一致性引起，而与相控阵中的非线性器件无关。通过发射链路发送一段宽带信号x(n)，在接收端采集远场信号y(n)，并与发送的序列对比，分析幅相变化情况，对其进行宽带的幅相补偿，具体方法如下：若发送信号与接收到的信号存在幅相不一致的情况，则将接收信号作为输入，发送信号作为输出，构建补偿函数x(n)＝f(y(n))，以此来弥补多通道引起的幅相不一致性。
在本发明的至少一个实施例中，步骤202包括：
调整所述离线校准平台的相控阵的输入功率，将相控阵波束方向设置为第一方向，基带信号处理模块输出第六信号，所述第六信号通过所述带宽幅相校准模块实现幅相补偿后得到第七信号，所述第七信号通过所述相控阵系统处理后得到第八信号并发送；所述无源天线接收所述第八信号；
对所述第七信号和所述第八信号进行处理，通过第一非线性模型利用最小二乘法提取DPD系数，并通过间接学习的迭代算法更新DPD系数，得到第一方向的参考DPD模型。
例如，如图4所示利用搭建的离线校准平台，调整相控阵的输入功率，将相控阵波束方向设置为法向方向，在发送端发送5G NR信号v(n)，通过幅相校准得到s(n)，在接收端得到z(n)。对采集到的接收信号z(n)与发射的原始信号s(n)进行处理，选用合适的非线性模型，利用最小二乘提取Ref-DPD系数CRef_DPD，并通过间接学习的迭代算法更新系数，进而得到法向方向的参考DPD(Ref-DPD)模型，也即Ref-DPD。
在本发明的至少一个实施例中，步骤203包括：
切换所述离线校准平台中相控阵系统的扫描角度，基带信号处理模块输出第九信号，所述第九信号通过所述带宽幅相校准模块实现幅相补偿后得到第十信号，所述第十信号通过所述相控阵系统处理后得到第十一信号，所述第十一信号通过所述参考DPD模型实现第一方向的波束校准后得到第十二信号；
对所述第十信号和所述第十二信号进行处理，通过第二非线性模型利用最小二乘法提取DPD系数，并通过间接学习的迭代算法更新DPD系数，得到该扫描角度的ΔDPD模型。
切换相控阵扫描角度，将幅相校准后的s(n)信号送入相控阵得到z2(n)，再将得到的z2(n)输入刚刚得到的Ref-DPD模型得到w2(n)，最后根据w2(n)和原始信号s(n)，选用合适的非线性模型，利用最小二乘提取ΔDPD的系数CΔDPD，并通过间接学习算法迭代更新系数,进而得到该方向上的ΔDPD模型。
切换相控阵的扫描角度，重复上述步骤，得到其他角度下的ΔDPD模型，最终形成一个以相控阵扫描角度为参数的ΔDPD阵列。
例如，将上述校准装置在64通道的毫米波集成相控阵系统上实施，按照上述方案中的步骤，采集30°，50°，70°，90°，110°，130°，150°角度下的相关数据，通过Matlab实现了Ref-DPD模块和ΔDPD阵列模块，在实际测试中，相控阵系统的线性度获得显著提高，各角度在输出功率一致的情况下EVM(误差向量幅度)均提高2％左右，ACPR(邻信道功率比)提高了1-2dB；在满足信号传输要求的前提下，输出功率提高了6dB。
综上，本发明实施例提出了一种针对5G毫米波集成相控阵系统的多角度的数字预失真技术，以较低的系统复杂度实现了对相控阵波束在多个扫描角度下的线性化处理，减轻相控阵传输过程中产生的非线性失真问题，提高发射机的整体性能。此外，相较于传统相控阵采用的单频点的幅相校准方案，为了使相控阵适应5G毫米波的大带宽的特点，本发明实施例提出了一种适用于宽带的多通道幅相校准方法，加入了宽带幅相校准模块，该模块能够缓解多通道幅相不一致带来的非线性，一方面提高了多角度DPD建模准确性，另一方面也带来了额外收益，进一步提高了相控阵在不同角度的波束赋形精度，提高整个DPD系统的性能。
本发明实施例提供的基于波束的数字预失真技术可以极大地降低整个系统的复杂度和设计成本，随着相控阵规模的增大，这种优势愈发明显。本方案充分考虑到了相控阵在进行波束扫描时引入的新的非线性，并通过ΔDPD阵列对这部分非线性进行了补偿，因此在进行波束扫描时，具有更好的性能优势。
如图6所示，本发明实施例还提供一种针对相控阵系统的校准装置的构建设备，包括：
第一构建单元601，用于构建离线校准平台，所述离线校准平台包括：发射链路和接收链路；所述发射链路包括依次连接的基带信号处理模块和相控阵系统；所述接收链路包括：依次连接的无源天线和频谱分析仪；
第二构建单元602，用于利用所述离线校准平台，进行第一方向的数字预失真DPD建模得到参考DPD模型，所述参考DPD模型用于实现第一方向波束的线性化；
第三构建单元603，用于利用所述离线校准平台和所述参考DPD模型，进行相控阵系统的各个扫描角度的DPD建模，得到多个ΔDPD模型并构建ΔDPD阵列；所述ΔDPD阵列包括并联的多个ΔDPD模型以及与所述多个ΔDPD模型连接的开关单元，所述开关单元用于导通任意一个ΔDPD模型；一个ΔDPD模型与相控阵系统的一个扫描角度对应，用于消除该扫描角度与第一方向下相控阵系统的非线性差异；
第四构建单元604，用于构建针对相控阵系统的校准装置，所述校准装置包括：设置于基带信号处理模块与所述相控阵系统之间的DPD模块，DPD模块包括：级联的参考DPD模型和ΔDPD阵列。
作为一个可选实施例，所述构建设备还包括：
第五构建单元，用于利用所述离线校准平台，调整输入功率使所述相控阵工作在线性区，并根据发射链路发送的带宽信号和接收链路采集到的远场信号，构建带宽幅相校准模块，所述带宽幅相校准模块用于进行带宽的幅相补偿，补偿所述相控阵的多通道引起的幅相不一致；
其中，所述校准装置还包括：
所述带宽幅相校准模块，所述带宽幅相校准模块设置于所述基带信号处理模块与所述DPD模块之间。
作为一个可选实施例，所述第五构建单元进一步用于：
若所述带宽信号x(n)与所述远场信号y(n)的幅相不一致，将所述远场信号作为输入，所述带宽信号作为输出，构建补偿函数x(n)＝f(y(n))；所述带宽幅相校准模块包括所述补偿函数。
作为一个可选实施例，所述第二构建单元进一步用于：
调整所述离线校准平台的相控阵的输入功率，将相控阵波束方向设置为第一方向，基带信号处理模块输出第六信号，所述第六信号通过所述带宽幅相校准模块实现幅相补偿后得到第七信号，所述第七信号通过所述相控阵系统处理后得到第八信号并发送；所述无源天线接收所述第八信号；
对所述第七信号和所述第八信号进行处理，通过第一非线性模型利用最小二乘法提取DPD系数，并通过间接学习的迭代算法更新DPD系数，得到第一方向的参考DPD模型。
作为一个可选实施例，所述第三构建单元进一步用于：
切换所述离线校准平台中相控阵系统的扫描角度，基带信号处理模块输出第九信号，所述第九信号通过所述带宽幅相校准模块实现幅相补偿后得到第十信号，所述第十信号通过所述相控阵系统处理后得到第十一信号，所述第十一信号通过所述参考DPD模型实现第一方向的波束校准后得到第十二信号；
对所述第十信号和所述第十二信号进行处理，通过第二非线性模型利用最小二乘法提取DPD系数，并通过间接学习的迭代算法更新DPD系数，得到该扫描角度的ΔDPD模型。
本发明实施例基于角度离散化的思想，对相控阵系统的多个扫描角度进行DPD处理，同时利用以主波束发射方向为参数构建的ΔDPD阵列来降低系统设计的复杂度，使得该系统复杂度仅与角度分辨率有关，而与整个相控阵系统的规模无关；本发明实施例中整个DPD模块都独立于相控阵系统，且未在相控阵内部的射频链路上进行处理，因而整个设计过程都无需关注相控阵系统的内部结构，因此适用于高度集成的相控阵系统，具有更广的适用范围。
本发明实施例还提供一种针对相控阵系统的校准装置的构建设备，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上所述的针对相控阵系统的校准装置的构建方法实施例中的各个过程，且能达到相同的技术效果，为避免重复，这里不再赘述。
本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如上所述的针对相控阵系统的校准装置的构建方法实施例中的各个过程，且能达到相同的技术效果，为避免重复，这里不再赘述。其中，所述的计算机可读存储介质，如只读存储器(Read-Only Memory，简称ROM)、随机存取存储器(Random AccessMemory，简称RAM)、磁碟或者光盘等。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可读存储介质(包括但不限于磁盘存储器和光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其它可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其它可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其它可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储介质中，使得存储在该计算机可读存储介质中的指令产生包括指令装置的纸制品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其它可编程数据处理设备上，使得计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他科编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (16)

1.一种针对相控阵系统的校准装置，其特征在于，所述校准装置包括：
设置于基带信号处理模块与所述相控阵系统之间的数字预失真DPD模块，DPD模块包括：级联的参考DPD模型和ΔDPD阵列，所述ΔDPD阵列包括并联的多个ΔDPD模型以及与所述多个ΔDPD模型连接的开关单元，所述开关单元用于导通任意一个ΔDPD模型；
其中，所述参考DPD模型用于实现第一方向波束的线性化；一个ΔDPD模型与所述相控阵系统的一个扫描角度对应，用于消除该扫描角度与第一方向下相控阵系统的非线性差异。
2.根据权利要求1所述的校准装置，其特征在于，所述校准装置还包括：
设置于所述基带信号处理模块与所述DPD模块之间的带宽幅相校准模块，所述带宽幅相校准模块用于对所述基带信号处理模块输出的信号进行带宽的幅相补偿，补偿所述相控阵的多通道引起的幅相不一致。
3.根据权利要求1或2所述的校准装置，其特征在于，所述相控阵系统包括：
依次连接的矢量信号发生器、相控阵及天线阵列；
其中，所述矢量信号发生器用于实现数模转换及上变频；所述相控阵用于实现相位补偿或延时补偿；所述天线阵列用于实现信号发射。
4.根据权利要求2所述的校准装置，其特征在于，
所述基带信号处理模块输出的第一信号，经过所述带宽幅相校准模块的幅相补偿后得到第二信号，所述第二信号经过所述参考DPD模型实现第一方向的波束校准后得到第三信号，所述第三信号经过基于所述相控阵系统的扫描角度确定的ΔDPD模型消除该扫描角度与第一方向下相控阵系统的非线性差异后得到第四信号，所述第四信号通过所述相控阵系统处理后得到第五信号并发送。
5.一种针对相控阵系统的校准装置的构建方法，其特征在于，包括：
构建离线校准平台，所述离线校准平台包括：发射链路和接收链路；所述发射链路包括依次连接的基带信号处理模块和相控阵系统；所述接收链路包括：依次连接的无源天线和频谱分析仪；
利用所述离线校准平台，进行第一方向的数字预失真DPD建模得到参考DPD模型，所述参考DPD模型用于实现第一方向波束的线性化；
利用所述离线校准平台和所述参考DPD模型，进行相控阵系统的各个扫描角度的DPD建模，得到多个ΔDPD模型并构建ΔDPD阵列；所述ΔDPD阵列包括并联的多个ΔDPD模型以及与所述多个ΔDPD模型连接的开关单元，所述开关单元用于导通任意一个ΔDPD模型；一个ΔDPD模型与相控阵系统的一个扫描角度对应，用于消除该扫描角度与第一方向下相控阵系统的非线性差异；
构建针对相控阵系统的校准装置，所述校准装置包括：设置于基带信号处理模块与所述相控阵系统之间的DPD模块，DPD模块包括：级联的参考DPD模型和ΔDPD阵列。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
利用所述离线校准平台，调整输入功率使所述相控阵工作在线性区，并根据发射链路发送的带宽信号和接收链路采集到的远场信号，构建带宽幅相校准模块，所述带宽幅相校准模块用于进行带宽的幅相补偿，补偿所述相控阵的多通道引起的幅相不一致；
其中，所述校准装置还包括：
所述带宽幅相校准模块，所述带宽幅相校准模块设置于所述基带信号处理模块与所述DPD模块之间。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述根据发射链路发送的带宽信号和接收链路采集到的远场信号，构建带宽幅相校准模块，包括：
若所述带宽信号x(n)与所述远场信号y(n)的幅相不一致，将所述远场信号作为输入，所述带宽信号作为输出，构建补偿函数x(n)＝f(y(n))；所述带宽幅相校准模块包括所述补偿函数。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，利用所述离线校准平台，进行第一方向的数字预失真DPD建模得到参考DPD模型，包括：
调整所述离线校准平台的相控阵的输入功率，将相控阵波束方向设置为第一方向，基带信号处理模块输出第六信号，所述第六信号通过所述带宽幅相校准模块实现幅相补偿后得到第七信号，所述第七信号通过所述相控阵系统处理后得到第八信号并发送；所述无源天线接收所述第八信号；
对所述第七信号和所述第八信号进行处理，通过第一非线性模型利用最小二乘法提取DPD系数，并通过间接学习的迭代算法更新DPD系数，得到第一方向的参考DPD模型。
9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，利用所述离线校准平台和所述参考DPD模型，进行相控阵系统的一个扫描角度的DPD建模，得到一个ΔDPD模型，包括：
切换所述离线校准平台中相控阵系统的扫描角度，基带信号处理模块输出第九信号，所述第九信号通过所述带宽幅相校准模块实现幅相补偿后得到第十信号，所述第十信号通过所述相控阵系统处理后得到第十一信号，所述第十一信号通过所述参考DPD模型实现第一方向的波束校准后得到第十二信号；
对所述第十信号和所述第十二信号进行处理，通过第二非线性模型利用最小二乘法提取DPD系数，并通过间接学习的迭代算法更新DPD系数，得到该扫描角度的ΔDPD模型。
10.一种针对相控阵系统的校准装置的构建设备，其特征在于，包括：
第一构建单元，用于构建离线校准平台，所述离线校准平台包括：发射链路和接收链路；所述发射链路包括依次连接的基带信号处理模块和相控阵系统；所述接收链路包括：依次连接的无源天线和频谱分析仪；
第二构建单元，用于利用所述离线校准平台，进行第一方向的数字预失真DPD建模得到参考DPD模型，所述参考DPD模型用于实现第一方向波束的线性化；
第三构建单元，用于利用所述离线校准平台和所述参考DPD模型，进行相控阵系统的各个扫描角度的DPD建模，得到多个ΔDPD模型并构建ΔDPD阵列；所述ΔDPD阵列包括并联的多个ΔDPD模型以及与所述多个ΔDPD模型连接的开关单元，所述开关单元用于导通任意一个ΔDPD模型；一个ΔDPD模型与相控阵系统的一个扫描角度对应，用于消除该扫描角度与第一方向下相控阵系统的非线性差异；
第四构建单元，用于构建针对相控阵系统的校准装置，所述校准装置包括：设置于基带信号处理模块与所述相控阵系统之间的DPD模块，DPD模块包括：级联的参考DPD模型和ΔDPD阵列。
11.根据权利要求10所述的构建设备，其特征在于，所述构建设备还包括：
第五构建单元，用于利用所述离线校准平台，调整输入功率使所述相控阵工作在线性区，并根据发射链路发送的带宽信号和接收链路采集到的远场信号，构建带宽幅相校准模块，所述带宽幅相校准模块用于进行带宽的幅相补偿，补偿所述相控阵的多通道引起的幅相不一致；
其中，所述校准装置还包括：
所述带宽幅相校准模块，所述带宽幅相校准模块设置于所述基带信号处理模块与所述DPD模块之间。
12.根据权利要求11所述的构建设备，其特征在于，所述第五构建单元进一步用于：
若所述带宽信号x(n)与所述远场信号y(n)的幅相不一致，将所述远场信号作为输入，所述带宽信号作为输出，构建补偿函数x(n)＝f(y(n))；所述带宽幅相校准模块包括所述补偿函数。
13.根据权利要求11所述的构建设备，其特征在于，所述第二构建单元进一步用于：
调整所述离线校准平台的相控阵的输入功率，将相控阵波束方向设置为第一方向，基带信号处理模块输出第六信号，所述第六信号通过所述带宽幅相校准模块实现幅相补偿后得到第七信号，所述第七信号通过所述相控阵系统处理后得到第八信号并发送；所述无源天线接收所述第八信号；
对所述第七信号和所述第八信号进行处理，通过第一非线性模型利用最小二乘法提取DPD系数，并通过间接学习的迭代算法更新DPD系数，得到第一方向的参考DPD模型。
14.根据权利要求11所述的构建设备，其特征在于，所述第三构建单元进一步用于：
切换所述离线校准平台中相控阵系统的扫描角度，基带信号处理模块输出第九信号，所述第九信号通过所述带宽幅相校准模块实现幅相补偿后得到第十信号，所述第十信号通过所述相控阵系统处理后得到第十一信号，所述第十一信号通过所述参考DPD模型实现第一方向的波束校准后得到第十二信号；
对所述第十信号和所述第十二信号进行处理，通过第二非线性模型利用最小二乘法提取DPD系数，并通过间接学习的迭代算法更新DPD系数，得到该扫描角度的ΔDPD模型。
15.一种针对相控阵系统的校准装置的构建设备，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的程序；其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求5-9任一项所述的针对相控阵系统的校准装置的构建方法。
16.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现如权利要求5-9任一项所述的针对相控阵系统的校准装置的构建方法中的步骤。
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