专利名称：一种变换采样率的数字预失真处理系统和方法
技术领域：
本发明涉及数字信号处理领域，尤其涉及一种变换采样率的数字预失真处理系统和方法。
背景技术：
在通信技术中，提高功率放大器的效率是一个重要的指标。提高功率放大器效率的主要途径，是尽量使功率放大器接近饱和区或截止区工作，然而这将导致功率放大器产生严重的非线性失真。为了解决功率放大器的非线性失真问题，而导致效率下降的功率回退技术也并不是一个好的选择，因为成本较高的前馈技术的性价比不高。因此，成本不高、 性能较好的数字预失真技术成为了首选。目前，对于采样率(Sample Rate)是信号带宽的3倍或更高的情况，已有的数字预失真处理方法已经有比较好的处理效果，比如美国专利US20100141490A1的专利公开了一种“MODEL BASED DIST0RTI0NREDUCTI0N FOR POWER AMPLIFIERS (功率放大器的基于模型的失真降低)”，数字预失真的效果已经很好。然而，对于采样率小于信号带宽的3倍，甚至采样率是信号带宽的2倍都不到的情况，目前的数字预失真处理方法效果不佳。对于多频带的情况，如果最低频带的下沿到最高频带的上沿的总带宽，达到或超过了采样率的1/2，那么已有的数字预失真的处理方法效果也不佳。综上所述，现有数字预失真技术主要存在如下问题在求取功率放大器的正模型函数或求取预失真函数或使用预失真器时，需要利用序列的高阶项。宽频带或多频带信号通过非线通道传输时，在采样率相比序列带宽较小(例如不足序列带宽的2倍)时，序列的高阶项将会出现严重的频谱混叠现象。这样得到的求得的预失真函数不准，从而导致预失真效果不佳。
发明内容
本发明解决的技术问题是提供一种变换采样率的数字预失真处理系统和方法，通过变换采样率，有效改善宽频带或多频带信号通过非线性通道传输的预失真效果。为解决上述技术问题，本发明提供了一种变换采样率的数字预失真处理系统，包括功放反模型求解模块和数字预失真模块，其中所述功放反模型求解模块和所述数字预失真模块中均包括变换采样率装置，所述变换采样率装置用于，将1倍采样率的序列转换为多倍采样率的序列；以及， 从多倍采样率的序列中抽取1倍采样率的序列。进一步地，所述变换采样率装置进一步包括M倍升采样率器，用于将1倍采样率的序列转换为M倍采样率的序列；M倍降采样率器，用于从M倍采样率的序列中抽取1倍采样率的序列；其中M的取值为正整数。
进一步地，所述数字预失真模块具体包括依次相连的M倍升采样率器、预失真器和M倍降采样率器；所述功放反模型求解模块具体包括依次相连的M倍升采样率器、序列高阶项构造器、M倍降采样率器、正模型函数/预失真函数求取器。进一步地，按照以下公式选取M的取值对于采样率fs下带宽为B的复数序列X，若序列χ频谱的中心位于0Hz，在[_fs/2， fs//2]NyqUist区内没有第QN+1)阶频谱分量的混叠，则M需要满足的条件是进一步地，所述M倍升采样率器进一步包括M倍插值器和M倍插值滤波器；所述M倍降采样率器进一步包括M倍抽取滤波器和M倍抽取器。进一步地，所述M倍升采样率器为M倍插值及M倍插值滤波器。所述M倍降采样率器为M倍抽取滤波及M倍抽取器。进一步地，所述M倍插值及M倍插值滤波器是采用多相滤波器的方式实现，即所述 M倍插值及M倍插值滤波器包括M倍插值多相滤波器分支1到分支M ；所述M倍抽取滤波及M倍抽取器是采用多相滤波器的方式实现，即所述M倍抽取滤波及M倍抽取器包括M倍抽取多相滤波器分支1到分支M。本发明还提供了一种变换采样率的数字预失真处理方法，包括升采样率的步骤，包括将输入的1倍采样率的序列转换为多倍采样率的序列后， 输出到预失真器或者序列高阶项构造器；降采样率的步骤，包括从所述预失真器或者序列高阶项构造器输出的多倍采样率的序列中抽取1倍采样率的序列。进一步地，所述升采样率的步骤中，是将1倍采样率的序列转换为M倍采样率的序列；所述降采样率的步骤中，是从M倍采样率的序列中抽取1倍采样率的序列；其中M的取值为正整数。进一步地，按照以下公式选取M的取值对于采样率fs下带宽为B的复数序列X，若序列χ频谱的中心位于0Hz，在[_fs/2， fs//2]NyqUist区内没有第QN+1)阶频谱分量的混叠，则M需要满足的条件是进一步地，所述将1倍采样率的序列转换为M倍采样率的序列，是通过M倍插值器和M倍插值滤波器实现，或者通过M倍插值及M倍插值滤波器实现；所述从M倍采样率的序列中抽取1倍采样率的序列，是通过M倍抽取滤波器和M 倍抽取器实现，或者通过M倍抽取滤波及M倍抽取器实现。进一步地，所述M倍插值及M倍插值滤波器是采用多相滤波器的方式实现，即所述 M倍插值及M倍插值滤波器包括M倍插值多相滤波器分支1到分支M ；所述M倍抽取滤波及M倍抽取器是采用多相滤波器的方式实现，即所述M倍抽取滤波及M倍抽取器包括M倍抽取多相滤波器分支1到分支M。
(2N + 1)B
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5
针对已有的数字预失真处理方法对宽频带或多频带信号通过非线性通道传输的预失真效果不佳的问题，本发明提供了一种变换采样率的数字预失真处理系统及方法，通过变换采样率消除频谱混叠现象，进而有效改善预失真效果。
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中图1是根据本发明实施例的变换采样率的数字预失真处理系统的示意图；图2是根据本发明实施例一的变换采样率的功放反模型求解模块的示意图；图3是根据本发明实施例一的变换采样率的数字预失真模块的示意图；图4是根据本发明实施例二的变换采样率的功放反模型求解模块的示意图；图5是根据本发明实施例二的变换采样率的数字预失真模块的示意图；图6是根据本发明实施例三的变换采样率的功放反模型求解模块的示意图；图7是根据本发明实施例三的变换采样率的数字预失真模块的示意图。
具体实施例方式针对已有的数字预失真处理方法对宽频带或多频带信号通过非线性通道传输的预失真效果不佳的问题，本发明提出一种变换采样率的数字预失真处理方案，其核心思想在于，对1倍采样率的复数序列先经过插值和滤波处理，提高其采样率倍数；再经过抽取滤波后，抽取得到1倍采样率的序列。基于上述思想，本发明提供一种变换采样率的数字预失真处理系统，主要包括功放反模型求解模块和数字预失真模块。其中，功放反模型求解模块和数字预失真模块中均包括一变换采样率装置，该变换采样率装置用于，将1倍采样率的序列转换为多倍采样率的序列；以及，从多倍采样率的序列中抽取1倍采样率的序列。通过该变换采样率装置，可以根据需求消除这两个模块中的频谱混叠。其中，所述变换采样率装置进一步包括:M倍升采样率器和M倍降采样率器。其中， M的取值为正整数。其中，所述数字预失真模块具体包括依次相连的M倍升采样率器、预失真器和M 倍降采样率器；所述功放反模型求解模块具体包括依次相连的M倍升采样率器、序列高阶项构造器、M倍降采样率器、正模型函数/预失真函数求取器。其中，对于功放反模型求解模块和数字预失真模块，M的取值可以不同。进一步地，按照以下公式选取M的取值对于采样率fs下带宽为B的复数序列X，在[_fs/2，fs/2]Nyquist区内，序列χ频谱的中心位于0Hz，若要构造的序列χ的高阶项的频谱在[_fs/2，fs/2]带宽内没有第ON+1) 阶频谱分量的混叠，则M需要满足的条件是 进一步地，所述M倍升采样率器进一步包括M倍插值器和M倍插值滤波器。
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所述M倍降采样率器进一步包括M倍抽取滤波器和M倍抽取器。进一步地，所述M倍升采样率器也可以是一个整体的模块M倍插值及M倍插值滤波器。所述M倍升采样率器也可以是一个整体的模块M倍抽取滤波及M倍抽取器。优选地，所述M倍插值及M倍插值滤波器，可以用多相滤波器的方式实现，即M倍插值多相滤波器分支1到分支M,以利于在1倍速率下实现。优选地，所述M倍抽取滤波及M倍抽取器，可以用多相滤波器的方式实现，即M倍抽取多相滤波器分支1到分支M,以利于在1倍速率下实现。优选地，M倍插值多相滤波器分支1到分支M可以根据需要，或调整各分支的顺序， 和/或在适当位置插入延时器，和/或在某些滤波器分支的头尾补零，目的是保证实际效果与不采用多相滤波器的效果相同。优选地，M倍抽取多相滤波器分支1到分支M可以根据需要，或调整各分支的顺序， 和/或在适当位置插入延时器，和/或在某些滤波器分支的头尾补零，目的是保证实际效果与不采用多相滤波器的效果相同。优选地，为了实现的正确性与方便性，可以选择在M倍插值器、M倍插值滤波器、M 倍抽取滤波器、M倍抽取器等各个组成部分前后加入其它处理模块(如延时模块等)。优选地，M倍抽取滤波器对M倍采样率序列1阶项可以选择进行处理或不进行处理。优选地，根据各高阶项的阶数不同，M可以选择不同的值。优选地，序列高阶项构造器所构造的高阶项，可以是包含记忆效应的高阶项。优选地，对于功率放大器的正模型函数/预失真函数进行求取的过程，和/或对于送入功率放大器的信号进行数字预失真处理的过程，M可以选择不同的值。其中，所述预失真器可以通过功率放大器的预失真函数(即反模型函数)得到，也可以通过对功率放大器的正模型函数求逆得到。所述预失真器可以通过各种方式实现，比如查找表(Look Up Table，简称为LUT)方式、函数方式、查找表与函数结合的方式。优选地，为了配合M倍插值器与M倍插值滤波器合并后的多相滤波器的实现方式， 和/或M倍抽取滤波器与M倍抽取器合并后的用多相滤波器的实现方式，可以复制M个相同的预失真器，在多相滤波器的每一路都放置一个预失真器。此外，本发明还提供一种变换采样率的数字预失真处理方法，该方法包括升采样率的步骤，包括将输入的1倍采样率的序列转换为多倍采样率的序列后， 输出到预失真器或者序列高阶项构造器；降采样率的步骤，包括从所述预失真器或者序列高阶项构造器输出的多倍采样率的序列中抽取1倍采样率的序列。进一步地，所述升采样率的步骤中，是将1倍采样率的序列转换为M倍采样率的序列；所述降采样率的步骤中，是从M倍采样率的序列中抽取1倍采样率的序列；其中M的取值为正整数。进一步地，按照以下公式选取M的取值对于采样率fs下带宽为B的复数序列X，若序列χ频谱的中心位于0Hz，在[_fs/2， fs//2]NyqUist区内没有第QN+1)阶频谱分量的混叠，则M需要满足的条件是
进一步地，所述将1倍采样率的序列转换为M倍采样率的序列，是通过M倍插值器和M倍插值滤波器实现，或者通过M倍插值及M倍插值滤波器实现；所述从M倍采样率的序列中抽取1倍采样率的序列，是通过M倍抽取滤波器和M 倍抽取器实现，或者通过M倍抽取滤波及M倍抽取器实现。进一步地，所述M倍插值及M倍插值滤波器是采用多相滤波器的方式实现，即所述 M倍插值及M倍插值滤波器包括M倍插值多相滤波器分支1到分支M ；所述M倍抽取滤波及M倍抽取器是采用多相滤波器的方式实现，即所述M倍抽取滤波及M倍抽取器包括M倍抽取多相滤波器分支1到分支Μ。为了便于阐述本发明，以下将结合附图及具体实施例对本发明技术方案的实施作进一步详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。实施例一图1示出了本发明实施例的变换采样率的数字预失真处理系统的组成示意图。本实施例的变换采样率的数字预失真处理系统800主要由变换采样率的功放反模型求解模块700和变换采样率的数字预失真模块100构成。1倍采样率的复数序列χ首先送入变换采样率的数字预失真模块100，输出的1倍采样率的序列yfiltCT，先后经过数模转换器200和发射通道300后，送入功率放大器400。功率放大器400输出的射频信号的一部分功率耦合到反馈通道500，经过模数转换器600后得到序列z，送入变换采样率的功放反模型求解模块700。利用输入的序列χ和序列z，变换采样率的功放反模型求解模块700输出功放反模型到变换采样率的数字预失真模块100。图2示出了本实施例的变换采样率的功放反模型求解模块700的组成示意图，包括M倍升采样率装置(包括M倍插值器10和M倍插值滤波器20)、序列高阶项构造器31、 M倍升采样率装置(包括M倍抽取滤波器40和M倍抽取器50)、正模型函数/预失真函数求取器61。1倍采样率的复数序列χ首先送入M倍插值器10，输出的M倍采样率的序列％送入M倍插值滤波器20，输出的M倍采样率的序列％,filtCT送入序列高阶项构造器31，输出的 M倍采样率的序列yM送入M倍抽取滤波器40，输出的M倍采样率的序列yM,filtCT送入M倍抽取器50，输出的1倍采样率的序送入正模型函数/预失真函数求取器61。需要注意的是，因为是M中抽1，这里抽取得到的序列yfiltCT可以有M组，这M组序列取任何一个都可以，可以根据实际需要进行选择。图3示出了本实施例的变换采样率的数字预失真模块100的组成示意图，如图3 所示，包括M倍插值器10、M倍插值滤波器20、预失真器32、M倍抽取滤波器40和M倍抽取器50。1倍采样率的复数序列χ首先送入M倍插值器10，输出的M倍采样率的序列％送入M倍插值滤波器20，输出的M倍采样率的序列^filte,送入预失真器32，输出的M倍采样率的序列yM送入M倍抽取滤波器40，输出的M倍采样率的序列yM,filtCT送入M倍抽取器50， 根据实际需要从M组序列yfiltCT中取出一个。
实施例二图4示出了本发明另一实施例的变换采样率的功放反模型求解模块700的组成示意图。本实施例与前述实施例的主要区别在于，M倍升采样率装置是一个整体的模块。将图2中的M倍插值器10和M倍插值滤波器20合并为M倍插值及M倍插值滤波器70，再将 M倍抽取滤波器40和M倍抽取器50合并为M倍抽取滤波及M倍抽取器80，即可得到本实施例。 1倍采样率的序列χ首先送入M倍插值及M倍插值滤波器70，输出的M倍采样率的序列xM, filter送入序列高阶项构造器31，输出的M倍采样率的序列yM送入M倍抽取滤波及M倍抽取器80，输出的1倍采样率的序列yfiltCT送入正模型函数/预失真函数求取器61。 关于yfiltCT的选取可参照上面图2的实施例中的相关方法。图5示出了本发明另一实施例的变换采样率的数字预失真模块100的组成示意图。本实施例与前述实施例的主要区别在于，M倍升采样率装置是一个整体的模块。将图3 中的M倍插值器10和M倍插值滤波器20合并为M倍插值及M倍插值滤波器70，再将M倍抽取滤波器40和M倍抽取器50合并为M倍抽取滤波及M倍抽取器80，即可得到本实施例。1倍采样率的序列χ首先送入M倍插值及M倍插值滤波器70，输出的M倍采样率的序列xM, filter送入预失真器32，输出的M倍采样率的序列yM送入M倍抽取滤波及M倍抽取器80。实施例三图6示出了本发明又一实施例的变换采样率的变换采样率的功放反模型求解模块700的组成示意图。将图4中M倍插值及M倍插值滤波器70替换为具有M个分支的M 倍插值多相滤波器7(^7(^. . . 70M，再将M倍抽取滤波及M倍抽取器80替换为具有M个分支的M倍抽取多相滤波器SO1AO2. . . 80M，再将序列高阶项构造器31复制为M个序列高阶项构造器31”312. . . 31m(多相滤波器的每个分支i上放置一个序列高阶项构造器31D，即可得到本实施例。1倍采样率的序列χ首先送入具有M个分支的M倍插值多相滤波器TO1JO2. . . 70M, 分别输出1倍采样率的序列％ω ，filter、Xm(2)，filter…^M(M)，filter， 再分别送入序列高阶项构造器 31i、312... 31M，分别输出1倍采样率的序列yM(1)、yM⑵…yM(M)，再分别送入具有M个分支的M 倍抽取多相滤波器SO1^O2... 80M，分别输出1倍采样率的输出的1倍采样率的序列yfiltCT,
(1)、^filter，(2) *·· ^filter，(M)， 然后将 ^filter，(1)、^filter，(2) ··· ^filter，(M) 求禾口后的yfilter送入正模型函
数/预失真函数求取器61。其中，M倍插值多相滤波器7(V702. . . 70M可以根据需要，或调整各分支的顺序，和 /或在适当位置插入延时器，和/或在某些滤波器分支的头尾补零，目的是保证实际效果与不采用多相滤波器的效果相同。同样地，M倍抽取多相滤波器SOpSO2. . . 80M可以根据需要，或调整各分支的顺序， 和/或在适当位置插入延时器，和/或在某些滤波器分支的头尾补零，目的是保证实际效果与不采用多相滤波器的效果相同。需要注意的是，按照图6中的实施例得到yfiltCT和图2实施例中得到的yfiltCT相同，这里抽取得到的序列yfiltCT可以有M组，为了得到所期望的一组yfiltCT，可以在图6中的适当位置加入延时器等处理模块。
图7示出了本发明另一实施例的变换采样率的数字预失真模块100的组成示意图。将图5中M倍插值及M倍插值滤波器70替换为具有M个分支的M倍插值多相滤波器 7(V702. . . 70m,再将M倍抽取滤波及M倍抽取器80替换为具有M个分支的M倍抽取多相滤波器SOpSO2. · · 80M，再将预失真器32复制为M个预失真器32^3 . · · 32M (多相滤波器的每个分支i上放置一个预失真器32^，即可得到本实施例。1倍采样率的序列χ首先送入具有M个分支的M倍插值多相滤波器70i、702. . . 70M,
分别输出1倍采样率的序列％(1) ，filter、Xm(2)，filter…^M(M)，filter'
再分别送入预失真器32p
3 ... 32M，分别输出1倍采样率的序列5^Μω、yM⑵…yM(M)，再分别送入具有M个分支的M倍抽取多相滤波器SO1AO2... 80M，分别输出1倍采样率的输出的1倍采样率的序列yfiltCT,(1)、
^filter，(2) ··· ^filter，(M)， 然后将 ^filter，(1)、^filter，(2) ··· ^filter，(M) 求禾口得到一倍采样率的ymter。以上仅为本发明的优选实施案例而已，并不用于限制本发明，本发明还可有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员可根据本发明做出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本发明的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，并且在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明不限制于任何特定的硬件和软件结合。
权利要求
1.一种变换采样率的数字预失真处理系统，其特征在于，包括功放反模型求解模块和数字预失真模块，其中所述功放反模型求解模块和所述数字预失真模块中均包括变换采样率装置，所述变换采样率装置用于，将1倍采样率的序列转换为多倍采样率的序列；以及，从多倍采样率的序列中抽取1倍采样率的序列。
2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述变换采样率装置进一步包括 M倍升采样率器，用于将1倍采样率的序列转换为M倍采样率的序列；M倍降采样率器，用于从M倍采样率的序列中抽取1倍采样率的序列； 其中M的取值为正整数。
3.如权利要求2所述的系统，其特征在于，所述数字预失真模块具体包括依次相连的M倍升采样率器、预失真器和M倍降采样率器；所述功放反模型求解模块具体包括依次相连的M倍升采样率器、序列高阶项构造器、 M倍降采样率器、正模型函数/预失真函数求取器。
4.如权利要求2或3所述的系统，其特征在于， 按照以下公式选取M的取值对于采样率fs下带宽为B的复数序列X，若序列χ频谱的中心位于0Hz，在[_fs/2，fs/2] Nyquist区内没有第QN+1)阶频谱分量的混叠，则M需要满足的条件是
5.如权利要求2或3所述的系统，其特征在于，所述M倍升采样率器进一步包括M倍插值器和M倍插值滤波器； 所述M倍降采样率器进一步包括M倍抽取滤波器和M倍抽取器。
6.如权利要求2或3所述的系统，其特征在于， 所述M倍升采样率器为M倍插值及M倍插值滤波器。 所述M倍降采样率器为M倍抽取滤波及M倍抽取器。
7.如权利要求6所述的系统，其特征在于，所述M倍插值及M倍插值滤波器是采用多相滤波器的方式实现，即所述M倍插值及M 倍插值滤波器包括M倍插值多相滤波器分支1到分支M ；所述M倍抽取滤波及M倍抽取器是采用多相滤波器的方式实现，即所述M倍抽取滤波及M倍抽取器包括M倍抽取多相滤波器分支1到分支M。
8.一种变换采样率的数字预失真处理方法，其特征在于，包括升采样率的步骤，包括将输入的1倍采样率的序列转换为多倍采样率的序列后，输出到预失真器或者序列高阶项构造器；降采样率的步骤，包括从所述预失真器或者序列高阶项构造器输出的多倍采样率的序列中抽取1倍采样率的序列。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述升采样率的步骤中，是将1倍采样率的序列转换为M倍采样率的序列； 所述降采样率的步骤中，是从M倍采样率的序列中抽取1倍采样率的序列；其中M的取值为正整数。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，按照以下公式选取M的取值对于采样率fs下带宽为B的复数序列X，若序列χ频谱的中心位于0Hz，在[_fs/2，fs/2] Nyquist区内没有第QN+1)阶频谱分量的混叠，则M需要满足的条件是
11.如权利要求9或10所述的方法，其特征在于，所述将1倍采样率的序列转换为M倍采样率的序列，是通过M倍插值器和M倍插值滤波器实现，或者通过M倍插值及M倍插值滤波器实现；所述从M倍采样率的序列中抽取1倍采样率的序列，是通过M倍抽取滤波器和M倍抽取器实现，或者通过M倍抽取滤波及M倍抽取器实现。
12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述M倍插值及M倍插值滤波器是采用多相滤波器的方式实现，即所述M倍插值及M 倍插值滤波器包括M倍插值多相滤波器分支1到分支M ；所述M倍抽取滤波及M倍抽取器是采用多相滤波器的方式实现，即所述M倍抽取滤波及M倍抽取器包括M倍抽取多相滤波器分支1到分支M。(2N + 1)B
全文摘要
本发明公开了一种变换采样率的数字预失真处理系统和方法，该系统包括功放反模型求解模块和数字预失真模块，其中功放反模型求解模块和数字预失真模块中均包括一变换采样率装置，该变换采样率装置用于，将1倍采样率的序列转换为多倍采样率的序列；以及，从多倍采样率的序列中抽取1倍采样率的序列。本发明通过变换采样率的方法消除频谱混叠现象，有效改善了宽频带或多频带信号通过非线性通道传输的预失真效果。
文档编号H03F1/32GK102571657SQ20101058400
公开日2012年7月11日 申请日期2010年12月10日 优先权日2010年12月10日
发明者向际鹰, 宁东方, 杨泽亮, 林青春, 段义军, 游爱民, 潘卫明 申请人:中兴通讯股份有限公司