基于记忆多项式模型数字预失真算法的改进

基于RLS算法的记忆多项式预失真技术分析陈宝文;韩军;张航【期刊名称】《无线电通信技术》【年(卷),期】2011(037)006【摘要】自适应数字基带预失真技术是功放线性化技术中很有前景的技术之一。

为了能够使数字基带预失真系统快速收敛且便于工程应用，介绍了一种基于迭代最小二乘（RLS）算法的记忆多项式预失真技术，并论述了其基本原理和系统结构，最后从邻信道功率比（ACPR）、星座图以及误码率3个方面进行了仿真，结果表明基于该算法的预失真技术不仅可以克服传统LMS预失真算法收敛速度慢的缺点，而且便于结合QR分解等方法来硬件实现，预失真性能更优。

%Adaptive digital baseband predistortion technique is one of the techniques with the most potential in the linearity of power amplifiers. In order to make the digital baseband predistortion system converge rapidly, this paper introduces a memory polynomial predistortion technique based on RLS algorithm and expounds its basic principles and structure, finally makes a simulation in aspects of adjacent channel power ratio, constellation and bit error. It is confirmed by simulation that this predistortion technique can not only overcome the disadvantage of slow convergence of LMS predistortion algorithm, but also be implemented conveniently by QR decomposition in the real hardware implementation as well as present better performance.【总页数】4页(P43-46)【作者】陈宝文;韩军;张航【作者单位】中国电子科技集团公司第五十四研究所,河北石家庄050081;中国电子科技集团公司第五十四研究所,河北石家庄050081;中国电子科技集团公司第五十四研究所,河北石家庄050081【正文语种】中文【中图分类】TN929【相关文献】1.基于一种新预失真结构的记忆多项式模型 [J], 张森;陈盛双2.一种基于QR-RLS算法的多项式预失真方法 [J], 韩国玺;刘春生3.一种基于记忆多项式射频功放的直接MP模型预失真方案 [J], 胡杰;李迟生;潘杰4.一种基于RLS算法的多项式预失真技术 [J], 贾建华;王强5.基于记忆多项式模型的选择自适应预失真系统 [J], 易胜宏;张红升;孟金;马小东因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

基于数字预失真技术的功放性能改善研究张福洪;黄勇;吴铭宇【摘要】针对高均峰比的宽带输入信号,结合最小均方算法和Wiener模型的优点,该文提出了一种基于Wiener模型的数字预失真算法.通过计算机仿真,验证这种算法的有效性,补偿了功率放大器的非线性失真,提高了功放效率,对发射机功放线性化技术有一定的实用价值.【期刊名称】《杭州电子科技大学学报》【年(卷),期】2011(031)005【总页数】4页(P111-114)【关键词】数字预失真;最小均方算法;功率放大器【作者】张福洪;黄勇;吴铭宇【作者单位】杭州电子科技大学通信工程学院,浙江杭州310018;杭州电子科技大学通信工程学院,浙江杭州310018;杭州电子科技大学通信工程学院,浙江杭州310018【正文语种】中文【中图分类】TN9140 引言功率放大器是通信系统中的一个关键部件，功放的非线性特性引起的频谱扩张会对邻道信号产生干扰，并且带内失真也会增加误码率［1］。

随着新业务的发展，现代无线通信系统中广泛采用了正交幅度调制(Quadrature Amplitude Modulation，QAM)、正交频分复用技术等高频谱利用率的调制方式。

这些调制方式对发射机中射频功放的线性度提出了很高的要求。

因此为了保障通信系统的功率效率和性能，必须有效的补偿放大器的非线性失真，使放大器能够高效的线性工作。

目前关于功放线性化的方法有许多，如功率回退法、射频反馈技术、前馈法、LINC法、数字预失真法等，以上各种线性化技术都有其优缺点，其中数字预失真技术最大的优点就是稳定可靠、精度较高，适应能力强。

因此，目前数字预失真技术被认为是最有应用前景的线性化技术。

1 数字预失真的基本原理数字预失真技术是补偿功率放大器非线性失真最有效的方法之一，即在功放前加一个与功放非线性特性互逆的非线性模块用做预失真器以抵消补偿功放的非线性，理想情况下所加的预失真器失真将完全抵消补偿后续放大器的非线性失真，整个系统最终将是线性的［2］。

基于FPGA的记忆多项式数字预失真器的实现理学院 09级电子信息工程（01）班刘桂星FPGA Implementation of MP Digital Predistortion Linearizers Abstract: This paper describes the implementation of FPGA-based memory polynomial predistorter.Firstly,the coefficients of memory polynomial are extracted by using LMS algorithm with indirect learning structure; Secondly ,transform the form of polynomial to construct LUT-based predistor tionunit ; Finally, the top-level block diagram are represented and the effectiveness of the predistortion linearizers are demonstrated by experimental results obtained in a real plat form.Key words: Digital predistortion ; Non- linearity; Memory effects; Memory polynomial; Power amplifier摘要: 介绍了一种基于FPGA 的记忆多项式数字预失真器的实现。

首先,通过间接学习结构采用LMS 算法提取记忆多项式系数;其次,变换记忆多项式的形式, 构造易于FPGA 实现的基于查找表(LUT) 的预失真单元;最后给出了顶层模块图及实验结果, 结果充分表明了该预失真器的有效性。

基于非直接学习结构的记忆多项式预失真技术研究作者：李猛冯朝流蒋百灵来源：《现代电子技术》2014年第05期摘要：针对记忆多项式数字预失真的问题，构造了一个记忆多项式预失真系统，通过非直接学习结构（ILA）实现系数估计，根据系统特性推导出改进LMS算法。

以Matlab为平台，仿真结果表明这种记忆多项式预失真器能够较好地消除失真。

关键词：预失真；非直接学习结构； LMS算法；自适应中图分类号： TN911⁃34 文献标识码： A 文章编号： 1004⁃373X（2014）05⁃0029⁃030 引言提高传输质量和频谱利用率是促进无线通信技术发展的前提条件，而效率较高的调试方式往往对发端发射机的线性要求较高，因此功率放大器线性化技术是无线通信系统的关键技术[1]。

信号在传输时，通常需要在通信系统的发射端和接收端对信号进行放大。

在功率放大器对信号进行放大的过程中，信号的幅度失真和相位失真都会造成信息丢失，导致误码率的增加。

因此，功率放大器的线性性能成为通信系统设计中应当考虑的一个重要指标。

应用于实际情况，以获得更高的效率为前提，功率放大器一般工作于非线性区域，即接近饱和区的区域。

然而工作在非线性区存在降低信噪比的谐波分量，信道间引发串扰带来信号失真与畸变。

功率回退法[2]是一种常用的通过牺牲功率效率来提高射频功放线性度的方法。

数字预失真技术基于数字信号处理的软、硬件在基带信号频谱内作预失真处理，并且具有电路简单利于调整、高性价比的优点。

PA的线性化技术问题研究的重点是寻求一个合适的PA模型。

非线性记忆模型例如Volterra级数系数多，不易提取，有较高的计算复杂度；改进的模型例如记忆多项式模型等[3⁃5]，减少了系数数量，降低了计算复杂度从而在同等条件下缩短了算法的收敛时间。

基于记忆多项式的预失真模型可补偿非线性记忆PA模型。

本文重点探讨基于非直接学习结构的记忆多项式预失真系统。

1 非直接学习结构的预失真实验结果表明，记忆预失真器的阶数越高，记忆深度越大，预失真系统的线性化改善程度越高，但也导致计算的复杂度增加，系统收敛需要更多的时间。

一种基于记忆多项式射频功放的直接MP模型预失真方案胡杰;李迟生;潘杰【摘要】For the problem of nonlinear distortion and memory effect distortion of shortwave radio frequency ampli?fier,a new MP model pre-distortion scheme based on direct learning method is proposed,in which the scheme uses the Filtered-X LMS(NFxLMS)algorithm to train and identify the pre-distortion model. Simulating the model,the results show under the conditional of MP model high power amplifier ,the design scheme can improve the third-order inter-modulation distortion by 52.2 dB and the fifth-order inter-modulation distortion by 48.85 dB. Compared with the existing IIR Wiener pre-distorter,MP model pre-distorter can greatly improve the linearity of the amplifier output. Meanwhile,doing the actual testing for MP model pre-distortion on the DSP+FPGA platform,the results show that the pre-distortion can effectively improve the actual power amplifier nonlinear distortion.It can bring better linear effects.%针对短波射频功放的非线性失真及记忆效应失真问题,提出了一种直接学习结构的MP 模型预失真方案,采用Fil?tered-X LMS(NFXLMS)算法对建立的预失真模型进行训练辨识.仿真分析,针对MP模型高功率放大器,预失真后的三阶互调分量改善了52.2 dB,五阶互调分量改善了48.85 dB,与现有的IIR Wiener预失真器相比较,进一步提高了功放输出的线性度.同时,在DSP+FPGA平台上对MP模型预失真算法进行实测,结果表明,该预失真器能有效改善实际功放的非线性失真,具有较好的线性化效果.【期刊名称】《电子器件》【年(卷),期】2016(039)006【总页数】6页(P1369-1374)【关键词】功率放大器;预失真;直接学习法;记忆多项式;行为模型【作者】胡杰;李迟生;潘杰【作者单位】南昌大学信息工程学院电子系,南昌330031;南昌大学信息工程学院电子系,南昌330031;南昌大学信息工程学院电子系,南昌330031【正文语种】中文【中图分类】TN830.6在短波无线通信中，由于射频功率放大器存在固有非线性失真和记忆效应失真，使得功放系统中的输出信号频谱出现较大的非线性失真，带来不同程度的邻道信号干扰以及带内失真［1］。

基于记忆多项式模型的数字预失真器FPGA实现韩非;郭正琨;吕海飞【摘要】介绍了数字预失真的基本原理和功放(功率放大器)分析中的记忆多项式模型,在软件仿真的基础上,给出记忆多项式技术设计预失真器的FPGA硬件实现方案.该方案利用矢量内积模块进行数字预失真运算,采用延时单元减少乘法器的硬件消耗,采用二叉树求和结构减少预失真延时,综合考虑系统资源和性能.通过联机测试,该预失真器能够改善信号邻道干扰(ACPR) 18dB左右,在国内该领域研究大多数仅停留在软件仿真的现状下,硬件实现性能优良,预失真补偿效果显著.【期刊名称】《制导与引信》【年(卷),期】2012(033)004【总页数】6页(P34-38,43)【关键词】预失真;多项式;功率放大器【作者】韩非;郭正琨;吕海飞【作者单位】上海无线电设备研究所,上海200090;上海无线电设备研究所,上海200090;上海无线电设备研究所,上海200090【正文语种】中文【中图分类】TN957.570 引言随着无线通信的飞速发展，通信频谱资源变得越来越紧张，导致各种具有高频谱利用率和宽频带通信体制的出现，如16QAM调制、OFDM调制等。

但这些调制信号具有较高的峰均比（峰值平均功率比）［1］，对功放的线性度要求较高。

当功放工作在饱和点附近时，信号会产生严重的带内失真和带外失真。

带内失真使信号星座图发生扩散和偏转，造成误码率性能下降；带外失真使信号频谱扩展，对邻信道产生干扰。

为解决功放效率和线性度之间的矛盾，提高通信系统性能，就必须采用功放线性化技术。

常用的功放线性化技术有前馈法（feed forward）、反馈法（feedback）、用非线性器件实现线性化法（LINC）和预失真法（pre－distortion）［2］。

由于预失真法便于与数字信号处理和自适应技术相结合，具有调试简单、适应性好、带宽高等特点，使得它在现代通信发展中扮演着越来越重要的角色。

当信号传输带宽较大时，功放记忆效应比较显著，传统无记忆预失真技术线性化效果将会严重恶化［3］。

基于记忆多项式模型的选择自适应预失真系统DOI :10.19557/ki.1001-9944.2021.06.019易胜宏,张红升,孟金,马小东(重庆邮电大学光电工程学院,重庆400065)摘要:针对功率放大器的数字模型保真度不高,预失真系统收敛速度较慢等问题,提出了一种基于记忆多项式模型(memory polynomial ,MP )的选择结构数字预失真系统。

此系统结合了直接型与间接型预失真结构的一部分,通过比较两个模型之间的误差信号来选择所复制的复增益系数,可以在保证系统最优解的情况下实现信号的预失真处理。

系统的自适应模块采用归一化最小均方误差(normalized least mean square ,NLMS )算法。

仿真结果表明,在输入信号的功率为2dBm 时,选择预失真系统在第25000个采样点收敛,收敛速度快于间接预失真结构,并且其收敛后误差比直接型结构的收敛后误差小0.15个单位,收敛后的归一化均方误差(normalized mean square error ,NMSE )相较于直接型和间接型结构均降低了约7dB 和2dB 左右。

关键词:非线性失真;记忆多项式;数字预失真;归一化最小均方误差;归一化均方误差中图分类号:TN919.3文献标识码:A文章编号:1001⁃9944(2021)06⁃0095⁃06Optional Adaptive Pre ⁃distortion System Based on Memory Polynomial ModelYI Sheng ⁃hong ,ZHANG Hong ⁃sheng ,MENG Jin ,MA Xiao ⁃dong(College of Optoelectronic Engneering ,Chongqing University of Posts and Telecommunications ,Chongqing 400065,China )Abstract :A selective structure digital predistortion system based on the memory polynomial (MP )is proposed to pro ⁃mote the fidelity of digital power amplifier model and the convergence speed of DPD system.This system combines part of the direct and training predistortion structure.By comparing the error signal between the two models to select the copied complex gain coefficient ,the signal predistortion processing can be achieved while ensuring the optimal solution of the system.The system takes the normalized least mean square (NLMS )algorithm as adaptive algorithm.The simulation results show that when the power of the input signal is 2dBm ,the predistortion system of selective structure converges when iterates to the 25,000th sampling point ,which is faster than the indirect structure.Further ⁃more ,its converged error is 0.15unit smaller than those of direct structure.The optional system ’s converged NMSE reduces 7dB and 2dB respectively comparing to the direct and indirect structure.Key words :non ⁃linear predistortion ;memory polynomial (MP );digital pre ⁃distortion ;normalized least mean square (NLMS );normalized mean square error (NMSE )收稿日期:2021-03-08;修订日期:2021-05-19基金项目:国家自然科学基金项目(61401051);重庆市技术创新与应用发展项目(cstc2019jscx ⁃msxmX0079)作者简介:易胜宏(1996—),男,硕士研究生,研究方向为数字预失真系统的FPGA 实现;张红升(1980—),男,博士,教授,研究方向为数字多媒体广播设计。

基于改进范数约束LMS算法的数字预失真技术WANG X，LI S M，YE J C，et al.Digital Predistortion Technique Based on Norm Constrained LMS Algorithm［DOI：10. 16311/j. audioe. 2020. 09. 004LMS算法的数字预失真技术，李思敏1，叶金才2，王国富545000；2.桂林电子科技大学，（Digital Pre-Distortion，DPD）能够提高功率放大器的线性度，在系统呈现一定稀疏性时，传统最小均方提出一种改进的二范数约束的最小均方（Two Norm Constraint Least Mean Square，通过改变代价函数表达式和步长表达函数来提高算法收敛速度，并减少收敛过程中的稳态误差。

此外，提高了预失真系统的抗噪能力。

仿真实验结果表明，基于2-LMS且预失真的邻信道功率比（Adjacent Channel Power Ratio，ACPR）（Error Vector Magnitude，EVM）模型识别Digital Predistortion Technique Based on Norm Constrained LMS Algorithm, LI Simin1, YE Jincai2, WANG Guofu(1.Guangxi University of Science and Technology, Liuzhou 545000, China;2.Guilin University of Electronic Technology, Guilin 541000, China)Digital Pre-Distortion(DPD) can improve the linearity of power amplifier and reduce the influence of nonlinear distortion on signal transmission. The traditional Least Mean Square(LMS) cannot quickly converge to identify the inverse model of power amplifier in the environment of large capacity data with high bandwidth and low SNR, and the system presents certain sparseness. In this paper, an Two Norm Constraint Least Mean Square(2-LMS) algorithm with two norm constraints is proposed. By changing the expression of the cost function and the step size expression function, the convergence speed of the algorithm is improved and the steady-state error in the convergence process is reduced. The autocorrelation matrix of the adjacent time error is introduced to improve the anti-noise ability of the predistortion system. Simulation results show that the pre-distortion system based on 2-LMS algorithm is superior to the traditional adaptive algorithm in anti-noise performance, convergence speed and out-of-band suppression, and the pre-distortion of Adjacent Channel Power Ratio(ACPR) is optimized by -10.3 dB and the Vector Error Margin(EVM) index is optimized by 7.5% compared with the original pre-distortion system based on LMS algorithm.adaptive algorithm; digital predistortion; 2-LMS; model identification（Improved Variable Step-Size Normalized信号出现稀疏状态的情况能够实现快速收敛。

运用记忆多项式构建稳定的数字基带预失真摘要-----功率放大器本质上是一种非线性装置，几乎应用于所有的通信系统。

数字基带预失真是一种进行线性化功率放大器极其有效地方式，但是大多数现有的体系结构都假设功放是无记忆非线性化的。

对于更宽的大带宽应用如宽带码分多址接入或宽带正交频分复用来说，功放的记忆效果就不能再被忽略，而且无记忆预失真的效果也有限。

这篇论文不是集中在一个特定的功放模型和建立相应的预失真，而是直接地集中研究预失真的结构。

特别是，我们为预失真提出了一个记忆多项式模型并用间接学习实现它。

线性化性能在一个三载波WCDMA 信号上实现。

关键词------通信系统非线性化，非线性系统，多项式，功率放大器，V olterra级数一．简介功放是通信系统中不可或缺的组成部分，它本质上是非线性的。

大家都知道，功放效率和它的线性化近似成反比关系。

因此，非线性功放从效率的角度考虑是可取的。

高效率付出的代价是非线性化引起的频谱再生，这就导致了邻近信道干扰。

它也会引起带内失真，降低误码率性能。

因为它们很高的峰均功率比，对应于信号包络大的波动，像CDMA和OFDM这样更新的传输格式对于功放的非线性化尤其的脆弱。

为了遵照管理机构制定的频谱模糊规则并且减小误码率，就必须进行功放线性化。

在所有的线性化技术中，数字基带预失真是最有效的。

预失真是放在功放前的一个功能模块。

因为功放的压缩特性，它产生的非线性化会越来越大。

理想的情况下，对于预失真--功放环来说，我们想让功放输出正比于输入。

对于一个无记忆的功放（例如当前输出仅决定于输入）无记忆的预失真是足够的。

在过去的十年中，对于无记忆预失真已经有了透彻的研究。

对于更宽的宽带应用如WCDMA或WOFDM，功放的记忆效果就不能被忽略。

并且,应用在无线基站中的更高功率的放大器就显示了它的记忆效果。

记忆效果可能被电或电热引起。

无记忆预失真对应于有记忆的功放将导致很差的线性化性能。

大部分的研究者首先从找到一个好的功放模型着手线性化的问题。