RU2676017C1 - Device and method for adaptive linearization of analog radio path through dual-digital corrector - Google Patents
Device and method for adaptive linearization of analog radio path through dual-digital corrector Download PDFInfo
- Publication number
- RU2676017C1 RU2676017C1 RU2017126829A RU2017126829A RU2676017C1 RU 2676017 C1 RU2676017 C1 RU 2676017C1 RU 2017126829 A RU2017126829 A RU 2017126829A RU 2017126829 A RU2017126829 A RU 2017126829A RU 2676017 C1 RU2676017 C1 RU 2676017C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- block
- input
- digital
- corrector
- output
- Prior art date
Links
- 230000003044 adaptive effect Effects 0.000 title claims abstract description 20
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 30
- 238000004422 calculation algorithm Methods 0.000 claims abstract description 24
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 19
- 238000005457 optimization Methods 0.000 claims abstract description 16
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 claims description 7
- 238000005312 nonlinear dynamic Methods 0.000 claims description 4
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 claims description 3
- 238000004891 communication Methods 0.000 abstract description 6
- 238000012545 processing Methods 0.000 abstract description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000012937 correction Methods 0.000 description 7
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 5
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 230000014509 gene expression Effects 0.000 description 3
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 3
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 2
- 230000001747 exhibiting effect Effects 0.000 description 2
- 230000006870 function Effects 0.000 description 2
- 230000004044 response Effects 0.000 description 2
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 2
- 101100440934 Candida albicans (strain SC5314 / ATCC MYA-2876) CPH1 gene Proteins 0.000 description 1
- 101100273252 Candida parapsilosis SAPP1 gene Proteins 0.000 description 1
- 241000290936 Oromus Species 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 1
- 238000012886 linear function Methods 0.000 description 1
- 230000003446 memory effect Effects 0.000 description 1
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 1
- 238000000638 solvent extraction Methods 0.000 description 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- 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
- 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
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04B—TRANSMISSION
- H04B17/00—Monitoring; Testing
- H04B17/10—Monitoring; Testing of transmitters
- H04B17/11—Monitoring; Testing of transmitters for calibration
- H04B17/13—Monitoring; Testing of transmitters for calibration of power amplifiers, e.g. gain or non-linearity
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Nonlinear Science (AREA)
- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- Signal Processing (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Amplifiers (AREA)
Abstract
Description
Группа изобретений относится к области систем обработки сигналов в средствах связи, в частности, к устройствам и методам повышения линейности аналогового передающего тракта и может быть использовано в системах беспроводной связи СВЧ-диапазона.The group of inventions relates to the field of signal processing systems in communications, in particular, to devices and methods for increasing the linearity of an analog transmission path and can be used in microwave communication systems.
Одной из наиболее актуальных проблем развития современных систем связи является решение задачи нивелирования сигнальных искажений в аналоговой части канала передачи данных. Источниками сигнальных искажений выступают в первую очередь усилитель мощности, который проявляет нелинейные инерционные свойства, и преобразовательный тракт (фильтрация, преобразование частот), проявляющий линейные инерционные свойства.One of the most pressing problems in the development of modern communication systems is to solve the problem of leveling signal distortions in the analogue part of a data transmission channel. The sources of signal distortion are primarily a power amplifier, which exhibits non-linear inertial properties, and a conversion path (filtering, frequency conversion), exhibiting linear inertial properties.
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 меняющиеся канальные характеристики.At present, digital methods for increasing the linearity of the analog radio path, implemented in the form of a system consisting of a corrector and an adaptive controller for updating predistortion parameters, are quite widespread. At the same time, the corrector enters nonlinear-dynamic predistortions that are inverse in characteristics to the characteristics of the radio path, and the controller adaptively adjusts the changing channel characteristics.
Известны устройство и способ линеаризации аналогового радиотракта, предложенные в патенте US 13/932,099 (номер публикации - US 20140161207 А1; номер заявки - US 13/932,099; дата публикации - 12.06.2014; заявлен - 1.07.2013; другие номера - US 9014299), где применяется адаптивный способ обновления параметров предыскажений. Непрерывность обновления коэффициентов корректора достигается благодаря введенному в устройство обратному каналу. Это позволяет отслеживать разницу между сигналами до и после прохождения радиотракта, что необходимо для работы итерационного алгоритма многопараметрической оптимизации. Недостатком данного устройства и способа является то, что за линеаризацию радиотракта, состоящего из фильтрующей цепи и усилителя мощности, отвечает одноблочный цифровой корректор, оперирующий единым набором параметров предыскажений, который обобщает физические свойства усилителя мощности (инерционность, нелинейность) и фильтрующей цепи (инерционность). Такое обобщение приводит к тому, что при построении модели цифрового корректора инерционность усилителя мощности и фильтрующей цепи суммируется, а нелинейность усилителя приписывается всему радиотракту в целом. Таким образом, качество модельного описания линеаризуемой системы снижается, что влечет за собой ухудшение качества работы цифровой коррекции.A device and method for linearizing an analogue radio path are proposed in the patent US 13 / 932,099 (publication number - US 20140161207 A1; application number - US 13 / 932,099; publication date - 12.06.2014; claimed - 1.07.2013; other numbers - US 9014299) where an adaptive way of updating the predistortion parameters is applied. The continuity of updating the corrector coefficients is achieved thanks to the return channel introduced into the device. This allows you to track the difference between the signals before and after the passage of the radio path, which is necessary for the iterative algorithm of multi-parameter optimization. The disadvantage of this device and method is that for the linearization of the radio path, consisting of a filter circuit and a power amplifier, there is a one-block digital corrector that operates with a single set of pre-emphasis parameters, which generalizes the physical properties of the power amplifier (inertia, non-linearity) and the filter circuit (inertia). Such a generalization leads to the fact that when constructing a model of a digital corrector, the inertia of the power amplifier and the filter circuit are summed up, and the nonlinearity of the amplifier is attributed to the entire radio path as a whole. Thus, the quality of the model description of the linearizable system is reduced, which entails a deterioration in the quality of digital correction.
Известны устройство и способ линеаризации аналогового радиотракта, предложенные в патенте US 10/744,087 (номер публикации - US 20040179629 А1; номер заявки - US 10/744,087; дата публикации - 16.09.2004; заявлен - 24.12.2003; другие номера - US 7333559), где применяется двухблочный вариант цифрового корректора. Разбиение корректора на части становится возможным в силу дифференцированной структуры канала передачи данных: преобразовательный тракт, проявляющий инерционные свойства, и усилитель мощности, являющийся источником нелинейных и, в меньшей степени, инерционных искажений. Недостатком данного устройства и способа является то, что адаптивная подстройка характеристики двухблочного корректора осуществляется с помощью двух независимых вычислителей, что усложняет аппаратную реализацию такого устройства и делает неустойчивым способ многопараметрической оптимизации.A device and method for linearizing an analog radio path are proposed in the patent US 10/744,087 (publication number US 20040179629 A1; application number US 10/744,087; publication date 16.09.2004; claimed 24.12.2003; other numbers US 7333559) where a two-block version of the digital corrector is used. Partitioning the corrector into parts becomes possible due to the differentiated structure of the data transmission channel: a conversion path exhibiting inertial properties and a power amplifier, which is a source of non-linear and, to a lesser extent, inertial distortions. The disadvantage of this device and method is that the adaptive adjustment of the characteristics of the two-block corrector is carried out using two independent calculators, which complicates the hardware implementation of such a device and makes the method of multi-parameter optimization unstable.
Наиболее близким аналогом по технической сущности к предлагаемому устройству является устройство цифровой линеаризации канала, в котором ввод предыскажений осуществляется поэтапно с помощью двухблочной архитектуры корректора (патент US 14/537,843 (номер публикации - 14537843, 537843, US 9172334 В2; номер заявки - US 14/537,843; дата публикации - 27.10.2015; заявлен - 10.11.2014; другие номера - US 20150061774).The closest analogue in technical essence to the proposed device is a digital channel linearization device in which predistortions are inputted in stages using a two-block corrector architecture (patent US 14 / 537,843 (publication number - 14537843, 537843, US 9172334 B2; application number - US 14 / 537.843; publication date - 10/27/2015; claimed - 11/10/2014; other numbers - US 20150061774).
На фиг. 1 представлена структурная схема устройства-прототипа, где обозначено:In FIG. 1 shows a structural diagram of a prototype device, where it is indicated:
1 - двухблочный цифровой корректор;1 - two-block digital corrector;
2 - цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП);2 - digital-to-analog converter (DAC);
3 - преобразовательный тракт с повышением частоты;3 - conversion path with increasing frequency;
4 - усилитель мощности;4 - power amplifier;
5 - преобразовательный тракт с понижением частоты;5 - conversion path with decreasing frequency;
6 - аналого-цифровой преобразователь (АЦП);6 - analog-to-digital Converter (ADC);
7 - блок алгоритма идентификации;7 - block identification algorithm;
9 - блок нелинейных инерционных предыскажений;9 - block nonlinear inertial pre-emphasis;
10 - блок нелинейных безынерционных предыскажений;10 - block non-linear inertialess pre-emphasis;
11 - блок выбора.11 - block selection.
Устройство-прототип содержит последовательно соединенные двухблочный цифровой корректор 1, ЦАП 2, преобразовательный тракт с повышением частоты 3, усилитель мощности 4, выход которого через последовательно соединенные преобразовательный тракт с понижением частоты 5 и АЦП 6 соединен с первым входом блока алгоритма идентификации 7, выход которого подключен к первому входу двухблочного цифрового корректора 1, а второй вход - к первому выходу двухблочного цифрового корректора.The prototype device contains a series-connected two-block
Двухблочный цифровой корректор 1 состоит из блока нелинейных инерционных предыскажений 9, блока нелинейных безынерционных предыскажений 10 и блока выбора 11, причем первый и второй входы блока нелинейных инерционных предыскажений 9 являются соответствующими входам двухблочного цифрового корректора 1, а первый вход также входом устройства; первый выход - первым выходом двухблочного цифрового корректора, а второй выход соединен с входом блока выбора 11 и первым входом блока нелинейных безынерционных предыскажений 10, второй вход которого соединен с выходом блока выбора 11, а выход блока нелинейных безынерционных предыскажений 10 является вторым выходом двухблочного цифрового корректора 1.A two-block
Устройство-прототип работает следующим образом.The prototype device operates as follows.
Квадратуры сигнала подают на вход цифрового блока нелинейных инерционных предыскажений 9, где происходит процесс нелинейного преобразования сигнала (нелинейность малого порядка) с учетом совокупной динамики канала. Затем предыскаженный в блоке 9 сигнал претерпевает второй этап цифровой коррекции - ввод заранее определенных нелинейных (нелинейность высокого порядка) безынерционных предыскажений в блоке 10. При этом с выхода блока нелинейных инерционных предыскажений 9 на вход блока выбора 11 поступает информация о средней мощности сигнала, которая обуславливает выбор табличной нелинейной функции, применяемой к сигналу в блоке нелинейных безынерционных предыскажений 10. Известно, что большая часть канальных искажений вызвана нелинейностью усилителя мощности 4, поэтому разделение этапов ввода предыскажений в данном случае связано с тем, что стационарный блок ввода нелинейных безынерционных предыскажений 10 обеспечивает грубое выравнивание характеристик радиотракта, используя заранее определенные параметры предыскажений нелинейности высокого порядка, а в блоке 9 с помощью параметров нелинейно-инерционных предыскажений с малым порядком нелинейности происходит подстройка линейности канальных характеристик. Далее сигналы с введенными предыскажениями поступают в цифро-аналоговый преобразователь 2, где приобретают аналоговую форму, после чего в преобразовательный тракт с повышением частоты 3 для перехода на рабочую частоту. Затем преобразованные сигналы для увеличения мощности поступают в усилитель мощности 4.The squares of the signal are fed to the input of the digital block of nonlinear inertial pre-emphasis 9, where the process of non-linear signal conversion (non-linearity of small order) takes into account the total dynamics of the channel. Then, the signal pre-distorted in
Характеристика нелинейности канала передачи изменяется в соответствии с рабочими условиями. Требуется, чтобы параметры двухблочного цифрового корректора 1 адаптивно обновлялись. Для этого в блоке нелинейных инерционных предыскажений 9 в сигнал дополнительно вводятся предыскажения, рассчитанные в блоке алгоритма идентификации 7. Часть сигналов, поступающих на выход усилителя 4, проходит назад на вход блока алгоритма идентификации 7 параметров предыскажений через АЦП 6 и преобразовательный тракт 5. Сигнал обратной связи обрабатывают в цифровой форме с помощью алгоритма идентификации 7, в котором сигналы с выхода блока нелинейных инерционных предыскажений 9 и с выхода АЦП 6 используются в процессе многопараметрической оптимизации, благодаря чему обеспечивается обновление параметров предыскажений блока 9 и, следовательно, адаптивное поддержание линейной характеристики всего канала передачи данных.The nonlinearity of the transmission channel varies according to the operating conditions. The parameters of the two-block
Недостатком устройства-прототипа является то, что оно не позволяет обеспечить адаптивное обновление параметров предыскажений второго блока цифрового корректора 1, так как при внешнем температурном воздействии в диапазоне от -40 до +50 градусов, девиация значения коэффициента усиления достигает больших значений (до 10 дБ), следовательно, заранее определенные в идеальных условиях фиксированные параметры предыскажений в блоке выбора 11 при сильных изменениях условий окружающей среды лишь ухудшают характеристику канала.The disadvantage of the prototype device is that it does not allow for adaptive updating of the predistortion parameters of the second block of
Задачей изобретения является улучшение характеристики канала путем реализации устройства, содержащего систему двухблочной цифровой коррекции с одновременным адаптивным обновлением параметров предыскажений первого и второго блоков корректора и предназначенного для снижения количества параметров оптимизации.The objective of the invention is to improve the characteristics of the channel by implementing a device containing a two-block digital correction system with simultaneous adaptive updating of the predistortion parameters of the first and second blocks of the corrector and designed to reduce the number of optimization parameters.
Достигаемый технический результат заключается в уменьшении количества параметров оптимизации адаптивного алгоритма без потери в качестве работы цифровой системы линеаризации.The technical result achieved is to reduce the number of optimization parameters of the adaptive algorithm without losing the quality of the digital linearization system.
Для решения поставленной задачи в устройство адаптивной линеаризации аналогового радиотракта, содержащее последовательно соединенные двухблочный цифровой корректор, цифроаналоговый преобразователь (ЦАП), преобразовательный тракт с повышением частоты, усилитель мощности, выход которого через последовательно соединенные преобразовательный тракт с понижением частоты и АЦП соединен с первым входом блока алгоритма идентификации, второй выход которого соединен со вторым входом двухблочного цифрового корректора, при этом двухблочный цифровой корректор содержит блок нелинейных инерционных предыскажений, первый и второй входы которого являются соответствующими входами двухблочного цифрового корректора, а первый вход также входом устройства, согласно изобретению, введен второй двухблочный цифровой корректор идентичный первому и сумматор, причем выход первого двухблочного цифрового корректора соединен с первым входом сумматора, а второй вход сумматора соединен с выходом второго двухблочного цифрового корректора, а выход - со вторым входом блока алгоритма идентификации, первый выход которого соединен с третьим входом второго двухблочного цифрового корректора, а второй выход - с третьими и вторым входами первого и второго двухблочных цифровых корректоров соответственно, а первый вход второго цифрового корректора соединен с выходом АЦП; причем в двухблочный цифровой корректор введен блок линейных инерционных предыскажений, первый вход которого соединен с выходом блока нелинейных инерционных предыскажений, а второй является третьим входом двухблочного цифрового корректора, а выход - выходом двухблочного цифрового корректора.To solve this problem, an adaptive linearization device for an analog radio path containing a two-block digital corrector connected in series, a digital-to-analog converter (DAC), a frequency increasing converter channel, a power amplifier, the output of which is connected through a series decreasing frequency converter and an ADC to the first block input identification algorithm, the second output of which is connected to the second input of the two-block digital corrector, while the two-block digital the background corrector contains a nonlinear inertial predistortion block, the first and second inputs of which are the corresponding inputs of a two-block digital corrector, and the first input is also an input of the device according to the invention, a second two-block digital corrector identical to the first and an adder is introduced, and the output of the first two-block digital corrector is connected to the first input the adder, and the second input of the adder is connected to the output of the second two-block digital corrector, and the output to the second input of the identification algorithm block the first output of which is connected to the third input of the second two-block digital corrector, and the second output is to the third and second inputs of the first and second two-block digital corrector, respectively, and the first input of the second digital corrector is connected to the output of the ADC; moreover, a linear inertial predistortion block is introduced into the two-block digital corrector, the first input of which is connected to the output of the nonlinear inertial predistortion block, and the second is the third input of the two-block digital corrector, and the output is the output of the two-block digital corrector.
На фиг. 2 приведена структурная схема предлагаемого устройства, где обозначено:In FIG. 2 shows a structural diagram of the proposed device, where it is indicated:
1.1, 1.2 - первый и второй двухблочный цифровой корректор;1.1, 1.2 - the first and second two-block digital corrector;
2 - ЦАП;2 - DAC;
3 - преобразовательный тракт с повышением частоты;3 - conversion path with increasing frequency;
4 - усилитель мощности;4 - power amplifier;
5 - преобразовательный тракт с понижением частоты;5 - conversion path with decreasing frequency;
6 - аналого-цифровой преобразователь;6 - analog-to-digital Converter;
7 - блок алгоритма идентификации;7 - block identification algorithm;
8 - сумматор.8 - adder.
На фиг. 3 приведена структурная схема двухблочного корректора, где обозначено:In FIG. 3 shows a structural diagram of a two-block corrector, where it is indicated:
9 - блок нелинейных инерционных предыскажений;9 - block nonlinear inertial pre-emphasis;
12 - блок линейных инерционных предыскажений.12 - block linear inertial predistortion.
Предлагаемое устройство содержит последовательно соединенные первый двухблочный корректор 1.1, ЦАП 2, преобразовательный тракт с повышением частоты 3, усилитель мощности 4, выход которого через последовательно соединенные преобразовательный тракт с понижением частоты 5 и АЦП 6 соединен с первым входом второго двухблочного цифрового корректора 1.2 и с первым входом блока алгоритма идентификации 7, второй выход которого подключен к третьему и второму входам первого и второго двухблочных корректоров 1.1 и 1.2 соответственно, а первый выход - ко второму и третьему входам первого и второго двухблочных корректоров 1.1 и 1.2 соответственно. Кроме того, предлагаемое устройство содержит сумматор 8, представленный в виде четырех последовательно соединенных микросхем типа К155 ИМ6, к первому и второму входам которого подключены выходы первого и второго двухблочных корректоров 1.1 и 1.2 соответственно, а выход сумматора 8 соединен со вторым входом блока адаптивного алгоритма 7.The proposed device contains a series-connected first two-block corrector 1.1,
Двухблочный цифровой корректор 1.1, идентичный корректору 1.2, выполнен из блока нелинейных инерционных предыскажений 9, первый и второй входы которого являются соответственно первым и вторым входом двухблочного цифрового корректора 1.1, а выход соединен с первым входом блока линейных инерционных предыскажений 12, второй вход которого является третьим входом двухблочного цифрового корректора 1.1, а выход - выходом двухблочного цифрового корректора 1.1.A two-block digital corrector 1.1, identical to 1.2, is made of a nonlinear
Двухблочные корректоры 1.1 и 1.2 реализованы на основе ПЛИС семейства Virtex 6 фирмы Xilinx, ЦАП 2 - на микросхеме аналогичной DAC8412 фирмы Analog Devices, преобразовательный тракт с повышением частоты 3 - на микросхеме аналогичной HMC525LC4 фирмы Hittite, преобразовательный тракт с понижением частоты 5 - на микросхеме аналогичной HMC525LC4 фирмы Hittite, АЦП 6 - на AD9626 фирмы Analog Devices, блока алгоритма идентификации 7 - на основе сигнального процессора TMS320C54 фирмы Texas Instrument.Two-block correctors 1.1 and 1.2 are implemented on the basis of the Virtex 6 FPGA from Xilinx, DAC 2 - on a chip similar to DAC8412 by Analog Devices, a conversion path with an increase in frequency 3 - on a chip similar to Hittite's HMC525LC4, a converter path with a decrease in frequency 5 - on a chip similar Hittite HMC525LC4, ADC 6 - on Analog Devices AD9626, identification algorithm block 7 - based on Texas Instrument TMS320C54 signal processor.
Предлагаемое устройство работает следующим образом.The proposed device operates as follows.
Квадратуры сигнала x(n) подают на первый вход первого двухблочного корректора 1.1, в котором первый этап ввода предыскажений осуществляется в блоке 9, сигнал на выходе которого описывается полиномиальной моделью с памятью и имеет вид:The squares of the signal x (n) are fed to the first input of the first two-block corrector 1.1, in which the first stage of the input of predistortions is carried out in
где bк - параметры предыскажений, хранящиеся в памяти блока 9; P - степень нелинейности, Мет - величина задержки. Затем предыскаженный на первом этапе цифровой коррекции сигнал поступает на вход блока линейных инерционных предыскажений 12. Выходной сигнал блока 12 имеет вид:where b to - pre-emphasis parameters stored in the memory of
где aк - параметры предыскажений, хранящиеся в памяти блока 12; Q - величина задержки. Известно, что усилитель мощности 4, являясь источником нелинейных искажений, также проявляет некоторые инерционные свойства при прохождении через него широкополосных сигналов. Поэтому блок 9 отвечает за линеаризацию усилителя мощности 4 (в общем случае - с памятью Мет), а блок 12 - за выравнивание линейных искажений, вносимых преобразовательным трактом с повышение частоты 3. Таким образом, удается разделить инерционные свойства преобразовательного тракта 3 и усилителя мощности 4. Это позволяет сократить совокупное число параметров двухблочного корректора 1.1, 1.2 до величины N2=P⋅Мет+Q. Сигналы с последовательно введенными предыскажениями затем поступают в цифро-аналоговый преобразователь 2, после чего в преобразовательный тракт с повышением частоты 3. Преобразованные сигналы усиливают с использованием усилителя мощности 4.where a to - pre-emphasis parameters stored in the memory of
Нелинейно-динамическая характеристика аналогового радиотракта изменяется в соответствии с рабочими условиями и параметрами окружающей среды. Как и для устройства-прототипа, требуется, чтобы параметры цифрового корректора 1.1 и 1.2 адаптивно обновлялись. Часть сигналов, поступающих на выход усилителя 4, проходит назад на вход блока алгоритма идентификации 7 через преобразователь с понижением частоты 5 и АЦП 6. При этом другим входным параметром блока 7 является сигнал ошибки, поступающий с выхода сумматора 8. На входы сумматора 8 поступают сигнал с выхода первого двухблочного корректора 1.1 и инвертированный сигнал с выхода второго двухблочного корректора 1.2, в котором оцифрованный АЦП 6 сигнал обратного канала преобразуется аналогично тому, как был преобразован в первом корректоре 1.1. Сигнал ошибки при этом имеет вид:The non-linear dynamic characteristic of the analog radio path changes in accordance with the operating conditions and environmental parameters. As with the prototype device, it is required that the parameters of the digital corrector 1.1 and 1.2 are adaptively updated. Some of the signals supplied to the output of
где u(n) - сигнал обратного канала с выхода АЦП 6. Таким образом, реализуется схема обратного обучения. Блок 7, используя сигнал обратной связи u(n) с выхода АЦП 6 и сигнал ошибки е с выхода сумматора 8 осуществляет процесс многопараметрической оптимизации, в результате которого рассчитываются обновления параметров предыскажений двухблочных корректоров 1.1 и 1.2.where u (n) is the signal of the return channel from the output of the
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ оптимизации параметров предыскажений, основанный на итерационном обновлении коэффициентов цифрового корректора, представленного в виде полиномиальной модели с эффектом памяти, на базе метода стохастического градиента (F. Zhang, Y. Wang, В. Ai «Variable Step-size MLMS Algorithm for Digital Predistortion in Wideband OFDM Systems», IEEE Trans. On Consumer Electronics, 2015, Vol. 61. No. 1, pp. 10-15).The closest in technical essence to the proposed one is a method for optimizing the pre-emphasis parameters, based on iterative updating of the coefficients of the digital corrector, presented as a polynomial model with a memory effect, based on the stochastic gradient method (F. Zhang, Y. Wang, B. Ai “Variable Step -size MLMS Algorithm for Digital Predistortion in Wideband OFDM Systems ", IEEE Trans. On Consumer Electronics, 2015, Vol. 61. No. 1, pp. 10-15).
Метод стохастического градиента обновляет коэффициенты предыскажений первого и второго корректоров следующим образом:The stochastic gradient method updates the predistortion coefficients of the first and second correctors as follows:
, ,
где hк - параметры предыскажений; p - степень нелинейности (1…P); q - глубина памяти системы (1…K); μ - шаг метода стохастического градиента; e - ошибка, определяющаяся разностью сигналов на выходах первого и второго корректоров; u(n) - сигнал на линеаризуемого устройства.where h to - the parameters of the pre-emphasis; p is the degree of nonlinearity (1 ... P); q - system memory depth (1 ... K); μ is the step of the stochastic gradient method; e is the error determined by the difference of the signals at the outputs of the first and second corrector; u (n) is the signal on the linearized device.
Недостатком такого способа оптимизации является то, что линеаризация канальной характеристики достигается применением единого вектора коэффициентов предыскажений hк, который обобщает линейные инерционные свойства преобразовательного тракта и усилителя мощности, а также приписывает нелинейность усилителя всему радиотракту в целом. При этом число параметров предыскажений для одноблочного корректора определяется выражением K=P⋅(Q+Мет), где Q - глубина памяти преобразовательного тракта (инерционность); Мет - глубина памяти усилителя мощности, а P - степень его нелинейности. Эффективность такого подхода резко падает в системах с использованием широкополосных многопозиционных сигналов. Это связано с тем, что обработка широкополосных сигналов подразумевает возникновение значительной задержки в преобразовательном тракте Q. Кроме того, подобные сигналы в большей степени способствуют проявлению инерционных свойств усилителя мощности Мет. Таким образом, количество параметров предыскажений К сильно возрастает, что усложняет реализацию их адаптивного обновления.The disadvantage of this optimization method is that the linearization of the channel response is achieved by using a single vector of predistortion factors h k , which generalizes the linear inertial properties of the converter path and the power amplifier, and also ascribes the non-linearity of the amplifier to the entire radio path as a whole. The number of pre-emphasis parameters for a one-block corrector is determined by the expression K = P⋅ (Q + Met), where Q is the depth of the converter path memory (inertia); Met is the depth of memory of the power amplifier, and P is the degree of its nonlinearity. The effectiveness of this approach drops sharply in systems using wideband multiposition signals. This is due to the fact that the processing of broadband signals implies a significant delay in the Q conversion path. In addition, such signals contribute more to the manifestation of the inertial properties of the Met power amplifier. Thus, the number of pre-emphasis parameters K greatly increases, which complicates the implementation of their adaptive updating.
Задачей изобретения является улучшение характеристики канала путем реализации способа адаптивной многопараметрической оптимизации, позволяющего проводить параллельный расчет параметров предыскажений первого и второго блоков двухблочного корректора.The objective of the invention is to improve the characteristics of the channel by implementing an adaptive multi-parameter optimization method that allows parallel calculation of the predistortion parameters of the first and second blocks of a two-block corrector.
Для решения поставленной задачи в способе 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, согласно изобретению, на втором этапе ввода предыскажений производится линейно-динамическое преобразование сигнала, при этом метод стохастического градиента является модифицированным для проведения одновременного расчета и обновления коэффициентов первого и второго блоков двухблочного корректора.To solve the problem in the adaptive linearization method of the analog radio path, based on the use of the digital predistortion input method, the stochastic gradient method is used as the optimization algorithm; carried out in stages using a two-block structure of a digital corrector, in which at the first stage there is a nonlinear-dynamic conversion of the input signal, according to the invention, at the second stage of the input of predistortions, the linear-dynamic conversion of the signal is performed, while the stochastic gradient method is modified for simultaneous calculation and updating the coefficients of the first and second blocks of the two-block corrector.
Достигаемый технический результат заключается в уменьшении количества параметров оптимизации адаптивного алгоритма без потери в качестве работы цифровой системы линеаризации.The technical result achieved is to reduce the number of optimization parameters of the adaptive algorithm without losing the quality of the digital linearization system.
Как известно, в основе способа многопараметрической оптимизации лежит идея минимизации целевой функции вида (2):As you know, the basis of the method of multi-parameter optimization is the idea of minimizing an objective function of the form (2):
где e - сигнал ошибки, описываемый выражением (3).where e is the error signal described by expression (3).
Обновление коэффициентов двухблочного корректора проводится с помощью минимизации целевой функции (4):The coefficients of a two-block corrector are updated by minimizing the objective function (4):
Следовательно, рассчитав значения градиентов в системе (5) с помощью выражений (1) и (2), получим закон итерационного обновления искомых параметров предыскажений {aк, bк}:Therefore, after calculating the values of the gradients in system (5) using expressions (1) and (2), we obtain the law of iterative updating of the desired pre-emphasis parameters {a k , b k }:
где μa, μb - постоянные параметры метода стохастического градиента.where μ a , μ b are constant parameters of the stochastic gradient method.
Таким образом, блок алгоритма идентификации в каждый момент времени осуществляет одновременное обновление коэффициентов системы двухблочной коррекции, разделяя инерционные предыскажения, направленные на выравнивание характеристики преобразовательного тракта, и нелинейно-инерционные предыскажения, направленные на линеаризацию усилителя мощности. Как оговаривалось выше, такое разделение, во-первых, уменьшает число параметров оптимизации, а во-вторых, детализирует структуру анализируемого радиотракта. Кроме того, в зависимости от выбора начальных значений параметров предыскажений предложенный метод позволяет проводить как расчет коэффициентов двухблочного корректора «с нуля» (при aк(0)=1, bк(0)=1), так и адаптивную корректировку заранее рассчитанных параметров предыскажений. Стоит отметить, что использование второго корректора не сказывается на вычислительной нагрузке решающего устройства, в котором реализован адаптивный контроллер, так как число параметров, затрагиваемых в процессе многопараметрической оптимизации, не удваивается. Схема обратного обучения применяется лишь для того, чтобы проводить более точную оценку ошибки алгоритма оптимизации.Thus, the identification algorithm block simultaneously updates the coefficients of the two-block correction system, separating inertial predistortions aimed at equalizing the characteristics of the converter path and nonlinear inertial predistortions aimed at linearizing the power amplifier. As mentioned above, such a separation, firstly, reduces the number of optimization parameters, and secondly, details the structure of the analyzed radio path. In addition, depending on the choice of the initial values of the pre-emphasis parameters, the proposed method allows both calculating the coefficients of the two-block corrector “from scratch” (for a to (0) = 1, b to (0) = 1) and adaptive correction of previously calculated parameters predistortions. It is worth noting that the use of the second corrector does not affect the computational load of the solver in which the adaptive controller is implemented, since the number of parameters affected in the process of multi-parameter optimization does not double. The reverse learning scheme is used only to conduct a more accurate assessment of the error of the optimization algorithm.
В таблице 1 приведена количественная оценка трех возможных аппаратных реализаций цифровых корректоров аналогового радиотракта, через который проходит сигнал с модуляцией QAM-16 и полосой 5 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). При этом оптимальное (минимизация критерия EVM) число параметров одноблочного корректора определяется как N=Р⋅(Q+Мет) при (Р=5, Q=10, Мет=2); двухблочного корректора согласно устройству-прототипу - N=P1⋅(Q+Мет)+P2 при (P1=3, Q=10, Мет=2, P2=5); двухблочного корректора согласно предлагаемому способу и устройству - N=P⋅Мет+Q при (P=5, Q=10, Мет=2).Table 1 shows a quantitative assessment of the three possible hardware implementations of the digital corrector analogue radio path through which the signal passes with QAM-16 modulation and a 5 MHz band. The EVM parameters characterizing the degree of deformation of the signal constellation and ACPR describing the level of out-of-band radiation in the frequency domain were used as criteria for evaluating the quality of linearization (L3 and R3 mean out-of-band radiation in the adjacent left and right channels, and L5 and R5 - out-of-band radiation in the left and right additional channels). In this case, the optimal (minimization of the EVM criterion) number of parameters of a one-block corrector is defined as N = Р⋅ (Q + Met) at (Р = 5, Q = 10, Met = 2); diblock corrector according to the prior art device - N = P 1 ⋅ (Q + Met) + P 2 at (P 1 = 3, Q = 10, Mw = 2, P 2 = 5); two-block corrector according to the proposed method and device - N = P⋅Met + Q at (P = 5, Q = 10, Met = 2).
Пример линеаризации характеристик радиотракта, реализованный согласно предлагаемому устройству, представлен на фиг. 4 (амплитудная характеристика), фиг. 5 (амплитудно-фазовая характеристика) и фиг. 6 (спектры сигнала) до (1) и после (2) цифровой коррекции.An example of linearization of the characteristics of the radio path, implemented according to the proposed device, is presented in FIG. 4 (amplitude characteristic), FIG. 5 (amplitude-phase characteristic) and FIG. 6 (signal spectra) before (1) and after (2) digital correction.
Таким образом, предлагаемые устройство и способ позволяют меньшим числом параметров предыскажений обеспечить лучшие показатели качества линеаризации радиотракта, а также увеличить быстродействие всей системы линеаризации, что критично в случае адаптивной подстройки коэффициентов.Thus, the proposed device and method allows a smaller number of pre-emphasis parameters to provide better quality indicators of linearization of the radio path, as well as to increase the speed of the entire linearization system, which is critical in the case of adaptive adjustment of the coefficients.
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2017126829A RU2676017C1 (en) | 2017-07-25 | 2017-07-25 | Device and method for adaptive linearization of analog radio path through dual-digital corrector |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2017126829A RU2676017C1 (en) | 2017-07-25 | 2017-07-25 | Device and method for adaptive linearization of analog radio path through dual-digital corrector |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2676017C1 true RU2676017C1 (en) | 2018-12-25 |
Family
ID=64753679
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2017126829A RU2676017C1 (en) | 2017-07-25 | 2017-07-25 | Device and method for adaptive linearization of analog radio path through dual-digital corrector |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2676017C1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2731135C1 (en) * | 2019-11-22 | 2020-08-31 | Акционерное общество "Концерн "Созвездие" | Radio transmitter with digital correction of nonlinearity |
RU2731128C1 (en) * | 2020-02-18 | 2020-08-31 | Акционерное общество "Концерн "Созвездие" | Method for combined digital linearization of power amplifier and quadrature modulator |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20040179629A1 (en) * | 2002-12-24 | 2004-09-16 | Yoo-Seung Song | Digital predistorter for a wideband power amplifier and adaptation method |
US20040203542A1 (en) * | 2002-06-04 | 2004-10-14 | Jae-Hyun Seo | Pre-distortion apparatus and method for recovering nonlinear distortion of high power amplifier |
RU2264037C2 (en) * | 2000-07-20 | 2005-11-10 | Хуавей Текнолоджиз Ко., Лтд. | Method and device for input of adaptive digital pre-distortions for wireless transmitter |
RU125794U1 (en) * | 2012-10-01 | 2013-03-10 | Открытое акционерное общество "Концерн "Созвездие" | ADAPTIVE DIGITAL SIGNAL PERFORMANCE INPUT DEVICE WITH Pseudo-Random Operation Frequency Reset |
RU2510128C1 (en) * | 2010-12-23 | 2014-03-20 | Хуавей Текнолоджиз Ко., Лтд. | Device of signal processing and method of signal processing |
US20150061774A1 (en) * | 2013-05-09 | 2015-03-05 | King Fahd University Of Petroleum And Minerals | Digital predistortion system and method with extended correction bandwidth |
-
2017
- 2017-07-25 RU RU2017126829A patent/RU2676017C1/en active
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2264037C2 (en) * | 2000-07-20 | 2005-11-10 | Хуавей Текнолоджиз Ко., Лтд. | Method and device for input of adaptive digital pre-distortions for wireless transmitter |
US20040203542A1 (en) * | 2002-06-04 | 2004-10-14 | Jae-Hyun Seo | Pre-distortion apparatus and method for recovering nonlinear distortion of high power amplifier |
US20040179629A1 (en) * | 2002-12-24 | 2004-09-16 | Yoo-Seung Song | Digital predistorter for a wideband power amplifier and adaptation method |
RU2510128C1 (en) * | 2010-12-23 | 2014-03-20 | Хуавей Текнолоджиз Ко., Лтд. | Device of signal processing and method of signal processing |
RU125794U1 (en) * | 2012-10-01 | 2013-03-10 | Открытое акционерное общество "Концерн "Созвездие" | ADAPTIVE DIGITAL SIGNAL PERFORMANCE INPUT DEVICE WITH Pseudo-Random Operation Frequency Reset |
US20150061774A1 (en) * | 2013-05-09 | 2015-03-05 | King Fahd University Of Petroleum And Minerals | Digital predistortion system and method with extended correction bandwidth |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2731135C1 (en) * | 2019-11-22 | 2020-08-31 | Акционерное общество "Концерн "Созвездие" | Radio transmitter with digital correction of nonlinearity |
RU2731128C1 (en) * | 2020-02-18 | 2020-08-31 | Акционерное общество "Концерн "Созвездие" | Method for combined digital linearization of power amplifier and quadrature modulator |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US9397619B2 (en) | Distortion compensation apparatus and distortion compensation method | |
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 | |
KR101109861B1 (en) | Predistorter | |
US11476809B2 (en) | Polyphase digital signal predistortion in radio transmitter | |
US20130165060A1 (en) | Architecture of nonlinear rf filter-based transmitter | |
CN104363191B (en) | A kind of digital pre-distortion method of frequency-hopping communication system | |
WO2014137783A2 (en) | Power amplifier system including a composite digital predistorter | |
US20120007672A1 (en) | Linearization Device for a Power Amplifier | |
US7564305B2 (en) | System and method for self-cancellation of Nth-order intermodulation products | |
CN110765720A (en) | Power amplifier predistortion method of complex value assembly line recurrent neural network model | |
CN109075745B (en) | Predistortion device | |
RU2676017C1 (en) | Device and method for adaptive linearization of analog radio path through dual-digital corrector | |
KR100546245B1 (en) | Apparatus and method for power amplifying using predistortion and radio communication system having the apparatus | |
Gilabert Pinal | Multi look-up table digital predistortion for RF power amplifier linearization | |
US9819318B2 (en) | Architecture of a low bandwidth predistortion system for non-linear RF components | |
JP5336134B2 (en) | Predistorter | |
Feng et al. | Analysis on LUT based digital predistortion using direct learning architecture for linearizing power amplifiers | |
JP5110165B2 (en) | Distortion compensation device | |
Vu et al. | Adaptive digital predistortion of RF power amplifiers based on memory polynomial model and indirect learning architecture | |
CN114244292B (en) | DPD frequency band dividing correction method suitable for multiple scenes and application | |
RU2731128C1 (en) | Method for combined digital linearization of power amplifier and quadrature modulator | |
Li et al. | Complex-valued pipelined chebyshev functional link recurrent neural network for joint compensation of wideband transmitter distortions and impairments | |
Tikhonov et al. | Correction of non-linear signal distortion on the equipment NI USRP-2943R with OFDM transmission technology | |
KR100625445B1 (en) | Prediction apparatus with a varying order and its control method | |
Fatungase et al. | Real-time Power Amplifier Impairment Assessment using Nonlinear Polynomial with Memory |