一种联合补偿IQ不平衡和PA非线性的数字预失真方法技术

本发明专利技术涉及一种联合补偿IQ不平衡和PA非线性的数字预失真方法。该方法通过综合考虑同时补偿I/Q不平衡和PA非线性的要求，在传统的基于一般性记忆多项式(GMP,Generalized Memory Polynomial)的数字预失真模型上进一步考虑I/Q不平衡的影响，使之能够同时完成对I/Q不平衡非线性和功放非线性的补偿，从而达到消除发射机中主要非线性的目的。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术针对存在IQ不平衡条件下的功放非线性失真问题，提供了一种联合补偿IQ不平衡和PA非线性的数字预失真方法。
技术介绍
随着移动通信技术的飞速发展，为在有限的频谱资源上承载更高的数据流量，现代无线通信中更多地采用的是诸如正交幅度调制(QAM,QuadratureAmplitudeModulation)或者正交频分复用(OFDM,OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing)等非恒定包络的调制技术。然而，这些技术产生的信号具有较高的峰均比(PAPR,PeaktoAveragePowerRatio),要求射频端的功率放大器具有很宽的线性放大范围，否则容易因功放固有的非线性特性产生非线性失真问题。信号的非线性失真不仅会引起带外扩展，干扰邻近信道正常的通信业务，从而降低系统的频谱使用效率，而且还会导致带内失真，影响接收端的判决检测性能，从而恶化系统的误码性能。针对功率放大器的非线性问题，相关学者提出了一系列的功放线性化方法：功率回退技术、前馈技术、包络消除与恢复技术、非线性器件线性化技术和数字预失真技术。其中，功率回退技术具有实现简单的优点，但是电源效率较差；前馈线性化技术适合宽带通信且具有较好的线性化性能，但是存在着结构复杂、成本高的缺点；对于包络消除和恢复技术，尽管具有较高的效率和线性化能力，但存在着延时匹配困难和复杂度较高的问题；类似，非线性器件线性化技术也存在着准确匹配难、自适应差、代价成本高的缺点。而数字预失真技术因其适用带宽宽、补偿精度高、自适应性好和实现成本低的优势，其前景最为看好。事实上，发射机的非线性来源不仅是功率放大器，还包括正交调制器。在实际系统中，发射机中的正交调制器在进行变频过程中，存在着幅度和相位不匹配的问题，即I/Q不平衡的问题，使得同相信号与正交信号之间出现相互干扰。此时，如果仅仅使用传统的数字预失真来改善功放的非线性，其性能是受限的。针对存在I/Q不平衡下的功放非线性失真，传统的解决方法是一种分级的策略：首先对I/Q不平衡进行补偿；然后再对功放的非线性进行数字预失真补偿。这种方法需要在数字预失真模块的前端设计一个I/Q不平衡补偿的模块，因而增加了射频设计的硬件开销。此外这种方法，在第一阶段对I/Q不平衡进行补偿时，尽管对PA进行了较大的功率回退，但是PA仍然存在着一定的非线性失真，会影响I/Q不平衡补偿模块参数训练的准确性，并导致第二阶段的数字预失真的参数辨识过程中存在较大的误差，最终影响着射频段非线性的补偿能力。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是：克服来自I/Q不平衡的非线性对数字预失真的干扰，提供一种联合补偿I/Q不平衡和PA非线性的数字预失真方法。该方法通过综合考虑同时补偿I/Q不平衡和PA非线性的要求，在传统的基于一般性记忆多项式(GMP,GeneralizedMemoryPolynomial)的数字预失真模型上进一步考虑I/Q不平衡的影响，使之能够同时完成对I/Q不平衡非线性和功放非线性的补偿，从而达到消除发射机中主要非线性的目的。本专利技术的技术方案是：首先，根据I/Q不平衡的特点，推导出对应的I/Q不平衡补偿模块的数学表达；其次，将I/Q不平衡补偿模块的数学关系带入传统的GMP模型中，得到联合补偿的初步表达式；第三，通过对获得的联合表达式进行适当的数学变换，得到便于实现的联合补偿I/Q不平衡和PA非线性的数字预失真模型。技术方案包括以下步骤：第一步：分析I/Q不平衡的特点，推导出对应的补偿模块。设原始信号为，其中，，和分别为信号的实部与虚部。其对应的受I/Q不平衡影响而发生失真的信号为，即：（1）式中，表示增益不平衡因子，为相位不平衡因子。I/Q不平衡补偿模块的目的是从失真信号中恢复出原始信号，对式(1)进行变换可以得到：（2）其中，表示共轭运算，和。根据式（2）可知，I/Q不平衡的补偿模块具有如下形式：（3）其中，和分别为补偿模块的输入和输出，和分别为I/Q不平衡补偿模块中待求解的系数。第二步：将I/Q不平衡补偿模块带入传统的数字预失真模型中。相比Volterra级数模型和记忆多项式(MP,MemoryPolynomial)模型，一般性的记忆多项式(GMP,GeneralizedMemoryPolynomial)模型在复杂度和建模精度上进行了折中考虑，因而得到广泛的应用，其数学表达式为：（4）其中，和分别为模型的输入与输出，为记忆多项式分支的系数，和分别为滞后交叉项分支和提前交叉项分支的系数，和分别为记忆多项式分支的非线性阶数和记忆深度，、和分别为滞后交叉部分的非线性阶数、记忆深度和滞后效应深度，、和分别为提前交叉部分的非线性阶数、记忆深度和提前效应深度。将式（4）带入式（3），可得：（5）第三步：对联合表达式进行适当数学变换。定义：（6）则式(5)可以写为：（7）即为所求的联合补偿I/Q不平衡和PA非线性的数字预失真模型，其中、、、、和为待定求解的系数。从式(7)可以看出，提出的联合模型系数与模型输出是线性关系的，因此可以类似于传统的GMP模型，使用LS类算法进行系数求解。定义：（8）那么，式（7）改写成矩阵的形式即为：（9）其中，表示信号样点数目，为模型系数数目，即，为所有待求解的系数的矢量表示，即：（10）其中，表示转置运算。为个输出信号样点的矩阵形式：（11）而表示输入序列生成的输入偏置项对应的矩阵：（12）利用LS(LeastSquares)算法，系数矢量可以通过下式进行估计：（13）这里，表示共轭转置运算，表示矩阵求逆运算。特别地，仿真中功率放大器模型选择记忆多项式模型(MP,MemoryPolynomial)，其数学表达式为：（14）式中，和分别为模型的输入与输出，和分别为模型的记忆深度和非线性阶数，为模型的系数，取值如下：（15）为有效补偿PA的非线性，数字预失真模型选择基于（4）式的GMP模型和基于(7)式的联合模型，且相关参数设置为：、、、、、、和。本专利技术的有益效果是：本专利技术克服了I/Q不平衡对数字预失真的非线性补偿性能的限制，提供了一种联合补偿I/Q不平衡和PA非线性的数字预失真方案。相比传统的分级方法，该方案不需要预先单独完成对I/Q不平衡的准确补偿，因而减少了射频硬件本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种联合补偿IQ不平衡和PA非线性的数字预失真方法，考虑同时补偿I/Q不平衡和PA非线性的要求，在基于一般性记忆多项式GMP, Generalized Memory Polynomial的数字预失真模型上考虑I/Q不平衡的影响，使之能够同时完成对I/Q不平衡非线性和功放非线性的补偿，从而达到消除发射机中主要非线性的目的，其特征在于，具体步骤如下：第一步：根据I/Q不平衡的特点，推导出对应的I/Q不平衡补偿模块的数学表达；第二步：将I/Q不平衡补偿模块的数学关系带入GMP模型中，得到联合补偿的初步表达式；第三步：通过对获得的联合表达式进行适当的数学变换，得到便于实现的联合补偿I/Q不平衡和PA非线性的数字预失真模型。

【技术特征摘要】
1.一种联合补偿IQ不平衡和PA非线性的数字预失真方法，考虑同时补偿I/Q不平衡和
PA非线性的要求，在基于一般性记忆多项式GMP,GeneralizedMemoryPolynomial的数字
预失真模型上考虑I/Q不平衡的影响，使之能够同时完成对I/Q不平衡非线性和功放非线性
的补偿，从而达到消除发射机中主要非线性的目的，其特征在于，具体步骤如下：
第一步：根据I/Q不平衡的特点，推导出对应的I/Q不平衡补偿模块的数学表达；
第二步：将I/Q不平衡补偿模块的数学关系带入GMP模型中，得到联合补偿的初步表达
式；
第三步：通过对获得的联合表达式进行适当的数学变换，得到便于实现的联合补偿I/Q
不平衡和PA非线性的数字预失真模型。
2.根据权利要求1所述的一种联合补偿IQ不平衡和PA非线性的数字预失真方法，其特
征在于，所述步骤一具体内容如下：
分析I/Q不平衡的特点，推导出对应的补偿模块，
设原始信号为，其中，，和分别为信号的实部与
虚部，其对应的受I/Q不平衡影响而发生失真的信号为，即：
（1）
式中，表示增益不平衡因子，为相位不平衡因子，
I/Q不平衡补偿模块的目的是从失真信号中恢复出原始信号，对式(1)
进行变换可以得到：
（2）
其中，表示共轭运算，和，
根据式（2）可知，I/Q不平衡的补偿模块具有如下形式：
（3）
其中，和分别为补偿模块的输入和输出，和分别为I/Q不平衡补偿模块
中待求解的系数。
3.根据权利要求1所述的一种联合补偿IQ不平衡和PA非线性的数字预失真方法，其特
征在于，所述步骤二具体内容如下：
将I/Q不平衡补偿模块带入传统的数字预失真模型中，
一般性的记忆多项式GMP,GeneralizedMemoryPolynomial模型，其数学表达式为：
（4）
...

【专利技术属性】
技术研发人员：辜方林，王杉，魏急波，谭超强，赵海涛，王非一，韩伟，刘潇然，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科学技术大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43