一种数字预失真方法及装置

1.一种数字预失真方法，其特征在于，包括：
采集数字反馈信号；
将所述数字反馈信号与预失真前的信号做差得到误差信号，将所述误差信号与所述预失真前的信号按自适应算法迭代收敛得到预失真校正系数的修正值；
基于所述修正值对预失真校正系数进行修正，得到新的预失真校正系数，以该新的预失真校正系数进行数字预失真处理；
对所述预失真前信号按功率或幅度进行分段；
所述得到预失真校正系数的修正值、对预失真校正系数进行修正以及对信号进行数字预失真处理，均是在各段内分别进行的。
2.如权利要求1所述的数字预失真方法，其特征在于，基于所述修正值对预失真校正系数进行修正，得到新的预失真校正系数，是指：
将所述修正值与预失真校正系数进行叠加，得到新的预失真校正系数。
3.如权利要求1所述的数字预失真方法，其特征在于，所述预失真校正系数是所述数字反馈信号与预失真后的信号按自适应算法迭代收敛得到的。
4.如权利要求3所述的数字预失真方法，其特征在于，所述预失真校正系数在进行修正时停止按自适应算法进行迭代收敛。
5.如权利要求1所述的数字预失真方法，其特征在于，所述自适应算法为最小二乘算法，或最小均方算法，或递归最小二乘算法，或微粒群优化算法。
6.一种数字预失真装置，其特征在于，包括：
反馈信号采集模块，用于采集数字反馈信号；
修正值获取模块，用于将所述数字反馈信号与预失真前的信号做差得到误差信号，将所述误差信号与所述预失真前的信号按自适应算法迭代收敛得到预失真校正系数的修正值；
校正系数修正模块，用于基于所述修正值对预失真校正系数进行修正，得到新的预失真校正系数，以该新的预失真校正系数进行数字预失真处理；
分段模块，用于对所述预失真前信号按功率或幅度进行分段；
所述得到预失真校正系数的修正值、对预失真校正系数进行修正以及对信号进行数字预失真处理，均是在各段内分别进行的。
7.如权利要求6所述的数字预失真装置，其特征在于，基于所述修正值对预失真校正系数进行修正，得到新的预失真校正系数，是指：
将所述修正值与预失真校正系数进行叠加，得到新的预失真校正系数。
8.如权利要求6所述的数字预失真装置，其特征在于，所述自适应算法为最小二乘算法，或最小均方算法，或递归最小二乘算法，或微粒群优化算法。

一种数字预失真方法及装置\n技术领域\n[0001] 本发明涉及通信技术领域，特别是涉及一种DPD(Digital Predistortion，数字预失真)方法及装置。\n背景技术\n[0002] 随着移动通信迅速发展，无线通信频段变得越来越拥挤，频带资源越来越紧张，为了改变这种局面，在有限的频谱范围内容纳更多的通信信道，必须提高现有频段的频谱效率，为此人们应用了许多新的宽带数字传输技术，如多载波GSM(Global System of Mobile communication，全球移动通讯系统)、OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing，正交频分复用技术)和WCDMA(Wideband Code Division Multiple Access，宽带码分多址)等和高频谱效率的调制方式，如QPSK(Quadrature Phase Shift Keying，正交相移键控)和M～QAM(Quadrature Amplitude Modulation，正交幅度调制)等，以求达到更高的频谱利用密度和更广泛的信道空间分配。这些高效的数字调制传输技术几乎都是基于非恒定包络的，例如，第三代移动通信系统(3G)采用16QAM或QPSK等数字调制方式，这种数字调制产生的信号波形是非恒定包络的调相信号，而且系统又是多载波/多信道同时工作。这些措施都能有效提高频谱的使用效率，因此现代通信系统的信息传输技术正朝着多载波、多电平、宽频带和高峰均比方向发展。\n[0003] 随着信道宽度的减小，频谱利用率的提高，随之而来的问题是带外辐射的增加，造成对邻道干扰增加。出现这种情况的主要原因是在许多无线通信系统中，为提供足够高的输出功率和实现最大输出，功率放大器常常工作在非线性区甚至工作在饱和区的附近，此时功率放大器呈现出很强的非线性特性。\n[0004] 为了解决此类问题，数字预失真技术被广泛的采用来补偿功放的非线性特性。专利申请号为200910078891.1，名称为《一种实现自适应预失真功放线性化的方法和系统》的专利公开了一种实现自适应预失真功放线性化系统，该系统包括OFDM基带信号模块、自适应预失真模块、DAC(Digital-to-Analog Converter，数/模转换器)、射频发射机、PA(功率放大器)、天线、定向耦合器、射频接收机和ADC(Analog-to-Digital Converter，模/数转换器)；自适应数字预失真模块还包括混合自适应算法引擎，用于根据期望信号和ADC的反馈信号利用RLS(Recursive least square，递归最小二乘)和PSO(微粒群优化算法)自适应算法产生数字预失真校正系数，并将该校正系数发送给数字预失真器；其中，期望信号为数字预失真器输出的基带信号。\n[0005] 采用以上专利技术方案，能够在一定程度上加速收敛速度和提高收敛精度，但是，随着人们对通信质量要求的不断提高，在一些对通信质量要求苛刻的场合，该现有技术已经不能满足要求，需要开发一种新的预失真效果更好的技术方案。\n发明内容\n[0006] 本发明提供一种数字预失真方法及装置，以解决现有技术中数字预失真处理精度不够高的问题。\n[0007] 本发明提供一种数字预失真方法，包括：\n[0008] 采集数字反馈信号；\n[0009] 将所述数字反馈信号与预失真前的信号做差得到误差信号，将所述误差信号与所述预失真前的信号按自适应算法迭代收敛得到预失真校正系数的修正值；\n[0010] 基于所述修正值对预失真校正系数进行修正，得到新的预失真校正系数，以该新的预失真校正系数进行数字预失真处理。\n[0011] 进一步地，基于所述修正值对预失真校正系数进行修正，得到新的预失真校正系数，是指：\n[0012] 将所述修正值与预失真校正系数进行叠加，得到新的预失真校正系数。\n[0013] 进一步地，所述预失真校正系数是所述数字反馈信号与预失真后的信号按自适应算法迭代收敛得到的。\n[0014] 更进一步地，所述预失真校正系数在进行修正时停止按自适应算法进行迭代收敛。\n[0015] 进一步地，所述自适应算法为LS(Least Square，最小二乘)算法，或LMS(Least_Mean_Square，最小均方)算法，或RLS(Recursive Least Square，递归最小二乘)算法，或PSO(微粒群优化)算法。\n[0016] 进一步地，本发明数字预失真方法还包括：\n[0017] 对所述预失真前信号按功率或幅度进行分段；\n[0018] 所述得到预失真校正系数的修正值、对预失真校正系数进行修正以及对信号进行数字预失真处理，均是在各段内分别进行的。\n[0019] 本发明还提供了一种数字预失真装置，包括：\n[0020] 反馈信号采集模块，用于采集数字反馈信号；\n[0021] 修正值获取模块，用于将所述数字反馈信号与预失真前的信号做差得到误差信号，将所述误差信号与所述预失真前的信号按自适应算法迭代收敛得到预失真校正系数的修正值；\n[0022] 校正系数修正模块，用于基于所述修正值对预失真校正系数进行修正，得到新的预失真校正系数，以该新的预失真校正系数进行数字预失真处理。\n[0023] 进一步地，基于所述修正值对预失真校正系数进行修正，得到新的预失真校正系数，是指：\n[0024] 将所述修正值与预失真校正系数进行叠加，得到新的预失真校正系数。\n[0025] 进一步地，所述自适应算法为LS算法，或LMS算法，或RLS算法，或PSO算法。\n[0026] 进一步地，本发明数字预失真装置还包括：\n[0027] 分段模块，用于对所述预失真前信号按功率或幅度进行分段；\n[0028] 所述得到预失真校正系数的修正值、对预失真校正系数进行修正以及对信号进行数字预失真处理，均是在各段内分别进行的。\n[0029] 本发明有益效果如下：\n[0030] 本发明将反馈信号与预失真前的信号做差得到误差信号，再以该误差信号与预失真前的信号根据自适应算法得到预失真校正系数的修正值，对预失真校正系数进行修正，与传统的预失真技术相比，不仅提高了预失真参数提取的精度，而且在传统的预失真基础上进一步提高了预失真的性能，大大改善了发射机的功放线性性能。同时本发明不增加逻辑实现的资源，使本发明更适用于宽带信号及高性能指标要求的数字预失真处理。\n附图说明\n[0031] 图1为本发明实施例的数字预失真方法流程示意图；\n[0032] 图2为本发明实施例的分段示意图；\n[0033] 图3为本发明实施例的数字预失真装置结构示意图；\n[0034] 图4为本发明实施例的数字预失真装置的整体结构示意图；\n[0035] 图5为本发明实施例的提取预失真校正系数示意图；\n[0036] 图6为本发明实施例的提取预失真校正系数修正值的示意图。\n具体实施方式\n[0037] 以下结合附图以及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不限定本发明。\n[0038] 方法实施例\n[0039] 根据本发明的实施例，提供了一种数字预失真方法，图1是本发明实施例的数字预失真方法的流程图，如图1所示，本发明实施例的数字预失真方法，包括如下处理：\n[0040] 步骤101，采集数字预失真处理后的数字反馈信号；\n[0041] 步骤102，将数字反馈信号与预失真前的信号(即前向信号)做差得到误差信号；\n[0042] 步骤103，将误差信号与预失真前的信号按自适应算法迭代收敛得到预失真校正系数的修正值；\n[0043] 本发明实施例中，自适应算法为采用LS算法，或LMS算法，或RLS算法，还可以采用PSO算法；\n[0044] 步骤104，基于预失真校正系数的修正值对预失真校正系数进行修正，修正的方法可以是将预失真校正系数的修正值与预失真校正系数进行叠加，得到新的预失真校正系数，也可以是包括加权处理，或者其它可行的修正方式。然后以该新的预失真校正系数对数字信号进行数字预失真处理。\n[0045] 本发明实施例中，预失真校正系数可以是数字反馈信号与预失真后的信号按上述自适应算法迭代收敛得到的，当然预失真校正系数也可以采用其它方法来得到，根据本发明所应用的基础现有技术方案而不同。其中，针对预失真校正系数是数字反馈信号与预失真后的信号按上述自适应算法迭代收敛得到的这种方案，预失真校正系数在进行修正时可以停止迭代收敛，也可以不停止迭代收敛。\n[0046] 本发明实施例中，数字预失真方法涉及的公式如下：\n[0047] X′(n)＝X(n)*(f1(Pn)+f2(Pn-1))+X(n-1)*f3(Pn-1)\n[0048] Err′(n)＝X(n)*(f1′(Pn)+f2′(Pn-1))+X(n-1)*f3′(Pn-1)\n[0049] X″(n)＝X′(n)+Err′(n)\n[0050] ＝X(n)*(f1(Pn)+f1′(Pn)+f2(Pn-1)+f2′(Pn-1))+X(n-1)*(f3(Pn-1)+f3′(Pn-1))[0051] 其中f(P)、f′(P)表示与功率(模值)P相关的DPD函数，此函数模型可为多种，如Volterra级数，记忆多项式等；X(n)表示预失真前的信号，X′(n)表示未采用本发明方法对预失真校正系数进行修正的情况下预失真后的信号，即未采用本发明方法对预失真校正系数进行修正时数字预失真器的输出信号；Err′(n)表示假设仅使用本发明的预失真校正系数的修正值对信号进行数字预失真处理，此时数字预失真器的输出信号；X″(n)表示使用预失真校正系数的修正值对预失真校正系数进行修正后，采用新的预失真校正系数对信号进行数字预失真处理时，数字预失真器的输出信号。本发明中，*号表示相乘。\n[0052] 上式以记忆深度为1作为一个具体实例进行说明，事实上本发明中可有多重记忆深度。\n[0053] 本发明实施例中，本发明数字预失真方法还可以包括：对预失真前信号按功率或幅度进行分段。\n[0054] 以上得到预失真校正系数的修正值、对预失真校正系数进行修正以及对信号进行数字预失真处理，均是在各段内分别进行的。\n[0055] 图2为本发明实施例的分段示意图，如图2所示，本发明实施例的分段的实现过程具体包括：\n[0056] 首先，对预失真前的信号按功率或幅度进行分段，得到两段以上的数字信号，设置每段的段位门限；\n[0057] 接着，通过对段位门限的比较将不同功率或幅度的数据索引指向不同预失真模型表格组或系数组，即图中的LutS1/CoefS1，LutS2/CoefS2，...，LutSn/CoefSn等，其中LutS表示表格，CoefS表示系数。本发明实施例中，预失真模型包括预失真校正系数、预失真校正系数的修正值以及修正后得到的新的预失真校正系数，也就是说，本发明在采用自适应算法得到预失真校正系数，在采用自适应算法得到预失真校正系数的修正值时，均可按这里的分段方案进行处理。\n[0058] 最后，不同段位数据根据不同段位对应的表格组或系数组得到预失真信号，即利用乘法器将每段数字信号与其对应的表格或系数相乘得到预失真信号。\n[0059] 本发明实施例中，各段内表格组或系数组采用LS算法，或LMS算法，或RLS算法，或PSO算法提取得到，整个过程可采用以下两种方式进行：\n[0060] 1、采用分块直接提取系数方式进行：\n[0061] 数字预失真处理的参数提取公式如下：\n[0062]\n[0063] 其中，ki表示信号延时，hi表示模值(功率)索引延时， 表示第l段的第i个函数，XDPD表示数字预失真器输出信号，即预失真后的信号。\n[0064] 本发明实施例中，可采用LS算法、LMS算法、RLS算法或PSO算法求出相应的系数及表格，也可采用它们的改进算法进行系数及表格的迭代收敛。\n[0065] 2、采用分块加权提取系数方式进行：\n[0066] 数字预失真处理的参数提取公式如下：\n[0067]\n[0068] 其中，ki表示信号延时，hi表示模值(功率)索引延时， 表示第l段的第i个函数，g(i，l)表示第l段加入的权重。\n[0069] 本发明实施例中，可采用LS算法、LMS算法、RLS算法或PSO算法求出相应的系数及表格，也可采用它们的改进算法进行系数及表格的迭代收敛。\n[0070] 装置实施例\n[0071] 根据本发明的实施例，提供了一种数字预失真装置，图3是本发明实施例的数字预失真装置的结构示意图，如图3所示，本发明实施例的数字预失真装置，包括：反馈信号采集模块301、修正值获取模块302、校正系数修正模块303和分段模块304。以下对本发明实施例的各个模块进行详细的说明。\n[0072] 具体地，反馈信号采集模块301用于采集数字预失真后的数字反馈信号。\n[0073] 修正值获取模块302用于将数字反馈信号与预失真前的信号做差得到误差信号，将误差信号与预失真前的信号按自适应算法迭代收敛得到预失真校正系数的修正值。本发明实施例中，自适应算法为LS算法，或LMS算法，或RLS算法，或PSO算法。\n[0074] 校正系数修正模块303用于基于所述修正值对预失真校正系数进行修正，得到新的预失真校正系数，以该新的预失真校正系数进行数字预失真处理。修正的方法可以是将预失真校正系数的修正值与预失真校正系数进行叠加，得到新的预失真校正系数，也可以是包括加权处理，或者其它可行的修正方式。\n[0075] 分段模块304用于对预失真前信号按功率或幅度进行分段，分段的具体方案参见方法实施例中的描述，此处不再赘述。\n[0076] 本发明实施例中，预失真校正系数可以是数字反馈信号与预失真后的信号按上述自适应算法迭代收敛得到的，当然预失真校正系数也可以采用其它方法来得到，根据本发明所应用的基础现有技术方案而不同。\n[0077] 图4为本发明实施例的数字预失真装置的整体结构示意图，如图4所示，本发明实施例的数字预失真装置的整体结构包括：\n[0078] 数字信号发生模块，即通信系统的信号发送器，用于产生数字信号；\n[0079] 分段模块，用于预失真前数字信号按功率或幅度进行分段；\n[0080] 数字预失真器，用于根据预失真校正系数对前向信号进行数字预失真处理，生成预失真后的信号；\n[0081] 提取预失真校正系数模块，用于生成预失真校正系数；\n[0082] 反馈信号采集模块，用于采集数字预失真处理后的数字反馈信号；\n[0083] DAC模块，用于将数字信号转换成模拟信号；\n[0084] 上变频模块，用于模拟信号中频向射频转换；\n[0085] LO(本地振荡器)模块，用于产生本振信号；\n[0086] 功率放大器，用于功率放大；\n[0087] 耦合器，用于获取反馈链路信号；\n[0088] 衰减器，用于去除反馈链路的放大器增益；\n[0089] 下变频模块，用于反馈链路信号由射频向中频转换；\n[0090] ADC模块，用于反馈链路的模数转换；\n[0091] 减法器，用于将反馈信号与前向信号作差，获取误差信号；\n[0092] 修正值获取模块，用于生成预失真校正系数的修正值；\n[0093] 校正系数修正模块，用于将预失真校正系数的修正值加到预失真校正系数上，得到新的预失真校正系数；\n[0094] 开关，用于启动提取修正值模块的处理。\n[0095] 图4中，Xe表示提取修正值模块的输出，Xerr为误差信号，ε表示自适应算法的逼近误差，X表示预失真前的信号，即前向信号，X′表示预失真后的信号，Y表示数字反馈信号，Y′表示提取预失真校正系数模块的输出。\n[0096] 本发明实施例中，数字预失真装置的工作流程如下：\n[0097] 步骤1，数字信号发生模块输出数字信号。\n[0098] 步骤2，开关断开。\n[0099] 步骤3，预失真前数字信号先经过分段模块分段，然后经过数字预失真器后获得预失真信号，再经过DAC转换为模拟信号，接着经过上变频模块后进入功率放大器。\n[0100] 步骤4，功率放大器的输出经过耦合器产生模拟反馈信号，模拟反馈信号经过衰减器，再经过下变频模块进入ADC中，ADC输出数字反馈信号。\n[0101] 步骤5，反馈信号采集模块采集数字反馈信号，提取预失真校正系数模块将采集的数字反馈信号与预失真后的信号按自适应算法处理，提取预失真校正系数，并将生成的预失真校正系数拷贝至数字预失真器。\n[0102] 步骤6，重复步骤1～步骤5若干次，使预失真校正系数迭代收敛，停止提取预失真校正系数模块的计算及拷贝。当然，本发明具体也可以采用不停止迭代收敛的方案。\n[0103] 步骤7，开关闭合。\n[0104] 步骤8，修正值获取模块将采集的数字反馈信号与预失真前的数字信号做差提取误差信号。\n[0105] 步骤9，修正值获取模块将预失真前的数字信号按幅度(或功率)分段后与误差信号按自适应算法处理，提取预失真校正系数的修正值，并将生成的预失真校正系数的修正值拷贝至内校正系数修正模块。\n[0106] 步骤10，将校正系数修正模块中的预失真校正系数的修正值加到数字预失真器中的预失真校正系数上，叠加方式可采用系数合并也可采用表格合并方式。\n[0107] 步骤11，重复步骤7～10若干次，完成预失真的处理。\n[0108] 图5为本发明实施例的提取预失真校正系数示意图，如图5所示，本发明实施例的提取预失真校正系数的实现过程如下：\n[0109] 首先，采用预失真后信号为目标；\n[0110] 接着，用数字反馈信号拟合目标向量提取预失真校正系数，其中加入分段技术。收敛算法采用LS算法，或LMS算法，或RLS算法，或PSO算法。\n[0111] 最后，输出预失真模型系数(预失真模型表格)，即预失真校正系数。\n[0112] 图6为本发明实施例的提取预失真校正系数修正值的示意图，如图6所示，本发明实施例中，提取预失真校正系数修正值的实现过程如下：\n[0113] 首先，采用预失真前信号与数字反馈信号做差提取误差信号作为目标；\n[0114] 接着，用预失真前信号拟合误差信号提取预失真校正系数的修正值，其中加入分段技术。收敛算法采用LS算法，或LMS算法，或RLS算法，或PSO算法。\n[0115] 最后，输出预失真模型系数(预失真模型表格)，作为预失真校正系数的修正值。\n[0116] 以上通过具体实施例对本发明进行了详细描述，提供上述实施例的描述是为了使本领域技术人员制造或适用本发明，这些实施例的各种修改对于本领域的技术人员来说是容易理解的。本发明不限于只对GSM多载波信号进行预失真，对于TD SCDMA(时分同步码分多址)信号、UMTS(通用移动通信系统)信号、LTE(长期演进)信号、WiMAX(全球微波互联接入)、LTE&UMTS混模等宽带信号，其预失真效果同样优于传统的预失真技术。本发明并不限于这些例子，或其中的某些方面。本发明的范围通过附加的权利要求进行详细说明。