數(shù)字預失真分數(shù)時延估計與信號對齊算法及系統(tǒng)的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及通信信號數(shù)字處理技術領域，具體涉及一種數(shù)字預失真分數(shù)時延估計 與信號對齊算法及系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002] 數(shù)字預失真(DPD)是功率放大器(PA)線性化校正的主流方法，其性能一直受困于 信號對齊精度。由于，DH)系統(tǒng)需考慮PA帶寬幾個以上的失真，所以采樣速率非常高，需要有 性能良好的時延估計算法與信號插值對齊算法保障該系統(tǒng)的實現(xiàn)。
[0003] 目前，關于DPD系統(tǒng)中信號的時延估計算法主要有五種。一，迭代法時延估計算法。 利用信號間存在一定線性關系，通過迭代方法實現(xiàn)DPD輸出與PA反饋輸出對齊。實踐證明： 該方法穩(wěn)定性受迭代步長影響，延時估計精度差。二，延時鎖定環(huán)(DLL)算法。利用環(huán)路鑒相 器給出的誤差信號控制環(huán)路中的壓控振蕩器VC0的輸出時鐘，實現(xiàn)PA反饋回路的采樣脈沖 的脈位變化達到信號對齊的目的。實踐證明：該算法的實現(xiàn)復雜、收斂速度慢。三，相關函數(shù) 法。又分幅度差相關函數(shù)法和幅度相關函數(shù)法兩種。前者對輸入信號和反饋信號的對應樣 點取幅度差，然后對差求互相關。再通過最大值估計信號間的整數(shù)(倍T s)時延;與下面要討 論的幅度相關函數(shù)信號時延估計方法相比，增加了求插值過程。后者是最流行的信號同步 方法，也是利用相關函數(shù)的最大值位置實現(xiàn)信號時延的估計，同樣也實現(xiàn)整數(shù)(倍T s)時延 估計。實踐中，為了采用該方法實現(xiàn)對分數(shù)時延的估計，需要對DPD的輸入信號或者對PA的 反饋輸出信號進行高倍插值，再按插前間隔抽取，構成多路后，再與未進行插值操作的信號 分別相關，然后取各路相關結果的峰值，再將這些峰值放在一起比較，取其中取最大的峰 值，其對應的抽取信號即認為與另一相關信號是對齊的。該方法雖具有很多優(yōu)點，但是缺點 也相當明顯：（1)不能從根本上消除時延的模糊問題；（2)運算量過大，DH)系統(tǒng)不能跟隨PA 參數(shù)的變化速度。為了保證DH)的性能，一般需要32或64倍甚至更高倍數(shù)的插值再抽取。四， 基于小波分析時延估計方法。通過對信號的幅度相關函數(shù)做小波分析后，實現(xiàn)對信號時延 的估計的。這種基于全局的尋找最優(yōu)解過程運算量也不小。五，基于黃金分割法實現(xiàn)時延的 估計。首先假設時延范圍為[a，b]，采用黃金分割法在[a，b]中尋優(yōu)。具體過程為:利用黃金 分割方法，令利[a，b]中一點 τι，并用其對升余弦補償器的系數(shù)進行估計，再講估計出系數(shù) 的濾波器與ΡΑ的反饋輸出卷積得到輸出ν(η)，再將ν(η)與ΡΑ反饋輸出信號相關運算，重復 上述這個過程，直到卜k-τ^ |小于設定的一個小常數(shù)ε，此時即得到同步輸出vk(n)?？梢妼?DFO系統(tǒng)的時延范圍有先驗知識決定了系統(tǒng)的運算復雜性。其實質(zhì)是一種窮舉方法，且在這 一系列的運算過程中，難免出現(xiàn)算法的數(shù)值計算問題。
[0004] 實現(xiàn)信號的對齊方法主要有三種方法:一，基于重采濾波器法。因速度問題或硬件 消耗問題不適合于DPD系統(tǒng)。二，基于多項式近似法。利用了一個低階的多項式在一定區(qū)域 對插值濾波器系數(shù)進行估計，以適應信號的變化。其實質(zhì)為一個時變?yōu)V波器，該方法所實現(xiàn) 的濾波器的新系數(shù)的誤差取決于插值算法與老系數(shù)的量化精度;三?；贔RR0W濾波器法。 該方法是將多項式系數(shù)作為濾波器系數(shù)與輸入卷積后，再與時間偏差卷積實現(xiàn)信號對齊， 運算過程中也需要對濾波器權值修正，存在的數(shù)值計算問題也會影響到Dro系統(tǒng)的性能。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005] 為解決上述問題，本發(fā)明提供了一種數(shù)字預失真分數(shù)時延估計與信號對齊算法及 系統(tǒng)，DPD系統(tǒng)中存在采樣模糊問題，在詳細分析了基于DH)的PA信道模型后認為:對DPD的 高速采樣而言，可利用互相關函數(shù)在峰值點附近具有二次函數(shù)特征，取其最大值與次大值 三個點，采用本發(fā)明的分數(shù)倍采樣間隔時延估計算法估計出小于采樣間隔的信號時延，徹 底解決離散互相關函數(shù)與連續(xù)互相關函數(shù)峰值間因采樣造成的偏差問題;在獲得了信號的 精確時延信息后，根據(jù)多速率數(shù)字信號處理技術，采用窗函數(shù)方法對PA反饋輸出進行"前 插"遞推，實現(xiàn)DH)系統(tǒng)中的信號的對齊。
[0006] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術方案為：
[0007] -種數(shù)字預失真分數(shù)時延估計與信號對齊算法，包括如下步驟：
[0008] (1)對PA反饋信號y(n)與DPD輸入信號d(n)進行相同速率采樣，并同時分別取N點 (L = 2M2 N，MEZ+)，將其暫存到雙口RAM中；
[0009] (2)采樣2L點FFT計算y(n)與d(n)的互相關；并提取r(n)中取最大值與兩個次大 值；
[0010] (3)按照本發(fā)明所述時延估計y(n)與d(n)之間的分數(shù)間隔時延T;
[0011] (4)按照本發(fā)明所述插值濾波器系數(shù)計算方法計算hw(n);
[0012] (5)按照補)=1燦+隊(丨)實現(xiàn)信號前插。
[0013] 結束。
[0014] 具體為：
[0015] S1、同時讀取DH)輸入信號d(n)與PA反饋輸出信號y(n)各N個點，并將其分別放到 具有L = 2m，其中(meZ，L>2N)個單元存儲器中，d(n)與y(n)分別按照式（1)，
[0016]
( 1 )
[0017] 操作；
[0018] S2、計算上述信號的互相關函數(shù)r(n)，取{ |r(n) I }的最大值記為f2，f2的左右兩邊 的次大值分別記為fhft，本發(fā)明所述分數(shù)時延估計多項式如式(4)所示，
[0019]
[0020]進行分數(shù)倍采樣間隔估計;其中，T^y(n)或d(n)的采樣間隔;τι為調(diào)節(jié)因子，其大 小為:〇<n< 1。
[0021] 設信號的整數(shù)采樣間隔時延為Γ，同時AS = Var(y(n+r))-Var(d(n))，按照式 (5)，
[0022] γ = Γ+τ (5)
[0023] 估計信號的總時延值γ;
[0024] S3、采用窗函數(shù)法計算"前"插對齊濾波器系數(shù)hw(n);插值濾波器單位沖擊響應按 式(6)，
[0025] hw(n)=W(k)Xsin[Ji · ( Y-kTs)]/[Ji · ( y-kTs)]，k = 0，l，."M (6)
[0026]進行，其中
丨窗函數(shù)，Μ為窗函數(shù)的長。
[0027]本發(fā)明具有以下有益效果：
[0028] (l)DPD的信號時延估計時運算量低。具體的講:分數(shù)倍采樣間隔時間的估計算法 僅需要通過三次移位、三次加減運算與兩次乘法運算就可以完成。
[0029] (2)算法使用了互相關函數(shù)幅度值，信道中的高斯噪聲不影響時間的估計精度。按 照最優(yōu)化理論方法，本發(fā)明所述的分數(shù)倍采樣間隔時延估值就是DH)系統(tǒng)中的信號時延小 數(shù)部分的真值。
[0030] (3)本發(fā)明所述"向前"插值信號對齊方法所采用的數(shù)字濾波器具有隨噪聲功率變 化的特征，且具有計算復雜度低，并保持FIR濾波器各種優(yōu)點。
[0031 ] (4)本發(fā)明所論述的算法可在Dro系統(tǒng)中實現(xiàn)Dro輸入信號與PA反饋輸出信號在時 間上的對齊。
【附圖說明】
[0032] 圖1為基于直接學習方式的Dro系統(tǒng)電路結構原理示意圖。
[0033] 圖2為本發(fā)明實施例數(shù)字預失真分數(shù)時延估計與信號對齊系統(tǒng)的結構示意圖圖。
[0034] 圖3為本發(fā)明實施例數(shù)字預失真分數(shù)時延估計與信號對齊算法系統(tǒng)的內(nèi)部結構示 意圖。
[0035] 圖4為本發(fā)明數(shù)字預失真分數(shù)時延估計與信號對齊算法在DPD系統(tǒng)中的使用流程 圖。
[0036] 圖5為本發(fā)明實施例數(shù)字預失真分數(shù)時延估計與信號對齊算法中的信號互相關運 算流程示意圖。
[0037] 圖6為本發(fā)明實施例數(shù)字預失真分數(shù)時延估計與信號對齊算法中的分數(shù)時延估計 算法實現(xiàn)流程示意圖。
[0038] 圖7為本發(fā)明實施例數(shù)字預失真分數(shù)時延估計與信號對齊算法中的信號"前"插對 齊算法實現(xiàn)流程示意圖。
[0039] 圖中，1-數(shù)字預失真器(DPD)，2-數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)，3-上變混頻器，4-功率放大器 (PA)，5-天線，6-衰減器，7-本地振蕩器，8-延時估計器(T)，9-前插濾波器，10-模數(shù)轉(zhuǎn)換器， 11-下變混頻器，12-控制器，13-存儲器，14-信號相關器。其中，前插濾波器9由91-濾波器系 數(shù)計算器，92-加窗器，93-前插濾波器三部分構成；其中，加窗器92由921-窗函數(shù)系數(shù)存儲 器，922-乘法器兩部分構成。
【具體實施方式】
[0040] 為了使本發(fā)明的目的及優(yōu)點更加清楚明白，以下結合實施例對本發(fā)明進行進-步 詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā) 明。
[0041] 如圖1-7所示，本發(fā)明實施例提供了數(shù)字預失真分數(shù)時延估計與信號對齊算法，包 括如下步驟：
[0042] 首先，對DPD輸入信號與PA反饋輸出信號進行等速率采樣，同時分別截取N點送存 儲器;對截取的數(shù)據(jù)做互相關運算;根據(jù)幅度相關函數(shù)法估計兩路信號的整數(shù)倍采樣間隔 時延；<