基于极坐标多项式模型的数字信号预失真处理方法及系统

本发明属于涉及数字预失真方法及系统，尤其涉及一种基于极坐标多项式模型的数字信号预失真处理方法及系统。

背景技术：

1、功率放大器(pa)对发射机起着关键作用，但同时也是发射机系统中比较耗能的器件之一。pa通常必须工作在饱和区附近以获得更好的输出性能，但由于pa的效率与其线性度之间存在近似的反比关系，因此，这将导致pa的非线性失真，进而造成带内和带外频谱干扰，降低发射信号的质量并影响邻近信道的传播。目前，为了尽量减少pa非线性失真的影响，多种pa线性化技术应运而生，其中，基于数字预失真(dpd)的pa线性化技术由于其高度的灵活性和可重构性，在行业内获得了广泛应用。

2、基于数字预失真的pa线性化技术的原理为：测量pa输出侧的非线性度，并通过先进的信号处理技术在pa输入侧提供互补的非线性度，再将一个与pa具有相反特性的数字预失真器级联在pa之前。在获得上述数字预失真器时，需要对pa的非线性特性进行建模，目前，建模模型主要有wiener模型、hammerstein模型以及volterra模型等。这些模型认为动态非线性系统是由动态线性和静态非线性组成的，因此它们分别用线性模型和无记忆非线性模型来描述pa的不同特性的变形，虽然这些模型的复杂性较低，但其在建模宽带pa的动态非线性方面的有效性是有限的，不能满足有记忆效应的非线性建模的需要。

3、随着通信系统带宽的增加，充分的基函数和丰富的行为模型是更好补偿非线性失真的前提。从准确性和复杂度综合来看，修剪的volterra模型，如mp模型，是表现出记忆效应和pa行为建模的最简单的常用模型，它可以很好的补偿大部分信号的非线性失真，包括非线性/线性记忆效应，因此，更适用于数字预失真器的线性化。但在一些非线性系统中，尤其是射频功率放大器等高频系统中，信号的非线性失真不仅包括幅值失真，还包括相位失真。而传统的mp模型为实数域多项式模型，其只能描述信号的幅值特性，不能描述信号的相位信息，因此，传统的mp模型在对信号进行预失真处理时存在无法完全恢复信号相位特性的问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于解决传统mp模型只能描述信号的幅值特性，不能描述信号的相位信息，导致在对信号进行预失真处理时存在无法完全恢复信号相位特性的技术问题，而提供一种基于极坐标多项式模型的数字信号预失真处理方法及系统。

2、为了实现上述目的，本发明提供的技术解决方案如下：

3、一种基于极坐标多项式模型的数字信号预失真处理方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：

4、1】根据极坐标多项式模型对当前周期输入信号x(n)进行预失真处理，得到预失真信号q(n)，初始时，q(n)＝x(n)；所述极坐标多项式模型为：

5、

6、其中，ypha-mp(n)表示基于极坐标多项式模型的功率放大器输出，k表示模型的非线性阶数，m表示模型的记忆深度，kc表示极坐标多项式模型中非线性阶数的最大值，mc表示极坐标多项式模型中记忆深度的最大值，γmk表示极坐标多项式模型的系数，表示功率放大器输出信号的相位，e为自然常数，j为复数；

7、2】预失真信号q(n)依次进行数模转换和上变频处理后进入功率放大器中，经功率放大器功率放大后获得输出信号y(n)；

8、3】对输出信号y(n)依次进行下变频、模数转换以及相位提取；

9、4】将提取到的相位信号、输入信号x(n)和预失真信号q(n)，送入系数提取模型，得到极坐标多项式模型的最新系数，根据最新系数更新极坐标多项式模型；

10、5】按照更新后的极坐标多项式模型对下一周期输入信号进行预失真处理；

11、所述系数提取模型采用以下方法建立：

12、a】搭建试验系统，所述试验系统包括信号发生器、参考功率放大器、衰减器、频谱分析仪以及计算机；所述信号发生器用于产生基准信号、调制信号；所述调制信号分为两路，其中一路调制信号依次通过参考功率放大器、衰减器后送入频谱分析仪信号输入端，另一路调制信号直接送入频谱分析仪的触发端作为同步信号，其基准信号送入频谱分析仪的参考信号输入端；参考功率放大器与步骤2中的放大器参数相同；

13、b】频谱分析仪根据同步信号对调制信号和基准信号进行失真分析，并将分析结果送入计算机中对极坐标多项式模型进行训练，获得系数提取模型。

14、进一步地，通过最小二乘法求解极坐标多项式模型的系数。

15、进一步地，通过matlab软件对极坐标多项式模型进行训练。

16、为了实现上述预失真处理方法，本发明还提供了一种基于极坐标多项式模型的数字信号预失真处理系统，其特殊之处在于，包括预失真处理单元和系数提取单元；

17、所述预失真处理单元包括依次连接的预失真器、数模转换器、上变频单元、功率放大器；

18、系数提取单元包括依次连接的下变频单元、模数转换器、相位提取模块以及系数提取模块；下变频单元接功率放大器的输出端；系数提取模块的另外两个输入端分别接预失真器的输入端和输出端；

19、所述预失真器中设置有极坐标多项式模型，所述极坐标多项式模型为：

20、

21、其中，ypha-mp(n)表示基于极坐标多项式模型的功率放大器输出，k表示模型的非线性阶数，m表示模型的记忆深度，kc表示极坐标多项式模型中非线性阶数的最大值，mc表示极坐标多项式模型中记忆深度的最大值，γmk表示极坐标多项式模型的系数，表示功率放大器输出信号的相位，e为自然常数，j为复数；

22、所述系数提取模块中设置有系数提取模型；系数提取模型向预失真器提供更新后的系数。

23、进一步地，所述系数提取模型采用以下方法建立：

24、a】搭建试验系统，所述试验系统包括信号发生器、参考功率放大器、衰减器、频谱分析仪以及计算机；所述信号发生器用于产生基准信号、调制信号；所述调制信号分为两路，其中一路调制信号依次通过参考功率放大器、衰减器后送入频谱分析仪信号输入端，另一路调制信号直接送入频谱分析仪的触发端作为同步信号，其基准信号送入频谱分析仪的参考信号输入端；参考功率放大器与步骤2中的放大器参数相同；

25、b】频谱分析仪根据同步信号对调制信号和基准信号进行失真分析，并将分析结果送入计算机中对极坐标多项式模型进行训练，获得系数提取模型。

26、进一步地，所述上变频单元用于对模数转换后的预失真信号q(n)进行上变频处理；

27、所述下变频单元用于对功率放大后的输出信号y(n)/进行下变频处理。

28、进一步地，所述计算机通过最小二乘法求解极坐标多项式模型的系数。进一步地，所述计算机通过matlab软件对极坐标多项式模型进行训练。

29、本发明相比于现有技术的有益效果如下：

30、1、本发明提供的一种基于极坐标多项式模型的数字信号预失真处理方法，对传统的mp模型进行改进形成极坐标改进记忆多项式模型，来描述功率放大器的非线性特性，与传统的实数域多项式不同，极坐标下的多项式模型在考虑了幅值的基础上，同时引入了相位调整参数，将极坐标多项式模型分成了复数域输入信号的包络项和输出信号相位的加权和，能够更准确地描述信号的相位失真，从而更好地适应功率放大器的非线性特性。

31、2、本发明提供的一种基于极坐标多项式模型的数字信号预失真处理方法，采用了极坐标系中复数的运算，拟合了动态场景下的静态非线性，从而降低了极坐标多项式模型的拟合要求，减少了极坐标多项式模型的系数个数。

32、3、本发明提供的一种基于极坐标多项式模型的数字信号预失真处理方法，采用极坐标改进记忆多项式模型，具有比传统mp模型更高的灵活性，使得本发明的极坐标多项式模型在保留传统mp模型优点的基础上，同时提高了信号的准确性，并且可以有效的拟合线性化过程。

33、4、本发明提供的一种基于极坐标多项式模型的数字信号预失真处理系统，充分考虑到功率放大器输入信号和输出信号的幅值和相位对非线性特性的影响，设置了相位提取模块，对输出信号的相位进行调整，将极坐标多项式模型分成了复数域输入信号的包络项和输出信号相位的加权和，可以更准确地描述信号的相位失真，从而更好地适应功率放大器的非线性特性。