JP2022529797A - 信号歪み事前補正方法、装置、システム及び複合システム - Google Patents

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Abstract

本開示は、信号歪み事前補正装置、方法、システム及び複合システムを提供する。当該信号歪み事前補正装置は、信号歪み補正ネットワークモジュール、補正パラメータトレーナー、データ収集モジュール及び第１の変換モジュールを含み、データ収集モジュールは、外部のパワーアンプモジュールに接続され、ここで、データ収集モジュールは、パワーアンプモジュールの複数のチャネルの出力信号に対して時分割収集を行い、複数のアナログフィードバック信号を第１の変換モジュールに出力するように構成され、第１の変換モジュールは、当該複数のアナログフィードバック信号を複数のデジタルフィードバック信号に変換し、それらを補正パラメータトレーナーに送信するように構成され、補正パラメータトレーナーは、当該複数のデジタルフィードバック信号及び入力された順方向信号に基づいて補正パラメータを決定し、補正パラメータを信号歪み補正ネットワークモジュールに出力するように構成され、信号歪み補正ネットワークモジュールは、補正パラメータに基づいて前記順方向信号を補正した後、事前補正信号を出力するように構成される。

Description

本開示の実施例は、通信技術の分野に関するがこれに限定されず、特に信号歪み事前補正方法、装置、システム及び複合システムに関する。
現代の移動通信システムでは、マルチキャリア伝送技術と高次デジタル変調方式により、システムのピーク対平均比が高くなり、信号伝送帯域幅が大きくなる。パワーアンプ（ＰＡ：Ｐｏｗｅｒ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）が飽和領域の近くで動作している場合、この状況は、ＰＡに深刻な非線形歪みとメモリ効果を引き起こす。入力信号の電力をバックオフするということはＰＡの非線形歪みを回避する効果的な方法の１つであるが、これにより、ＰＡの効率が大幅に低下し、消費電力が増加する。現在、デジタルプリディストーション技術は、低コスト、明らかな歪み改善効果などの利点により、非線形システムの歪み事前補正の好ましい方法になっている。
第５世代（５Ｇ：５ｔｈ Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ）ミリ波通信では、より大きなシステム容量、より高いスペクトル利用率及びより高いビームフォーミング利得を得るために、大規模な多入力多出力（Ｍａｓｓｉｖｅ ＭＩＭＯ：Ｍａｓｓｉｖｅ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｉｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｏｕｔ）技術及びアナログビームフォーミング技術が採用されている。アナログビームフォーミング技術を採用すると、１つのデジタルチャネルが複数のアナログ無線周波数チャネルに接続される。この場合、デジタルプリディストーション技術を使用するには、１つのプリディストータを設計して複数のＰＡの非線形歪みを同時に補正する必要がある。さらに、当該システムでは、ＰＡとアンテナ振動子との間にサーキュレータがないため、出力負荷のミスマッチとアンテナ間の結合干渉は、パワーアンプの特性に大きな影響を与え、これは、プリディストータの設計にも大きな課題をもたらす。従来のプリディストーションアルゴリズムは、１つのデジタルチャネルが１つのアナログ無線周波数チャネルに対応するシーンに適用している。多入力多出力（ＭＩＭＯ：Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｉｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｏｕｔ）アナログビームフォーミングシステムでは、従来のプリディストーション方法を採用すると、送信機の構造の複雑さ及び体積が大幅に増加し、消費電力も増加する。
本開示の実施例の１つの態様によって提供される信号歪み事前補正装置は、信号歪み補正ネットワークモジュール、補正パラメータトレーナー、データ収集モジュール及び第１の変換モジュールを備え、データ収集モジュールは、外部のパワーアンプモジュールに接続され、ここで、データ収集モジュールは、パワーアンプモジュールの複数のチャネルの出力信号に対して時分割収集を行い、複数のアナログフィードバック信号を第１の変換モジュールに出力するように構成され、第１の変換モジュールは、当該複数のアナログフィードバック信号を複数のデジタルフィードバック信号に変換し、それらを補正パラメータトレーナーに送信するように構成され、補正パラメータトレーナーは、当該複数のデジタルフィードバック信号及び入力された順方向信号に基づいて補正パラメータを決定し、補正パラメータを信号歪み補正ネットワークモジュールに出力するように構成され、信号歪み補正ネットワークモジュールは、補正パラメータに基づいて順方向信号を補正した後、事前補正信号を出力するように構成される。
本開示の実施例の別の態様によって提供される信号歪み事前補正方法は、パワーアンプモジュールの複数のチャネルの出力信号に対して時分割収集を行い、複数のアナログフィードバック信号を取得するステップと、当該複数のアナログフィードバック信号を複数のデジタルフィードバック信号に変換するステップと、当該複数のアナログフィードバック信号及び入力された順方向信号に基づいて補正パラメータを決定するステップと、補正パラメータに基づいて順方向信号を補正して事前補正信号を取得するステップとを含む。
本開示の実施例のまた別の態様によって提供される信号歪み事前補正システムは、本開示の実施例によって提供される信号歪み事前補正装置を含み、第２の変換モジュール、アナログビームフォーミングプロセッサ及びパワーアンプモジュールをさらに含み、ここで、信号歪み事前補正装置はさらに、事前補正信号を第２の変換モジュールに出力するように構成され、第２の変換モジュールは、事前補正信号をアナログ信号に変換し、アナログ信号をアナログビームフォーミングプロセッサに出力するように構成され、アナログビームフォーミングプロセッサは、入力されたアナログ信号に対して振幅及び位相の重み付け処理を行い、重み付け処理後のアナログ信号を生成してパワーアンプモジュールに出力するように構成され、パワーアンプモジュールは、重み付け処理後のアナログ信号を増幅して出力するように構成される。
本開示の実施例のさらに別の態様によって提供される信号歪み事前補正複合システムは、本開示の実施例によって提供される複数の信号歪み事前補正システムを含み、かつ当該複数の信号歪み事前補正システムは、同一の補正パラメータトレーナーを多重化し、補正パラメータトレーナーは、少なくとも１つの選択スイッチを介して当該複数の信号歪み事前補正システム内の関連モジュールに接続される。
図面は本開示の技術的解決策をよりよく理解するために提供され、明細書の一部を構成し、本開示の実施例と共に本開示の技術的解決策を解釈するために使用され、本開示の技術的解決策を制限するものではない。
ＭＩＭＯミリ波通信システムに適した従来の信号歪み事前補正装置のアーキテクチャ図である。 本開示の実施例によって提供される信号歪み事前補正装置のアーキテクチャ図である。 本開示の実施例によって提供される信号歪み事前補正装置の別のアーキテクチャの図である。 本開示の実施例によって提供される補正パラメータトレーナーの基本的な構造図である。 本開示の実施例によって提供される信号歪み補正ネットワークモジュールの基本的な構造図である。 本開示の実施例によって提供される信号歪み補正ネットワークモジュールの別の基本的な構造図である。 本開示の実施例によって提供される信号歪み事前補正方法のフローチャートである。 本開示の実施例によって提供される信号歪み事前補正方法の別のフローチャートである。 本開示の実施例によって提供される信号歪み事前補正複合システムの構造図である。 本開示の実施例によって提供される信号歪み事前補正複合システムの別の構造図である。
本開示の目的、技術的解決策及び利点をより明確にするために、以下に図面と組み合わせて本開示の実施例を詳しく説明する。なお、本開示の実施例及び実施例における特徴は、衝突しない限り、互い且つ任意に組み合わせられてもよい。
図面のフローチャートに示されるステップは、１グループのコンピュータ実行可能命令などのコンピュータシステムで実行されてもよい。また、フローチャートには論理的な順序が示されているが、いくつかの場合、示されるステップ又は説明されるステップは、ここでの順序とは異なる順序で実行されてもよい。
ＭＩＭＯアナログビームフォーミングシステムの歪み事前補正という問題について、業界ではいくつかの解決策も提案されている。これらの解決策は、マルチアンテナアナログビームフォーミングシステムにおける非線形信号歪みをある程度事前に補正することができるが、大きな欠点がある。
いくつかの場合、１つのフィードバックリンクチャネルのみを使用してその中の１つのパワーアンプの出力信号に対して収集及びフィードバック、データ前処理及びモデルパラメータ抽出を行い、それを全てのパワーアンプの全体的な非線形歪みの補正に使用し、これは、全てのパワーアンプの特性の一致性に対する要件が非常に高い。
図１はＭＩＭＯミリ波通信システムに適した従来の信号歪み事前補正装置のアーキテクチャ図である。当該装置は、ベースバンド信号０１０、汎用ＤＰＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｐｒｅ－ｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎ：デジタルプリディストーション）（モジュール）０１１、ＤＡＣ（Ｄｉｇｉｔａｌ ｔｏ Ａｎａｌｏｇ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ：デジタル－アナログコンバーター）（モジュール）０１２、アップコンバージョン（モジュール）０１３、アナログビームフォーミング（モジュール）０１４、パワーアンプグループ０１５、ダウンコンバージョン（モジュール）０１６、ＡＤＣ（Ａｎａｌｏｇ ｔｏ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ：アナログ－デジタルコンバータ）（モジュール）０１７及びデータ校正処理（モジュール）０１８を含む。当該装置は、１つのパワーアンプの出力のみに対してフィードバック及び収集、並びにデータキャリブレーション処理を行い、汎用ＤＰＤアーキテクチャに基づいてＤＰＤパラメータの抽出を行い、それを全てのパワーアンプの非線形歪みの補正及び補償に使用する。
他のいくつかの場合、アナログ領域で複数のパワーアンプのフィードバック及び収集信号に対してデビームフォーミング処理を行って結合する必要があり、これは、パワーアンプの特性の一致性、各パワーアンプの出力ポートからコンバイナまでの伝送リンクの一致性に対する要件が非常に高く、アナログ領域で全てのパワーアンプの出力信号を分類する必要があり、分類基準が適切に選択されないと、信号歪みバジェット法の性能に大きく影響し、しかも、１つのパワーアンプ制御モジュールを使用して各パワーアンプの電源電圧又は電流をリアルタイムに調整する必要があり、これは、パワーアンプの特性の安定に不利であり、システムの複雑さを増やす。
さらに、上記の２つの状況では、出力負荷のミスマッチ、アンテナ結合干渉などの要因が信号歪み事前補正性能に与える影響は考慮されていない。
本開示の実施例は、各パワーアンプの出力信号に対して時分割収集を行い、次にマルチチャネルデータ並列線形処理、補正モデルの確立、信号マトリックスの構築及び重み付け処理を行い、補正パラメータを抽出し、最後に歪み補正ネットワーク内の補正パラメータをリアルタイムに更新し、それによって非線形システムの歪みに対する事前補正の目的を達成する、というＭＩＭＯミリ波通信システムに適した信号歪み事前補正方法及び装置を提供する。
本開示の実施例は、信号歪み事前補正装置を提供する。図２に示すように、それは本開示の実施例によって提供される信号歪み事前補正装置のアーキテクチャ図である。当該装置は、信号歪み補正ネットワークモジュール１００、第１の変換モジュール１７０、補正パラメータトレーナー１８０及びデータ収集モジュール１９０を含むことができる。当該装置は、外部の第２の変換モジュール１１０、アナログビームフォーミングプロセッサ１２０、パワーアンプモジュール１３０及びアンテナアレイモジュール（図２に示されていない）に接続されている。アンテナアレイモジュールは、複数のアンテナ振動子を含み、データ収集モジュール１９０は、パワーアンプモジュール１３０に接続され、信号歪み補正ネットワークモジュール１００は、第２の変換モジュール１１０に接続され、第２の変換モジュール１１０は、アナログビームフォーミングプロセッサ１２０に接続され、パワーアンプモジュール１３０は、複数のチャネル（アナログチャネル）を含み、１つのチャネルには、例えば１つのパワーアンプが含まれる。
データ収集モジュール１９０は、パワーアンプモジュール１３０の複数のチャネルの出力信号に対して時分割収集を行い、アナログフィードバック信号を第１の変換モジュール１７０に出力するように構成されてもよい。
第１の変換モジュール１７０は、アナログフィードバック信号をデジタルフィードバック信号に変換し、補正パラメータトレーナー１８０に送信するように構成されてもよく、第１の変換モジュール１７０は、例えば、アナログ－デジタル変換モジュールであり、また、第１の変換モジュール１７０は、さらに周波数変換機能を持つことができ、例えば周波数変換機能を統合したＡＤＣである。
補正パラメータトレーナー１８０は、デジタルフィードバック信号及び入力された順方向信号に基づいて補正パラメータを決定し、補正パラメータを信号歪み補正ネットワークモジュール１００に出力するように構成されてもよい。具体的には、補正パラメータトレーナー１８０は、順方向信号及びデジタルフィードバック信号に対してデータ線形処理を行い、信号歪み事前補正モデルパラメータに対して求解及び反復トレーニングを行うことができる。信号歪み事前補償モデルは、複数のグループの低次フィルタ、Ｖｏｌｔｅｒｒａシリーズ、メモリクロス多項式、ニューラルネットワーク（ＢＰネットワーク、ＡＲＴネットワークなど）、ウェーブレットネットワーク及びサポートベクトルマシンなどであってもよい。
信号歪み補正ネットワークモジュール１００は、補正パラメータに基づいて、入力された順方向信号を補正（又は歪み事前補償処理と呼ばれる）した後、事前補正信号を第２の変換モジュール１１０に出力するように構成されてもよい。
本開示の実施例によって提供される信号歪み事前補正装置によれば、複数のチャネルの信号に対して時分割収集を行い、複数のチャネルのフィードバック信号に基づいて補正することができ、システム内の各チャネルのパワーアンプの特性の一致性に対する要件が低い。
１つの例示的な実施例では、図３に示すように、それは本開示の実施例によって提供される信号歪み事前補正装置の別のアーキテクチャ図である。データ収集モジュール１９０は、信号結合ネットワークモジュール１４０及び信号サンプリングコントローラ１６０を含むことができ、信号結合ネットワークモジュール１４０は、外部のパワーアンプモジュール１３０に接続される。
信号サンプリングコントローラ１６０は、信号結合ネットワークモジュール１４０を制御して、パワーアンプモジュール１３０の複数のチャネルの出力信号に対する時分割収集を実現するように構成されてもよい。具体的には、信号結合ネットワークモジュール１４０を制御することにより、パワーアンプモジュール１３０のあるチャネルの出力をフィードバックリンクに接続し、当該チャネルの出力信号に対する収集を実現する。なお、時分割で収集された複数のチャネルは、パワーアンプモジュール１３０の全てのチャネルを含んでも良いし、全てのチャネルの一部であってもよい。
信号結合ネットワークモジュール１４０は、信号サンプリングコントローラ１６０の制御に従って、パワーアンプモジュール１３０のチャネルの出力信号に対して時分割結合を行い、アナログフィードバック信号を第１の変換モジュール１７０に出力するように構成されてもよく、各チャンネルの出力信号はパワーアンプモジュールの各パワーアンプの出力信号であってもよい。
１つの例示的な実施例では、補正パラメータトレーナー１８０は、データ線形処理モジュール１８１及び補正パラメータ計算モジュール１８２を含むことができる。
データ線形処理モジュール１８１は、順方向信号及びデジタルフィードバック信号に対して線形処理を行い、線形処理後の順方向信号及び線形処理後のデジタルフィードバック信号を取得するように構成されてもよく、線形処理には、遅延アライメント、ミラーリング較正、周波数点アライメント、フィードバック非平坦性補償、複素数利得補償の少なくとも１つが含まれるがこれに限定されない。１つの例示的な実施例では、線形処理は、並列線形処理である。
補正パラメータ計算モジュール１８２は、事前に設定された信号歪み事前補正モデル、線形処理後の順方向信号、線形処理後のデジタルフィードバック信号、及び事前補正信号に基づいて複数の信号マトリックスを構築し、信号マトリックスと収集されたチャネルとが対応関係を有し、当該複数の信号マトリックスをそれぞれ重み係数で使用して重み付けした後、重み付けされた信号マトリックスを使用して組み合わせマトリックスを生成し、組み合わせマトリックスに基づいて非線形歪み事前補償パラメータを取得し、線形処理後の順方向信号と線形処理後のデジタルフィードバック信号に基づいてリンクインバランス較正パラメータを決定するように構成されてもよく、信号マトリックスの重み係数は、当該信号マトリックスに対応するチャネルの性能と正の相関を有する。１つの例示的な実施例では、重み係数は、信号マトリックスに対応するチャネルの隣接チャネル電力比（ＡＣＰＲ：Ａｄｊａｃｅｎｔ Ｃｈａｎｎｅｌ Ｐｏｗｅｒ Ｒａｔｉｏ）である。なお、重み係数は、ＡＣＰＲに限定されず、他の方式で取得されてもよい。
本開示の実施例によって提供される信号歪み事前補正装置によれば、補正パラメータ抽出プロセスにおいて、構築された信号マトリックスに対して重み付け処理を行うことにより、ビームフォーミング方向の性能指標を最も良くすることができ、各パワーアンプのフィードバック信号に対して並列線形処理を行うことにより、結合されたフィードバックリンクの遅延、位相及び振幅の違いなどによる歪み補正アルゴリズムの性能への影響を無くすることができ、各パワーアンプのフィードバック信号に対して線形処理を行うことができるため、補正パラメータを抽出するときにビーム角度は０°のビームに限定されず、任意の角度であってもよく、遠方界ビーム方向の歪み事前補正性能を確保できる。
１つの例示的な実施例では、補正パラメータ計算モジュール１８２は、パワーアンプモジュールのパワーアンプモデル、線形処理後の順方向信号及び線形処理後のデジタルフィードバック信号に基づいてミスマッチフィルタ係数及び相互結合フィルタ係数を決定し、事前に設定された信号歪み事前補正モデル、ミスマッチフィルタ係数、相互結合フィルタ係数、線形処理後の順方向信号、線形処理後のデジタルフィードバック信号及び事前補正信号に基づいて複数の信号マトリックスを構築し、信号マトリックスと収集されたチャネルとが対応関係を有し、当該複数の信号マトリックスをそれぞれ重み係数で重み付けした後、重み付けされた信号マトリックスを使用して組み合わせマトリックスを生成し、組み合わせマトリックスに基づいて非線形歪み事前補償パラメータ、ミスマッチフィルタ係数及び相互結合フィルタ係数を取得し、線形処理後の順方向信号と線形処理後のデジタルフィードバック信号に基づいてリンクインバランス較正パラメータを決定するように構成されてもよく、信号マトリックスの重み係数は当該信号マトリックスに対応するチャネルの性能と正の相関を有する。ミスマッチフィルタ係数、相互結合フィルタ係数、ミスマッチ補償パラメータ及び相互結合補償パラメータは、負荷ミスマッチによる歪みの補正及びアンテナ間の相互結合干渉による歪みの補正に用いられてもよく、これにより、負荷ミスマッチ及びアンテナ間の相互結合干渉によるシステム性能への影響を低減することができる。
なお、別の例示的な実施例では、ミスマッチフィルタ係数、相互結合フィルタ係数、ミスマッチ補償パラメータ及び相互結合補償パラメータを計算しなくてもよい。
１つの例示的な実施例では、ｊ番目のチャネルに対応する信号マトリックスは、次のとおりであってもよい。
Figure 2022529797000002
Figure 2022529797000003
１つの例示的な実施例では、当該複数の信号マトリックスをそれぞれ重み係数で重み付けし、重み付けされた信号マトリックスを使用して組み合わせマトリックスを生成し、当該組み合わせマトリックスが以下を含む。
Figure 2022529797000004
図４は本開示の実施例によって提供される補正パラメータトレーナー１８０の基本的な構造図である。補正パラメータトレーナー１８０は、データ線形処理モジュール（図４に示されていない）及び補正パラメータ計算モジュール１８２を含むことができる。ここで、データ線形処理モジュールは、複数の並列しているデータ線形処理サブモジュール１８１（１）、１８１（２）、…１８１（Ｋ）を含むことができ、補正パラメータ計算モジュール１８２は、ミスマッチ及び相互結合係数推定モジュール１８２１、マトリックス生成モジュール（図４に示されていない）、マトリックス重み付け処理モジュール１８２３及びパラメータ推定モジュール１８２４を含むことができ、ここで、マトリックス生成モジュールは、複数のマトリックス生成サブモジュール１８２２（１）、１８２２（２）、．．．．１８２２（Ｋ）を含むことができる。
データ線形処理サブモジュール１８１（１）、１８１（２）、．．．１８１（Ｋ）は、順方向信号ｘｊ（ｊ＝１、２、．．．、Ｋ）に基づき、各パワーアンプによって出力されたフィードバック信号ｙｊに対して遅延アライメント、ミラーリング較正、複素数利得補償、周波数点アライメント、フィードバック非平坦性の均等化などの線形処理操作を並列に行って、線形処理後のフィードバック信号を取得する。各パワーアンプによって出力された信号の数式は次の通りである。
Figure 2022529797000005
Figure 2022529797000006
ミスマッチ及び相互結合係数推定モジュール１８２１は、ミスマッチフィルタ係数及び相互結合フィルタ係数を推定するように構成されてもよい。ここで、ミスマッチフィルタ係数は、ミスマッチフィルタモジュールがフィルタリングするときに使用する係数であり、相互結合フィルタ係数は、相互結合フィルタモジュールがフィルタリングするときに使用する係数である。
パワーアンプの出力負荷のミスマッチ及びアンテナ間の結合干渉の影響を考慮すると、順方向信号とフィードバック信号との関係式は次の通りである。
Figure 2022529797000007
Figure 2022529797000008
Figure 2022529797000009
Figure 2022529797000010
Figure 2022529797000011
なお、上記Ｗｊ及びＶｊマトリックスの構築は、一例に過ぎず、ニーズに応じて他の方式を採用して構築することができる。
Figure 2022529797000012
Figure 2022529797000013
Figure 2022529797000014
Figure 2022529797000015
ここで、Ｋはチャネル数（即ち時分割収集を行うチャネル数）であり、ＡＣＰＲｊはｊ番目のチャネルの隣接チャネル電力比であり、ｊ番目のチャネルのフィードバック信号ｙｊ’に基づいて計算され、即ちメインチャネルの信号電力と隣接チャネルの信号電力との比である。なお、当該重み係数の計算方法は、一例に過ぎず、ニーズに応じて他の方式を使用して計算することができる。
パラメータ推定モジュール１８２４は、マトリックスＷ及びＶ、Ｖ＝Ｗ＊ｃに基づいて、誤差目標関数を確立し、パラメータ解法を使用して補正パラメータを抽出し、複数の反復を行って最適な補正パラメータ値ｃを取得し、補正パラメータには、非線形歪み事前補償パラメータ、ミスマッチ補償パラメータ及び相互結合補償パラメータが含まれ、線形処理後の順方向信号及び線形処理後のフィードバック信号に基づいてリンクインバランス較正パラメータを決定するように構成されてもよい。リンクインバランス較正パラメータは、ＩＱインバランス、局部発振の漏れ及びリンクの非平坦性を無くするために使用され、リンクインバランス較正パラメータの決定方法について関連技術を参照することができる。
ここで、使用されるパラメータ求解反復アルゴリズムは、下記の方式を含むがこれらに限定されない。
Figure 2022529797000016
Figure 2022529797000017
１つの例示的な実施例では、図５に示すように、それは本開示の実施例による信号歪み補正ネットワークモジュール１００の基本的な構造図である。信号歪み補正ネットワークモジュール１００は、第１のフィルタバンク１０１、非線形歪み補正モジュール１０２、リンクインバランス補正モジュール１０８及び第２のフィルタバンク１０９を含むことができる。
第１のフィルタバンク１０１は、順方向信号に対してレート変換処理を行い、変換後の順方向信号を非線形歪み補正モジュール１０２に出力するように構成されてもよい。第１のフィルタバンク１０１は、例えば、複数の有限インパルス応答（ＦＩＲ：Ｆｉｎｉｔｅ Ｉｍｐｕｌｓｅ Ｒｅｓｐｏｎｓｅ）フィルタを含み、順方向信号ｘに対してフィルタリング処理を並列に行い、各フィルタの出力信号ｓ１、ｓ２、．．、ｓＭを時系列で並べて信号ｘａを取得することで、順方向信号ｘのレート変換処理を完了することができる。
非線形歪み補正モジュール１０２は、補正パラメータ内の非線形歪み事前補償パラメータに基づいて変換後の順方向信号を補正して、第１の補正信号を生成し、第１の補正信号をリンクインバランス補正モジュール１０８に出力するように構成されてもよい。具体的には、非線形歪み補正モジュール１０２は、第１のフィルタバンク１０１の出力信号に対して、非線形基底関数の構築と、各基底関数及び非線形歪み事前補償パラメータの乗算演算とを行うことにより、パワーアンプの非線形特性によって引き起こされる信号歪みを補正する。１つの実施形態では、第１のフィルタバンク１０１の出力信号ｘａを使用して非線形基底関数Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、．．．、ＴＮを構築し、Ｎが非線形基底関数の数であり、次に、これらの非線形性基底関数に対応するモデル係数（即ち非線形歪み事前補償パラメータ）を乗算してから第１の補正信号ｘｄを取得し、それを順方向信号によってパワーアンプを励起して生成された非線形信号歪みの相殺に用いる。ここで、非線形基底関数の具体的な表現形態は、使用される信号歪み事前補償モデルに依存し、当該信号歪み事前補償モデルは、複数のグループの低次フィルタ、Ｖｏｌｔｅｒｒａシリーズ、メモリクロス多項式、ニューラルネットワーク（ＢＰネットワーク、ＡＲＴネットワークなど）、ウェーブレットネットワーク及びサポートベクトルマシンなどであってもよく、なお、信号歪み事前補償モデルは、上記モデルに限定されなくてもよい。
リンクインバランス補正モジュール１０８は、Ｉ／Ｑインバランス、局部発振の漏れ及びリンクの非平坦性に対する補正処理を実現するために、補正パラメータ内のリンクインバランス較正パラメータに基づいて第１の補正信号ｘｄを処理し、第５の補正信号ｘｈを第２のフィルタバンク１０９に出力するように構成されてもよい。
第２のフィルタバンク１０９は、第５の補正信号ｘｈに対してレート変換処理を行って事前補正信号を取得し、事前補正信号を出力するように構成されてもよい。第２のフィルタバンク１０９は、例えば、複数のＦＩＲフィルタを含み、信号ｘｈに対して並列フィルタリング処理を行い、伝送信号のレート変換を完了して、その後の第２の変換モジュール１１０のレート要件を満たすことができる。
別の例示的な実施例では、図６に示すように、それは本開示の実施例によって提供される信号歪み補正ネットワークモジュール１００の別の基本的な構造図である。信号歪み補正ネットワークモジュール１００は、第１のフィルタバンク１０１、非線形歪み補正モジュール１０２、マージモジュール１０７、リンクインバランス補正モジュール１０８及び第２のフィルタバンク１０９を含むことができる。信号歪み補正ネットワークモジュール１００は、ミスマッチフィルタモジュール１０３及びミスマッチ誤差補償モジュール１０５からなるミスマッチ補正ユニットと、相互結合フィルタモジュール１０４及び相互結合誤差補償モジュール１０６からなる相互結合補正ユニットとのうちの少なくとも１つをさらに含むことができ、即ち、信号歪み補正ネットワークモジュール１００は、ミスマッチフィルタモジュール１０３及びミスマッチ誤差補償モジュール１０５のみを含むことができ、相互結合フィルタモジュール１０４及び相互結合誤差補償モジュール１０６のみを含むことができ、又は、ミスマッチフィルタモジュール１０３及びミスマッチ誤差補償モジュール１０５、並びに相互結合フィルタモジュール１０４及び相互結合誤差補償モジュール１０６を同時に含むことができ、即ち信号歪み補正ネットワークモジュール１００は、ミスマッチ補正のみを行うことができ、相互結合補正のみを行うことができ、又は、ミスマッチ補正及び相互結合補正の両方を行うことができる。第１のフィルタバンク１０１、非線形歪み補正モジュール１０２及び第２のフィルタバンク１０９の機能について、上記の内容を参照することができ、ここでは説明を省略する。なお、本実施例では、非線形歪み補正モジュール１０２によって出力された第１の補正信号は、リンクインバランス補正モジュール１０８に入力されるのではなく、マージモジュール１０７に入力される。
ミスマッチフィルタモジュール１０３は、補正パラメータ内のミスマッチフィルタ係数に基づいて変換後の順方向信号をフィルタリング（因果的フィルタリング又は非因果的フィルタリング）して第１の中間信号ｘｂを生成し、ｘｂが、パワーアンプモジュールの出力端での負荷のミスマッチによって生成される定在波信号をシミュレーションするために使用され、第１の中間信号ｘｂをミスマッチ誤差補償モジュール１０５に出力するように構成されてもよく、即ちミスマッチフィルタモジュール１０３は、パワーアンプモジュールの出力端での負荷ミスマッチによって生成された定在波信号をシミュレーションするために使用される。
ミスマッチ誤差補償モジュール１０５は、補正パラメータ内のミスマッチ補償パラメータに基づいて第１の中間信号ｘｂを補正して第２の補正信号ｘｅを取得し、第２の補正信号ｘｅをマージモジュール１０７に出力するように構成されてもよい。具体的には、ミスマッチ誤差補償モジュール１０５は、ミスマッチフィルタモジュール及び第１のフィルタバンクの出力信号に対して、非線形基底関数の構築と、各基底関数及びミスマッチフィルタ係数の乗算演算とを行うことにより、負荷ミスマッチによって引き起こされる信号歪みを補正する。まず、第１のフィルタバンク１０１の出力信号ｘａ及びミスマッチフィルタモジュール１０３の出力信号ｘｂを使用して、非線形基底関数Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、…、ＳＫを構築し、Ｋが非線形基底関数の数であり、次に、これらの非線形基底関数とそれに対応する係数とを乗算して誤差補償信号ｘｅを取得し、誤差補償信号ｘｅは、出力負荷のミスマッチによって引き起こされる定在波信号によってパワーアンプを励起して生成される非線形信号歪みを相殺するために使用される。ここで、非線形基底関数の具体的な表現形態は、使用されるミスマッチ誤差事前補償モデルに依存し、当該ミスマッチ誤差事前補償モデルは、複数のグループの低次フィルタ、Ｖｏｌｔｅｒｒａシリーズ、メモリクロス多項式、ニューラルネットワーク（ＢＰネットワーク、ＡＲＴネットワークなど）、ウェーブレットネットワーク及びサポートベクトルマシンなどであってもよい。なお、ミスマッチ誤差事前補償モデルは、上記モデルに限定されない。本開示で提供される実施例によれば、負荷のミスマッチによって引き起こされる歪みを補正することにより、出力負荷のミスマッチによるシステム性能への影響を低減することができる。
相互結合フィルタモジュール１０４は、補正パラメータ内の相互結合フィルタ係数に基づいて変換後の順方向信号をフィルタリング（因果的フィルタリング又は非因果的フィルタリング）して第２の中間信号ｘｃを生成し、ｘｃがパワーアンプモジュールの出力端でのアンテナ間の相互結合干渉信号をシミュレーションするために使用され、第２の中間信号ｘｃを相互結合誤差補償モジュール１０６に出力するように構成されてもよく、即ち当該相互結合フィルタモジュール１０４は、パワーアンプモジュールの出力端でのアンテナ間の相互結合干渉信号をシミュレーションするために使用されてもよい。
相互結合誤差補償モジュール１０６は、補正パラメータ内の相互結合補償パラメータに基づいて第２の中間信号ｘｃを補正して第３の補正信号ｘｆを取得し、第３の補正信号ｘｆをマージモジュール１０７に出力するように構成されてもよい。具体的には、相互結合誤差補償モジュール１０６は、相互結合フィルタモジュール１０４及び第１のフィルタバンク１０１の出力信号に対して、非線形基底関数の構築と、各基底関数及び相互結合フィルタ係数の乗算演算とを行うことにより、アンテナ間の相互結合によって引き起こされる信号歪みを補正する。具体的には、まず、第１のフィルタバンク１０１の出力信号ｘａ及び相互結合フィルタモジュール１０４の出力信号ｘｃを使用して、非線形基底関数Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、…、ＲＭを構築し、Ｍが非線形基底関数の数であり、次に、これらの非線形基底関数とそれに対応する係数値とを乗算して相互結合誤差補償信号ｘｆを取得し、相互結合誤差補償信号ｘｆは、アンテナ間の相互結合干渉信号によってパワーアンプを励起して生成される非線形歪みを相殺するために使用される。ここで、非線形基底関数の具体的な表現形態は、使用される相互結合誤差補償モデルに依存し、当該相互結合誤差補償モデルは、複数のグループの低次フィルタ、Ｖｏｌｔｅｒｒａシリーズ、メモリクロス多項式、ニューラルネットワーク（ＢＰネットワーク、ＡＲＴネットワークなど）、ウェーブレットネットワーク及びサポートベクトルマシンなどであってもよい。なお、相互結合誤差事前補正モデルは、上記モデルに限定されなくてもよい。本開示で提供される実施例によれば、アンテナ間の相互結合干渉によって引き起こされる歪みを補正することにより、アンテナ間の相互結合干渉によるシステム性能への影響を低減することができる。
マージモジュール１０７は、入力信号をマージして第４の補正信号ｘｇを取得し、第４の補正信号ｘｇをリンクインバランス補正モジュール１０８に出力するように構成されてもよい。ここで、入力信号は、第１の補正信号と第２の補正信号である可能性があり、第１の補正信号と第３の補正信号である可能性もあり、第１の補正信号、第２の補正信号及び第３の補正信号である可能性もある。マージ方式は、各入力信号を加算することである。
リンクインバランス補正モジュール１０８は、補正パラメータ内のリンクインバランス校正パラメータに基づいて第４の補正信号ｘｇを処理し、第５の補正信号ｘｈを第２のフィルタバンク１０９に出力するように構成されてもよい。具体的には、リンクインバランス補正モジュール１０８は、フィルタリング処理（線形処理）を行って、システムの送信リンクのＩ／Ｑインバランス、帯域内の非平坦性、局部発振の漏れなどを補正する。
本開示の実施例によって提供される信号歪み補正ネットワークモジュール１００によれば、非線形アナログデバイス、出力負荷のミスマッチ及びアンテナ間の結合干渉によって引き起こされる信号歪みを補正することが可能である。
アナログビームフォーミング技術を採用するＭＩＭＯミリ波通信システムの場合、本開示の実施例は、非線形システム信号歪み事前補正装置を提供する。当該補正装置では、信号サンプリングコントローラを使用して信号結合ネットワークを制御し、各パワーアンプの出力信号を収集してフィードバックし、マルチチャネルデータ線形処理操作、ミスマッチ係数及び相互結合係数の計算、信号歪みの事前補正モデルの確立、モデルパラメータの抽出により、ＭＩＭＯシステムの信号歪みを効果的に事前に補正することで、アンテナ間の相互結合干渉を相殺することができ、このようにしてＭＩＭＯビームフォーミングシステムの性能利点の発揮をさらに確保することができる。
従来のプリディストーション技術と比較して、当該装置は、１つのプリディストータが複数のパワーアンプに対応するアプリケーションシーンでの非線形システム信号歪みの事前補償問題をより良く解決することができる。
本開示の実施例によって提供される信号歪み事前補正装置は、以下の利点を有している。
（１）信号サンプリングコントローラは、結合ネットワークを制御して、各パワーアンプの出力信号に対して時分割収集及びフィードバックを行うことができ、これは、システム内の各パワーアンプの特性の一致性に対する要件が低い。
（２）補正パラメータを抽出するプロセスでは、構築された信号マトリックスを重み付けすることで、ビームフォーミング方向の性能指標を最適にすることができる。
（３）各パワーアンプのフィードバック信号の並列線形処理により、結合フィードバックリンクの遅延、位相及び振幅差などによる歪み補正アルゴリズムの性能への影響を無くすことができる。
（４）各パワーアンプのフィードバック信号に対して線形処理を行うことができるため、補正パラメータを抽出する時にビーム角度は０°のビームに限定されず、任意の角度であってもよく、遠方界ビーム方向の歪み事前補正性能を確保できる。
（５）出力負荷のミスマッチ及びアンテナ間の相互結合干渉によるシステム性能への影響を低減することができる。
関連技術の歪み補正装置と比較して、本開示の実施例によって提供される補正装置は、複数の並列しているパワーアンプの全体的な非線形歪みを補正できるとともに、出力負荷のミスマッチ、アンテナ間の結合干渉などの要因の影響を低減することができる新しい信号歪み事前補正アルゴリズムを提供し、それは、１つのフィードバックリンクチャネルを使用して、各チャネルの出力信号の時分割収集を完了することができる。本開示の実施例によって提供される信号歪み事前補正装置は、ミリ波通信システムなどのアナログビームフォーミング技術を採用する無線通信システムに応用されてもよいし、パワーアンプ特性が定在波の影響を大きく受ける通信システムに応用されてもよい。
本開示の実施例によって提供される信号歪み事前補正装置によれば、それに入力されたデータ信号（即ち順方向信号）は、サービス信号だけでなく、トレーニングシーケンスであってもよく、各パワーアンプの特性の一致性に対する要件が低い。また、各パワーアンプの特性の一致性が良い場合、信号結合ネットワークモジュールのフィードバックリンク選択スイッチをあるチャネルに固定し、フィードバック信号を収集してその後の操作処理を行うことができる。
本開示の実施例は信号歪み事前補正方法をさらに提供する。図７に示すように、それは本開示の実施例によって提供される信号歪み事前補正方法のフローチャートである。当該方法は、ステップ７０１～ステップ７０４を含むことができる。
ステップ７０１において、パワーアンプモジュールの複数のチャネルの出力信号に対して時分割収集を行い、複数のアナログフィードバック信号を取得する。
ステップ７０２において、複数のアナログフィードバック信号を複数のデジタルフィードバック信号に変換する。
ステップ７０３において、当該複数のデジタルフィードバック信号及び入力された順方向信号に基づいて補正パラメータを決定する。
ステップ７０４において、補正パラメータに基づいて順方向信号を補正し、事前補正信号を取得する。
別の例示的な実施例では、当該方法は、ステップ７０５をさらに含むことができる。
ステップ７０５において、事前補正信号をアナログ信号に変換し、アナログ信号をアナログビームフォーミングプロセッサに出力する。
１つの例示的な実施例では、当該複数のデジタルフィードバック信号及び入力された順方向信号に基づいて補正パラメータを決定するステップは、順方向信号及びデジタルフィードバック信号に対して線形処理を行い、線形処理後の順方向信号と線形処理後のデジタルフィードバック信号を取得するステップと、事前に設定された信号歪み事前補正モデル、線形処理後の順方向信号、線形処理後のデジタルフィードバック信号及び事前補正信号に基づいて複数の信号マトリックスを構築ステップであって、信号マトリックスが収集されたチャネルに対応するステップと、当該複数の信号マトリックスをそれぞれ重み係数で重み付けした後、重み付けされた信号マトリックスを使用して組み合わせマトリックスを生成するステップと、組み合わせマトリックスに基づいて非線形歪み事前補償パラメータ、ミスマッチ補償パラメータ及び相互結合補償パラメータを取得するステップと、線形処理後の順方向信号と線形処理後のデジタルフィードバック信号に基づいてリンクインバランス較正パラメータを決定するステップであって、信号マトリックスの重み係数が当該信号マトリックスに対応するチャネルの性能と正の相関を有するステップと、を含むことができる。
１つの例示的な実施例では、ｊ番目のチャネルに対応する信号マトリックスの重み係数αｊは次のとおりである。
Figure 2022529797000018
ここで、Ｋはチャネル数であり、ＡＣＰＲｊはｊ番目のチャネルのＡＣＰＲであり、即ちｊ番目のアナログチャネルの隣接チャネルとメインチャネルの信号電力の比である。
１つの例示的な実施例では、当該複数のデジタルフィードバック信号及び入力された順方向信号に基づいて補正パラメータを決定するステップは、入力された順方向信号及びデジタルフィードバック信号に対して線形処理を行い、線形処理後の順方向信号と線形処理後のデジタルフィードバック信号を取得するステップと、パワーアンプモジュールのパワーアンプモデル、線形処理後の順方向信号及び線形処理後のデジタルフィードバック信号に基づいてミスマッチフィルタ係数及び相互結合フィルタ係数を決定するステップと、信号歪み事前補正モデル、ミスマッチフィルタ係数、相互結合フィルタ係数、線形処理後の順方向信号、線形処理後のデジタルフィードバック信号、及び事前補正信号に基づいて複数の信号マトリックスを構築ステップであって、信号マトリックスと収集されたチャネルとは対応関係を有するステップと、当該複数の信号マトリックスをそれぞれ重み係数で重み付けし、重み付けされた信号マトリックスを使用して組み合わせマトリックスを生成し、組み合わせマトリックスに基づいて非線形歪み事前補償パラメータ、ミスマッチ補償パラメータ及び相互結合補償パラメータを取得し、線形処理後の順方向信号と線形処理後のデジタルフィードバック信号に基づいてリンクインバランス較正パラメータを決定するステップであって、信号マトリックスの重み係数が当該信号マトリックスに対応するチャネルの性能と正の相関を有するステップと、を含むことができる。
１つの例示的な実施例では、ｊ番目のチャネルに対応する信号マトリックスは次のとおりである。
Figure 2022529797000019
Figure 2022529797000020
１つの例示的な実施例では、補正パラメータに基づいて、入力された順方向信号を補正して事前補正信号を取得するステップは、順方向信号に対してレート変換処理を行い、変換後の順方向信号を取得するステップと、補正パラメータ内の非線形歪み事前補償パラメータに基づいて変換後の順方向信号を補正して、第１の補正信号を生成するステップと、補正パラメータ内のリンクインバランス較正パラメータに基づいて第１の補正信号を処理し、第５の補正信号を取得するステップと、第５の補正信号に対してレート変換処理を行って事前補正信号を取得し、事前補正信号を出力するステップと、を含むことができる。
１つの例示的な実施例では、補正パラメータに基づいて、入力された順方向信号を補正して事前補正信号を取得するステップは、順方向信号に対してレート変換処理を行い、変換後の順方向信号を取得するステップと、補正パラメータ内の非線形歪み事前補償パラメータに基づいて変換後の順方向信号を補正して、第１の補正信号を生成するステップと、補正パラメータ内のミスマッチフィルタ係数に基づいて変換後の順方向信号をフィルタリングして第１の中間信号を生成し、補正パラメータ内のミスマッチ補償パラメータに基づいて第１の中間信号を補正して第２の補正信号を取得するステップと、補正パラメータ内の相互結合フィルタ係数に基づいて変換後の順方向信号をフィルタリングして第２の中間信号を生成し、補正パラメータ内の相互結合補償パラメータに基づいて第２の中間信号を補正して第３の補正信号を取得するステップと、第１の補正信号及び第２の補正信号、又は、第１の補正信号及び第３の補正信号、又は、第１の補正信号、第２の補正信号及び第３の補正信号をマージして第４の補正信号を取得するステップと、補正パラメータ内のリンクインバランス較正パラメータに基づいて第４の補正信号を処理して第５の補正信号を生成するステップと、第５の補正信号に対してレート変換処理を行って事前補正信号を取得し、事前補正信号を出力するステップと、を含むことができる。
本開示の実施例は、信号歪み事前補正システムをさらに提供する。図２を参照すると、当該信号歪み事前補正システムは、本開示の実施例で提供される信号歪み事前補正装置、第２の変換モジュール１１０、アナログビームフォーミングプロセッサ１２０及びパワーアンプモジュール１３０を含むことができる。
信号歪み事前補正装置は、さらに事前補正信号を第２の変換モジュール１１０に出力するように構成されてもよい。
第２の変換モジュール１１０は、事前補正信号をアナログ信号に変換し、アナログビームフォーミングプロセッサ１２０に出力するように構成されてもよい。
アナログビームフォーミングプロセッサ１２０は、入力されたアナログ信号に対して振幅及び位相の重み付け処理を行い、重み付け処理後のアナログ信号を生成し、それをパワーアンプモジュール１３０に出力するように構成されてもよく、当該重み付け処理は、その後のアンテナアレイの出力信号が事前に設定された方向のビームを形成することを容易にする。
パワーアンプモジュール１３０は、重み付けされたアナログ信号を増幅してから出力するように構成されてもよい。
以下に添付の図面及び５Ｇミリ波通信システムの応用シーンと組み合わせて、本開示の実施例で提供される信号歪み事前補正装置及び方法を詳細に説明する。
図８に示すように、それは本開示の実施例によって提供される信号歪み事前補正方法の別のフローチャートである。当該方法は、図３に示す本開示の実施例によって提供される信号歪み事前補正装置に応用されてもよく、当該方法は、ステップ８０１～ステップ８０５を含むことができる。
ステップ８０１において、信号サンプリングコントローラ１６０は、信号結合ネットワークモジュール１４０を制御することにより、各パワーアンプの出力信号に対する時分割収集及びフィードバックを実現し、アナログフィードバック信号を第１の変換モジュール１７０に出力する。
ステップ８０２において、第１の変換モジュール１７０は、アナログフィードバック信号をデジタルフィードバック信号に変換し、補正パラメータトレーナー１８０に送信する。
ステップ８０３において、補正パラメータトレーナー１８０は、デジタルフィードバック信号及び入力された順方向信号に基づいて補正パラメータを取得し、補正パラメータには、非線形歪み事前補償パラメータ、ミスマッチ補償パラメータ、相互結合補償パラメータ及びリンクインバランス較正パラメータが含まれてもよい。
具体的には、補正パラメータトレーナー１８０は、まず順方向信号ｘ＝［ｘ１、ｘ２、…、ｘＫ］に基づいて、第１の変換モジュール１７０の出力信号ｙ＝［ｙ１、ｙ２、…、ｙＫ］に対してマルチチャネルデータ線形処理操作を行い、事前処理後の信号を取得し、次に、取得された事前処理信号を使用してミスマッチフィルタ係数及び相互結合フィルタ係数を求め、最後に、信号歪み補正モデルの目標関数を構築し、パラメータ求解反復アルゴリズムにより最終的な補正パラメータｃを取得し、Ｋが時分割収集を行うチャネル数であり、１つのチャネルに１つのパワーアンプが含まれる場合、それは並列しているパワーアンプの数である。なお、Ｋは、パワーアンプモジュール１３０のチャネル数以下である。
また、補正パラメータトレーナー１８０はさらに、デジタルフィードバック信号及び入力された順方向信号に基づいてリンクインバランス較正パラメータを取得することができる。
ステップ８０４において、補正パラメータトレーナー１８０によって提供される補正パラメータｃに基づいて、信号歪み補正ネットワークモジュール１００内の補正パラメータをリアルタイムに更新し、信号歪み補正ネットワークモジュール１００は、順方向信号ｘ及びその振幅値情報に基づいて、高いサンプリングレートの条件下で信号ｘに対して非線形歪み及び線形歪みの事前補正処理を行い、得られた事前補正信号ｚを第２の変換モジュール１１０に送信し、第２の変換モジュール１１０は、事前補正信号（デジタル信号）をアナログ信号に変換してアナログビームフォーミングプロセッサ１２０に送信する。
ステップ８０５において、アナログビームフォーミングプロセッサ１２０は、入力信号の位相及び振幅を重み付けして出力し、アナログビームフォーミングプロセッサ１２０の出力信号は、パワーアンプモジュール１３０のパワーアンプによって増幅された後、アンテナアレイモジュール１５０に直接送信されて空間に放射される。ここで、アナログビームフォーミングプロセッサ１２０は、調整可能な減衰器、位相シフターなどのアナログデバイスを使用して入力信号に対して位相及び振幅の重み付け処理を行うことができる。
本開示の実施例はさらに信号歪み事前補正複合システムを提供する。図９に示すように、それは本開示の実施例によって提供される信号歪み事前補正複合システムの構造図である。当該信号歪み事前補正複合システムは、複数の信号歪み事前補正システムを含むことができ、かつ当該複数の信号歪み事前補正システムは、同一の補正パラメータトレーナー１８０を多重化し、補正パラメータトレーナー１８０は、選択スイッチを介して各信号歪み事前補正システム内の関連モジュールに接続される。具体的には、補正パラメータトレーナー１８０は、第１の選択スイッチ８０１を介して各信号歪み事前補正システムの入力端に接続され、第２の選択スイッチ８０２を介して各信号歪み事前補正システムの信号歪み補正ネットワークモジュール１００に接続され、第３の選択スイッチ８０３を介して各信号歪み事前補正システムの第１の変換モジュール１７０に接続されている。
図１０に示すように、それは本開示の実施例によって提供される信号歪み事前補正複合システムの別の構造図である。当該信号歪み事前補正複合システムは、ＭＩＭＯミリ波通信システムに適用できる。
１つの例示的な実施例では、アナログビームフォーミング技術を採用するＭＩＭＯダウンリンク伝送システムにおいて、デジタルチャネル及びアナログ無線周波数チャネルの数は、それぞれ４及び３２に設定され、各デジタルチャネルは、８つのアナログ無線周波数チャネルに対応し、１つのアナログ無線周波数チャネルの出力は２つのアンテナ振動子に接続されている。同時に、４つのデジタルチャネルの送信信号はいずれも、１０個のサブキャリアを含む４００ＭＨｚのベースバンド信号であり、それぞれｘａ、ｘｂ、ｘｃ及びｘｄであると仮定する。
以下、デジタルチャネル１の信号送信を例として非線形システムの信号歪みの補正プロセスを詳細に説明する。残りのデジタルチャンネルの信号送信も類似であるので、ここでは説明を省略する。異なるデジタルチャネルの関連信号は、下付き文字ａ、ｂ、ｃ、ｄで区別される。
ステップ１００１において、信号サンプリングコントローラ１６０ａは、信号結合ネットワークモジュール１４０ａを制御することにより、各パワーアンプの出力信号に対する時分割収集を実現し、フィードバック信号ｙｉ（ｔ）（ｉ＝１、２、．．．、８）を取得し、同時に、フィードバックＶＧＡ ２００ａを使用してフィードバック信号ｙｉ（ｔ）の利得を調整し、フィードバック信号の振幅値が小さすぎて歪み補正パラメータの抽出及びトレーニングに影響を与えることのないように確保する。
ステップ１００２において、モジュール２１０ａは、周波数ｆｒ＝２７ＧＨｚの局部発振信号を生成し、無線周波数信号ｙｉ（ｔ）を中間周波数ゼロにシフトさせ、ＡＤＣモジュール１７０ａを通過した後にデジタルフィードバック信号ｙａ＝［ｙ１、ｙ２、．．．、ｙ８］を出力する。
Figure 2022529797000021
ステップ１００４において、選択スイッチＺを介して、補正パラメータトレーナー１８０によって取得された補正パラメータ値ｃを信号歪み補正ネットワークモジュール１００ａにコピーし、信号歪み補正ネットワークモジュール１００ａの補正パラメータをそれに応じて更新する。
ステップ１００５において、デジタルチャネル１で送信された４００ＭＨｚのベースバンド信号ｘａ＝［ｘ１、ｘ２、…、ｘＫ］及びその振幅値に基づいて、信号歪み補正ネットワークモジュール１００ａは、高いサンプリングレートの条件下でミスマッチ及び相互結合フィルタリング処理を行い、非線形基底関数を構築し、対応する補正パラメータを乗算することにより、順方向信号ｘａに対する歪み事前補償処理操作を完了して、事前補正信号ｚａを取得し、当該信号はＤＡＣ（モジュール）１１０ａによって処理された後にアナログ信号に変換される。
Figure 2022529797000022
１つの例示的な実施例では、アンテナアレイモジュール１５０ａ、１５０ｂ、１５０ｃ及び１５０ｄは、いずれも１６個のアンテナ振動子を使用することができ、レイアウト形態が４＊４アンテナエリアアレイであり、４つのデジタルチャネルは、１つの補正パラメータトレーナー１８０を共有し、当該補正パラメータトレーナー１８０は、選択スイッチＸ、Ｚ、Ｙを介して、各デジタルチャネルの順方向送信リンク、信号歪み補正ネットワーク及び結合フィードバックリンクに接続され、これにより、送信機のハードウェアリソースニーズを減らすことができ、システムの電力消費を大幅に低減することもできる。
本開示の実施例の詳細な説明は、当業者が本開示を製造又は使用することを可能にするために提供される。本開示の実施例の様々な修正は、当業者によって容易に理解される。
当業者は、以上に開示された方法の全て又はいくつかのステップ、システム、装置内の機能モジュール／ユニットがソフトウェア、ファームウェア、ハードウェア及びそれらの適切な組み合わせとして実施され得ることを理解することができる。ハードウェア実施形態では、上記の説明で述べた機能モジュール／ユニット間の区分は、必ずしも物理コンポーネントの区分に対応するわけではなく、例えば、１つの物理コンポーネントは、複数の機能を持つことができ、又は、１つの機能又はステップは、いくつかの物理コンポーネントで連携して実行されてもよい。いくつかのコンポーネント又は全てのコンポーネントは、デジタル信号プロセッサ又はマイクロプロセッサなどのプロセッサによって実行されるソフトウェア、又はハードウェア、又は特定用途向け集積回路などの集積回路として実施されてもよい。このようなソフトウェアは、コンピュータ可読媒体上で配布することができ、コンピュータ可読媒体は、コンピュータ記憶媒体（又は非一時的媒体）及び通信媒体（又は一時的媒体）を含むことができる。当業者によく知られているように、コンピュータ記憶媒体という用語は、情報（コンピュータ可読命令、データ構造、プログラムモジュール又は他のデータ）を記憶するための任意の方法又は技術で実施された揮発性及び不揮発性、移動可能及び移動不可能な媒体を含む。コンピュータ記憶媒体は、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、フラッシュメモリ又は他のメモリ技術、ＣＤ－ＲＯＭ、デジタル多用途ディスク（ＤＶＤ）又は他の光ディスクメモリ、磁気カセット、磁気テープ、磁気ディスクメモリ又は他の磁気記憶装置、又は望む情報を記憶でき且つコンピュータによってアクセスされ得る任意の他の媒体を含むがこれらに限定されない。また、当業者によく知られているように、通信媒体は、通常、コンピュータ可読命令、データ構造、プログラムモジュール、又はキャリア又は他の伝送メカニズムなどの変調データ信号内の他のデータを含み、かつ任意の情報配信媒体を含むことができる。

Claims (17)

  1. 信号歪み事前補正装置であって、信号歪み補正ネットワークモジュール、補正パラメータトレーナー、データ収集モジュール及び第１の変換モジュールを含み、前記データ収集モジュールは、外部のパワーアンプモジュールに接続され、ここで、
    前記データ収集モジュールは、前記パワーアンプモジュールの複数のチャネルの出力信号に対して時分割収集を行い、複数のアナログフィードバック信号を前記第１の変換モジュールに出力するように構成され、
    前記第１の変換モジュールは、前記複数のアナログフィードバック信号を複数のデジタルフィードバック信号に変換し、前記補正パラメータトレーナーに送信するように構成され、
    前記補正パラメータトレーナーは、前記複数のデジタルフィードバック信号及び入力された順方向信号に基づいて補正パラメータを決定し、前記補正パラメータを前記信号歪み補正ネットワークモジュールに出力するように構成され、
    前記信号歪み補正ネットワークモジュールは、前記補正パラメータに基づいて前記順方向信号を補正した後、事前補正信号を出力するように構成される、信号歪み事前補正装置。
  2. 前記補正パラメータトレーナーは、データ線形処理モジュール及び補正パラメータ計算モジュールを含み、ここで、
    前記データ線形処理モジュールは、前記順方向信号及び前記複数のデジタルフィードバック信号に対して線形処理を行い、線形処理後の順方向信号及び線形処理後のデジタルフィードバック信号を取得するように構成され、
    前記補正パラメータ計算モジュールは、事前に設定された信号歪み事前補正モデル、前記線形処理後の順方向信号、前記線形処理後のデジタルフィードバック信号及び前記事前補正信号に基づいて、複数の信号マトリックスを構築し、前記複数の信号マトリックスをそれぞれ対応する重み係数で重み付けして、組み合わせマトリックスを生成し、前記組み合わせマトリックスに基づいて非線形歪み事前補償パラメータを取得し、前記線形処理後の順方向信号及び前記線形処理後のデジタルフィードバック信号に基づいてリンクインバランス較正パラメータを決定するように構成され、
    ここで、前記複数の信号マトリックスのうちの少なくとも１つの信号マトリックスは、前記複数のチャネルのうちの収集されたチャネルと対応関係を有し、前記少なくとも１つの信号マトリックスに対応する重み係数は、前記少なくとも１つの信号マトリックスに対応する前記収集されたチャネルの性能と正の相関を有している、請求項１に記載の信号歪み事前補正装置。
  3. 前記複数のチャネルにおけるｊ番目のチャネルに対応する信号マトリックスの重み係数αｊは、
    Figure 2022529797000023
    であり、
    ここで、Ｋは前記複数のチャネルの総チャンネル数であり、ＡＣＰＲｊは前記ｊ番目のチャネルの隣接チャネル電力比である、請求項２に記載の信号歪み事前補正装置。
  4. 前記信号歪み補正ネットワークモジュールは、第１のフィルタバンク、非線形歪み補正モジュール、リンクインバランス補正モジュール及び第２のフィルタバンクを含み、ここで、
    前記第１のフィルタバンクは、前記順方向信号に対してレート変換処理を行い、変換後の順方向信号を前記非線形歪み補正モジュールに出力するように構成され、
    前記非線形歪み補正モジュールは、前記補正パラメータ内の前記非線形歪み事前補償パラメータに基づいて前記変換後の順方向信号を補正して、第１の補正信号を生成し、前記第１の補正信号を前記リンクインバランス補正モジュールに出力するように構成され、
    前記リンクインバランス補正モジュールは、前記補正パラメータ内の前記リンクインバランス較正パラメータに基づいて前記第１の補正信号を処理し、第５の補正信号を前記第２のフィルタバンクに出力するように構成され、
    前記第２のフィルタバンクは、前記第５の補正信号に対してレート変換処理を行い、前記事前補正信号を出力するように構成される、請求項２に記載の信号歪み事前補正装置。
  5. 前記補正パラメータトレーナーは、データ線形処理モジュール及び補正パラメータ計算モジュールを含み、ここで、
    前記データ線形処理モジュールは、前記順方向信号及び前記複数のデジタルフィードバック信号に対して線形処理を行い、線形処理後の順方向信号及び線形処理後のデジタルフィードバック信号を取得するように構成され、
    前記補正パラメータ計算モジュールは、前記パワーアンプモジュールのパワーアンプモデル、前記線形処理後の順方向信号及び前記線形処理後のデジタルフィードバック信号に基づいて、ミスマッチフィルタ係数及び相互結合フィルタ係数を決定し、事前に設定された信号歪み事前補正モデル、前記ミスマッチフィルタ係数、前記相互結合フィルタ係数、前記線形処理後の順方向信号、前記線形処理後のデジタルフィードバック信号及び前記事前補正信号に基づいて、複数の信号マトリックスを構築し、前記複数の信号マトリックスをそれぞれ対応する重み係数で重み付けして、組み合わせマトリックスを生成し、前記組み合わせマトリックスに基づいて非線形歪み事前補償パラメータ、ミスマッチ補償パラメータ及び相互結合補償パラメータを取得し、前記線形処理後の順方向信号及び前記線形処理後のデジタルフィードバック信号に基づいてリンクインバランス較正パラメータを決定するように構成され、
    ここで、前記複数の信号マトリックスのうちの少なくとも１つの信号マトリックスは、前記複数のチャネルのうちの収集されたチャネルと対応関係を有し、前記少なくとも１つの信号マトリックスに対応する重み係数は、前記少なくとも１つの信号マトリックスに対応する前記収集されたチャネルの性能と正の相関を有している、請求項１に記載の信号歪み事前補正装置。
  6. Figure 2022529797000024
    請求項５に記載の信号歪み事前補正装置。
  7. 前記信号歪み補正ネットワークモジュールは、第１のフィルタバンク、非線形歪み補正モジュール、マージモジュール、リンクインバランス補正モジュール及び第２のフィルタバンクを含み、前記信号歪み補正ネットワークモジュールは、ミスマッチフィルタモジュール及びミスマッチ誤差補償モジュールからなるミスマッチ補正ユニット、及び／又は相互結合フィルタモジュール及び相互結合誤差補償モジュールからなる相互結合補正ユニットをさらに含み、ここで、
    前記第１のフィルタバンクは、前記順方向信号に対してレート変換処理を行い、変換後の順方向信号を前記非線形歪み補正モジュール、前記ミスマッチフィルタモジュール及び前記相互結合フィルタモジュールに出力するように構成され、
    前記非線形歪み補正モジュールは、前記補正パラメータ内の前記非線形歪み事前補償パラメータに基づいて前記変換後の順方向信号を補正して、第１の補正信号を生成し、前記第１の補正信号を前記マージモジュールに出力するように構成され、
    前記ミスマッチフィルタモジュールは、前記補正パラメータ内の前記ミスマッチフィルタ係数に基づいて前記変換後の順方向信号をフィルタリングして第１の中間信号を生成し、前記第１の中間信号を前記ミスマッチ誤差補償モジュールに出力するように構成され、
    前記ミスマッチ誤差補償モジュールは、前記補正パラメータ内の前記ミスマッチ補償パラメータに基づいて、前記第１の中間信号を補正して第２の補正信号を取得し、前記第２の補正信号を前記マージモジュールに出力するように構成され、
    前記相互結合フィルタモジュールは、前記補正パラメータ内の前記相互結合フィルタ係数に基づいて前記変換後の順方向信号をフィルタリングして第２の中間信号を生成し、前記第２の中間信号を前記相互結合誤差補償モジュールに出力するように構成され、
    前記相互結合誤差補償モジュールは、前記補正パラメータ内の前記相互結合補償パラメータに基づいて前記第２の中間信号を補正して第３の補正信号を取得し、前記第３の補正信号を前記マージモジュールに出力するように構成され、
    前記マージモジュールは、その各入力信号をマージして第４の補正信号を取得し、前記第４の補正信号を前記リンクインバランス補正モジュールに出力するように構成され、
    前記リンクインバランス補正モジュールは、前記補正パラメータ内の前記リンクインバランス較正パラメータに基づいて前記第４の補正信号を処理し、第５の補正信号を前記第２のフィルタバンクに出力するように構成され、
    前記第２のフィルタバンクは、前記第５の補正信号に対してレート変換処理を行い、前記事前補正信号を出力するように構成される、請求項５に記載の信号歪み事前補正装置。
  8. 前記データ収集モジュールは、信号結合ネットワークモジュール及び信号サンプリングコントローラを含み、前記信号結合ネットワークモジュールは、前記パワーアンプモジュールに接続され、ここで、
    前記信号サンプリングコントローラは、前記信号結合ネットワークモジュールを制御して、前記複数のチャネルの出力信号に対する時分割収集を実現するように構成され、
    前記信号結合ネットワークモジュールは、前記信号サンプリングコントローラの制御に従って、前記複数のチャネルの出力信号に対して時分割結合を行って、前記複数のアナログフィードバック信号を前記第１の変換モジュールに出力するように構成される、請求項１～７のいずれか１項に記載の信号歪み事前補正装置。
  9. パワーアンプモジュールの複数のチャネルの出力信号に対して時分割収集を行い、複数のアナログフィードバック信号を取得するステップと、
    前記複数のアナログフィードバック信号を複数のデジタルフィードバック信号に変換するステップと、
    前記複数のデジタルフィードバック信号及び入力された順方向信号に基づいて補正パラメータを決定するステップと、
    前記補正パラメータに基づいて前記順方向信号を補正し、事前補正信号を取得するステップとを含む、信号歪み事前補正方法。
  10. 前記複数のデジタルフィードバック信号及び入力された前記順方向信号に基づいて前記補正パラメータを決定するステップは、
    前記順方向信号及び前記複数のデジタルフィードバック信号に対して線形処理を行い、線形処理後の順方向信号及び線形処理後のデジタルフィードバック信号を取得するステップと、
    事前に設定された信号歪み事前補正モデル、前記線形処理後の順方向信号、前記線形処理後のデジタルフィードバック信号及び前記事前補正信号に基づいて、複数の信号マトリックスを構築するステップと、
    前記複数の信号マトリックスをそれぞれ対応する重み係数で重み付けして、組み合わせマトリックスを生成し、前記組み合わせマトリックスに基づいて非線形歪み事前補償パラメータを取得し、前記線形処理後の順方向信号及び前記線形処理後のデジタルフィードバック信号に基づいてリンクインバランス較正パラメータを決定するするステップとを含み、
    ここで、前記複数の信号マトリックスのうちの少なくとも１つの信号マトリックスは、前記複数のチャネルのうちの収集されたチャネルと対応関係を有し、前記少なくとも１つの信号マトリックスに対応する重み係数は、前記少なくとも１つの信号マトリックスに対応する前記収集されたチャネルの性能と正の相関を有している、請求項９に記載の信号歪み事前補正方法。
  11. 前記複数のチャネルのうちのｊ番目のチャネルに対応する信号マトリックスの重み係数αｊは、
    Figure 2022529797000025
    であり、
    ここで、Ｋは前記複数のチャネルの総チャンネル数であり、ＡＣＰＲｊは前記ｊ番目のチャネルの隣接チャネル電力比である、請求項１０に記載の信号歪み事前補正方法。
  12. 前記補正パラメータに基づいて、入力された前記順方向信号を補正して、前記事前補正信号を取得するステップは、
    前記順方向信号に対してレート変換処理を行い、変換後の順方向信号を取得するステップと、
    前記補正パラメータ内の前記非線形歪み事前補償パラメータに基づいて前記変換後の順方向信号を補正して、第１の補正信号を生成するステップと、
    前記補正パラメータ内の前記リンクインバランス較正パラメータに基づいて前記第１の補正信号を処理し、第５の補正信号を取得するステップと、
    前記第５の補正信号に対してレート変換処理を行い、前記事前補正信号を取得し、前記事前補正信号を出力するステップとを含む、請求項１０に記載の信号歪み事前補正方法。
  13. 前記複数のデジタルフィードバック信号及び入力された前記順方向信号に基づいて前記補正パラメータを決定するステップは、
    前記順方向信号及び前記複数のデジタルフィードバック信号に対して線形処理を行い、線形処理後の順方向信号及び線形処理後のデジタルフィードバック信号を取得するステップと、
    前記パワーアンプモジュールのパワーアンプモデル、前記線形処理後の順方向信号及び前記線形処理後のデジタルフィードバック信号に基づいて、ミスマッチフィルタ係数と相互結合フィルタ係数を決定するステップと、
    事前に設定された信号歪み事前補正モデル、事前に設定されたミスマッチフィルタ係数、事前に設定された相互結合フィルタ係数、事前に設定された線形処理後の順方向信号、事前に設定された線形処理後のデジタルフィードバック信号及び前記事前補正信号に基づいて、複数の信号マトリックスを構築するステップと、
    前記複数の信号マトリックスをそれぞれ対応する重み係数で重み付けして、組み合わせマトリックスを生成し、前記組み合わせマトリックスに基づいて非線形歪み事前補償パラメータ、ミスマッチ補償パラメータ及び相互結合補償パラメータを取得し、前記線形処理後の順方向信号及び前記線形処理後のデジタルフィードバック信号に基づいて、リンクインバランス較正パラメータを決定するするステップとを含み、
    ここで、前記複数の信号マトリックスのうちの少なくとも１つの信号マトリックスは、前記複数のチャネルのうちの収集されたチャネルと対応関係を有し、前記少なくとも１つの信号マトリックスに対応する重み係数は、前記少なくとも１つの信号マトリックスに対応する前記収集されたチャネルの性能と正の相関を有している、請求項９に記載の信号歪み事前補正方法。
  14. Figure 2022529797000026
    請求項１３に記載の信号歪み事前補正方法。
  15. 前記補正パラメータに基づいて、入力された前記順方向信号を補正して、前記事前補正信号を取得するステップは、
    前記順方向信号に対してレート変換処理を行い、変換後の順方向信号を取得するステップと、
    前記補正パラメータ内の前記非線形歪み事前補償パラメータに基づいて前記変換後の順方向信号を補正して、第１の補正信号を生成するステップと、
    前記補正パラメータ内の前記ミスマッチフィルタ係数に基づいて前記変換後の順方向信号をフィルタリングして第１の中間信号を生成するステップと、
    前記補正パラメータ内の前記ミスマッチ補償パラメータに基づいて前記第１の中間信号を補正して第２の補正信号を取得するステップと、
    前記補正パラメータ内の前記相互結合フィルタ係数に基づいて前記変換後の順方向信号をフィルタリングして第２の中間信号を生成するステップと、
    前記補正パラメータ内の前記相互結合補償パラメータに基づいて前記第２の中間信号を補正して、第３の補正信号を取得するステップと、
    前記第１の補正信号及び前記第２の補正信号、又は前記第１の補正信号及び前記第３の補正信号、又は前記第１の補正信号、前記第２の補正信号及び前記第３の補正信号をマージして第４の補正信号を取得するステップと、
    前記補正パラメータ内の前記リンクインバランス較正パラメータに基づいて前記第４の補正信号を処理し、第５の補正信号を生成するステップと、
    前記第５の補正信号に対してレート変換処理を行い、前記事前補正信号を取得し、前記事前補正信号を出力するステップとを含む、請求項１３に記載の信号歪み事前補正方法。
  16. 信号歪み事前補正システムであって、請求項１～８のいずれか１項に記載の信号歪み事前補正装置を含み、第２の変換モジュール、アナログビームフォーミングプロセッサ及び前記パワーアンプモジュールをさらに含み、ここで、
    前記信号歪み事前補正装置はさらに、前記事前補正信号を前記第２の変換モジュールに出力するように構成され、
    前記第２の変換モジュールは、前記事前補正信号をアナログ信号に変換し、前記アナログ信号を前記アナログビームフォーミングプロセッサに出力するように構成され、
    前記アナログビームフォーミングプロセッサは、入力された前記アナログ信号に対して振幅及び位相の重み付け処理を行い、重み付け処理後のアナログ信号を生成し、それを前記パワーアンプモジュールに出力するように構成され、
    前記パワーアンプモジュールは、前記重み付け処理後のアナログ信号を増幅してから出力するように構成される、信号歪み事前補正システム。
  17. 信号歪み事前補正複合システムであって、複数の請求項１６に記載の信号歪み事前補正システムを含み、前記複数の信号歪み事前補正システムは、同一の補正パラメータトレーナーを多重化し、前記補正パラメータトレーナーは、少なくとも１つの選択スイッチを介して前記複数の信号歪み事前補正システム内の関連モジュールに接続される、信号歪み事前補正複合システム。
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