用于宽带扩跳频系统的自适应数字预失真方法技术方案

本发明专利技术涉及用于宽带扩跳频系统的自适应数字预失真方法，包括：a.使用宽带ADC对反馈的高功放输出信号进行射频直采；b.利用采回的高功放输出数据与输入数据的差异形成负反馈构建高功放非线性失真模型；c.根据高功放非线性失真模型参数，计算预失真模型参数，完成功放输入信号的数字预失真处理。本发明专利技术是一种“粗估计+精跟踪”相结合的自适应数字与失真方法，针对宽带扩跳频系统高功放的非线性失真特性随不同跳频点对应的扩频频率范围实时发生变化的特点，使用宽带ADC对反馈的信号完成射频直采，利用采回的高功放输出数据与输入数据的差异形成负反馈构建完成高功放的非线性失真建模，降低了高功放非线性记忆效应对宽带扩跳频系统产生的信号质量恶化。

【技术实现步骤摘要】
用于宽带扩跳频系统的自适应数字预失真方法
本专利技术涉及无线电通信
，尤其涉及一种用于宽带扩跳频系统的自适应数字预失真方法。
技术介绍
近年来研究发现，微波高功率放大器的非线性特性产生的失真分量不恒定，会随输入信号幅度、带宽和工作温度等特性的变化而改变。这种依赖于输入信号特性变化的现象称为高功放的记忆效应。输入信号带宽越大，高功放非线性区的记忆效应越严重，这是高功放的固有特性。扩跳频系统是典型的宽带系统，其利用扩跳频宽带信号的扩频增益和跳频增益给系统带来一定的抗干扰能力，但扩跳频信号大带宽、高峰均比等特性加重了高功放记忆效应的非线性影响，这种记忆效应引起的非线性失真，从频谱的角度看，会产生新的频率分量，使被放大的信号频谱展宽，且随着输出功率增加，高功放非线性变强，输出信号频谱展宽加大。对于高功放的非线性失真，可通过功率回退来保证其工作在线性区。但扩跳频系统往往需要尽可能大的发射功率以保证其具备足够抗干扰能力，功率回退会降低高功放的效率，大大提升发射机的成本。而高功放在饱和点附近的效率最高，但也会产生严重的非线性现象。为提高功放效率，改善其非线性特性，可以采用线性化技术对高功放的非线性失真进行补偿，从而在保证高功放效率的同时降低高功放的非线性特性。常见的线性化技术主要包括反馈线性化技术、前馈线性化技术和数字预失真技术等。反馈线性化技术的基本思路是将功率放大器失真信号通过反馈链路进行幅度和相位调整后，反馈到功率放大器输入端与信号叠加在一起，同时通过功率放大器放大，反馈的失真信号与功率放大器产生的非线性相抵消，从而实现线性化。反馈方法实现简单，但其存在调制带宽受限、环路不稳定等缺点，应用并不广泛；前馈线性化技术使用开环电路，其基本思想与前述反馈法很接近，但前馈法对器件特性随时间的变化不能补偿，且会降低功放效率，不能从根本上解决记忆效应的非线性问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于解决上述问题，提供一种用于宽带扩跳频系统的自适应数字预失真方法。为实现上述专利技术目的，本专利技术提供一种用于宽带扩跳频系统的自适应数字预失真方法，包括以下步骤：a.使用宽带ADC对反馈的高功放输出信号进行射频直采；b.利用采回的高功放输出数据与输入数据的差异形成负反馈构建高功放非线性失真模型；c.根据高功放非线性失真模型参数，计算预失真模型参数，完成功放输入信号的数字预失真处理。根据本专利技术的一个方面，所述高功放非线性失真模型参数的计算是利用其输入和输出信号，并根据高功放有记忆的非线性失真模型求解，其中包括：Volterra级数模型，记忆多项式模型，Wiener模型，Hammerstein模型，Wiener-Hammerstein模型和神经网络模型。根据本专利技术的一个方面，所述c步骤包括以下处理步骤：c1.设计覆盖所有跳频频点的宽带训练序列；c2.获取功放的输入输出信号；c3.功放MP模型估计；c4.计算全频段预失真参数并存储；c5.根据跳频图样读取当前频段预失真参数；c6.获取当前频点功放的输入输出信号；c7.当前频段功放模型的实时跟踪与估计；c8.计算当前频点预失真参数并存储。根据本专利技术的一个方面，在所述a步骤中，对于射频反馈信号与原基带输出信号，首先进行数据预处理，其中射频反馈信号的预处理包括正交下变频、抽取滤波；基带输出信号的预处理包括延时计算以及与射频反馈预处理信号的延时对齐。根据本专利技术的一个方面，采用FPGA将预处理后的基带信号和射频反馈信号送至DSP，DSP根据功放的输入、输出数据实时更新模型参数，然后进行预失真参数计算，并将当前跳频频点的预失真参数计算结果传输至FPGA，并存储于跳频图样映射的RAM中。根据本专利技术的一个方面，在所述c步骤中，各子频段高功放预失真参数存放在FPGA的RAM中，并且读取该参数的步骤包括：1)由跳频控制模块产生当前跳频频点；2)将当前跳频频点映射为RAM地址；3)根据RAM地址取出对应的预失真器参数；4)预失真器根据取出的参数对基带信号作预失真处理。根据本专利技术的一个方面，采用记忆多项式模型对高功放模型进行跟踪，其中记忆多项式模型的形式为：根据自适应方法，数字预失真参数的迭代更新方式为：e(n)＝x(n)-y(n)W(n+1)＝W(n)+μU(n)e*(n)；其中x(n)为输入信号，y(n)为功放输出，W为功放模型的参数向量，U表为参数对应的多项式向量，表示为：U(n)＝[x(n),x(n-1),...,x(n-Q+1)|x(n-Q+1)|K-1]T。根据本专利技术的一个方面，高功放非线性失真模型参数获取后，通过对数学模型进行代数反解，以得到准确的反函数表达式，而其中模型参数已由功率放大器建模与求解过程求出，并已知功率放大器的多项式模型为：其中，在以上两式中，用y(n)、V＝[x(n-1),…,x(n-M)]T和|x(n)|表示出x(n)为：对于理想情况下的预失真器，功率放大器的输出y(n)和预失真器的输入u(n)相等，由此得到预失真器DPD的输出x(n)表示为：其中g(n)即为预失真函数；由于上式中未知变量x(n)与其绝对值|x(n)|、u(n)以及x(n)以前时刻的值x(n-l)相关，且|x(n)|在求出x(n)之前未知，用|u(n)|来代替|x(n)|计算出x(n)的近似值，采用准确求解|x(n)|方法，获得功率放大器模型函数的逆函数，提高预失真的性能；对上式取模，得到：令并且将β0展开得：上式中，wk0为复数形式，记为wk0＝ak0+jbk0，此时分母可以表示为：代入式整理得到关于|x(n)|的方程：其中，C0＝-|v(n)|2，令z＝|x(n)|可得：对上式的求解，由于K≥2，因此最少是4阶方程；考虑到z＝|x(n)|，则z为正实数，因此，可以通过求解相应伴随矩阵的特征值来求解方程，系数的Frobenius伴随矩阵可定义为：利用QR分解，可计算矩阵G的特征值，从而得到的解，求得的正实数根zr0后，x(n)可表示为：其中，zrm为m时刻方程的有效解，至此完成了预失真参数的最终提取。根据本专利技术的方法，针对宽带扩跳频系统高功放的非线性失真特性随不同跳频点对应的扩频频率范围实时发生变化的特点，使用宽带ADC对反馈的高功放输出信号完成射频直采，利用采回的高功放输出数据与输入数据的差异形成负反馈构建完成高功放的非线性失真建模，并创造性地提出了一种“粗估计+精跟踪”相结合的自适应数字预失真方法，有效降低了高功放非线性记忆效应对宽带扩跳频系统产生的信号质量恶化。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于宽带扩跳频系统的自适应数字预失真方法，包括以下步骤：/na.使用宽带ADC对反馈的高功放输出信号进行射频直采；/nb.利用采回的高功放输出数据与输入数据的差异形成负反馈构建高功放非线性失真模型；/nc.根据高功放非线性失真模型参数，计算预失真模型参数，完成功放输入信号的数字预失真处理。/n

【技术特征摘要】
1.一种用于宽带扩跳频系统的自适应数字预失真方法，包括以下步骤：
a.使用宽带ADC对反馈的高功放输出信号进行射频直采；
b.利用采回的高功放输出数据与输入数据的差异形成负反馈构建高功放非线性失真模型；
c.根据高功放非线性失真模型参数，计算预失真模型参数，完成功放输入信号的数字预失真处理。


2.根据权利要求1所述的用于宽带扩跳频系统的自适应数字预失真方法，其特征在于，所述高功放非线性失真模型参数的计算是利用其输入和输出信号，并根据高功放有记忆的非线性失真模型求解，其中包括：Volterra级数模型，记忆多项式模型，Wiener模型，Hammerstein模型，Wiener-Hammerstein模型和神经网络模型。


3.根据权利要求1所述的用于宽带扩跳频系统的自适应数字预失真方法，其特征在于，所述c步骤包括以下处理步骤：
c1.设计覆盖所有跳频频点的宽带训练序列；
c2.获取功放的输入输出信号；
c3.功放MP模型估计；
c4.计算全频段预失真参数并存储；
c5.根据跳频图样读取当前频段预失真参数；
c6.获取当前频点功放的输入输出信号；
c7.当前频段功放模型的实时跟踪与估计；
c8.计算当前频点预失真参数并存储。


4.根据权利要求1所述的用于宽带扩跳频系统的自适应数字预失真方法，其特征在于，在所述a步骤中，对于射频反馈信号与原基带输出信号，首先进行数据预处理，其中射频反馈信号的预处理包括正交下变频、抽取滤波；基带输出信号的预处理包括延时计算以及与射频反馈预处理信号的延时对齐。


5.根据权利要求4所述的用于宽带扩跳频系统的自适应数字预失真方法，其特征在于，采用FPGA将预处理后的基带信号和射频反馈信号送至DSP，DSP根据功放的输入、输出数据实时更新模型参数，然后进行预失真参数计算，并将当前跳频频点的预失真参数计算结果传输至FPGA，并存储于跳频图样映射的RAM中。


6.根据权利要求1所述的用于宽带扩跳频系统的自适应数字预失真方法，其特征在于，在所述c步骤中，各子频段高功放预失真参数存放在FPGA的RAM中，并且读取该参数的步骤包括：
1)由跳频控制模块产生当前跳频频点；
2)将当前跳频频点映射为RAM地址；
3)根据RAM地址取出对应的预失真器参数；
4)预失真器根据取出的参数对基带信号作预失真处理。


7.根据权利要求3所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：王威，张任天，黄英，高昕，刘敏，曾富华，潘云强，周晖，程诗序，杜小鸣，
申请(专利权)人：中国人民解放军六三九二一部队，
类型：发明
国别省市：北京;11