CN102832987B - 基于lms算法校正数字直放站带内平坦度的系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于LMS算法校正数字直放站带内平坦度的系统及方法，该系统包括模数转换模块、数模转换模块和FPGA模块，模数转换模块的输出端连接到FPGA模块的输入端，FPGA模块的输出端连接到数模转换模块的输入端，数模转换模块的输出端连接到模数转换模块的输入端，所述FPGA模块包含平坦度校正模块和数字信号处理模块。本发明能够实现数字直放站的带内平坦度的自主校正，避免通过更改电阻和电容值来实现平坦度的校正硬件调试方法，从而减少了调试人员的工作量，提高了调试人员的工作效率，同时节约了元器件的使用。本发明作为一种性能优良的基于LMS算法校正数字直放站带内平坦度的系统及方法可广泛应用于通信领域中。

Description

基于LMS算法校正数字直放站带内平坦度的系统及方法
技术领域
本发明涉及通信领域，特别是一种基于LMS自适应算法校正数字直放站带内平坦度的系统及方法。
背景技术
由于数字直放站的零器件存在一致性差的问题，因而数字直放站经常会出现带内平坦度不一致的现象，这种带内平坦度不一致需要通过某种手段予以校正。现有的校正方案主要是通过硬件调试，即不断更改数字直放站的零器件中电阻和电容的值来实现平坦度的校正。但是这种校正方案需要使用不同参数值的元器件，因而增加了生产调试人员的工作量，降低了调试人员的工作效率，同时也导致了元器件的浪费。
发明内容
为了解决上述的技术问题，本发明提供了一种基于LMS自适应算法校正数字直放站带内平坦度的系统及方法。
本发明为解决其技术问题所提出的技术方案为：
根据本发明的一方面，提供一种基于LMS算法校正数字直放站带内平坦度的系统，包括模数转换模块、数模转换模块和FPGA模块，模数转换模块的输出端连接到FPGA模块的输入端，FPGA模块的输出端连接到数模转换模块的输入端，数模转换模块的输出端连接到模数转换模块的输入端，所述FPGA模块包含平坦度校正模块和数字信号处理模块。
进一步，所述数模转换模块的输出端同模数转换模块的输入端通过射频耦合连接。
进一步，所述数字信号处理模块包括数字下变频模块，数字下变频模块依次连接有抽取滤波模块、第一补偿滤波器模块、双位开关、基带处理模块、内插滤波模块和数字上变频模块；数字下变频模块的输入端与模数转换模块的输出端连接；数字上变频模块的输出端与数模转换模块的输入端连接；双位开关的公共端连接基带处理模块的输入端，双位开关的非公共端的一端连接第一补偿滤波器模块的输出端。
进一步，所述平坦度校正模块包括LMS算法模块、训练序列模块和EPROM模块；所述LMS算法模块的第一输入端连接抽取滤波模块的输出端，LMS算法模块的第二输入端连接训练序列模块的输出端，LMS算法模块的输出端连接EPROM模块的输入端；EPROM模块的输出端连接第一补偿滤波器模块；训练序列模块的输出端还与所述双位开关非公共端的另一端相连接。
进一步，所述LMS算法模块包括信道估计模块、第二补偿滤波器模块和减法器；信道估计模块的第一输入端和第二补偿滤波器模块的第一输入端以及抽取滤波模块的输出端相连接，信道估计模块的第二输入端连接减法器的输出端，第二补偿滤波器模块的第二输入端连接信道估计模块的输出端，减法器的第一输入端与第二补偿滤波器模块的输出端连接，减法器的第二输入端与训练序列模块的输出端连接，信道估计模块的输出端还与EPROM模块的输入端连接。
根据本发明的另一方面，提供一种基于LMS算法校正数字直放站带内平坦度的方法，包括以下步骤：
A、训练序列模块产生一个训练序列信号d(n)；
B、打开训练序列模块与基带处理模块的开关；
C、训练序列信号d(n)经过基带处理、内插滤波、数字上变频后，由数模转换模块变成模拟中频信号；
D、接入射频耦合连接，将所述模拟中频信号通过射频耦合输入到模数转换模块的输入端，对其进行模数转换、数字下变频、抽取滤波，得到滤波信号x(n)；
E、将滤波信号x(n)与原训练序列信号d(n)一起进行LMS算法更新，得到最佳的补偿滤波器系数；
F、将所述补偿滤波器系数存储于EPROM模块中；
G、断开射频耦合连接，打开第一补偿滤波器模块与基带处理模块的开关，将EPROM模块中的补偿滤波器系数导入到第一补偿滤波器模块中，即可实现平坦度校正。
进一步，所述步骤E包括：
A1、根据滤波信号x(n)计算信道的冲击响应W(n)；
B1、根据所述信道的冲击响应W(n)，模拟得到训练序列信号d(n)经过信道的逆模型信号y(n)；
C1、计算滤波信号x(n)及逆模型信号y(n)的差值e(n)：e(n)= x(n)- y(n)；
D1、根据所述差值e(n)调整信道的抽头系数；重复步骤A1至D1，直到差值e(n)处在预设范围内；
E1、获取最后得到的冲击响应W(n)，即得到最佳的补偿滤波器系数。
进一步，所述步骤E的LMS算法更新，采用以下公式，把根据LMS算法的复数运算方程转化成实数的形式：
抽头输入向量：                                                
期望信号：
抽头权系数：
滤波器输出：
估计误差信号：
相应的更新方程：
其中I、Q表示信号进行下变频后的在复平面上的横向分量和纵向分量。
本发明的有益效果是：本发明的基于LMS算法校正数字直放站带内平坦度的系统及方法，设计有平坦度校正模块，该模块中的训练序列模块产生的训练序列经过一系列变换后，在LMS算法模块的作用下产生一个补偿滤波器系数，通过该补偿滤波系数对第一补偿滤波器模块的校正就可以实现直放站的带内平坦度的校正。避免了使用当前方案中的硬件调试方法，即通过不断更改电阻和电容值来实现平坦度的校正，从而减少了调试人员的工作量，增加了调试人员的工作效率，同时节约了元器件的使用。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
图1是基于LMS自适应算法校正数字直放站带内平坦度的系统的结构框图；
图2是FPGA模块的内部结构框图；  
图3是LMS算法模块的内部结构框图。
附图标记：
1.模数转换模块，2.数模转换模块，3. FPGA模块，4.平坦度校正模块，5.数字信号处理模块，6. 数字下变频模块，7.抽取滤波模块，8.第一补偿滤波器模块，9.双位开关，10.基带处理模块，11.内插滤波模块，12.数字上变频模块，13.LMS算法模块，14.训练序列模块；15.EPROM模块；16.信道估计模块，17.第二补偿滤波器模块，18. 减法器。
具体实施方式
为方便下文的描述，首先给出一些基本名字的定义：
LMS算法 (Least Mean Square算法)：最小均方算法；
EPROM(Erasable Programmable Read-Only Memory): 可擦除可编程的只读内存；
FPGA(Field Programmable Gate Array)：现场可编程门阵列。
参照图1，根据本发明的一方面，提供一种基于LMS算法校正数字直放站带内平坦度的系统，包括模数转换模块1、数模转换模块2和FPGA模块3，模数转换模块1的输出端连接到FPGA模块3的输入端，FPGA模块3的输出端连接到数模转换模块2的输入端，数模转换模块2的输出端连接到模数转换模块1的输入端，所述FPGA模块3包含平坦度校正模块4和数字信号处理模块5。
进一步，所述数模转换模块2的输出端同模数转换模块1的输入端通过射频耦合连接。
进一步，参照图2，所述数字信号处理模块5包括数字下变频模块6，数字下变频模块6依次连接有抽取滤波模块7、第一补偿滤波器模块8、双位开关9、基带处理模块10、内插滤波模块11和数字上变频模块12；数字下变频模块6的输入端与模数转换模块1的输出端连接；数字上变频模块12的输出端与数模转换模块2的输入端连接；双位开关9的公共端连接基带处理模块12的输入端，双位开关9的非公共端的一端连接第一补偿滤波器模块8的输出端。
进一步，所述平坦度校正模块4包括LMS算法模块13、训练序列模块14和EPROM模块15；所述LMS算法模块13的第一输入端连接抽取滤波模块7的输出端，LMS算法模块13的第二输入端连接训练序列模块14的输出端，LMS算法模块13的输出端连接EPROM模块15的输入端；EPROM模块15的输出端连接第一补偿滤波器模块8；训练序列模块14的输出端还与所述双位开关9非公共端的另一端相连接。
进一步，参照图3，所述LMS算法模块13包括信道估计模块16、第二补偿滤波器模块17和减法器18；信道估计模块16的第一输入端和第二补偿滤波器模块17的第一输入端以及抽取滤波模块7的输出端相连接，信道估计模块16的第二输入端连接减法器18的输出端，第二补偿滤波器模块17的第二输入端连接信道估计模块16的输出端，减法器18的第一输入端与第二补偿滤波器模块17的输出端连接，减法器18的第二输入端与训练序列模块14的输出端连接，信道估计模块16的输出端还与EPROM模块15的输入端连接。
根据本发明的另一方面，提供一种基于LMS算法校正数字直放站带内平坦度的方法，包括以下步骤：
A、训练序列模块14产生一个训练序列信号d(n)；
B、打开训练序列模块14与基带处理模块10的开关；
C、训练序列信号d(n)经过基带处理、内插滤波、数字上变频后，由数模转换模块变成模拟中频信号；
D、接入射频耦合连接，将所述模拟中频信号通过射频耦合输入到模数转换模块1的输入端，对其进行模数转换、数字下变频、抽取滤波，得到滤波信号x(n)；
E、将滤波信号x(n)与原训练序列信号d(n)一起进行LMS算法更新，得到最佳的补偿滤波器系数；
F、将所述补偿滤波器系数存储于EPROM模块15中；
G、断开射频耦合连接，打开第一补偿滤波器模块8与基带处理模块10的开关，将EPROM模块15中的补偿滤波器系数导入到第一补偿滤波器模块8中，即可实现平坦度校正。
进一步，所述步骤E包括：
A1、根据滤波信号x(n)计算信道的冲击响应W(n)；
B1、根据所述信道的冲击响应W(n)，模拟得到训练序列信号d(n)经过信道的逆模型信号y(n)；
C1、计算滤波信号x(n)及逆模型信号y(n)的差值e(n)：e(n)= x(n)- y(n)；
D1、根据所述差值e(n)调整信道的抽头系数；重复步骤A1至D1，直到差值e(n)处在预设范围内；
E1、获取最后得到的冲击响应W(n)，即得到最佳的补偿滤波器系数。
这里，根据差值e(n)不断的调整信道冲击响应的抽头系数，令W(n)更加接近真实的信道，当e(n)收敛到预设范围以内即锁定W(n)不再更新系数，此时的W(n)即最佳的补偿滤波器系数。
进一步，所述步骤E的LMS算法更新，采用以下公式，把根据LMS算法的复数运算方程转化成实数的形式：
抽头输入向量：
期望信号：
抽头权系数：
滤波器输出：
估计误差信号：
相应的更新方程：
其中I、Q表示信号进行下变频后的在复平面上的横向分量和纵向分量。
以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可作出种种的等同变形或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (5)

1.基于LMS算法校正数字直放站带内平坦度的系统，包括模数转换模块(1)、数模转换模块(2)和FPGA模块(3)，模数转换模块(1)的输出端连接到FPGA模块(3)的输入端，FPGA模块(3)的输出端连接到数模转换模块(2)的输入端，数模转换模块(2)的输出端连接到模数转换模块(1)的输入端，其特征在于：所述FPGA模块(3)包含平坦度校正模块(4)和数字信号处理模块(5)；
所述数模转换模块(2)的输出端同模数转换模块(1)的输入端通过射频耦合连接；
所述数字信号处理模块(5)包括数字下变频模块(6)，数字下变频模块(6)依次连接有抽取滤波模块(7)、第一补偿滤波器模块(8)、双位开关(9)、基带处理模块(10)、内插滤波模块(11)和数字上变频模块(12)；数字下变频模块(6)的输入端与模数转换模块(1)的输出端连接；数字上变频模块(12)的输出端与数模转换模块(2)的输入端连接；双位开关(9)的公共端连接基带处理模块(12)的输入端，双位开关(9)的非公共端的一端连接第一补偿滤波器模块(8)的输出端；
所述平坦度校正模块(4)包括LMS算法模块(13)、训练序列模块(14)和EPROM模块(15)；所述LMS算法模块(13)的第一输入端连接抽取滤波模块(7)的输出端，LMS算法模块(13)的第二输入端连接训练序列模块(14)的输出端，LMS算法模块(13)的输出端连接EPROM模块(15)的输入端；EPROM模块(15)的输出端连接第一补偿滤波器模块(8)；训练序列模块(14)的输出端还与所述双位开关(9)非公共端的另一端相连接。
2.根据权利要求1所述的基于LMS算法校正数字直放站带内平坦度的系统，其特征在于：所述LMS算法模块(13)包括信道估计模块(16)、第二补偿滤波器模块(17)和减法器(18)；信道估计模块(16)的第一输入端和第二补偿滤波器模块(17)的第一输入端以及抽取滤波模块(7)的输出端相连接，信道估计模块(16)的第二输入端连接减法器(18)的输出端，第二补偿滤波器模块(17)的第二输入端连接信道估计模块(16)的输出端，减法器(18)的第一输入端与第二补偿滤波器模块(17)的输出端连接，减法器(18)的第二输入端与训练序列模块(14)的输出端连接，信道估计模块(16)的输出端还与EPROM模块(15)的输入端连接。
3.基于LMS算法校正数字直放站带内平坦度的方法，其特征在于，包括以下步骤：
A、训练序列模块(14)产生一个训练序列信号d(n)；
B、打开训练序列模块(14)与基带处理模块(10)的开关；
C、训练序列信号d(n)经过基带处理、内插滤波、数字上变频后，由数模转换模块变成模拟中频信号；
D、接入射频耦合连接，将所述模拟中频信号通过射频耦合输入到模数转换模块(1)的输入端，对其进行模数转换、数字下变频、抽取滤波，得到滤波信号x(n)；
E、将滤波信号x(n)与原训练序列信号d(n)一起进行LMS算法更新，得到最佳的补偿滤波器系数；
F、将所述补偿滤波器系数存储于EPROM模块(15)中；
G、断开射频耦合连接，打开第一补偿滤波器模块(8)与基带处理模块(10)的开关，将EPROM模块(15)中的补偿滤波器系数导入到第一补偿滤波器模块(8)中，即可实现平坦度校正。
4.根据权利要求3所述的基于LMS算法校正数字直放站带内平坦度的方法，其特征在于，所述步骤E包括：
A1、根据滤波信号x(n)计算信道的冲击响应W(n)；
B1、根据所述信道的冲击响应W(n)，模拟得到训练序列信号d(n)经过信道的逆模型信号y(n)；
C1、计算滤波信号x(n)及逆模型信号y(n)的差值e(n)：e(n)＝x(n)-y(n)；
D1、根据所述差值e(n)调整信道的抽头系数；重复步骤A1至D1，直到差值e(n)处在预设范围内；
E1、获取最后得到的冲击响应W(n)，即得到最佳的补偿滤波器系数。
5.根据权利要求4所述的基于LMS算法校正数字直放站带内平坦度的方法，其特征在于：
所述步骤E的LMS算法更新，采用以下公式，把根据LMS算法的复数运算方程转化成实数的形式：
抽头输入向量：x(k)＝xI(k)+xQ(k)
期望信号：d(k)＝dI(k)+dQ(k)
抽头权系数：w(k)＝wI(k)+wQ(k)
滤波器输出：y(k)＝yI(k)+yQ(k)
估计误差信号：e(k)＝eI(k)+eQ(k)
相应的更新方程：
y I ( k ) = x I T ( k ) w I ( k ) - x Q T ( k ) w Q ( k )
y Q ( k ) = x I T ( k ) w Q ( k ) - x Q T ( k ) w I ( k )
wI(k+1)＝wI(k)+μeI(k)xI(k)+μeQ(k)xQ(k)
wQ(k+1)＝wQ(k)+μeQ(k)xI(k)-μeI(k)xQ(k)
其中I、Q表示信号进行下变频后的在复平面上的横向分量和纵向分量。
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