CN116938161A - 一种带限数字预失真系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种带限数字预失真系统和方法，所述系统包括：由预失真模块、第一转换模块、功率放大器、耦合器、滤波器、第二转换模块、建模器依次串联形成的环路；所述建模器用于建立预失真器模块，所述预失真模块包括级联的所述第一预失真器和所述第二预失真器；所述预失真模块，用于对待失真原始信号进行预失真处理，得到预失真后的待放大信号，将所述待放大信号经过所述第一转换模块输入至功率放大器；所述功率放大器，用于对所述预失真模块输出的预失真后的待放大信号进行放大处理，得到放大信号。

Description

一种带限数字预失真系统和方法

技术领域

本发明涉及无线通信领域，尤其涉及一种带限数字预失真系统和方法。

背景技术

随着通信技术的不断发展，为了更高效的利用有限的频谱资源，新的具有 高频谱效率的调制技术被广泛应用，然而，这些调制方式使得信号的包络波动 变大，峰均比增高。具备该类特性的信号在经过射频功率放大器后会产生严重 的非线性失真，不仅导致频带内信号矢量误差幅度恶化严重，同时会产生严重 的带外失真，对相邻信道造成干扰，严重影响通信质量。为了保障通信质量、 校正信号通过功率放大器产生的非线性失真，需要对功率放大器进行线性化。 线性化技术中，预失真技术以其实现复杂度低，稳定性高，带宽宽和线性化性 能好等特点被广泛应用。

预失真技术为在功率放大器前端加入一个与功率放大器特性相反的预失真 器，信号先通过预失真器进行预先失真处理，将预处理之后的信号再通过功率 放大器，由于预失真器特性和功率放大器特性互相补偿，使得最终功率放大器 的输出信号与原始输入信号呈线性关系。图1为一种预失真系统的结构示意图； 如图1所示，功率放大器前端设有一个预失真器；图1中，V_i是输入的原始信 号，函数F(·)是预失真器的传递函数，函数G(·)是功率放大器的传递函数，原始 输入信号V_i通过预失真器再通过功率放大器后，得到输出信号G(F(V_i))，预失真 技术即通过设计预失真器的传递函数F(·)，使得该输出信号与原始输入信号V_i呈 线性关系，如图2所示。

带限数字预失真技术是预失真技术的一种，用于在反馈回路使用低采样率 模数转换器实现预失真目标，首先根据反馈回路输出信号和原始输入信号估算 功率放大器模型，然后根据估算出的功率放大器模型，利用原始输入信号通过 估算出的功率放大器模型，进一步估算出功率放大器全频带输出信号；最后使 用估算得到的功率放大器全频带输出信号对功率放大器的原始输入信号进行拟 合，拟合完成的模型便是预失真模型，将得到的预失真模型的系数复制到数模 转换器前端的预失真器即可。在带限数字预失真中，其最终性能主要取决于第 一步时对功率放大器模型的计算是否精确。

在传统的带限数字预失真技术中，当滤波器通带非常窄时，由于其会导致 的矩阵条件数急剧增大，第一步对功率放大器模型的拟合时，其拟合精度会随 着滤波器通带变窄而迅速下降。根据奈奎斯特定律，由于滤波器的带宽直接关 联到带限数字预失真技术中反馈回路中模数转换器的最低采样率，因此传统方 法无法将反馈回路的模数转换器的采样率降得很低，最终导致预失真器对信号 的预失真处理效果差；而若采用高采样率的模数转换器，则由于高采样率的模 数转换器价格较贵，会耗费更多的硬件成本。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种带限数字预失真系统和方法。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

本发明实施例提供了一种带限数字预失真系统，所述系统包括：由预失真 模块、第一转换模块、功率放大器、耦合器、滤波器、第二转换模块、建模器 依次串联形成的环路；所述预失真模块包括级联的第一预失真器和第二预失真 器，所述第一预失真器连接所述第一转换模块；

所述建模器，用于基于输入所述第一转换模块的第一历史原始信号、所述 第二转换模块输出的第一历史反馈信号、所述滤波器的基带响应、所述滤波器 的总阶数和预设的第一带限预失真模型，确定第一预失真器的第一系数，将所 述第一系数发送给所述第一预失真器；以及，将所述第一系数发送给所述第一 预失真器后，基于输入所述第一转换模块的第二历史原始信号、所述第二转换 模块输出的第二历史反馈信号、所述滤波器的基带响应、所述滤波器的总阶数 和预设的第二带限预失真模型，确定第二预失真器的第二系数，将所述第二系 数发送给所述第二预失真器；

所述第一预失真器采用所述建模器发送的所述第一系数，所述第二预失真 器采用所述建模器发送的所述第二系数；所述预失真模块，用于对待失真原始 信号进行预失真处理，得到预失真后的待放大信号，将所述待放大信号经过所 述第一转换模块输入至功率放大器；

所述功率放大器，用于对所述预失真模块输出的预失真后的待放大信号进 行放大处理，得到放大信号；所述放大信号经过所述耦合器输出。

上述方案中，所述建模器，用于获取所述第一历史原始信号、所述第一历 史反馈信号、所述滤波器的基带响应、滤波器的总阶数；

对所述第一历史原始信号和所述第一历史反馈信号进行同步，得到同步后 的第一历史原始信号和同步后的第一历史反馈信号；

基于同步后的所述第一历史原始信号、同步后的所述第一历史反馈信号、 所述滤波器的基带响应、所述滤波器的总阶数和预设的第一带限预失真模型， 确定功率放大器的第一模型，根据所述第一模型确定所述第一预失真器的第一 系数；

其中，所述预设的第一带限预失真模型采用不连续记忆深度的记忆多项式。

上述方案中，所述建模器，具体用于根据所述功率放大器的第一模型，确 定功率放大器的第一全频带输出信号；

根据间接学习结构，基于所述功率放大器的第一全频带输出信号和所述第 一历史原始信号，确定第一预失真模型；

将所述第一预失真模型的系数作为所述第一系数发送给所述第一预失真器 以建立第一预失真器。

上述方案中，所述建模器，还用于在建立第一预失真器后，获取所述第二 历史原始信号、所述第二历史反馈信号、所述滤波器的基带响应、所述滤波器 的总阶数；

对所述第二历史原始信号和所述第二历史反馈信号进行同步，得到同步后 的第二历史原始信号和同步后的第二历史反馈信号；

基于同步后的所述第二历史原始信号、同步后的所述第二历史反馈信号、 所述滤波器的基带响应、所述滤波器的总阶数和所述预设的第二带限预失真模 型，确定功率放大器的第二模型，根据所述第二模型确定所述第二预失真器的 第二系数；

其中，所述第二带限预失真模型采用记忆多项式；所述第二带限预失真模 型的记忆深度少于所述第一带限预失真模型的记忆深度。

上述方案中，所述建模器，具体用于根据所述功率放大器的第二模型，确 定功率放大器的第二全频带输出信号；

根据间接学习结构，基于所述功率放大器的第二全频带输出信号和所述第 二历史原始信号，确定第二预失真模型；

将所述第二预失真模型的系数作为所述第二系数发送给所述第二预失真器 以建立第二预失真器。

上述方案中，所述第一转换模块，包括：数模转换器、上变频子模块；其 中，

所述数模转换器，用于获取历史原始信号，对所述历史原始信号进行数模 转换，得到第一模拟信号；

所述上变频子模块，用于将所述第一模拟信号进行上变频，将中频的第一 模拟信号调制到功率放大器所需的射频范围内，得到第二模拟信号；

所述历史原始信号包括：第一历史原始信号或第二历史原始信号。

上述方案中，所述第二转换模块，包括：模数转换器、下变频模块；其中，

所述模数转换器，用于对经过功率放大器、耦合器和滤波器处理后的第二 模拟信号进行模数转换，得到第一数字信号；

所述下变频子模块，用于将所述第一数据信号进行下变频，将射频范围内 的第一数字信号调制为中频信号，得到第二数字信号。

本发明实施例还提供了一种带限数字预失真方法，应用于上述任一项系统， 所述方法包括：

建模器基于输入第一转换模块的第一历史原始信号、第二转换模块输出的 第一历史反馈信号、滤波器的基带响应、滤波器的总阶数和预设的第一带限预 失真模型，确定第一预失真器的第一系数，将所述第一系数发送给所述第一预 失真器；以及，将所述第一系数发送给所述第一预失真器后，基于输入所述第 一转换模块的第二历史原始信号、所述第二转换模块输出的第二历史反馈信号、 所述滤波器的基带响应、所述滤波器的总阶数和预设的第二带限预失真模型， 确定第二预失真器的第二系数，将所述第二系数发送给所述第二预失真器；

预失真模块对待失真原始信号进行预失真处理，得到预失真后的待放大信 号，将所述待放大信号经过所述第一转换模块输入至功率放大器；所述预失真 模块包括级联的所述第一预失真器和所述第二预失真器，所述第一预失真器采 用所述建模器发送的所述第一系数，所述第二预失真器采用所述建模器发送的 所述第二系数；

功率放大器对所述预失真模块输出的预失真后的待放大信号进行放大处 理，得到放大信号；所述放大信号经过耦合器输出。

上述方案中，所述基于输入第一转换模块的第一历史原始信号、第二转换 模块输出的第一历史反馈信号、滤波器的基带响应、滤波器的总阶数和预设的 第一带限预失真模型，确定所述第一预失真器的系数，包括：

获取所述第一历史原始信号、所述第一历史反馈信号、所述滤波器的基带 响应、滤波器的总阶数；

对所述第一历史原始信号和所述第一历史反馈信号进行同步，得到同步后 的第一历史原始信号和同步后的第一历史反馈信号；

基于同步后的所述第一历史原始信号、同步后的所述第一历史反馈信号、 所述滤波器的基带响应、所述滤波器的总阶数和预设的第一带限预失真模型， 确定功率放大器的第一模型，根据所述第一模型确定所述第一预失真器的第一 系数；

其中，所述预设的第一带限预失真模型采用不连续记忆深度的记忆多项式。

上述方案中，所述根据所述第一模型确定所述第一预失真器的第一系数， 包括：

根据所述功率放大器的第一模型，确定功率放大器的第一全频带输出信号；

根据间接学习结构，基于所述功率放大器的第一全频带输出信号和所述第 一历史原始信号，确定第一预失真模型；

所述将所述第一系数发送给所述第一预失真器，包括：

将所述第一预失真模型的系数作为所述第一系数发送给所述第一预失真器 以建立第一预失真器。

上述方案中，所述基于输入所述第一转换模块的第二历史原始信号、所述 第二转换模块输出的第二历史反馈信号、所述滤波器的基带响应、所述滤波器 的总阶数和预设的第二带限预失真模型，确定所述第二预失真器的系数，包括：

在建立第一预失真器后，获取所述第二历史原始信号、所述第二历史反馈 信号、所述滤波器的基带响应、所述滤波器的总阶数；

对所述第二历史原始信号和所述第二历史反馈信号进行同步，得到同步后 的第二历史原始信号和同步后的第二历史反馈信号；

基于同步后的所述第二历史原始信号、同步后的所述第二历史反馈信号、 所述滤波器的基带响应、所述滤波器的总阶数和所述预设的第二带限预失真模 型，确定功率放大器的第二模型，根据所述第二模型确定所述第二预失真器的 第二系数；

其中，所述第二带限预失真模型采用记忆多项式；所述第二带限预失真模 型的记忆深度少于所述第一带限预失真模型的记忆深度。

上述方案中，所述根据所述第二模型确定所述第二预失真器的第二系数， 包括：

根据所述功率放大器的第二模型，确定功率放大器的第二全频带输出信号；

根据间接学习结构，基于所述功率放大器的第二全频带输出信号和所述第 二历史原始信号，确定第二预失真模型；

所述将所述第二系数发送给所述第二预失真器，包括：

将所述第二预失真模型的系数作为所述第二系数发送给所述第二预失真器 以建立第二预失真器。

本发明实施例所提供的一种带限数字预失真系统和方法，所述系统包括： 由预失真模块、第一转换模块、功率放大器、耦合器、滤波器、第二转换模块、 建模器依次串联形成的环路；所述预失真模块包括级联的第一预失真器和第二 预失真器，所述第一预失真器连接所述第一转换模块；所述建模器，用于基于 输入所述第一转换模块的第一历史原始信号、所述第二转换模块输出的第一历 史反馈信号、所述滤波器的基带响应、所述滤波器的总阶数和预设的第一带限 预失真模型，确定第一预失真器的第一系数，将所述第一系数发送给所述第一 预失真器；以及，将所述第一系数发送给所述第一预失真器后，基于输入所述 第一转换模块的第二历史原始信号、所述第二转换模块输出的第二历史反馈信 号、所述滤波器的基带响应、所述滤波器的总阶数和预设的第二带限预失真模 型，确定第二预失真器的第二系数，将所述第二系数发送给所述第二预失真器； 所述第一预失真器采用所述建模器发送的所述第一系数，所述第二预失真器采 用所述建模器发送的所述第二系数；所述预失真模块，用于对待失真原始信号 进行预失真处理，得到预失真后的待放大信号，将所述待放大信号经过所述第 一转换模块输入至功率放大器；所述功率放大器，用于对所述预失真模块输出 的预失真后的待放大信号进行放大处理，得到放大信号；所述放大信号经过所 述耦合器输出。如此，通过采用第一带限预失真模型和第二带限预失真模型， 分别建立第一预失真器和第二预失真器，将记忆深度进行分离，从而避免了上 述严重过拟合的问题。

附图说明

图1为一种预失真系统的结构示意图；

图2为一种输出信号与原始输入信号的线性关系的示意图；

图3为本发明实施例提供的一种带限数字预失真系统的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的一种带限数字预失真方法的流程示意图；

图5为本发明应用实施例提供的一种带限数字预失真系统的结构示意图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明再作进一步详细的说明。

图3为本发明实施例提供的一种带限数字预失真系统的结构示意图；如图 3所示，所述系统包括：由预失真模块、第一转换模块、功率放大器、耦合器、 滤波器、第二转换模块、建模器依次串联形成的环路；所述预失真模块包括级 联的第一预失真器和第二预失真器，所述第一预失真器连接所述第一转换模块；

所述建模器，用于基于输入所述第一转换模块的第一历史原始信号、所述 第二转换模块输出的第一历史反馈信号、所述滤波器的基带响应、所述滤波器 的总阶数和预设的第一带限预失真模型，确定第一预失真器的第一系数，将所 述第一系数发送给所述第一预失真器；以及，将所述第一系数发送给所述第一 预失真器后，基于输入所述第一转换模块的第二历史原始信号、所述第二转换 模块输出的第二历史反馈信号、所述滤波器的基带响应、所述滤波器的总阶数 和预设的第二带限预失真模型，确定第二预失真器的第二系数，将所述第二系 数发送给所述第二预失真器；

所述第一预失真器采用所述建模器发送的所述第一系数，所述第二预失真 器采用所述建模器发送的所述第二系数；所述预失真模块，用于对待失真原始 信号进行预失真处理，得到预失真后的待放大信号，将所述待放大信号经过所 述第一转换模块输入至功率放大器；

所述功率放大器，用于对所述预失真模块输出的预失真后的待放大信号进 行放大处理，得到放大信号；所述放大信号经过所述耦合器输出。

在一些实施例中，所述建模器，用于获取所述第一历史原始信号、所述第 一历史反馈信号、所述滤波器的基带响应、滤波器的总阶数；

对所述第一历史原始信号和所述第一历史反馈信号进行同步，得到同步后 的第一历史原始信号和同步后的第一历史反馈信号；

基于同步后的所述第一历史原始信号、同步后的所述第一历史反馈信号、 所述滤波器的基带响应、所述滤波器的总阶数和预设的第一带限预失真模型， 确定功率放大器的第一模型，根据所述第一模型确定所述第一预失真器的第一 系数；其中，所述预设的第一带限预失真模型采用不连续记忆深度的记忆多项 式。

这里，所述预设的第一带限预失真模型为建模器采用的模型，如记忆多项 式模型。具体可以采用包含不连续记忆深度的记忆多项式，如偶数阶记忆或奇 数阶记忆深度。

所述预设的第一带限预失真模型可以具体为下式(1)所示的一种记忆多项 式：

式(1)中，为反馈信号(如上述第一历史反馈信号)，w(p)为滤波器的 基带响应，P为滤波器的总阶数，K和Q分别为预先设置的阶数和记忆深度； x(n)为原始信号(如上述第一历史原始信号)；x(n-q-p)为原始信号x(n)的第q+p个 时间延迟信号；a_kq为建模器的第一模型参数。

在一些实施例中，所述建模器，具体用于根据所述功率放大器的第一模型， 确定功率放大器的第一全频带输出信号；

根据间接学习结构，基于所述功率放大器的第一全频带输出信号和所述第 一历史原始信号，确定第一预失真模型；

将所述第一预失真模型的系数作为所述第一系数发送给所述第一预失真器 以建立第一预失真器。

具体来说，建模器基于同步后的所述第一历史原始信号(x(n))、同步后的 所述第一历史反馈信号所述滤波器的基带响应(w(p))、所述滤波器的 总阶数(P)和预设的第一带限预失真模型(即上式(1))，确定建模器的第一 模型参数(a_kq)；

计算出建模器的第一模型参数(a_kq)后，即可确定功率放大器的第一模型， 然后估算功率放大器的第一全频带输出信号(y(n))：

然后，根据间接学习结构，采用与上式(1)同样的参数设置，根据功率放 大器的第一全频带输出信号(y(n))和原始输入信号(即第一转换模块的原始输 入；在建立第一预失真器时，所述原始输入信号具体指第一历史原始信号x(n)) 进行拟合，得到第一预失真模型，将第一预失真模型的系数作为第一预失真器 的第一系数发送给所述第一预失真器，第一预失真器基于所述第一系数对接收 的信号进行非线性补偿，即进行前向执行，实现预失真器作用。

本发明实施例中，建模器采用记忆多项式模型建立第一预失真模型。所述 记忆多项式模型与功率放大器的模型和预失真器的模型相关；具体地，当记忆 多项式模型的输入为第一历史原始信号(x(n))、输出为第一历史反馈信号进行建模时，得到的模型为功率放大器的模型。反之，当记忆多项式模型的输 入为功率放大器的第一全频带输出信号y(n)、输出为第一历史原始信号x(n)进行 建模时，得到的模型即为预失真器的模型、如所述第一预失真模型。

需要说明的是，功率放大器当前时刻的输出信号不仅取决于当前时刻的输 入信号，还取决于当前时刻之前的输入信号，即记忆效应，记忆效应用记忆深 度表征。因此，所述第一历史原始信号包括当前时刻及当前时刻之前的所述预 失真模块输出到所述第一转换模块的信号。所述第一历史反馈信号包括当前时 刻及当前时刻之前的所述第一历史原始信号依次通过所述第一转换模块、所述 功率放大器、所述耦合器、所述滤波器、所述第二转换模块后输出的信号。

在一些实施例中，所述建模器，具体用于采用最小二乘法计算建模器的第 一模型参数(a_kq)。

具体地，对上述的基函数公式、即公式(1)可以进一步简写为如下矩阵形 式：其中，A为由a_kq构成的系数矩阵，X为加入滤波器后的带限基函数 (即)矩阵；

也即，A可以表示为下式(2)：

式(2)中，H为共轭转置，-1为逆。

根据公式(2)计算得到建模器的模型系数、即第一模型参数a_kq。

这里，计算得到建模器的第一模型参数a_kq后，确定功率放大器的第一模型、 即下式(3)，基于下式(3)计算得到功率放大器的第一全频带输出信号：

式(3)中，a_kq为计算得到的建模器的模型系数(也即第一模型参数)，K和 Q分别为预先设置的阶数和记忆深度(取值与上式(1)中的K和Q取值相同)； x(n)为原始信号(如上述第一历史原始信号)；x(n-q-p)为原始信号(x(n))的第 q+p个时间延迟信号，y(n)为功率放大器的第一全频带输出信号。

在一些实施例中，所述建模器，还用于在建立第一预失真器后，获取所述 第二历史原始信号、所述第二历史反馈信号、所述滤波器的基带响应、所述滤 波器的总阶数；

对所述第二历史原始信号和所述第二历史反馈信号进行同步，得到同步后 的第二历史原始信号和同步后的第二历史反馈信号；

基于同步后的所述第二历史原始信号、同步后的所述第二历史反馈信号、 所述滤波器的基带响应、所述滤波器的总阶数和所述预设的第二带限预失真模 型，

确定功率放大器的第二模型，根据所述第二模型确定所述第二预失真器的 第二系数；

其中，所述第二带限预失真模型采用记忆多项式；所述第二带限预失真模 型的记忆深度少于所述第一带限预失真模型的记忆深度。

在一些实施例中，所述建模器，具体用于根据所述功率放大器的第二模型， 确定功率放大器的第二全频带输出信号；

根据间接学习结构，基于所述功率放大器的第二全频带输出信号和所述第 二历史原始信号，确定第二预失真模型；

将所述第二预失真模型的系数作为所述第二系数发送给所述第二预失真器 以建立第二预失真器。

具体来说，为建立第二预失真器，建模器需要再次计算建模器的模型系数， 即在此计算功率放大器的模型参数，此时建模器也可采用记忆多项式模型，但 采用的是包含少量记忆深度的记忆多项式模型。

这里，所述预设的第二带限预失真模型可以具体为下式(4)：

其中，为反馈信号(如第二历史反馈信号)，w(p)为滤波器的基带响应， P为滤波器的总阶数，q为预设的记忆深度(这里，q＝0,1，即所述预设的第二 带限预失真模型可只包含2个记忆深度)；x(n)为原始信号(如第二历史原始信 号)；x(n-q-p)为原始信号x(n)的第q+p个时间延迟信号，b_kq为建模器的第二模型 参数。

基于上式(4)，采用第一预失真器的模型建立方法建立第二预失真器。具 体地，可以采用最小二乘法计算建模器的第二模型参数(b_kq)；计算出的建模器 的第二模型参数(b_kq)后，即可确定功率放大器的第二模型；根据确定的功率 放大器的第二模型，确定功率放大器的第二全频带输出信号；根据间接学习结 构，采用与上式(4)同样的参数设置，根据计算得到的功率放大器的第二全频 带输出信号(y(n))和原始输入信号(即第一转换模块的原始输入；在建立第二 预失真器时，所述原始输入信号具体指第二历史原始信号)进行拟合，得到第 二预失真模型的系数，将第二预失真模型的系数作为所述第二预失真器的第二 系数发送给所述第二预失真器，第二预失真器基于所述第二系数对接收的信号 进行非线性补偿，即进行前向执行，实现预失真器作用。

需要说明的是，功率放大器当前时刻的输出信号不仅取决于当前时刻的输 入信号，还取决于当前时刻之前的输入信号，即记忆效应，记忆效应用记忆深 度表征。因此，所述第二历史原始信号包括当前时刻及当前时刻之前的所述预 失真模块输出到所述第一转换模块的信号。所述第二历史反馈信号包括当前时 刻及当前时刻之前的所述第二历史原始信号依次通过所述第一转换模块、所述 功率放大器、所述耦合器、所述滤波器、所述第二转换模块后输出的信号。

所述第二历史原始信号与所述第一历史原始信号的不同在于：第一历史原 始信号仅经过第一转换模块输入到功率放大器。而所述第二历史原始信号经过 第一预失真器、第一转换模块后输入到功率放大器。

建立第二预失真器后，将第一预失真器和第二预失真器级联，便搭建完成 整个带限数字预失真系统。

在一些实施例中，所述第一转换模块，包括：数模转换器、上变频子模块； 其中，

所述数模转换器，用于获取历史原始信号，对所述历史原始信号进行数模 转换，得到第一模拟信号；

所述上变频子模块，用于将所述第一模拟信号进行上变频，将中频的第一 模拟信号调制到功率放大器所需的射频范围内，得到第二模拟信号。

这里，所述历史原始信号包括：第一历史原始信号或第二历史原始信号。

在一些实施例中，所述第二转换模块，包括：模数转换器、下变频模块； 其中，

所述模数转换器，用于对经过功率放大器、耦合器和滤波器处理后的第二 模拟信号进行模数转换，得到第一数字信号；

所述下变频子模块，用于将所述第一数据信号进行下变频，将射频范围内 的第一数字信号调制为中频信号，得到第二数字信号。

这里，所述模数转换器可以是低采样率的模数转换器。

在一些实施例中，所述耦合器，用于对所述功率放大器输出的信号进行耦 合；

所述滤波器，用于对所述耦合器输出的信号进行滤波。

本发明实施例提供的系统，考虑到传统带限数字预失真技术中，最终性能 主要取决于第一步时对功率放大器的模型参数的计算是否精确。而当滤波器通 带非常窄时，记忆深度会产生强的共线性，会导致的矩阵条件数急剧增大，对 功率放大器模型的拟合时的拟合精度会随着滤波器通带变窄而迅速下降，导致 严重的过拟合问题。基于此，为进一步排除记忆项带来的干扰，通过上述建模 器采用以上所述的算法，将记忆深度进行分离，采用不同记忆深度的记忆多项 式模型分别确定第一预失真器的系数和第二预失真器的系数，并建立第一预失 真器和第二预失真器，从而避免了上述严重过拟合的问题。采用上述级联的数 字预失真模块可以有效地降低采样速率，在低采样率下仍然很好地补偿功率放 大器的非线性失真，如此，有效提高带限数字预失真模块的性能，进而提高预 失真效果。

并且，本发明实施例提供的带限数字预失真系统适用于大带宽应用场景， 可以有效地降低对模拟数字转换器(ADC，Analog-to-digital converter)的要求， 降低反馈成本。

图4为本发明实施例提供的一种带限数字预失真方法的流程示意图；所述 方法应用于图3所示的带限数字预失真系统，所述方法包括：

步骤401、建模器基于输入第一转换模块的第一历史原始信号、第二转换 模块输出的第一历史反馈信号、滤波器的基带响应、滤波器的总阶数和预设的 第一带限预失真模型，确定第一预失真器的第一系数，将所述第一系数发送给 所述第一预失真器；

以及，将所述第一系数发送给所述第一预失真器后，基于输入所述第一转 换模块的第二历史原始信号、所述第二转换模块输出的第二历史反馈信号、所 述滤波器的基带响应、所述滤波器的总阶数和预设的第二带限预失真模型，确 定第二预失真器的第二系数，将所述第二系数发送给所述第二预失真器；

步骤402、预失真模块对待失真原始信号进行预失真处理，得到预失真后 的待放大信号，将所述待放大信号经过所述第一转换模块输入至功率放大器；

所述预失真模块包括级联的所述第一预失真器和所述第二预失真器，所述 第一预失真器采用所述建模器发送的所述第一系数，所述第二预失真器采用所 述建模器发送的所述第二系数；

步骤403、功率放大器对所述预失真模块输出的预失真后的待放大信号进 行放大处理，得到放大信号；所述放大信号经过耦合器输出。

在一些实施例中，所述基于输入第一转换模块的第一历史原始信号、第二 转换模块输出的第一历史反馈信号、滤波器的基带响应、滤波器的总阶数和预 设的第一带限预失真模型，确定所述第一预失真器的系数，包括：

获取所述第一历史原始信号、所述第一历史反馈信号、所述滤波器的基带 响应、滤波器的总阶数；

对所述第一历史原始信号和所述第一历史反馈信号进行同步，得到同步后 的第一历史原始信号和同步后的第一历史反馈信号；

基于同步后的所述第一历史原始信号、同步后的所述第一历史反馈信号、 所述滤波器的基带响应、所述滤波器的总阶数和预设的第一带限预失真模型， 确定功率放大器的第一模型，根据所述第一模型确定所述第一预失真器的第一 系数；

其中，所述预设的第一带限预失真模型采用不连续记忆深度的记忆多项式。

在一些实施例中，所述根据所述第一模型确定所述第一预失真器的第一系 数，包括：

根据所述功率放大器的第一模型，确定功率放大器的第一全频带输出信号；

根据间接学习结构，基于所述功率放大器的第一全频带输出信号和所述第 一历史原始信号，确定第一预失真模型；

所述将所述第一系数发送给所述第一预失真器，包括：

将所述第一预失真模型的系数作为所述第一系数发送给所述第一预失真器 以建立第一预失真器。

在一些实施例中，所述建立所述第一预失真器后，基于输入所述第一转换 模块的第二历史原始信号、所述第二转换模块输出的第二历史反馈信号、所述 滤波器的基带响应、所述滤波器的总阶数和预设的第二带限预失真模型，确定 所述第二预失真器的系数，包括：

在建立第一预失真器后，获取所述第二历史原始信号、所述第二历史反馈 信号、所述滤波器的基带响应、所述滤波器的总阶数；

对所述第二历史原始信号和所述第二历史反馈信号进行同步，得到同步后 的第二历史原始信号和同步后的第二历史反馈信号；

基于同步后的所述第二历史原始信号、同步后的所述第二历史反馈信号、 所述滤波器的基带响应、所述滤波器的总阶数和所述预设的第二带限预失真模 型，确定功率放大器的第二模型，根据所述第二模型确定所述第二预失真器的 系数；

其中，所述第二带限预失真模型采用记忆多项式；所述第二带限预失真模 型的记忆深度少于所述第一带限预失真模型的记忆深度。

在一些实施例中，所述根据所述第二模型确定所述第二预失真器的系数， 包括：

根据所述功率放大器的第二模型，确定功率放大器的第二全频带输出信号；

根据间接学习结构，基于所述功率放大器的第二全频带输出信号和所述第 二历史原始信号，确定第二预失真模型；

所述将所述第二系数发送给所述第二预失真器，包括：

将所述第二预失真模型的系数作为所述第二系数发送给所述第二预失真器 以建立第二预失真器。

上述实施例提供的带限数字预失真方法与相应带限数字预失真系统的实施 例属于同一构思，其具体实现过程详见图3所示的系统实施例，这里不再赘述。

图5为本发明应用实施例提供的一种预失真系统的结构示意图；如图5所 示，所述系统包括：第一预失真器、第二预失真器、数模转换与上变频模块(相 当于上述第一转换模块)、功率放大器、耦合器、滤波器、模数转换与下变频模 块(相当于上述第二转换模块)、建模器；所述建模器分别与第一预失真器、第 二预失真器相连。

所述建模器，用于获取输入至所述数模转换与上变频模块中的历史原始信 号、所述模数转换与下变频模块输出的历史反馈信号、所述滤波器的基带响应、 所述滤波器的总阶数；其中，历史反馈信号为历史原始信号通过数模转换与上 变频模块、功率放大器、耦合器、滤波器以及所述模数转换与下变频模块后输 出的信号；

对所述历史原始信号和所述历史反馈信号进行同步，得到同步后的历史原 始信号和同步后的历史反馈信号；

基于历史原始信号、历史反馈信号、滤波器的基带响应、滤波器的总阶数 以及预设的第一带限预失真模型，确定待建立的功率放大器模型，基于功率放 大器模型确定第一预失真器的系数(相当于上述第一系数)，基于所述第一预失 真器的系数建立第一预失真器。

建立第一预失真器之后，重新输入历史原始信号，所述建模器，还用于获 取输入至所述数模转换与上变频模块中的历史原始信号、模数转换与下变频模 块输出的历史反馈信号、滤波器的基带响应以及滤波器的总阶数；其中，历史 反馈信号为历史原始信号通过数模转换与上变频模块、功率放大器、耦合器、 滤波器以及模数转换与下变频模块后输出的信号；

基于历史原始信号、历史反馈信号、滤波器的基带响应、滤波器的总阶数 以及预设的第二带限预失真模型，再次确定待建立的功率放大器模型，基于再 次确定的功率放大器模型确定第二预失真器的系数(相当于上述第二系数)，基 于所述第二预失真器的系数建立第二预失真器。

建立第一预失真器和第二预失真器后，将第二预失真器和第一预失真器级 联，采用级联的第二预失真器和第一预失真器(即由级联的第二预失真器和第 一预失真器构成预失真模块)对待失真原始信号进行预失真处理，并将处理得 到的预失真后的待放大信号输入至功率放大器；功率放大器对预失真器输出的 预失真后的待放大信号进行放大处理。

在一些实施例中，为建立第一预失真器，所述建模器可以采用记忆多项式， 具体地，该建模器可以为包含不连续记忆深度的记忆多项式，如偶数阶记忆或 奇数阶记忆深度，如下：

其中，为反馈信号，w(p)为滤波器的基带响应，P为滤波器的总阶数，K 和Q分别为预先设置的阶数和记忆深度；x(n-q-p)为原始信号x(n)的第q+p个时 间延迟信号，a_kq为建模器的模型参数。

在基于历史原始信号、历史反馈信号、滤波器的基带响应、滤波器的总阶 数以及预设的第一带限预失真模型，确定建模器的模型参数(a_kq)时，可以采 用最小二乘法计算模型参数。

具体地，上述的基函数公式可以进一步简写为如下矩阵形式：A为 由a_kq构成的系数矩阵，X为加入滤波器后的带限基函数(即 />)矩阵。因此，A可以表示为：/>

计算得到建模器的模型参数后，即可得到功率放大器的模型，然后可以计 算得到功率放大器的全频带输出信号：

根据间接学习结构，采用与上式(5)同样的参数设置，由功率放大器的全 频带输出信号y(n)和原始输入信号(建立第一预失真器时，所述原始输入信息为 第一历史原始信号)进行拟合，计算出第一预失真器的系数。

在一些实施例中，为建立第二预失真器，需要再次计算建模器的模型参数， 此时建模器可采用记忆多项式模型，具体地，该建模器可以为包含少量记忆深 度的记忆多项式，如下公式：

其中，为反馈信号，w(p)为滤波器的基带响应，P为滤波器的总阶数， 模型可只包含2个记忆深度；x(n-q-p)为原始信号x(n)的第q+p个时间延迟信号， b_kq为预设的建模器的模型参数。采用第一预失真器的模型建立方法，建立第二 预失真器，这里不再赘述。

将第一预失真器和第二预失真器级联便搭建完成整个预失真系统，补偿功 放的非线性。

本发明实施例提供的系统，通过排除记忆项带来的干扰，避免了滤波器通 带非常窄时，由于记忆深度产生强的共线性所导致的矩阵条件数急剧增大，功 率放大器模型的拟合精度随着滤波器通带变窄而下降的问题，避免了过拟合情 况。从而，在保证性能指标的前提下，可以将反馈通道滤波器带宽降低为有用 信号带宽的一半甚至更低，有效地降低了采样速率。

需要说明的是：“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描 述特定的顺序或先后次序。

另外，本申请实施例所记载的技术方案之间，在不冲突的情况下，可以任 意组合。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于 此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到 变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应 以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (12)

1.一种带限数字预失真系统，其特征在于，所述系统包括：由预失真模块、第一转换模块、功率放大器、耦合器、滤波器、第二转换模块、建模器依次串联形成的环路；所述预失真模块包括级联的第一预失真器和第二预失真器，所述第一预失真器连接所述第一转换模块；

所述建模器，用于基于输入所述第一转换模块的第一历史原始信号、所述第二转换模块输出的第一历史反馈信号、所述滤波器的基带响应、所述滤波器的总阶数和预设的第一带限预失真模型，确定第一预失真器的第一系数，将所述第一系数发送给所述第一预失真器；以及，将所述第一系数发送给所述第一预失真器后，基于输入所述第一转换模块的第二历史原始信号、所述第二转换模块输出的第二历史反馈信号、所述滤波器的基带响应、所述滤波器的总阶数和预设的第二带限预失真模型，确定第二预失真器的第二系数，将所述第二系数发送给所述第二预失真器；

所述第一预失真器采用所述建模器发送的所述第一系数，所述第二预失真器采用所述建模器发送的所述第二系数；所述预失真模块，用于对待失真原始信号进行预失真处理，得到预失真后的待放大信号，将所述待放大信号经过所述第一转换模块输入至功率放大器；

所述功率放大器，用于对所述预失真模块输出的预失真后的待放大信号进行放大处理，得到放大信号；所述放大信号经过所述耦合器输出。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述建模器，用于获取所述第一历史原始信号、所述第一历史反馈信号、所述滤波器的基带响应、滤波器的总阶数；

对所述第一历史原始信号和所述第一历史反馈信号进行同步，得到同步后的第一历史原始信号和同步后的第一历史反馈信号；

基于同步后的所述第一历史原始信号、同步后的所述第一历史反馈信号、所述滤波器的基带响应、所述滤波器的总阶数和预设的第一带限预失真模型，确定功率放大器的第一模型，根据所述第一模型确定所述第一预失真器的第一系数；

其中，所述预设的第一带限预失真模型采用不连续记忆深度的记忆多项式。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述建模器，具体用于根据所述功率放大器的第一模型，确定功率放大器的第一全频带输出信号；

根据间接学习结构，基于所述功率放大器的第一全频带输出信号和所述第一历史原始信号，确定第一预失真模型；

将所述第一预失真模型的系数作为所述第一系数发送给所述第一预失真器以建立第一预失真器。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述建模器，还用于在建立第一预失真器后，获取所述第二历史原始信号、所述第二历史反馈信号、所述滤波器的基带响应、所述滤波器的总阶数；

对所述第二历史原始信号和所述第二历史反馈信号进行同步，得到同步后的第二历史原始信号和同步后的第二历史反馈信号；

基于同步后的所述第二历史原始信号、同步后的所述第二历史反馈信号、所述滤波器的基带响应、所述滤波器的总阶数和所述预设的第二带限预失真模型，确定功率放大器的第二模型，根据所述第二模型确定所述第二预失真器的第二系数；

其中，所述第二带限预失真模型采用记忆多项式；所述第二带限预失真模型的记忆深度少于所述第一带限预失真模型的记忆深度。

5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述建模器，具体用于根据所述功率放大器的第二模型，确定功率放大器的第二全频带输出信号；

根据间接学习结构，基于所述功率放大器的第二全频带输出信号和所述第二历史原始信号，确定第二预失真模型；

将所述第二预失真模型的系数作为所述第二系数发送给所述第二预失真器以建立第二预失真器。

6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第一转换模块，包括：数模转换器、上变频子模块；其中，

所述数模转换器，用于获取历史原始信号，对所述历史原始信号进行数模转换，得到第一模拟信号；

所述上变频子模块，用于将所述第一模拟信号进行上变频，将中频的第一模拟信号调制到功率放大器所需的射频范围内，得到第二模拟信号；

所述历史原始信号包括：第一历史原始信号或第二历史原始信号。

7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第二转换模块，包括：模数转换器、下变频模块；其中，

所述模数转换器，用于对经过功率放大器、耦合器和滤波器处理后的第二模拟信号进行模数转换，得到第一数字信号；

所述下变频子模块，用于将所述第一数据信号进行下变频，将射频范围内的第一数字信号调制为中频信号，得到第二数字信号。

8.一种带限数字预失真方法，其特征在于，应用于权利要求1至7任一项系统，所述方法包括：

建模器基于输入第一转换模块的第一历史原始信号、第二转换模块输出的第一历史反馈信号、滤波器的基带响应、滤波器的总阶数和预设的第一带限预失真模型，确定第一预失真器的第一系数，将所述第一系数发送给所述第一预失真器；以及，将所述第一系数发送给所述第一预失真器后，基于输入所述第一转换模块的第二历史原始信号、所述第二转换模块输出的第二历史反馈信号、所述滤波器的基带响应、所述滤波器的总阶数和预设的第二带限预失真模型，确定第二预失真器的第二系数，将所述第二系数发送给所述第二预失真器；

预失真模块对待失真原始信号进行预失真处理，得到预失真后的待放大信号，将所述待放大信号经过所述第一转换模块输入至功率放大器；所述预失真模块包括级联的所述第一预失真器和所述第二预失真器，所述第一预失真器采用所述建模器发送的所述第一系数，所述第二预失真器采用所述建模器发送的所述第二系数；

功率放大器对所述预失真模块输出的预失真后的待放大信号进行放大处理，得到放大信号；所述放大信号经过耦合器输出。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述基于输入第一转换模块的第一历史原始信号、第二转换模块输出的第一历史反馈信号、滤波器的基带响应、滤波器的总阶数和预设的第一带限预失真模型，确定所述第一预失真器的系数，包括：

获取所述第一历史原始信号、所述第一历史反馈信号、所述滤波器的基带响应、滤波器的总阶数；

对所述第一历史原始信号和所述第一历史反馈信号进行同步，得到同步后的第一历史原始信号和同步后的第一历史反馈信号；

基于同步后的所述第一历史原始信号、同步后的所述第一历史反馈信号、所述滤波器的基带响应、所述滤波器的总阶数和预设的第一带限预失真模型，确定功率放大器的第一模型，根据所述第一模型确定所述第一预失真器的第一系数；

其中，所述预设的第一带限预失真模型采用不连续记忆深度的记忆多项式。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述根据所述第一模型确定所述第一预失真器的第一系数，包括：

根据所述功率放大器的第一模型，确定功率放大器的第一全频带输出信号；

根据间接学习结构，基于所述功率放大器的第一全频带输出信号和所述第一历史原始信号，确定第一预失真模型；

所述将所述第一系数发送给所述第一预失真器，包括：

将所述第一预失真模型的系数作为所述第一系数发送给所述第一预失真器以建立第一预失真器。

11.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述基于输入所述第一转换模块的第二历史原始信号、所述第二转换模块输出的第二历史反馈信号、所述滤波器的基带响应、所述滤波器的总阶数和预设的第二带限预失真模型，确定所述第二预失真器的系数，包括：

在建立第一预失真器后，获取所述第二历史原始信号、所述第二历史反馈信号、所述滤波器的基带响应、所述滤波器的总阶数；

对所述第二历史原始信号和所述第二历史反馈信号进行同步，得到同步后的第二历史原始信号和同步后的第二历史反馈信号；

基于同步后的所述第二历史原始信号、同步后的所述第二历史反馈信号、所述滤波器的基带响应、所述滤波器的总阶数和所述预设的第二带限预失真模型，确定功率放大器的第二模型，根据所述第二模型确定所述第二预失真器的第二系数；

其中，所述第二带限预失真模型采用记忆多项式；所述第二带限预失真模型的记忆深度少于所述第一带限预失真模型的记忆深度。

12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述根据所述第二模型确定所述第二预失真器的第二系数，包括：

根据所述功率放大器的第二模型，确定功率放大器的第二全频带输出信号；

根据间接学习结构，基于所述功率放大器的第二全频带输出信号和所述第二历史原始信号，确定第二预失真模型；

所述将所述第二系数发送给所述第二预失真器，包括：

将所述第二预失真模型的系数作为所述第二系数发送给所述第二预失真器以建立第二预失真器。