一种宽带线性化功率放大器的自适应预失真方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种宽带线性化功率放大器的自适应预失真方法和系统，其中利用自适应预失真算法自身的收敛特性，依据误差信号的值，对预失真单元采用的自适应算法进行动态的选择：将宽带功率放大器输出的信号经过下变频和高速的ＡＤＣ后送入自适应算法单元与期望信号作比较，从而得到两者的误差信号；依据误差信号的大小，动态选择相应收敛特性的自适应算法。本发明专利技术的自适应预失真方法由于结合了快速收敛算法和平稳收敛算法的特性，提高了其预失真估计的速度，减少了运算量，并降低了算法硬件实现的复杂程度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于无线通信
，涉及宽带无线通信系统的发射机采用的线性化功率 放大器的预失真技术，具体的说是一种适用于宽带线性化功率放大器的自适应预失真方 法和系统。
技术介绍
放大器是通信与雷达系统的主要器件，由于线性调制技术的发展，非恒包络调制技 术的采用，对功率放大器的线性度提出了更高的要求。在无线通信发展的过程中，提高传输质量和频谱利用率一直是促进无线通信技术发 展的源泉，而效率较高的调制方式通常会对发端发射机的线性要求较高，这就使功率放 大器线性化技术成为下一代无线通讯系统的关键技术。在现代无线通信系统中，功率放 大器是一个重要的器件，信号在传输时，必须在通信系统的发射端和接收端对信号进行 线性放大和频率转换(上变频和下变频)。用功率放大器对信号进行放大的过程中，信号的 幅度失真和相位失真都会引起信息的丢失(假设信号的幅度和相位均携带信息)，从而导致 误码率(BER)的增加。因此，功率放大器的线性性能在现代通信系统的设计中是相当重要 的指标。我们知道，可用的射频频谱带宽是有限的，另一方面，由香农(Shannon)的信道 容量公式可以知道，信道容量也是有限的。因此，随着通信用户的激增，信道将会变得 越来越拥挤，为了保证在传输时具有较低的误码率，要求功率放大器具有良好的线性性 能。在实际应用过程中，为了提高效率，功率放大器通常工作在接近饱和区的非线性区 域。而这种非线性特性就会引入谐波分量，这些谐波分量不但降低了信噪比，而且也常 常会引起信道间的串扰，从而引起信号的畸变和失真。另夕卜，以往的移动通信系统中一般都强调恒定包络调制，例FM(Frequency-Modulation 调频)和GMSK(Gaussian Minimum Shift Keying高斯最小移相键控)。在这些调制技术中， 功率放大器工作在接近饱和区的非线性区域以获得高的功率效率，不会产生影响邻近信 道的交调分量。每个信道分别采用一个功率放大器，经笨重的窄带滤波器滤波后再合成 输出。但是，恒包络调制只能利用有限的频谱，给通信系统造成了压力。随着移动通信 的发展，对通信系统容量的要求越来越高，同时为了充分利用频率资源，提高系统的传输速率，线性调制技术如QPSK、 16QAM(16 Quadrature Amplitude Modulation十六进制 正交振幅调制)及多载波调制技术如OFDM、 WCDMA等得到了越来越广泛的应用。由于 线性调制或多载波调制信号的包络是起伏波动的，采用这些调制技术的信号包络是变化 的，而变化的信号包络对功率放大器的非线性很敏感，这样就会增加放大器信号的非线 性失真。这些波动经过非线性的射频功率放大器后将产生交调分量，且会产生邻道干扰， 严重影响了通信质量，所以要求使用高线性度的功率放大器对输出的交调干扰进行抑制。 这些都对功率放大器的线性度提出了更高的要求。因此，功率放大器的线性化技术正逐步成为无线通信领域一个重要的研究焦点。在 过去的十几年中提出了许多线性化技术，其中主要的有回退法、前馈法和预失真法。预失真技术是补偿放大器非线性失真最好的方法之一。使用这种技术，在功率放大 器输入端用反失真来抵消功率放大器的非线性失真。如果设计这种反失真特性随放大器 的工作点(输出功率)变化而变化，那么调节这种失真就可以补偿由温度、电源电压、管子 老化等引起工作点变化造成系统性能的下降。目前，预失真技术包括射频预失真、中频 预失真和基带预失真三种方法。射频预失真技术具有容易实现、成本低等优点，其缺点 是使用射频非线性有源器件，难于调节和控制，不能做到较快的自适应。中频预失真器 通过调整预失真器的系数，可以补偿由于功率放大器的三次互调引起的非线性失真。但 这种方法采用模拟电路来实现线性化，对非线性失真的改善度有限。基带预失真技术， 在基带对信号进行处理，可以由数字信号处理器DSP和自适应预失真的算法来实现。基 带预失真技术不涉及复杂的射频信号处理，只对基带信号进行处理，而且很容易做到自 适应，便于采用现代的数字信号处理技术来实现，因此，它是一种较好的线性化方法。基带预失真技术是指在数字领域内完成对预失真处理的技术， 一般有两种实现方式， 基于非线性射频功率放大器的参数模型实现和基于査找表的方式实现。射频功率放大器 的参数模型有许多，如多项式模型、Volterra级数模型。多项式预失真系统是三阶预失真 系统的推广，在模拟多项式预失真器出现后，就出现了用数字技术实现的多项式预失真 系统，并逐步发展完善。Volterra级数是描述非线性系统的通用模型，它可以解决放大器 的非线性的记忆效应，是目前的研究的热点之一。在目前的移动通信领域中，克服多径干扰，提高通信质量是一个非常重要的问题， 特别是当信道特性不固定时，这个问题就尤为突出，而自适应滤波器的出现，则完美的 解决了这个问题。自适应预失真滤波器的核心是自适应算法，现有技术中使用自适应算 法来实现自适应预失真处理的系统框图如图1所示。其中有两种典型的自适应算法最小均方算法(Recursive Least Square, LMS)和递归最小二次方算法(Least Mean Square ， RLS)。自适应预失真滤波器(Adaptive Filter)的基本目标是以某种方式调整其参数，让滤 波器的输出尽可能的让包含某个特定参考信号的目标函数最小化。调整滤波器参数的方 法就是自适应算法(AdaptiveAlgorithm),而基于不同的方面考虑，算法有各自所使用的范 围。LMS算法是应用最为广泛的自适应最优化算法。它是基于最小均方误差准则(MMSE) 的维纳滤波器和最陡下降法提出的。按照最陡下降算法的思想，在n+l时的权向量更新 值可以通过下面简单的递归关系来计算<formula>formula see original document page 6</formula>(1)则有<formula>formula see original document page 6</formula>(2) 实际中，如果直接用式(2)就需要知道/^和^的先验值，这是很难知道的，显而易见 的方法是用瞬时估计来代替，即用l=Z(")Z"(") (3)^ =%("),(") (4)于是得到权矢量更新公式『("+ l)=『(")+(5)式中//是常量，用于控制随机权向量『(")的收敛特性，且0<//<7>^"(7^)，其中Trace运算代表求矩阵的迹，即为矩阵主对角元素之和。最小均方算法的主要优点是可以稳定 收敛，而且结构简单，实现方便；对逐个样本进行更新。当信道环境的统计特征平稳且 未知时，逐个样本更新的算法可以很好的工作。缺点是其收敛特性依赖于输入信号的自 相关矩阵的特征结构，当特征值散布范围较大时，算法收敛速度很慢。 RLS算法是使用一种迭代的方法完成矩阵的求逆。其递推公式如下『(")=『("-1) + g(")* (6)c(") = ;r1 其中，^(o)=o, c(o) = (T7,《是比较小的正实数，；i是遗忘因子，；i取值满足o〈;ui。RLS算法的优点是收敛速度快，当信噪比较高时，RLS算法收敛速度本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种实现宽带线性化功率放大器的自适应预失真处理的系统，该系统包括预失真单元、高速数模变换器ＤＡＣ、上变频单元、宽带功率放大器ＷＰＡ、下变频单元、高速模数变换器ＡＤＣ、误差信号判决单元、快速收敛自适应算法单元、平稳收敛自适应算法单元， 其中所述预失真单元用于对输入的基带信号进行预失真滤波，经过预失真滤波的基带信号经ＤＡＣ和上变频单元后输入到所述ＷＰＡ，所述ＷＰＡ的输出信号中的部分信号经下变频单元和ＡＤＣ后反馈到所述误差信号判决单元；所述误差信号判决单元用于根据所述 反馈信号和期望信号计算先验误差信号，并根据先验误差信号的大小选择预失真单元所使用的自适应算法，当先验误差信号较大时，所述误差信号判决单元选择连接所述快速收敛自适应算法单元，此时预失真单元使用快速收敛自适应算法；当先验误差信号较小时，所述误差信号判决单元选择连接所述平稳收敛自适应算法单元，此时预失真单元使用平稳收敛自适应算法；所述期望信号由预失真单元的输入基带信号经过延时得到，或所述期望信号为预失真单元输出的基带信号。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：简伟，王建新，余建国，
申请(专利权)人：北京北方烽火科技有限公司，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]