RU2731128C1 - Способ совместной цифровой линеризации усилителя мощности и квадратурного модулятора - Google Patents
Способ совместной цифровой линеризации усилителя мощности и квадратурного модулятора Download PDFInfo
- Publication number
- RU2731128C1 RU2731128C1 RU2020107246A RU2020107246A RU2731128C1 RU 2731128 C1 RU2731128 C1 RU 2731128C1 RU 2020107246 A RU2020107246 A RU 2020107246A RU 2020107246 A RU2020107246 A RU 2020107246A RU 2731128 C1 RU2731128 C1 RU 2731128C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- power amplifier
- predistortion
- signal
- block
- digital
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03F—AMPLIFIERS
- H03F1/00—Details of amplifiers with only discharge tubes, only semiconductor devices or only unspecified devices as amplifying elements
- H03F1/32—Modifications of amplifiers to reduce non-linear distortion
- H03F1/3241—Modifications of amplifiers to reduce non-linear distortion using predistortion circuits
- H03F1/3247—Modifications of amplifiers to reduce non-linear distortion using predistortion circuits using feedback acting on predistortion circuits
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03F—AMPLIFIERS
- H03F1/00—Details of amplifiers with only discharge tubes, only semiconductor devices or only unspecified devices as amplifying elements
- H03F1/32—Modifications of amplifiers to reduce non-linear distortion
- H03F1/3241—Modifications of amplifiers to reduce non-linear distortion using predistortion circuits
- H03F1/3294—Acting on the real and imaginary components of the input signal
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04B—TRANSMISSION
- H04B1/00—Details of transmission systems, not covered by a single one of groups H04B3/00 - H04B13/00; Details of transmission systems not characterised by the medium used for transmission
- H04B1/62—Details of transmission systems, not covered by a single one of groups H04B3/00 - H04B13/00; Details of transmission systems not characterised by the medium used for transmission for providing a predistortion of the signal in the transmitter and corresponding correction in the receiver, e.g. for improving the signal/noise ratio
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04B—TRANSMISSION
- H04B7/00—Radio transmission systems, i.e. using radiation field
- H04B7/005—Control of transmission; Equalising
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04B—TRANSMISSION
- H04B7/00—Radio transmission systems, i.e. using radiation field
- H04B7/24—Radio transmission systems, i.e. using radiation field for communication between two or more posts
- H04B7/26—Radio transmission systems, i.e. using radiation field for communication between two or more posts at least one of which is mobile
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
- H04L27/00—Modulated-carrier systems
- H04L27/32—Carrier systems characterised by combinations of two or more of the types covered by groups H04L27/02, H04L27/10, H04L27/18 or H04L27/26
- H04L27/34—Amplitude- and phase-modulated carrier systems, e.g. quadrature-amplitude modulated carrier systems
- H04L27/36—Modulator circuits; Transmitter circuits
- H04L27/362—Modulation using more than one carrier, e.g. with quadrature carriers, separately amplitude modulated
- H04L27/364—Arrangements for overcoming imperfections in the modulator, e.g. quadrature error or unbalanced I and Q levels
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- Signal Processing (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Nonlinear Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Amplifiers (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области обработки сигналов в средствах связи, в частности, к цифровым методам повышения линейности аналогового передающего тракта. Технический результат - повышение качества работы двухблочной цифровой системы линеаризации аналогового радиотракта с квадратурным модулятором и усилителем мощности. При осуществлении способа на втором этапе ввода предыскажений производится линейно-динамическое преобразование сигнала, направленное на выравнивание квадратурного дисбаланса преобразовательного тракта. 3 ил., 2 табл.
Description
Изобретение относится к системам обработки сигналов, в частности, к устройствам и методам повышения линейности аналогового передающего тракта и может быть использовано в системах беспроводной связи СВЧ диапазона.
Одной из наиболее актуальных проблем развития систем связи является решение задачи нивелирования сигнальных искажений, возникающих в аналоговой части канала передачи данных. Источниками сигнальных искажений выступают в первую очередь усилитель мощности, который проявляет нелинейные инерционные свойства, и аналоговый квадратурный модулятор, вносящий частотно-зависимый дисбаланс квадратур в излучаемый сигнал.
В настоящее время достаточно широкое распространение получили цифровые способы повышения линейности аналогового радиотракта, реализованные в виде системы, состоящей из корректора и контроллера адаптивного обновления параметров предыскажений. При этом корректор осуществляет ввод нелинейно-динамических предыскажений, обратных по своим характеристикам к характеристикам радиотракта, а контроллер адаптивно регулирует изменяющиеся канальные характеристики.
Известен способ линеаризации аналогового радиотракта, предложенный в [1], где применяется цифровое выравнивание квадратурного дисбаланса. Линейность выходной характеристики тракта достигается путем ввода в сигнал цифровых предыскажений, рассчитанных с помощью обратной модели квадратурного модулятора. Недостатком такого способа является то, что используемая модель не подразумевает нелинейных искажений усилителя мощности. Следовательно, реализация данного способа расчета параметров предыскажений в системах, где усилитель мощности является источником значительных нелинейных искажений сигнала, снижает точность модельного описания линеаризуемой системы, что влечет за собой ухудшение качества цифровой коррекции.
Известен способ линеаризации аналогового радиотракта, предложенный в [2], где учитывается совместное влияние усилителя мощности и квадратурного модулятора. Такой способ позволяет построить качественный цифровой корректор, учитывающий одновременно как нелинейность усилителя мощности, так и квадратурный дисбаланс модулятора. Недостатком данного способа является то, что использование одноблочной структуры корректора, обобщающей свойства радиотракта, приводит к увеличению количества параметров предыскажений, что сказывается на вычислительной нагрузке алгоритма оптимизации коэффициентов корректора и на устойчивости процесса многопараметрической оптимизации.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому способу является способ цифровой линеаризации аналогового радиотракта, предложенный в [3], где для оптимизации вычислительного ресурса используется двухблочная структура цифрового корректора. Данный способ обеспечивает параллельный синтез амплитудных и фазовых характеристик корректора усилителя мощности и корректора преобразовательного тракта. При этом способ обеспечивает снижение совокупного числа параметров алгоритма оптимизации двухблочного корректора в сравнении с одноблочными аналогами.
Недостатком такого способа является то, что используемая в прототипе модель, рассматривая преобразовательный тракт лишь как источник динамической задержки сигнала, не учитывает рассогласование сигнальных квадратур в аналоговом модуляторе, входящем в состав преобразовательного тракта. В процессе аналоговой модуляции рассогласования фазы и коэффициента усиления квадратурных сигналов сказываются на подавлении зеркального канала. Это обусловлено, во-первых, погрешностью фазы и коэффициента усиления модулирующего сигнала на входе квадратурного модулятора, и во-вторых, погрешностью фазы и коэффициента усиления сигнала гетеродина. Квадратурный дисбаланс ощутимо проявляется в системах с использованием широкополосных многопозиционных сигналов на высокой частоте несущей. Таким образом, с ростом рабочей частоты системы эффективность линеаризации прототипа будет падать в силу искажений, вносимых рассогласованием в каналах квадратурного модулятора.
Задачей изобретения является улучшение характеристики передающего канала связи путем реализации способа совместной адаптивной цифровой линеаризации усилителя мощности и квадратурного модулятора.
Достигаемый технический результат заключается в увеличении качества работы цифровой системы линеаризации аналогового передающего радиотракта с квадратурным модулятором и усилителем мощности.
Технический результат достигается таким образом, что предлагаемый способ адаптивной линеаризации радиотракта, основанный на использовании метода ввода цифровых предыскажений, осуществляет дифференцированный ввод предыскажений с помощью двухблочной структуры цифрового корректора. На первом этапе производится нелинейно-динамическое преобразование входного сигнала, которое направлено на выравнивание переходных характеристик усилителя мощности. На втором этапе, согласно изобретению, производится линейно-динамическое преобразование сигнала, направленное на выравнивание квадратурного дисбаланса преобразовательного тракта.
На фиг.1 обозначены следующие основные узлы предлагаемой системы линеаризации:
1 - блока ввода нелинейных инерционных предыскажений;
2 - блока линейных инерционных предыскажений;
3 - ЦАП;
4 - преобразовательный тракт с повышением частоты;
5 - усилитель мощности;
6 - преобразовательный тракт с понижением частоты;
7 - аналого-цифровой преобразователь;
8 - блок алгоритма идентификации.
Заявленный способ реализуется следующим образом. Квадратуры передаваемого сигнала x(n) подают на вход блока ввода нелинейных инерционных предыскажений 1 двухблочного корректора, сигнал на выходе которого описывается полиномиальной моделью с памятью и имеет вид:
где a - параметры предыскажений, хранящиеся в памяти блока 1; P - степень нелинейности, M - величина задержки. Затем предыскаженный на первом этапе цифровой коррекции сигнал поступает на вход блока линейных инерционных предыскажений 2, выходной сигнал которого имеет вид:
где b - параметры предыскажений, хранящиеся в памяти блока 2; Q - величина задержки. Сигнал с последовательно введенными предыскажениями затем поступает в цифро-аналоговый преобразователь 3, после чего в преобразовательный тракт с повышением частоты 4. Преобразованный сигнал усиливают с использованием усилителя мощности 5. Таким образом, первый блок двухблочного корректора (блок 1) отвечает за выравнивание нелинейно-динамических искажений, проявляемых усилителем мощности 5, а второй блок двухблочного корректора (блок 2) отвечает за линеаризацию линейно-динамических искажений, вносимых квадратурным модулятором в составе преобразовательного тракта 4.
Нелинейно-динамическая характеристика аналогового радиотракта изменяется в соответствии с рабочими условиями и параметрами окружающей среды. Как и для устройства-прототипа, требуется, чтобы параметры первого и второго блоков цифрового корректора 1 и 2 адаптивно обновлялись. Часть сигналов, поступающих с выхода усилителя мощности 5, проходит назад на вход блока алгоритма идентификации 8 через преобразователь с понижением частоты 6 и АЦП 7. При этом другим входным сигналом блока 8 является сигнал на выходе блока 2. Таким образом, реализуется схема обратного обучения. Блок 8, используя сигнал обратной связи с выхода АЦП 7 и сигнал z(n) с выхода блока 2, осуществляет процесс многопараметрической оптимизации, в результате которого рассчитываются обновления параметров предыскажений блоков ввода предыскажений 1 и 2. При этом с первого выхода блока 8 обновленные параметры нелинейно-динамических предыскажений поступают на второй вход блока 1. Аналогично, со второго выхода блока 8 обновленные коэффициенты линейных инерционных предыскажений поступают на второй вход блока 2.
Для расчета параметров синтезированной модели корректора используется обратный метод обучения [4], подразумевающий построение обратной модели радиотракта. В основе большиства алгоритмов оптимизации лежит минимизация некоторой целевой функции J, которая определяется сигналом ошибки e, в данном случае принимающим вид:
Простейшим алгоритмом многопараметрической оптимизации выступает метод стохастического градиента [5], который оперирует целевой функцией вида . Обновление параметров предыскажений на основе метода стохастического градиента для предлагаемого способа сводится к системе уравнений:
где - константы метода стохастического градиента. Таким образом, рассчитав необходимые производные, удается получить следующее итерационное правило расчета коэффициентов предыскажений:
Предлагаемый способ адаптивного расчета обновлений параметров предыскажений помимо нелинейности усилителя мощности и задержки преобразовательного тракта учитывает также влияние на передаваемый сигнал квадратурного дисбаланса внутри преобразовательного тракта. Стоит отметить, что предлагаемый способ позволяет осуществить более гибкий подход к реализации адаптивного обновления параметров предыскажений. В процессе работы аналоговые части радиотракта по-разному реагируют на изменение внешних и внутренних факторов системы, к которым можно отнести колебание температуры или смену рабочей частоты. Если, к примеру, с ростом температуры скорость изменения характеристики усилителя мощности оказывается существеннее скорости изменения свойств квадратурного модулятора, то предлагаемый способ построения корректора позволяет адаптивно подстраивать только коэффициенты блока ввода нелинейных инерционных предыскажений 1 при фиксированных параметрах блока ввода линейных инерционных предыскажений 2. Это приведет к снижению вычислительной нагрузки на решающее устройство, которое реализует алгоритм оптимизации параметров предыскажений.
В таблице 1 приведены результаты аппаратной реализации цифровых корректоров аналогового радиотракта с ярко выраженным квадратурным дисбалансом (10 градусов разности фаз и 1 дБ рассогласования), через который проходит сигнал с модуляцией QAM-16 и полосой 4 МГц. В качестве критериев оценки качества линеаризации использовались параметры EVM, характеризующий степень деформации сигнального созвездия, и ACPR, описывающий уровень внеполосного излучения в частотной области (причем под L3 и R3 понимают внеполосное излучение в соседних левом и правом каналах, а под L5 и R5 - внеполосное излучение в левом и правом дополнительных каналах).
Таблица 1
Тип корректора | EVM, % | ACPR, dB | |||
L3 | L5 | R3 | R5 | ||
Без корректора | 13 | -32.1 | -54.1 | -32.1 | -52.9 |
Прототип | 8.29 | -47.9 | -59.4 | -47.8 | -59 |
Предлагаемый | 1.04 | -52.5 | -61.9 | -52.5 | -61.5 |
В таблице 2 приведены результаты аппаратной реализации цифровых корректоров аналогового радиотракта без проявления квадратурного дисбаланса.
Таблица 2
Тип корректора | EVM, % | ACPR, dB | |||
L3 | L5 | R3 | R5 | ||
Без корректора | 9.1 | -37.3 | -55.3 | -38.5 | -56 |
Прототип | 0.73 | -52.5 | -61.9 | -52.6 | -61.8 |
Предлагаемый | 0.85 | -52.2 | -61.9 | -52 | -61.5 |
Из полученных результатов видно, что предлагаемый способ позволяет расширить область применения двухблочного цифрового корректора на системы с ярко выраженным квадратурным дисбалансом без потери качества линеаризации в системах не проявляющих рассогласование квадратур.
Пример линеаризации характеристик радиотракта, реализованный согласно предлагаемому устройству, представлен на фиг. 2 (амплитудная характеристика) и фиг. 3 (амплитудно-фазовая характеристика) до (1) и после цифровой коррекции с использованием прототипа (2) и предлагаемого способа (3).
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ
1. Cao H., Tehrani A., Fager C. et al. // IEEE Trans. 2009. V.57. № 3. P.513.
2. Tafuri F., Guaragnella C., Fiore M. // NORCHIP Proc. NY.: IEEE. 2012.
3. Патент РФ № 2676017; номер заявки - № 2017126829; дата публикации -25.12.2018; заявлен - 25.07.2017.
4. Eun C., Powers E.J. // IEEE Trans. 1997. V.45. № 1. P.223.
5. Джиган В.И. // Адаптивная фильтрация сигналов: теория и алгоритмы. М.: Техносфера, 2013.
Claims (1)
- Способ адаптивной линеаризации аналогового радиотракта, основанный на использовании метода ввода цифровых предыскажений, в качестве алгоритма оптимизации которого применяется метод стохастического градиента, осуществляющийся поэтапно с помощью двухблочной структуры цифрового корректора, при котором на первом этапе происходит нелинейно-динамическое преобразование входного сигнала, направленное на выравнивание характеристик усилителя мощности, отличающийся тем, что на втором этапе ввода предыскажений производится линейно-динамическое преобразование сигнала, направленное на выравнивание квадратурного дисбаланса преобразовательного тракта.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2020107246A RU2731128C1 (ru) | 2020-02-18 | 2020-02-18 | Способ совместной цифровой линеризации усилителя мощности и квадратурного модулятора |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2020107246A RU2731128C1 (ru) | 2020-02-18 | 2020-02-18 | Способ совместной цифровой линеризации усилителя мощности и квадратурного модулятора |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2731128C1 true RU2731128C1 (ru) | 2020-08-31 |
Family
ID=72421626
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2020107246A RU2731128C1 (ru) | 2020-02-18 | 2020-02-18 | Способ совместной цифровой линеризации усилителя мощности и квадратурного модулятора |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2731128C1 (ru) |
Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2172552C1 (ru) * | 1998-08-06 | 2001-08-20 | Самсунг Электроникс Ко., Лтд. | Устройство и способ линеаризации усилителя мощности в системе подвижной радиосвязи |
RU2264037C2 (ru) * | 2000-07-20 | 2005-11-10 | Хуавей Текнолоджиз Ко., Лтд. | Способ и устройство ввода адаптивных цифровых предыскажений для беспроводного передатчика |
WO2006091130A1 (en) * | 2005-02-24 | 2006-08-31 | Telefonaktiebolaget Lm Ericsson (Publ) | Iq-modulator pre-distortion |
RU2438241C2 (ru) * | 2010-07-21 | 2011-12-27 | Открытое акционерное общество "Российская корпорация ракетно-космического приборостроения и информационных систем" (ОАО "Российские космические системы") | Формирователь радиосигналов с цифровым линеаризатором |
RU125794U1 (ru) * | 2012-10-01 | 2013-03-10 | Открытое акционерное общество "Концерн "Созвездие" | Устройство ввода адаптивных цифровых предыскажений сигнала с псевдослучайной перестройкой рабочей частоты |
RU2510128C1 (ru) * | 2010-12-23 | 2014-03-20 | Хуавей Текнолоджиз Ко., Лтд. | Устройство обработки сигналов и способ обработки сигналов |
US20150061774A1 (en) * | 2013-05-09 | 2015-03-05 | King Fahd University Of Petroleum And Minerals | Digital predistortion system and method with extended correction bandwidth |
RU2676017C1 (ru) * | 2017-07-25 | 2018-12-25 | Акционерное общество "Концерн "Созвездие" | Устройство и способ адаптивной линеаризации аналогового радиотракта с помощью двухблочного цифрового корректора |
-
2020
- 2020-02-18 RU RU2020107246A patent/RU2731128C1/ru active
Patent Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2172552C1 (ru) * | 1998-08-06 | 2001-08-20 | Самсунг Электроникс Ко., Лтд. | Устройство и способ линеаризации усилителя мощности в системе подвижной радиосвязи |
RU2264037C2 (ru) * | 2000-07-20 | 2005-11-10 | Хуавей Текнолоджиз Ко., Лтд. | Способ и устройство ввода адаптивных цифровых предыскажений для беспроводного передатчика |
WO2006091130A1 (en) * | 2005-02-24 | 2006-08-31 | Telefonaktiebolaget Lm Ericsson (Publ) | Iq-modulator pre-distortion |
RU2438241C2 (ru) * | 2010-07-21 | 2011-12-27 | Открытое акционерное общество "Российская корпорация ракетно-космического приборостроения и информационных систем" (ОАО "Российские космические системы") | Формирователь радиосигналов с цифровым линеаризатором |
RU2510128C1 (ru) * | 2010-12-23 | 2014-03-20 | Хуавей Текнолоджиз Ко., Лтд. | Устройство обработки сигналов и способ обработки сигналов |
RU125794U1 (ru) * | 2012-10-01 | 2013-03-10 | Открытое акционерное общество "Концерн "Созвездие" | Устройство ввода адаптивных цифровых предыскажений сигнала с псевдослучайной перестройкой рабочей частоты |
US20150061774A1 (en) * | 2013-05-09 | 2015-03-05 | King Fahd University Of Petroleum And Minerals | Digital predistortion system and method with extended correction bandwidth |
RU2676017C1 (ru) * | 2017-07-25 | 2018-12-25 | Акционерное общество "Концерн "Созвездие" | Устройство и способ адаптивной линеаризации аналогового радиотракта с помощью двухблочного цифрового корректора |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US20220115990A1 (en) | Power amplifier time-delay invariant predistortion methods and apparatus | |
KR100959032B1 (ko) | 통신 네트워크들에서의 스퓨리어스 방사들을 감소시키기위한 주파수 의존적 크기 전치 왜곡 | |
US9374044B2 (en) | Architecture of nonlinear RF filter-based transmitter | |
US7864881B2 (en) | Digital predistortion transmitter | |
US7139327B2 (en) | Digital pre-distortion of input signals for reducing spurious emissions in communication networks | |
EP1797639B1 (en) | Arbitrary waveform predistortion table generation | |
KR101024829B1 (ko) | 비대칭 특성을 갖는 전력 증폭기의 선형화를 위한 디지털전치 왜곡 | |
KR100739356B1 (ko) | 무선 통신 시스템에서 인접 채널 파워를 감소시키는 방법및 장치 | |
US8649745B2 (en) | Adaptive predistortion for a non-linear subsystem based on a model as a concatenation of a non-linear model followed by a linear model | |
García et al. | An adaptive digital method of imbalances cancellation in LINC transmitters | |
US20050123066A1 (en) | Adaptive pre-distortion method and apparatus for digital rf transmitters | |
CN111010095B (zh) | 一种无线通信系统的宽带功放线性化处理方法及系统 | |
US20130163694A1 (en) | Architecture of a low bandwidth predistortion system for non-linear rf components | |
JP3732824B2 (ja) | 通信装置 | |
RU2676017C1 (ru) | Устройство и способ адаптивной линеаризации аналогового радиотракта с помощью двухблочного цифрового корректора | |
RU2731128C1 (ru) | Способ совместной цифровой линеризации усилителя мощности и квадратурного модулятора | |
US20040264596A1 (en) | Digital pre-distortion for the linearization of power amplifiers with asymmetrical characteristics | |
KR101470817B1 (ko) | 복수의 비선형 증폭기에 대하여 단일 피드백 회로를 사용하는 전치보상 장치 및 방법 | |
O'Droma et al. | Developments in predistortion and feedforward adaptive power amplifier linearisers | |
CN114421902B (zh) | 适用于WiFi无记忆功放的预失真校准方法及应用 | |
CN117411505A (zh) | Rf通信组件执行的方法和rf通信组件 | |
Garcia et al. | Adaptive digital correction of gain and phase imbalances in LINC transmitters | |
Yadav et al. | Digital Predistortion (Dpd) Algorithm For 5g Applications | |
Vo et al. | Fast adaptive RLS algorithms for polar polynomial predistorters |