基于功放内部反射信号的数字预失真线性化方法

本发明涉及数字预失真线性化方法，尤其是涉及一种基于功放内部反射信号的数字预失真线性化方法。

背景技术：

1、在5g通信系统中，无线发射机的一个关键部件是功率放大器(简称功放)，它是射频前端有源器件，在实现更高的传输速率、稳定性和容纳更多用户方面起着至关重要的作用。然而，功放固有的非线性特性和记忆效应导致其发射信号存在严重的非线性失真。功放非线性失真给无线发射机的整体性能和通信质量带来了巨大的挑战。为了解决这一问题，数字预失真技术(dpd)作为一种有效的矫正功放非线性失真的技术应运而生。dpd可以提高无线发射机的整体性能和通信质量，已被广泛应用。

2、传统的数字预失真线性化方法是采用volterra级数或神经网络等单一映射方法构建数字预失真模型来实现数字预失真线性化，通过将功放的输入信号和输出信号代入到数字预失真模型产生数字预失真信号来矫正功放的非线性失真。但是，传统的数字预失真线性化方法在实际应用时，由于功放内部的输入匹配电路、输出匹配电路和偏置电路之间的阻抗失配会导致阻抗节点的不连续，使得功放的一部分输出信号会通过其输出端反射回其输入端，即功放的输入端除了输入信号外，还存在来自于其输出端反射信号，这种反射信号与功放输入端的输入信号会在功放的输入端相叠加，从而导致通过数字预失真模型得到的数字预失真信号存在较大误差。由此，传统的数字预失真线性化方法由于功放输入端反射信号的干扰带来的不利影响，对功放非线性失真矫正的效果一般。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是提供一种能够有效地消除了功放内部反射信号带来的不利影响，对功放非线性矫正效果好的基于功放内部反射信号的数字预失真线性化方法。

2、本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种基于功放内部反射信号的数字预失真线性化方法，包括以下步骤：

3、步骤1、对功放的输入端的输入信号和输出端的输出信号分别进行离散采样，将在第n个采样时刻对功放的输入端的输入信号进行离散采样得到的信号记为x(n)，将在第n个采样时刻对功放的输出端的输出信号进行离散采样得到的信号记为y(n)，其中n表示采样时刻序号，n＝0，1，2，…，l，l为整数，且l>5000，l+1为离散采样总长度，即对功放的输入端的输入信号进行离散采样得到l+1个信号x(0)、x(1)、x(2)、…、x(l)，对功放的输出端的输出信号进行离散采样也得到l+1个信号y(0)、y(1)、y(2)、…、y(l)；

4、步骤2、将从功放的输出端反射至功放的输入端的信号称为反射信号，将第n个采样时刻从功放的输出端反射至功放的输入端的反射信号记作yfeedback(n)，采用公式(1)表示为：

5、yfeedback(n)＝δ*y(n)       (1)

6、式(1)中，δ表示功放的反射系数，当前处于待求解状态；

7、步骤3、基于x(n)、y(n)和yfeedback(n)构建基于反射信号的记忆多项式模型,简称fsmp模型，该fsmp模型采用公式(2)表示为：

8、

9、式(2)中，yfsmp(n)表示fsmp模型的输出信号，即待求解的数字预失真信号，m表示fsmp模型的记忆深度，k表示fsmp模型的非线性阶数，m和k均为整数，且0≤m≤10,1≤k≤10,x(n-j)表示x(n)时延j个采样时刻的信号，即在第n-j个采样时刻对功放的输入端的输入信号进行离散采样得到的信号，y(n-j)表示y(n)时延j个采样时刻的信号，即在第n-j个采样时刻对功放的输出端的输出信号进行离散采样得到的信号，| |为取模操作符号，|x(n-j)|i-1表示x(n-j)的i-1阶非线性，|δ*y(n-j)|i-1表示δ*y(n-j)的i-1阶非线性，i＝1，2，…，k，j＝0，1，2，…，m，*表示乘积运算符；wij为fsmp模型的系数，wij当前处于待求解状态；

10、步骤3.1、对公式(2)进行变形，采用|δ|i-1*|y(n-j)|i-1替换公式(2)中的|δ*y(n-j)|i-1，此时fsmp模型采用公式(3)表示为：

11、

12、步骤3.2、将公式(3)所示的fsmp模型中的wij*|δi-1|作为一个新的待求系数，令aij＝wij*|δi-1|，将aij代入公式(3)中得到公式(4)所示的fsmp模型：

13、

14、式(4)中,x(n-j)*|x(n-j)|i-1*|y(n-j)|i-1表示fsmp模型的基函数；

15、步骤4、构建逆fsmp模型，简称ifsmp模型，将ifsmp模型采用公式(5)表示为：

16、

17、式(5)中，xifsmp(n)表示ifsmp模型的输出信号,y(n-j)*|y(n-j)|i-1*|x(n-j)|i-1表示ifsmp模型的基函数；

18、步骤5、将xifsmp(n)＝x(n)以及步骤1得到的x(n-j)和y(n-j)均代入公式(5)，使用最小二乘法(ls)算法求解公式(5)，得到aij；

19、步骤6、将步骤1得到的x(n-j)、y(n-j)以及步骤5得到的aij均代入公式(4)，计算得到输出信号yfsmp(n)，即数字预失真信号。

20、所述的步骤5中采用ls算法求解得到系数aij的具体步骤为：

21、步骤5.1、将xifsmp(n)采用矩阵向量x表示，y(n-j)*|y(n-j)|i-1*|x(n-j)|i-1采用矩阵向量u表示，aij采用矩阵向量a表示，如公式(6)至(8)所示：

22、

23、a＝[a10 a11 ... akm]t          (7)

24、

25、式(7)中，t为矩阵转置操作；

26、步骤5.2、将公式(4)采用矩阵向量进行表示，如公式(9)所示：

27、x＝ua     (9)

28、步骤5.3、对于公式(9),使用ls算法求解得到a，即aij，a采用公式(10)表示：

29、a＝(uhu)-1uhx      (10)

30、式(10)中，h表示hermit共轭转置，()-1表示矩阵求逆操作。

31、与现有技术相比，本发明的优点在于由于功放实际工作中其输入端除了输入信号，还存在少部分从其输出端反射至其输入端的反射信号，输入信号和反射信号会同时输入功放内部而产生非线性失真，即功放的第一部分非线性失真是输入信号经过功放产生的非线性失真，第二部分非线性失真是反射信号经过功放产生的额外的非线性失真，本发明在构建fsmp模型时，一方面加入了输入信号产生的非线性以抵消第一部分非线性失真，另一方面考虑反射信号产生的额外的非线性失真，在fsmp模型中引入反射信号产生的非线性以抵消反射信号产生的额外的非线性失真，由此，fsmp模型基于功放的输入信号和反射信号搭建，能够更精准地提取功放的非线性失真特性，精准矫正功放的非线性失真，另外，在fsmp模型中额外引入反射信号时，为反射信号设定了反射系数δ，此时fsmp模型由反射系数δ和fsmp模型的系数wij决定，为避免同时辨识求解反射系数δ和fsmp模型的系数wij的难度，通过合并反射系数δ和fsmp模型的系数wij，整合一个新的系数aij，使得fsmp模型中出现线性参数，具有线性的参数辨识功能，易于使用ls算法求解得到aij，从而降低了fsmp模型构建和辨识的难度，因此，本发明的基于功放内部反射信号的数字预失真线性化方法通过fsmp模型得到数字预失真信号，实现对功放的预失真，能够有效地消除了功放内部反射信号带来的不利影响，对功放非线性矫正效果好。