CN112615632B - 一种数字辅助的模拟域失真抑制装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种数字辅助的模拟域失真抑制装置及方法，包括非理想器件用于根据输入信号输出失真的输出信号，并在装置对输入信号进行失真抑制后输出校正信号；失真分量提取部用于提取非理想器件的输入信号和输出信号，并对齐输入信号和输出信号之间存在的延时进行功率归一化后提取出输出信号的失真分量；反馈系数调整部用于调整所述失真分量大小到非理想器件引入的失真大小，输出反馈信号到输入端得到调整后的输入信号。本发明有效抑制了非理想射频器件产生的非线性和噪声导致的信号失真，通过在模拟域完成失真抑制减少了数字信号处理器件的使用，不需要额外复杂的计算来确定非理想器件的相关模型系数。
Description
技术领域
本发明涉及无线通信技术领域，尤其涉及一种数字辅助的模拟域失真抑制装置及方法。
背景技术
由于射频器件的非理想性，无线通信系统常常受到干扰而导致性能下降、误解或者信息丢失等情况的发生；这种干扰通常有多种形式，例如射频功率放大器产生的非线性分量，或者模数转换器量化精度不足产生的量化噪声，这些干扰不仅可能引起带内失真，甚至可能泄露到相邻频带干扰其他用户通信。
如图1所示，器件的非理想特性产生的干扰可能出现在频带内（如噪声），也可能分散在频带的两侧（如非线性），这将导致用户信号出现失真，或者对可能存在的相邻信道用户产生干扰；在实际工程应用中，通常规定了通信设备所允许的最大ACLR（相邻信道泄露功率比）值，例如-45dBc，这就会对射频器件的性能提出非常高的要求。
因此，为了解决上述问题，需要对非理想器件产生的非线性或者噪声干扰进行抑制或者消除，这种消除可以在模拟域或者数字域进行；然而，目前绝大多数的消除方法要么复杂度较高，要么性能不理想；所以，如何对射频非理想器件产生的失真在模拟域进行有效地抑制，是现阶段需要解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供了一种数字辅助的模拟域失真抑制装置及方法，解决了现有技术中存在的不足。
本发明的目的通过以下技术方案来实现：一种数字辅助的模拟域失真抑制装置，它包括非理想器件、失真分量提取部和反馈系数调整部；
所述非理想器件用于根据输入信号输出失真的输出信号，并在装置对输入信号进行失真抑制后输出校正信号；
所述失真分量提取部用于提取非理想器件的输入信号和输出信号，并对齐输入信号和输出信号之间存在的延时进行功率归一化后提取出输出信号的失真分量；
所述反馈系数调整部用于调整所述失真分量大小到非理想器件引入的失真大小，通过计算得到的调整系数将噪声低点控制于信号载波频点处，输出反馈信号到输入端与输入信号相加得到调整后的输入信号。
进一步地，所述失真分量提取部包括第一可变延时单元、第一可变功率单元和第二合路器；
所述第一可变延时单元前置于所述非理想器件的信号输入端，用于产生一个延时信号使得输入信号发生时延；
所述第一可变功率单元后置于所述非理想器件的信号输出端，用于将获取的输出信号进行功率归一化进而将输出信号的功率调整到与输入信号同一个水平上；
所述第二合路器将经过所述第一可变延时单元处理的输入信号和经过所述第一可变功率单元处理的输出信号作信号相减处理，得到信号经过所述非理想器件后的失真分量。
进一步地，所述反馈系数调整部包括第二可变功率单元、第三可变功率单元、第二可变延时单元、第一合路器和第三合路器；
所述第二可变功率单元用于将所述第二合路器输出的失真分量调整到非理想器件引入的失真大小后分为两路信号分别输入到所述第三可变功率单元和第二可变延时单元；
所述第二可变延时单元用于产生与所述第一可变延时单元相同的时延对输入的失真信号进行再次延时；
所述第三可变功率单元根据计算的系数调整输入的失真信号的大小；
所述第三合路器用于将所述第二可变延时单元输出的信号和所述第三可变功率单元输出的信号相加，得到调整后的反馈信号；
所述第一合路器用于将所述第三合路器输出的反馈信号与初始输入信号相加得到经过失真抑制后的输入信号。
进一步地，还包括控制部和监测部；所述控制部向所述失真分量提取部和所述反馈系数调整部中的各个可变延时单元和可变功率单元传递控制信号实现控制延时和功率调整；所述监测部读取所述失真分量提取部和所述反馈系数调整部的信号并向所述控制部传递链路状态信息。
一种数字辅助的模拟域失真抑制方法，所述失真抑制方法包括：
通过失真分量提取部提取非理想器件输入端的输入信号和输出端的输出信号，并对齐输入信号和输出信号之间存在的延时，进行功率归一化后提取出输出信号的失真分量；
通过反馈系数调整部将失真分量大小调整到非理想器件引入的失真大小，通过计算得到的调整系数将噪声低点控制于信号载波频点处，输出反馈信号到输入端与输入信号相加得到调整后的输入信号；
重复上述步骤不断调节失真分量提取部的延时与反馈系数调整部的系数大小和延时，直到非理想器件输出端的输出信号的失真情况满足要求后得到校正信号。
进一步地，所述通过失真分量提取部提取非理想器件输入端的输入信号和输出端的输出信号，并对齐输入信号和输出信号之间存在的延时，进行功率归一化后提取出输出信号的失真分量包括：
通过第一可变延时单元采集输入信号并产生一个延时信号使得输入信号发生时延；
通过第一可变功率单元采集经过非理想器件输出的输出信号并进行功率归一化进而将输出信号的功率调整到与输入信号同一个水平上；
通过第二合路器将经过所述第一可变延时单元处理的输入信号和经过所述第一可变功率单元处理的输出信号作信号相减处理，得到信号经过所述非理想器件后的失真分量。
进一步地，所述通过反馈系数调整部将失真分量大小调整到非理想器件引入的失真大小，通过计算得到的调整系数将噪声低点控制于信号载波频点处，输出反馈信号到输入端与输入信号相加得到调整后的输入信号包括：
通过第二可变功率单元将所述第二合路器输出的失真分量调整到非理想器件引入的失真大小后分为两路失真信号输入到第二可变延时单元和第三可变功率单元中；
通过第二可变延时单元产生一个与所述第一可变延时单元相同的延时信号对输入的失真信号再次进行时延后输入到第三合路器；
通过第三可变功率单元根据计算的系数调整输入的失真信号的大小后输入到第三合路器；
通过第三合路器将所述第二可变延时单元输出和第三可变功率单元输出的两路失真信号相加，得到反馈信号并输入到第一合路器中；
通过第一合路器将输入的反馈信号和初始输入信号相加得到调整后的输入信号。
进一步地，所述第一延时单元输出的输入信号和第一可变功率单元输出的输入信号延时对齐的标准为当检测到所述第二合路器输出最小时，表示输入到第二合路器的两路信号对齐且功率归一化。
本发明具有以下优点：一种数字辅助的模拟域失真抑制装置及方法，可以有效地抑制由非理想射频器件产生的非线性和噪声导致的信号失真，通过在模拟域完成失真抑制，减少了数字信号处理器件的使用，且整体结构简单易于实现；不需要额外数字通道采集非理想器件输出，不需要确定非理想器件的模型，不需要确定非理想器件的逆模型，不需要额外复杂的计算来确定非理想器件的相关模型系数。
附图说明
图1 为相邻信道泄露功率比示意图；
图2 为本发明的结构示意图；
图中：1-第一合路器，2-非理想器件，3-第一可变延时单元，4-第一可变功率单元，5-第三合路器，6-第二可变延时单元，7-第三可变功率单元，8-第二可变功率单元，9-第二合路器。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的保护范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请的实施例，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，都属于本申请保护的范围。下面结合附图对本发明做进一步的描述。
如图2所示，本发明涉及一种数字辅助的模拟域失真抑制装置，通过获取非理想器件的输入和输出信号，在链路中引入反馈结构，通过修改反馈结构的调整系数，达到改变系统对干扰成分的传递函数的目的，修改后的传递函数能够将目标信号频段以内的干扰整形并使其分散到整个频段，从而降低目标信号带内以及相邻频段的干扰功率，从而抑制信号的失真；其主要包括第一合路器1、第二合路器9、第三合路器5，产生失真的非理想器件2，第一可变延时单元3、第二可变延时单元6，第一可变功率单元4、第二可变功率单元8和第三可变功率单元7，以及控制单元和监测单元。
其中，控制单元向各个可变延时单元和可变功率单元传递控制信号实现控制延时和功率调整；监测单元监测读取第二合路器9的输出大小和第三合路器5的反馈系数大小信号并向控制单元传递链路状态信息。
进一步地，第一可变延时单元3前置于非理想器件2的信号输入端，用于产生一个延时信号使得输入信号发生时延；第一可变功率单元4后置于非理想器件2的信号输出端，用于将获取的输出信号进行功率归一化进而将输出信号的功率调整到与输入信号同一个水平上；第二合路器9将经过第一可变延时单元3处理的输入信号和经过第一可变功率单元4处理的输出信号作信号相减处理，得到信号经过所述非理想器件后的失真分量。
其中，本发明中的失真即抑制对象包括非线性失真和噪声，非线性失真为如功率放大器的非线性失真，噪声为如射频通道引入的噪声。
进一步地，第二可变功率单元8用于将第二合路器9输出的失真分量调整到非理想器件2引入的失真大小后分为两路信号分别输入到第三可变功率单元7和第二可变延时单元6中；
第二可变延时单元6用于产生与第一可变延时单元3相同的时延对输入的失真信号进行再次延时；
第三可变功率单元7根据计算的系数调整输入的失真信号的大小；具体为，调整系数的计算公式为：，其中，表示可变延时单元3对齐的时延，表示载波频点，此处的时延和频点指待校正器件的工作中心频点和延时；通过控制单元调整第三可变功率单元7对应的功率调整系数，然后观察校正信号，当失真抑制达到最好时，则表示此时系数调整满足要求。
第三合路器5用于将第二可变延时单元6输出的信号和第三可变功率单元7输出的信号相加，得到调整后的反馈信号；第一合路器1用于将第三合路器5输出的反馈信号与初始输入信号相加得到经过失真抑制后的输入信号。
进一步地，控制单元向各个可变延时单元和可变功率单元传递控制信号实现控制延时和功率调整；监测单元读取第一可变功率单元4、第二合路器9和第三合路器5输出的信号并向控制单元传递链路状态信息。
本发明的另一实施例涉及一种数字辅助的模拟域失真抑制方法，失真抑制方法包括：
S1、提取非理想器件2输入端的输入信号和输出端的输出信号，并对齐输入信号和输出信号之间存在的延时，进行功率归一化后提取出输出信号的失真分量；
S2、失真分量大小调整到非理想器件2引入的失真大小，通过计算得到的调整系数将噪声低点控制于信号载波频点处，输出反馈信号到输入端与输入信号相加得到调整后的输入信号；
S3、重复上述步骤不断调节步骤S1中的延时与步骤S2中的调整系数的大小和延时，直到非理想器件输出端的输出信号的失真情况满足要求后得到校正信号；其中失真情况满足要求是指校正效果达到最佳，即失真达到最小。
进一步地，提取部提取非理想器件2输入端的输入信号和输出端的输出信号，并对齐输入信号和输出信号之间存在的延时，进行功率归一化后提取出输出信号的失真分量包括：
S11、通过第一可变延时单元3采集输入信号并产生一个延时信号使得输入信号发生时延；
S12、通过第一可变功率单元4采集经过非理想器件2输出的输出信号并进行功率归一化进而将输出信号的功率调整到与输入信号同一个水平上；
S13、通过第二合路器9将经过所述第一可变延时单元3处理的输入信号和经过所述第一可变功率单元4处理的输出信号后作信号相减处理，得到信号经过所述非理想器件后的失真分量。
进一步地，将失真分量大小调整到非理想器件2引入的失真大小，通过计算得到的调整系数将噪声低点控制于信号载波频点处，输出反馈信号到输入端与输入信号相加得到调整后的输入信号包括：
S21、通过第二可变功率单元8将所述第二合路器9输出的失真分量调整到非理想器件2引入的失真大小后分为两路失真信号输入到第二可变延时单元6和第三可变功率单元7中；
S22、通过第二可变延时单元6产生一个与所述第一可变延时单元3相同的延时信号对输入的失真信号再次进行时延后输入到第三合路器5；
S23、通过第三可变功率单元7根据计算的系数调整输入的失真信号的大小后输入到第三合路器5；
S24、通过第三合路器5将所述第二可变延时单元6输出和第三可变功率单元7输出的两路失真信号相加，得到反馈信号并输入到第一合路器1中；
S25、通过第一合路器1将输入的反馈信号和初始输入信号相加得到调整后的输入信号。
进一步地，所述第一延时单元输出3的输入信号和第一可变功率单元4输出的输入信号延时对齐的标准为当检测到所述第二合路器9输出最小时，表示输入到第二合路器9的两路信号对齐且功率归一化。
进一步地，产生失真的非理想器件2包括功率放大器和模数转换器等使得输出信号失真的非理想器件；可变延时单元包括移相器等能够将信号延时的器件；可变功率单元包括数控衰减器、放大器等能够调整信号功率大小的器件；控制单元包括FPGA，用于控制装置中的可变延时单元和可变功率单元，达到调节时延和功率的目的；监测单元包括ADC、功率分析模块（如检波器），用于监测装置链路中的信号，并向控制单元传递链路状态信息，以便于控制单元实现链路控制的目的。
进一步地，监测单元还包括以下两种可行的监测方式：
通过模数转换器采集监测点数据用于功率分析和失真分析，以获得链路状态信息，为控制单元调整各可变功率单元和可变延时单元提供依据，调整的总目标是使失真抑制效果最好。如：用于将输入到第二合路器的两路信号对齐和功率归一化时，需要调整第一可变延时单元和第一可变功率单元，直到监测到第二合路器输出最小，此时第二合路器的输出即为提取的失真分量。
不需要使用模数转换器提取链路状态信息，以最小化链路成本。利用控制单元根据一定的调整算法，调整各可变功率单元和可变延时单元，通过直接观察系统总的输出，即校正信号，调整至校正信号中失真最小达到校正效果。可行的调整算法：遍历法、优化算法。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。
Claims (4)
1.一种数字辅助的模拟域失真抑制装置，其特征在于：它包括非理想器件、失真分量提取部和反馈系数调整部；
所述非理想器件用于根据输入信号输出失真的输出信号，并在装置对输入信号进行失真抑制后输出校正信号；
所述失真分量提取部用于提取非理想器件的输入信号和输出信号，并对齐输入信号和输出信号之间存在的延时进行功率归一化后提取出输出信号的失真分量；
所述反馈系数调整部用于调整所述失真分量大小到非理想器件引入的失真大小，通过计算得到的调整系数将噪声低点控制于信号载波频点处，输出反馈信号到输入端与输入信号相加得到调整后的输入信号；
所述失真分量提取部包括第一可变延时单元、第一可变功率单元和第二合路器；
所述第一可变延时单元前置于所述非理想器件的信号输入端，用于产生一个延时信号使得输入信号发生时延；
所述第一可变功率单元后置于所述非理想器件的信号输出端，用于将获取的输出信号进行功率归一化进而将输出信号的功率调整到与输入信号同一个水平上；
所述第二合路器将经过所述第一可变延时单元处理的输入信号和经过所述第一可变功率单元处理的输出信号作信号相减处理，得到信号经过所述非理想器件后的失真分量；
所述反馈系数调整部包括第二可变功率单元、第三可变功率单元、第二可变延时单元、第一合路器和第三合路器；
所述第二可变功率单元用于将所述第二合路器输出的失真分量调整到非理想器件引入的失真大小后分为两路信号分别输入到所述第三可变功率单元和第二可变延时单元；
所述第二可变延时单元用于产生与所述第一可变延时单元相同的时延对输入的失真信号进行再次延时；
所述第三可变功率单元根据计算的系数调整输入的失真信号的大小；
所述第三合路器用于将所述第二可变延时单元输出的信号和所述第三可变功率单元输出的信号相加，得到调整后的反馈信号；
所述第一合路器用于将所述第三合路器输出的反馈信号与初始输入信号相加得到经过失真抑制后的输入信号。
2.根据权利要求1所述的一种数字辅助的模拟域失真抑制装置，其特征在于：还包括控制部和监测部；所述控制部向所述失真分量提取部和所述反馈系数调整部中的各个可变延时单元和可变功率单元传递控制信号实现控制延时和功率调整；所述监测部读取所述失真分量提取部和所述反馈系数调整部的信号并向所述控制部传递链路状态信息。
3.一种数字辅助的模拟域失真抑制方法，其特征在于：所述失真抑制方法包括：
通过失真分量提取部提取非理想器件输入端的输入信号和输出端的输出信号，并对齐输入信号和输出信号之间存在的延时，进行功率归一化后提取出输出信号的失真分量；
通过反馈系数调整部将失真分量大小调整到非理想器件引入的失真大小，通过计算得到的调整系数将噪声低点控制于信号载波频点处，输出反馈信号到输入端与输入信号相加得到调整后的输入信号；
重复上述步骤不断调节所述失真分量提取部的延时与所述反馈系数调整部的系数和延时，直到非理想器件输出端的输出信号的失真情况满足要求后得到校正信号；
所述通过失真分量提取部提取非理想器件输入端的输入信号和输出端的输出信号，并对齐输入信号和输出信号之间存在的延时，进行功率归一化后提取出输出信号的失真分量包括：
通过第一可变延时单元采集输入信号并产生一个延时信号使得输入信号发生时延；
通过第一可变功率单元采集经过非理想器件输出的输出信号并进行功率归一化进而将输出信号的功率调整到与输入信号同一个水平上；
通过第二合路器将经过所述第一可变延时单元处理的输入信号和经过所述第一可变功率单元处理的输出信号作信号相减处理，得到信号经过所述非理想器件后的失真分量；
所述通过反馈系数调整部将失真分量大小调整到非理想器件引入的失真大小，通过计算得到的调整系数将噪声低点控制于信号载波频点处，输出反馈信号到输入端与输入信号相加得到调整后的输入信号包括：
通过第二可变功率单元将所述第二合路器输出的失真分量调整到非理想器件引入的失真大小后分为两路失真信号输入到第二可变延时单元和第三可变功率单元中；
通过第二可变延时单元产生一个与所述第一可变延时单元相同的延时信号对输入的失真信号再次进行时延后输入到第三合路器；
通过第三可变功率单元根据计算的系数调整输入的失真信号的大小后输入到第三合路器；
通过第三合路器将所述第二可变延时单元输出和第三可变功率单元输出的两路失真信号相加，得到反馈信号并输入到第一合路器中；
通过第一合路器将输入的反馈信号和初始输入信号相加得到调整后的输入信号。
4.根据权利要求3所述的一种数字辅助的模拟域失真抑制方法，其特征在于：所述第一可变延时单元输出的输入信号和第一可变功率单元输出的输入信号延时对齐的标准为当检测到所述第二合路器输出最小时，表示输入到第二合路器的两路信号对齐且功率归一化。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
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