CN111756391A - 一种基于两路非同相处理失真信号对消的方法 - Google Patents

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应文俊
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Abstract

本发明公开了一种基于两路非同相处理失真信号对消的方法，属于非同相处理失真信号对消技术领域，包括以下步骤：将为单音信号的输入信号通过二功分器功分为幅度相同、相位相差π的两路信号；所述两路信号均通过对应的射频处理链路处理得到两路输出信号；所述两路输出信号相减得到线性响应输出信号。采用相差为π的两相信号处理方法，同样可以提高信噪比，射频处理链路中的放大器、滤波器、程控衰减器等都具有非线特性产生的所有二次谐波失真和二阶互调失真都实现了对消，改善线性度。

Description

一种基于两路非同相处理失真信号对消的方法
技术领域
本发明属于非同相处理失真信号对消技术领域，涉及一种基于两路非同相处理失真信号对消的方法。
背景技术
通信系统包括诸如接收器、解调器和基带放大器之类的各种不同的电路，这些电路具有非线性，会导致“无用信号”。这种电路的非线性行为引发互调产物和系统噪声，增加信号失真量，从而降低系统性能。出现在多个输入频率处的无用信号被称作谐波失真(HD)。出现在作为各输入频率的线性组合的频率处的无用信号被称作互调失真(IMD)。非线性失真产物包括二阶互调失真(IMD2)、二阶谐波失真(HD2)、三阶互调失真(IMD3)和三阶谐波失真(HD3)。
目前，射频处理链路中的放大器、滤波器、程控衰减器等都具有非线特性，会产生二阶谐波失真和二阶互调失真。
发明内容
本发明的目的在于：提供了一种基于两路非同相处理失真信号对消的方法，解决了射频处理链路中的放大器、滤波器、程控衰减器等都具有非线特性，会产生二阶谐波失真和二阶互调失真的问题。
本发明采用的技术方案如下：
一种基于两路非同相处理失真信号对消的方法，包括以下步骤：
将为单音信号的输入信号通过二功分器功分为幅度相同、相位相差π的两路信号；
所述两路信号均通过对应的射频处理链路处理得到两路输出信号；
所述两路输出信号相减得到线性响应输出信号。
进一步地，所述射频处理链路的特性为：
Figure BDA0002553171530000011
其中，x(t)为射频处理链路输入的信号，y(t)为射频处理链路输出的信号，αn为n次谐波响应的增益。
进一步地，所述两路输出信号在FPGA中进行信号相减处理。
进一步地，所述两路输出信号相减得到线性响应输出信号之前还包括以下步骤：
所述两路输出信号均通过模数转换器ADC进行模数转换。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
本发明一种基于两路非同相处理失真信号对消的方法，采用相差为π的两相信号处理方法，同样可以提高信噪比，射频处理链路中的放大器、滤波器、程控衰减器等具有非线特性产生的所有二次谐波失真和二阶互调失真都实现了对消，改善线性度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图，其中：
图1是本发明的射频处理链路示意图；
图2是本发明的原理框架示意图；
图3是本发明的处理框架示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明，即所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，术语“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
实施例
如图2所示，本发明提供的一种基于两路非同相处理失真信号对消的方法，包括以下步骤：
将为单音信号的输入信号通过二功分器功分为幅度相同、相位相差π的两路信号；
所述两路信号均通过对应的射频处理链路处理得到两路输出信号；
所述两路输出信号相减得到线性响应输出信号。
其中，如图1所示，所述射频处理链路的特性为：
Figure BDA0002553171530000031
其中，x(t)为射频处理链路输入的信号，y(t)为射频处理链路输出的信号，αn为n次谐波响应的增益。
本实施例中，需要说明的是，业界一般会忽略高次谐波响应和互调响应，主要考察3次以下响应。于是射频处理链路的特性可简化为：
Figure BDA0002553171530000032
单信号输入情况下：
假设x(t)的幅度为A，角频率为ω，初始相位为
Figure BDA0002553171530000033
那么：
Figure BDA0002553171530000034
则x(t)经过该射频处理链路后，输出为：
Figure BDA0002553171530000035
上式整理，得
Figure BDA0002553171530000036
将上式简记为：
Figure BDA0002553171530000037
式中βn为n次信号分量的幅度，相应值为；
Figure BDA0002553171530000038
其中一次信号分量是希望得到的线性响应分量，其它都是不希望产生的非线性产物，包括直流分量、二次谐波失真(HD2)分量和三次谐波失真(HD3)分量。
将为单音信号的输入信号u(t)功分为幅度相同、相位相差π的两路信号x1(t)和x2(t)，每一路信号都经过如图1所示的射频处理链路处理后，得到两路输出信号y1(t)和y2(t)。假设u(t)仍为单音信号，功分得到的两路信号为：
Figure BDA0002553171530000039
其中A为信号幅度，ω为信号角频率，
Figure BDA0002553171530000041
为第一路输出信号的初始相位。那么两路输出信号为：
Figure BDA0002553171530000042
将y2(t)和y1(t)相比较，发现二者的奇次相互为相反数，偶次相相同，二者相减，得到
Figure BDA0002553171530000043
可见，当二功分器输出两路信号相差为π时，二次谐波失真都被对消了，线性响应输出幅度增强了一倍。
双信号输入情况下：
如果输入两个幅度均为A的单音信号，假设为：
Figure BDA0002553171530000044
其中A为两个单音信号的幅度，ω1和ω2分别为两个单音信号的角频率，
Figure BDA0002553171530000045
和
Figure BDA0002553171530000046
分别为两个单音信号的初始相位，则输出为：
Figure BDA0002553171530000047
整理，得
Figure BDA0002553171530000048
由上式中可知，在双信号输入情况下，输出除了产生希望得到的线性输出分量外，还会产生大量我们不希望得到的失真信号，包括直流和谐波失真信号，如频率分别为2ω1和2ω2的二次谐波失真(HD2)、频率分别为3ω1和3ω2的三次谐波失真(HD3)；还包括互调失真信号，如频率分别为ω1+ω2和ω1-ω2的二阶互调失真(IMD2)、频率分别为ω1+2ω2、2ω1+ω2、2ω1-ω2和ω1-2ω2的三阶互调失真(IMD3)。
为简便起见，我们将上式简记为：
Figure BDA0002553171530000049
Figure BDA0002553171530000051
其中，β00＝α0+α2A2，
Figure BDA0002553171530000052
β11＝α2A2，
Figure BDA0002553171530000053
γ11＝α2A2，
Figure BDA0002553171530000054
如果u(t)为两路单音信号，假设功分得到的两路信号为：
Figure BDA0002553171530000055
其中A为两个单音信号的幅度，ω1和ω2分别为两个单音信号的角频率，
Figure BDA0002553171530000056
和
Figure BDA0002553171530000057
分别为两个单音信号在第一路功分器输出信号的初始相位，t为两个单音信号的周期。那么两路输出信号为：
Figure BDA0002553171530000058
Figure BDA0002553171530000059
二者相减，得到
Figure BDA00025531715300000510
可见，采用采用相差为π的两相信号处理方法，所有的二次谐波失真和二阶互调失真都实现了对消。
优选地，如图3所示，所述两路输出信号在FPGA中进行信号相减处理。
本实施例中，两路输出信号通过FPGA实现逻辑运算。需要说明的是，FPGA器件属于专用集成电路中的一种半定制电路，是可编程的逻辑列阵，能够有效的解决原有的器件门电路数较少的问题。FPGA的基本结构包括可编程输入输出单元，可配置逻辑块，数字时钟管理模块，嵌入式块RAM，布线资源，内嵌专用硬核，底层内嵌功能单元。由于FPGA具有布线资源丰富，可重复编程和集成度高，投资较低的特点，在数字电路设计领域得到了广泛的应用。FPGA的设计流程包括算法设计、代码仿真以及设计、板机调试，设计者以及实际需求建立算法架构，利用EDA建立设计方案或HD编写设计代码，通过代码仿真保证设计方案符合实际要求，最后进行板级调试，利用配置电路将相关文件下载至FPGA芯片中，验证实际运行效果。
优选地，如图3所示，所述两路输出信号相减得到线性响应输出信号之前还包括以下步骤：
所述两路输出信号均通过模数转换器ADC进行模数转换。
本实施例中，在上述推导和计算过程中，并没有考虑对y1(t)～y2(t)信号进行处理所带来的失真。如果这些处理在模拟域进行，引入新的失真是不可避免的；如果在数字化之后于数字域进行这些处理，则不会产生新的失真。因此在射频处理链路之后加入模数转换器ADC，模数转换器ADC产生的失真信号也可以被对消，使整个处理链路具有更好的线性度。
综上所述，采用相差为π的两相信号处理方法，同样可以提高信噪比，射频处理链路中的放大器、滤波器、程控衰减器等具有非线特性产生的所有二次谐波失真和二阶互调失真都实现了对消，改善线性度。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明的保护范围，任何熟悉本领域的技术人员在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种基于两路非同相处理失真信号对消的方法，其特征在于：包括以下步骤：
将为单音信号的输入信号通过二功分器功分为幅度相同、相位相差π的两路信号；
所述两路信号均通过对应的射频处理链路处理得到两路输出信号；
所述两路输出信号相减得到线性响应输出信号。
2.根据权利要求1所述的一种基于两路非同相处理失真信号对消的方法，其特征在于：所述射频处理链路的特性为：
Figure FDA0002553171520000011
其中，x(t)为射频处理链路输入的信号，y(t)为射频处理链路输出的信号，αn为n次谐波响应的增益。
3.根据权利要求1所述的一种基于两路非同相处理失真信号对消的方法，其特征在于：所述两路输出信号在FPGA中进行信号相减处理。
4.根据权利要求1所述的一种基于两路非同相处理失真信号对消的方法，其特征在于：所述两路输出信号相减得到线性响应输出信号之前还包括以下步骤：
所述两路输出信号均通过模数转换器ADC进行模数转换。
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