CN116938243B - 基于数字预失真的宽带通道幅度、相位响应校正方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于信号处理技术领域，涉及基于数字预失真的宽带通道幅度、相位响应校正方法，包括：任意波形发生器调制播出波形数据,通过示波器接收后利用矢量信号分析仪分析得到幅度相位校正数据；生成IQ信号数据；使用离散傅里叶变换将IQ信号数据变换到频率域IQ信号数据；采用线性插值算法计算与IQ信号数据对应的每个离散频点上的校正数据；对IQ信号数据与校正数据进行乘法运算得到在频域内的预失真IQ信号数据；逆离散傅里叶变换，得到时域预失真IQ信号数据。本发明能够对IQ信号数据在数模转换、滤波、放大、模拟信号的传输以及最终的调制或上变换过程引入的线性或者非线性失真进行有效校正。
Description
技术领域
本发明属于信号处理技术领域，具体而言，涉及基于数字预失真的宽带通道幅度、相位响应校正方法。
背景技术
任意波形发生器(Arbitrary Waveform Generator,简称AWG)是一种应用广泛的信号源，依赖计算机及相关算法，具有强大的任意波形生成能力，通过计算机编辑好的波形数据存储在内存中，然后通过固定的采样速度由数模转换器(Digital-to-AnalogConverter，以下简称DAC)发送出去，其基本框图如附图1所示。
使用标准算法在计算机中生成的波形数据是非常精确的，但是在数模转换与滤波、放大、模拟信号的传输以及最终的调制或上变换过程，都会引入线性或者非线性失真，导致DAC发送出的信号和标准信号之间有较大的误差，因此有必要引入算法对信号进行预失真处理，来减小信号由DAC发出后和标准信号之间的误差。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供基于数字预失真的宽带通道幅度、相位响应校正方法，包括：
任意波形发生器根据标准算法生成IQ波形数据；
该IQ波形数据通过任意波形发生器调制播出，通过示波器接收后，利用矢量信号分析仪对接收到的信号进行分析，得到设定频率范围内等间隔频点的IQ波形数据；所述IQ波形数据包括幅度数据与相位数据；
使用离散傅里叶变换将所述IQ波形数据变换到频域，得到在各个离散频点上的IQ数据；
采用线性插值算法，计算所述IQ波形数据对应每个离散频点上的校正数据；
任意波形发生器对在频域内的各离散频点上的所述IQ数据与所述校正数据进行乘法运算，得到在频域内的预失真IQ波形数据；
对频域内的所述预失真IQ波形数据进行逆离散傅里叶变换，得到时域预失真IQ波形数据。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
进一步，利用矢量信号分析仪对接收到的信号进行分析，得到设定频率范围内等间隔频点的IQ波形数据，包括：
设在频点位置，频点的幅度为/>，频点的相位为/>，校正数据的I分量为/>，校正数据的Q分量为/>，则：
；
；
其中，，/>，/>为校正数据频点数。
进一步，采用线性插值算法，计算所述IQ波形数据对应每个离散频点上的校正数据，包括：
设频点介于校正数据频点/>和/>之间，记校正数据的频率间隔为/>，记在频点的IQ波形数据和在频点/>的校正数据之间的频率偏差为/>，记线性插值的系数为/>，记IQ波形数据在频点/>的校正数据的I分量为/>, 记IQ波形数据在频点/>的校正数据的Q分量为/>,则：
；
所述校正数据的I分量为：
；
所述校正数据的Q分量为：
；
其中频点数为，/>为矢量信号分析仪测量所得的校正数据，则/>，。
进一步，任意波形发生器对在频域内的各离散频点上的所述IQ数据与所述校正数据进行乘法运算，得到在频域内的预失真IQ波形数据，包括：
设变换到频率域的各个离散频点上的所述IQ数据的I分量为，所述IQ数据的Q分量为/>，所述校正数据的I分量/>，所述校正数据的Q分量为，频域内的所述预失真IQ波形数据的I分量为/>，频域内的所述预失真IQ波形数据的Q分量为/>，则：
；
。
进一步，得到时域预失真IQ波形数据后通过所述示波器接收所述时域预失真IQ波形数据，利用所述矢量信号分析仪对所述时域预失真IQ波形数据进行分析。
本发明的有益效果是：本发明能够对波形数据在数模转换、滤波、放大、模拟信号的传输以及最终的调制或上变换过程引入的线性或者非线性失真进行有效校正。
附图说明
图1为任意波形发生器的基本框图；
图2为基于数字预失真的宽带通道幅度、相位响应校正方法的原理图；
图3为矢量信号分析仪IQ信号校正的原理图；
图4为IQ波形数据预失真处理流程框图；
图5为任意波形发生器IQ波形数据未进行预处理调制播出后矢量分析仪的分析图，其中，图5中的（a）为IQ波形数据离散点分布图，图5中的（b）为示波器仿真图，图5中的（c）为频谱图；
图6为200M到1.8G频率范围内幅度相位校正数据曲线图，其中，图6中的（a）为幅度误差校正曲线，图6中的（b）为相位误差校正曲线；
图7为任意波形发生器IQ波形数据进行预处理后调制播出后矢量分析仪的分析图，其中，图7中的（a）为IQ波形数据星座图，图7中的（b）为示波器同相眼图，图7中（c）为频谱图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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。
作为一个实施例，如附图2所示，为解决上述技术问题，本实施例提供基于数字预失真的宽带通道幅度、相位响应校正方法，包括：
任意波形发生器根据标准算法生成IQ(Inphase and Quadrature, 同向正交，简称IQ)波形数据；
该IQ波形数据通过任意波形发生器调制播出，通过示波器接收后，利用矢量信号分析仪对接收到的信号进行分析，得到设定频率范围内等间隔频点的IQ波形数据；IQ波形数据包括幅度数据与相位数据；
使用离散傅里叶变换将IQ波形数据变换到频域，得到在各个离散频点上的IQ数据；
采用线性插值算法，计算IQ波形数据对应每个离散频点上的校正数据；
任意波形发生器对在频域内的各离散频点上的IQ数据与校正数据进行乘法运算，得到在频域内的预失真IQ波形数据；
对频域内的预失真IQ波形数据进行逆离散傅里叶变换，得到时域预失真IQ波形数据。
可选的，如附图3所示，利用矢量信号分析仪对接收到的信号进行分析，得到设定频率范围内等间隔频点的IQ波形数据，包括：
设在频点位置，频点的幅度为/>，频点的相位为/>，校正数据的I分量为/>，校正数据的Q分量为/>，则：
；
；
其中，，/>，/>为校正数据频点数。
可选的，任意波形发生器根据幅度相位校正数据利用采样率标准算法生成IQ波形数据。
可选的，采用线性插值算法，计算IQ波形数据对应每个离散频点上的校正数据，包括：
设频点介于校正数据频点/>和/>之间，记校正数据的频率间隔为/>，记在频点的IQ波形数据和在频点/>的校正数据之间的频率偏差为/>，记线性插值的系数为/>，记IQ波形数据在频点/>的校正数据的I分量为/>, 记IQ波形数据在频点/>的校正数据的Q分量为/>,则：
；
校正数据的I分量为：
；
校正数据的Q分量为：
；
其中频点数为，/>为矢量信号分析仪测量所得的校正数据，则/>，。
可选的，任意波形发生器对在频域内的各离散频点上的IQ数据与校正数据进行乘法运算，得到在频域内的预失真IQ波形数据，包括：
设变换到频率域的各个离散频点上的IQ数据的I分量为，IQ数据的Q分量为/>，校正数据I分量为/>，校正数据为Q分量为/>，频域内的预失真IQ波形数据的I分量为/>，频域内的预失真IQ波形数据的Q分量为/>，则：
；
。
可选的，得到时域预失真IQ波形数据后通过示波器接收时域预失真IQ波形数据，利用矢量信号分析仪对时域预失真IQ波形数据进行分析。时域预失真IQ波形数据作为AWG输入波形数据，通过测试验证，AWG输出信号得到有效的改善。
在实际应用过程中，IQ波形数据预失真处理流程框图如附图4所示，以QPSK调制数字信号调试为例，取信号采样率为4.8GHz，载波频率为1GHz, 符号率为400M, 滤波器为根升余弦滤波(Sqrt Raised Cosine), 线性插值的系数为0.35，生成波形数据文件，通过任意波形发生器AWG调制播出，示波器接收，矢量信号分析仪（Vector Signal Analysis,简称VSA）分析结果如附图5所示，附图5中（a）为IQ波形数据离散点分布图，横坐标为同相分量，单位：°，纵坐标为正交分量，单位：mV，附图5中（b）为示波器仿真图，横坐标为符号，纵坐标为电平，单位mV，附图5中（c）为频谱图，横坐标为频率，单位：GHz，纵坐标为幅度，单位：dBm。
通过任意波形发生器调制播出波形数据，通过示波器接收后，矢量信号分析仪VSA将该波形数据与理论标准数据进行对比分析，得到设定频率范围内等间隔频点的幅度相位校正数据，曲线如附图6所示，附图6中（a）为幅度误差校正曲线，横轴为频率，单位：GHz，纵轴为幅度误差，单位：dB；附图6中（b）为相位误差校正曲线，横轴为频率，单位：GHz，纵轴为相位误差，单位：°。
任意波形发生器根据幅度相位校正数据利用采样率标准算法生成IQ波形数据，再和由幅度相位校正数据得到的时域内的校正数据做卷积运算，得到在频域内的预失真IQ波形数据，将该预失真IQ波形数据播出，示波器接收，矢量信号分析仪VSA分析结果通过任意波形发生器播出如附图7所示，附图7中（a）为IQ波形数据星座图，横坐标为同相分量，单位：°，纵坐标为正交分量，单位：mV，附图7中（b）为示波器同相眼图，横坐标为符号，纵坐标为电平，单位mV，附图7中（c）为频谱图，横坐标为频率，单位：GHz，纵坐标为幅度，单位：dBm。比较附图7和附图5，可以看出，通过预失真处理后任意波形发生器AWG的信号输出质量得到有效的改善。
本发明能够对波形数据在数模转换、滤波、放大、模拟信号的传输以及最终的调制或上变换过程引入的线性或者非线性失真进行有效校正。
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (3)
1.基于数字预失真的宽带通道幅度、相位响应校正方法，其特征在于，包括：
任意波形发生器根据标准算法生成IQ波形数据；
该IQ波形数据通过任意波形发生器调制播出，通过示波器接收后，利用矢量信号分析仪对接收到的信号进行分析，得到设定频率范围内等间隔频点的IQ波形数据，包括：设在频点位置，频点/>的幅度为/>，频点/>的相位为/>，设定频率范围内等间隔频点的IQ波形数据的I分量为/>，Q分量为/>，则：
；
；
其中，，/>，/>为校正数据频点数；所述IQ波形数据包括幅度数据与相位数据；
使用离散傅里叶变换将所述IQ波形数据变换到频域，得到在各个离散频点上的IQ数据；
采用线性插值算法，计算所述IQ波形数据对应每个离散频点上的校正数据，包括：设频点介于校正数据频点/>和/>之间，记校正数据的频率间隔为/>，记在频点/>的IQ波形数据和在频点/>的校正数据之间的频率偏差为/>，记线性插值的系数为/>，记IQ波形数据在频点/>的校正数据的I分量为/>, 记IQ波形数据在频点/>的校正数据的Q分量为,设频点/>在设定频率范围内等间隔频点的IQ波形数据的I分量为/>，Q分量为/>，频点位置/>在设定频率范围内等间隔频点的IQ波形数据的I分量， Q分量为/>，则：
；
所述校正数据的I分量为：
；
所述校正数据的Q分量为：
；
其中频点数为，/>为矢量信号分析仪测量所得的校正数据，/>，/>；
任意波形发生器对在频域内的各离散频点上的所述IQ数据与所述校正数据进行乘法运算，得到在频域内的预失真IQ波形数据；
对频域内的所述预失真IQ波形数据进行逆离散傅里叶变换，得到时域预失真IQ波形数据。
2.根据权利要求1所述基于数字预失真的宽带通道幅度、相位响应校正方法，其特征在于，任意波形发生器对在频域内的各离散频点上的所述IQ数据与所述校正数据进行乘法运算，得到在频域内的预失真IQ波形数据，包括：
设变换到频率域的各个离散频点上的所述IQ数据的I分量为，所述IQ数据的Q分量为/>，所述校正数据I分量为/>，所述校正数据为Q分量为/>，频域内的所述预失真波形数据的I分量为/>，频域内的所述预失真波形数据的Q分量为/>，则：
；
。
3.根据权利要求1所述基于数字预失真的宽带通道幅度、相位响应校正方法，其特征在于，得到时域预失真波形数据后通过所述示波器接收所述时域预失真波形数据，利用所述矢量信号分析仪对所述时域预失真波形数据进行分析。
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