一种数字预失真自适应处理方法技术

本发明专利技术公开了一种数字预失真自适应处理方法，涉及无线通信系统信号处理技术领域。本发明专利技术通过对LMS系数更新算法中幅度高阶项映射成查找表，减少FPGA定点运算时量化位宽和截位效应造成的误差，然后将相同的因子的乘积项进行分步计算，降低系数更新算法消耗的乘法器资源，从而降低FPGA的功耗。

【技术实现步骤摘要】
一种数字预失真自适应处理方法
本专利技术涉及无线通信系统信号处理
，更具体地说涉及一种数字预失真自适应处理方法。
技术介绍
在现代通信系统中，频谱资源越来越拥挤，为了提高频率效率，高阶调制体制和多载波信号体制应用越来越广泛。然而，这种体制的信号包络是非恒定的，具有较高的功率峰均比PAPR(Peak-to-average-power,PAPR)，这加剧了功率放大器的线性与效率的矛盾。为了提高功放效率，功放往往工作在饱和点，这会造成信号的频谱扩展，干扰邻近信道信号的正常传输，而且会恶化信号的误差矢量幅度EVM(Errorvectormagnitude,EVM)；为了满足系统的线性度，往往将功放的输入功率回退到线性区，而且PAPR越大，功率回退越多，这会牺牲功放效率，一方面需增加额外的散热设备，增加系统成本，另一方面造成能量浪费。为了满足功放的高效率和系统的线性需求，需对功放采取必要的线性化处理。数字预失真技术DPD(DigitalPredistortion,DPD)是一种在基带对信号进行预失真，能够在数字上对功放产生的非线性进行抵销，使得发射机系统保持线性的线性化技术。由于DPD技术在数字上的灵活性好，线性化性能好及自适应性能好的特点，在当今的商业无线基站、手机终端、专用高效无线发射机等应用中，广泛采用了DPD技术。如图1所示，DPD技术一般分为两个部分：预失真模型建立和系数提取两个模块，其中预失真模型一般采用记忆多项式模型MP(MemoryPolynomial，MP)，其表达式为：其中x(n)和y(n)分别为模型的输入输出，amk为模型的系数，K和M分别为模型的非线性阶数和记忆深度。系数提取模块在硬件实现时，一般采用最小均方误差算法LMS(LeastMeanSquare,LMS)。在5G及未来的通信系统中，信号的带宽越来越宽，传输速率越来越高，工作状态会因信道环境迅速变化，必须提高DPD的系数更新收敛速度。未来满足DPD系统的LMS系数更新速度，只有通过高速率的FPGA进行实现。图2是LMS系数更新的原理示意图，在图2中，根据输入信号x(n)和反馈信号y(n)的误差进行LMS系数更新：ei(n)＝yi(n)-xi(n)(2)利用LMS算法可求解得到aimk。其中μ为迭代的步长，(·)*为共轭运算。在FPGA中实现(3)式时，消耗的乘法器资源为KM(K+5)，乘法器资源与K2成正比，消耗大量乘法器，增加FPGA的功耗；且存在|yi(n-m)|k-1的运算，复杂度高，如用乘法器计算，一方面消耗大量的乘法器资源，另一方面其计算精度受到量化位宽和截位效应的影响。因此，LMS系数更新算法在FPGA中实现，存在以下困难：(1)基于MP模型的LMS算法，系数计算时有幅度高阶项，随着阶数的增加，乘法器资源消耗量大，甚至超出FPGA中的乘法器资源，FPGA无法实现高阶的LMS算法。(2)常规的LMS系数更新算法计算复杂度高，消耗资源多，增加FPGA的功耗，导致发射机的整机效率降低。
技术实现思路
为了克服上述现有技术中存在的缺陷和不足，本专利技术提供了一种功率放大器数字预失真自适应处理方法，本专利技术通过对LMS系数更新算法中幅度高阶项映射成查找表，减少FPGA定点运算时量化位宽和截位效应造成的误差，然后将相同的因子的乘积项进行分步计算，降低系数更新算法消耗的乘法器资源，从而降低FPGA的功耗。为了解决上述现有技术中存在的问题，本专利技术是通过下述技术方案实现的：一种数字预失真自适应处理方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤A、通过硬件反馈通道获取射频功放的反馈信号y(n)；步骤B、观察y(n)是否存在频谱扩展，判断其是否线性，若y(n)的频谱没有发生扩展，则线性效果收敛，说明当前DPD系数收敛，不需要更新，直接进入到步骤G；若y(n)的频谱发生扩展，则发生非线性失真，DPD系数没有收敛，进入到步骤C；步骤C、启动LMS系数更新模块，根据输入信号x(n)和输出信号y(n)的误差进行LMS系数更新，利用LMS算法可求解得到模型系数；步骤D、计算步骤C中的模型系数求解公式中的误差信号乘积，将误差乘积与幅度高阶项对应，将误差信号乘积计算完成后，进入步骤E；步骤E、将幅度高阶项提前计算好，并映射成查找表，将信号幅度作为表地址进行查表，分别查出各幅度高阶项的值，进入步骤F；步骤F，根据步骤D和步骤E中计算的误差信号乘积和幅度高阶项在FPGA中进行逻辑处理之后，代入步骤C的模型系数求解公式中，，得到LMS更新后的第i代模型系数aimk，并更新预失真器的系数；步骤G，预失真器系数更新，得到预失真信号，计算结束。步骤A、通过硬件反馈通道获取射频功放的反馈信号y(n)，用MP模型表示为：其中，x(n)和y(n)分别为模型的输入输出，amk为模型的系数，K和M分别为模型的非线性阶数和记忆深度；步骤B、观察y(n)是否存在频谱扩展，判断其是否线性，若y(n)的频谱没有发生扩展，则线性效果收敛，说明当前DPD系数收敛，不需要更新，直接进入到步骤G；若y(n)的频谱发生扩展，则发生非线性失真，DPD系数没有收敛，进入到步骤C；步骤C、启动LMS系数更新模块，根据输入信号x(n)和输出信号y(n)的误差进行LMS系数更新：ei(n)＝yi(n)-xi(n)(2)利用LMS算法可求解得到aimk，则其中，μ为迭代的步长，(·)*为共轭运算；令(ei(n)(yi(n-m))*)为误差信号乘积，|yi(n-m)k-1,k＝1,2,3…,为幅度高阶项；步骤D、计算公式(3)中的误差信号乘积，将误差信号乘积与幅度高阶项对应，将误差信号乘积计算完成之后，进入步骤E；步骤E、将|yi(n-m)|k-1,k＝1,2,3…,提前计算好，并映射成查找表，根据幅度项|yi(n-m)|进行查表，分别查出幅度高阶项的值，进入步骤F；步骤F，根据步骤D和步骤E中计算的(ei(n)(yi(n-m))*)和|yi(n-m)|k-1,k＝1,2,3…,在FPGA中进行逻辑处理之后，代入公式(3)，得到LMS更新后的第i代系数aimk，并更新预失真器的系数；步骤G，预失真器系数更新，得到预失真信号，计算结束。所述步骤E中将|yi(n-m)|k-1,k＝1,2,3…,映射成查找表，具体是指：将|yi(n-m)|归一化到(0,1)，然后通过仿真确定表项大小，分别计算出|yi(n-m)|k-1,k＝1,2,3…,中各表项的内容，映射成查找表，并写入FPGA的ROM中；将|yi(n-m)|作为表地址，在计算时根据其值即可查出|yi(n-m)|k-1,k＝1,2,3…,的值。步骤A、通过硬件反馈通道获取射频功放的反馈信号y(n)，用一般记忆多项式模型(GeneralizedMemorypolynomial,GMP)表示为：其中，x(n)和y(n)分别为模型的输入输出，amk、bmlk、cmlk为模型的系数，Ka,Kb,Kc和Ma,Mb,Mc分别为模型的非线性阶数和记忆深度，Lb和Lc分别是模型的滞后记忆效应和超前记忆效应；步骤B、观察y(n)是否存在频谱扩展，判断其是否线性，若y(n)的频谱没有发生扩展，则线性效果收敛，说明当前DPD系数收敛，不需要更新，得到预失真信号；若y(n)的频谱发生扩展本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种数字预失真自适应处理方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤A、通过硬件反馈通道获取射频功放的反馈信号y(n)；步骤B、观察y(n)是否存在频谱扩展，判断其是否线性，若y(n)的频谱没有发生扩展，则线性效果收敛，说明当前DPD系数收敛，不需要更新，直接进入到步骤G；若y(n)的频谱发生扩展，则发生非线性失真，DPD系数没有收敛，进入到步骤C；步骤C、启动LMS系数更新模块，根据输入信号x(n)和输出信号y(n)的误差进行LMS系数更新，利用LMS算法可求解得到模型系数；步骤D、计算步骤C中的模型系数求解公式中的误差信号乘积，将误差乘积与幅度高阶项对应，将误差信号乘积计算完成后，进入步骤E；步骤E、将幅度高阶项提前计算好，并映射成查找表，根据幅度项进行查表，分别查出各幅度高阶项的值，进入步骤F；步骤F，根据步骤D和步骤E中计算的误差信号乘积和幅度高阶项在FPGA中进行逻辑处理之后，代入步骤C的模型系数求解公式中，，得到LMS更新后的第i代模型系数a

【技术特征摘要】
1.一种数字预失真自适应处理方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤A、通过硬件反馈通道获取射频功放的反馈信号y(n)；步骤B、观察y(n)是否存在频谱扩展，判断其是否线性，若y(n)的频谱没有发生扩展，则线性效果收敛，说明当前DPD系数收敛，不需要更新，直接进入到步骤G；若y(n)的频谱发生扩展，则发生非线性失真，DPD系数没有收敛，进入到步骤C；步骤C、启动LMS系数更新模块，根据输入信号x(n)和输出信号y(n)的误差进行LMS系数更新，利用LMS算法可求解得到模型系数；步骤D、计算步骤C中的模型系数求解公式中的误差信号乘积，将误差乘积与幅度高阶项对应，将误差信号乘积计算完成后，进入步骤E；步骤E、将幅度高阶项提前计算好，并映射成查找表，根据幅度项进行查表，分别查出各幅度高阶项的值，进入步骤F；步骤F，根据步骤D和步骤E中计算的误差信号乘积和幅度高阶项在FPGA中进行逻辑处理之后，代入步骤C的模型系数求解公式中，，得到LMS更新后的第i代模型系数aimk，并更新预失真器的系数；步骤G，预失真器系数更新，得到预失真信号，计算结束。2.如权利要求1所述的一种数字预失真自适应处理方法，其特征在于：步骤A、通过硬件反馈通道获取射频功放的反馈信号y(n)，用MP模型表示为：其中，x(n)和y(n)分别为模型的输入输出，amk为模型的系数，K和M分别为模型的非线性阶数和记忆深度；步骤B、观察y(n)是否存在频谱扩展，判断其是否线性，若y(n)的频谱没有发生扩展，则线性效果收敛，说明当前DPD系数收敛，不需要更新，直接进入到步骤G；若y(n)的频谱发生扩展，则发生非线性失真，DPD系数没有收敛，进入到步骤C；步骤C、启动LMS系数更新模块，根据输入信号x(n)和输出信号y(n)的误差进行LMS系数更新：ei(n)＝yi(n)-xi(n)(2)利用LMS算法可求解得到aimk，则其中，μ为迭代的步长，(·)*为共轭运算；令(ei(n)(yi(n-m))*)为误差信号乘积，|yi(n-m)|k-1,k＝1,2,3…,为幅度高阶项；步骤D、计算公式(3)中的误差信号乘积，将误差信号乘积与幅度高阶项对应，将误差信号乘积计算完成之后，进入步骤E；步骤E、将|yi(n-m)|k-1,k＝1,2,3…,提前计算好，并映射成查找表，根据幅度项|yi(n-m)|进行查表，分别查出幅度高阶项的值，进入步骤F；步骤F，根据步骤D和步骤E中计算的(ei(n)(yi(n-m))*)和|yi(n-m)|k-1,k＝1,2,3…,在FPGA中进行逻辑处理之后，代入公式(3)，得到LMS更新后的第i代系数aimk，并更新预失真器的系数；步骤G，预失真器系数更新，得到预失真信号，计算结束。3.如权利要求2所述的一种数字预失真自适应处理方法，其特征在于：所述步骤E中将|yi(n-m)|k-1,k＝1,2,3…,映射成查找表，具体是指：将|yi(n-m)|归一化到(0,1)，然后通过仿真确定表项大小，分别计算出|yi(n-m)|k-1,k＝1,2,3…,中各表项的内容，映射成查找表，并写入FPGA的ROM中；将|yi(n-m)|作为表地址，在计算时根据其值即可查出|yi(n-m)|k-1,k＝1,2,3…,的值。4.如权利要求1所述的一种数字预失真自适应处理方法，其特征在于：步骤A、通过硬件反馈通道获取射频功放的反馈信号y(n)，用一般记忆多项式模型表示为：

【专利技术属性】
技术研发人员：张祺，杨大龙，刘友江，
申请(专利权)人：中国工程物理研究院电子工程研究所，
类型：发明
国别省市：四川,51