专利名称：一种抵偿高功率放大器非线性的方法
技术领域：
本发明属于通信技术领域，涉及一种发射机的预失真算法，具体是一种基于代数求解的基带预处理方法，并且该方法可以应对高功率放大器(HPA)的记忆模型和非记忆模型。
背景技术：
在数字电视调制发射器的设计中，处在最后一级的高功率放大器(HPA)和前面的处理有很大的不同。在放大器之前的模块全部是在数字域上的，而最后一级的高功率放大器是在模拟域上工作的。为了提高放大器的工作效率，应该使放大器工作在近饱和区。但是在此区域工作会使信号产生非线性失真，导致信号的频谱不平坦产生码间干扰(ISI)和信道间干扰(ICI)，而大部分的调制方式必须以良好的线性作为保障。因此，抵偿这种失真是必须的，之前的方法都是将放大器的失真作为信道干扰的一种，在接收端使用均衡的方式补偿。但是HPA的模型和信道模型相差很大，如果联合考虑，必然使均衡的能力变差。并且联合均衡的方法也会是接收端的成本上升。
根据不同的功率放大器性质，现阶段用来研究的有两类模型有记忆HPA模型和无记忆HPA模型。有记忆HPA是由一个线性滤波器和一个无记忆HPA组成，线性滤波器的Z变换为 H＝h0+h1z-1+h2z-2 (1) 对于基带输入信号x＝I+jQ＝r·exp(jψ)，无记忆HPA的幅度A(r)和相位Φ(r)变化为 HPA(I+jQ)＝A(r)·exp(j(ψ+Φ(r)) (2) 其中无记忆HPA模型幅度A(r)和相位Φ(r)的数学描述为 A(r)＝αar/(1+βar2) (3) Φ(r)＝αφr2/(1+βφr2) (4) 无记忆HPA模型的数学描述由(3)，(4)给出。无记忆HPA的非线性失真同时包括幅度失真和相位失真。
针对HPA的非线性特性，有多种方案可以解决，基带预失真算法被认为是一种最有前途的抵偿HPA非线性的方法。常用的在基带预失真设计的方法包括滤波器查找表方法(FLUT)，直接学习方法(Direct learning)以及间接学习方法(Indirect learning)。这些方法都有自身的缺点，滤波器查找表方法(FLUT)虽然运算量较小，但是性能较差且需要消耗很大的存储空间；直接学习方法和间接学习方法的运算量很大，并且收敛时间长。
发明内容
本发明就是针对传统方法存在的诸多缺点，提出的一种对输入高功率放大器信号预处理的方法，这种方法不仅具有非常好的性能和很低的计算复杂度，而且需要的存储空间很少。
本发明针对上面的HPA模型，提出了一种基于代数求解的抵偿高功率放大器非线性的方法。
本发明方法是将进入高功率放大器前的基带信号进行预处理，实现抵偿高功率放大器非线性。
本发明中预处理的具体步骤如下 进入高功率放大器前的基带信号进行预处理的具体步骤如下 (1)提取出高功率放大器的滤波器系数h＝[h0，h1，h2]和多项式系数αa，βa，αφ，βφ。提取方法采用成熟的现有技术，如John Mathews提出的方法(见文献“Adaptive Polynomial Filters”IEEE Signal Processing Magazine，Vol.8，No.3，pp.10-26，July 1991)。
(2)对输入基带信号序列x＝[x0，x1，x2，…，xn]中的每一点xi，i＝0，1，2，...n的幅值ri按照式(a)计算每一点xi对应的增益Gi 其中ri＝|xj|，αa，βa由步骤(1)获得，ak，k＝1，2，…，7为泰勒展开的系数。
(3)根据输入的每一个基带信号点xi对应的幅度增益Gi，通过式(b)计算出每一个基带信号点xi的相位补偿值Θi， 其中αφ，βφ由步骤(1)获得。
(4)基带信号序列x＝[x0，x1，x2，…，xn]中每一个点xi对应的相位补偿值Θi与增益Gi合成复增益Gi·exp(jΘi)，得到基带信号序列中每一个基带信号点xi的预处理值pi，i＝0，1，2，…n，pi＝xi·Gi·exp(jΘi)，其中j表示虚数单位
pi，i＝0，1，2，…n构成了预处理输出序列p，p＝[p0，p1，…，pn]。
(5)如果高功率放大器采用的是无记忆高功率放大器模型，则将预处理输出序列p直接输出到高功率放大器中，实现了抵偿高功率放大器非线性。
如果高功率放大器采用的是有记忆高功率放大器模型，预处理输出序列p经过反向滤波器输出到高功率放大器中，实现了抵偿高功率放大器非线性；其中反向滤波器的Z变换为Hinverse，Hinverse的系数h0、h1、h2由高功率放大器的滤波器系数h＝[h0，h1，h2]提供。
本发明方法提出的基于代数求解的预处理方法与现有的FLUT，MEM-POLY方法的复杂度比较，除了比无记忆HPA模型的LUT预处理方法复杂度略高，代数求解的预处理方法远低于现有的其他预处理方法的复杂度。同时基于代数求解的预处理方法在抵抗ICI和ISI干扰方面都比之前的预处理方法有巨大的提高。
具体实施例方式 根据HPA放大器的模型，可以通过反解描述HPA的公式得到预失真算法。所设计的线性滤波器Hinverse应该能够抵偿HPA中的H的影响，使得信号x经过Hinverse和H后仍然得到信号x。由以上目的，H应该满足下式 Hinverse＝1/H (5) 根据(5)可以设计出预处理中的线性滤波器。通过上面的设计可以将H的影响去除，所以只需考虑HPA的无记忆多项式部分即可，即公式(3)，(4)描述的HPA模型。
根据预失真器的设计目的，有如下公式 r＝A(r·G)＝αar·G/(1+βa(r·G)2) (6) 其中r为输入信号x的幅度，可以计算出G的值为 这就是预失真器幅度增益的计算公式，由于分母2βar2很小，使用(7)式直接计算会产生很大的误差，极大的影响了性能，因此要对G的运算进行数学处理。
由参数αa，βa的典型值可知，可以对进行在处进行Taylor展开， 将(8)代入(7)化简得 其中
为x8的无穷小项。由于
很小，可以忽略，所以可以用此公式计算预失真的幅度增益G。
由预失真器的设计目的可知，预失真器的相位补偿公式为 以上所述，仅为本发明中的具体实施方式
，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本发明所述的技术范围内，可轻易想到的变换或替换，都应涵盖在本发明的包含范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。
性能仿真 使用具有等概率分布的0，1信号经过16QAM映射，并经过升抽样和成型滤波得到的信号进行方法的仿真，可以看到这一方法表现出有比其他方法更好的性能。指标归一化平均最小误差NMSE比公认为最好的多项式预处理技术提高了24dB以上，并且方法复杂度很低。在信号恢复上更是比传统的方法有了很大提高。在抑制信道间干扰(ICI)和码间干扰(ISI)有极好的性能，是一种很好的预处理方法。
权利要求
1.一种抵偿高功率放大器非线性的方法，该方法是将进入高功率放大器前的基带信号进行预处理，实现抵偿高功率放大器非线性，其特征在于进入高功率放大器前的基带信号进行预处理的具体步骤如下
(1)提取出高功率放大器的滤波器系数h＝[h0，h1，h2]和多项式系数αa，βa，αφ，βφ；
(2)对输入基带信号序列x＝[x0，x1，x2，…，xn]中的每一点xi，i＝0，1，2，…n的幅值ri按照式(a)计算每一点xi对应的增益Gi
其中ri＝|xi|，αa，βa由步骤(1)获得，ak，k＝1，2，…，7为泰勒展开的系数；
(3)根据输入的每一个基带信号点xi对应的幅度增益Gi，通过式(b)计算出每一个基带信号点xi的相位补偿值Θi，
其中αφ，βφ由步骤(1)获得；
(4)基带信号序列x＝[x0，x1，x2，…，xn]中每一个点xi对应的相位补偿值Θi与增益Gi合成复增益Gi·exp(jΘi)，得到基带信号序列中每一个基带信号点xi的预处理值pi，i＝0，1，2，…n，pi＝xi·Gi·exp(jΘi)，其中j表示虚数单位
；pi，i＝0，1，2，…n构成了预处理输出序列p，p＝[p0，p1，…，pn]；
(5)如果高功率放大器采用的是无记忆高功率放大器模型，则将预处理输出序列p直接输出到高功率放大器中，实现了抵偿高功率放大器非线性；
如果高功率放大器采用的是有记忆高功率放大器模型，预处理输出序列p经过反向滤波器输出到高功率放大器中，实现了抵偿高功率放大器非线性；其中反向滤波器的Z变换为Hinverse，Hinverse的系数h0、h1、h2由高功率放大器的滤波器系数h＝[h0，h1，h2]提供。
全文摘要
本发明涉及一种抵偿高功率放大器非线性的方法。现有方法复杂度高、性能差。本发明方法是将基带信号进行预处理来实现抵偿非线性，预处理方法是提取出高功率放大器的滤波器系数和多项式系数；对输入基带信号序列中的每一点的幅值计算对应的增益，根据幅度增益计算出相位补偿值；每一个点对应的相位补偿值与增益合成复增益，得到预处理值pi，构成了预处理输出序列；将预处理输出序列直接或经过反向滤波器后输出到高功率放大器中。本发明方法相对于现有方法复杂度低、性能好、容易实现。
文档编号H04L25/49GK101364962SQ20081012113
公开日2009年2月11日 申请日期2008年9月28日 优先权日2008年9月28日
发明者陈惠芳, 磊 谢, 哲 王, 莹 汪 申请人:浙江大学