一种相邻多频带数字预失真系统与方法与流程
本发明涉及一种相邻多频带数字预失真系统与方法。
背景技术：
多频带功率放大器的产生，使得多个不同频段的信号可以复用同一个功率放大器，从而节省成本。然而，如何对这多个信号进行预失真处理，以消除功率放大器所固有的非线性失真，是一个重点问题。
若使用传统单频带的数字预失真方法来对多个频带信号进行预失真处理，它需要把所有频带信号整合为一频道的信号，从而使得信号带宽非常宽。其带来的后果是需要使用高采样率的DAC和ADC，造成成本急剧上升。
传统非相邻多频带的数字预示真方法，则分别对各个频段信号进行单独的预失真处理操作。由于各个频带间隔较大，其频带间的交叉调制影响被忽略了。从而影响相邻多频带数字预失真效果。
技术实现要素：
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种相邻多频带数字预失真系统与方法，能够分别校正功放各个频带的非线性失真。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种相邻多频带数字预失真系统，包括多带数字预失真模块、加法器、功放和多带预失真参数计算模块；
所述的多带数字预失真模块包括多个并行运行，且与功放不同频带一一对应数字预失真器；每个数字预失真器同时处理来自不同信号源的信号，数字预失真器的输出端通过各自的射频通道与加法器连接；加法器的输出端与功放连接，功放的输出端与天线连接；所述功放的输出端还通过反馈通道与多带预失真参数计算模块连接，多带预失真参数计算模块的输出端分别与每一个数字预失真器连接，由多带预失真参数计算模块计算得到预失真参数向量，对各个数字预失真器进行参数调整。
所述的射频通道包括数模转换模块和上变频模块，数模转换模块的输入端与数字预失真器连接，数模转换模块的输出端与上变频模块连接，上变频模块的输出端与加法器连接。
所述的反馈通道包括下变频模块和模数转换模块，下变频模块的输入端与功放连接，下变频模块的输出端与模数转换模块连接。
所述的反馈通道还包括设置于下变频模块与模数转换模块之间的滤波器。
所述的多带预失真参数计算模块包括：
多带非线性模型提取单元，用于根据各个数字预失真器输出的信号和来自反馈通道的反馈信号，提取多带非线性功放模型；
预失真参数提取单元，用于根据多带非线性功放模型和各个数字预失真器输出的信号提取每个数字预失真器的预失真参数向量。
一种相邻多频带数字预失真方法，包括以下步骤：
S1.利用多带数字预失真模块中的每个数字预失真器同时处理来自不同信号源的信号u1(n),u2(n),...,uN(n)，得到多个预失真信号x1(n),x2(n),...,xN(n)，信号源的个数和预失真器的个数相等，均为N，得到的预失真信号x1(n),x2(n),...,xN(n)中包含了功放的非线性失真特性的逆特性，能够降低或抵消功放的非线性失真；
S2.将各个预失真器得到的预失真信号x1(n),x2(n),...,xN(n)分别通过各自的射频通道后合成同一路信号并送入功放进行放大后，得到信号并通过天线进行发射；
S3.采集功放输出的信号通过反馈通道处理后得到数字信号y(n)；
S4.利用数字信号y(n)和功率放大器的各路输入信号x1(n),x2(n),...,xN(n)，提取预失真参数向量，对各个数字预失真器进行调整。
所述的步骤S1包括以下子步骤：
S11.对各个信号源的信号u1(n),u2(n),...,uN(n)，进行非线性处理得到与各个数字预失真器对应的非线性向量；
S12.将各个数字预失真器的预失真参数向量与对应的非线性向量的转置相乘，得到各个数字预失真器的输出信号：
第1个预失真器的输出信号为：
第2个预失真器的输出信号为：
……
第N个预失真器的输出信号为：
其中，W1为第1个预失真器的预失真参数向量；为第1个预失真器对应的非线性向量的转置；
W2为第2个预失真器的预失真参数向量；为第2个预失真器对应的非线性向量的转置；
WN为第N个预失真器的预失真参数向量；为第N个预失真器对应的非线性向量的转置。
所述的步骤S2包括以下子步骤：
S21.将各个预失真器得到的预失真信号x1(n),x2(n),...,xN(n)分别送入各自的射频通道；进行数模转换，并上变频至射频频率；
S22.将射频通道处理后输出的各个预失真信号通过加法器合成同一路信号
S23.利用功放将信号进行放大后通过天线发射。
所述的步骤S3中对反馈通道对功放输出的信号进行处理获得数字信号y(n)有如下多种方式：
第一，将下变频至低频段得到模拟信号y(t)，对模拟信号y(t)直接进行模数转换得到数字信号y(n)；
第二，对信号每个频带分别下变频、滤波、模数转换，最后把各个频带的转换得到的数字信号合成一路输出，获得数字信号y(n)；
第三，将信号进行下变频，下变频过程中，通过频率选择器来选择时钟信号s1(t),s2(t),…,sN(t)中的一个作为变频频率，得到低频信号，进行滤波和模数转换后获得数字信号y(n)。
所述的步骤S4包括以下子步骤：
S41.利用信号x1(n),x2(n),...,xN(n)和y(n)估计原始功放的非线性模型：
(1)建立各个频带的非线性功放模型：
……
式中，R1,R2,...,RN表示各个频带的功放非线性参数，N表示y(n)中频带个数，频带与数字预失真器个数相同且一一对应；y1(n)表示第1个频带的非线性功放模型的输出信号；y2(n)表示第2个频带的非线性功放模型的输出信号，yN(n)表示第N个频带的非线性功放模型的输出信号；为第1个频带对应的非线性向量的转置；为第2个频带对应的非线性向量的转置；为第N个频带对应的非线性向量的转置；
(2)由于信号y1(n)、y2(n)和yN(n)均包含在y(n)中，故通过模型辨识的方式中从y(n)中得到功放的非线性模型参数R1,R2,...,RN：
将各个频带的非线性功放模型简化为：
Y1＝R1Ψ1；
Y2＝R2Ψ2；
......
YN＝RNΨN；
Y1表示信号y1(n)组成的向量；Y2表示信号y2(n)组成的向量；YN表示信号yN(n)组成的向量，向量长度均为A，Ψ1表示把N组连续时间的向量Φ1(x1,x2,...,xN)排列成非线性矩阵；Ψ2表示把N组连续时间的向量Φ2(x1,x2,...,xN)排列成非线性矩阵；ΨN表示把N组连续时间的向量ΨN(x1,x2,...,xN)排列成非线性矩阵；
利用LS算法进行参数求解，替换Y1和Y2为Y；其中Y＝[y(1)，y(2),…,y(N)，表示信号y(n)组成的向量；得到参数的估计值为：
……
分别为R1,R2,...,RN的估计值；
(3)从非线性参数估计值分别得到每个频带的非线性模型输出的估计值：
……
S42.利用信号x1(n),x2(n),...,xN(n)和每个频带的非线性模型输出的估计值提取预失真参数：
……
矩阵E1表示把N组连续时间的向量Φ1(y1,y2,...,yN)排列成的非线性矩阵,Φ1(y1,y2,...,yN)表示对N个信号进行非线性处理得到的非线性向量；矩阵E2表示把N组连续时间的向量Φ2(y1,y2,...,yN)排列成的非线性矩阵，Φ2(y1,y2,...,yN)表示对N个信号进行非线性处理得到的非线性向量；矩阵EN表示把N组连续时间的向量ΦN(y1,y2,...,yN)排列成的非线性矩阵，ΦN(y1,y2,...,yN)表示对N个信号进行非线性处理得到的非线性向量；
矩阵X1,X2,...,XN分别为：
X1＝[x1(1),x1(2),…x1(n)]；
X2＝[x2(1),x2(2),…x2(n)]；
……
XN＝[xN(1),xN(2),…xN(n)]；
S43.将计算得到的预失真向量参数传输给对应频带的数字预失真器对其进行预失真调整，替换原来的预失真参数W1,W2，…，WN。
本发明的有益效果是：本发明能够从功放的输出信号和多带数字预失真模块输出的信号中，提取出包含频带间非线性失真信息在内的非线性预失真参数，对不同频带对应的数字预失真器分别进行调整，进而可以有效抑制近距离多频带功放的非线性是失真。
附图说明
图1为本发明的系统原理框图；
图2为本发明的方法流程图；
图3为反馈通道第一种信号处理方式的示意图；
图4为反馈通道第二种信号处理方式的示意图；
图5为反馈通道第三种信号处理方式的示意图。
具体实施方式
下面结合附图进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于以下所述。
如图1所示，一种相邻多频带数字预失真系统，包括多带数字预失真模块、加法器、功放和多带预失真参数计算模块；
所述的多带数字预失真模块包括多个并行运行，且与功放不同频带一一对应数字预失真器(DPD_1～DPD_N)；每个数字预失真器同时处理来自不同信号源的信号，数字预失真器的输出端通过各自的射频通道与加法器连接；加法器的输出端与功放连接，功放的输出端与天线连接；所述功放的输出端还通过反馈通道与多带预失真参数计算模块连接，多带预失真参数计算模块的输出端分别与每一个数字预失真器连接，由多带预失真参数计算模块计算得到预失真参数向量，对各个数字预失真器进行参数调整。
所述的射频通道包括数模转换模块和上变频模块，数模转换模块的输入端与数字预失真器连接，数模转换模块的输出端与上变频模块连接，上变频模块的输出端与加法器连接。
所述的反馈通道包括下变频模块和模数转换模块，下变频模块的输入端与功放连接，下变频模块的输出端与模数转换模块连接。
所述的反馈通道还包括设置于下变频模块与模数转换模块之间的滤波器。
所述的多带预失真参数计算模块包括：
多带非线性模型提取单元，用于根据各个数字预失真器输出的信号和来自反馈通道的反馈信号，提取多带非线性功放模型；
预失真参数提取单元，用于根据多带非线性功放模型和各个数字预失真器输出的信号提取每个数字预失真器的预失真参数向量。
如图2所示，一种相邻多频带数字预失真方法，包括以下步骤：
S1.利用多带数字预失真模块中的每个数字预失真器同时处理来自不同信号源的信号u1(n),u2(n),...,uN(n)，得到多个预失真信号x1(n),x2(n),...,xN(n)，信号源的个数和预失真器的个数相等，均为N，得到的预失真信号x1(n),x2(n),...,xN(n)中包含了功放的非线性失真特性的逆特性，能够降低或抵消功放的非线性失真；
S2.将各个预失真器得到的预失真信号x1(n),x2(n),...,xN(n)分别通过各自的射频通道后合成同一路信号并送入功放进行放大后，得到信号并通过天线进行发射；
S3.采集功放输出的信号通过反馈通道处理后得到数字信号y(n)；
S4.利用数字信号y(n)和功率放大器的各路输入信号x1(n),x2(n),...,xN(n)，提取预失真参数向量，对各个数字预失真器进行调整。
所述的步骤S1包括以下子步骤：
S11.对各个信号源的信号u1(n),u2(n),...,uN(n)，进行非线性处理得到与各个数字预失真器对应的非线性向量；
S12.将各个数字预失真器的预失真参数向量与对应的非线性向量的转置相乘，得到各个数字预失真器的输出信号：
第1个预失真器的输出信号为：
第2个预失真器的输出信号为：
……
第N个预失真器的输出信号为：
其中，W1为第1个预失真器的预失真参数向量；为第1个预失真器对应的非线性向量的转置；
W2为第2个预失真器的预失真参数向量；为第2个预失真器对应的非线性向量的转置；
WN为第N个预失真器的预失真参数向量；为第N个预失真器对应的非线性向量的转置。
所述的步骤S2包括以下子步骤：
S21.将各个预失真器得到的预失真信号x1(n),x2(n),...,xN(n)分别送入各自的射频通道；进行数模转换，并上变频至射频频率；
S22.将射频通道处理后输出的各个预失真信号通过加法器合成同一路信号
S23.利用功放将信号进行放大后通过天线发射。
在本申请的实施例中，所述的步骤S3中对反馈通道对功放输出的信号进行处理获得数字信号y(n)有如下多种方式：
第一，如图3所示，将下变频至低频段得到模拟信号y(t)，对模拟信号y(t)直接进行模数转换(ADC)得到数字信号y(n)；此方式需要模数转换速率足够高才能保证数字信号y(n)中包含模拟信号y(t)所有频率信息；
第二，如图4所示，对信号每个频带分别下变频、滤波、模数转换(ADC)，最后把各个频带的转换得到的数字信号合成一路输出，获得数字信号y(n)；
第三，如图5所示，将信号进行下变频，下变频过程中，通过频率选择器来选择时钟信号s1(t),s2(t),…,sN(t)中的一个作为变频频率，得到低频信号，进行滤波和模数转换(ADC)后获得数字信号y(n)。
所述的步骤S4包括以下子步骤：
S41.利用信号x1(n),x2(n),...,xN(n)和y(n)估计原始功放的非线性模型：
(1)建立各个频带的非线性功放模型：
……
式中，R1,R2,...,RN表示各个频带的功放非线性参数，N表示y(n)中频带个数，频带与数字预失真器个数相同且一一对应；y1(n)表示第1个频带的非线性功放模型的输出信号；y2(n)表示第2个频带的非线性功放模型的输出信号，yN(n)表示第N个频带的非线性功放模型的输出信号；为第1个频带对应的非线性向量的转置；为第2个频带对应的非线性向量的转置；为第N个频带对应的非线性向量的转置；
(2)由于信号y1(n)、y2(n)和yN(n)均包含在y(n)中，故通过模型辨识的方式中从y(n)中得到功放的非线性模型参数R1,R2,...,RN：
将各个频带的非线性功放模型简化为：
Y1＝R1Ψ1；
Y2＝R2Ψ2；
......
YN＝RNΨN；
Y1表示信号y1(n)组成的向量；Y2表示信号y2(n)组成的向量；YN表示信号yN(n)组成的向量，向量长度均为A，Ψ1表示把N组连续时间的向量Φ1(x1,x2,...,xN)排列成非线性矩阵；Ψ2表示把N组连续时间的向量Φ2(x1,x2,...,xN)排列成非线性矩阵；ΨN表示把N组连续时间的向量ΦN(x1,x2,...,xN)排列成非线性矩阵；
利用LS算法进行参数求解，替换Y1和Y2为Y；其中Y＝[y(1)，y(2),…,y(N)，表示信号y(n)组成的向量；得到参数的估计值为：
……
分别为R1,R2,...,RN的估计值；
(3)从非线性参数估计值分别得到每个频带的非线性模型输出的估计值：
……
S42.利用信号x1(n),x2(n),...,xN(n)和每个频带的非线性模型输出的估计值提取预失真参数：
……
矩阵E1表示把N组连续时间的向量Φ1(y1,y2,...,yN)排列成的非线性矩阵, 1(y1,y2,...,yN)表示对N个信号进行非线性处理得到的非线性向量；矩阵E2表示把N组连续时间的向量Φ2(y1,y2,...,yN)排列成的非线性矩阵，Φ2(y1,y2,...,yN)表示对N个信号进行非线性处理得到的非线性向量；矩阵EN表示把N组连续时间的向量ΦN(y1,y2,...,yN)排列成的非线性矩阵，ΦN(y1,y2,...,yN)表示对N个信号进行非线性处理得到的非线性向量；
矩阵X1,X2,...,XN分别为：
X1＝[x1(1),x1(2),…x1(n)]；
X2＝[x2(1),x2(2),…x2(n)]；
……
XN＝[[xN(1),xN(2),…xN(n)]；
S43.将计算得到的预失真向量参数传输给对应的频带数字预失真器对其进行预失真调整，替换原来的预失真参数W1,W2，…，WN。
在本申请的一个实施例中，N＝2，步骤S1如下：
表示对2个信号源u1(n),u2(n)进行预失真非线性处理得到的非线性向量，该向量中所有元素的中心频率与信号源u1(n)的中心频率相同，其中向量的第k*j*L+l个的元素的一种构成方式为：
为预失真参数向量，向量长度与相同；
(i>1,i为奇数)表示对2个信号源u1(n),u2(n)进行预失真非线性处理得到的非线性向量，该向量中所有元素的信号中心频率与信号源u1(n),u2(n)的i阶交调分量的中心频率相同，其中向量的第k*j*L+l个的元素的一种构成方式为：
为预失真参数向量，向量长度与相同；
当把所有的向量依次排列成一个向量把所有非线性向量一次排列成一个向量
第一个数字预失真器的输出可以写成：
其中T表示矩阵转置操作。
同理，第二个数字预失真器的输出可以写成：
其中，Φ2(u1,u2)的构成与Φ1(u1,u2)相似；只是在构成具体向量时，交换u1(n)和u2(n)的位置。
在N＝2的实施例中，步骤S4具体如下：
首先建立2个频带的非线性功放模型如下：
其中，y1(n)和y2(n)分别是第一频带和第二频带功放模型输出；Φ1(x1,x2)表示对2个信号x1(n),x2(n)进行非线性处理得到的非线性向量；其内部构成与Φ1(u1,u2)相似，只是分别替换信号u1(n),u2(n)为x1(n),x2(n)；Φ2(x1,x2)表示对2个信号x1(n),x2(n)进行非线性处理得到的非线性向量；其内部构成与Φ2(u1,u2)相似，只是分别替换信号u1(n),u2(n)为x1(n),x2(n)；
由于信号y1(n)和y2(n)均包含y(n)中，通过模型辨识的方式可以从y(n)中分别得到功放的非线性模型参数R1和R2。具体辨识方法可以是最小二乘算法(Least Square:LS)或者递归最小二乘算法RLS。以LS算法为例：
上式写成矩阵形式为：
其中Y1和Y2分别表示信号y1(n)和y2(n)组成的向量，向量长度为N；R1和R2分别表示频带1和频带2对应的非线性参数向量，其构成方式与W1和W2类似；Ψ1表示把N组连续时间的向量Φ1(x1,x2)排列成非线性矩阵；Ψ2表示把N组连续时间的向量Φ2(x1,x2)排列成非线性矩阵；
用LS算法进行参数求解，并且替换Y1和Y2为Y,得到参数的估计值为：
和分别为R1和R2的估计值。
从非线性参数估计值和分别得到每个频带的非线性模型输出的估计值：
进而：
预失真参数提取：利用x1(n),x2(n)和功放模型估计模块的输出和来提取预失真参数，其中一种提取方法如下：
其中一种计算方法可以利用传统的间接学习结构来得到W：
其中矩阵E1表示把N组连续时间的向量Φ1(y1,y2)排列成非线性矩阵；E2表示把N组连续时间的向量Φ2(y1,y2)排列成非线性矩阵；Φ1(y1,y2)表示对2个信号和进行非线性处理得到的非线性向量；其内部构成与Φ1(u1,u2)相似，只是分别替换信号u1(n)和u2(n)为和2(y1,y2)表示对2个信号和进行非线性处理得到的非线性向量；其内部构成与Φ2(u1,u2)相似，只是分别替换信号u1(n)和u2(n)为和
并且：
根据估计得到的传输给对应频带的数字预失真器对其进行预失真调整，替换原来的预失真参数W1,W2。
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