Устройство ввода адаптивных цифровых предыскажений сигнала с псевдослучайной перестройкой рабочей частоты

Полезная модель относится к системам обработки сигналов в средствах связи, в частности, к устройствам и методам повышения линейности усилителей мощности и может найти применение в системах радиосвязи и беспроводной передачи данных. Технический результат - повышение линейности амплитудно-амплитудной и фазоамплитудной характеристик передающего тракта. Это достигается тем, что в устройство ввода адаптивных цифровых предыскажений сигнала с псевдослучайной перестройкой рабочей частоты, содержащее модулятор (1), последовательно соединенные цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП) (3), преобразователь с повышением частоты (4), усилитель мощности (5), ответвитель (6), первый выход которого подключен к антенне (14), а второй через последовательно соединенные преобразователь с понижением частоты (11), аналогово-цифровой преобразователь (АЦП) (10) соединен со вторым входом адаптивного контроллера параметра предыскажений (9), первый вход которого соединен со вторым выходом модулятора (1), введен блок коэффициентов предыскажений (2), первый вход которого соединен с первым выходом модулятора (1), второй - с выходом адаптивного контроллера параметра предыскажений (9), а выход - с входом ЦАП (3), а также синтезатор частот (8), первый выход которого соединен с соответствующим входом преобразователя с повышением частот (4), второй - с соответствующим входом преобразователя с понижением частоты (11), а третий -с входом блока выбора таблицы поиска (7), выход которого соединен с соответствующим входом блока коэффициентов предыскажений (2).

Полезная модель относится к системам обработки сигналов в средствах связи, в частности, к устройствам и методам повышения линейности усилителей мощности и может найти применение в системах радиосвязи и беспроводной передачи данных.

Известно устройства ввода цифровых предыскажений, в котором компенсация искажений передаваемого сигнала достигается посредством использования данных постоянного запоминающего устройства (ПЗУ) (патент РФ 217255), недостатком которого является малая величина рабочей полосы, особенно если корректируемый усилитель мощности проявляет сильные инерционные свойства.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство цифровых предыскажений (патент РФ 2264037), принятое за прототип.

Структурная схема устройства-прототипа приведена на фиг.1, где обозначено:

1 - модулятор;

3 - цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП);

4 - преобразователь с повышением частоты;

5 - усилитель мощности;

6 - ответвитель;

9 - адаптивный контроллер параметра предыскажений;

10 - аналогово-цифровой преобразователь (АЦП);

11 - преобразователь с понижением частоты;

12 - блок ввода предыскажений;

13 -гетеродин;

14 - антенна.

Устройство-прототип содержит последовательно соединенные модулятор 1, блок ввода предыскажений 12, ЦАП 3, преобразователь с повышением частоты 4, усилитель мощности 5, ответвитель 6, первый выход которого подключен к антенне 14, а второй через последовательно соединенные преобразователь с понижением частоты 11, АЦП 10 соединен со вторым входом адаптивного контроллера параметра предыскажений 9, первый вход которого соединен со вторым выходом модулятора 1, а выход - с соответствующим входом блока ввода предыскажений 12, а также гетеродин 13, первый выход которого соединен с соответствующим входом преобразователя с повышением частоты 4, а второй - с соответствующим входом преобразователя с понижением частоты 11.

Устройство-прототип работает следующим образом.

Квадратуры сигнала с выхода модулятора 1 подаются на цифровой блок ввода предыскажений 12, где они обрабатываются и с введенными предыскажениями поступают в цифро-аналоговый преобразователь 3, где происходит преобразование сигнала из цифровой формы в аналоговую, после чего подается в преобразователь повышения частоты 4. После этого преобразованные сигналы усиливаются усилителем мощности 5 и передаются на антенну 14. Ввод цифровых предыскажений представляет собой процесс нелинейного преобразования. В идеальных условиях характеристика нелинейности цифровых предыскажений противоположна нелинейности канала передачи, благодаря чему выходные и входные сигналы имеют линейное взаимоотношение, что определяет минимум энергии внеполосного излучения.

Характеристика нелинейности канала передачи изменяется в соответствии с рабочими условиями и параметрами окружающей среды, поэтому необходимо, чтобы параметры цифрового блока ввода предыскажений 12 адаптивно обновлялись. Часть сигналов с на выхода усилителя 5 проходит назад через ответвитель 6 на вход адаптивного контроллера параметра предыскажений 9 через преобразователь понижения частоты 11 и АЦП 10. Сигнал обратной связи обрабатывают в цифровой форме с помощью контроллера 9, в котором модуль разницы нормированных сигналов с модулятора 1 и с АЦП 10 используется в качестве сигнала обратной связи как целевая функция, и параметры предыскажений адаптивно регулируют путем использования процесса многопараметрической оптимизации, благодаря чему обеспечивается поддержание линейной характеристики передачи всего канала передачи данных. Параметры предыскажений могут представлять собой факторы определенной функции или значения, взятые из элементов таблицы поиска (ТП (LUT)) (на фиг.1 не показана). Цифровой блок ввода предыскажений 12 периодически принимает сигналы обновления параметра предыскажений, посылаемые из адаптивного контроллера параметра предыскажений 9, и соответствующим образом модифицирует параметры предыскажений.

Недостатком устройства-прототипа является возможность расхождения процесса многопараметрической оптимизации, что приводит к низкой линейности амплитудно-амплитудной и фазоамплитудной характеристики передающего тракта в системе связи с псевдослучайной перестройкой частоты (ППРЧ).

Задача-улучшение технических характеристик устройства.

Для решения поставленной задачи в устройство ввода адаптивных цифровых предыскажений сигнала с псевдослучайной перестройкой рабочей частоты содержащее модулятор, последовательно соединенные цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП), преобразователь с повышением частоты, усилитель мощности, ответвитель, первый выход которого подключен к антенне, а второй через последовательно соединенные преобразователь с понижением частоты, аналогово-цифровой преобразователь (АЦП) соединен со вторым входом адаптивного контроллера параметра предыскажений, первый вход которого соединен со вторым выходом модулятора, согласно полезной модели, введен блок коэффициентов предыскажений, первый вход которого соединен с первым выходом модулятора, второй - с выходом адаптивного контроллера параметра предыскажений, а выход - с входом ЦАП, а также синтезатор частот, первый выход которого соединен с соответствующимвходом преобразователя с повышением частот, второй - с соответствующим входом преобразователя с понижением частоты, а третий - с входом блока выбора таблицы поиска, выход которого соединен с соответствующим входом блока коэффициентов предыскажений.

Структурная схема предлагаемого устройства приведена на фиг.2, где обозначено:

1 - модулятор;

2 - блок коэффициентов предыскажений;

3 - цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП);

4 - преобразователь с повышением частоты;

5 - усилитель мощности;

6 - ответвитель;

7 - блок выбора таблицы поиска;

8 - синтезатор частот;

9 - адаптивный контроллер параметра предыскажений;

10 - аналогово-цифровой преобразователь (АЦП);

11 - преобразователь с понижением частоты;

14 - антенна.

Предлагаемое устройство содержит последовательно соединенные модулятор 1, блок коэффициентов предыскажений 2, ЦАП 3, преобразователь с повышением частоты 4, усилитель мощности 5, ответвитель 6, первый выход которого подключен к антенне 14, а второй через последовательно соединенные преобразователь с понижением частоты 11, АЦП 10 соединен со вторым входом адаптивного контроллера параметра предыскажений 9, первый вход которого соединен со вторым выходом модулятора 1, а выход - с соответствующим входом блока ввода предыскажений 12, а также синтезатор частот 8, первый выход которого соединен с соответствующим входом преобразователя с повышением частот 4, второй - с соответствующим входом преобразователя с понижением частоты 11, а третий - с входом блока выбора таблицы поиска 7, выход которого соединен с соответствующим входом блока коэффициентов предыскажений 2.

Структурная схема блока коэффициентов предыскажений 2 приведена на фиг.3, где обозначено:

15.1-15.N - таблица поиска;

16.1, 16.2 - первый и второй мультиплексор;

17 - демультиплексор.

Блок коэффициентов предыскажений 2 содержит N таблиц поиска 15.1-15.N, первые входы которых соединены с соответствующими выходами первого мультиплексора 16.1, вторые входы - с соответствующими выходами второго мультиплексора 16.2, а выходы - с соответствующими входами демультиплексора 17, выход которого является выходом блока коэффициента предыскажений 2. При этом первый вход первого мультиплексора 16.1 является первым входом блока коэффициента предыскажений 2. Вторые входы первого и второго мультиплексоров 16.1 и 16.2 и демультиплексора 17 соединены между собой и являются вторым входом блока коэффициента предыскажений 2. Первый вход второго мультиплексора 16.2 является третьим входом блока коэффициента предыскажений 2.

Устройство работает следующим образом.

Квадратуры сигнала с выхода модулятора 1 подаются на цифровой блок коэффициентов предыскажений 2, где они обрабатываются. В блоке 2 квадратуры сигнала через первый мультиплексор 16.1 (фиг.3) направляются на одну из таблиц поиска 15.1-15.N, в соответствии с кодом, поступающим с блока выбора таблицы поиска 7 (фиг.2), определяющим текущую рабочую частоту. В таблицах поиска 15.1-15.N происходит процедура предыскажения квадратур и сигналы через демультиплексор 17 с введенными предыскажениями поступают в цифро-аналоговый преобразователь 3, после чего в преобразователь повышения частоты 4. Затем преобразованные сигналы усиливаются усилителем мощности 5 и передаются на антенну 14. Ввод цифровых предыскажений для каждой из таблиц поиска 15.1-15.N представляет собой процесс нелинейного преобразования, аналогичный описанному процессу нелинейного преобразования в устройстве-прототипе.

Как и для устройства-прототипа, для предлагаемого устройства требуется, чтобы параметры блока коэффициентов предыскажений 2 адаптивно обновлялись. Часть сигналов, поступающих на выход усилителя 5, проходит назад на вход адаптивного контроллера параметра предыскажений 9 через ответвитель 6, преобразователь понижения частоты 11 и АЦП 10. Сигнал обратной связи обрабатывается в цифровой форме с помощью контроллера 9, процедура адаптации коэффициентов предыскажения происходит аналогично, как и в устройстве-прототипе. Скорректированные параметры предыскажений поступают из блока адаптивного контроллера параметра предыскажений 9, затем направляются через второй мультиплексор 16.2, на одну из таблиц поиска 15.1-15.N в соответствии с кодом поступающим из блока выбора таблицы поиска 7, определяющим текущую рабочую частоту. Блок выбора таблицы поиска 7 представляет собой таблицы соответствия между рабочей частотой и кодовыми словами, которые подаются на управляющие входы первого и второго мультиплексоров 16.1 и 16.2 и демультиплексора 17. Следовательно, в каждый момент времени задействована одна из таблиц поиска 15.1 - 15.N и процесс адаптации происходит для текущей частоты, тем самым уменьшая вероятности расхождения процедуры адаптации параметров предыскажений при ППРЧ.

Модулятор 1, блок коэффициентов предыскажений 2, блок выбора таблицы поиска 7 выполнены, например, на основе ПЛИС семейства Virtex 6 фирмы Xilinx; адаптивный контроллер параметра предыскажений 9 - на основе сигнального процессора TMS320C54 фирмы Texas Instrument; цифро-аналоговый преобразователь 3 - на микросхеме аналогичной DAC8412 фирмы Analog Devices; аналогово-цифровой преобразователь 10 - на AD9626 фирмы Analog Devices; преобразователь с повышением частоты 4 и преобразователь с понижением частоты 11 - на микросхеме аналогичной HMC525LC4 фирмы Hittite; синтезатор частот 8 - на микросхеме аналогичной HMC824LP6C фирмы Hittite; ответвитель 6 - на микросхеме аналогичной X3C09P2-30S фирмы Anaren.

Таким образом, по сравнению с прототипом в устройстве ввода адаптивных цифровых предыскажений сигнала с псевдослучайной перестройкой рабочей частоты повышается линейность амплитудно-амплитудной и фазо-амплитудной характеристик передающего тракта за счет введения предыскажений в отношении входных сигналов.

1. Устройство ввода адаптивных цифровых предыскажений сигнала с псевдослучайной перестройкой рабочей частоты, содержащее модулятор, последовательно соединенные цифроаналоговый преобразователь (ЦАП), преобразователь с повышением частоты, усилитель мощности, ответвитель, первый выход которого подключен к антенне, а второй через последовательно соединенные преобразователь с понижением частоты, аналогово-цифровой преобразователь (АЦП) соединен со вторым входом адаптивного контроллера параметра предыскажений, первый вход которого соединен со вторым выходом модулятора, отличающееся тем, что введен блок коэффициентов предыскажений, первый вход которого соединен с первым выходом модулятора, второй - с выходом адаптивного контроллера параметра предыскажений, а выход - с входом ЦАП, а также синтезатор частот, первый выход которого соединен с соответствующим входом преобразователя с повышением частот, второй - с соответствующим входом преобразователя с понижением частоты, а третий - с входом блока выбора таблицы поиска, выход которого соединен с соответствующим входом блока коэффициентов предыскажений.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что блок коэффициентов предыскажений содержит N таблиц поиска, первые входы которых соединены с соответствующими выходами первого мультиплексора, вторые входы - с соответствующими выходами второго мультиплексора, а выходы - с соответствующими входами демультиплексора, выход которого является выходом блока коэффициента предыскажений, при этом первый вход первого мультиплексора является первым входом блока коэффициента предыскажений и соединен с выходом модулятора; вторые входы первого и второго мультиплексоров и демультиплексора соединены между собой и являются вторым входом блока коэффициента предыскажений, а первый вход второго мультиплексора является третьим входом блока коэффициента предыскажений.