专利名称：基于畸变星座估计与解调的pa非线性影响消除方法
技术领域：
本发明涉及通讯技术领域，特别涉及一种基于畸变星座估计与解调的PA非线性影响消除方法。
背景技术：
近年来，为了满足无线通信业务的快速发展，使在有限的频率带宽内实现较大的通信容量，频谱效率较高的调制方式，例如QAM等得到了广泛的应用。然而，这些调制方式的信号功率具有较大的峰均比，因此对功率放大器(PA，power amplifier)的线性度有很高的要求。另一方面，对于高频宽带通信，例如，60GHz，E-band等，PA的设计已经接近CMOS工艺的极限，由此会产生较为突出的非线性现象，其中包括AM-AM失真和AM-PM失真。AM-AM失真是PA幅度即增益非线性的表 现，其增益非线性会导致不同幅度的输入信号具有不同的放大增益；AM-PM失真是PA相位非线性表现，其导致不同幅度的输入信号具有不同的相位移动。而PA非线性会引起通信误码率(BER, bit error rate)的恶化,影响通信质量。现有技术主要是通过预失真技术来克服PA非线性影响，其原理如图6所示。这种技术是在PA之前增加一个预失真器用以补偿PA的非线性，使得信号经过预失真器和PA后联合放大产生很少或者没有失真，从而达到线性化的目的。预失真技术包括射频预失真、中频预失真和基带预失真三种基本方法。射频预失真和中频预失真一般采用模拟电路来实现，虽然结构简单、易于高频实现，但是难以进行调整预失真参数，对线性度的改善很小。基带预失真一般采用数字电路实现，也称数字预失真，方便对预失真参数进行自适应调整。图7为根据本发明背景技术基带数字预失真的一个实施例的原理框图。如图7所示，PA的部分输出信号经过衰减器降低信号功率、下变频器变换到基带、ADC转换成数字信号，通过与输入数字信号的比较可以调节数字预失真器的相关参数。数字预失真一般采用查找表结构实现，对于每一种输入幅度都存两个表项，即预失真输出幅度和相位移动。数字预失真对每一个表项进行调整，实时更新查找表的内容，以达到自适应的目的，直至预失真器的响应逼近PA非线性的逆响应。现有技术存在如下缺陷:(I)预失真技术能有效消除PA非线性影响的前提是预失真器与PA的非线性响应结合后为线性响应，因此预失真的实现将依赖于PA非线性失真模型。然而，对于不同的PA其非线性模型具有多样性，尤其是对于60GHz等高频宽带通信而言，PA模型具有较高的复杂度，使预失真器能根据PA的模型进行响应调整具有较大的实现难度。(2)射频预失真和中频预失真通过选择合适的器件(如二级管)来构造预失真器，这种方法难以根据PA模型进行自适应调整，很难使预失真能够抵消PA非线性失真，这在PA非线性模型较复杂时十分突出。因此，射频预失真和中频预失真改善PA线性度的能力十分有限。(3)基带数字预失真虽然易于实现自适应调整，但是其实现复杂度很高。首先，PA输出的射频信号需要通过一个额外的下变频器及ADC变换到数字基带处理，这使得发射端的实现具有很高的成本。其次，由于预失真通过查找表实现，要实现较好的预失真性能，需要存储较大数量的表项，这无疑会增加系统的开销。此外，预失真的自适应调整每次只能更新一个表项，因此效率较低，存储表项达到稳定收敛状态需要较长的训练时间。
发明内容
本发明的目的旨在至少解决上述的技术缺陷之一。为此，本发明的目的在于提出一种基于畸变星座估计与解调的PA非线性影响消除方法。为达到上述目的，本发明的实施例提出一种基于畸变星座估计与解调的PA非线性影响消除方法，包括以下步骤:接收具有相同调制方式的辅助序列和数据负载，并建立所述调制方式下辅助序列的基带模型，其中，所述基带模型由标准星座点和PA响应函数构建；根据所述基带模型建立畸变星座点的畸变幅度集合和附加相位集合；根据所述辅助序列对所述畸变星座点的畸变幅度集合和附加相位集合进行求解；根据所述畸变星座点的畸变幅度集合、所述附加相位集合以及标准星座点相位得到畸变星座；以及根据求解得到的所述畸变星座对所述数据负载的调制信号进行解调。在本发明的一个实施例中，所述畸变幅度和附加相位的数目与所述标准星座点的幅度数目相同。在本发明的一个实施例中，根据所述畸变幅度和附加相位的映射关系以及标准星座相位得到所述畸变星座。
在本发明的一个实施例中，当所述调制信号的信道存在干扰时，通过均衡器消除码间串扰后再执行畸变星座估计与解调。在本发明的一个实施例中，所述基带模型通过如下公式表示，所述公式为，rk = ε{0{η2 姚+ψ_ + Zk} =+ rh 二+rh，其中，rk 为所述接收
信号的基带模型，G(!VIkW—为对所述调制信号进行PA非线性放大后的数据，
为待求的畸变星座点，％=￡G(/7&)为待求的畸变星座幅度，ε为功率归一
化系数，G(.)为 PA 的幅度调制一巾畐度调制(AM-AM, amplitude mo du I at i on-amp litude
modulation)响应，n为功率回退调整系数，^为理想情况下第k个发送符号的幅度，其对
应一个标准星座点幅度，k为辅助序列内符号编号,取值范围为1，2，...， , e为自然对数，j为纯虚数标志，9&为理想情况下第k个发送符号的相位，其对应一个标准星座点相位，%。为待求的畸变星座附加相位，Ψ (.)为PA的幅度调制一相位调制(AM-PM，amplitudemodulation-phase modulation)响应，Zk为零均值的高斯白噪声信号，nk= ε zk。本发明具有如下优点:(I)PA非线性影响消除与模型无关，对PA非线性模型复杂的高频宽带通信有较强的理论意义和应用价值。本发明直接对非线性信号按畸变星座进行解调，而并不对非线性信号进行任何线性补偿，因此有效避开了对PA非线性模型的处理。(2)将PA非线性影响消除从发射端的器件设计问题转换为接收端的基带数字信号处理问题，简化了发射端的设计难度，降低了系统成本。此外，畸变星座参数可以得到较为简单的闭式解，接收端的估计器可以通过较低的复杂度得以设计实现。(3)不需要训练和迭代处理，只要收到辅助序列之后便可估计出畸变星座，进而就可实现畸变星座解调。对于任何一个PA，只需一段辅助序列就可以完成畸变星座估计，而后经该PA放大的信号只需按该畸变星座直接进行解调便可，无需进行自适应调整。本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中:图1为根据本发明一个实施例的基于畸变星座估计与解调的PA非线性影响消除方法的流程图；图2为根据本发明一个实施例的16-QAM调制下的畸变星座和待估计参数示意图；图3为根据本发明一个实施例的16-QAM调制下畸变星座参数估计性能与信噪比的关系图；图4为根据本发明一个实施例的16-QAM调制下畸变星座参数估计性能与功率回退的关系图；图5为根据本发明一个实施例的16-QAM调制下畸变星座解调的性能评估对比图；图6为根据本发明背景技术预失真的一个实施例的原理框图；以及图7为根据本发明背景技术基带数字预失真的一个实施例的原理框图。
具体实施例方式下面详细描述本发明的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。图1为根据本发明一个实施例的基于畸变星座估计与解调的PA非线性影响消除方法的流程图。如图1所示，根据本发明实施例的基于畸变星座估计与解调的PA非线性影响消除方法，包括以下步骤:步骤101，接收具有相同调制方式的辅助序列和数据负载，并建立该调制方式下辅助序列的基带模型，其中，基带模型由标准星座点和PA响应函数构建。具体地，PA输入信号的离散基带模型可看作为某种调制方式下的标准星座点，
记作^。设定标准星座点有T种幅度(对于PSK调制，T=I ;对于16-QAM调制，T=3 ；对于64-QAM调制，Τ= 9)，将幅度集合记作D= W1, d2,…dT}，显然有4 eD。经过PA非
线性放大之后的信号可以统一地表示为:其中，η为功率回退(0B0，
output power back-off)调整系数，其可控制PA输出功率的大小；G(.)和Ψ (.)分别代表AM-AM和AM-PM失真模型，其均由PA输入幅度大小决定。在本发明中，并不需要知道G(.)和Ψ(.)的具体形式。由此可见，通过PA非线性放大使信号由G(.)的影响对不同幅度产生不同增益，并由Ψ(.)的影响对不同幅度产生不同的相位移动。进一步，在通过叠加高斯白噪声及功率归一化之后，接收到信号的基带模型可以表示为:rk = ε{θ(η ,)βΛ^+ψ^)] + zj = εβ(η ,{>满+啊)]+ % = akej(<}^ + ,其中，rk 为接收信号的基带
模型，G(ndk)e^+^为对调制信号进行PA非线性放大后的数据，蝴为待求
的畸变星座点，为待求的畸变星座幅度，ε为功率归一化系数，G(.)为PA的幅度调制一幅度调制(AM-AM, amplitude mo du I at i on-amp litude modulation)响应，η
为功率回退调整系数，Tk为理想情况下第k个发送符号的幅度，其对应一个标准星座点幅
度，k为辅助序列内符号编号,取值范围为1，2，…，L, e为自然对数，j为纯虚数标志，Θ k为理想情况下第k个发送符号的相位，其对应一个标准星座点相位，艰)为待求的畸变星座附加相位，Ψ (.)为PA的幅度调制一相位调制(AM-PM, amplitude modulation-phasemodulation)响应，Zk为零均值的高斯白噪声信号，nk= ε zk。步骤102，根据基带模型建立畸变星座点的畸变幅度集合和附加相位集合。具体地，设星座点数目为M，并记畸变星座点集合为{Cl，C2，…，cM}。由以上信号模
型可知，其实就对应一个畸变星座点。由于标准星座点中有T种幅度，畸变星座点
的幅度忑也有T种，并记幅度集合为A={ai, a2,…，aT}。同理，由相位移动产生的附加相位\
也有T种，并记相应的集合为ΦΗΦρ Φ2，...，Φτ}。标准星座点相位接收端而言是已知的，因此要得到整个畸变星座，只需估计出畸变幅度集合A及附加相位集合Φ，然后结合标准星座点的相位便可得到整个畸变星座。图2为根据本发明一个实施例的16-QAM调制下的畸变星座和待估计参数示意图。如图2所示,对于16-QAM调制,畸变星座与标准星座的位置关系，待估计参数和Φ” Φ2, Φ3，以及这些参数和畸变星座的映射关系。在本发明的一个实施例中，对于PSK调制，畸变星座幅度和附加相位都只有一种取值。幅度由经过信号功率归一化之后的信噪比决定，而PSK解调并不会利用幅度信息。附加相位对任何接收信号均相同，所以其影响与收发端的载波相偏相同，可通过简单的载波恢复处理得以克服。因此，PA非线性对PSK信号的影响很小，设计PA非线性影响消除将主要针对QAM调制信号展开。步骤103，根据辅助序列对畸变星座点的畸变幅度集合和附加相位集合进行求解。具体而言，除了畸变星座幅度集合及附加相位集合之外，噪声功率N也是一个未知量。虽然噪声功率并不会在畸变星座中有所体现，但其会反映在接收信号中。因此，从接收辅助序列中估计畸变星座需要结合噪声功率N作联合估计。通过以上分析，待估计的参数相量可以表示为V=Q1, Φ2，…Φτ，％，&2，…aT，N)，接收到的长度为L的辅助序列的联合似然函数为:
权利要求
1.一种基于畸变星座估计与解调的PA非线性影响消除方法，其特征在于，包括以下步骤: 接收具有相同调制方式的辅助序列和数据负载，并建立所述调制方式下辅助序列的基带模型，其中，所述基带模型由标准星座点和PA响应函数构建； 根据所述基带模型建立畸变星座点的畸变幅度集合和附加相位集合； 根据所述辅助序列对所述畸变星座点的畸变幅度集合和附加相位集合进行求解； 根据所述畸变星座点的畸变幅度集合、所述附加相位集合以及标准星座点相位得到畸变星座；以及 根据求解得到的所述畸变星座对所述数据负载的调制信号进行解调。
2.根据权利要求1所述的基于畸变星座估计与解调的PA非线性影响消除方法，其特征在于，所述畸变幅度和附加相位的数目与所述标准星座点的幅度数目相同。
3.根据权利要求1所述的基于畸变星座估计与解调的PA非线性影响消除方法，其特征在于，根据所述畸变幅度和附加相位的映射关系以及标准星座相位得到所述畸变星座。
4.根据权利要求1所述的基于畸变星座估计与解调的PA非线性影响消除方法，其特征在于，当所述调制信号的信道存在干扰时，通过均衡器消除码间串扰后再执行畸变星座估计与解调。
5.根据权利要求1所述的基于畸变星座估计与解调的PA非线性影响消除方法，其特征在于，所述辅助序列的基带信号模型通过如下公式表示，所述公式为， rk = ε{G[tjd々舰+ψ+ zk} = gG(j]dk)eJ'et+v(]k、' +nk = akei<'e*-^k) +nk， 其中，rk为所述接收信号的基带模型，为对所述调制信号进行PA非线性放大后的数据，εΟ(η ,)βΛ^+ψ^ 为待求的畸变星座点，巧=蝴化)为待求的畸变星座幅度，ε为功率归一化系数，G(.)为PA的幅度调制一幅度调制(AM-AM，amplitudemo du I at i on-amp litude modulation)响应，η为功率回退调整系数，d.k为理想情况下第k个发送符号的幅度，其对应一个标准星座点幅度，k为辅助序列内符号编号，取值范围为1，2，…，L，e为自然对数，j为纯虚数标志，Θ k为理想情况下第k个发送符号的相位，其对应一个标准星座点相位，"*.为待求的畸变星座附加相位，Ψ (.)为PA的幅度调制一相位调制(AM-PM, amplitude modulation-phase modulation)响应，zk 为零均值的高斯白噪声 Ih 可，Hk= ε zko
全文摘要
本发明提出一种基于畸变星座估计与解调的PA非线性影响消除方法，包括以下步骤接收具有相同调制方式的辅助序列和数据负载，并建立该调制方式下辅助序列的基带模型，其中，基带模型由标准星座点和PA响应函数构建；根据基带模型建立畸变星座点的畸变幅度集合和附加相位集合；根据辅助序列对畸变星座点的畸变幅度集合和附加相位集合进行求解；根据畸变星座点的畸变幅度集合、附加相位集合以及标准星座点相位得到畸变星座；以及根据求解得到的畸变星座对数据负载的调制信号进行解调。根据本发明实施例的方法，通过基带数字信号处理简化了发射端射频器件的设计难度，同时接收端也只需较低的复杂度及成本。
文档编号H04L27/34GK103248603SQ20131019557
公开日2013年8月14日 申请日期2013年5月23日 优先权日2013年5月23日
发明者张昌明, 肖振宇, 高波, 金德鹏, 刘培 申请人:清华大学