[发明专利]组合算法应用于组合学习结构数字预失真系统的方法

权利要求书

1.组合算法应用于组合学习结构数字预失真系统的方法，其特征在于，包括两个部分，组合学习结构数字预失真系统，以及组合算法应用于搭建的组合学习结构数字预失真系统对信号进行处理的方法；

所述组合学习结构数字预失真系统包括前向通路和反馈回路；所述前向通路包括信号产生模块(100)、峰均值抑制模块即CFR模块(101)、上变频模块即DUC模块(102)、数字预失真模块即DPD模块(103)、DSP模块(104)、数模转换模块即DAC模块(105)、带通滤波器(106)、功率放大器即PA(107)以及天线调谐器和天线(109)；所述反馈回路包括耦合器(108)、衰减器(110)和模数转换模块即ADC(111)；

所述信号产生模块(100)生成基带信号；

所述峰均值抑制模块即CFR模块(101)对所述基带信号进行峰值抵消；

所述上变频模块即DUC模块(102)对峰值抵消后的所述基带信号的频率进行搬移；

所述数字预失真模块即DPD模块(103)对所述基带信号进行预失真处理；

所述DPD模块(103)采用多项式预失真技术；DPD内核是基于记忆多项式模型的数字预失真；所述多项式预失真技术主要包括功放模型、学习结构和自适应算法三个部分；功放模型采用Wiener-Hammerstein模型；DPD学习结构采用组合学习结构，DPD的自适应算法采用组合算法；

所述学习结构采用组合学习结构，由间接学习结构和直接学习结构结合的组合学习结构设计数字预失真系统；系统在间接学习结构与直接学习结构之间进行切换；

在间接学习结构下采用RLS和NLMS算法对DPD内核系数进行估计的组合算法称为第一自适应算法；而在直接学习结构下采取LMS算法对DPD内核系数进行估计和更新的组合算法称为第二自适应算法；

所述DSP模块(104)主要包括自适应模块I(104a)和自适应模块II(104b)；所述自适应模块I(104a)中搭载所述第一自适应算法；所述自适应模块II(104b)中搭载所述第二自适应算法；

所述数模转换模块即DAC模块(105)对所述DPD模块(103)处理后的预失真信号进行数模转换并输出模拟信号；

所述带通滤波器(106)提高所述模拟信号频谱的纯度；

所述功率放大器即PA(107)对提高频谱纯度后的所述模拟信号进行功率补偿；

所述天线调谐器和天线(109)将进行功率补偿后的所述模拟信号发射出去；所述天线调谐器和天线(109)接收所述耦合器(108)反馈回来的信号；

所述耦合器(108)接收所述天线调谐器和天线(109)的信号，并反馈给所述天线调谐器和天线(109)；

所述衰减器(110)对所述耦合器(108)中的信号衰减；

所述模数转换模块即ADC(111)将衰减后的信号转换为数字信号；

所述模数转换模块即ADC(111)将数字信号作为DPD内核反馈输入信号传递给所述DSP模块(104)；

所述组合算法应用于所搭建的组合学习结构数字预失真系统对信号进行处理的方法包括以下步骤：

1)将基带信号模块生成的基带信号进行数字上变频和峰值削波处理产生x(n)；

2)采用记忆多项式模型构造数字预失真内核即DPD内核；预失真内核的数学表述参见公式：

其中，z(n)为预失真输出信号，K表示模型的最高非线性阶数，Q为记忆深度，C_kq是DPD系数；

3)设误差判断门限|e₁(n)|＝|e(n)|＝1，则|e(n)|＞0.01，开关掷向第一位置，工作在第一自适应算法，此时的学习结构为间接学习结构；且|e₁(n)|＞0.05，则RLS算法进行DPD内核系数来快速估计其初始值；

基于RLS算法包括以下过程：

a)设为DPD内核系数，初始化

b)通过公式(1)计算出信号x(n)经过预失真输出信号z(n)；

c)所述功放模型的数学表达式参见公式：

式中，u(n)为输入向量，v(n)为功放输出衰减得到的信号，y(n)为功放的输出采样信号，a_l是线性时不变系统的冲值响应值，L代表模型记忆深度；b_k为无记忆非线性系统多项式的系数，K表示模型的最高非线性阶数；c_q为线性时不变系统的冲值响应值，Q是模型记忆深度；

通过公式(2)、公式(3)和公式(4)，计算得到信号z(n)经过功放的输出采样信号为y(n)；

d)y(n)经尺度变换后y(n)/G，作为后失真器的输入，其中G代表功放的增益；后失真器级联在功率放大器PA(107)之后；令v(n)＝y(n)/G，u(n)为输入向量，其中：

u(n)＝[v(n), v(n)|v(n)|²,v(n)|v(n)|⁴,v(n-1),v(n-1)|v(n-1)|²,v(n-1)|v(n-1)|⁴,v(n-2),v(n-2)|v(n-2)|²,v(n-2)|v(n-2)|⁴]； (5)

e)v(n)通过公式(1)的后失真器处理得到输出信号z₁(n)；

f)通过公式(6)计算预失真输出信号z(n)与后失真器输出信号z₁(n)之间的估计误差e₁(n)：

e₁(n)＝z(n)-z₁(n) (6)

g)通过公式(7)、(8)、(9)和(10)，计算得到DPD内核系数

π(n)＝P(n-1)u(n) (7)

k(n)＝π(n)/(λ+u^H(n)π(n)) (8)

P(n)＝λ^-1P(n-1)-λ^-1k(n)u^H(n)P(n-1) (10)

上式中，P(n)为DPD模块最佳相位系数向量，π(n)为DPD模块最佳幅度系数向量，k(n)为增益向量，u^H(n)是u(n)的复共轭转置，e₁^*(n)为e₁(n)复共轭，λ(0＜λ＜1)为遗忘因子；

h)判断|e₁(n)|大小，若|e₁(n)|＞0.01，则重复步骤3)的b)到g)；

4)判断|e₁(n)|大小，若0.01＜|e₁(n)|＜0.05，切换至NLMS算法模块，同时把RLS迭代得到的系数送入所述模块，作为NLMS权系数的初始值，通过公式(11)和公式(12)进行进一步迭代处理，计算得到DPD内核系数并且将值复制给DPD系数C_kq；

μ(n+1)＝αμ(n)+βe₁²(n) (12)

上式中，e₁^*(n)为e₁(n)复共轭，μ为迭代步长，0＜α＜1，β＞0；

5)判断|e₁(n)|大小，若|e₁(n)|≤0.01，则|e(n)|＝|e₁(n)|，即|e(n)|≤0.01，故开关掷向第二位置，此时的学习结构为直接学习结构，并用第一自适应算法收敛后的权值向量作为第二自适应算法权值向量的初始值，即采用一种适合于硬件实现的自适应算法即LMS算法来计算DPD内核系数

a)用第一自适应算法收敛后的权值向量作为第二自适应算法权值向量的初始值

b)通过公式(1)计算得到x(n)经过预失真输出信号z(n)；

c)通过公式(2)、(3)和(4)计算得到信号z(n)经过功放的输出采样信号为y(n)，y(n)经尺度变换后y(n)/G，其中G代表功放的增益，令z₂＝y(n)/G；

d)通过公式(13)计算期望信号x(n)与功放估计输入z₂之间的估计误差；

e₂(n)＝z(n)-z₂(n) (13)

e)通过公式(14)计算得到DPD内核系数

上式中，e₂^*(n)为e₂(n)复共轭，μ为迭代步长；

f)判断|e₂(n)|大小，若|e₂(n)|＞0.005，则重复步骤5)的b)到e)；若|e₂(n)|≤0.005，DPD内核系数值复制给DPD系数C_kq。

2.根据权利要求1所述的组合算法应用于组合学习结构数字预失真系统的方法，其特征在于：

所述的组合算法是首先工作在第一自适应算法，开关掷向第一位置，此时的学习结构为间接学习结构，先采用RLS算法进行DPD内核系数来快速估计并获得DPD内核系数的初始值；然后通过判断设置门限，切换至NLMS算法，同时把RLS迭代得到的系数送入该模块，作为NLMS权系数的初始值，进行进一步迭代处理，计算出DPD内核系数送入DPD模块；最后通过判断门限让系统从间接学习结构切换到直接学习结构，此时开关掷向第二位置，并用第一自适应算法收敛后的权值向量作为第二自适应算法权值向量的初始值；由于已得到与最佳值比较接近的权值向量，此时采用LMS算法，并用已获得的权值向量作为初始值，使DPD模块的模型参数更加接近最佳值，从而克服加性噪声带来的影响；同时，随着时间的变化，功率放大器的非线性失真会发生缓慢的变化；因此，DPD系数C_kq的更新过程采用一种适合于硬件实现的自适应算法即LMS算法来跟踪功放的非线性时变特性。