[发明专利]数字预失真分数时延估计与信号对齐算法及实现

说明书

技术领域

本发明涉及一种数字化预失真系统的信号时延估计方法与一种数字化预失真系统的信号插值对齐方法，属于通信信号数字处理技术领域。

背景技术

数字预失真(DPD)是功率放大器(PA)线性化校正的主流方法，其性能一直受困于信号对齐精度。由于，DPD系统需考虑PA带宽几个以上的失真，所以采样速率非常高，需要有性能良好的时延估计算法与信号插值对齐算法保障该系统的实现。

目前，关于DPD系统中信号的时延估计算法主要有五种。一，迭代法时延估计算法。利用信号间存在一定线性关系，通过迭代方法实现DPD输出与PA反馈输出对齐。实践证明：该方法稳定性受迭代步长影响，延时估计精度差。二，延时锁定环(DLL)算法。利用环路鉴相器给出的误差信号控制环路中的压控振荡器VCO的输出时钟，实现PA反馈回路的采样脉冲的脉位变化达到信号对齐的目的。实践证明：该算法的实现复杂、收敛速度慢。三，相关函数法。又分幅度差相关函数法和幅度相关函数法两种。前者对输入信号和反馈信号的对应样点取幅度差，然后对差求互相关。再通过最大值估计信号间的整数(倍T_s)时延；与下面要讨论的幅度相关函数信号时延估计方法相比，增加了求插值过程。后者是最流行的信号同步方法，也是利用相关函数的最大值位置实现信号时延的估计，同样也实现整数(倍T_s)时延估计。实践中，为了采用该方法实现对分数时延的估计，需要对DPD的输入信号或者对PA的反馈输出信号进行高倍插值，再按插前间隔抽取，构成多路后，再与未进行插值操作的信号分别相关，然后取各路相关结果的峰值，再将这些峰值放在一起比较，取其中取最大的峰值，其对应的抽取信号即认为与另一相关信号是对齐的。该方法虽具有很多优点，但是缺点也相当明显：(1)不能从根本上消除时延的模糊问题；(2)运算量过大，DPD系统不能跟随PA参数的变化速度。为了保证DPD的性能，一般需要32或64倍甚至更高倍数的插值再抽取。四，基于小波分析时延估计方法。通过对信号的幅度相关函数做小波分析后，实现对信号时延的估计的。这种基于全局的寻找最优解过程运算量也不小。五，基于黄金分割法实现时延的估计。首先假设时延范围为[a，b]，采用黄金分割法在[a，b]中寻优。具体过程为：利用黄金分割方法，令利[a，b]中一点τ₁，并用其对升余弦补偿器的系数进行估计，再讲估计出系数的滤波器与PA的反馈输出卷积得到输出v(n)，再将v(n)与PA反馈输出信号相关运算，重复上述这个过程，直到|τ_k-τ_k-1|小于设定的一个小常数ε，此时即得到同步输出v_k(n)。可见对DPD系统的时延范围有先验知识决定了系统的运算复杂性。其实质是一种穷举方法，且在这一系列的运算过程中，难免出现算法的数值计算问题。

实现信号的对齐方法主要有三种方法：一，基于重采滤波器法。采因速度问题或硬件消耗问题不适合于DPD系统。二，基于多项式近似法。利用了一个低阶的多项式在一定区域对插值滤波器系数进行估计，以适应信号的变化。其实质为一个时变滤波器，该方法所实现的滤波器的新系数的误差取决于插值算法与老系数的量化精度；三。基于FRROW滤波器法。该方法是将多项式系数作为滤波器系数与输入卷积后，再与时间偏差卷积实现信号对齐，运算过程中也需要对滤波器权值修正，存在的数值计算问题也会影响到DPD系统的性能。

综上所述，提出基于“三点二次”插值法的DPD信号时延精确估计方法与基于窗函数法的信号“前”插滤波器法实现信号的对齐具有一定的实际意义。经分析，DPD与PA构成的信道近似符合高斯白噪的莱斯信道模型。高速率采样时其互相关在其最大值附近具有二次函数特征。当所取信号长度合适时，互相关函数是单峰的，为最优化方法估计信号时延提供了条件。同时，结合多速率数字信号处理技术，可用窗法求实现的插值滤波器与输入卷积后可实现信号的对齐。

发明内容

本发明旨在为解决DPD系统的信号时延估计(精确部分)与信号对齐问题。

关于时延估计问题的解决思路：与它数字系统类似，DPD系统中也存在采样模糊问题。在详细分析了基于DPD的PA信道模型后认为：对DPD的高速采样而言，可利用互相关函数在峰值点附近具有二次函数特征，取其最大值与次大值三个点，可采用“三点二次”插值算法估计出小于采样间隔的信号时延，彻底解决离散相关函数与连续相关函数峰值间因采样造成的偏差问题。

关于信号的插值对齐问题的解决思路：在获得了信号的精确时延信息后，根据多速率数字信号处理技术，采用窗函数方法对PA反馈输出进行“前插”递推，实现DPD系统中的信号的对齐。