一種寬帶接收機(jī)非線性盲辨識及補(bǔ)償方法
【專利摘要】該發(fā)明一種寬帶接收機(jī)非線性盲辨識及補(bǔ)償方法，涉及無線電監(jiān)測領(lǐng)域，特別是涉及對寬帶接收機(jī)非線性盲辨識及補(bǔ)償方法。該發(fā)明通過對失真信號進(jìn)行補(bǔ)償，得到混合信號，再計算出混合信號中失真分量短時能量信息的代價函數(shù)，計算出令失真分量最小的補(bǔ)償參數(shù)，然后更新補(bǔ)償模型中的補(bǔ)償參數(shù)，重復(fù)該步驟直至失真分量得到較好的抑制，從而具有提高接收機(jī)的無雜散動態(tài)范圍及提取弱信號的能力的效果。
【專利說明】一種寬帶接收機(jī)非線性盲辨識及補(bǔ)償方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于無線電監(jiān)測領(lǐng)域，特別是涉及對寬帶接收機(jī)非線性盲辨識及補(bǔ)償方法。
【背景技術(shù)】
[0002]相對于發(fā)射機(jī)系統(tǒng)可能存在的強(qiáng)非線性，接收機(jī)的非線性特征較弱。接收機(jī)收到信號后，經(jīng)過放大器、濾波器、混頻器等模擬器件，信號經(jīng)過這些模擬器件會產(chǎn)生非線性失真。ADC (模數(shù)轉(zhuǎn)換器)作為一種混合處理器件，也是接收機(jī)鏈路非線性的重要來源，信號通過ADC會在時域產(chǎn)生畸變，頻域產(chǎn)生諧波失真，互調(diào)失真等。減小接收機(jī)非線性的其中一個方法是選用速度較快，轉(zhuǎn)換精度較高，無雜散動態(tài)范圍較大的ADC。然而，高性能的ADC的價格非常昂貴。現(xiàn)在，國內(nèi)外對接收機(jī)的線性化方法的研究較少。工程上，為了保證接收機(jī)的線性度，一是可以采用功率回退的思想，即將輸入信號的功率限定在IdB壓縮點(diǎn)以下，只利用接收機(jī)的線性增益區(qū)域。功率回退法的缺點(diǎn)是嚴(yán)重影響了接收機(jī)的動態(tài)接收范圍，同時犧牲了傳輸效率。二是使用反饋技術(shù)，將非線性輸出信號中的失真分量提取出來，反饋至輸入端，然后再與輸入信號進(jìn)行反相相消從而獲得抑制非線性分量后的輸出信號，不過該方法存在著反饋系統(tǒng)的穩(wěn)定性問題，同時傳輸系統(tǒng)中存在的信號延時限制了允許傳輸信號的最大帶寬。三是使用預(yù)失真技術(shù)，即是預(yù)先對輸入信號進(jìn)行某種變換，使得其變換特性正好與接收機(jī)的非線性特性互逆，從而消除接收機(jī)的非線性性。但是在射頻前端前進(jìn)行自適應(yīng)預(yù)失真，實際實現(xiàn)上存在較大難度。
[0003]目前一種較為常見的建模補(bǔ)償方法是查找表法。該方法為使用特定輸入信號激勵待補(bǔ)償?shù)南到y(tǒng)，將所有可能的輸出碼值以及它相對于理想輸入碼的差值存儲于查找表中，在實際線性化的過程中，以輸出信號的瞬時幅度值作為索引，查找得到相應(yīng)的誤差量，再將它從輸出信號中減去，達(dá)到補(bǔ)償系統(tǒng)誤差的目的。但是由于輸入信號的頻率和幅度具有較大的范圍，同時補(bǔ)償?shù)南到y(tǒng)可能具有記憶效應(yīng)，所以為保證補(bǔ)償?shù)木?，需要生成多維的查找表來索引各種可能的輸入情況。如此這樣，若要保證精度，則必然需要極大的存儲容量，同時需要較快的尋址與處理速度，才能保證補(bǔ)償?shù)膶崟r性。因此，該方法的硬件實現(xiàn)復(fù)雜度很大地限制了其應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是正對【背景技術(shù)】的不足之處改進(jìn)設(shè)計了一種寬帶接收機(jī)非線性盲辨識及補(bǔ)償方法，從而達(dá)到提高接收機(jī)的無雜散動態(tài)范圍及提取弱信號的能力的目的。
[0005]本發(fā)明的解決方案是一種寬帶接收機(jī)非線性盲辨識及補(bǔ)償方法，該方法包括:
[0006]步驟1:接收機(jī)收到模擬信號，該信號經(jīng)過接收機(jī)處理發(fā)生失真，得到失真信號，失真信號由線性分量和失真分量組成；
[0007]步驟2:根據(jù)失真信號構(gòu)建補(bǔ)償模型，并預(yù)設(shè)補(bǔ)償參數(shù)，補(bǔ)償模型輸出補(bǔ)償信號對失真信號進(jìn)行補(bǔ)償，得到混合信號；[0008]步驟3:使用FFT (快速傅里葉變換)求取混合信號的功率譜密度函數(shù)，在功率譜密度函數(shù)中，根據(jù)預(yù)設(shè)的接收信號功率門限判斷出線性分量和失真分量的頻率和帶寬；
[0009]步驟4:根據(jù)接收信號和失真分量的頻率和帶寬，構(gòu)建多通帶濾波器的頻譜響應(yīng)，再進(jìn)行逆FFT得到濾波器系數(shù)，對濾波器系數(shù)加窗以后與補(bǔ)償信號進(jìn)行濾波，計算出線性分量的諧波項和互調(diào)項；
[0010]步驟5:通過線性分量的諧波項和互調(diào)項計算出失真分量的短時能量，再構(gòu)造代價函數(shù)，求出當(dāng)代價函數(shù)取得最小值時的補(bǔ)償參數(shù)；
[0011]步驟6:采用自適應(yīng)算法將步驟2中預(yù)設(shè)的補(bǔ)償參數(shù)替換為步驟5中求出的補(bǔ)償參數(shù)，重復(fù)上述步驟，直至計算過程中該自適應(yīng)算法收斂，達(dá)到抑制失真分量的效果。
[0012]其中步驟2中構(gòu)建的補(bǔ)償模型為Volterra補(bǔ)償模型。
[0013]本發(fā)明一種寬帶接收機(jī)非線性盲辨識及補(bǔ)償方法，通過對失真信號進(jìn)行補(bǔ)償，得到混合信號，再計算出混合信號中失真分量的短時能量代價函數(shù)，計算出令失真分量最小的補(bǔ)償參數(shù)，然后更新補(bǔ)償模型中的補(bǔ)償參數(shù)，重復(fù)該步驟直至失真分量得到較好的抑制，從而具有提高接收機(jī)的無雜散動態(tài)范圍及提取弱信號的能力的效果。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1為本發(fā)明接收機(jī)盲辨識補(bǔ)償?shù)姆椒ǖ牧鞒虉D；
[0015]圖2為線性分量的功率門限判定示意圖。
【具體實施方式】
[0016]步驟1:接收機(jī)收到模擬信號，該信號經(jīng)過接收機(jī)射頻前端的處理和AD采樣后發(fā)生失真，得到失真信號，失真信號由線性分量和失真分量組成。
[0017]步驟2:構(gòu)造Volterra補(bǔ)償模型,預(yù)設(shè)模型補(bǔ)償參數(shù)ω的初始值ω ^，設(shè)Volterra模型的階數(shù)D=3，則補(bǔ)償模型輸出補(bǔ)償信號為P (k) =V (k) ω0,
[0018]其中V (k) = [y2 (k)，y (k) y (k-Ι)…，y3 (k)，y2 (k) y (k-Ι)…y3 (k-Ι)],ω0=[ωι.ω2.ω3.ω4，ω5.ω6.ω7]Τ=[1，0，O, O, O, O, 0]τ 為模型參數(shù)的初始值，即:
[0019]p (k) = ω j2 (k) + ω 2y (k) y (k_l) + ω 3y2 (k_l) + ω 4y3 (k) + ω 5y2 (k) y (k_l) + ω 6y (k)y2 (k-l) + co7y3 (k-1)
[0020]然后得到混合信號8(10=7(10-?(10，其中7(10為失真信號，P(k)為補(bǔ)償信號。
[0021]步驟3:求取混合信號s (k)的功率譜密度，并判斷線性分量和失真分量的頻率和帶寬:
[0022]對混合信號s (k)作FFT運(yùn)算，得到補(bǔ)償信號s (k)的功率譜密度函數(shù)，預(yù)先給定判斷線性分量的功率門限Pthreshtjld,根據(jù)線性分量判斷準(zhǔn)則p>pthresh()ld，則可得到線性分量在頻譜中的頻率4 和帶寬I1, V..In，再根據(jù)線性分量的頻率和帶寬得到諧波分量2f1； 3f\，-2fN, 3fN…及互調(diào)分量f\+f2，-2^+^,…的頻率和帶寬，如圖2所示。
[0023]步驟4:根據(jù)失真分量的頻率和帶寬，構(gòu)造多通帶濾波器計算出失真分量:
[0024]根據(jù)諧波和互調(diào)分量 的頻率和帶寬構(gòu)造多通帶濾波器的頻譜響應(yīng)，對頻譜響應(yīng)作IFFT得到濾波器系數(shù)，對濾波器系數(shù)加窗以后與混合信號采用FIR濾波器進(jìn)行濾波，計算出線性分量的諧波項和互調(diào)項，設(shè)FIR濾波向量為g=[g(l，g^..gB_JT，維數(shù)為BX 1，則最終提取出來的混合信號的非線性分量表示為:
[0025]sf (k, ω) =gTs (k) =gT [y (k) -Vt (k) ω ]
[0026]其中y(k)代表的是寬帶接收機(jī)AD采樣后的失真信號，V(k)是表征補(bǔ)償系統(tǒng)非線性記憶部分的矩陣。ω為本發(fā)明要辨識的補(bǔ)償參數(shù)，
[0027]y (k) = [y (k_B+l), y (k_B+2)…y (k) ] ' V (k) = [v (k_B+l), v (k_B+2)…v (k)]，V (k) = [y2 (k), y (k) y (k-1)...，y3 (k)，y2 (k) y (k-1)…y3 (k-1) ]T。
[0028]步驟5:根據(jù)線性分量的諧波項和互調(diào)項來構(gòu)造代價函數(shù)J(?)，利用自適應(yīng)算法對補(bǔ)償模型參數(shù)進(jìn)行更新。
[0029]本發(fā)明的核心是在保證線性分量能量不變的情況下，使非線性分量能量最小，由于在Sf(k，?)=gTs(k)中沒有包括線性分量部分，因此造代價函數(shù)為:
[0030]Ι(ω) =Ets2f(k, ω)]
[0031]再利用LMS自適應(yīng)算法(常用的是LMS或RLS算法)更新補(bǔ)償模型參數(shù)ω，使得代價函數(shù)的值最小。
[0032]LMS自適應(yīng)方法:
[0033]對代價函數(shù)J(?)展開并求梯度，可得:
【權(quán)利要求】
1.一種寬帶接收機(jī)非線性盲辨識及補(bǔ)償方法，該方法包括: 步驟1:接收機(jī)收到模擬信號，該信號經(jīng)過接收機(jī)處理發(fā)生失真，得到失真信號，失真信號由線性分量和失真分量組成； 步驟2:根據(jù)失真信號構(gòu)建補(bǔ)償模型，并預(yù)設(shè)補(bǔ)償參數(shù)，補(bǔ)償模型輸出補(bǔ)償信號對失真信號進(jìn)行補(bǔ)償，得到混合信號； 步驟3:使用快速傅里葉變換求取混合信號的功率譜密度函數(shù)，在功率譜密度函數(shù)中，根據(jù)預(yù)設(shè)的接收信號功率門限判斷出線性分量和失真分量的頻率和帶寬； 步驟4:根據(jù)接收信號和失真分量的頻率和帶寬，構(gòu)建多通帶濾波器的頻譜響應(yīng)，再進(jìn)行逆FFT得到濾波器系數(shù)，對濾波器系數(shù)加窗以后與混合信號進(jìn)行濾波，計算出線性分量的諧波項和互調(diào)項； 步驟5:通過線性分量的諧波項和互調(diào)項計算出失真分量的短時能量，再構(gòu)造代價函數(shù)，求出當(dāng)代價函數(shù)取得最小值時的補(bǔ)償參數(shù)； 步驟6:采用自適應(yīng)算法將步驟2中預(yù)設(shè)的補(bǔ)償參數(shù)替換為步驟5中求出的補(bǔ)償參數(shù)，重復(fù)上述步驟，直至計算過程中該自適應(yīng)算法收斂，達(dá)到抑制失真分量的效果。
2.如權(quán)利要求1所述的一種寬帶接收機(jī)非線性盲辨識及補(bǔ)償方法，其特征在于步驟2中構(gòu)建的補(bǔ)償模型為Volterra補(bǔ)償模型。
【文檔編號】H04L25/03GK103929212SQ201410160564
【公開日】2014年7月16日 申請日期:2014年4月21日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月21日
【發(fā)明者】李朝海, 黃超, 黃宇聲, 董祥雷, 何子述, 李迅, 向波, 蘇洲陽 申請人:電子科技大學(xué)