申请/专利权人：东南大学

申请日：2018-01-05

公开（公告）日：2021-04-06

公开（公告）号：CN108199690B

主分类号：H03F1/32(20060101)

分类号：H03F1/32(20060101)

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2021.04.06#授权;2018.07.17#实质审查的生效;2018.06.22#公开

摘要：本发明公开了一种基于三次样条的带限DDR函数模型的功率放大器数字预失真装置，包括基于三次样条的带限DDR函数模型的数字预失真器，数字基带信号xn经过数字预失真器后生成预失真信号xpren，预失真信号xpren依次经过数模转换器、宽带正交调制器、功率放大器、衰减耦合器、模拟带通滤波器、宽带正交解调器和模数转换器之后生成带限数字基带信号un，带限数字基带信号un和数字基带信号xn分别送入基于三次样条的带限DDR函数模型的数字预失真训练模块，基于三次样条的带限DDR函数模型的数字预失真训练模块生成的信号送入数字预失真器。本发明降低了DDR函数模型多项式的阶数，减少了乘法器的使用数量，降低了数字信号处理的复杂度。

主权项：1.基于三次样条的带限DDR函数模型的功率放大器数字预失真装置，其特征在于：包括基于三次样条的带限DDR函数模型的数字预失真器，数字基带信号xn经过数字预失真器后生成预失真信号xpren，预失真信号xpren依次经过数模转换器、宽带正交调制器、功率放大器、衰减耦合器、模拟带通滤波器、宽带正交解调器和模数转换器之后生成带限数字基带信号un，带限数字基带信号un和数字基带信号xn分别送入基于三次样条的带限DDR函数模型的数字预失真训练模块，基于三次样条的带限DDR函数模型的数字预失真训练模块生成的信号送入数字预失真器；所述基于三次样条的带限DDR函数模型包括三次样条函数、数字FIR低通滤波器和带限的DDR函数；所述三次样条函数Slx如式1所示，所述带限数字基带信号un如式2： 其中，l为记忆深度，x为输入信号，Kl为对于非线性拟合区间的分段次数，αj,l和βi,l为三次样条函数的系数，λj为分段门限值, 其中，P为非线性阶数，M为记忆深度，K为数字FIR低通滤波器阶数，g2p+1,1和g2p+1,2为函数模型的系数，x*n为信号的共轭，ωk为数字FIR低通滤波器的系数，Part1如式3所示，Part2如式4所示； 其中，Kl为对于非线性拟合区间的分段次数，αj,l和βi,l为三次样条函数的系数，λj为分段门限值。

全文数据：基于三次样条的带限DDR函数模型的功率放大器数字预失真装置及方法技术领域[0001]本发明涉及无线通信领域，特别是涉及一种基于三次样条的带限DDR函数模型的功率放大器数字预失真装置及方法。背景技术[0002]随着第四代移动通信系统的广泛应用，第五代移动通信技术的研究深入，通信系统的数据流量日益增加，为了提高频谱利用率，系统中传输基带信号的带宽在变大，复杂的调制方式导致信号峰均比在变高，宽带高峰均比的基带信号对射频功率放大器的线性对要求很高。[0003]因为宽带信号经过非线性功放会产生频谱扩展现象，所以收发系统需使用高速DAC和ADC才能满足传统数字预失真技术的实现条件，高速模数、数模转换带来的高成本是预失真技术的发展瓶颈。用低速转换器来实现宽带的数字预失真是数字预失真技术的研究热点。[0004]Band-LimitedVolterraSeries-BasedDigitalPredistortionforWidebandRFPowerAmplifiers》介绍了使用带限方法降低ADC采样速率的技术，但论文中使用的DDR函数模型存在阶数高、实现困难的问题。发明内容[0005]发明目的：本发明的目的是提供一种函数模型阶数少、容易实现的基于三次样条的带限DDR函数模型的功率放大器数字预失真装置及方法。[0006]技术方案:为达到此目的，本发明采用以下技术方案：[0007]本发明所述的基于三次样条的带限DDR函数模型的功率放大器数字预失真装置，包括基于三次样条的带限DDR函数模型的数字预失真器，数字基带信号Xη经过数字预失真器后生成预失真信号1_⑹，预失真信号xpre⑹依次经过数模转换器、宽带正交调制器、功率放大器、衰减耦合器、模拟带通滤波器、宽带正交解调器和模数转换器之后生成带限数字基带信号uη，带限数字基带信号uη和数字基带信号Xη分别送入基于三次样条的带限DDR函数模型的数字预失真训练模块，基于三次样条的带限DDR函数模型的数字预失真训练模块生成的信号送入数字预失真器。[0008]进一步，所述基于三次样条的带限DDR函数模型包括三次样条函数、数字FIR低通滤波器和带限的DDR函数，三次样条函数S1X如式⑴所示：[0009]⑴[0010]其中，1为记忆深度，X为输入信号，K1S对于非线性拟合区间的分段次数，C^1和β1;ι为三次样条函数的系数，\为分段门限值。[0011]进一步，所述带限数字基带信号uη如式⑵所示：fD._.I\Ji1厂K"1-[0012][0013]其中，P为非线性阶数，M为记忆深度，K为数字FIR低通滤波器阶数，2、g2p+1,3⑴和g2p+1,4⑴为函数模型的系数，βη为信号的共辄，ω⑹为数字FIR低通滤波器的系数。[0014]进一步，所述带限数字基带信号uη如式⑶所示：[0016]其中，P为非线性阶数，M为记忆深度，K为数字FIR低通滤波器阶数，g2p+i,i和g2P+i,2为函数模型的系数，⑹为信号的共辄，ωk为数字FIR低通滤波器的系数，Partl如式⑷所示，Part2如式⑸所示；[[[0019]其中，心为对于非线性拟合区间的分段次数，^1和β1;1为三次样条函数的系数，为分段门限值。[0020]本发明所述的基于三次样条的带限DDR函数模型的功率放大器数字预失真方法，包括以下步骤：[0021]SI:对数字基带信号Xη进行基于三次样条的带限DDR函数模型的数字预失真处理，生成预失真信号xpreη;[0022]S2:对预失真信号Xpreη依次进行数模转换、宽带正交调制和功率放大，生成模拟射频信号；[0023]S3:模拟射频信号依次进行衰减耦合、模拟带通滤波、宽带正交解调和模数转换后生成带限数字基带信号uη;[0024]S4:将数字基带信号Xη和带限数字基带信号uη同步后进行基于三次样条的带限DDR函数模型的数字预失真训练，对数字基带信号Xη和带限数字基带信号uη进行参数训练，确定基于三次样条的带限DDR函数模型的参数。[0025]进一步，所述步骤S4中，基于三次样条的带限DDR函数模型参数按照以下步骤确定：[0026]S41:获取数字基带信号Xη和带限数字基带信号uη并做归一化和对齐处理；[0027]S42:确定基于三次样条的带限DDR函数模型的门限值λ」、记忆深度M和数字FIR低通滤波器的阶数Κ;[0028]S43:根据门限值\、记忆深度M和数字FIR低通滤波器的阶数K，利用待定系数法对数字基带信号Xη和带限数字基带信号uη进行参数训练，确定参数。[0029]进一步，所述步骤S41中的对齐处理采用两步对齐算法：第一次对齐注重算法速度，第二次对齐注重算法精度。[0030]进一步，所述门限值λ」均匀分布在〇到1之间。[0031]有益效果:本发明公开了一种基于三次样条的带限DDR函数模型的功率放大器数字预失真装置及方法，相比现有技术，具有以下有益效果：[0032]1本发明使用三次样条函数，降低了DDR函数模型多项式的阶数，减少了乘法器的使用数量，降低了数字信号处理的复杂度；[0033]2本发明中的函数模型用更少的模型系数，保证了很好的预失真效果，算法运算速率更快。附图说明[0034]图1为本发明具体实施方式中数字预失真装置的结构示意图；[0035]图2为本发明具体实施方式中数字预失真方法的流程图；[0036]图3为本发明具体实施方式在模数转换器采样频率200MHz，带限的简化非线性滤波方法下，数字预失真后的功率谱。具体实施方式[0037]下面结合具体实施方式对本发明的技术方案作进一步的介绍。[0038]本具体实施方式公开了一种基于三次样条的带限DDR函数模型的功率放大器数字预失真装置，如图1所示，包括基于三次样条的带限DDR函数模型的数字预失真器，数字基带信号Xη经过数字预失真器后生成预失真信号1_η，预失真信号Xpreη依次经过数模转换器、宽带正交调制器、功率放大器、衰减耦合器、模拟带通滤波器、宽带正交解调器和模数转换器之后生成带限数字基带信号Uη，带限数字基带信号uη和数字基带信号Xη分别送入基于三次样条的带限DDR函数模型的数字预失真训练模块，基于三次样条的带限DDR函数模型的数字预失真训练模块生成的信号送入数字预失真器。[0039]基于三次样条的带限DDR函数模型包括三次样条函数、数字FIR低通滤波器和带限的DDR函数，三次样条函数S1X如式⑴所示：[0040]⑴[0041]其中，1为记忆深度，X为输入信号，K1S对于非线性拟合区间的分段次数，^1和β1;ι为三次样条函数的系数，\为分段门限值。[0042]数字基带信号Xη为IQ双音复信号，测试中使用的是5子载波IOOMHz带宽的LTE-A信号，峰均比为7,可以很好的体现预失真装置对于宽带信号的预失真处理能力。[0043]带限数字基带信号uη如式2所示：[0044][0045]其中，P为非线性阶数，M为记忆深度，K为数字FIR低通滤波器阶数，2、g2p+1,3⑴和g2p+1,4⑴为函数模型的系数，βη为信号的共辄，ω⑹为数字FIR低通滤波器的系数。[0046]带限数字基带信号uη如式3所示：[0047][0048]其中，P为非线性阶数，M为记忆深度，K为数字FIR低通滤波器阶数，g2p+1,dPg2p+1,2为函数模型的系数，⑹为信号的共辄，ωk为数字FIR低通滤波器的系数，Partl如式⑷所示，Part2如式⑸所示；[0049][0050][0051]其中，心为对于非线性拟合区间的分段次数，^1和β1;1为三次样条函数的系数，\为分段门限值。[0052]本具体实施方式还公开了基于三次样条的带限DDR函数模型的功率放大器数字预失真方法，如图2所示，包括以下步骤：[0053]SI:对数字基带信号Xη进行基于三次样条的带限DDR函数模型的数字预失真处理，生成预失真信号xpreη;[0054]S2:对预失真信号Xpraη依次进行数模转换、宽带正交调制和功率放大，生成模拟射频信号；[0055]S3:模拟射频信号依次进行衰减耦合、模拟带通滤波、宽带正交解调和模数转换后生成带限数字基带信号uη;[0056]S4:将数字基带信号Xη和带限数字基带信号uη同步后进行基于三次样条的带限DDR函数模型的数字预失真训练，对数字基带信号Xη和带限数字基带信号uη进行参数训练，确定基于三次样条的带限DDR函数模型的参数。[0057]步骤S4中，基于三次样条的带限DDR函数模型参数按照以下步骤确定：[0058]S41:获取数字基带信号Xη和带限数字基带信号uη并做归一化和对齐处理;对齐处理米用两步对齐算法:第一次对齐注重算法速度，第二次对齐注重算法精度；[0059]S42:确定基于三次样条的带限DDR函数模型的门限值λ」、记忆深度M和数字FIR低通滤波器的阶数Κ;[0060]S43:根据门限值\、记忆深度M和数字FIR低通滤波器的阶数K，利用待定系数法对数字基带信号Xη和带限数字基带信号uη进行参数训练，确定参数。[0061]以IOOMHz带宽的5子载波LTE-A信号输入一个2.15GHz射频宽带功率放大器为例，功放输入输出数据同步对齐后，做归一化处理。[0062]模数转换器的采样频率为200MSas，预失真模型参数设置为J=8，M=2，时，基于三次样条的带限DDR函数模型的数字预失真信号经过功放后的频谱如图3所示，可以看出才采样频率只有信号带宽2倍的情况下，功放的线性度和记忆效应得到了很好的补偿。[0063]由上述可知，本发明将三次样条函数运用在带限DDR函数模型上，减少了多项式函数模型阶数，减少了模型的系数个数，降低了数字预失真的实现成本与难度，能很好的补偿功率放大器复杂的非线性特性。

权利要求：1.基于三次样条的带限DDR函数模型的功率放大器数字预失真装置，其特征在于:包括基于三次样条的带限DDR函数模型的数字预失真器，数字基带信号Xη经过数字预失真器后生成预失真信号xpreη，预失真信号xpreη依次经过数模转换器、宽带正交调制器、功率放大器、衰减耦合器、模拟带通滤波器、宽带正交解调器和模数转换器之后生成带限数字基带信号uη，带限数字基带信号u⑹和数字基带信号Xη分别送入基于三次样条的带限DDR函数模型的数字预失真训练模块，基于三次样条的带限DDR函数模型的数字预失真训练模块生成的信号送入数字预失真器。2.根据权利要求1所述的基于三次样条的带限DDR函数模型的功率放大器数字预失真装置，其特征在于:所述基于三次样条的带限DDR函数模型包括三次样条函数、数字FIR低通滤波器和带限的DDR函数，三次样条函数S1IXI如式⑴所示：Cl其中，1为记忆深度，X为输入信号，Ki为对于非线性拟合区间的分段次数，CXj,θΡβί,：l为三次样条函数的系数，h为分段门限值。3.根据权利要求2所述的基于三次样条的带限DDR函数模型的功率放大器数字预失真装置，其特征在于:所述带限数字基带信号uη如式2所示：其中，P为非线性阶数，M为记忆深度，K为数字FIR低通滤波器阶数i*g2p+1,4⑴为函数模型的系数，η为信号的共辄，ω⑹为数字FIR低通滤波器的系数。4.根据权利要求2所述的基于三次样条的带限DDR函数模型的功率放大器数字预失真装置，其特征在于:所述带限数字基带信号uη如式⑶所示：其中，P为非线性阶数，M为记忆深度，K为数字FIR低通滤波器阶数，g2p+i,i和g2P+i,2为函数模型的系数，η为信号的共辄，ω⑹为数字FIR低通滤波器的系数，Partl如式4所示，Part2如式⑸所示；其中，K1为对于非线性拟合区间的分段次数，^θΡβ1;1为三次样条函数的系数，h为分段门限值。5.基于三次样条的带限DDR函数模型的功率放大器数字预失真方法，其特征在于:包括以下步骤：SI:对数字基带信号Xη进行基于三次样条的带限DDR函数模型的数字预失真处理，生成预失真信号xpreη;S2:对预失真信号Xpre3η依次进行数模转换、宽带正交调制和功率放大，生成模拟射频信号；S3:模拟射频信号依次进行衰减耦合、模拟带通滤波、宽带正交解调和模数转换后生成带限数字基带信号uη;S4:将数字基带信号Xη和带限数字基带信号uη同步后进行基于三次样条的带限DDR函数模型的数字预失真训练，对数字基带信号Xη和带限数字基带信号uη进行参数训练，确定基于三次样条的带限DDR函数模型的参数。6.根据权利要求5所述的基于三次样条的带限DDR函数模型的功率放大器数字预失真方法，其特征在于:所述步骤S4中，基于三次样条的带限DDR函数模型参数按照以下步骤确定：S41:获取数字基带信号Xη和带限数字基带信号uη并做归一化和对齐处理；S42:确定基于三次样条的带限DDR函数模型的门限值λ」、记忆深度M和数字FIR低通滤波器的阶数Κ;S43:根据门限值\、记忆深度M和数字FIR低通滤波器的阶数K，利用待定系数法对数字基带信号Xη和带限数字基带信号uη进行参数训练，确定参数。7.根据权利要求6所述的基于三次样条的带限DDR函数模型的功率放大器数字预失真方法，其特征在于:所述步骤S41中的对齐处理采用两步对齐算法:第一次对齐注重算法速度，第二次对齐注重算法精度。8.根据权利要求6所述的基于三次样条的带限DDR函数模型的功率放大器数字预失真方法，其特征在于:所述门限值\均匀分布在O到1之间。

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