一种提高记忆数字预失真模型性能的方法及系统

本发明涉及数字预失真技术，尤其涉及一种提高记忆数字预失真模型性能的方法及系统，适用于提高功率放大器(pa)的效率。

背景技术：

1、功率放大器(pa)是射频发射机中最重要的部件之一，为了使系统获得更高的效率，其总是工作在饱和区域，从而造成了输出信号的非线性，引起了带内带外的频谱增长，导致了互调失真和谐波失真。并且因为射频电路中的记忆特征使得功率放大器(pa)的非线性变得更加复杂，该记忆特征可分为电记忆效应和热记忆效应。热记忆效应是由电路中器件结温变化引起的，而电记忆效应的出现是因为半导体材料和界面对电荷的捕获和发射导致电流变化与历史电压相关。这些复杂的非线性特征使得互调失真和谐波失真的抑制更具有挑战。

2、数字预失真技术是补偿功率放大器(pa)的非线性失真最有效、最常用的方法之一，该方法是通过在功率放大器(pa)之前加一个非线性特性与之相反的数字预失真器，从而使得数字预失真器和功率放大器(pa)级联之后呈现线性的特征。在构建数字预失真器时通常会用到数字预失真模型对功率放大器(pa)的非线性行为表述，而传统的数字预失真模型的构造都是将不同记忆深度的非线性阶数设置为相同的值，这就会造成对有的记忆深度的非线性阶数取值较高或者较低，对于非线性阶数取值较高的情况，无疑是会造成模型复杂度的不必要升高；对于非线性阶数取值较低的情况会造成模型性能的降低。为了进一步提高数字预失真的效果，需要对数字预失真模型的不同记忆深度下的非线性阶数合理的分配取值，使其在较低的复杂度下可以拥有较高的性能。

技术实现思路

1、本发明的目的在于解决传统的数字预失真模型将不同记忆深度的非线性阶数设置为相同值造成的非线性阶数取值较高或较低，进而导致模型复杂度高和模型性能降低的技术问题，从而提供一种提高记忆数字预失真模型性能的方法及系统。

2、为了实现上述目的，本发明的技术解决方案如下：

3、一种提高记忆数字预失真模型性能的方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：

4、1】通过预失真模型对输入信号x(n)进行数字预失真处理，得到预失真信号z(n)，初始时，z(n)＝x(n)；所述预失真模型为可变非线性阶数模型，由记忆多项式、滞后记忆多项式和超前记忆多项式相加而成；

5、2】将预失真信号z(n)转换为模拟信号，并依次进行信号功率放大、衰减后，再转换为数字信号，获得预失真输出信号y(n)；

6、3】确定预失真模型系数

7、3.1】根据预失真模型建立不变非线性阶数模型，并确定不变非线性阶数模型中相应非线性阶数和记忆深度的最佳值；

8、3.2】预失真模型中记忆多项式的记忆深度取最小值，预失真模型中滞后记忆多项式和超前记忆多项式中的非线性阶数取步骤3.1】所确定的相应非线性阶数的最佳值；

9、3.3】在预失真模型中计算当前记忆深度下非线性阶数由小到大变化时输入信号x(n)和预失真输出信号y(n)的归一化均方误差，其中非线性阶数的最大值为步骤3.1】所确定的相应非线性阶数的最佳值；选择归一化均方误差达到期望值时非线性阶数最小的值，作为当前记忆深度下非线性阶数最佳值，并代入预失真模型中作为更新的预失真模型；

10、3.4】记忆深度由小到大依次变化，变化时均重复步骤3.3】；

11、3.5】对滞后记忆多项式中记忆深度取最小值，重复步骤3.3】至3.4】；

12、3.6】对超前记忆多项式中记忆深度取最小值，重复步骤3.3】至3.4】，获得所有非线性阶数为最佳值时的预失真模型；

13、3.7】根据此时预失真模型输出的预失真信号z(n)和预失真输出信号y(n)，计算得到预失真模型系数；

14、4】将获得的预失真模型系数代入预失真模型，计算并判断输入信号x(n)和预失真输出信号y(n)的归一化均方误差是否达到期望值；若是，进行预失真处理；若否，返回步骤3.7】。

15、进一步地，所述预失真模型为：

16、

17、其中，m表示预失真模型的记忆深度，m，m1，m2分别表示记忆多项式、滞后记忆多项式和超前记忆多项式中记忆深度最大值；k表示非线性阶数，km，k1l，m，k2l，m分别表示记忆多项式、滞后记忆多项式和超前记忆多项式中非线性阶数最大值；l表示预失真模型的滞后记忆深度或超前记忆深度，l1表示滞后记忆深度最大值，l2表示超前记忆深度最大值，am，k，bl，m，k，cl，m，k表示预失真模型系数。

18、进一步地，步骤3.7】中，通过最小二乘法计算预失真模型的系数[am，k，bl，m，k，cl，m，k]：[am，k，bl，m，k，cl，m，k]＝(yhy)-1yhz

19、其中，y表示由数字信号y(n)和预失真模型构成的输出矩阵，z表示由预失真信号z(n)构成的向量，()-1表示矩阵的逆，()h表示矩阵的共轭转置。

20、本发明还提供了一种提高记忆数字预失真模型性能的系统，用于实现上述的一种提高记忆数字预失真模型性能的方法，其特殊之处在于，包括预失真器、数模转换器、功率放大器、衰减器、模数转换器以及预失真模型系数求取模块；

21、所述预失真器中设置有预失真模型，预失真模型采用可变非线性阶数模型，其由记忆多项式、滞后记忆多项式和超前记忆多项式相加而成；

22、所述预失真器的第一输入端用于接收外部输入信号x(n)，第二输入端连接预失真模型系数求取模块的输出端，用于将输入信号x(n)和预失真模型系数求取模块求取的预失真模型系数输入预失真模型，并通过预失真模型预失真处理后输出预失真信号z(n)；初始时，z(n)＝x(n)；

23、所述预失真器、数模转换器、功率放大器、衰减器、模数转换器以及预失真模型系数求取模块按输入输出顺序依次连接，用于对预失真器输出的预失真信号z(n)依次进行数模转换、功率放大、功率衰减、模数转换后获得数字信号y(n)，并将数字信号y(n)送入预失真模型系数求取模块中；

24、所述预失真器的第二输出端连接预失真模型系数求取模块的第二输入端，用于根据模数转换器输出的数字信号y(n)和预失真器输出的预失真信号z(n)求解预失真模型的系数；

25、所述预失真模型系数求取模块的求取方法为：

26、1】根据预失真模型建立不变非线性阶数模型，并确定不变非线性阶数模型中相应非线性阶数和记忆深度的最佳值；

27、2】预失真模型中记忆多项式的记忆深度取最小值，预失真模型中滞后记忆多项式和超前记忆多项式中的非线性阶数取步骤1】所确定的相应非线性阶数的最佳值；

28、3】在预失真模型中计算当前记忆深度下非线性阶数由小到大变化时输入信号x(n)和预失真输出信号y(n)的归一化均方误差，其中非线性阶数的最大值为步骤1】所确定的相应非线性阶数的最佳值；选择归一化均方误差达到期望值时非线性阶数最小的值，作为当前记忆深度下非线性阶数最佳值，并代入预失真模型中作为更新的预失真模型；

29、4】记忆深度由小到大依次变化，变化时均重复步骤3】；

30、5】对滞后记忆多项式中记忆深度取最小值，重复步骤3】至4】；

31、6】对超前记忆多项式中记忆深度取最小值，重复步骤3】至4】，获得所有非线性阶数为最佳值时的预失真模型；

32、7】根据所有非线性阶数在最佳值时采集的预失真信号z(n)和预失真输出信号y(n)，计算得到预失真模型系数。

33、进一步地，所述预失真模型为：

34、

35、

36、其中，m表示预失真模型的记忆深度，m，m1，m2分别表示记忆多项式、滞后记忆多项式和超前记忆多项式中记忆深度最大值；k表示非线性阶数，km，k1l，m，k2l，m分别表示记忆多项式、滞后记忆多项式和超前记忆多项式中非线性阶数最大值；l表示预失真模型的滞后记忆深度或超前记忆深度，l1表示滞后记忆深度最大值，l2表示超前记忆深度最大值，am，k，bl，m，k，cl，m，k表示预失真模型系数。

37、本发明还提供了一种提高记忆数字预失真模型性能的方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：

38、1】通过预失真模型对输入信号x(n)进行数字预失真处理，得到预失真信号z(n)，初始时，z(n)＝x(n)；所述预失真模型由记忆多项式和滞后记忆多项式相加而成；

39、2】将预失真信号z(n)转换为模拟信号，并依次进行信号功率放大、衰减后，再转换为数字信号，获得预失真输出信号y(n)；

40、3】确定预失真模型系数

41、3.1】根据预失真模型建立不变非线性阶数模型，并确定不变非线性阶数模型中相应非线性阶数和记忆深度的最佳值；

42、3.2】预失真模型的记忆多项式中记忆深度取最小值，预失真模型中滞后记忆多项式中的非线性阶数取步骤3.1】所确定的相应非线性阶数的最佳值；

43、3.3】在预失真模型中计算当前记忆深度下非线性阶数由小到大变化时输入信号x(n)和预失真输出信号y(n)的归一化均方误差，其中非线性阶数的最大值为步骤3.1】所确定的相应非线性阶数的最佳值；选择归一化均方误差达到期望值时非线性阶数最小的值，作为当前记忆深度下非线性阶数最佳值，并代入中作为更新的预失真模型；

44、3.4】记忆深度由小到大依次变化，变化时均重复步骤3.3】；

45、3.5】对滞后记忆多项式中记忆深度取最小值，重复步骤3.3】至3.4】，获得所有非线性阶数为最佳值时的预失真模型；

46、3.6】根据此时预失真模型输出的预失真信号z(n)和预失真输出信号y(n)，计算得到预失真模型系数；

47、4】将获得的预失真模型系数代入预失真模型，计算并判断输入信号x(n)和预失真输出信号y(n)的归一化均方误差是否达到期望值；若是，进行预失真计算；若否，返回步骤3.6】。

48、进一步地，所述预失真模型为：

49、

50、其中，k1l表示滞后记忆多项式对应的线性阶数最大值；l表示预失真模型的滞后记忆深度，l表示滞后记忆深度最大值，am，k，bl，k表示预失真模型系数。

51、进一步地，步骤3.6】中，通过最小二乘法计算预失真模型的系数[am，k，bl，k]：

52、[am，k，bl，k]＝(yhy)-1yhz

53、其中，y表示由数字信号y(n)和预失真模型构成的输出矩阵，z表示由预失真信号z(n)构成的向量，()-1表示矩阵的逆，()h表示矩阵的共轭转置。

54、本发明还提供了一种提高记忆数字预失真模型性能的系统，用于实现上述的一种提高记忆数字预失真模型性能的方法，其特殊之处在于，包括预失真器、数模转换器、功率放大器、衰减器、模数转换器以及预失真模型系数求取模块；

55、所述预失真器中设置有预失真模型，预失真模型采用可变非线性阶数模型，其由记忆多项式和滞后记忆多项式相加而成；

56、所述预失真器的第一输入端用于接收外部输入信号x(n)，第二输入端连接预失真模型系数求取模块的输出端，用于将输入信号x(n)和预失真模型系数求取模块求取的预失真模型系数输入预失真模型，并通过预失真模型预失真处理后输出预失真信号z(n)；初始时，z(n)＝x(n)；

57、所述预失真器、数模转换器、功率放大器、衰减器、模数转换器以及预失真模型系数求取模块按输入输出顺序依次连接，用于对预失真器输出的预失真信号z(n)依次进行数模转换、功率放大、功率衰减、模数转换后获得预失真输出信号y(n)，并将预失真输出信号y(n)送入预失真模型系数求取模块中；

58、所述预失真器的第二输出端连接预失真模型系数求取模块的第二输入端，用于根据模数转换器输出的预失真输出信号y(n)和预失真器输出的预失真信号z(n、)求解预失真模型的系数；

59、所述预失真模型系数求取模块的求取方法为：

60、1】根据预失真模型建立不变非线性阶数模型，并确定不变非线性阶数模型中相应非线性阶数和记忆深度的最佳值；

61、2】预失真模型的记忆多项式中记忆深度取最小值，预失真模型中滞后记忆多项式的非线性阶数取步骤1】所确定相应非线性阶数的最佳值；

62、3】在预失真模型中计算当前记忆深度下非线性阶数由小到大变化时输入信号x(n)和预失真输出信号y(n)的归一化均方误差，其中非线性阶数的最大值为步骤1】所确定的相应非线性阶数的最佳值；选择归一化均方误差达到期望值时非线性阶数最小的值，作为当前记忆深度下非线性阶数最佳值，并代入作为更新的预失真模型；

63、4】记忆深度由小到大依次变化，变化时均重复步骤3】；

64、5】对滞后记忆多项式中记忆深度取最小值，重复步骤3】至4】，获得所有非线性阶数为最佳值时的预失真模型；

65、6】根据此时预失真模型输出的预失真信号z(n)和预失真输出信号y(n)，计算得到预失真模型系数。

66、进一步地，所述预失真模型为：

67、

68、

69、其中，k1l表示滞后记忆多项式对应的线性阶数最大值；l表示预失真模型的滞后记忆深度，l表示滞后记忆深度最大值，am,k，bl,k表示预失真模型系数。

70、本发明相比于现有技术的有益效果为：

71、1、本发明提供的一种提高记忆数字预失真模型性能的方法，其中的预失真模型采用可变非线性阶数模型，相比于现有只采用不变非线性阶数的预失真模型，本发明在现有不变非线性阶数的预失真模型基础上，进一步地对不同记忆深度下的非线性阶数进行选取，找到所有记忆深度下非线性阶数的最佳值，这样可以有效减少预失真模型系数，提高预失真模型的性能。

72、2、本发明提供的提高记忆数字预失真模型性能的系统，与传统的数字预失真模型相比，本发明的预失真模型可以在更低的复杂度下拥有相同的精度，或者在相同的复杂度下达到更高的精度。