本發(fā)明涉及一種欠采樣反饋的數(shù)字預(yù)失真系統(tǒng)與方法。

背景技術(shù)：

現(xiàn)代無線通信業(yè)務(wù)需求迅猛增長，要求無線通信具有高質(zhì)量大容量的傳輸方式，這就意味著通信系統(tǒng)必須采用效率高的線性調(diào)制方式以提高有限帶寬的數(shù)據(jù)速率和頻譜利用率，從而使功率放大器的線性化成為熱門技術(shù)。

傳統(tǒng)解決功率放大器線性化的技術(shù)是采用功率回退，前饋，負(fù)反饋以及預(yù)失真技術(shù)，功率回退技術(shù)是使功率放大器工作在離飽和點回退10-15dB的地方，但這就導(dǎo)致了功率放大器功率利用率低，而且為了回退后的功率達(dá)到使用要求不得不選用較大功率的放大器，浪費了能源和增加了成本。

另一種模擬預(yù)失真技術(shù)是對輸入信號的幅度和相位經(jīng)行預(yù)畸變從而達(dá)到線性化的目的，數(shù)字預(yù)失真技術(shù)就是利用數(shù)字自適應(yīng)技術(shù)構(gòu)造一個自適應(yīng)的功放逆系統(tǒng)從而補(bǔ)償放大器的非線性畸變；有了預(yù)失真技術(shù)的輔助，功率放大器就可以工作在飽和點附近，并且保持很好的線性，由此提高功率放大器的效率。

但隨著信號帶寬增加，在傳統(tǒng)的數(shù)字預(yù)失真方法中，對反饋通路的模數(shù)轉(zhuǎn)換(ADC)的采樣率指標(biāo)要求急劇提高。通常，由于功放放大器固有的非線性特性，其輸入信號在經(jīng)過功率放大器放大后會產(chǎn)生頻譜擴(kuò)展，如果考慮五階交調(diào)，頻譜大約會擴(kuò)展到原信號帶寬的五倍，對于100MHz帶寬的信號，經(jīng)過功率放大器后的頻譜帶寬會擴(kuò)展到500MHz。若按照傳統(tǒng)反饋通路設(shè)計方式處理，為精確地捕獲功率放大器的輸出信號，反饋通路帶寬至少需要500MHz，相應(yīng)的模數(shù)轉(zhuǎn)換速率至少需要1000MHz，從而大大增加系統(tǒng)實現(xiàn)難度，提升了系統(tǒng)成本。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種欠采樣反饋的數(shù)字預(yù)失真系統(tǒng)與方法，在較低的轉(zhuǎn)換速率下對功放輸出的信號進(jìn)行轉(zhuǎn)換，產(chǎn)生混疊的數(shù)字信號，再根據(jù)混疊的數(shù)字信號提取預(yù)失真參數(shù)向量，以供數(shù)字預(yù)失真器對信號進(jìn)行預(yù)失真處理，降低或抵消功放非線性失真的影響；進(jìn)而實現(xiàn)在降低模數(shù)轉(zhuǎn)換采樣率及系統(tǒng)功耗、成本的同時，保證功放的線性度指標(biāo)。

本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的：一種欠采樣反饋的數(shù)字預(yù)失真系統(tǒng)，包括數(shù)字預(yù)失真器、數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊、功放、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊和預(yù)失真參數(shù)估計模塊；

所述的數(shù)字預(yù)失真器的輸入端連接信號源，數(shù)字預(yù)失真器的輸出端分別與數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊和預(yù)失真估計模塊連接；數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊的輸出端與功放連接，所述功放的輸出端分別與信號輸出裝置和模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊連接；模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊對功放輸出的信號進(jìn)行轉(zhuǎn)換，產(chǎn)生混疊的數(shù)字信號，模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊的輸出端與預(yù)失真參數(shù)估計模塊連接，預(yù)失真參數(shù)估計模塊根據(jù)來自數(shù)字預(yù)失真器的信號和模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊的信號進(jìn)行計算，得到預(yù)失真參數(shù)向量；所述預(yù)失真參數(shù)估計模塊的輸出端與數(shù)字預(yù)失真器連接，數(shù)據(jù)預(yù)失真器根據(jù)計算得到的預(yù)失真參數(shù)向量進(jìn)行預(yù)失真調(diào)整。

進(jìn)一步地，所述的數(shù)字預(yù)失真系統(tǒng)還包括上變頻模塊和下變頻模塊，所述上變頻模塊的輸入端與數(shù)?？燹D(zhuǎn)模塊連接，上變頻模塊的輸出端與功放連接；下變頻模塊的輸入端與功放連接，下變頻模塊的輸出端與預(yù)失真參數(shù)估計模塊連接。

進(jìn)一步地，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊的采樣率低于功放輸出信號的帶寬。

進(jìn)一步地，所述的信號輸出裝置包括但不限于射頻天線。

進(jìn)一步地，所述的預(yù)失真參數(shù)估計模塊包括：

功放模型估計單元，用于利用數(shù)字預(yù)失真器輸出的信號以及經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換后的功放輸出信號，經(jīng)數(shù)字下采樣和模型辨識估計出功放的非線性模型；

預(yù)失真參數(shù)提取單元，用于利用數(shù)字預(yù)失真器輸出的信號以及功放的非線性模型提取預(yù)失真參數(shù)。

一種欠采樣反饋的數(shù)字預(yù)失真方法，包括以下步驟：

S1.利用數(shù)字預(yù)失真器對來自信號源的信號u(n)進(jìn)行處理，得到預(yù)失真信號x(n)；該預(yù)失真信號包含功放非線性失真逆特性，且能夠降低或抵消功放的非線性失真；

S2.將信號x(n)進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換后傳輸給功放，由功放對數(shù)模轉(zhuǎn)換后的信號進(jìn)行放大后輸出

S3.將信號通過信號輸出裝置輸出，同時利用采樣率低于信號帶寬的模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊對功放輸出的信號進(jìn)行轉(zhuǎn)換，產(chǎn)生混疊的數(shù)字信號y_F(n)；

S4.根據(jù)信號x(n)和y_F(n)進(jìn)行預(yù)失真參數(shù)提取，獲得預(yù)失真參數(shù)向量W對數(shù)字預(yù)失真器進(jìn)行調(diào)整。

進(jìn)一步地，所述的步驟S1包括以下子步驟：

S11.對來自信號源的信號u(n)進(jìn)行預(yù)失真非線性處理得到非線性向量Φ(u)，向量Φ(u)的第(k1)*L+1個的元素為：

Φ(u)_(k-1)*L+l＝u(n-l)|u(n-l)|^k-1；

S12.將非線性向量Φ(u)與預(yù)失真向量W₀相乘，得到預(yù)失真信號x(n)：

設(shè)W₀為預(yù)失真參數(shù)向量，其向量長度與Φ(u)相同，K為數(shù)字預(yù)失真器所期望抵消的最高非線性階數(shù)，L為數(shù)字預(yù)失真器所期望抵消的最大記憶深度；w_kl為預(yù)失真參數(shù)向量W₀中，數(shù)字預(yù)失真器在非線性階數(shù)為k，記憶深度為l時的參數(shù)。

進(jìn)一步地，所述的步驟S2中，將信號x(n)進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換后，還包括上變頻子步驟，將數(shù)模轉(zhuǎn)換后的信號進(jìn)行上變頻后再傳輸給功放。

進(jìn)一步地，所述步驟S3中，對功放輸出信號進(jìn)行濾波操作得到信號后，還包括下變頻子步驟，將信號下變頻得到y(tǒng)(t)，再對y(t)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換得到產(chǎn)生了混疊的數(shù)字信號y_F(n)。

進(jìn)一步地，所述的步驟S4包括以下子步驟：

S41.利用信號x(n)和數(shù)模轉(zhuǎn)換的得到的信號y_F(n)計算功放的非線性模型：

(1)設(shè)功放模型為記憶多項式模型，理想情況下功放輸入輸出關(guān)系為：

式中，a_kl表示功放的非線性參數(shù)；

(2)設(shè)y_F(n)由理想信號y(n)經(jīng)過Q倍下采樣得到：

y_F n＝D{y(n)}＝y(tǒng) Qn；

其中，函數(shù)D{}表示Q倍下采樣操作；

由于：

故：

(3)通過模型辨識的方式得到功放的非線性模型參數(shù)A：

令Y_F表示混疊信號y_F(n)組成的向量，向量長度為N；

A表示a_kl構(gòu)成的非線性參數(shù)向量，其中功放的非線性模型的最高非線性階數(shù)與數(shù)字預(yù)失真器所期望抵消的最高非線性階數(shù)相等，均為K；功放模型的最大記憶深度與數(shù)字預(yù)失真器所期望抵消的最大記憶深度相等，均為L；a_kl即為參數(shù)A中，功放的非線性模型在非線性階數(shù)為k，記憶深度為l時的非線性參數(shù)；

X_Q表示非線性矩陣通過下采樣D{}得到的矩陣：矩陣X_Q由N個行向量構(gòu)成，第n個行向量X(n)的第(k-1)*L+1個元素為：

X(n)_(k-1)*L+l＝x(Qn-l)|x(Qn-l)|^k-1；

故:Y_F＝AX_Q；

用LS算法進(jìn)行參數(shù)求解，得到非線性模型參數(shù)A估計值B：

B＝X_Q^HX_Q^-1X_Q^HY_F；

S42.利用數(shù)字預(yù)失真器輸出的信號以及功放的非線性模型提取預(yù)失真參數(shù)，獲得預(yù)失真參數(shù)向量W：

(1)令非線性模型參數(shù)A＝B，得到功放的非線性模型；

(2)將信號x(n)輸入功放的非線性模型，獲得輸出信號：

(3)利用x(n)與e(n)計算預(yù)失真參數(shù)向量W：

W＝E^HE^-1E^HX；

其中，矩陣E為e(n)構(gòu)成的非線性矩陣，由N個行向量構(gòu)成，其中第n個行向量E(n)的第(k-1)*L+1個元素為：

E(n)_(k-1)*L+l＝e(n-l)|e(n-l)|^k-1；

矩陣X為：X＝[x(1),x(2),…x(n)]；

S43.將計算得到的預(yù)失真參數(shù)向量W傳輸給數(shù)字預(yù)失真器，數(shù)據(jù)預(yù)失真器進(jìn)行預(yù)失真調(diào)整，使預(yù)失真向量W₀等于計算出的W。

本發(fā)明的有益效果是：(1)由模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊對功放輸出的信號進(jìn)行轉(zhuǎn)換，產(chǎn)生混疊的數(shù)字信號，再將混疊的數(shù)字信號傳輸給數(shù)字預(yù)失真估計模塊提取預(yù)失真參數(shù)向量，以供數(shù)字預(yù)失真器進(jìn)行預(yù)失真參數(shù)調(diào)整，降低或抵消功放非線性失真的影響。

(2)模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊的采樣率低于功放輸出信號的帶寬，降低了對模數(shù)轉(zhuǎn)換速率的要求。

(3)在進(jìn)行預(yù)失真參數(shù)估計的過程中，充分考慮了模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊采樣率低于功放輸出信號帶寬所帶來的影響，使得在降低對數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊采樣率要求、減小實現(xiàn)難度、降低成本的前提下，并不影響預(yù)失真參數(shù)估計的準(zhǔn)確性。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的系統(tǒng)原理框圖；

圖2為本發(fā)明的方法流程圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖進(jìn)一步詳細(xì)描述本發(fā)明的技術(shù)方案，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不局限于以下所述。

如圖1所示，一種欠采樣反饋的數(shù)字預(yù)失真系統(tǒng)，包括數(shù)字預(yù)失真器、數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊、功放、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊和預(yù)失真參數(shù)估計模塊；

所述的數(shù)字預(yù)失真器的輸入端連接信號源，數(shù)字預(yù)失真器的輸出端分別與數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊和預(yù)失真估計模塊連接；數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊的輸出端與功放連接，所述功放的輸出端分別與信號輸出裝置和模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊連接；模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊對功放輸出的信號進(jìn)行轉(zhuǎn)換，產(chǎn)生混疊的數(shù)字信號，模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊的輸出端與預(yù)失真參數(shù)估計模塊連接，預(yù)失真參數(shù)估計模塊根據(jù)來自數(shù)字預(yù)失真器的信號和模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊的信號進(jìn)行計算，得到預(yù)失真參數(shù)向量；所述預(yù)失真參數(shù)估計模塊的輸出端與數(shù)字預(yù)失真器連接，數(shù)據(jù)預(yù)失真器根據(jù)計算得到的預(yù)失真參數(shù)向量進(jìn)行預(yù)失真調(diào)整。

在本申請的實施例中，所述的數(shù)字預(yù)失真系統(tǒng)還包括上變頻模塊和下變頻模塊，所述上變頻模塊的輸入端與數(shù)模快轉(zhuǎn)模塊連接，上變頻模塊的輸出端與功放連接；所述的信號輸出裝置包括但不限于射頻天線，數(shù)模轉(zhuǎn)換得到的信號經(jīng)過上變頻模塊和功放后能夠經(jīng)射頻天線進(jìn)行發(fā)射。下變頻模塊的輸入端與功放連接，下變頻模塊的輸出端與預(yù)失真參數(shù)估計模塊連接。

所述模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊的采樣率低于功放輸出信號的帶寬，模數(shù)轉(zhuǎn)換獲得的信號為混疊的數(shù)字信號。

在本申請的實施例中，所述的預(yù)失真參數(shù)估計模塊包括：

功放模型估計單元，用于利用數(shù)字預(yù)失真器輸出的信號以及經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換后的功放輸出信號，經(jīng)數(shù)字下采樣和模型辨識估計出功放的非線性模型；

預(yù)失真參數(shù)提取單元，用于利用數(shù)字預(yù)失真器輸出的信號以及功放的非線性模型提取預(yù)失真參數(shù)。

如圖2所示，一種欠采樣反饋的數(shù)字預(yù)失真方法，包括以下步驟：

S1.利用數(shù)字預(yù)失真器對來自信號源的信號u(n)進(jìn)行處理，得到預(yù)失真信號x(n)；該預(yù)失真信號包含功放非線性失真逆特性，且能夠降低或抵消功放的非線性失真；

S2.將信號x(n)進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換后傳輸給功放，由功放對數(shù)模轉(zhuǎn)換后的信號進(jìn)行放大后輸出

S3.將信號y(t)通過信號輸出裝置輸出，同時利用采樣率低于信號y(t)帶寬的模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊對功放輸出的信號進(jìn)行轉(zhuǎn)換，產(chǎn)生混疊的數(shù)字信號y_F(n)；

由于模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊的采樣率可以低于帶寬，故實際上降低對數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊采樣率要求，使得實現(xiàn)難度得到了減小，成本得到了降低。

S4.根據(jù)信號x(n)和y_F(n)進(jìn)行預(yù)失真參數(shù)提取，獲得預(yù)失真參數(shù)向量W對數(shù)字預(yù)失真器進(jìn)行調(diào)整。

所述的步驟S1包括以下子步驟：

S11.對來自信號源的信號u(n)進(jìn)行預(yù)失真非線性處理得到非線性向量Φ(u)，向量Φ(u)的第(k-1)*L+1個的元素為：

Φ(u)_(k-1)*L+l＝u(n-l)|u(n-l)|^k-1；

S12.將非線性向量Φ(u)與預(yù)失真向量W₀相乘，得到預(yù)失真信號x(n)：

設(shè)W₀為預(yù)失真參數(shù)向量，其向量長度與Φ(u)相同，K為數(shù)字預(yù)失真器所期望抵消的最高非線性階數(shù)，L為數(shù)字預(yù)失真器所期望抵消的最大記憶深度；w_kl為預(yù)失真參數(shù)向量W₀中，數(shù)字預(yù)失真器在非線性階數(shù)為k，記憶深度為l時的參數(shù)。

所述的步驟S2中，將信號x(n)進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換后，還包括上變頻子步驟，將數(shù)模轉(zhuǎn)換后的信號進(jìn)行上變頻后再傳輸給功放。

所述步驟S3中，對功放輸出信號進(jìn)行濾波操作得到信號后，還包括下變頻子步驟，將信號下變頻得到y(tǒng)(t)，再對y(t)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換得到產(chǎn)生了混疊的數(shù)字信號y_F(n)。

所述的步驟S4包括以下子步驟：

S41.利用信號x(n)和數(shù)模轉(zhuǎn)換的得到的信號y_F(n)計算功放的非線性模型：

(1)設(shè)功放模型為記憶多項式模型，理想情況下功放輸入輸出關(guān)系為：

式中，a_kl表示功放的非線性參數(shù)；

(2)設(shè)y_F(n)由理想信號y(n)經(jīng)過Q倍下采樣得到：

y_F n＝D{y(n)}＝y(tǒng) Qn；

其中，函數(shù)D{}表示Q倍下采樣操作；

由于：

故：

(3)通過模型辨識的方式得到功放的非線性模型參數(shù)A：在本申請的實施例，采用最小二乘算法(Least Square:LS)來實現(xiàn)(在其他實施例來實現(xiàn)，也可以采用遞歸最小二乘算法RLS來實現(xiàn))：

令Y_F表示混疊信號y_F(n)組成的向量，向量長度為N；

A表示a_kl構(gòu)成的非線性參數(shù)向量，其中功放的非線性模型的最高非線性階數(shù)與數(shù)字預(yù)失真器所期望抵消的最高非線性階數(shù)相等，均為K；功放模型的最大記憶深度與數(shù)字預(yù)失真器所期望抵消的最大記憶深度相等，均為L；a_kl即為參數(shù)A中，功放的非線性模型在非線性階數(shù)為k，記憶深度為l時的非線性參數(shù)；

X_Q表示非線性矩陣通過下采樣D{}得到的矩陣：矩陣X_Q由N個行向量構(gòu)成，第n個行向量X(n)的第(k-1)*L+1個元素為：

X(n)_(k-1)*L+1＝x(Qn-l)|x(Qn-l)|^k-1；

故:Y_F＝AX_Q；

用LS算法進(jìn)行參數(shù)求解，得到非線性模型參數(shù)A估計值B：

B＝X_Q^HX_Q¹X_Q^HY_F；

在進(jìn)行非線性模型參數(shù)A的估計過程中，考慮到y(tǒng)_F(n)為混疊信號，并通過Q倍采樣函數(shù)使得采樣后的y(n)等于y_F(n)，進(jìn)而充分考慮了模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊采樣率低于功放輸出信號帶寬所帶來的影響，使得在降低對數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊采樣率要求、減小實現(xiàn)難度、降低成本的前提下，并不影響預(yù)失真參數(shù)估計的準(zhǔn)確性。

S42.利用數(shù)字預(yù)失真器輸出的信號以及功放的非線性模型提取預(yù)失真參數(shù)，獲得預(yù)失真參數(shù)向量W：

(1)令非線性模型參數(shù)A＝B，得到功放的非線性模型；

(2)將信號x(n)輸入功放的非線性模型，獲得輸出信號：

(3)利用x(n)與e(n)計算預(yù)失真參數(shù)向量W：

W＝E^HE^-1E^HX；

其中，矩陣E為e(n)構(gòu)成的非線性矩陣，由N個行向量構(gòu)成，其中第n個行向量E(n)的第(k-1)*L+1個元素為：

E(n)_(k-1)*L+l＝e(n-l)|e(n-l)|^k-1；

矩陣X為：X＝[x(1),x(2),…x(n)]；

S43.將計算得到的預(yù)失真參數(shù)向量W傳輸給數(shù)字預(yù)失真器，數(shù)據(jù)預(yù)失真器進(jìn)行預(yù)失真調(diào)整，使預(yù)失真向量W₀等于計算出的W。