HUT60576A - Method and circuit arrangement for compensating nonlinear distortion of the amplifiers - Google Patents

Description

modell szerint úgy, hogy egy adott bemenőjel esetén az erősítő áramkör^modell szerinti kimenőjele lényegében megegyezzen a tényleges kimenő'jellel i y ^zt7, egy előtorzítő szűrőben (1) a bemení jelből ( S₍> t/J és egy-az elotorzító szűroj'kimenetéről visszavezetett „előtorzított jelbőSfösszegjelet képezünk, ezt az öszszegjelet egy integrátorral (4) elötorzított jellé (x 't/j integrál/ juk, és az előtorzított jelet(x/t] a nemlineáris torzítással rendelkező erösitő'y' vezetjük.

(4 ÁM

KÖZZÉTÉTELI PÉLDÁNY

S.B.G. F K.

BUDAPESTI ^'TWEITr'ŐE· ÜGYVÉDI

El járás)erősítő kapcsolások nemlineáris torzításának kompenzálására

Asea Brown Boverl AG, BADEN CH

Feltalálók

BOCKSBERGER, Hans dr.PURI, Narindra

U., OBERBÖZBERG

’xí ZA X t S

JERSEY

CH

US

A bejelentés napja: 1991. 07. 14.

Uniós elsőbbsége: 1990. 07. 12. (90 113326.4 Ep)

A találmány tárgya eljárás és kapcsolási elrendezés erősítők nemlineáris torzításának kompenzálására, melynek során egy s (t) bemeneti jelet egy nemlineáris torzítással rendelkező erősítő (pl. teljesítményerősítő audio jelekhez) alkalmazásával y(t) kimenő hangjelet állítanak elő.

-2Az erősítő áramkörök, különösen a nagyteljesítményű hangfrekvenciás erősítők, mint amilyeneket a rádióadók modulálására a hosszú-, a közép- és a rövidhullámú sávokban alkalmaznak, általában nemlineáris torzítással rendelkeznek, amit ki kell küszöbölni. A jelleggörbe linearizálásának klasszikus megoldása a kimenőjel visszacsatolását (feedback) alkalmazza. A visszacsatolás mértéke az erősítő visszacsatolás nélküli jelleggörbe állapotától függ.

A szabályozástechnikából ismert, hogy egy áramkör lineáris torzítása esetén hogyan kell a visszacsatolást méretezni annak érdekében, hogy összességében lineáris jelleggörbe jöjjön létre. A mai nemlineáris erősítési eljárások szabályozástechnikai stabilitási okból gyakran kizárják a lineáris visszacsatolást. A nem elhanyagolható jelátfutási idők ugyanis a visszacsatolás nem kellően átgondolt kialakítása esetén instabillá teheti az erősítési eljárást.

A találmány feladata olyan eljárás megadása erősítők nemlineáris torzításának kompenzálására, amelynél elsősorban a hangfrekvenciás jelek lineáris erősítését biztosítja a jelenleg alkalmazott modern nagyteljesítményű erősítőkkel és amely mentes az instabilitástól.

A találmány szerinti eljárás során

a) meghatározzuk az erősítő áramkör n+1 előre megadott számú k_Q, ..·, k_n együtthatóját az n

y(t) = k_Qx(t) + Σ k_±xi (t) modell szerint úgy, hogy egy adott x(t) bemenőjel esetén az erősítő áramkör modell szerinti kimenőjele lényegében megegyezzen a tényleges y(t) kimenőjellel,

b) egy előtorzítŐ szűrőben az s(t) bemenőjelből és egy az előtorzító szűrő kimenetéről visszavezetett, x(t) előtorzított jelből n

x(t) = - {k^stt) - Σ k^x¹ x(0) = s (0) összegjelet képezünk,

c) ezt az összegjelet egy integrátorral x(t) előtorzított jellé integráljuk, és

d) az x(t) előtorzított jelet a nemlineáris torzítással rendelkező erősítőre vezetjük.

A találmány lényege abban áll, hogy az erősítő jellegzetes jelátfutási idővel és amplitúdó erősítéssel jellemezhető jelleggörbéjét az n

y(t) = k_Qx(t) + Σ k^xi (t) i=l modell szerint azonosítjuk, és egy az erősítő elé kapcsolt előtorzító erősítővel a fenti modell szerint (azaz a k_Q, k^, k₂,..., k együtthatókkal) úgy torzítjuk, hogy az erősítő kimenetén y(t) = k^ s(t) lineárisan erősített jel álljon elő. A kompenzáló jelet tehát úgy állítjuk elő, hogy a nemkívánatos (kg, k₂, k^,

..., k ) jelösszetevők mindegyike eltűnjön.

Az y(t) kimenőjelet ugyan a nemlinearitások korrigálására használjuk, de nem egy klasszikus visszacsatolás értelmében. Ez az elv elméletileg bizonyos előnyökkel jár ugyan, de nem oldja meg a stabilitási problémákat. A találmány másik lényeges felismerése, hogy csak az előtorzításhoz a modellnek csak azokat az elemeit használjuk fel, amelyek stabil üzemet biztosítnak. Más szavakkal a találmány szerint a nem stabil elemeket felismerjük

-4és kizárjuk.

A találmány alapötlete ugyanolyan eredménnyel alkalmazható az analóg vagy a digitális kapcsolástechnikában. Amíg a fenti megoldás inkább (ha elméletileg nem is kizárólag) az analóg megvalósításnak felel meg, a következő változat egyértelműen a digitális alkalmazásnak felel meg.

Mint az előző megoldásnál, itt is először meghatározzuk az erősítő áramkör n+1 előre megadott számú ko, ..., együtthatóját az n

Y(t) = k_Qx(t) + Σ k_ix¹(t) i=l modell szerint úgy, hogy egy adott x(t) bemenőjel esetén az erősítő áramkör modell szerinti kimenőjele lényegében megegyezzen a tényleges y(t) kimenőjellel. Az előtorzító szűrő már digitáli san működik, ami azt jelenti, hogy az s(t) bemenő jelet, ha az nem digitális alakban áll rendelkezésre, digitalizáljuk, és a digitalizált s(j) bemenöjelböl egy c(j) kompenzáló jelet képezünk c(j + l)

-[k₂s²(j)+k3s³ ( j)+kQ(N+1) (s(j)-s(j-l)}/2π] k2+2k₂s(j)+3k₃s²(j)

-[k₂c²(j)+k3c³ ( j)+kQ(N+1) [c ( j)-c(j-l) }/2π] ^ + 2^ s(j)+3k₃s²(j) összefüggés alapján. Ezt a kompenzáló jelet az s(t) bemenöjelhez adjuk. Az eredő x(t) jelet analóg (vagy digitális) formában a nemlineáris torzítással rendelkező erősítőre vezetjük.

A digitális megoldás előnyei az analóg változattal szemben ismertek és itt is jelentkeznek (nincsen drifprobléma, egyszerű és rugalmas alkalmazhatóság a programozhatóság következtébe,

stb.).

A k_Q/ k^, k₂, k_R együtthatók meghatározását végezhetjük speciális tesztjelekkel időről időre vagy folyamatosan az átfutó hangjel felhasználásával. Egyértelmű, hogy az együtthatók meghatározása központi jelentőségű, mivel végsősoron az erősítés linearitása attól függ, hogy milyen pontosan határoztuk meg az előtorzításhoz felhasznált együtthatókat.

A találmány egyik előnyös változatánál az előre megadott n+1 számú ko, ..., k_n együtthatót

a) egy azonosító processzorban a nemlineáris erősítő áramkör közvetlen x(t) bemenő jeléből az erősítő modelljének megfelelően egy n

u(t) = k„x(t) + Σ k^x¹ (t) i=l becsült jelet állítunk elő,

b) az erősítő u(t) becsült jelének és a tényleges y(t) kimenőjelének különbségéből egy e (t) hiba jelet képezünk,

c) az előtorzított x(t) jelből és az e (t) hiba jelből meghatározzuk az együtthatókat k_Q, ..., k_n a következő összefüggés szerint

T/3₀

T e (t) { x(t)dt} dt

Γτ

--- e(t)x^x(t)dt

T/3 Jo

Digitális alkalmazás esetén egy azonosító processzorban a nemlineáris erősítő áramkör közvetlen bemenő jeléből x(t) és a tényleges kimenőjeléből y(t) a

k = G ¹r

T összefüggés szerint határozzuk meg a k = [k_Q, k ] együtthatókat. Ezen értékek meghatározása a későbbiekben részletesen ki lesz fejtve. Annyi mindenesetre kézenfekvő, hogy ez a megoldás különösen a digitális előtorzításnál alkalmazható.

Az azonosítás egy másik lehetséges változat szerint úgy történik, hogy

a) az előtrozító szűrő által előállított x(t) előtorzított jelet és a nemlineáris erősítő kimenőjelét y(t) gyors Fouriertranszformációnak vetjük alá és

b) egy azonosító processzorban a Fourier-transzformált jelekből a

T összefüggés szerint határozzuk meg a k = [kg, ..., k ] együtthatókat. A változókat a későbbiek során ismertetjük részletesebben.

A c(j) kompenzáló jelet jó konvergenciával (stabilitással) meghatározhatjuk a digitalizált s(j) bemenőjelből a

a = exp { } < 1 • 4

Mivel a rádió adástechnikában a hangjelek feldolgozásánál nagyok a sebességi követelmények, lényeges találmány szerinti értékek számítási sebessége is. Előnyös módon az r(j), k(j) vektorok és G(j) mátrixok elemeit az r(j + l) = r(j) + 5r(j+l),

G(j + 1) = G(j) + 5G(j + l), k (j + 1) = k(j) + 5k(j + 1).

összefüggés szerint összegezzük.

Az adási gyakorlat szempontjából jó kompenzáció adódik, ha az előtorzító szűrövei n+1 = 4 együtthatót k_g, ..., állítunk elő. Ezzel egy elfogadható ráfordítás mellett még jó linearitás biztosítható az erősítőnél.

Különösen előnyős, ha a k_Q, ..., k_n együtthatókat előre meghatározott időintervallumonként az erősítő üzeme során ismételten meghatározzuk. Ezáltal lehetőség nyílik egy alkalmazkodó torzítás létrehozására, és így a teljesítményerősítő változó torzítását is kompenzálhatjuk.

A találmány szerinti eljárás megvalósítására egy olyan kapcsolási elrendezést javasolunk erősítők, különösen hangfrekvenciás teljesítményerősítők nemlineáris torzításának kompenzálására, amely tartalmaz egy nagyteljesítményű kimenőjelet előállító, nemlineáris torzítással rendelkező erősítőt, és amelyre az jellemző, hogy

a) el van látva olyan eszközökkel, amelyekkel meghatározzuk az erősítő áramkör n+1 előre megadott számú ko, ..., k_n • · ·

-8együtthatóját az n

y (t) = k_ox(t) + Σ k.x¹ (t) i=l modell szerint úgy, hogy egy adott x(t) bemenőjel esetén az erősítő áramkör modell szerinti kimenőjele lényegében megegyezzen a tényleges y(t) kimenőjellel,

b) az erősítő áramkör bemenetére egy előtorzítő szűrő van kötve, amelyben a s(t) bemenőjelböl és egy az előtorzítő szűrő kimenetéről visszavezetett, x(t) előtorzított jelből n

x(t) = — (k₁s(t) - Σ k x/t)} k_Q i=l összegjelet képezünk,

c) ezt az összegjelet egy integrátorral x(t) előtorzított jellé integráljuk, és

d) az x(t) előtorzított jelet a nemlineáris torzítással rendelkező erősítőre vezetjük.

A találmány szerinti kapcsolási elrendezéssel a felhasználó tehát lineáris jellegű nagyteljesítményű erősítőt kap kézhez. Az előnyösen digitális előtorzító szűrő ugyanis minden további nélkül elhelyezhető a teljesítményerősítő dobozában.

Az egymással összefüggő allgénypontok különböző kombinációiból további előnyös kiviteli változatok adódnak.

A találmányt a továbbiakban a mellékelt rajzon példaképpen bemutatott kiviteli alakok alapján ismertetjük részletesebben, ahol az

1. ábra egy nemlineáris erősítő linearizálására szolgáló előtorzítő szűrő blokkvázlata, a

2. ábra a kg, k_n együtthatók meghatározását szolgáló azonosító processzor blokkvázlata, a » «

3. ábra a digitális azonosítást végző elrendezés blokkvázlata és a

4. ábra a gyors Fourier transzformációt alkalmazó azonosítást megvalósító elrendezés blokkvázlata.

A rajzokban alkalmazott jelölések és azok jelentése a jelölésjegyzékben van összefoglaló módon felsorolva. A rajzokon az azonos elemeket alapvetően azonos jelöléssel láttuk el.

Az 1. ábrán egy nemlineáris erősítő linearizálására szolgáló 1 előtorzító szűrőt látunk. Az s(t) bemeneti jelet, például egy hangfrekvenciás jelet kell egy (I) Y (t) = k₁s (t) lineáris kimenőjellé erősíteni. Az adott 2 erősítő áramkör, például egy nagyteljesítményű erősítő, nemlineáris jelleggörbével rendelkezik. Jellemző módon egy jellegzetes jelátfutási idővel és nemlineáris amplitudóerősitéssel rendelkezik. Ennek következtében intermoduláció lépne fel, ha az s(t) bemeneti jelet közvetlenül, bármilyen korrekció nélkül erősítenénk.

A találmány szerint ezért az s(t) bemeneti jelet először is egy 1 előtorzító szűrőre vezetjük, amely elvégzi a szükséges előtorzitást. Az x(t) előtorzított jelet azután a 2 erősítő áramkörrel hozzuk a kívánt teljesítményszintre. Az előtorzítás paramétereit egy 3 azonosító processzorral nyerjük a 2 erősítő áramkör bemeneti és kimeneti jeléből.

Az előtorzítás módja a találmány legfontosabb jellemzője. A következőkben a matematikai háttér figyelembevételével ismertetjük részletesebben.

A 2 erősítő áramkör matematikai modellje, amely a találmányt megalapozza a következő:

-10······ · · · • · · · · · · • ··· ···· ···· ·· ···· · · ·· n d (II) y(t) = k_Qx(t) + Σ k_±x¹ (t) , x(t) = — x(t) i=l dt (III) x (t) = C (t) + s (t)

Az s(t) bemeneti jelhez tehát hozzáadunk egy c(t) kompenzáló jelet. Az így előállított x(t) előtorzított jelet egy előre meghatározott n+1 számú k_Q, k_R együtthatónak megfelelően y(t) kimenőjellé erősítjük. (A szokásos módon az idő szerinti differenciálást jelenti.)

A k_Q együtthatóval a 2 erősítő áramkör késleltetését (dilay time) azonosítjuk. A A (i=0...n) együtthatók egyébként a teljesítményerősítő lassan változó paraméterei, amelyeket időnként vagy folyamatosan határozunk meg.

A k^ együtthatókat a találmány szerint úgy kell meghatározni, hogy a 2 erősítő áramkör adott x(t) bemenőjele esetén a modell szerint meghatározott kimenőjel a 2 erősítő áramkör tényleges y(t) kimenőjelével lényegében megegyezzen. Az esetleges eltérések optimális esetben csupán a modell elégtelenségéből fakadhatnak.

A k_i együtthatók meghatározását a jelen kiviteli példa esetében a 3 azonosító processzor végzi. Ehhez a 2 erősítő áramkör bemenetén lévő x(t) előtorzított jelet és az y(t) kimenőjelet használja fel. An n+1 számú (i=0...n) együtthatót az 1 előtorzító szűrőre vezeti.

Az 1 előtorzító szűrő azon az elven működik, hogy az e(t) hibajelet az (IV) e (t) - y (t) - k₁s (t) ··*·«· · · · • 4 · · ··· ···· ·· ···· ·· ·· összefüggés alapján nullára csökkentse. Ebben az esetben ugyanis a kimenőjel pontosan megegyezik a bemenőjel lineárisan erősített jelével.

Erre a célra az s (t) bemenőjelből és az 1 előtorzító szűrő kimenetéről visszavezetett, x(t) elötorzított jelből egy . 1 n (V) x(t) = - {k s(t) - Σ k x¹ } , x(0) = s(0) k_Q i = l összegjelet képezünk. Ezt az összegjelet azután egy 4 integrátorban a kívánt x(t) elötorzított jellé integráljuk.

Az 1. ábra egy lehetséges elrendezést mutat az előtorzítás végrehajtására. Ennél az s (t) bemeneti jel k^/kg együtthatóval súlyozva egy 5 összegzőre kerül. Az x(t) előtorzított jelből például n-1 darab 6.1, ..., 6.n-l szorzóval xi (t) (i= 2...n) hatványokat képezünk, amelyeket a k^/kg együtthatóval súlyozva szintén az 5 összegzőre vezetünk. Az utóbbi képezi a kívánt összegjelet.

A kapcsolási elrendezés egyes elemei ismertek. Szakember számára minden további nélkül megoldható, hogy a találmány szerinti előtorzítást (a (II) + (IV) képletek szerint) megvalósító áramköri elrendezést hozzon létre. Ezért a találmány nem korlátozódik a bemutatott kiviteli példa szerinti kapcsolási elrendezésre .

A c(t) kompenzáló jelet előnyösen digitális úton is meghatározhatjuk. Erre a célra az s(t) bemeneti jelnek digitalizált formában, azaz s(j) (j=0, 1,..., n) értéksorozatként kell rendelkezésre állni. A találmány szerint a c(j) értékeket a • · « ·

-12• ·♦ ·

-[k s²(j)+k s³(j)+k (N+1) (S(i)-S(i-I) }/2tt] (VI) C ( j +1) = -----±------------³------------------------------------------------ k₁ + 2k₂s ( j)+3k₃s^z ( j)

-[k₂c² ( j)+k3c³(j)+kQ(N+1) (c(j)-c(j-1)}/2tt] k₁+2k₂s(j)+3k₃s²(j) rekurzív képletből nyerjük.

N jelöli a mintavételezett jelek (samples) számát számítási ciklusonént (j —> j+1).

Ez a c(t) kompenzáló jel (analóg vagy digitális szinten) hozzáadódik a bemenőjelhez a (III) képlet szerint. Az előálló x(t) előtorzított jelet azután rávezetjük a nemlineáris torzítással rendelkező erősítőre.

A megfelelő konvergenciájú (stabilitású) c(j) kompenzáló jelet a (VII) c(j + l) = a [ c(j) - {s (3 + 1)- k- 2π

- s (h) } - ------- (c(j)+s(j)}^z k_Q N k„ 2π

- ----- (c(j)+s(j) }³ ] k₀ N összefüggés alapján határozzuk meg, ahol

k. 2π (VIII) a = exp { - ------- } < 1 k_Q N

A stabilitást az alapozza meg, hogy a < 1.

A k^ (i=0...n) együtthatókat elvileg elég lenne csak egyszer, például az erősítő üzembehelyezésekor meghatározni, és azután konstansként felhasználni az előtorzításhoz. Előnyös ·· Λ9 ··* 99 9 9·· • 9 9 · « 9 9 9· • · · · 9 9« * ··· »··· ·»>· ·♦ ··♦» ·* *·

-13azonban, ha az erősítő jelleggörbéjét ismételten meghatározzuk, miáltal a változó nemlineáris torzításhoz is alkalmazkodó kompenzálást nyerünk. Különösen erre az esetre nyújt a találmány egy megfelelő azonosítási eljárást.

Az azonosítás elét a 2. ábra alapján ismertetjük. Az eljárás rekurzív jellegű, elindításához meg kell adni a k^ (i=0...n) együtthatók kezeti értékét. Ezeket az értékeket nem szükséges pontosan meghatározni, ugyanis elfogadható értékadás (pl. Ik^( » |k_±|, i / 1, azaz i = 0, 2, 3, ..., n) esetén néhány ciklus után a keresett értékekre konvergálnak.

Az azonosító eljárás előző ciklusában meghatározott (vagy a kezdetileg megadott) (i=0...n) együtthatói alapján az erősítő áramkör modelljének megfelelő n

(IX) u(t) = k_nx(t) + Σ k₁x¹(t)

1=1 becsült értéket határozunk meg. x(t) itt is az erősítő áramkör közvetlen bemenőjelét jelenti, ahol az azonosítás szempontjából közömbös, hogy az x(t) jel előtorzitott vagy nem. Az alkalmazkodó kompenzálásnál ez teljesül, az előtorzító szűrő indításakor viszont általában nem.

Az u(t) becsült jel és a 2 erősítő áramkör y(t) kimenőjelének különbéségéből e(t) hibajelet képezünk, ahol (X) e (t) = y (t) - u (t)

A k.^ (i=0...n) együtthatókat a közvetlen x(t) bemenő jelből és az e(t) hiba jelből határozzuk meg a következő összefüggés alapján:

(XI) ^k°⁼ Γ e (t) { x(t)dt) dt (Xii) e (t) x¹ (t) dt , i = 1. .

képletben a föléhúzás szokásos módon az időbeli átlagolást jelenti.

Az ilymődon meghatározott k^ (i=0...n) együtthatókat a következő számolási ciklusban a (IX) képlet kiértékeléséhez használjuk fel, de az 1 előtorzító szűrőre is rávezethetők. Az adaptív kompenzációnál biztosan ezt alkalmazzuk. A (i=0...n) együtthatóknak csupán időnkénti meghatározása esetén például meg kell váni, amíg az azonosító eljárás konvergálása be nem fejeződött .

A 2. ábra n+1 = 4 együttható meghatározására alkalmas elrendezést mutat. Az ábrázolás ugyan inkább az analóg technikához alkalmazkodik, mégis ugyanúgy érvényes a digitális megvalósítás esetén is.

Az u(t) becsült jelet 6 modellszámító egység határozza meg a (IX) képlet alapján. Ezt követően egy 7 különbségképzővel a (X) képlet szerint e (t) hibajelet képezünk a (X) képlet szerint és azt 12.2 szűrővel szűrjük.

Minden k_i (i=0...n) együtthatónak van egy külön jelútja, amely tartalmaz egymással sorbakapcsolva egy-egy 9.1, ..., 9.4 szozót, egy-egy első 10.1, ..., 10.4 integrátor, és egy-egy l//3j_ (1=0...3) tényezővel súlyozott második 11.1, ..., 11.4 integrátort. A k_Q tényező számítására kialakított jelútba egy további 8 integrátor is be van iktatva. Az integrátorok lényegében egy idő szerinti átlagértéket képeznek. Az integrálási időt minden eset-15• · · - · · · ···· ·· ···· ·· ·· ben úgy kell megválasztani, hogy nagyobb legyen mint a hangfrekvenciás jelben lévő legkisebb frekvenciájú jel periódusideje (Tfmin » 1: audiojeleknél pl. jellemzően fmin = 50 Hz —> T 0.1 s) .

Az x(t) jelet a 12.1 szűrövei szűrjük és minden jelúthoz elvezetjük. A kg együttható meghatározásához a 9.1 szorzó képezi az e(t) hibajel és x(t) előtorzított jel időbeli átlagának szorzatát. A többi (i=1...3) együtthatóhoz a 9.2, ..., 9.4 szorzók képezik az xi(t)e(t) (i=1...3) szorzatot. Ezeket a szorzatokat a következő 10.1 és 11.1 - 10.4 és 11.4 integrátorok átlagolják. Az 1/β_i súlyozó értékeket előnyösen a

(xiii)	^oko	1 T	'T e(t) { 0	x(t)dt}	dt = e (t) {	x(t)dt}
	/3lki	1	’T	x1
(xiv)	= —	e (t)	(t) dt =	e (t) x1(t)	, i = 1.	. 3
	T	0

összefüggések alapján határozzuk meg. Amennyiben az 1//3^ súlyozó értékeket nem a megadott módon határozzuk meg, az azonosítás ugyan továbbra is konvergál, de nem optimális gyorsasággal.

A 12.1 és 12.2 szűrők csak egy keskeny frekvenciasávot engednek át (egy frekvencia kiszűrése).

A 3. ábra a 3 azonosító processzor egy lehetséges változatának elvi kapcsolási vázlata, amely a találmány digitális megvalósításának felel meg. A működés alapjául szolgáló eljárás a következő:

Az y(t) kimenőjelből szorzók és integrátorok segítségével meghatározzuk egy (n+1)(n+l)-es mátrix 2n-l különböző együtthatóját .

• · ·

-16(XV) G = [G_ik] , i,k = 1...n+1 (XVI) G_ik = g₁₊k-l ⁼ - _o*^1+k(t)dt, i,k = Ι...η+l

Ehhez a közvetlen x(t) bemenőjelből és a 2 erősítő áramkör y(t) kimenőjeléből egy (n-1)-dimenziós r vektort határozunk meg (a felső indexben lévő T transzponáltat jelent).

(XVII) r = [r_x, r₂.....r_n+1]^T (XVIII) ri

T x¹(t) y(t)dt} dt,

l...n+Ι

A k^ (i=0...n) együtthatókat a következő egyenlet alapján hatá rozzuk meg.

(XIX) k = G ¹r (XX) k = [k_Q/ k_lz . . ., k_n]

Mivel az audiojelek feldolgozásánál a rádió adástechnikában nagy számítási sebességet követelnek, a találmány szerinti értékek hatékony meghatározásának is komoly jelentősége van. Az r(j) és k(j) vektorok és a G(j) mátrix komponenseit célszerűen a következő sémának megfelelően összegezzük.

(XXI) (XXII) z(j + l) = z(j) + 5r(j + l) ,

G( j + 1) = G(j) + 5G(j + l) , (XXIII) k(j + l) = k (j) + 5k(j + l)

Ennek a három vektornak a komponenseit tehát az egyes számítási ciklusok között eltároljuk. A j index itt az azonosítási eljárás számítási ciklusát jelöljük.

(XXIV)

. . .n+1

A többi értéket analóg módon számítjuk.

A k(j) együtthatóvektor számítását jó közelítéssel a következő egyenletek alapján végezzük:

(XXV) k(j + l) = G ¹ (j) [5r(j+l) - δβ ( j +1) k ( j ) ] vagy (XXVI) kjj + l) = + 5k(j + l) , i > 1

Az azonosító eljárás egy másik megvalósítását a következőkben ismertetjük. A különbség lényege abban áll, hogy a k^ (i=0...n) együtthatók maghatározása a Fourier térben történik.

Ennek az eljárásnak az elve nem a rekurzión alapul.

A 4. ábra n+l = 4 darab (1=0...3) együttható számítási példáját mutatja be. Először a közvetlen x(t) bemeneti jelet (és i

annak c. (t) hatványait) valamint az erősítő áramkör y(t) kimenőjelét egy gyors Fourier transzformációnak (röviden FFT) vetjük alá.

(XXVII)

Ν

Σ m=-N ν pjmwt ^Xm^e (XXVIII)

Ν • Σ .

m=-N

A e>^wt , m (XXIX)

Ν

Σ Β e^^mwt m=-N ^m (XXX) ^Am

Ν

Σ ϊ=-Ν m^Xm-i (XXXI)

B_m m

N

Σ A„X . __T m m- i i=-N

N (XXXII) T[y(t)] = Σ Y_me^3mwt , ahol m=-N w - az FFT alapfrekvenciája

N - az FFT frekvenciáinak száma j - komplex egység (ejm = -1)

T[*J azt az FFT sorozatot jelképezi, amely legfeljebb Nw frekvenciából áll. T[x (t)J-nél például az össze Nw-nél nagyobb frekvenciát elhagyjuk. Figyelembe kell venni, hogy X_m, A_m, B_m és Y_m általában komplex értékű együtthatókat jelent.

Az FFT alkalmazása a (II) egyenletre - ahol n = 3 értéket vesz fel - és az együtthatók összehasonlítása a következő egyenlethez vezet:

(XXXIII) Y_m = (-jmwX )k_n + Xk. + A k_o + B k_Q, m = 0...N ' ' m ' ^J m'O ml m2 m 3

A találmány szerint ezt az egyenletet kiértékeljük. Annak érdekében, hogy a megoldást egyszerű alakra hozzuk, vektorjelöl-19éseket alkalmazunk. Ehhez (XXXIV) (XXXV) (XXXVI) (XXXVII) ^Y2m (XXXVIII) ^Ym (XXXIX)

Xm (XL) ^Am (XLI) ^Bm

Az Y_1m, lm ^Y2m' (XLII) (XLIII) ^M1 • · » · • · · · • · · • ·· · ·· • · · · · • · • * • · · · a következő egységeket vezetjük ^mwX2m^k0 ⁺

X-, k. + A. + lm 1 lm 2 ^Blm^k3' ^m = °·· ^B2m^k3' ^m °·· .N .N lm

Xm, lm ^Alm ^Blm

Xi z Xn z lm' 2m' ^^Y2m ^^X2m

3^A2m ^^B2m ^Alm' ^_wX21 ^wXNl m = 0 . . .N m = 0 . . .N ^A2m' ^Blm ^X10 ^A10 . .N . .N és B₂ ^B10 értékek (ahol ^X11 ^A11 ^B11 ^X1N ^A1N ^B1N • · ·· ·· *· · · · · • ·· · · · · · • · · · ♦ · ···· ·· ···· · · · · (XLIV) M₂ =

-20-
0	X20	A20	B20
-wX^ i	X21	A21	B21

-wX

IN ^X2N ^A2N ^B2N a találány szerinti megoldást a következő egyszerű alakra lehet hozni:

(XLV) k = (M^TM)^_1M^TY (XLVI) k = [k_Q, k_x, k₂, k₃]^T

Az azonosító eljárás tehát a következő lépésekből áll:

1. Az FFT segítségével meghatározzuk az Y_1m, Y₉_, X_1mz X_Om, ^Aim, j. in ít ni i in z m j. m

és B_2m együtthatókat (m = 0....N)

T — 1

Ezekből az együtthatókból az M, illetve (Μ M) mátrixot képezzük.

3. A (XLV) egyenlet alapján kiszámítjuk a k^, i=0...3 együtthatókat .

Noha az említett példa n+l=4 együttható kiszámítására vonat kozik, a szakember számára egyértelmű, hogy ugyanilyen módon a többi n együttható is meghatározható. n+l=5 esetén például további Cm együtthatókat kellene képezni a (XLVII)

képlet alapján. Ennek megfelelően nő az M mátrix mérete is.

-21Végül megállapíthatjuk, hogy a találmány szerinti eljárás lehetővé teszi a nemlineáris jelleggörbék linearilzálását, amint arra például a híradástechnikában alkalmazott nagyteljesítményű erősítőknél is szükséges.

Claims (10)

1. SZABADALMI IGÉNYPONTOK

   1. Eljárás erősítők nemlineáris torzításának kompenzálására, melynek során egy s(t) bemeneti jelet egy nemlineáris torzítással rendelkező erősítő alkalmazásával y(t) kimenő hangjelet állítanak elő, azzal jellemezve, hogy

   a) meghatározzuk az erősítő áramkör n+1 előre megadott számú ^k0' ^kn ^e<Jyútthatóját az y(t) = k x(t) » Σ k x^x(t)

   1 = 1 modell szerint úgy, hogy egy adott bemenőjel x(t) esetén az erősítő áramkör modell szerinti kimenőjele lényegében megegyezzen a tényleges kimenőjellel y(t),

   b) egy előtorzítő szűrőben (1) a bemenőjelből s(t) és egy az előtorzító szűrő kimenetéről visszavezetett, előtorzított jelből x(t)

   1 n x(t) = — (k..s(t) - Σ k.x¹(t) , x(0) = s (0) ^k0 ⁱ⁼¹ összegjelet képezünk,

   c) ezt az összegjelet egy integrátorral (4) előtorzított jellé x(t) integráljuk, és

   d) az előtorzított jelet x(t) a nemlineáris torzítással rendelkező erősítőre vezetjük.
2. 2. Eljárás erősítők nemlineáris torzításának kompenzálására, melynek során egy s(t) bemeneti jelet egy nemlineáris torzítással rendelkező erősítő alkalmazásával y(t) kimenő hangjelet állítanak elő, azzal jellemezve, hogy * <

   a) meghatározzuk az erősítő áramkör n+1 előre megadott számú k_Q, k_n együtthatóját az n

   Y (t) = k_Qx (t) + Σ k_ix¹ (t) i=l modell szerint úgy, hogy egy adott bemenőjel x(t) esetén az erősítő áramkör modell szerinti kimenőjele lényegében megegyezzen a tényleges kimenőjellel y(t),

   b) egy előtorzító szűrőben a digitalizált bemenőjelből s(j) egy kompenzáló jelet c(j) képezünk a

   -[k₂s²(j)+k3s³(j)+kQ(N+1)(s(j)-s(j-l)}/2π] _C(j + 1) = --------------------------------k₁+2k₂s(j)+3k₃s^z(j)

   -[k₂c²(j)+k3c³(j)+kQ(N+1){c(j)-c(j-1)}/2π] k₁+2k₂s(j)+3k₃s²(j) képlet alapján,

   c) ezt a kompenzáló jelet a bemenőjelhez adjuk, és

   d) az eredő jelet x(t) a nemlineáris torzítással rendelkező erősítőre vezetjük.
3. 3. Az 1. vagy 2. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy az előre megadott számú n+1 együtthatót ko, .... k_n

   a) egy azonosító processzorban a nemlineáris erősítő áramkör közvetlen bemenő jeléből x(t) az erősítő modelljének megfelelően egy u(t) = k_Qx(t) + Σ k.x³(t) í=l becsült jelet állítunk elő,

   b) az erősítő becsült jelének u(t) és a tényleges kimenőjelének y(t) különbségéből egy hiba jelet e(t) képezünk,

   c) az említett bemenőjelből x(t) és a hiba jelből e(t) meghatároz- zuk az együtthatókat kg, k_n a következő összefüggés szerint
4. 4. Az 1. vagy 2. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy egy azonosító processzorban a nemlineáris erősítő áramkör közvetlen bemenő jeléből x(t) és a tényleges kimenőjeléből y(t) a k = G ¹r összefüggés szerint határozzuk meg a k = (k₀' k_n]T együtthatókat .
5. 5. Az 1. vagy 2. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy

   a) a nemlineáris erősítő közvetlen bemenőjelét x(t) és kimenőjelét y(t) gyors Fourier-transzformációnak vetjük alá és

   b) egy azonosító processzorban a Fourier-transzformált jelekből a k = (M^TM)^_1M^TY összefüggés szerint határozzuk meg a k = [kg, ..., k_n]T együtthatókat .
6. 6. A 2. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a kompenzáló jelet c(j) a »····* ♦ · * • · » » # · · • · ♦ · · · · ♦ ··»· »e ···· ·· ·*

   -25c(j + l) = a [ c(j) - {s ( j +1) — s ( j ) } (c ( j)+s (j) }² (c(j)+s(j)}³ ] meg, ahol

   2π a = exp { - -------- } < 1 k_Q N
7. 7. A 4. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy az r(j), k(j) vektorok és G(j) mátrixok elemeit az

   £ ( j + 1) = £(j) + 5r(j + l) , G( j + 1) = G(j) + SG ( j + 1) , k (j + 1) = k(j) + Sk ( j + 1) összefüggés szerint összegezzük
8. 8. Az 1. vagy 2. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy az előtorzító szűrővel n+1 = 4 együtthatót k_Q, . .., k₄ állítunk elő.
9. 9. Az 1. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy az együtthatókat k_Q, ..., k_n folyamatosan újra meghatározzuk, miáltal az erősítő változó torzítását is kompenzáljuk.
10. 10. Kapcsolási elrendezés erősítők, különösen hangfrekvenciás teljesítményerősítők nemlineáris torzításának kompenzálására, amely tartalmaz egy nagyteljesítményű kimenőjelet előállító, nemlineáris torzítással rendelkező erősítőt, azzal jellemezve, hogy

    a) el van látva olyan eszközökkel, amelyekkel meghatározzuk az erősítő áramkör n+1 előre megadott számú k_Q, együtthatóját az n

    Y (t) = k_Qx (t) + Σ k x¹ (t) i=l modell szerint úgy, hogy egy adott bemenőjel x(t) esetén az erősítő áramkör modell szerinti kimenőjele lényegében megegyezzen a tényleges kimenőjellel y(t),

    b) egy előtorzítö szűrőben (1) a bemenőjelből s(t) és egy az előtorzító szűrő kimenetéről visszavezetett, elötorzított jelből

    1 n x(t) = — k.s(t) - Σ k.x¹(t) , x(0) = s(0) k_Q i = l összegjelet képezünk,

    c) ezt az összegjelet egy integrátorral (4) előtorzított jellé x(t) integráljuk, és

    d) az előtorzított jelet x(t) a nemlineáris torzítással rendelkező erősítőre vezetjük.