數(shù)字預(yù)失真分?jǐn)?shù)時(shí)延估計(jì)與信號(hào)對(duì)齊算法及系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及通信信號(hào)數(shù)字處理技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種數(shù)字預(yù)失真分?jǐn)?shù)時(shí)延估計(jì) 與信號(hào)對(duì)齊算法及系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 數(shù)字預(yù)失真(DPD)是功率放大器(PA)線性化校正的主流方法，其性能一直受困于 信號(hào)對(duì)齊精度。由于，DH)系統(tǒng)需考慮PA帶寬幾個(gè)以上的失真，所以采樣速率非常高，需要有 性能良好的時(shí)延估計(jì)算法與信號(hào)插值對(duì)齊算法保障該系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)。
[0003] 目前，關(guān)于DPD系統(tǒng)中信號(hào)的時(shí)延估計(jì)算法主要有五種。一，迭代法時(shí)延估計(jì)算法。 利用信號(hào)間存在一定線性關(guān)系，通過(guò)迭代方法實(shí)現(xiàn)DPD輸出與PA反饋輸出對(duì)齊。實(shí)踐證明： 該方法穩(wěn)定性受迭代步長(zhǎng)影響，延時(shí)估計(jì)精度差。二，延時(shí)鎖定環(huán)(DLL)算法。利用環(huán)路鑒相 器給出的誤差信號(hào)控制環(huán)路中的壓控振蕩器VC0的輸出時(shí)鐘，實(shí)現(xiàn)PA反饋回路的采樣脈沖 的脈位變化達(dá)到信號(hào)對(duì)齊的目的。實(shí)踐證明：該算法的實(shí)現(xiàn)復(fù)雜、收斂速度慢。三，相關(guān)函數(shù) 法。又分幅度差相關(guān)函數(shù)法和幅度相關(guān)函數(shù)法兩種。前者對(duì)輸入信號(hào)和反饋信號(hào)的對(duì)應(yīng)樣 點(diǎn)取幅度差，然后對(duì)差求互相關(guān)。再通過(guò)最大值估計(jì)信號(hào)間的整數(shù)(倍T s)時(shí)延;與下面要討 論的幅度相關(guān)函數(shù)信號(hào)時(shí)延估計(jì)方法相比，增加了求插值過(guò)程。后者是最流行的信號(hào)同步 方法，也是利用相關(guān)函數(shù)的最大值位置實(shí)現(xiàn)信號(hào)時(shí)延的估計(jì)，同樣也實(shí)現(xiàn)整數(shù)(倍T s)時(shí)延 估計(jì)。實(shí)踐中，為了采用該方法實(shí)現(xiàn)對(duì)分?jǐn)?shù)時(shí)延的估計(jì)，需要對(duì)DPD的輸入信號(hào)或者對(duì)PA的 反饋輸出信號(hào)進(jìn)行高倍插值，再按插前間隔抽取，構(gòu)成多路后，再與未進(jìn)行插值操作的信號(hào) 分別相關(guān)，然后取各路相關(guān)結(jié)果的峰值，再將這些峰值放在一起比較，取其中取最大的峰 值，其對(duì)應(yīng)的抽取信號(hào)即認(rèn)為與另一相關(guān)信號(hào)是對(duì)齊的。該方法雖具有很多優(yōu)點(diǎn)，但是缺點(diǎn) 也相當(dāng)明顯：（1)不能從根本上消除時(shí)延的模糊問(wèn)題；（2)運(yùn)算量過(guò)大，DH)系統(tǒng)不能跟隨PA 參數(shù)的變化速度。為了保證DH)的性能，一般需要32或64倍甚至更高倍數(shù)的插值再抽取。四， 基于小波分析時(shí)延估計(jì)方法。通過(guò)對(duì)信號(hào)的幅度相關(guān)函數(shù)做小波分析后，實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)時(shí)延 的估計(jì)的。這種基于全局的尋找最優(yōu)解過(guò)程運(yùn)算量也不小。五，基于黃金分割法實(shí)現(xiàn)時(shí)延的 估計(jì)。首先假設(shè)時(shí)延范圍為[a，b]，采用黃金分割法在[a，b]中尋優(yōu)。具體過(guò)程為:利用黃金 分割方法，令利[a，b]中一點(diǎn) τι，并用其對(duì)升余弦補(bǔ)償器的系數(shù)進(jìn)行估計(jì)，再講估計(jì)出系數(shù) 的濾波器與ΡΑ的反饋輸出卷積得到輸出ν(η)，再將ν(η)與ΡΑ反饋輸出信號(hào)相關(guān)運(yùn)算，重復(fù) 上述這個(gè)過(guò)程，直到卜k-τ^ |小于設(shè)定的一個(gè)小常數(shù)ε，此時(shí)即得到同步輸出vk(n)?？梢妼?duì) DFO系統(tǒng)的時(shí)延范圍有先驗(yàn)知識(shí)決定了系統(tǒng)的運(yùn)算復(fù)雜性。其實(shí)質(zhì)是一種窮舉方法，且在這 一系列的運(yùn)算過(guò)程中，難免出現(xiàn)算法的數(shù)值計(jì)算問(wèn)題。
[0004] 實(shí)現(xiàn)信號(hào)的對(duì)齊方法主要有三種方法:一，基于重采濾波器法。因速度問(wèn)題或硬件 消耗問(wèn)題不適合于DPD系統(tǒng)。二，基于多項(xiàng)式近似法。利用了一個(gè)低階的多項(xiàng)式在一定區(qū)域 對(duì)插值濾波器系數(shù)進(jìn)行估計(jì)，以適應(yīng)信號(hào)的變化。其實(shí)質(zhì)為一個(gè)時(shí)變?yōu)V波器，該方法所實(shí)現(xiàn) 的濾波器的新系數(shù)的誤差取決于插值算法與老系數(shù)的量化精度;三?；贔RR0W濾波器法。 該方法是將多項(xiàng)式系數(shù)作為濾波器系數(shù)與輸入卷積后，再與時(shí)間偏差卷積實(shí)現(xiàn)信號(hào)對(duì)齊， 運(yùn)算過(guò)程中也需要對(duì)濾波器權(quán)值修正，存在的數(shù)值計(jì)算問(wèn)題也會(huì)影響到Dro系統(tǒng)的性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種數(shù)字預(yù)失真分?jǐn)?shù)時(shí)延估計(jì)與信號(hào)對(duì)齊算法及 系統(tǒng)，DPD系統(tǒng)中存在采樣模糊問(wèn)題，在詳細(xì)分析了基于DH)的PA信道模型后認(rèn)為:對(duì)DPD的 高速采樣而言，可利用互相關(guān)函數(shù)在峰值點(diǎn)附近具有二次函數(shù)特征，取其最大值與次大值 三個(gè)點(diǎn)，采用本發(fā)明的分?jǐn)?shù)倍采樣間隔時(shí)延估計(jì)算法估計(jì)出小于采樣間隔的信號(hào)時(shí)延，徹 底解決離散互相關(guān)函數(shù)與連續(xù)互相關(guān)函數(shù)峰值間因采樣造成的偏差問(wèn)題;在獲得了信號(hào)的 精確時(shí)延信息后，根據(jù)多速率數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)，采用窗函數(shù)方法對(duì)PA反饋輸出進(jìn)行"前 插"遞推，實(shí)現(xiàn)DH)系統(tǒng)中的信號(hào)的對(duì)齊。
[0006] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案為：
[0007] -種數(shù)字預(yù)失真分?jǐn)?shù)時(shí)延估計(jì)與信號(hào)對(duì)齊算法，包括如下步驟：
[0008] (1)對(duì)PA反饋信號(hào)y(n)與DPD輸入信號(hào)d(n)進(jìn)行相同速率采樣，并同時(shí)分別取N點(diǎn) (L = 2M2 N，MEZ+)，將其暫存到雙口RAM中；
[0009] (2)采樣2L點(diǎn)FFT計(jì)算y(n)與d(n)的互相關(guān)；并提取r(n)中取最大值與兩個(gè)次大 值；
[0010] (3)按照本發(fā)明所述時(shí)延估計(jì)y(n)與d(n)之間的分?jǐn)?shù)間隔時(shí)延T;
[0011] (4)按照本發(fā)明所述插值濾波器系數(shù)計(jì)算方法計(jì)算hw(n);
[0012] (5)按照補(bǔ))=1燦+隊(duì)(丨)實(shí)現(xiàn)信號(hào)前插。
[0013] 結(jié)束。
[0014] 具體為：
[0015] S1、同時(shí)讀取DH)輸入信號(hào)d(n)與PA反饋輸出信號(hào)y(n)各N個(gè)點(diǎn)，并將其分別放到 具有L = 2m，其中(meZ，L>2N)個(gè)單元存儲(chǔ)器中，d(n)與y(n)分別按照式（1)，
[0016]
( 1 )
[0017] 操作；
[0018] S2、計(jì)算上述信號(hào)的互相關(guān)函數(shù)r(n)，取{ |r(n) I }的最大值記為f2，f2的左右兩邊 的次大值分別記為fhft，本發(fā)明所述分?jǐn)?shù)時(shí)延估計(jì)多項(xiàng)式如式(4)所示，
[0019]
[0020]進(jìn)行分?jǐn)?shù)倍采樣間隔估計(jì);其中，T^y(n)或d(n)的采樣間隔;τι為調(diào)節(jié)因子，其大 小為:〇<n< 1。
[0021] 設(shè)信號(hào)的整數(shù)采樣間隔時(shí)延為Γ，同時(shí)AS = Var(y(n+r))-Var(d(n))，按照式 (5)，
[0022] γ = Γ+τ (5)
[0023] 估計(jì)信號(hào)的總時(shí)延值γ;
[0024] S3、采用窗函數(shù)法計(jì)算"前"插對(duì)齊濾波器系數(shù)hw(n);插值濾波器單位沖擊響應(yīng)按 式(6)，
[0025] hw(n)=W(k)Xsin[Ji · ( Y-kTs)]/[Ji · ( y-kTs)]，k = 0，l，."M (6)
[0026]進(jìn)行，其中
丨窗函數(shù)，Μ為窗函數(shù)的長(zhǎng)。
[0027]本發(fā)明具有以下有益效果：
[0028] (l)DPD的信號(hào)時(shí)延估計(jì)時(shí)運(yùn)算量低。具體的講:分?jǐn)?shù)倍采樣間隔時(shí)間的估計(jì)算法 僅需要通過(guò)三次移位、三次加減運(yùn)算與兩次乘法運(yùn)算就可以完成。
[0029] (2)算法使用了互相關(guān)函數(shù)幅度值，信道中的高斯噪聲不影響時(shí)間的估計(jì)精度。按 照最優(yōu)化理論方法，本發(fā)明所述的分?jǐn)?shù)倍采樣間隔時(shí)延估值就是DH)系統(tǒng)中的信號(hào)時(shí)延小 數(shù)部分的真值。
[0030] (3)本發(fā)明所述"向前"插值信號(hào)對(duì)齊方法所采用的數(shù)字濾波器具有隨噪聲功率變 化的特征，且具有計(jì)算復(fù)雜度低，并保持FIR濾波器各種優(yōu)點(diǎn)。
[0031 ] (4)本發(fā)明所論述的算法可在Dro系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)Dro輸入信號(hào)與PA反饋輸出信號(hào)在時(shí) 間上的對(duì)齊。
【附圖說(shuō)明】
[0032] 圖1為基于直接學(xué)習(xí)方式的Dro系統(tǒng)電路結(jié)構(gòu)原理示意圖。
[0033] 圖2為本發(fā)明實(shí)施例數(shù)字預(yù)失真分?jǐn)?shù)時(shí)延估計(jì)與信號(hào)對(duì)齊系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖圖。
[0034] 圖3為本發(fā)明實(shí)施例數(shù)字預(yù)失真分?jǐn)?shù)時(shí)延估計(jì)與信號(hào)對(duì)齊算法系統(tǒng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示 意圖。
[0035] 圖4為本發(fā)明數(shù)字預(yù)失真分?jǐn)?shù)時(shí)延估計(jì)與信號(hào)對(duì)齊算法在DPD系統(tǒng)中的使用流程 圖。
[0036] 圖5為本發(fā)明實(shí)施例數(shù)字預(yù)失真分?jǐn)?shù)時(shí)延估計(jì)與信號(hào)對(duì)齊算法中的信號(hào)互相關(guān)運(yùn) 算流程示意圖。
[0037] 圖6為本發(fā)明實(shí)施例數(shù)字預(yù)失真分?jǐn)?shù)時(shí)延估計(jì)與信號(hào)對(duì)齊算法中的分?jǐn)?shù)時(shí)延估計(jì) 算法實(shí)現(xiàn)流程示意圖。
[0038] 圖7為本發(fā)明實(shí)施例數(shù)字預(yù)失真分?jǐn)?shù)時(shí)延估計(jì)與信號(hào)對(duì)齊算法中的信號(hào)"前"插對(duì) 齊算法實(shí)現(xiàn)流程示意圖。
[0039] 圖中，1-數(shù)字預(yù)失真器(DPD)，2-數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)，3-上變混頻器，4-功率放大器 (PA)，5-天線，6-衰減器，7-本地振蕩器，8-延時(shí)估計(jì)器(T)，9-前插濾波器，10-模數(shù)轉(zhuǎn)換器， 11-下變混頻器，12-控制器，13-存儲(chǔ)器，14-信號(hào)相關(guān)器。其中，前插濾波器9由91-濾波器系 數(shù)計(jì)算器，92-加窗器，93-前插濾波器三部分構(gòu)成；其中，加窗器92由921-窗函數(shù)系數(shù)存儲(chǔ) 器，922-乘法器兩部分構(gòu)成。
【具體實(shí)施方式】
[0040] 為了使本發(fā)明的目的及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)-步 詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā) 明。
[0041] 如圖1-7所示，本發(fā)明實(shí)施例提供了數(shù)字預(yù)失真分?jǐn)?shù)時(shí)延估計(jì)與信號(hào)對(duì)齊算法，包 括如下步驟：
[0042] 首先，對(duì)DPD輸入信號(hào)與PA反饋輸出信號(hào)進(jìn)行等速率采樣，同時(shí)分別截取N點(diǎn)送存 儲(chǔ)器;對(duì)截取的數(shù)據(jù)做互相關(guān)運(yùn)算;根據(jù)幅度相關(guān)函數(shù)法估計(jì)兩路信號(hào)的整數(shù)倍采樣間隔 時(shí)延；<