基于自適應(yīng)可變步長迭代的預(yù)失真方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于自適應(yīng)可變步長迭代的預(yù)失真方法，主要解決非穩(wěn)定信號對強(qiáng)記憶非線性放大器性能影響的問題。該方該在預(yù)失真系統(tǒng)中進(jìn)行，其實(shí)現(xiàn)步驟是：1）前向預(yù)失真器對基帶信號進(jìn)行非線性逆處理輸出預(yù)失真信號；2）功率放大器對預(yù)失真信號進(jìn)行處理，輸出放大的預(yù)失真信號傳輸給后向預(yù)失真器進(jìn)行非線性逆處理，輸出預(yù)失真估計(jì)信號；3）加法器比較預(yù)失真信號和預(yù)失真估計(jì)信號輸出估計(jì)誤差；4）參數(shù)估計(jì)模塊利用估計(jì)誤差迭代更新出后向預(yù)失真器的系數(shù)向量，并復(fù)制給前向預(yù)失真器；5）在下一時(shí)刻重復(fù)步驟1）-5）。本發(fā)明能有效處理非穩(wěn)定信號對寬帶預(yù)失真系統(tǒng)性能的影響，可用于各類寬帶無線通信系統(tǒng)發(fā)射機(jī)中功率放大器的線性化。
【專利說明】基于自適應(yīng)可變步長迭代的預(yù)失真方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于無線通信【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種可變步長迭代的預(yù)失真方法，適用于各類寬帶無線通信系統(tǒng)發(fā)射機(jī)中功率放大器的線性化。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，數(shù)字預(yù)失真技術(shù)已成為無線通信系統(tǒng)射頻功率放大器線性化中最具成本效益和最有應(yīng)用前景的技術(shù)。在處理非穩(wěn)定信號的預(yù)失真方案中，S.Haykin在“AdaptiveFilter Theory”中給出了歸一化最小均方 NLMS (Normalized Least Mean Square)預(yù)失真方案；D.P.Mandic 在“A Generalized Normalized Gradient Descent Algorithm” 中給出了廣義歸一化梯度下降 GNGD (Generalized Normalized Gradient Descent)預(yù)失真方案；Dennis R.Morgan在“Reducing Measurement Noise Effects in Digital Predistortionof RF Power Amplifiers”中給出了降低量化噪聲影響的新型間接學(xué)習(xí)結(jié)構(gòu)預(yù)失真方案；Zhou Dayong 在 “Novel Adaptive Nonlinear Predistorters Based on the DirectLearning Algorithm”中給出了抑制量化噪聲影響的改進(jìn)型直接學(xué)習(xí)結(jié)構(gòu)預(yù)失真方案。
[0003]上述處理非穩(wěn)定信號的預(yù)失真方案主要是針對功率放大器的弱記憶與弱非線性效應(yīng)、受反饋信號中噪聲分量影響較低以及輸入信號動(dòng)態(tài)變化范圍較小等應(yīng)用場景。然而隨著無線通信系統(tǒng)頻帶的增加，功率放大器通常呈現(xiàn)出強(qiáng)記憶與強(qiáng)非線性效應(yīng)，反饋信號中的噪聲分量也會(huì)增加，現(xiàn)有的數(shù)字預(yù)失真系統(tǒng)已不能滿足寬帶無線通信系統(tǒng)中對功率放大器的線性化需求，而且對信號不穩(wěn)定特性非常敏感，在抑制帶外頻譜擴(kuò)展、收斂性和穩(wěn)定性等方面的性能欠佳。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明目的在于針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種基于自適應(yīng)可變步長迭代的預(yù)失真方法，以有效地抑制帶外頻譜擴(kuò)展，減小非穩(wěn)定信號對系統(tǒng)性能的影響，提高系統(tǒng)的收斂性和穩(wěn)定性，實(shí)現(xiàn)對放大器強(qiáng)記憶與強(qiáng)非線性特性的精確估計(jì)，滿足寬帶無線通信系統(tǒng)中對功率放大器的線性化需求。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的:
[0006]一種基于自適應(yīng)可變步長迭代預(yù)失真方法，是在預(yù)失真系統(tǒng)中進(jìn)行，所述預(yù)失真系統(tǒng)包括:前向預(yù)失真器、功率放大器、后向預(yù)失真器和加法器，其實(shí)現(xiàn)步驟包括如下:
[0007](I)對在第η個(gè)時(shí)刻輸入的基帶信號X (η)進(jìn)行非線性特性的逆處理，并將輸出的預(yù)失真信號ζ (η)分別給功率放大器和加法器；
[0008](2)功率放大器輸出放大后的預(yù)失真信號y(n)傳輸給后向預(yù)失真器進(jìn)行非線性特性逆處理，輸出預(yù)失真估計(jì)信號給加法器；
[0009](3)加法器將預(yù)失真估計(jì)信號與預(yù)失真信號z(n)進(jìn)行比較，得到估計(jì)誤差e(n) = z(n)-￡(n)給參數(shù)估計(jì)模塊；[0010](4)參數(shù)估計(jì)模塊利用輸入的估計(jì)誤差e (η)，按照如下公式迭代計(jì)算在第η+1個(gè)時(shí)刻后向預(yù)失真器系數(shù)向量w(n+l):
[0011]W (n+1) = w (η) + μ ^rf (l-e_a|e(n)') u (η) e* (η),
[0012]其中，w(n)為在第η個(gè)時(shí)刻的后向預(yù)失真器系數(shù)向量，表示為:
[0013]w (n) = [w10, w30,...wQ0,...w1M, w3M,...WqmJt, wqm 為預(yù)失真器系數(shù)，q 和 m 分別代表預(yù)失真系數(shù)的非線性階數(shù)和記憶深度，I < q < Q，O < m < M ;Q和M分別為后向預(yù)失真器的最高非線性階數(shù)和最高記憶深度；
[0014]U1為參數(shù)估計(jì)模塊的迭代步長因子，a為調(diào)整因子，I.I是求模運(yùn)算符；
[0015]u(η)表示由放大后的預(yù)失真信號y (η)構(gòu)成的向量，定義為:
[0016]u (n) = [y (n), y (n) | y (η) |2,..., y (η) y(n) |Q_1,..., y (n_M) | y (n_M) | Q_1]T,式中，y(n-M)表示放大后的預(yù)失真信號y(n)在M個(gè)時(shí)刻之前的歷史信號；
[0017](5)將后向預(yù)失真器得到的第η個(gè)時(shí)刻的系數(shù)向量w(n)復(fù)制到前向預(yù)失真器中，以對輸入的基帶信號X (η)進(jìn)行非線性特性的逆處理；
[0018](6)在第η+1個(gè)時(shí)刻重復(fù)步驟(1) 一(6)，經(jīng)過持續(xù)迭代，使得前向預(yù)失真器的非線性特性不斷接近于功率放大器的非線性特性的逆，以實(shí)現(xiàn)對功率放大器的非線性處理。
[0019]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(diǎn):
[0020]I)現(xiàn)有的預(yù)失真方法對信號非穩(wěn)定特性非常敏感，導(dǎo)致預(yù)失真系統(tǒng)在抑制帶外頻譜擴(kuò)展、收斂性和穩(wěn)定性等方面的性能欠佳；本發(fā)明利用可變步長函數(shù)，當(dāng)估計(jì)誤差變大時(shí)保持較大的步長以獲得較快的收斂速度，當(dāng)估計(jì)誤差變小的時(shí)候保持較小的步長以獲得較小的穩(wěn)態(tài)誤差，有效地減小了非穩(wěn)定 信號對預(yù)失真系統(tǒng)性能的影響，抑制了帶外頻譜的擴(kuò)展，提聞了系統(tǒng)的收斂性和穩(wěn)定性。
[0021]2)現(xiàn)有的預(yù)失真方法大多針對的窄帶弱記憶弱非線性放大器，不能滿足寬帶無線通信系統(tǒng)中對功率放大器的線性化需求；本發(fā)明利用可變步長函數(shù)代替現(xiàn)有算法中的固定步長，在信號特性非平穩(wěn)的條件下，對放大器強(qiáng)記憶強(qiáng)非線性特性進(jìn)行更精確地估計(jì)，能滿足寬帶無線通信系統(tǒng)中對功率放大器的線性化的需求。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]圖1是現(xiàn)有預(yù)失真系統(tǒng)框圖；
[0023]圖2是本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)總流程圖；
[0024]圖3是本發(fā)明與現(xiàn)有三種方法的頻譜性能仿真效果圖。
【具體實(shí)施方式】
[0025]下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明的實(shí)例進(jìn)行詳細(xì)描述。本實(shí)例在以現(xiàn)有的預(yù)失真系統(tǒng)為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體操作過程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述實(shí)例。
[0026]參照圖1，實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的預(yù)失真系統(tǒng)包括:前向預(yù)失真器、功率放大器、后向預(yù)失真器、加法器、參數(shù)估計(jì)模塊5個(gè)基本單元。其中，前向預(yù)失真器對輸入的基帶信號χ(η)進(jìn)行非線性特性的逆處理，輸出的預(yù)失真信號ζ (η)分別給放大器和加法器；放大器對輸入的預(yù)失真信號ζ(η)進(jìn)行功率放大處理輸出放大后的預(yù)失真信號y(n)給后向預(yù)失真器和參數(shù)估計(jì)模塊；后向預(yù)失真器對輸入的放大后的預(yù)失真信號y(n)信號進(jìn)行非線性逆處理，輸出預(yù)失真估計(jì)信號給加法器；加法器對預(yù)失真估計(jì)信號和預(yù)失真信號z (η)進(jìn)行比
較，輸出估計(jì)誤=至參數(shù)估計(jì)模塊；參數(shù)估計(jì)模塊按照迭代算法更新預(yù)失
真器濾波系數(shù)，并在第η+1時(shí)刻將后向預(yù)失真器濾波系數(shù)向量w(n+l)復(fù)制到前向預(yù)失真器中:
[0027]參照圖2，本發(fā)明基于上述系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)預(yù)失真的步驟如下:
[0028]步驟一:對在第η個(gè)時(shí)刻輸入的基帶信號X(η)按如下公式進(jìn)行非線性特性的逆處理，輸出預(yù)失真信號ζ (η):
【權(quán)利要求】
1.一種基于自適應(yīng)可變步長迭代預(yù)失真方法，是在預(yù)失真系統(tǒng)中進(jìn)行，所述預(yù)失真系統(tǒng)包括:前向預(yù)失真器、功率放大器、后向預(yù)失真器和加法器，其實(shí)現(xiàn)步驟包括如下: (1)對在第η個(gè)時(shí)刻輸入的基帶信號X(η)進(jìn)行非線性特性的逆處理，并將輸出的預(yù)失真信號ζ (η)分別給功率放大器和加法器； (2)功率放大器輸出放大后的預(yù)失真信號y(n)傳輸給后向預(yù)失真器進(jìn)行非線性特性逆處理，輸出預(yù)失真估計(jì)信號〗(《)給加法器； (3)加法器將預(yù)失真估計(jì)信號i(n)與預(yù)失真信號z(η)進(jìn)行比較，得到估計(jì)誤差e(ra) = 2(ra)-S(Ti)給參數(shù)估計(jì)模塊； (4)參數(shù)估計(jì)模塊利用輸入的估計(jì)誤差e(η)，按照如下公式迭代計(jì)算在第η+1個(gè)時(shí)刻后向預(yù)失真器系數(shù)向量w(η+1):
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字預(yù)失真方法，其中步驟(1)所述的對第η個(gè)時(shí)刻輸入的基帶信號X(η)進(jìn)行非線性特性的逆處理，按照如下公式進(jìn)行:
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字預(yù)失真方法，其中步驟(2)所述的對放大的預(yù)失真信號y(n)進(jìn)行非線性特性的逆處理，按照如下公式進(jìn)行:
【文檔編號】H04L27/26GK103888396SQ201410116029
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2014年3月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月26日
【發(fā)明者】王勇, 張菲, 安亞娟, 葛建華, 宮豐奎 申請人:西安電子科技大學(xué)