CN102565481A - 一种基于数字预失真的采样信号处理系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于数字预失真的采样信号处理系统，所述系统包括参考信号源、模拟前端、数模转化器、时域均衡器、滤波器和信号链补偿控制器，所述参考信号源、模拟前端、数模转化器、时域均衡器、滤波器和信号链补偿控制器电路连接构成一个闭环回路。本发明将基于数字预失真的信号链补偿技术运用于数字信号处理系统中，可显著地减小信号误差、提高输入带宽、弥补由高速信号采样系统电路不一致性所带来的性能下降问题，并由于高速信号处理技术的运用，解决了信号链补偿技术对示波器的实时性造成影响的问题。

Description

一种基于数字预失真的采样信号处理系统

技术领域

本发明涉及一种采样信号处理系统，具体说，是涉及一种基于数字预失真的采样信号处理系统，属于信号测试测量技术领域。 

背景技术

信号链补偿技术是电子测量仪器领域一种技术处理方法，但由于该技术在示波器高频信号领域的应用存在实时性问题，因而在国内外中、高端示波器产品中并没有得到使用。为尽量减小交替采样系统的不一致性，选择一致性良好的ADC(模数转换器)并设计好时钟分配器，使其具有尽可能小的相位误差及相位噪声，是设计采样系统所必须采用的方法，但是，由于器件的离散性较大，以上方法效果有限，因此需要一种新的采样信号处理系统来进一步降低不一致性带来的性能下降，解决现有技术中信号链补偿技术对示波器实时性造成的影响。 

发明内容

针对现有技术存在的上述问题和不足，本发明的目的是提供一种将基于数字预失真的信号链补偿技术运用于数字信号处理系统中的采样信号处理系统，解决现有技术中信号链补偿技术对示波器实时性造成的影响。 

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下： 

一种基于数字预失真的采样信号处理系统，包括参考信号源、模拟前端、数模转化器、时域均衡器、滤波器和信号链补偿控制器，所述参考信号源、模拟前端、数模转化器、时域均衡器、滤波器和信号链补偿控制器电路连接构成一个闭环回路。 

作为一种优选方案，所述参考信号源的输出端与模拟前端的输入端相连，模拟前端接收来自参考信号源的校准信号，校准信号经模拟前端后输入数模转 化器中，数模转化器将信号转换成数字信号后经时域均衡器输入滤波器，滤波器与信号链补偿控制器相连，经信号链补偿后的数字信号送入信号链补偿控制器，信号链补偿控制器的输出端与时域均衡器的输入端相连，信号链补偿控制器将计算后的补偿信号输入时域均衡器和滤波器，信号经滤波器输出至储存与成像单元。 

作为一种优选方案，所述数模转化器为四个，分别为数模转化器a、数模转化器b、数模转化器c和数模转化器d。 

作为一种优选方案，所述时域均衡器包括非线性补偿单元和线性补偿单元。 

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：本发明将基于数字预失真的信号链补偿技术运用于数字信号处理系统中，可显著地减小信号误差、提高输入带宽、弥补由高速信号采样系统电路不一致性所带来的性能下降问题，并由于高速信号处理技术的运用，解决了信号链补偿技术对示波器的实时性造成影响的问题。 

附图说明

图1是本发明的信号链补偿框图； 

图2是时域测量系统示意图； 

图3是频域测量系统示意图。 

具体实施方案

下面结合具体实施例和附图对本发明作进一步详细的说明。 

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了相互排斥的特质和/或步骤以外，均可以以任何方案组合，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换，即，除非特别叙述，每个特征之一系列等效或类似特征中的一个实施例而已。 

如图1所示，本发明提供的一种基于数字预失真的采样信号处理系统，包括参考信号源、模拟前端、数模转化器、时域均衡器、滤波器和信号链补偿控制器，所述参考信号源、模拟前端、数模转化器、时域均衡器、滤波器和信号链补偿控制器电路连接构成一个闭环回路。参考信号源的输出端与模拟前端的输入端相连，模拟前端接收来自参考信号源的校准信号，校准信号经模拟前端后输入数模转化器中，数模转化器将信号转换成数字信号后经时域均衡器输 入滤波器，滤波器与信号链补偿控制器相连，经信号链补偿后的数字信号送入信号链补偿控制器，信号链补偿控制器的输出端与时域均衡器的输入端相连，信号链补偿控制器将计算后的补偿信号输入时域均衡器和滤波器，信号经滤波器输出至储存与成像单元。所述数模转化器为四个，分别为数模转化器a、数模转化器b、数模转化器c和数模转化器d；所述时域均衡器包括非线性补偿单元和线性补偿单元。 

本发明的工作原理如下： 

参考信号源、模拟前端、ADC(数模转化器)、时域均衡器、滤波器以及信号链补偿控制器构成了一个闭环回路。参考信号源可以产生如直流、扫频正弦波、高频方波等多种校准信号，校准信号经过模拟前端后分别送入数模转化器a、数模转化器b、数模转化器c和数模转化器d四个ADC，转换为4路数字信号后送入时域均衡器和滤波器，经信号链补偿后的参考信号送入信号链补偿控制器，由后者进行计算，得出进一步的补偿参数送入时域均衡器和滤波器，直到达到最佳信号质量。其中时域均衡器实现了信号的时域补偿，包括非线性补偿和线性补偿，滤波器实现了频域均衡和相位调整。经信号链补偿后的系统能够将包括模拟前端、ADC在内的整个信号链的确定性误差，包括幅度不一致、非线性、相位误差等，消除至最小，从而实现数字预失真补偿信号链的功能，同时可以补偿模拟前端的幅度和相位不平坦性，进一步的提高输入带宽。 

1、补偿原理 

时域测量系统示意图如图2所示。 

通过施加理想脉冲信号作为激励，可以得到系统的传输相应h(t)。再输入未知信号，测量得到V_out(t)，通过计算便可得到系统输入信号V_in(t)。 

频域测量系统示意图如图3所示得出下边等式： 

V_out(ω)＝V_in(ω)H(ω)                   (1) 

H(ω)＝V_out(ω)/V_in(ω)                  (2) 

其中，H(ω)为系统频域相应。为了能够回到时域表达波形，用反卷积积分式(3)来描述V_in(t)、V_out(t)和h(t)之间的关系。 

$V_{\mathrm{out}}\left(t\right)={\∫}_0^t{V}_{\mathrm{in}}\left(\mathrm{\τ}\right)h(t-\mathrm{\τ})\mathrm{d\τ}---\left(3\right)$

采用快速傅立叶变换进行计算，各参数的FFT表达式对应如下： 

V_in(ω)＝FFT[V_in(t)]                           (4) 

V_out(ω)＝FFT[V_out(t)]                         (5) 

H(ω)＝FFT[h(t)]                               (6) 

2、用反卷积计算 

首先用式(2)、(4)、(5)，求解出系统的传输函数h(t)： 

H(ω)＝FFT[V_out(t)]/FFT[V_in(t)]                (7) 

h(t)＝invFFT[H(ω)]                            (8) 

式(8)中的inv表示傅立叶反变换。经过如下计算可得到输入信号： 

V′_in(ω)＝FFT[V′_out(t)]/FFT[h(t)]            (9) 

V′_in(t)＝invFFT[V′_in(ω)]                    (10) 

这里V′_in(t)代表任意输入，V′_out(t)为V′_in(t)通过h(t)对应的输出，V′_in(ω)是V′_in(t)的频谱。实现信号链补偿的关键部件是均衡器、滤波器及补偿控制器。均衡器和滤波器需要在采样时保持全速率运算，因此使用FPGA(FPGA是现场可编程门阵列Field Programmable Gata Array的英文缩写)实现；而补偿控制器需要运行数字预失真所需的神经网络算法，算法较复杂，因此使用x86构架的通用CPU(CPU是中央处理机Central Processing Unit的英文缩写)实现。 

最后有必要在此指出的是，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不限于上述举例，本领域的技术人员，在本发明的实质范围内，所作出的变化、改型、添加或替换，都将属于本发明的保护范围。 

Claims (4)

1.一种基于数字预失真的采样信号处理系统，其特征在于：包括参考信号源、模拟前端、数模转化器、时域均衡器、滤波器和信号链补偿控制器，所述参考信号源、模拟前端、数模转化器、时域均衡器、滤波器和信号链补偿控制器电路连接构成一个闭环回路。

2.如权利要求1所述的基于数字预失真的采样信号处理系统，其特征在于：所述参考信号源的输出端与模拟前端的输入端相连，模拟前端接收来自参考信号源的校准信号，校准信号经模拟前端后输入数模转化器中，数模转化器将信号转换成数字信号后经时域均衡器输入滤波器，滤波器与信号链补偿控制器相连，经信号链补偿后的数字信号送入信号链补偿控制器，信号链补偿控制器的输出端与时域均衡器的输入端相连，信号链补偿控制器将计算后的补偿信号输入时域均衡器和滤波器，信号经滤波器输出至储存与成像单元。

3.如权利要求2所述的基于数字预失真的采样信号处理系统，其特征在于：所述数模转化器为四个，分别为数模转化器a、数模转化器b、数模转化器c和数模转化器d。

4.如权利要求1所述的基于数字预失真的采样信号处理系统，其特征在于：所述时域均衡器包括非线性补偿单元和线性补偿单元。

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