CN102904846B - 一种适应快变信号的数字预失真处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种适应快变信号的数字预失真处理方法，包括以下步骤：在并行处理器件内存储一组训练信号，系统启动时由并行处理器件发送该训练信号给功放，同时采集功放输入和输出信号提供给串行处理器件计算消除记忆效应的滤波器系数，串行处理器件消除时延后，计算系统的通带波动，并计算反向校正滤波器系数，提供给并行处理器件做记忆效应的校正；系统启动后，并行处理器件不断采集功放输入和输出信号，消除时延和增益差后实时更新校正无记忆非线性的查找表；系统正常工作时，并行处理器件先对输入信号做无记忆非线性校正，再进行记忆效应消除，输出给发射链路。本发明适于快变的现代通信信号，减少了带外泄漏，提高了频谱使用率和系统的容量。
Description
技术领域
本发明涉及功放（功率放大器）线性化的处理方法，特别涉及一种适应快变信号的数字预失真处理方法。
背景技术
随着无线通信的发展，信号带宽越来越宽，其包络起伏和峰均比也越来越大，这对宽带发信通道，尤其是混频器和功放提出了更高的线性要求。这主要是因为半导体器件在大信号下具有不可避免的非线性特性，当宽带发信机工作在非线性区时，会产生严重的互调分量，在工作频带内就可以造成信号间的相互干扰,在工作频带外产生不需要的频谱泄漏。
如何提高系统的线性度是宽带系统需要解决的一个重要问题，为了解决线性度的问题，可以采用三种方法：一种是选择合适的超线性半导体器件，设计出符合性能要求的宽带发信机，不过这种方法花费巨大，且技术难度很高；第二种方法是将整个发射通道进行功率回退，使发射通道工作在线性区，这种方法大大降低了系统的工作效率；第三种方法是采用线性化技术，即采用适当的外围电路，对发信通道的非线性进行校正，从而在电路整体上呈现对输入信号的线性放大效果，这种方法成本低，器件选择也比较灵活，是目前来看最适合的方法。而线性化方法中，又以数字预失真（DPD）技术最为简单有效。在DPD系统中，信号首先通过一个预失真器进行校正，然后在再送到功放进行放大输出，预失真器产生的信号失真特性与发信通道的失真特性相反，从而可以抵消失真分量，得到无失真的信号输出。
数字预失真处理的步骤通常是，在数字基带采集功放的输入和输出信号，基于预先设定的功放模型计算预失真系数，再将该系数用于预失真处理。数字预失真处理一般的硬件实现方法是，使用ADC采集功放的输入和输出信号，计算预失真系数在DSP或软核等串行处理器件内进行，而使用预失真系数进行预失真处理在FPGA或专用芯片等并行处理器件内进行，如申请号为CN200810114051.1的专利所述。这种硬件实现方法存在的主要问题是：由于DSP接收数据的接口速度比较慢，同时DSP计算预失真系数所耗费的时间通常是几秒，而预失真处理的速度通常是几百MHz，这也就是说DSP不可能实时地计算和更新预失真系数，因此DSP只能间断地更新预失真处理系数，即采集一段功放的输入和输出信号计算预失真系数，再将系数传递给预失真处理模块，整个过程要耗费几秒钟，这样当前预失真处理模块使用的预失真处理系数是几秒前的功放输入输出数据计算的。而现代移动通信信号的变化是非常快的，通常一个帧长为毫秒量级，随着用户的接入和退出，移动通信信号的带宽和幅度变化非常大，同时移动通信系统常采用跳频技术，即信号所处的频点也会在不同帧的时间段内发生跳变。所有上述因素都对传统预失真技术实现方式的效果造成了影响，使得预失真技术在快变信号的条件下难以产生较好的效果，对相邻频段产生较大干扰，从而降低了移动通信系统的容量和覆盖范围。
发明内容
为了克服现有技术的上述缺点与不足，本发明的目的在于提供一种适应快变信号的数字预失真处理方法，解决了传统数字预失真方法不能适应于快变的现代通信信号的问题。
本发明的目的通过以下技术方案实现：一种适应快变信号的数字预失真处理方法,包括以下步骤：
（1）系统正常工作前，并行处理器件内部存储一段训练信号x0(t)，x0(t)的带宽由功放输出信号所需关注的最大带宽决定；
（2）系统启动时由并行处理器件通过发射链路发送训练信号x0(t)给功放，同时通过反馈链路采集功放输出信号y0(t)，再将x0(t)和y0(t)都发送给串行处理器件处理，串行处理器件对x0(t)和y0(t)分别做傅里叶变换得到x0(f)和y0(f),将y0(f)除以x0(f)得到系统的频域通带波动z0(f)，对z0(f)执行反傅里叶变换得到z0(t)，将z0(t)发送给并行处理器件；
（3）系统正常工作时，由并行处理器采集一段功放输入信号x'(t)（x'(t)为x(t)的一段信号，即x'(t)∈x(t)）和一段功放输出信号y'(t)（y'(t)为y(t)的一段信号，即y'(t)∈y(t)），消除时延和增益差后，按幅度得到两者的对应关系，即|y′(t)|=F(|x′(t)|)，由此制作查找表LUT(amp)，其中amp为功放输入信号的幅度范围，并不断采集功放输入和输出信号进行更新；并行处理器件根据x(t)的幅度，在LUT(amp)中找到对应的输出LUT(|x(t)|)，再将输出给记忆效应校正模块，记忆效应校正模块将x(t)与z0(t)卷积输出。
与现有技术相比，本发明具有以下优点和有益效果：
（1）本发明将预失真处理分解为记忆效应消除和无记忆非线性消除两个步骤，而后者可以在并行处理器件中实时运算，从而实现了以微秒级的速度更新预失真系数，而现代移动通信信号的一个帧长为毫秒量级，因此本发明能够大大提高预失真系数的更新速度，快速跟上无线通信信号的变化。
（2）本发明在系统正常工作前采用宽带训练信号已对系统的通带波动进行了校正，这就相当于消除了系统的记忆效应，这样预失真模块就能适用于不同带宽的信号，从而避免了记忆效应导致的非线性。
（3）本发明从根本上解决了传统数字预失真方法不能适应于快变的现代通信信号的问题，不论信号的带宽和幅度如何变化，本发明都能保持一个较好的非线性校正效果，从而减少了带外泄漏，提高了频谱使用率和系统的容量。
附图说明
图1为本发明用于实现数字预失真处理的整体硬件框图。
图2为本发明的数字预失真处理方法的流程图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图，对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
实施例
图1为本实施例用于实现数字预失真处理的整体硬件框图，包括串行处理器件、并行处理器件、发射链路、反馈链路、功率放大器和天线。
如图2所示，本实施例的适应快变信号的数字预失真处理方法，包括以下步骤：
（1）系统正常工作前，并行处理器件内部存储一段训练信号x0(t)，x0(t)的带宽由功放输出信号所需关注的最大带宽决定；
（2）系统启动时由并行处理器件通过发射链路发送训练信号x0(t)给功放，同时通过反馈链路采集功放输出信号y0(t)，再将x0(t)和y0(t)都发送给串行处理器件处理，串行处理器件对x0(t)和y0(t)分别做傅里叶变换得到x0(f)和y0(f),将y0(f)除以x0(f)得到系统的频域通带波动z0(f)，对z0(f)执行反傅里叶变换得到z0(t)，将z0(t)发送给并行处理器件；
（3）系统正常工作时，由并行处理器通采集一段功放输入信号x'(t)和一段功放输出信号y'(t)，消除时延和增益差后，按幅度得到两者的对应关系，即|y′(t)|=F(|x′(t)|)，由此制作查找表LUT(amp)，其中amp为功放输入信号的幅度范围，并不断采集功放输入和输出信号进行更新；并行处理器件根据x(t)的幅度，在LUT(amp)中找到对应的输出LUT(|x(t)|)，再将输出给记忆效应校正模块，记忆效应校正模块将x(t)与z0(t)卷积输出。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受所述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (1)
1.一种适应快变信号的数字预失真处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）系统正常工作前，并行处理器件内部存储一段训练信号x0(t)，x0(t)的带宽由功放输出信号所需关注的最大带宽决定；
（2）系统启动时，由并行处理器件通过发射链路发送训练信号x0(t)给功放，同时通过反馈链路采集功放输出信号y0(t)，再将x0(t)和y0(t)都发送给串行处理器件处理，串行处理器件对x0(t)和y0(t)分别做傅里叶变换得到x0(f)和y0(f),将y0(f)除以x0(f)得到系统的频域通带波动z0(f)，对z0(f)执行反傅里叶变换得到z0(t)，将z0(t)发送给并行处理器件；
（3）系统正常工作时，由并行处理器采集一段功放输入信号x'(t)和一段功放输出信号y'(t)，消除时延和增益差后，按幅度得到两者的对应关系，即|y′(t)|=F(|x′(t)|)，由此制作查找表LUT(amp)，其中amp为功放输入信号的幅度范围，并不断采集功放输入和功放输出信号进行更新；并行处理器件根据x(t)的幅度，在LUT(amp)中找到对应的输出LUT(|x(t)|)，再将输出给记忆效应校正模块，记忆效应校正模块将输入信号x(t)与z0(t)卷积输出。
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