專利名稱：一種寬帶射頻功率放大器記憶非線性模型及建模方法
技術領域：
本發明屬于第四代寬帶移動通信技術領域，涉及一種寬帶射頻功率放大器的模型及建模方法，特別是涉及一種寬帶射頻功率放大器記憶非線性模型及建模方法。
背景技術：
射頻功率放大器是無線通信系統中的核心部件，其高昂的成本使其成為系統中最昂貴的部分。由于射頻功率放大器消耗了系統中的大部分功率，從而使得射頻功率放大器也成為影響無線系統運營商運營成本的一個關鍵因素。尤其是在能源變得越來越昂貴的今天，高效射頻功放對節能降耗及綠色通信具有更為重要的意義。因此，世界各國的相關研究機構和人員投入了大量的時間、精力和金錢研發各種高效射頻功率放大器。然而，由于高效射頻功率放大器偏置到飽和狀態，因此它輸出的射頻信號的線性度非常差，不能直接應用于非恒包絡調制信號的現代寬帶無線通信系統中。數字預失真技術是一種行之有效的線性化技術，其可以大大提高射頻功放的線性度。但是寬帶射頻放大器會呈現出記憶效應，使得射頻功放當前時刻的輸出不僅取決于當前時刻的輸入，還受到以前時刻輸入的影響，呈現出動態非線性。對于廣泛使用的記憶非線性模型，其參數提取處理算法的復雜度依賴于記憶深度和非線性強度。在預測復雜的非線性效應時要進行高階多項式矩陣求逆運算，容易引起數值不穩定性問題。近來，研究提出了多項式模型和濾波器結合的方法、或者采用增益查找表和濾波器結合的方法模擬記憶非線性，但是前者需要優化高階濾波器，后者則簡化僅考慮弱非線性記憶。在實際應用中，記憶非線性模型需要更好地體現寬帶基帶調制輸入信號大動態范圍的幅度變化對功放增益記憶性行為的影響，并且模型結構要容易實現。
發明內容
鑒于以上所述現有技術的缺點，本發明的目的在于提供一種寬帶射頻功率放大器記憶非線性模型及建模方法，用于解決現有技術中記憶非線性模型結構復雜、非線性弱的問題。為實現上述目的及其他相關目的，本發明提供一種寬帶射頻功率放大器記憶非線性模型及建模方法。—種寬帶射頻功率放大器記憶非線性模型，所述寬帶射頻功率放大器記憶非線性模型包括靜態非線性處理單元、動態非線性處理單元；所述靜態非線性處理單元用于模擬與輸入無關的強非線性，生成非線性信號；所述動態非線性處理單元與所述靜態非線性處理單元相連，用于模擬與輸入相關的記憶性，生成含記憶的動態非線性輸出信號。優選地，所述靜態非線性處理單元是采用一元高階回歸模型對功率放大器的復數增益特性進行模擬，生成靜態非線性增益的處理單元。優選地，所述一元高階回歸模型為多項式模型或復數增益查找表。
優選地，所述多項式模型為⑷或％)=|>^( )|外1)「'其中，
Λ---1S=I
X (η)表示靜態非線性處理單元的輸入射頻信號，S (η)表示靜態非線性處理單元輸出的非線性信號；sk表示第k階非線性項的系數，K是常數；按多項式模型對輸入射頻信號X (η)進行計算生成非線性信號S(η)。優選地，所述復數增益查找表利用功放實測AM/AM、ΑΜ/ΡΜ數據的光滑處理，實現靜態-動態特性分離，然后構建復數增益的地址查找表；靜態非線性處理單元根據復數增益的地址查找表，輸入射頻信號X (η)與復數增益進行復數乘法，生成非線性信號S (η)。優選地，所述動態非線性處理單元包括多元動態加權線性濾波器、復數加法器；所述多元動態加權線性濾波器與所述靜態非線性處理單元相連；所述多元動態加權線性濾波器采用與輸入相關的多級有限沖激響應濾波器組對所述非線性信號及其高階項進行多元的動態加權線性濾波；所述復數加法器與所述多元動態加權線性濾波器相連，用于將多 元動態加權線性濾波器輸出的全部信號進行線性疊加，獲得所述含記憶的動態非線性輸出信號。優選地，所述多級有限沖激響應濾波器組包括多元動態加權系數生成單元；所述
動態加權系數為記憶權重生成函數F (η)；所述記憶權重生成函數為F)=，其中,
Y(η)表示含記憶的非線性輸出信號；Ρ表示記憶深度；所述記憶權重生成函數用以生成所述非線性信號S(η)及其高階項的多元非線性記憶權重因子。優選地，所述多級有限沖激響應濾波器組還包括多級動態線性濾波器組，所述多級動態線性濾波器組的輸入端與所述多元動態加權系數生成單元的輸出端相連，輸出端與所述復數加法器的輸入端相連；所述多級動態線性濾波器組采用輸入相關的多元動態加權系數抽頭-延遲線模型；所述多元動態加權系數抽頭-延遲線模型將所述多元非線性記憶權重因子作為自身各級延遲單元的輸入系數。一種寬帶射頻功率放大器記憶非線性建模方法，所述寬帶射頻功率放大器記憶非線性建模方法包括輸入射頻信號X (η)經過靜態非線性處理單元生成與輸入無關的非線性信號S(n);非線性信號S(n)經過動態非線性處理單元生成含記憶的動態非線性輸出信號Y(n);其中，所述動態非線性處理單元采用輸入相關的多級有限沖激響應濾波器組對所述非線性信號S(n)及其高階項進行多元的動態加權線性濾波，然后將濾波后的全部信號進行線性疊加，獲得所述含記憶的動態非線性輸出信號γ(η)。優選地，所述靜態非線性處理單元采用一元高階回歸模型對功率放大器的復數增益特性進行模擬，生成靜態非線性增益；所述一元高階回歸模型為多項式模型或復數增益
查找表。優選地，所述多項式模型為;其中，
A--Ik = \
X (η)表示靜態非線性處理單元的輸入射頻信號，S (η)表示靜態非線性處理單元輸出的非線性信號；sk表示第k階非線性項的系數，K是常數。優選地，所述復數增益查找利用功放實測AM/AM、AM/PM數據的光滑處理實現靜態-動態特性分離；然后構建復數增益的地址查找表，靜態非線性處理單元根據復數增益的地址查找表，輸入射頻信號X (η)與復數增益進行復數乘法，生成非線性信號S (η)。優選地，所述多級有限沖激響應濾波器組采用多元動態加權系數生成單元生成動態加權系數，所述動態加權系數為記憶權重生成函數F(n);所述記憶權重生成函數為
, 、Y(n-p)
F(ll-p)=Tl~丨，其中，Y (η)表示含記憶的非線性輸出信號；ρ表示記憶深度;所述記憶權
Η"-ρ)
重生成函數用以生成所述非線性信號S(η)及其高階項的多元非線性記憶權重因子。優選地，所述多級有限沖激響應濾波器組還采用多級動態線性濾波器組進行濾 波；所述多級動態線性濾波器組采用輸入相關的多元動態加權系數抽頭-延遲線模型將所述多元非線性記憶權重因子作為自身各級延遲單元的輸入系數。如上所述，本發明所述的寬帶射頻功率放大器記憶非線性模型及建模方法，具有以下有益效果本發明將記憶非線性模擬為一個靜態的強非線性過程與一個輸入相關多級動態非線性過程的合成結果；其采用記憶權重生成函數定義了各個記憶時刻的輸入幅度及其高階項對各個記憶深度的影響，反映了在實際應用過程中，任意時刻的增益非線性與不同記憶深度的輸入及不同幅度強度的輸入相關程度，從而實現了對功率放大器動態的記憶非線性更好地自適應。
圖I顯示為本發明所述的寬帶射頻功率放大器記憶非線性模型的結構示意圖。圖2顯示為本發明所述的多級動態線性濾波器組的一種結構示意圖。圖3顯示為本發明所述的寬帶射頻功率放大器記憶非線性建模方法的流程示意圖。元件標號說明I靜態非線性處理單元；2動態非線性處理單元；21多元動態加權線性濾波器；22復數加法器；211多元動態加權系數生成單元；212多級動態線性濾波器組。
具體實施例方式以下通過特定的具體實例說明本發明的實施方式，本領域技術人員可由本說明書所揭露的內容輕易地了解本發明的其他優點與功效。本發明還可以通過另外不同的具體實施方式
加以實施或應用，本說明書中的各項細節也可以基于不同觀點與應用，在沒有背離本發明的精神下進行各種修飾或改變。請參閱附圖。需要說明的是，本實施例中所提供的圖示僅以示意方式說明本發明的基本構想，遂圖式中僅顯示與本發明中有關的組件而非按照實際實施時的組件數目、形狀及尺寸繪制，其實際實施時各組件的型態、數量及比例可為一種隨意的改變，且其組件布局型態也可能更為復雜。
下面結合實施例和附圖對本發明進行詳細說明。實施例本實施例提供一種寬帶射頻功率放大器記憶非線性模型，如圖I所示，所述寬帶射頻功率放大器記憶非線性模型包括靜態非線性處理單元I、動態非線性處理單元2。所述靜態非線性處理單元I用于模擬與輸入無關的強非線性，生成非線性信號；所述動態非線性處理單元2與所述靜態非線性處理單元I相連，用于模擬與輸入相關的記憶性，生成含記憶的動態非線性輸出信號。進一步，所述靜態非線性處理單元I是采用一元高階回歸模型對功率放大器的復數增益特性進行模擬，生成靜態非線性增益的處理單元。更進一步，所述一元高階回歸模型為多項式模型或靜態復數增益查找表。具體地，所述多項式模型為
權利要求
1.一種寬帶射頻功率放大器記憶非線性模型，其特征在于，所述寬帶射頻功率放大器記憶非線性模型包括 靜態非線性處理單元，用于模擬與輸入無關的強非線性，生成非線性信號； 動態非線性處理單元，與所述靜態非線性處理單元相連，用于模擬與輸入相關的記憶性，生成含記憶的動態非線性輸出信號。
2.根據權利要求I所述的寬帶射頻功率放大器記憶非線性模型，其特征在于所述靜態非線性處理單元是采用一元高階回歸模型對功率放大器的復數增益特性進行模擬，生成靜態非線性增益的處理單元。
3.根據權利要求2所述的寬帶射頻功率放大器記憶非線性模型，其特征在于所述一元高階回歸模型為多項式模型或復數增益查找表。
4.根據權利要求3所述的寬帶射頻功率放大器記憶非線性模型，其特征在于所述多 項式模型為或外卜玄^⑷丨尤⑷丨“;其中，X(n)表示靜態非線性處 理單元的輸入射頻信號，S (η)表示靜態非線性處理單元輸出的非線性信號；sk表示第k階非線性項的系數，K是常數；按多項式模型對輸入射頻信號X(η)進行計算生成非線性信號S (η)。
5.根據權利要求3所述的寬帶射頻功率放大器記憶非線性模型，其特征在于所述復數增益查找表利用功放實測ΑΜ/ΑΜ、ΑΜ/ΡΜ數據的光滑處理，實現靜態_動態特性分離，然后構建復數增益的地址查找表；靜態非線性處理單元根據復數增益的地址查找表，輸入射頻信號X (η)與復數增益進行復數乘法，生成非線性信號S (η)。
6.根據權利要求I所述的寬帶射頻功率放大器記憶非線性模型，其特征在于，所述動態非線性處理單元包括 多元動態加權線性濾波器，與所述靜態非線性處理單元相連；所述多元動態加權線性濾波器采用與輸入相關的多級有限沖激響應濾波器組對所述非線性信號及其高階項進行多元的動態加權線性濾波； 復數加法器，與所述多元動態加權線性濾波器相連，用于將多元動態加權線性濾波器輸出的全部信號進行線性疊加，獲得所述含記憶的動態非線性輸出信號。
7.根據權利要求6所述的寬帶射頻功率放大器記憶非線性模型，其特征在于所述多級有限沖激響應濾波器組包括多元動態加權系數生成單元；所述動態加權系數為記憶權重 f 、Y (n-p)一生成函數F(η);所述記憶權重生成函數為/·’("-尸^{’其中’丫⑴表示含記憶的非線性輸出信號；Ρ表示記憶深度；所述記憶權重生成函數用以生成所述非線性信號S(η)及其高階項的多元非線性記憶權重因子。
8.根據權利要求7所述的寬帶射頻功率放大器記憶非線性模型，其特征在于所述多級有限沖激響應濾波器組還包括多級動態線性濾波器組，所述多級動態線性濾波器組的輸入端與所述多元動態加權系數生成單元的輸出端相連，輸出端與所述復數加法器的輸入端相連；所述多級動態線性濾波器組采用輸入相關的多元動態加權系數抽頭-延遲線模型；所述多元動態加權系數抽頭-延遲線模型將所述多元非線性記憶權重因子作為自身各級延遲單元的輸入系數。
9.一種寬帶射頻功率放大器記憶非線性建模方法，其特征在于，所述寬帶射頻功率放大器記憶非線性建模方法包括輸入射頻信號X (η)經過靜態非線性處理單元生成與輸入無關的非線性信號S(n);非線性信號S(n)經過動態非線性處理單元生成含記憶的動態非線性輸出信號Y(n);其中，所述動態非線性處理單元采用輸入相關的多級有限沖激響應濾波器組對所述非線性信號S(η)及其高階項進行多元的動態加權線性濾波，然后將濾波后的全部信號進行線性疊加，獲得所述含記憶的動態非線性輸出信號γ(η)。
10.根據權利要求9所述的寬帶射頻功率放大器記憶非線性建模方法，其特征在于所述靜態非線性處理單元采用一元高階回歸模型對功率放大器的復數增益特性進行模擬，生成靜態非線性增益；所述一元高階回歸模型為多項式模型或復數增益查找表。
11.根據權利要求10所述的寬帶射頻功率放大器記憶非線性建模方法，其特征在于所述多項式模型為或5琪中，χ(η)表示靜態非線 k k-l性處理單元的輸入射頻信號，S (η)表示靜態非線性處理單元輸出的非線性信號；sk表示第k階非線性項的系數，K是常數。
12.根據權利要求10所述的寬帶射頻功率放大器記憶非線性建模方法，其特征在于所述復數增益查找利用功放實測AM/AM、AM/PM數據的光滑處理實現靜態_動態特性分離；然后構建復數增益的地址查找表，靜態非線性處理單元根據復數增益的地址查找表，輸入射頻信號X (η)與復數增益進行復數乘法，生成非線性信號S (η)。
13.根據權利要求9所述的寬帶射頻功率放大器記憶非線性建模方法，其特征在于所述多級有限沖激響應濾波器組采用多元動態加權系數生成單元生成動態加權系數，所述動態加權系數為記憶權重生成函數F (η);所述記憶權重生成函數為/·’(〃-/;)=_____^______，其中，Y (η)表示含記憶的非線性輸出信號；ρ表示記憶深度；所述記憶權重生成函數用以生成所述非線性信號S(η)及其高階項的多元非線性記憶權重因子。
14.根據權利要求13所述的寬帶射頻功率放大器記憶非線性建模方法，其特征在于所述多級有限沖激響應濾波器組還采用多級動態線性濾波器組進行濾波；所述多級動態線性濾波器組采用輸入相關的多元動態加權系數抽頭-延遲線模型將所述多元非線性記憶權重因子作為自身各級延遲單元的輸入系數。
全文摘要
本發明提供一種寬帶射頻功率放大器記憶非線性模型及建模方法，該建模方法包括輸入射頻信號經過靜態非線性處理單元生成與輸入無關的非線性信號；非線性信號經過動態非線性處理單元生成含記憶的動態非線性輸出信號；所述動態非線性處理單元采用輸入相關的多級有限沖激響應濾波器組對所述非線性信號及其高階項進行多元的動態加權線性濾波，然后將濾波后的全部信號進行線性疊加，獲得所述含記憶的動態非線性輸出信號。本發明將記憶非線性模擬為一個靜態的強非線性過程與一個輸入相關的多級動態非線性過程的合成結果；其反映了任意時刻的增益非線性與不同記憶深度及不同強度的輸入相關程度，實現了對功放動態非線性更好地自適應模型。
文檔編號H03F3/189GK102855417SQ20121037613
公開日2013年1月2日 申請日期2012年9月28日 優先權日2012年9月28日
發明者王萍 申請人:中國科學院上海微系統與信息技術研究所