失真特性估算法预失真装置以及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种失真特性估算法预失真装置以及方法,其应用于宽带移动通信系统中，所述失真特性估算法预失真装置包括预失真器以及功率放大器，所述预失真器用于预畸变所述功率放大器的输入信号，所述失真特性估算法预失真装置还包括：训练信号发生器，用于产生训练信号，并将所产生的训练信号传送给所述预失真器；以及失真估计器，用于在所述预失真器开始工作之前，利用所述训练信号发生器产生的所述训练信号来提取功放失真特性，进而得到所述功放失真特性的逆特性，并由所述逆特性计算出所述预失真器的初始状态参数并存入所述预失真器中。采用本发明专利技术能同时消除记忆性失真和非线性失真，并能够提高收敛速度和精度，且在采样时钟同步误差很大的情况下，能保持较好的性能。

【技术实现步骤摘要】
失真特性估算法预失真装置以及方法
本专利技术涉及宽带通信邻域，特别是涉及一种失真特性估算法预失真装置以及方法。
技术介绍
在过去的20年间，移动通信呈现了爆炸式的增长，所提供的无线通信业务也从90年代的单纯语音业务拓展到全面的多媒体无线宽带数据业务。然而，随着移动用户的不断增多、无线网络规模的不断扩大，通信网络对能源的需求也呈现了巨大的增长，这就引发了一系列的环境和能源问题。据有关数据显示，信息通信产业已成为全球第五大耗能产业，碳排放占据全球碳排放总量的2.5％。具体到我国而言，依据资料显示，2008年国内三大电信运营商的总耗电量为229亿千瓦时，到了2009年则达到了290亿千瓦时，比2008年增长26％，接近当年全年的发电总量的1％。自2011年以来，通信产业的增长趋势并未减缓，预计“十二五”期间我国电话用户会突破14亿户，电信基础设施数量将达到2万亿，这也意味着我国通信业发展还将有较大幅度的增长，能量消耗预计会进一步增加。能耗问题已经成为当前制约无线通信产业发展的重要障碍，属于重大国计民生问题。为了达到国家“节能减排”的目标，根据研究发现在通信网络中通信基站的耗电量是其主要的耗电部分，占到总耗电量的70％，达到了综合运营成本的3％。因此对于通信网络来说，降低基站耗电量是首要的节能降耗目标。图1所示为基站能源消耗的统计示意图。如图所示，根据针对基站的调研发现，基站放大器的能源消耗占到总能源消耗的22％。因此研究通信网络中基站放大器的节能问题是研究的重中之重。由于基站功率放大器(以下简称功放)的效率影响移动终端电池的大小和通信系统的能量消耗，因此它在移动通信系统中是一个关键的原件。一个理想的功放必须是完美线性的器件，但是实际应用中功放会表现出非线性失真，它会导致输出信号幅度和相位的失真。这些失真会导致在相邻频段频率再生并且使信号星座发生旋转，因此显著地影响了通信系统性能。使用恒包络调制，例如：最小频移键控(MinimumShiftKeying，简称MSK)，能够避免这个问题。然而，随着通信技术的迅速发展，广泛应用的现代调制技术例如正交幅度调制(QuadratureAmplitudeModulation，简称QAM)，正交频分复用(OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing，简称OFDM)等，均会导致信号有较高的峰均比(PeaktoAveragePowerRatio，简称PAPR)并且受功放的非线性失真影响严重。为了使功放线性工作，又由于功放的线性范围较小，可以使功放保持一个很大的输出功率回退，但是这样又会降低功率效率。为了解决这个问题，旨在拓宽功放线性范围的功放线性化技术在这几年有了一定的研究。在功放线性化的现有技术中，数字预失真法是一个高效的方法。数字预失真法的原理是通过一个叫预失真器的额外器件预畸变功放的输入信号，其中预失真器的特性刚好是功放的逆特性。在现有技术的数字预失真法中，查找表(Look-Up-Table，简称LUT)预失真法是一个经常在窄带数字预失真系统中使用的技术，LUT预失真法又被进一步分为映射预失真、极坐标预失真以及基于增益的预失真。然而，随着功放带宽的增加，功放不仅仅表现出非线性，在宽带通信系统中也会有记忆性失真，即：输出信号是现在信号和之前信号值的函数，而且记忆性失真严重降低LUT数字预失真装置的性能。随着记忆性失真问题逐渐严重，设计和研发同时消除记忆性失真和非线性失真的预失真装置成为了业界关注的热点。为此，Jardin等人在2007年提出了时域滤波器查找表(FilterLook-UpTable,简称FLUT)预失真法。请参考图2，其中示出了一种FLUT预失真装置2的结构示意图，根据如图结构可知，由于这种FLUT预失真器2在其反馈支路采用非直接的更新方式，因而导致其反馈支路结构较为复杂，非常不利于工程实现；同时，由于需要一个长期的训练和迭代更新的过程，如图2所示的FLUT预失真装置2从开机到稳定工作的时间较长，换言之，具有收敛速度慢的缺点，因此，在实际系统中的应用前景仍然有限。本领域的技术人员应当知晓，数字预失真技术研究中首要地是确定功放模型，而用于记忆性预失真技术方案包括但不限于伏尔特拉级数(Volterraseries)、维纳-哈默斯坦(Wiener-Hammerstein)模型、记忆多项式以及神经网络。尽管这些模型能精确地表示功放特性，但他们都需要复杂的结构。为了简化，采用如图3a所示的维纳(Wiener)模型来表示功放30a的特性。如图所示，功放30a可以看作是有限冲击响应(Finiteimpulseresponse，简称FIR)滤波器300和无记忆功放302级联，其分别产生记忆性失真和非线性失真。和前述其他模型相比，Wiener模型有结构简单的优势，并且在实时系统中更加容易实现。Hammerstein模型是Wiener模型的逆模型，由于预失真器的特性刚好是功放的逆特性，因此，Hammerstein模型适合构成预失真器。在一个实施例中，采用如图3b所示的Hammerstein模型来表示简单滤波器查找表(SFLUT)预失真器30b的特性。如图所示，SFLUT预失真器30b可以看作是无记忆预失真器304和自适应滤波器306级联，然后SFLUT预失真器30b与功放30a级联，构成如图3b所示的SFLUT预失真装置3。其中，自适应滤波器306是FIR滤波器300的逆特性。因此，FIR滤波器300的抽头系数dw和自适应滤波器306的抽头系数w满足如下等式(1)：dw*w＝δ(1)其中，δ是冲击响应。根据等式(1)，存在一个自适应滤波器306的抽头系数w的最佳状态。而，无记忆预失真器304采用LUT预失真法来补偿非线性失真。假设源信号Sin＝xa·exp(j·xp)，它将被无记忆预失真器304提前进行预失真处理，即按照如下等式(2)的处理得到信号xDPD：xDPD＝(xa·TAxa)exp[j(xp+TPxa)](2)其中，TAxa和TPxa分别是幅度放缩和相位旋转，是在LUT上根据索引xa对应的幅度和相位的值。经过如等式(2)的预失真处理，无记忆功放302会引起信号xDPD的变形这里，A()和分别是幅度失真函数和相位失真函数。如果预失真器是理想元件，则无记忆功放302的输出信号SOUT等于Sin，得到如下等式(3)：也就意味着TAxa和TPxa如果满足如下等式(4)和等式(5)，就有最佳状态：根据等式(1)和等式(5)可知，对于SFLUT预失真器30b存在一个最佳状态，该最佳状态最终可以通过持续更新逼近得到。SFLUT预失真器30b有低复杂度和收敛精确的优点，但是对训练信号有严格的限制。因此，功放的记忆性失真和功放的非线性失真可以分别被看作频率选择性失真和幅度选择性失真，训练信号必须有丰富的频率和幅度分量，例如高斯白噪声。在实际实现中，带宽是受限的，意味着类似高斯白噪声的信号是不可能使用的。换言之，选择其他形式的训练信号会导致性能明显地下降。因此，业界急需一种新的能够用在宽带通信系统中的数字预失真装置以及方法，其能够同时消除通信系统的记忆性失真和非线性失真。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题在于提供一种失真特性估算法预失真装置以及方本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种失真特性估算法预失真装置，其应用于宽带移动通信系统中，所述失真特性估算法预失真装置包括预失真器以及功率放大器，所述预失真器用于预畸变所述功率放大器的输入信号，其特征在于，所述失真特性估算法预失真装置还包括：训练信号发生器，用于产生训练信号，并将所产生的训练信号传送给所述预失真器；以及失真估计器，用于在所述预失真器开始工作之前，利用所述训练信号发生器产生的所述训练信号来提取功放失真特性，进而得到所述功放失真特性的逆特性，并由所述逆特性计算出所述预失真器的初始状态参数并存入所述预失真器中。

【技术特征摘要】
1.一种失真特性估算法预失真装置，其应用于宽带移动通信系统中，所述失真特性估算法预失真装置包括预失真器以及功率放大器，所述预失真器用于预畸变所述功率放大器的输入信号，其特征在于，所述失真特性估算法预失真装置还包括：训练信号发生器，用于产生具有不同频率分量和幅度分量的训练信号，并将所产生的训练信号传送给所述预失真器，所述训练信号发生器产生的训练信号SP，K为：n＝0,1,...,N-1其中，N是SP，K信号的长度，n为SP，K信号的离散点，P和K分别表示SP，K信号的幅度分量和频率分量，exp()为指数函数；失真估计器，包括记忆性失真估计器和非线性失真估计器，用于在所述预失真器开始工作之前，利用所述训练信号SP，K结合所述非线性失真估计器通过查找表法来提取功放的非线性失真特性，同时，所述记忆性失真估计器将估计记忆性失真特性等效成定义FIR滤波器的抽头系数dw，再结合训练信号SP，K建立失真特性矩阵Y，并通过建立的幅度矩阵YAP，K和相位矩阵YPP，K，估计出幅度放缩系数HK,和相位旋转系数QK，从而确定出记忆性失真特性，进而得到所述功放失真特性的逆特性，并由所述逆特性计算出所述预失真器的初始状态参数并存入所述预失真器中。2.根据权利要求1所述的失真特性估算法预失真装置，其特征在于，所述预失真器进一步包括时域信号修整器以及自适应滤波器。3.根据权利要求1所述的失真特性估算法预失真装置，其特征在于，所述功率放大器等效为有限冲击响应滤波器和无记忆功率放大器级联。4.根据权利要求3所述的失真特性估算法预失真装置，其特征在于，所述非线性失真特性包括幅度放缩以及相位旋转。5.根据权利要求4所述的失真特性估算法预失真装置，其特征在于，估计所述记忆性失真特性为确定所述有限冲击响应滤波器的抽头系数。6.根据权利要求1所述的失真特性估算法预失真装置，其特征在于，估计所述非线性失真特性包括幅度-幅度失真函数以及幅度-相位失真函数。7.根据权利要求6所述的失真特性估算法预失真装置，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：任智源，张海林，杨栋，武德斌，王涛宁，
申请(专利权)人：苏州工业园区昶辰通信科技有限公司，
类型：发明
国别省市：