多频段数字预失真处理的方法、装置和系统与流程
本发明涉及无线通信的信号处理技术领域，特别是涉及一种多频段数字预失真处理的方法、装置和系统。
背景技术：
在现代无线通信系统中，较高功率的发射机是整个无线通信系统中能耗最高的部分，为了节省整个系统的能耗，提高发射机的能效比是每个设备制造商的最佳选择，而提高静态工作点可以提高发射机能效比，却由于进入功率放大器的非线性区间，导致了发射信号的非线性失真。目前解决非线性失真的方法最常用的是数字预失真。
随着无线频谱的日益拥挤，无线通信运营商需要无线通信设备同时工作在多个频段来保证较高的无线通信速率，而同时采用多套不同频段的设备会导致成本和功耗的上升，因此让同一设备的不同工作频段公用同一功率放大器和数字处理电路是降低成本和功耗的必然选择，但现有的多频段数字预失真处理的方法存在线性化效果比较差的问题。
技术实现要素：
基于此，有必要针对线性化效果比较差的问题，提供一种多频段数字预失真处理的方法和装置。
一种多频段数字预失真处理的方法，包括以下步骤：
获取各个频段对应的功率放大器的反馈信号的非线性失真指标；
当所述非线性失真指标的离散特征大于预设的判决门限时，从优先级最大的非线性失真指标对应的频段开始，按照非线性失真指标优先级的大小依次选择一个频段作为当前频段，根据当前频段的数字预失真系数对非线性失真指标优先级小于所述当前频段的非线性失真指标优先级的各个频段的反馈信号进行更新；
根据下一频段更新后的反馈信号和功率放大器的所述下一频段的输入信号生成所述下一频段的数字预失真系数，并根据所述下一频段的数字预失真系数对所述下一频段的输入信号进行数字预失真处理；其中，所述下一频段是非线性失真指标的优先级仅次于当前频段的非线性失真指标优先级的频段。
一种多频段数字预失真处理的装置，包括：
预失真处理单元，dac，合路器，分路器，adc以及数据采集单元；
所述预失真处理单元通过dac连接到合路器，所述合路器连接到功率放大器的输入端，所述分路器连接到功率放大器的输出端，并通过adc连接到数据采集单元，所述数据采集单元连接预失真处理单元；
所述分路器对功率放大器输出的各个频段的反馈信号进行分路输出至adc；
所述adc对各个频段的反馈信号进行模数变化后输出至数据采集单元；
所述数据采集单元同步采集功率放大器各个频段的输入信号，同步采集功率放大器各个频段的反馈信号，并将所述输入信号和反馈信号输出到预失真处理单元；
所述预失真处理单元用于执行多频段数字预失真处理的方法，并输出各频段的经数字预失真处理后的输入信号至所述dac；
所述dac对各频段的经数字预失真处理后的输入信号进行数模变换后，经合路器合路输入到功率放大器。
一种多频段数字预失真处理的系统，包括：
获取模块，用于获取各个频段对应的功率放大器的反馈信号的非线性失真指标；
更新模块，用于当所述非线性失真指标的离散特征大于预设的判决门限时，从优先级最大的非线性失真指标对应的频段开始，按照非线性失真指标优先级的大小依次选择一个频段作为当前频段，根据当前频段的数字预失真系数对非线性失真指标优先级小于所述当前频段的非线性失真指标优先级的各个频段的反馈信号进行更新；
预失真处理模块，用于根据下一频段更新后的反馈信号和功率放大器的所述下一频段的输入信号生成所述下一频段的数字预失真系数，并根据所述下一频段的数字预失真系数对所述下一频段的输入信号进行数字预失真处理；其中，所述下一频段是非线性失真指标的优先级仅次于当前频段的非线性失真指标优先级的频段。
一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现所述的多频段数字预失真处理的方法。
一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现所述的多频段数字预失真处理的方法。
上述多频段数字预失真处理的方法、装置和系统，以及计算机可读存储介质和计算机设备，通过获取各个频段的反馈信号的非线性失真指标，并对各个频段的反馈信号进行迭代的非线性消去，能有效提高多频段数字预失真的线性化效果。
附图说明
图1为一个实施例的多频段数字预失真处理的方法流程图；
图2为一个实施例的多频段数字预失真处理的装置的结构示意图；
图3一个实施例的多频段数字预失真处理的系统的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案进行说明。
如图1所示，本发明提供一种多频段数字预失真处理的方法，可包括以下步骤：
s1，获取各个频段对应的功率放大器的反馈信号的非线性失真指标；
本发明实施例中，将功率放大器的输出信号y1i作为功率放大器的反馈信号，来对功率放大器的输入信号xi进行数字预失真处理。在一个实施例中，可同步采集功率放大器各个频段的输入信号xi，并同步采集功率放大器各个频段的反馈信号y1i，然后分别根据各个频段的输入信号xi和对应频段的反馈信号y1i计算对应频段的反馈信号的非线性失真指标ki。例如，假设共有3个频段，可以同步采集这3个频段的输入信号x1，x2和x3，同时，可以同步采集这3个频段的反馈信号y11，y12和y13；然后，可以根据x1和y11计算频段1的非线性失真指标k1，根据x2和y12计算频段2的非线性失真指标k2，并根据x3和y13计算频段3的非线性失真指标k3。
进一步地，在计算非线性失真指标ki时，可以采集所述功率放大器各个频段的输入信号xi和对应的反馈信号y1i；将各个频段的反馈信号y1i相对对应的输入信号xi进行正交化，分离得到各个频段对应的反馈信号的线性分量和非线性失真分量；根据每个频段的线性分量和非线性失真分量获得各个频段的非线性失真指标ki。具体地，对于第i频段的输入信号xi和第i频段的反馈信号y1i，首先可对反馈信号y1i进行时延，使反馈信号y1i的时延对齐输入信号xi，将时延调整后的反馈信号记为y2i；然后进行y2i对xi的正交化得到y3i。在一个实施例中，可根据以下方式进行y2i对xi的正交化：
y3i即为反馈信号的线性分量。其中，h表示共轭转置操作。然后，可根据下式计算非线性失真分量δyi：
δyi＝y2i-y3i。
则第i频段的非线性失真指标ki即为非线性分量δyi与线性分量y3i的功率比值。
s2，当所述非线性失真指标的离散特征大于预设的判决门限时，从优先级最大的非线性失真指标对应的频段开始，按照非线性失真指标优先级的大小依次选择一个频段作为当前频段，根据当前频段的数字预失真系数对非线性失真指标优先级小于所述当前频段的非线性失真指标优先级的各个频段的反馈信号进行更新；
在本步骤中，可以根据当前频段的数字预失真系数生成所述功率放大器的反馈控制信号；将所述非线性失真指标的优先级小于所述当前频段的非线性失真指标优先级的频段的反馈信号减去所述反馈控制信号，获得所述非线性失真指标的优先级小于所述当前频段的非线性失真指标优先级的频段的更新结果。
在本步骤中，根据每个频段的非线性失真指标ki的离散特征，决定后续是对每个频段依次进行数字预失真系数计算和预失真处理，还是对每个频段同时进行数字预失真系数计算然后同时进行预失真处理。通过这种方式可以更有效地优化多频段预失真效果。其中，离散特征可采用各个频段ki的非线性失真指标的均值，也可以采用ki的最大值与均值的差，较优地，还可以采用ki的标准差。通过这种方式可以进一步优化多频段预失真效果。在一个实施例中，判决门限的值可以取0.5，即，当离散特征大于0.5时，对各个频段依次进行数字预失真处理；否则，对各个频段同时进行数字预失真处理。判决门限也可以取其他值，经过实验证明，取值为0.5时可以达到最优的预失真效果。
在一个实施例中，可以按照非线性失真指标ki的大小确定各个频段的优先级，非线性失真指标ki越大的频段优先级越高，即按照非线性失真指标ki从大到小的顺序依次选择一个频段作为当前频段，并执行后续操作。进一步地，对于非线性失真指标最大的第一频段，可以根据非线性失真指标最大的第一频段的输入信号与所述第一频段的反馈信号计算所述第一频段的数字预失真系数；根据所述第一频段的数字预失真系数对所述第一频段的输入信号进行数字预失真处理，并将所述第一频段作为当前频段，返回根据当前频段的数字预失真系数对非线性失真指标小于当前频段的各个频段的反馈信号进行更新的步骤。在得到第一频段的数字预失真系数之后，可以将非线性失真指标仅次于第一频段的第二频段作为当前频段，并执行后续操作；然后，可以将将非线性失真指标仅次于第二频段的第三频段作为当前频段，并执行后续操作；以此类推，直到对所有频段均进行数字预失真处理。需要说明的是，上述“非线性失真指标仅次于第一频段的第二频段”是指非线性失真指标的值只小于第一频段，并且大于除第一频段以外的各个频段的频段。本发明其他部分中“仅次于”的含义与此类似，不再赘述。
通过这种方式，可以先获取非线性失真最严重的频段，计算该频段的数字预失真系数，并在其他频段中清除该频段的非线性失真影响，从而优化多频段预失真效果。为了便于按照非线性失真指标ki从大到小的顺序依次选择当前频段，可以对所有频段按照非线性失真指标ki进行排序，然后对排序后的各个频段进行编号，最后根据排序编号从小到大的顺序依次确定当前频段。
在另一个实施例中，也可以将所述各个频段的非线性失真指标ki分别乘以对应频段的权值pi，得到各个频段对应的加权结果；对所述各个频段对应的加权结果按照从大到小的顺序进行排序，从而得到各个频段的非线性失真指标ki的优先级。加权结果越大的非线性失真指标ki对应的频段优先级越高。为了便于按照加权后的各个非线性失真指标从大到小的顺序依次选择当前频段，可以根据加权后的各个非线性失真指标的大小，对各个频段进行降序排列。即，在根据各个频段的非线性失真指标的大小，对各个频段进行降序排列之前，分别根据各个频段对应的权值对各个频段的非线性失真指标进行加权；将加权后的非线性失真指标作为各个频段的非线性失真指标。
较优地，可采取先对加权后的各个非线性失真指标进行排序，再选择频段的方式。其中，权值pi可根据每个频段在功率放大器设计通带中的相对位置而设定，可以为经验值，也可以建模为表达式。具体为，对每个频段在功率放大器设计通带中的相对位置进行排序，由低频段至高频段对频段进行排序，排序后的频段的编号qi为1到n，n为频段总个数，则各个频段的频段权值pi可根据以下方式获取：
pi＝(qi-1)*(n-qi)+1。
完成排序后，降序排列的相应频段的编号可记为j，称为第j频段。根据编号确定当前频段时，按照编号从小到大的顺序依次将各个编号对应的频段确定为当前频段，即，先将编号为1的频段确定为当前频段，再将编号为2的频段确定为当前频段，以此类推。
s3，根据下一频段更新后的反馈信号和功率放大器的所述下一频段的输入信号生成所述下一频段的数字预失真系数，并根据所述下一频段的数字预失真系数对所述下一频段的输入信号进行数字预失真处理；其中，下一频段是非线性失真指标仅次于当前频段的频段。
进一步地，在生成下一频段的数字预失真系数之后，还可以将所述下一频段作为当前频段；然后返回根据当前频段的数字预失真系数对非线性失真指标小于当前频段的各个频段的反馈信号进行更新的步骤。这样，通过多轮迭代，最终实现数字预失真处理。
作为一个具体实施例，可以预先建立多频段功放模型，例如，可建立以下多频段功放模型：yj＝g(xj,cj)，其中xj是排序后编号为j的频段的输入信号，yj是排序后编号为j的频段的反馈信号，cj是排序后编号为j的频段的数字预失真系数。在实际应用中，可以通过第j＝1频段的输入信号x1和反馈信号y1计算得到c1后，将x1替换为x2，得到第j＝2频段的反馈控制信号为
在另一个实施例中，当所述离散特征小于或等于所述判决门限时，可以同时计算各个频段的数字预失真系数；并根据所述数字预失真系数同时对各个频段的输入信号进行数字预失真处理。
在进行数字预失真处理之后，可以把每个频段经过预失真处理后的输入信号，输入到dac(digitaltoanalogconverter，数模转换器)，然后合路输入功率放大器。其中，合路可以在合路器中进行，合路包括对各个频段信号进行搬频恢复到指定频段，然后合路输出。
如图2所示，本发明还提供一种多频段数字预失真处理的装置，可包括：
预失真处理单元，dac，合路器，分路器，adc(analogtodigitalconverter，模数转换器)以及数据采集单元；
所述预失真处理单元通过dac连接到合路器，所述合路器连接到功率放大器的输入端，所述分路器连接到功率放大器的输出端，并通过adc连接到数据采集单元，所述数据采集单元连接预失真处理单元；
所述分路器对功率放大器输出的各个频段的反馈信号进行分路输出至adc；
所述adc对各个频段的反馈信号进行模数变化后输出至数据采集单元；
所述数据采集单元同步采集功率放大器各个频段的输入信号，同步采集功率放大器各个频段的反馈信号，并将所述输入信号和反馈信号输出到预失真处理单元；
所述预失真处理单元用于执行多频段数字预失真处理的方法，并输出各频段的经数字预失真处理后的输入信号至所述dac；
所述dac对各频段的经数字预失真处理后的输入信号进行数模变换后，经合路器合路输入到功率放大器。
本实施例的多频段数字预失真处理的装置可执行上述任意实施例中的多频段数字预失真处理的方法，此处不再赘述。
进一步地，据采集单元可对各个频段的输出到dac前的输入信号进行触发式存储，在检测到第一同步触发信号(trigger1)时启动对各个频段的输入信号的存储，并在第一时间长度t1之后停止对各个频段的输入信号的存储。
进一步地，数据采集单元可对adc输出的各个频段的反馈信号进行触发式存储，在检测到第二同步触发信号(trigger2)时启动对各个频段的反馈信号的存储，并在第二时间长度t2之后停止对各个频段的反馈信号的存储。
其中，分路在分路器中进行，包括对功放反馈多频段信号的分路，对每个频段信号搬频到零频，然后对每个频段信号进行滤波。
其中，信号trigger1与信号trigger2可由第三同步触发信号(trigger3)触发，信号trigger1与信号trigger2之间存在时延的δt。较优地，δt小于1us。多频段的采集要求同步，越同步越好，1us是算法能容忍的边界。其中，t1和t2都满足大于等于30us。较优地，t1＝t2＝30us。取值为30us，既能满足计算系数的需要，又不会影响速度。
上述多频段数字预失真处理的方法和装置，通过获取各个频段的反馈信号的非线性失真指标，并对各个频段的反馈信号进行迭代的非线性消去，能有效提高多频段数字预失真的线性化效果。
如图3所示，本发明还提供一种多频段数字预失真处理的系统，可包括：
获取模块10，用于获取各个频段对应的功率放大器的反馈信号的非线性失真指标；
更新模块20，用于当所述非线性失真指标的离散特征大于预设的判决门限时，从优先级最大的非线性失真指标对应的频段开始，按照非线性失真指标优先级的大小依次选择一个频段作为当前频段，根据当前频段的数字预失真系数对非线性失真指标优先级小于所述当前频段的非线性失真指标优先级的各个频段的反馈信号进行更新；
预失真处理模块30，用于根据下一频段更新后的反馈信号和功率放大器的所述下一频段的输入信号生成所述下一频段的数字预失真系数，并根据所述下一频段的数字预失真系数对所述下一频段的输入信号进行数字预失真处理；其中，所述下一频段是非线性失真指标的优先级仅次于当前频段的非线性失真指标优先级的频段。
本发明的多频段数字预失真处理的系统与本发明的多频段数字预失真处理的方法一一对应，在上述多频段数字预失真处理的方法的实施例阐述的技术特征及其有益效果均适用于多频段数字预失真处理的系统的实施例中，特此声明。
进一步地，本发明还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现所述的多频段数字预失真处理的方法。本发明的计算机可读存储介质上存储的程序所实现的多频段数字预失真处理的方法与上述多频段数字预失真处理的方法的实施例相同，此处不再赘述。
进一步地，本发明还提供一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现所述的多频段数字预失真处理的方法。本发明的计算机设备的处理器所实现的多频段数字预失真处理的方法与上述多频段数字预失真处理的方法的实施例相同，此处不再赘述。
在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备(如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统)使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，“计算机可读介质”可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。
计算机可读介质的更具体的示例(非穷尽性列表)包括以下：具有一个或多个布线的电连接部(电子装置)，便携式计算机盘盒(磁装置)，随机存取存储器(ram)，只读存储器(rom)，可擦除可编辑只读存储器(eprom或闪速存储器)，光纤装置，以及便携式光盘只读存储器(cdrom)。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器中。
应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(pga)，现场可编程门阵列(fpga)等。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
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