《電子技術(shù)應(yīng)用》
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自適應(yīng)數(shù)字預(yù)失真放大器的算法研究
摘要: 由于功率放大器特性隨溫度,供電電壓等因素的變化而改變,,為了保證預(yù)失真功率放大器穩(wěn)定工作,,預(yù)失真系統(tǒng)的自適應(yīng)性能就顯得非常重要?;诓檎冶淼念A(yù)失真放大器廣泛采用最小均方(1east-mean-square,,LMS)自適應(yīng)算法。介紹了基于查找表的預(yù)失真放大器的基本結(jié)構(gòu),,并根據(jù)步長參數(shù)和誤差之間的非線性關(guān)系提出了一個新的變步長LMS算法,。最后用MATLAB搭建了一個自適應(yīng)預(yù)失真器的仿真系統(tǒng),。仿真表明,在迭代500次時,,該算法對預(yù)失真放大器失真效果的改進明顯優(yōu)于以前的算法,。
關(guān)鍵詞: 自適應(yīng) 放大器 LMS
Abstract:
Key words :

  1 引言

  在基于查找表的自適應(yīng)預(yù)失真放大器中,最小均方LMS(1east-mean-square)算法廣泛采用文獻[1-5]所提出的觀點,。初始收斂速度,、時變系統(tǒng)跟蹤能力及穩(wěn)態(tài)失調(diào)是衡量自適應(yīng)濾波算法優(yōu)劣的最重要技術(shù)指標。LMS算法的缺點是收斂速度慢,。為了提高LMS算法的收斂速度,,文獻[6]提出改進的兩個方法:輸入信號去相關(guān)和盡可能增大步長參數(shù)。對于輸入信號去相關(guān)方面,,研究了分塊LMS算法,,DCT-LMS算法,歸一化LMS算法,。而增大步長參數(shù)方面,,發(fā)現(xiàn)子帶自適應(yīng)LMS算法,SVSLMS算法,,改進的SVSLMS算法,。根據(jù)以前的研究:固定步長的自適應(yīng)濾波算法在收斂速度、時變系統(tǒng)跟蹤速度與收斂精度方面對算法步長因子的要求是相互矛盾的,。為解決這一矛盾,,提出LMS算法的步長調(diào)整原則;在初始收斂階段或未知系統(tǒng)參數(shù)發(fā)生變化時,,步長應(yīng)較大,,以便有較快的收斂速度和對時變系統(tǒng)的跟蹤速度;而在算法收斂后,,應(yīng)保持很小的步長以達到很小的穩(wěn)態(tài)失調(diào)噪聲,。

  在深入研究自適應(yīng)算法的基礎(chǔ)上,提出一個新的變步長LMS算法并與以前算法相對比仿真,。新算法已用于預(yù)失真放大器仿真并取得良好效果,。

  2 數(shù)字預(yù)失真放大器

  圖1為數(shù)字預(yù)失真放大器的基本結(jié)構(gòu),預(yù)失真器包括查找表和自適應(yīng)預(yù)失真參數(shù)估計,,反饋的輸出信號Vout和輸入信號Vin經(jīng)自適應(yīng)算法計算更新查找表中的增益系數(shù),,此增益系數(shù)與輸入信號做乘法運算得到預(yù)失真信號Vpd一般而言,預(yù)失真器要補償?shù)氖怯煞糯笃鞣蔷€性帶來的幅度非線性失真和相位非線性失真,。預(yù)失真器的輸入輸出關(guān)系表示為:

公式

  式中:F(·)為預(yù)失真器的增益函數(shù)。

數(shù)字預(yù)失真放大器的基本結(jié)構(gòu)

  功率放大器的輸出:

公式

  式中,,G(·)為功率放大器的增益函數(shù),。

  式(2)代人式(1),則有:

公式

  信號經(jīng)過自適應(yīng)預(yù)失真放大器之后其輸出為:

公式

  3 查找表的自適應(yīng)算法

  LMS算法中,令Rin(n)為輸入信號的自相關(guān)矩陣,。W(n)為抽頭權(quán)向量,,那么有:

公式

  式中:d(n)為期望信號;e(n)為期望信號與輸出信號的誤差信號,;μ為步長參數(shù),,μ(n)=β(1-exp(-α|e(n)|2))。

  LMS算法收斂的條件為:0<μ<1/λmax,λmax是輸入信號自相關(guān)矩陣的最大特征值,。提出改進的SVSLMS算法,,從而提高LMS算法的收斂速度。

  4 新的自適應(yīng)算法

  新的自適應(yīng)算法為

公式

  式(9)中μ(n)要滿足0<μ(n)<1/λmax,。由于α是人為指定,,所以可由試驗手段取得,e(n)是未知變量,,其初始值無法估計,,所以首先要判斷α*| e(n)|2/N是否小于1/λmax。但是這會增加時間復(fù)雜度,,如果能夠確認α*| e(n)|2/N<1/λmax,,比如第一次迭代的e(n)<1,則可直接設(shè)定α為小于1/λmax的值計算,,以便減少時間復(fù)雜度,。

  5 仿真結(jié)果

  用MATLAB搭建了一個自適應(yīng)預(yù)失真放大器的模型,放大器使用saleh模型,。輸入信號為256QAM信號,,分別對SVSLMS改進型算法和該新算法進行仿真對比,其中SVSLMS改進型算法的參數(shù)取值為β=1,,α=10,,該新算法參數(shù)取值為α=2,N=5,。迭代500次的結(jié)果如圖2~圖5,。其中,圖2是理想的功放輸出星座圖,;圖3是未經(jīng)預(yù)失真器的功放輸出星座圖:圖4是采用改進的SVSLMS算法的預(yù)失真放大器的輸出星座圖,;圖5是采用新算法的預(yù)失真放大器的輸出星座圖。通過仿真可知,,該新算法對預(yù)失真放大器的改進明顯優(yōu)于SVSLMS改進型算法,。

理想的功放輸出星座圖

未經(jīng)預(yù)失真器的功放輸出星座圖

采用改進的SVSLMS算法的預(yù)失真放大器的輸出星座圖

采用新算法的預(yù)失真放大器的輸出星座圖

  6 結(jié)論

  提出一個新的變步長LMS算法,通過誤差的平方函數(shù)控制步長的變化,,有很好的收斂特性,,用MATLAB搭建了預(yù)失真放大器的仿真系統(tǒng),。仿真表明:在進行500次迭代計算時該新算法對預(yù)失真放大器非線性特性的改進明顯優(yōu)于改進的SVSLMS算法。

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