基于归一化均方差的数字预失真系统训练参数更新方法与流程

本发明涉及无线通信技术中的自适应数字预失真，特别是指一种基于归一化均方差的数字预失真系统训练参数更新方法。

背景技术：

1、当前，无线通信的发展越来越快。为了实现数据的海量传输和万物互联，需要在无线通信的过程中，不仅能尽可能有效地传输信号(信号失真尽可能的小)，同时还要实现能源的高效利用。然而，在实际的通信系统中，这两点往往是相互矛盾的。这是因为，发射机的核心器件射频功率放大器(power amplifier,pa)的非线性是必然存在的，尤其是pa工作在饱和区附近的时候，输入输出的信号功率幅度无法保持线性关系，从而引起明显的数据传输误码率和对相邻信道的干扰。

2、为了有效矫正射频功率放大器的非线性，使其兼具高线性度和高效率，现有技术中提出了数字预失真(digital pre-distortion,dpd)技术。该技术以其编程灵活、成本适中和矫正精度高的优点，成为目前射频前端中应用的最主流的线性化技术。

3、dpd的核心思想是先提取一个射频pa的逆模型，然后将提取的模型级联在pa的前端，从而使系统呈线性特性，如图1所示。通常采用的dpd结构包括直接学习结构和间接学习结构两种，如图2所示，两种在计算模型参数时选取的节点不同，并且间接学习结构在初次迭代时无需预估模型系数或等待一轮，而且有更多的时间用于模型训练和算法收敛。但无论直接学习还是间接学习结构，其训练而来的参数往往直接进行传递，没有考虑以下几点可能出现的情况：

4、(1)pa的非线性过于严重或参数有误，求取的逆模型存在较大风险；

5、(2)某次训练的参数性能较差或一般，不宜或无需更新；

6、(3)迭代训练时，多次迭代后性能不佳则需要舍弃并重新计算。

7、因此，当参数的传递的策略不当时，容易导致dpd性能的突然恶化或持续降低，甚至出现无法收敛的情况。

技术实现思路

1、针对现有技术中的缺陷，本发明提供一种基于归一化均方差的数字预失真系统训练参数更新方法。本发明能够对数字预失真系统训练所得的参数采取更新、保留但不更新、丢弃等不同策略，保证参数传递的有效性，确保系统性能的稳定性，从而提升性能的鲁棒性。

2、为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

3、基于归一化均方差的数字预失真系统训练参数更新方法，用于在数字预失真系统的迭代训练过程中控制参数的更新，包括以下步骤：

4、步骤1，从数字预失真系统中采集节点数据，计算两个归一化均方误差nmse1和nmse2；

5、针对直接学习结构，nmse1和nmse2分别为：

6、

7、

8、针对间接学习结构，nmse1和nmse2分别为：

9、

10、

11、其中，x(i)表示前预失真器输入，y(i)表示预失真器输出或者功放输入，z(i)表示前预失真器输出或者功放输入，k(i)表示后预失真输出，t为数据长度；

12、步骤2，设置用于衡量功放非线性性的阈值th1，以及用于衡量数字预失真性能的阈值th2，根据nmse1、nmse2、th1、th2的关系进行参数更新控制：

13、若nmse1>nmse2，则将参数重置为初始值，并上传给前预失真器；

14、若nmse1<nmse2且nmse2>th1，则停止本轮迭代，开始下一轮迭代；

15、若nmse1<nmse2且nmse2<th1且nmse1<th2，则进行参数迭代，并将参数上传给前预失真器；

16、若nmse1<nmse2且nmse2<th1且nmse1>th2，则进行参数迭代，但不上传给前预失真器。

17、与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

18、1、提高系统的鲁棒性

19、由于数字预失真是个不断迭代训练的模型，计算所得的参数是系统性能的关键因素，每次运算往往都会影响下次的运算，是个相关的过程。其中某一次的误差和影响有可能会被不断放大，因此根据不同情况进行对应的策略选择可以提升系统性能的稳定性，并能帮助算法更加快速稳健的收敛到期望值，避免出现性能越来越差的场景。

20、2、降低不必要的资源开销

21、数字预失真系统的实现往往采用查找表的方式，每组训练所得的系数都对应一张查找表，迭代训练需要矩阵运算，若是每次都迭代或者更新必然会需要大量的时间或者计算资源，即便是离线模式依然是一中负担，因此可以灵活控制，对结果及时剪枝，降低不必要的时间开销、存储开销和运算开销，从而减少系统负担。

22、3、灵活设计便于维护

23、不同的功放特性会有所差异，系统也会有所不同，通过调整设计中的阈值，可以灵活地针对不同的系统进行对应的设计，方便达到预期的系统性能。

技术特征：

1.基于归一化均方差的数字预失真系统训练参数更新方法，其特征在于，用于在数字预失真系统的迭代训练过程中控制参数的更新，包括以下步骤：

技术总结
本发明提出了基于归一化均方差的数字预失真系统训练参数更新方法，属于自适应数字预失真技术领域。本发明用于在数字预失真系统的迭代训练过程中控制参数的更新，首先，从数字预失真系统中采集节点数据，计算两个归一化均方误差NMSE1和NMSE2；然后，设置用于衡量功放非线性性的阈值th1，以及用于衡量数字预失真性能的阈值th2，根据NMSE1、NMSE2、th1、th2的关系进行参数更新控制。本发明能够对数字预失真系统训练所得的参数采取更新、保留但不更新、丢弃等不同策略，保证参数传递的有效性，确保系统性能的稳定性，从而提升性能的鲁棒性。

技术研发人员：赵鹏,张涛
受保护的技术使用者：中国电子科技集团公司第五十四研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/2/25