一種跳頻通信系統的數字預失真方法
【專利摘要】本發明屬于跳頻通信系統可靠性【技術領域】，公開了一種跳頻通信系統的數字預失真方法。其具體步驟為：得出數字預失真器功能函數的表達式中與第i個頻點第j個溫度值對應的多項式系數，用x(n)表示數字預失真器n時刻的輸入信號；得出簡化后的數字預失真器功能函數的表達式，數字預失真器根據當前時刻接收的信號、以及當前時刻的前Q-1時刻接收的信號，在所述查找表中獲取每個信號多項式的取值；然后計算出數字預失真器功能函數F[x(n)]的值，根據數字預失真器功能函數F[x(n)]的值，完成跳頻通信系統中射頻功率放大器的線性化處理。
【專利說明】-種跳頻通信系統的數字預失真方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于跳頻通信系統可靠性【技術領域】，特別涉及一種跳頻通信系統的數字預 失真方法，解決了跳頻通信系統的線性問題，旨在通過自適應調整多項式預失真器的系數 來減少非線性失真，降低誤碼率。
【背景技術】
[0002] 在跳頻通信系統中，為了提高輸出功率和效率，射頻功率放大器（簡稱射頻功放） 通常工作在非線性區，不可避免地會產生H階W及五階互調分量，出現較強的非線性。線性 化技術是解決射頻功率放大器非線性問題的一種有效途徑，線性化技術主要分為兩大類： 模擬法和數字法。模擬法有模擬預失真方法、反饋方法、非線性部件實現線性化（LINC)等； 數字法有數字基帶預失真方法。模擬法盡管能夠實現捷變頻（頻率捷變）功能，但由于受到 器件帶寬的限制，很難實現寬帶線性化，因而不適用于寬帶跳頻通信系統；具體來說，在現 有的模擬線性化技術中，由于主要依靠硬件如二極管、電橋、電阻、電容、電感等實現，在跳 頻時，能夠實現預失真功能，但線性化的效果不好；且該些器件本身的工作帶寬有限，無法 實現寬帶通信。現有的數字基帶預失真法對硬件需求簡單，能夠實現寬帶性能，但由于算法 復雜且收斂時間較長，不易實現捷變頻功能。具體地說，現有的數字預失真技術如查表法、 記憶多項式法采用實時處理，需要足夠多的訓練樣本和足夠長的訓練處理時間才能達到較 好的訓練效果。雖然可W通過采用高性能的FPGA、DSP等處理芯片來減少訓練和處理時間， 但在寬帶跳頻通信系統中，該個訓練時間相對于跳頻通信時間來說也相當長，在通信結束 時，可能預失真效果還沒有達到，因此無法滿足寬頻帶跳頻通信系統需求。
[0003] 在跳頻通信系統中，發射機的頻率按照一定規則在不斷變化，同時由于跳頻通信 系統的射頻功放為了提高效率和功率而產生因H階、五階互調導致的信號失真，模擬的線 性化技術和常見的數字預失真技術無法完成跳頻通信系統的線性化。
【發明內容】
[0004] 本發明的目的在于提出一種跳頻通信系統的數字預失真方法，本發明將預失真訓 練所得的基于頻點和溫度信息的預失真多項式的系數W表的方式存儲起來；實際使用時不 進行實時預失真訓練，在指定頻點和溫度信息時，W輸入信號的幅度采用查找表的方式找 出對應的多項式系數，將輸入信號和多項式系數進行乘法累加和作為預失真信號，從完成 線性化；有效節省了乘法器資源、減少預失真處理的時間、降低布局布線的難度，滿足寬帶 跳頻系統的線性化需要。
[0005] 為實現上述技術目的，本發明采用如下技術方案予W實現。
[0006] -種跳頻通信系統的數字預失真方法包括W下步驟：
[0007] 步驟1，利用數字預失真器接收外部的信號，得出數字預失真器功能函數的表達 式，得出數字預失真器功能函數的表達式中與第i個頻點第j個溫度值對應的多項式系數， i = 1，I，I為頻點總數，j = 1，2…m，m為溫度值的總數；將得出的每個多項式系數存入 查找表中；
[0008] 步驟2,用x(n)表示數字預失真器n時刻的輸入信號，n表示離散時間變量；對 數字預失真器功能函數F[x(n)]的表達式進行簡化，得出簡化后的數字預失真器功能函數 F[x(n)]的表達式：
[0009] F [X (n) ] = X (n) f〇 (I X (n) I) +X (n-1) f 1 (I X (n-1) I) +…X (n-Q+1) fg-i (I X (n-Q+1) I) 其中，x(n-q)表示數字預失真器n-q時刻的輸入信號，q = 0, 1，2,…，Q-1，Q表示跳 頻通信系統中射頻功率放大器記憶的深度；fq(|x(n-q)|) = [auiq+au3q|x(n-q)r+… auKqlx(n-q)廣1]，auk。表示與k、q、第i個頻點W及第j個溫度值對應的多項式系數，k = 1，3,…K，K為奇數且K表示跳頻通信系統中射頻功率放大器的非線性階數；
[0010] 數字預失真器根據當前時刻接收的信號、W及當前時刻的前Q-I時刻接收的信 號，在所述查找表中獲取每個信號多項式的取值；然后根據每個信號多項式的取值，計算出 數字預失真器功能函數F[x(n)]的值，根據數字預失真器功能函數F[x(n)]的值，完成跳頻 通信系統中射頻功率放大器的線性化處理。
[0011] 本發明的有益效果為：1)能夠快速實現跳頻通信系統的線性化；2).由于采用了 查找表，需要硬件資源少，快速實時地得到預失真。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0012] 圖1為現有技術中直接自適應數字預失真方法的原理框圖；
[0013] 圖2為現有技術中間接自適應數字預失真方法的原理框圖；
[0014] 圖3為本發明采用的自適應預失真方案的原理框圖；
[0015] 圖4為本發明的數字預失真結構算法的原理圖；
[0016] 圖5為通過查找表得出數字預失真器功能函數的原理示意圖。
【具體實施方式】
[0017] 為了清楚的闡述本發明的技術方案，該里對自適應數字預失真進行說明。在實際 應用過程中，預失真技術存在著下列不穩定因素；由于溫度變化、器件老化等引起功放特性 變化W及偏壓、信道改變、輸入功率變化和元件參數漂移等，使預期的非線性產生很大的變 化；器件的微波參數產生變化，引起主鏈路相位的變化，使預失真失效。該些影響在寬頻帶 (頻率帶寬大于1個倍頻程）工作時表現特別明顯，原因在于激勵功率的隨機性和信號峰均 比的隨機變化對補償產生影響；激勵信號頻譜分布的隨機變化會引起補償產生變化。W上 諸多因素的建模和分析比較困難，導致預失真技術的應用受到限制，因此自適應預失真技 術就顯得更為實用。
[0018] 自適應是指在環境統計特性未知或變化的情況下調整系統參數，使之保持"最佳" 工作，自適應和最優化有密切的關系。目前主要存在W下兩種自適應數字預失真方法：直接 自適應數字預失真方法和間接自適應數字預失真方法。
[0019] 參照圖1，為直接自適應數字預失真方法的原理框圖。對于直接自適應數字預失 真方法，預失真器n時刻的輸入信號表示為x(n)，n表示離散時間變量。預失真器的傳遞 函數表示為F (?)，預失真器n時刻的輸出信號表示為U (n)，預失真器的輸出信號經射頻功 率放大器（PA)進行放大后向外輸出，射頻功率放大器n時刻的輸出信號表示為y"(n)，射頻 功率放大器的功放增益表示為G，射頻功率放大器n時刻的期望響應表示為d(n)。e(n)= d(n)-yu(n)，e(n)用于自適應調整預失真器系數。如果直接自適應數字預失真方法/算法 收斂于e(n) = 0,則射頻功率放大器n時刻的輸出信號yc(n)為yc(n) = G ? x(n)。
[0020]
[0021] 參照圖2,為間接自適應數字預失真方法的原理框圖。對于間接自適應數字預失 真方法，預失真器n時刻的輸入信號表示為X (n)，n表示離散時間變量。預失真器n時刻的 輸出信號表示為U (n)，預失真器的輸出信號經射頻功率放大器（PA)進行放大后向外輸出。 射頻功率放大器n時刻的輸出信號表示為ya(n)，射頻功率放大器n時刻的輸出信號ya(n) 經尺度變換后輸入至預失真器訓練網絡中，射頻功率放大器n時刻的輸出信號y"(n)經尺 度變換變為y (n)，y (n) = yu(n)/G，G表示尺度變換系數。預失真器訓練網絡n時刻的輸 出信號表示為M(X)，預失真器訓練網絡n時刻的輸出信號三與預失真器n時刻的輸出 信號U (n)作比較后，得到誤差e (n)，eW二W W - W。誤差e (n)輸入至預失真器訓練 網絡中，用于自適應調整預失真器訓練網絡。如果算法收斂，則預失真器訓練網絡n時刻的 輸出信號與預失真器n時刻的輸出信號趨近相同，即，那么預失真器n時刻的 輸入信號與對射頻功率放大器n時刻的輸出信號作尺度變換后的信號也將一致，有X (n)= y〇(n)/G，此時，射頻功率放大器的非線性被消除掉。在本發明實施例中，采用間接自適應數 字預失真方法。
[0022]
[0023] 下面結合附圖對本發明作進一步說明：
[0024] 參照圖3,為本發明采用的自適應預失真方案的原理框圖。參照圖4,為本發明的 數字預失真結構算法的原理圖。本發明的一種跳頻通信系統的數字預失真方法包括W下步 驟：
[0025] 步驟1，利用數字預失真器接收外部的信號，得出數字預失真器功能函數的表達 式，得出數字預失真器功能函數的表達式中與第i個頻點第j個溫度值對應的多項式系數， i = 1，I，I為頻點總數，j = 1，2…m，m為溫度值的總數；將得出的每個多項式系數存入 查找表中。
[0026] 具體地說，數字預失真器功能函數的表達式為：
[0027]
【權利要求】
1. 一種跳頻通信系統的數字預失真方法，其特征在于，包括以下步驟： 步驟1，利用數字預失真器接收外部的信號，得出數字預失真器功能函數的表達式，得 出數字預失真器功能函數的表達式中與第i個頻點第j個溫度值對應的多項式系數，i = 1，2-I，I為頻點總數，j = 1，2…m，m為溫度值的總數；將得出的每個多項式系數存入查找 表中； 步驟2,用x(n)表示數字預失真器n時刻的輸入信號，n表示離散時間變量；對數 字預失真器功能函數F[x(n)]的表達式進行簡化，得出簡化后的數字預失真器功能函數 F[x(n)]的表達式： F[x(n) ]= x(n)f0( I x(n) I )+x(n-l) A(IxOi-I) 1)+.1(11-9+1):^(11(11-9+1) |)其中， x (n_q)表不數字預失真器n_q時刻的輸入彳目號，q = 0, 1，2,…，Q-l，Q表不跳頻通彳目系統 中射頻功率放大器記憶的深度；f<i(|x(n-q) |) = [aiM+aij^xOi-q) I1+…aijK(1|x(n-q)「―1]， aijkq表示與k、q、第i個頻點以及第j個溫度值對應的多項式系數，k = 1，3,…K，K為奇數 且K表示跳頻通信系統中射頻功率放大器的非線性階數； 數字預失真器根據當前時刻接收的信號、以及當前時刻的前Q-I時刻接收的信號，在 所述查找表中獲取每個信號多項式的取值；然后根據每個信號多項式的取值，計算出數字 預失真器功能函數F [x(n)]的值，根據數字預失真器功能函數F [x(n)]的值，完成跳頻通信 系統中射頻功率放大器的線性化處理。
2. 如權利要求1所述的一種跳頻通信系統的數字預失真方法，其特征在于，在步驟1 中，數字預失真器功能函數的表達式為：
3. 如權利要求1所述的一種跳頻通信系統的數字預失真方法，其特征在于，在步驟1 中，得出與k、q、第i個頻點以及第j個溫度值對應的多項式系數aijkq的過程包括如下子步 驟： (1.1)用z(n)表示跳頻通信系統的射頻功率放大器n時刻的輸入信號，z(n)= F[x (n)];射頻功率放大器對z (n)進行放大處理，射頻功率放大器n時刻的輸出信號表示為 y〇(n);對射頻功率放大器n時亥Ij的輸出信號y〇(n)依次進行耦合、下變頻和模數轉換，得出 n時刻基帶信號y(n); 建立使跳頻通信系統中射頻功率放大器達到線性放大的預失真器訓練網絡模型，所述 使跳頻通信系統中射頻功率放大器達到線性放大的預失真訓練網絡模型為： F[x(n)] = F[y(n)] 其中，
(1. 2)分別將Uijkq (n)、U、A以及Z定義如下： Uijkq (n) = y (n-q) | y (n-q) |k_1 U - [Uijkq (〇)，Uijkq ⑴，Uijkq ⑵…Uijkq (L_l)] A - [am〇, a113〇. . . a11K〇, aim, a1131. . . a11K1... aIlK(Q-I), ai210. -- ai2K(Q-l). -- aImK(Q-I), a2110. -- a2mK(Q-l). -- aImK(Q-I)] Z = [z (0)，Z (I)，Z (2)，…，Z (L-I)] 其中，上標H表示共軛轉置，L為整數且L表示對ytl(n)進行耦合時的抽樣點數；U為
則所述使跳頻通信系統中射頻功率放大器達到線性放大的預失真訓練網絡模型變 為： Z = UA 在上式的兩邊乘以UH，得： UhZ = UhUA 然后采用最小均方誤差算法得出數字預失真器功能函數中與k、q、第i個頻點以及第j 個溫度值對應的多項式系數aijkq。
4.如權利要求3所述的一種跳頻通信系統的數字預失真方法，其特征在于，在步驟1 中，在子步驟（1.2)中，采用最小均方誤差算法得出多項式系數的過程包括如下子步 驟： a) 設n = 0, 1，2. . . N-1，初始化設置W(n)，N為設定的大于1的自然數；設W(n)中每個 元素為任意值； b) 令i'為小于或等于n的整數，計算跳頻通信系統的射頻功率放大器n時刻的輸入信 號 z (n):
c) 計算誤差信號e(n): e(n) = z (n) -y (n) d) 判斷e(n)的模值是否大于設定閾值，如果e(n)的模值小于或等于設定閾值，則根據 W(n)中的每個元素，得出數字預失真器功能函數中的每個多項式系數；反之，如果e(n)的 模值大于設定閾值，則計算出W(n+1): ff(n+l) = W (n) + u e (n) X (n) 在計算出W(n+1)之后，令n的值自增1，返回至子步驟b)。
【文檔編號】H04L25/49GK104363191SQ201410610075
【公開日】2015年2月18日 申請日期:2014年11月3日 優先權日:2014年11月3日
【發明者】鄭光明, 楊勇, 王小軍, 劉為, 周勇敢, 張凱, 李林峰, 葛亮 申請人:西安烽火電子科技有限責任公司