基于輸入序列的mimo系統(tǒng)發(fā)射端數(shù)字預(yù)失真優(yōu)化方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種數(shù)字預(yù)失真優(yōu)化方法，尤其涉及一種基于輸入序列的MMO系統(tǒng)發(fā) 射端數(shù)字預(yù)失真優(yōu)化方法，屬于無線通信技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] MIMO(多輸入多輸出）系統(tǒng)由于采用了多天線方式，可以顯著擴大系統(tǒng)的容量，同 時對多徑衰落信道具有魯棒性，所以在現(xiàn)代無線通信系統(tǒng)中得到了廣泛應(yīng)用。然而，由于多 根天線在同一個芯片上，這將帶來天線之間的串擾。而發(fā)生于功率放大器（Power Amp I i fi er，簡寫為PA)之前的串擾，使得功率放大器的建模與SI SO (單輸入單輸出）系統(tǒng)顯 著不同，其模型中同時還包括天線之間的串擾系數(shù)，這將使得MMO系統(tǒng)中的功率放大器模 型復(fù)雜化，傳統(tǒng)的適用于SISO系統(tǒng)的數(shù)字預(yù)失真模型已經(jīng)不再適用于M頂0系統(tǒng)。
[0003] S · A · Bassam 等人在論文〈〈Crossover digital predistorter for the compensation of crosstalk and nonlinearity in MIMO transmitters》（刊載于IEEE Trans.on Microwave Theory and Techniques，vol·57，no·5，pp·1119-1128，2009)中，提 出了一種新的模型（crossover DPD，簡寫為CO-DH))。它解決了ΜΙΜΟ系統(tǒng)中的功率放大器非 線性以及非線性串擾的共同影響，其能在一定程度上緩解串擾造成的預(yù)失真的性能損失。 但是，它沒有對串擾以及功率放大器非線性的共同影響進行精確的建模，忽視了多項式模 型中輸入信號間的交叉項，從而造成一定的預(yù)失真性能損失，尤其是在串擾較大的情況下， 性能的損失更為明顯。
[0004] D.Saffar等人在論文《Behavioral modeling of MIMO nonlinear systems with multivariable polynomials》（干丨J載于IEEE Trans . on Mi crowave Theory and Techniques，vol .59, no. 11，pp .2994-3003,2011)中，提出了一種多變量多項式模型 (multivariable polynomial，簡寫為MVP)，對MHTO系統(tǒng)中串擾以及功率放大器非線性對信 號的聯(lián)合影響進行了更精確的建模。它采用記憶多項式模型對功率放大器進行建模，并考 慮了來自其他天線的耦合信號，相對于傳統(tǒng)DPD(數(shù)字預(yù)失真）的功率放大器多項式模型， MVP模型根據(jù)多項式定理將多個輸入的多項式分解，得到系數(shù)與輸入矩陣相乘的形式，其中 系數(shù)表示的是功率放大器的非線性與串擾的共同影響。但是，MVP模型相對于單輸入情況所 需要估計的系數(shù)個數(shù)有了極大的增加，使得計算量明顯太大。而且，參數(shù)個數(shù)會隨著天線數(shù) 以及多項式的階數(shù)和延遲的增加而增加，這將會帶來非常大的資源消耗，甚至不可能完成。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于提供一種基于輸入序列的 M頂0系統(tǒng)發(fā)射端數(shù)字預(yù)失真優(yōu)化方法。
[0006] 為實現(xiàn)上述的發(fā)明目的，本發(fā)明采用下述的技術(shù)方案：
[0007] -種基于輸入序列的MBTO系統(tǒng)發(fā)射端數(shù)字預(yù)失真優(yōu)化方法，包括如下步驟：
[0008] 使用記憶多項式模型對發(fā)射端的功率放大器進行表征；
[0009] 向所述功率放大器的模型輸入預(yù)定的輸入序列，使不同天線之間的輸入信號具有 關(guān)聯(lián)關(guān)系，將多天線的記憶多項式模型簡化為和單天線的記憶多項式模型相似，并估計出 相應(yīng)的系數(shù)；
[0010] 根據(jù)所述輸入序列估計的系數(shù)，將串擾系數(shù)以及功率放大器的系數(shù)分離，對串擾 影響以及功率放大器非線性的影響分開進行補償。
[0011]其中較優(yōu)地，對于2天線輸入的MMO系統(tǒng)，以2個采樣間隔為周期在第一根天線的 輸入序列上乘以[1，_1]作為第二根天線的輸入序列。
[0012]在所述輸入序列的最前面有Q個〇比特，其中Q為記憶多項式模型的記憶深度。
[0013]或者，對于2天線輸入的MMO系統(tǒng)，第二根天線的輸入序列除去最前面的Q個0比 特，其奇數(shù)位的值與第一根天線的相同，偶數(shù)位的值與第一根天線的相反，其中Q為記憶多 項式模型的記憶深度。
[0014]其中較優(yōu)地，對于N根天線輸入的MBTO系統(tǒng)，第一根天線的輸入序列為x=[x(l) X (2) ... x(NL)]T，從第二根天線開始至第N根天線，每根天線在第一根天線的輸入序列基 礎(chǔ)上以N為周期乘以一個長度為N的關(guān)系向量，作為該天線的輸入序列，其中N為正整數(shù)。 [0015]與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明所提供的MMO系統(tǒng)發(fā)射端數(shù)字預(yù)失真優(yōu)化方法通過優(yōu) 化設(shè)計輸入序列，簡化了非線性模型，降低了計算復(fù)雜度。本發(fā)明特別適用于存在天線之間 非線性串擾的M頂0系統(tǒng)，可以快速實現(xiàn)其發(fā)射端的功率放大器的非線性校正。
【附圖說明】
[0016]圖1為用于實現(xiàn)本發(fā)明的2天線輸入的MBTO系統(tǒng)示意圖；
[0017]圖2為2天線輸入的MBTO系統(tǒng)的串擾補償示意圖；
[0018]圖3為2天線輸入的MIMO系統(tǒng)的一個輸入序列不例圖；
[0019] 圖4為圖3所示的輸入序列的仿真輸出功率譜示意圖；
[0020] 圖5為2天線輸入的MBTO系統(tǒng)的另一個輸入序列示例圖；
[0021] 圖6為圖5所示的輸入序列的仿真輸出功率譜示意圖。
【具體實施方式】
[0022]下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容作進一步的詳細說明。
[0023]前已述及，在MMO系統(tǒng)的射頻前端存在天線之間的串擾。該串擾根據(jù)其發(fā)生在功 率放大器之前或之后分為非線性串擾以及線性串擾。線性串擾可以在接收端當作信道的一 部分進行處理，非線性串擾會影響發(fā)射端的預(yù)失真，所以需要在預(yù)失真處理的時候?qū)⑵淇?慮進去。然而，考慮串擾之后的功率放大器預(yù)失真的模型較為復(fù)雜，需要計算的參數(shù)較多， 計算復(fù)雜度較高。
[0024]為了能夠準確并高效地對MMO系統(tǒng)的發(fā)射端進行預(yù)失真處理，本發(fā)明使用記憶多 項式模型對發(fā)射端的功率放大器進行表征，同時考慮天線之間的串擾，對發(fā)射端的行為進 行建模，并設(shè)計參考信號以簡化發(fā)射端的數(shù)字預(yù)失真模塊的計算復(fù)雜度。下面對此展開詳 細具體的說明。
[0025]對于SI SO系統(tǒng)的發(fā)射端，若使用記憶多項式模型來對功率放大器進行建模，當輸 入為X時，功率放大器的輸出為
[0027]其中，Q是記憶深度，K一 1是多項式的最高非線性階數(shù)，h2k+1,g是多項式的系數(shù)。對 于存在串擾影響的N X N的MIMO系統(tǒng)，則有
[0029]其中，X1是第i(i = l，...，N)根天線上的輸入，yi是對應(yīng)的輸出。在圖1所示的第一 實施例中，當~ = 2，&12 = 〇，&21 =隊即對一個2天線輸入的1頂0系統(tǒng)，對應(yīng)的功率放大器的輸 出分別為：
[0032] 如果將其分解成單項式相加的形式，即用于參數(shù)估計的矩陣形式，相對于單輸入 的功率放大器多項式，在最高非線性階數(shù)2K - 1 一定的情況下，系數(shù)的數(shù)量將會增加許多， 隨著輸入的個數(shù)增多，系數(shù)的數(shù)量也會對應(yīng)的急速增長。
[0033] 在現(xiàn)有技術(shù)中，能夠準確建模發(fā)射端非線性的模型如MVP模型，由于每根天線上功 率放大器的實際輸入來自多根天線，相對于SISO系統(tǒng)需要估計更多的參數(shù)，使得計算復(fù)雜 度急速上升，若想實施自適應(yīng)預(yù)失真，將會消耗大量的計算資源，甚至不可能實現(xiàn)。所以，本 發(fā)明根據(jù)消除串擾對預(yù)失真性能的影響以及降低計算復(fù)雜度的目的，設(shè)計特殊的輸入序列 來降低MIMO系統(tǒng)中發(fā)射端功率放大器模型的復(fù)雜度，使不同的天線之間的輸入信號具有一 定的關(guān)系，從而簡化如公式(2)所示的多天線的多項式模型，使簡化后的模型和單天線情況 下的多項式相似，并估計出相應(yīng)的系數(shù)。同時，根據(jù)不同次估計的系數(shù)及其關(guān)系，將串擾系 數(shù)以及功率放大器的系數(shù)分離，對串擾影響以及功率放大器非線性的影響分開進行補償。 由于串擾時變性較功率放大器非線性來說慢許多，在串擾不變的時間段內(nèi)，只需像SISO系 統(tǒng)下的情況一樣，對各天線的功率放大器非線性進行估計和補償。這又大大降低了計算復(fù) 雜度。
[0034] 下面，以使用2X2MBTO系統(tǒng)為例說明本發(fā)明所提供的技術(shù)方案的基本流程。
[0035] 第一步，使兩天線的輸入相等，都為X，則兩個功率放大器的輸出為
[0038] 根據(jù)傳統(tǒng)的數(shù)字預(yù)失真系數(shù)的估計方法，計算出所有k，q對應(yīng)的hmqa+a)21-1、 h2,2k+1,q(l+i3嚴1的值，設(shè)此時所需要的輸入X的長度為Μ;
[0039] 第二步，兩天線的輸入為X2 = -X1 = -X時，兩個功率放大器的輸出為
[0042]此時，輸入X的長度為Μ，根據(jù)X和對應(yīng)的輸出，得到參數(shù)hl,2k+l,q( l-a)2k+1、h2,2k+l,q (β-?)21?+1〇
[0043] 第三步，由于功率放大器的兩次輸入的大小可以認為在功率放大器的同一個放大 范圍內(nèi)，功率放大器非線性多項式的系數(shù)2k+1, q在第一步和第二步認為是不變 的。根據(jù)第一步和第二步提取到的參數(shù)，計算hi, 2k+l, q、h2,2k+l, q、α、β。
[0044] 第四步，分別進行功率放大器的非線性即信號預(yù)失真以及非線性串擾的補償。由 于信號之間的串擾系數(shù)并不是高度時變的，所以其串擾的補償并不需要頻繁的更新，可以 根據(jù)MIMO系統(tǒng)的情況一段時間更新一次，非線性串擾的補償如圖2所示。在不需要更新的時 間段里，可以認為MMO系統(tǒng)發(fā)射天線之間的串擾已經(jīng)被消除，每根天線上信號的行為過程 可以看作和單輸入情況下一樣，此時僅需要根據(jù)功率放大器的特性進行數(shù)字預(yù)失真參數(shù)的 自適應(yīng)更新，使用傳統(tǒng)的數(shù)字預(yù)失真模型進行即可。
[0045]第五步，等到下一次需要更新串擾補償系數(shù)的時候，重復(fù)上述四步操作。其中訓練 序列X并非是固定的序列，它可以是該時刻附近時刻發(fā)送的序列，只需要兩天線的輸入滿足 公式(7)中的關(guān)系。
[0046]對2天線輸入的MIMO系統(tǒng)，設(shè)輸入序列滿足如下條件
[0048] 其中，xi(m) = x(m) (m= 1，…，2Μ)，Μ為輸入X的長度。如圖3所示，由于記憶多項式 的記憶深度為Q，所以在每段輸入序列的最前面有Q個0比特。第一行、第二行分別為第一根 天線和第二根天線的輸入。
[0049]需要說明的是，類似2天線輸入的MIMO系統(tǒng)，對于4天線而言，每根天線有來自其他 3天線的信號的影響，若要求來自