一种环境自适应的数字预失真方法与装置 |
|||||||
申请号 | CN202311758874.9 | 申请日 | 2023-12-20 | 公开(公告)号 | CN117895908A | 公开(公告)日 | 2024-04-16 |
申请人 | 中国电子科技集团公司第五十四研究所; | 发明人 | 李怡然; 李浩天; 王帅; 绳宇洲; 李忠涛; | ||||
摘要 | 本 发明 公开了一种环境自适应的 数字预失真 方法与装置,涉及信息传输与处理技术领域。本发明首先根据功率 放大器 的功放模型,仿真计算不同功率与不同 频率 状态下,基带输入 信号 的预失真系数矩阵,之后根据终端指令,选择相应的预失真系数矩阵传计算得到复增益系数矩阵,根据基带 输入信号 的归一化模值计算复增益系数的地址位,根据基带输入信号与复增益系数,得到与 功率放大器 特性相反的预失真信号。此外,以上步骤基于FPGA与ARM联合实现,FPGA用于实现状态监控模 块 与预失真器模块。本发明通过提前采集功放特性确定预失真系数,不增加反馈回路,在减少升级成本和难度的 基础 上提升功放线性度。 | ||||||
权利要求 | 1.一种环境自适应的数字预失真方法,其特征在于,包括以下步骤: |
||||||
说明书全文 | 一种环境自适应的数字预失真方法与装置技术领域[0001] 本发明涉及信息传输与处理技术领域,具体是指一种环境自适应的数字预失真方法与装置。 背景技术[0002] 无线通信技术正朝着宽带、高阶调制的方向发展,提高数据传输速率、扩大数据容量的同时,也带来信号峰均比增大、频谱扩展等问题,这些问题的产生对功率放大器提出了更高的线性度要求。为了提高功放线性度,反馈技术、预失真技术等线性化技术应运而生,其中数字预失真技术因为方法简单、模型精度高、稳定性好、具有自适应性等优点被大量研究,而且随着数字信号处理、现场可编程门阵列的性能不断提高,数字预失真技术得到了进一步的发展,具有广阔的市场前景。 [0003] 数字预失真技术一般通过反馈回路采集功放反馈数据进行系数估计,从而达到改善功放线性度的目的。但实际应用中,在成熟产品的功放里增加反馈回路对成本、处理时间等方面提出了更高的要求。 发明内容[0004] 有鉴于此,本发明提出了一种环境自适应的数字预失真方法与装置。本发明通过提前采集功放特性确定预失真系数,不增加反馈回路,在减少升级成本和难度的基础上提升功放线性度。 [0005] 为了实现上述目的,本发明所采取的技术方案为: [0006] 一种环境自适应的数字预失真方法,包括以下步骤: [0008] 步骤2、将当前传输的基带输入信号的功率和频率与上一个传输的基带输入信号的功率和频率进行对比,判断是否超出变化阈值,若是则根据当前传输的基带输入信号的功率与频率,选择对应的预失真系数矩阵计算复增益系数矩阵,否则将上一个传输的基带输入信号的复增益系数矩阵记作当前传输的基带输入信号的复增益系数矩阵; [0009] 步骤3、计算基带输入信号的归一化模值,并将归一化模值与复增益系数矩阵的量化深度相乘,乘积的整数位为基带输入信号的复增益系数的地址位,根据地址位得到基带输入信号的复增益系数;并根据基带输入信号与复增益系数,得到与功率放大器的功放特性相反的预失真信号。 [0010] 进一步地,步骤1的具体方式为: [0011] (101)建立功率放大器的功放模型: [0012] [0013] 其中,x(n)为当前传输的基带输入信号,y(n)为输出信号,M为功率放大器的记忆深度,K为功率放大器的非线性阶数; [0014] (102)根据功放模型计算akm的值,建立由akm组成的K行M列的预失真系数矩阵。 [0015] 进一步地,步骤2中,将当前传输的基带输入信号与上一个传输的基带输入信号进行对比,当功率变化大于±1dB,或者频率变化大于1/2信号带宽时判定为超出变化阈值。 [0016] 进一步地,步骤2中,选择对应的预失真系数矩阵计算复增益系数矩阵的具体方式为: [0017] (201)将|x(n‑m)|按照复增益系数矩阵的量化深度N进行均匀量化,m=0,1,p2......M‑1;N=2,p为正整数; [0018] (202)将量化数据依次代入下述公式计算Gqm的值: [0019] [0020] (203)建立由Gqm组成的N行M列的复增益系数矩阵G。 [0021] 进一步地,步骤3中,根据地址位得到基带输入信号的复增益系数的具体方式如下: [0022] 针对地址位Q,选取复增益系数矩阵G的第Q行元素,将第Q行元素组成的1行M列的矩阵作为当前基带输入信号的复增益系数,Q=1,2,3......N。 [0023] 一种环境自适应的数字预失真装置,包括FPGA与ARM,所述FPGA用于实现状态监控模块与预失真器模块; [0024] 所述状态监控模块接收仿真计算得到的不同功率与不同频率状态下基带输入信号的预失真系数矩阵; [0025] 当有基带输入信号传输时,状态监控模块将当前传输的基带输入信号的功率和频率与上一个传输的基带输入信号的功率和频率对比,判断是否超出变化阈值;若超出变化阈值,则根据当前传输的基带输入信号的功率与频率,选择对应的预失真系数矩阵传输至ARM,否则向ARM发送维持信号; [0026] 所述ARM若接收到预失真系数矩阵,则根据预失真系数矩阵计算复增益系数矩阵,并将计算得到的复增益系数矩阵传输至预失真器模块,若介绍到维持信号,则将上一个传输的基带输入信号的复增益系数矩阵记作当前传输的基带输入信号的复增益系数矩阵,并传输至预失真器模块; [0027] 所述预失真器模块包括复增益系数矩阵接收模块、基带信号接收模块、地址产生模块、复增益运算模块与预失真信号发送模块; [0028] 所述复增益系数矩阵接收模块用于接收ARM传输的复增益系数矩阵;所述基带信号接收模块用于接收基带输入信号;所述地址产生模块用于根据基带输入信号的归一化模值,计算基带输入信号的复增益系数的地址位;所述复增益运算模块用于根据地址位与复增益系数矩阵得到基带输入信号的复增益系数,并根据基带输入信号与复增益系数计算得到与功率放大器的功放特性相反的预失真信号;所述预失真信号发送模块用于发送预失真信号。 [0029] 由于采用了上述技术方案,本发明相对于背景技术具有以下有益效果: [0030] 1、本发明通过提前采集功放特性确定预失真系数,不增加反馈回路,从而减少成本。 [0032] 图1是本发明实施例中的一种环境自适应的数字预失真方法与装置的流程示意图。 [0033] 图2是图1的系数提取仿真原理图。 [0034] 图3是图1中系数提取仿真的结构示意图。 [0035] 图4是图1中预失真信号产生的原理图。 [0036] 图5是图1中的预失真器模块的功能示意图。 [0037] 图6是图1中预失真器模块的状态转移图。 具体实施方式[0038] 下面结合附图和实例,对本发明实施例中的技术方案做进一步地描述。 [0039] 一种环境自适应的数字预失真方法,如图1所示,包括以下步骤: [0040] 步骤1、根据功率放大器的功放模型,仿真计算不同功率与不同频率状态下基带输入信号的预失真系数矩阵; [0041] 具体的,系数提取的功能原理图如图2所示,如图3所示,本实施例中采用MATLAB产生基带输入信号,将基带输入信号下载至矢量信号源,之后将该信号传输至功率放大器中进行信号放大,随后经过衰减器,由实时信号分析仪采集反馈数据;最后将数据送回MATLAB中进行信号时延校准、模型系数提取和预失真信号产生的工作,重复上述过程三次以上,将输出信号的邻信道功率比降至所需范围内,达到线性化功放的目的。 [0042] 步骤2、将当前传输的基带输入信号的功率和频率与上一个传输的基带输入信号的功率和频率进行对比,判断是否超出变化阈值,若是则根据当前传输的基带输入信号的功率与频率,选择对应的预失真系数矩阵计算复增益系数矩阵,否则将上一个传输的基带输入信号的复增益系数矩阵记作当前传输的基带输入信号的复增益系数矩阵; [0043] 步骤3、如图5所示,计算基带输入信号的归一化模值,并将归一化模值与复增益系数矩阵的量化深度相乘,乘积的整数位为基带输入信号的复增益系数的地址位,根据地址位得到基带输入信号的复增益系数;如图4所示,并根据基带输入信号与复增益系数,得到与功率放大器的功放特性相反的预失真信号。 [0044] 进一步地,步骤1的具体方式为: [0045] (101)建立功率放大器的功放模型: [0046] [0047] 其中,x(n)为当前传输的基带输入信号,y(n)为输出信号,M为功率放大器的记忆深度,K为功率放大器的非线性阶数; [0048] (102)根据功放模型计算akm的值,建立由akm组成的K行M列的预失真系数矩阵。 [0049] 进一步地,步骤2中,将当前传输的基带输入信号与上一个传输的基带输入信号进行对比,当功率变化大于±1dB,或者频率变化大于1/2信号带宽时判定为超出变化阈值。 [0050] 进一步地,步骤2中,选择对应的预失真系数矩阵计算复增益系数矩阵的具体方式为: [0051] (201)将|x(n‑m)|按照复增益系数矩阵的量化深度N进行均匀量化,m=0,1,p2......M‑1;N=2,p为正整数; [0052] (202)将量化数据依次代入下述公式计算Gqm的值: [0053] [0054] (203)建立由Gqm组成的N行M列的复增益系数矩阵G。 [0055] 进一步地,步骤3中,根据地址位得到基带输入信号的复增益系数的具体方式如下: [0056] 针对地址位Q,选取复增益系数矩阵G的第Q行元素,将第Q行元素组成的1行M列的矩阵作为当前基带输入信号的复增益系数,Q=1,2,3......N。 [0057] 一种环境自适应的数字预失真装置,包括FPGA与ARM,所述FPGA用于实现状态监控模块与预失真器模块; [0058] 所述状态监控模块接收仿真计算得到的不同功率与不同频率状态下基带输入信号的预失真系数矩阵; [0059] 当有基带输入信号传输时,状态监控模块将当前传输的基带输入信号的功率和频率与上一个传输的基带输入信号的功率和频率对比,判断是否超出变化阈值;若超出变化阈值,则根据当前传输的基带输入信号的功率与频率,选择对应的预失真系数矩阵传输至ARM,否则向ARM发送维持信号; [0060] 所述ARM若接收到预失真系数矩阵,则根据预失真系数矩阵计算复增益系数矩阵,并将计算得到的复增益系数矩阵传输至预失真器模块,若介绍到维持信号,则将上一个传输的基带输入信号的复增益系数矩阵记作当前传输的基带输入信号的复增益系数矩阵,并传输至预失真器模块; [0061] 所述预失真器模块包括复增益系数矩阵接收模块、基带信号接收模块、地址产生模块、复增益运算模块与预失真信号发送模块; [0062] 所述复增益系数矩阵接收模块用于接收ARM传输的复增益系数矩阵;所述基带信号接收模块用于接收基带输入信号;所述地址产生模块用于根据基带输入信号的归一化模值,计算基带输入信号的复增益系数的地址位;所述复增益运算模块用于根据地址位与复增益系数矩阵得到基带输入信号的复增益系数,并根据基带输入信号与复增益系数计算得到与功率放大器的功放特性相反的预失真信号;所述预失真信号发送模块用于发送预失真信号。 [0063] 具体的,预失真器模块的设计要考虑三种情况:第一是系统上电后或者复位后信号直通;第二是ARM首次传输复增益系数矩阵时保证信号直通,从而防止出现复增益系数矩阵信号和直通信号交替产生的震荡;第三是ARM再次传输新的复增益系数矩阵时保证输出旧的复增益系数矩阵,从而防止出现新旧复增益系数矩阵信号交替产生的震荡。 [0064] 如图6所示,所述预失真器模块包括双端口随机存取存储器与选通模块,双端口随机存取存储器包括A区与B区;当系统上电后或复位后以及状态监控模块首次向预失真器模块传输复增益系数矩阵时,基带输入信号直通,作为预失真信号,当状态监控模块向预失真器模块传输新的复增益系数矩阵时,A区与B区交替实现输出与存储功能。 [0065] 因此,本方法通过提前采集功放特性确定预失真系数,不增加反馈回路,在减少升级成本和难度的基础上提升功放线性度。 |