CN108075790A - 一种具有抑制幅度可控性的射频发射机边带失真分量的抑制系统及方法 - Google Patents

一种具有抑制幅度可控性的射频发射机边带失真分量的抑制系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种具有抑制幅度可控性的射频发射机边带失真分量的抑制系统，包括失真分量生成模型、系数提取模块、数模转换器、射频发射机、双工器、射频接收机、第一精度转换器、第二精度转换器、数字域滤波器、模数转换器和减法器。本发明还公开了一种具有抑制幅度可控性的射频发射机边带失真分量的抑制方法。本发明能够根据不同需求，灵活选择需要抑制的幅度，由于对数据进行了尾数截断处理，减少了运算时存储数据所需的寄存器位数，从而节省硬件资源。由于建模数据采用了更少的字长，所以相较于传统边带失真抑制方案，本发明减少了数据计算的复杂度，提高了计算速度。

Description

一种具有抑制幅度可控性的射频发射机边带失真分量的抑制 系统及方法
技术领域
本发明涉及功率放大器的数字线性化技术领域，特别是涉及一种具有抑制幅度可控性的射频发射机边带失真分量的抑制系统及方法。
背景技术
在通信系统中，射频发射机的线性化是一个非常关键而又具有挑战性的问题，尤其是对于频分双工系统来说。射频发射机产生的非线性失真分量通过双工器，会部分泄漏到系统的接收通道，被射频接收机接收，如图1所示。如果落在接收频段内的失真分量的功率与接收信号的功率接近甚至超过了接收信号的功率，就会干扰到实际的接收信号，造成接收机脱敏现象。一般来说，传统的数字预失真技术的目标，是将整个频带的非线性失真线性化，但是，它的处理带宽非常宽，对采样率要求十分严格，而且计算复杂度也会随着带宽的增加而迅速增加。但是，在一些场景中，将整个频段线性化是没有必要的，只需将部分频段线性化即可达到系统要求，这将会极大地降低对采样率的要求。为了达到这种目的，一种简单有效的方法是，只对希望除去的非线性失真部分进行抵消。首先，产生一个目标失真分量的复制品，然后，用失真分量减去它，从而恢复出实际的接收信号。整个过程中，决定抑制幅度的是目标失真分量，而如何产生这个目标失真分量成为了整个过程中的关键。尽管许多研究者致力于如何优化边带失真的抑制幅度，本发明将注重于一种抑制幅度可控制的策略以节约硬件资源。
当然，除去更多的失真分量肯定能提高系统的性能，但是，这样的方案对于模型系数以及用来建模的信号的精确度要求很高(比如16比特)，然而，在一些场合中，对于带外失真分量抑制的要求并不是十分苛刻。例如，如图3所示，希望被恢复的接收信号有两个：一个64-QAM信号，其中心频率为f1，和一个QPSK信号，其中心频率为f2。对于64-QAM的信号来说，需要将发射机造成的带外失真的对应频段的失真分量抑制20dB,而对于QPSK信号，只需要抑制10dB就足够了，并且没有必要抑制更多的幅度。因此，对于两种信号采用相同的抑制方案，是对硬件资源的浪费。
发明内容
发明目的：本发明的目的是提出一种具有抑制幅度可控性的射频发射机边带失真分量的抑制系统及方法，可以根据系统对边带失真分量的不同抑制幅度需求，使用不同精度的数据建模，以此减少计算复杂度，并且提高计算的速度。
技术方案：本发明所述的具有抑制幅度可控性的射频发射机边带失真分量的抑制系统，包括失真分量生成模型、系数提取模块、数模转换器、射频发射机、双工器、射频接收机、第一精度转换器、第二精度转换器、数字域滤波器、模数转换器和减法器，输入信号经过数模转换器送至射频发射机，同时，一部分输入信号的样本经过第一精度转换器，进行尾数截断处理，生成不同精度的信号，再分别输入失真分量生成模型以及系数提取模块；射频发射机输出的非线性失真信号的一部分经过双工器泄漏到接收通道，再被射频接收机接收；射频接收机的输出信号经过模数转换器，模数转换器的输出信号送至减法器的一端，同时，一部分输出信号的样本经过第二精度转换器，进行尾数截断处理，生成不同精度的信号，再经过数字域滤波器，数字域滤波器的输出信号送入系数提取模块，系数提取模块的输出信号也送入失真分量生成模型；失真分量生成模型的输出信号送至减法器的另一端，通过减法器实现失真分量生成模型输出信号与模数转换器输出信号的减法运算，生成最终的被抑制边带失真分量信号。
进一步，所述失真分量生成模型包括数字域滤波器。
进一步，所述失真分量生成模型的输出信号精度可控。
本发明所述的具有抑制幅度可控性的射频发射机边带失真分量的抑制方法，包括以下步骤：
S1：全精度的输入信号送入数模转换器，同时，一部分输入信号的样本经过第一精度转换器，进行尾数截断处理，生成精度可调的信号，分别送入失真分量生成模型和系数提取模块的一端；
S2：数模转换器的输出信号送入射频发射机，射频发射机输出的非线性失真信号的一部分经过双工器泄露到接收通道，再被射频接收机接收；
S3：射频接收机的输出信号经过模数转换器后，送入减法器的一端，同时，一部分输出信号的样本经过第二精度转换器，进行尾数截断处理，生成精度可调的信号，再经过数字域滤波器，数字域滤波器的输出信号送入系数提取模块的另一端；
S4：系数提取模块的输出信号送入失真分量生成模型；
S5：将失真分量生成模型的输出信号输入减法器，通过减法器实现失真分量生成模型输出信号与模数转换器输出信号的减法运算，生成最终的被抑制边带失真分量信号。
进一步，所述系数提取模块中的系数提取模型如式(1)所示：
式(1)中，yq-bit(n)为数字域滤波器的输出信号，n表示信号的样本序列，xq-bit(n)为第一精度转换器输出的信号，i为记忆深度，ai、cki,1、cki,2、cki,22、cki,23、cki,24和cki,25为系数提取模型中待提取的系数，βk为门限，K为超平面数，M为记忆深度，fd为期望除去的失真分量的中心频率，fs为模数转换器的信号采样频率，w(n)为射频接收机中数字域滤波器的时域表达式，θ(n-i)为xq-bit(n-i)的相位。
进一步，所述失真分量生成模型如式(2)所示：
式(2)中，ydistortion(n)为失真分量生成模型的输出信号。
有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1)本发明能够根据不同需求，灵活选择需要抑制的幅度，由于对数据进行了尾数截断处理，减少了运算时存储数据所需的寄存器位数，从而节省硬件资源；
2)由于建模数据采用了更少的字长，所以相较于传统边带失真抑制方案，
本发明减少了数据计算的复杂度，提高了计算速度。
附图说明
图1为本发明具体实施方式中系统的框图；
图2为本发明具体实施方式中对目标失真分量不同等级的幅度抑制的频谱图；
图3为本发明具体实施方式中针对落在不同频段的不同接收信号，边带失真分量所需的不同抑制幅度要求示意图；
图4为本发明具体实施方式中对不同频段、不同带宽的失真分量进行不同幅度的抑制的频谱图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式和附图对本发明的技术方案作进一步的介绍。
本具体实施方式公开了一种具有抑制幅度可控性的射频发射机边带失真分量的抑制系统，如图1所示，包括失真分量生成模型、系数提取模块、数模转换器、射频发射机、双工器、射频接收机、第一精度转换器、第二精度转换器、数字域滤波器、模数转换器和减法器，输入信号经过数模转换器送至射频发射机，同时，一部分输入信号的样本经过第一精度转换器，进行尾数截断处理，生成不同精度的信号，再分别输入失真分量生成模型以及系数提取模块的一端；射频发射机输出的非线性失真信号的一部分经过双工器泄漏到接收通道，再被射频接收机接收；射频接收机的输出信号经过模数转换器，模数转换器的输出信号送至减法器的一端，同时，一部分输出信号的样本经过第二精度转换器，进行尾数截断处理，生成不同精度的信号，再经过数字域滤波器，数字域滤波器的输出信号送入系数提取模块，系数提取模块的输出信号也送入失真分量生成模型；失真分量生成模型的输出信号送至减法器的另一端，通过减法器实现失真分量生成模型输出信号与模数转换器输出信号的减法运算，生成最终的被抑制边带失真分量信号。
其中，失真分量生成模型包括数字域带限滤波器。失真分量生成模型的输出信号精度可控。
本具体实施方式还公开了一种具有抑制幅度可控性的射频发射机边带失真分量的抑制方法，包括以下步骤：
S1：全精度的输入信号送入数模转换器，同时，一部分输入信号的样本经过第一精度转换器，进行尾数截断处理，生成精度可调的信号，分别送入失真分量生成模型和系数提取模块的一端；
S2：数模转换器的输出信号送入射频发射机，射频发射机输出的非线性失真信号的一部分经过双工器泄露到接收通道，再被射频接收机接收；
S3：射频接收机的输出信号经过模数转换器后，送入减法器的一端，同时，一部分输出信号的样本经过第二精度转换器，进行尾数截断处理，生成精度可调的信号，再经过数字域滤波器，数字域滤波器的输出信号送入系数提取模块的另一端；
S4：系数提取模块的输出信号送入失真分量生成模型；
S5：将失真分量生成模型的输出信号输入减法器，通过减法器实现失真分量生成模型输出信号与模数转换器输出信号的减法运算，生成最终的被抑制边带失真分量信号。
系数提取模块中的系数提取模型如式(1)所示：
式(1)中，yq-bit(n)为数字域滤波器的输出信号，n表示信号的样本序列，xq-bit(n)为第一精度转换器输出的信号，i为记忆深度，ai、cki,1、cki,2、cki,22、cki,23、cki,24和cki,25为系数提取模型中待提取的系数，βk为门限，K为超平面数，M为记忆深度，fd为期望除去的失真分量的中心频率，fs为模数转换器的信号采样频率，w(n)为射频接收机中数字域滤波器的时域表达式，θ(n-i)为xq-bit(n-i)的相位。
失真分量生成模型如式(2)所示：
式(2)中，ydistortion(n)为失真分量生成模型的输出信号。
以带宽为40MHz的输入信号为例。该信号经过射频发射机的射频发射机以后，在输出端会产生带外失真分量，失真分量经过双工器会部分泄漏到接收通道，从而对接收信号造成干扰。第一接收信号为64-QAM信号，带宽为6MHz，中心频谱在距离经过射频发射机后的输出信号的中心频率40MHz频率偏移处，第二接收信号为QPSK信号，带宽为10MHz，中心频谱在距离经过功射频发射机后的输出信号的中心频率55MHz频率偏移处。对于第一接收信号，需要消除对应频段的发射机造成的非线性失真分量为20dB,对于第二接收信号，需要消除对应频段的发射机造成的非线性失真分量为10dB。
实施例1：
针对第一接收信号，以实现对40MHz频率偏移处，带宽为6MHz的目标非线性失真分量的幅度可控的抑制方案为例。首先，全精度的字长为16比特的输入信号送入第一精度转换器，第一精度转换器对数据进行尾数截断处理，改变数据的字长，从而改变数据的精度。本实施例保留的数据尾数为2—7比特，以此控制建模数据的精度。然后，将经过精度转换后的数据送入系数提取模块的一端以及失真分量生成模型。射频发射机产生的失真分量的一部分泄漏到接收机的接收通道，接收机接收后，将这部分失真分量送入模数转换器转化成数字信号，这部分信号一部分送入减法器的一端，同时，另一部分样本经过第二精度转换器的精度转换处理，再送入带宽为6MHz的数字域滤波器，得到期望抑制的目标失真分量的样本。数字域滤波器的输出送入系数提取模块的另一端。系数提取模块的输出也送入失真分量生成模型，失真分量生成模型的输出送入减法器的另一端，通过减法器，实现失真分量生成模型输出信号与模数转换器输出信号的减法运算，生成最终的被抑制边带失真分量信号。在这里，fd为40MHz，fs为184.32MHz，K取8，M取3。如图2所示，抑制的幅度随着保留的比特数以5dB为一级变化。数据保留的比特数与抑制幅度的关系如表1所示。
表1数据保留的比特数与抑制幅度的关系
实施例2：
针对第一接收信号与第二接收信号，以实现对40MHz、55MHz频率偏移处，带宽分别为为6MHz、10MHz的目标非线性失真分量的不同幅度的抑制方案为例。分别重复实施例1的步骤，先后生成两个目标失真分量的复制品。具体为：
首先，全精度的字长为16比特的输入信号送入第一精度转换器，第一精度转换器对数据进行尾数截断处理，改变数据的字长，从而改变数据的精度。本实施例中，针对第一接收信号，保留的数据字长为7，针对第二接收信号，保留的数据字长为5。然后，将经过精度转换后的数据送入系数提取模块以及失真分量生成模型。射频发射机产生的失真分量的一部分泄漏到接收机的接收通道，接收机接收后，将这部分失真分量送入模数转换器转化成数字信号，这部分信号一部分送入减法器的一端，同时，另一部分样本经过第二精度转换器的精度转换处理，再送入带宽分别为6MHz、10MHz的数字域滤波器，滤出与第一接收信号和第二接收信号对应频段以及带宽的期望抑制的目标失真分量，两个数字域滤波器的输出分别送入系数提取模块。系数提取模块的输出也分别送入失真分量生成模型，失真分量生成模型的输出送入减法器的另一端，通过减法器，实现失真分量生成模型输出信号与模数转换器输出信号的减法运算，生成最终的被抑制边带失真分量信号。其中，针对第一接收信号，模型中fd为40MHz，针对第二接收信号，模型中fd为55MHz。如图3所示。
图4表示的是，本实施例可以针对两种不同频率的接收信号，对发射机造成的边带失真分量进行不同幅度的抑制。其中，针对第一接收信号，保留的数据字长为7比特，针对第二接收信号，保留的数据字长为5比特。

Claims (6)

1.一种具有抑制幅度可控性的射频发射机边带失真分量的抑制系统，其特征在于：包括失真分量生成模型、系数提取模块、数模转换器、射频发射机、双工器、射频接收机、第一精度转换器、第二精度转换器、数字域滤波器、模数转换器和减法器，输入信号经过数模转换器送至射频发射机，同时，一部分输入信号的样本经过第一精度转换器，进行尾数截断处理，生成不同精度的信号，再分别输入失真分量生成模型以及系数提取模块；射频发射机输出的非线性失真信号的一部分经过双工器泄漏到接收通道，再被射频接收机接收；射频接收机的输出信号经过模数转换器，模数转换器的输出信号送至减法器的一端，同时，一部分输出信号的样本经过第二精度转换器，进行尾数截断处理，生成不同精度的信号，再经过数字域滤波器，数字域滤波器的输出信号送入系数提取模块，系数提取模块的输出信号也送入失真分量生成模型；失真分量生成模型的输出信号送至减法器的另一端，通过减法器实现失真分量生成模型输出信号与模数转换器输出信号的减法运算，生成最终的被抑制边带失真分量信号。
2.根据权利要求1所述的具有抑制幅度可控性的射频发射机边带失真分量的抑制系统，其特征在于：所述失真分量生成模型包括数字域滤波器。
3.根据权利要求1所述的具有抑制幅度可控性的射频发射机边带失真分量的抑制系统，其特征在于：所述失真分量生成模型的输出信号精度可控。
4.一种具有抑制幅度可控性的射频发射机边带失真分量的抑制方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1：全精度的输入信号送入数模转换器，同时，一部分输入信号的样本经过第一精度转换器，进行尾数截断处理，生成精度可调的信号，分别送入失真分量生成模型和系数提取模块的一端；
S2：数模转换器的输出信号送入射频发射机，射频发射机输出的非线性失真信号的一部分经过双工器泄露到接收通道，再被射频接收机接收；
S3：射频接收机的输出信号经过模数转换器后，送入减法器的一端，同时，一部分输出信号的样本经过第二精度转换器，进行尾数截断处理，生成精度可调的信号，再经过数字域滤波器，数字域滤波器的输出信号送入系数提取模块的另一端；
S4：系数提取模块的输出信号送入失真分量生成模型；
S5：将失真分量生成模型的输出信号输入减法器，通过减法器实现失真分量生成模型输出信号与模数转换器输出信号的减法运算，生成最终的被抑制边带失真分量信号。
5.根据权利要求4所述的具有抑制幅度可控性的射频发射机边带失真分量的抑制方法，其特征在于：所述系数提取模块中的系数提取模型如式(1)所示：
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式(1)中，yq-bit(n)为数字域滤波器的输出信号，n表示信号的样本序列，xq-bit(n)为第一精度转换器输出的信号，i为记忆深度，ai、cki,1、cki,2、cki,22、cki,23、cki,24和cki,25为系数提取模型中待提取的系数，βk为门限，K为超平面数，M为记忆深度，fd为期望除去的失真分量的中心频率，fs为模数转换器的信号采样频率，w(n)为射频接收机中数字域滤波器的时域表达式，θ(n-i)为xq-bit(n-i)的相位。
6.根据权利要求5所述的具有抑制幅度可控性的射频发射机边带失真分量的抑制方法，其特征在于：所述失真分量生成模型如式(2)所示：
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式(2)中，ydistortion(n)为失真分量生成模型的输出信号。
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