Устройство цифровой коррекции нелинейности



Устройство цифровой коррекции нелинейности
Устройство цифровой коррекции нелинейности

Владельцы патента RU 2685284:

Акционерное общество "Ангстрем" (АО "Ангстрем") (RU)

Изобретение относится к области передачи радиосигналов и может быть использовано для исправления искажения радиосигналов. Техническим результатом является упрощение конструкции, снижение потребляемой мощности и повышение быстродействия. Устройство содержит первый усилитель, первый аналогово-цифровой преобразователь, первый цифровой фильтр, первый конвертор, понижающий частоту, устройство автоматического усиления сигнала, цифро-аналоговый преобразователь, второй усилитель, второй аналогово-цифровой преобразователь, второй конвертор, повышающий частоту, второй цифровой фильтр. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к схемам передающих устройств и может использоваться для исправления искажения радиосигналов.

Известны различные устройства, корректирующие искажение сигналов (нелинейность) в усилителях.

Из патента США US 8498591 известно устройство цифровой коррекции нелинейности, в котором используется обратная связь и включен оценочный блок для коррекции. В известном устройстве выполняется выбор оценочных характеристик для внесения декомпенсационных параметров в выходной сигнал.

Линеаризатор согласно патенту США US 8498590 содержит нелинейный передатчик, приемник обратной связи, устройство ввода предыскажений, регулятор усиления, блок адаптивного контроля предыскажений, блок адаптивного контроля усиления, контроллеры предыскажений, контроллеры усиления. Линеаризатор является достаточно сложным и требует больших аппаратных затрат. Из-за необходимости контролирования параметров линеаризации это устройство характеризуется невысоким быстродействием.

Наиболее близким аналогом настоящего изобретения является устройство цифровой коррекции нелинейности согласно патенту США US 8213884, использующее таблицу соответствий (или «look-up-table»), которая корректирует цифровой выходной сигнал в зависимости от искажений в усилителе. В этом известном устройстве имеется адаптивный алгоритм, выходы которого в совокупности с входными данными поступают в таблицу соответствий (look-up-table), на выходе которой коэффициенты образуют массив корректирующих сигналов для компенсационного процесса. В данном варианте реализации требуется большой объем памяти и настройка таблицы под каждый тип усилителя. Это влечет за собой существенные аппаратные затраты и снижает быстродействие устройства в целом.

Решаемая изобретением задача состоит в улучшении технико-эксплуатационных характеристик устройства цифровой коррекции нелинейности.

Технический результат, полученный при использовании изобретения, заключается в упрощении конструкции устройства цифровой коррекции нелинейности, снижении потребляемой им мощности и повышении его быстродействия.

Для решения поставленной задачи с достижением заявленного технического результата устройство цифровой коррекции нелинейности содержит соединенные последовательно первый усилитель, первый аналогово-цифровой преобразователь, первый цифровой фильтр, первый конвертор, понижающий частоту, устройство автоматического усиления сигнала, цифро-аналоговый преобразователь и второй усилитель. Вход первого усилителя служит входом устройства, а выход второго усилителя - выходом устройства. Устройство также содержит соединенные последовательно второй аналогово-цифровой преобразователь, второй конвертор, повышающий частоту, и второй цифровой фильтр. Кроме того, выход первого конвертора соединен со вторым входом второго цифрового фильтра; выход второго усилителя соединен с входом второго аналогово-цифрового преобразователя; выход второго конвертора соединен со вторым входом устройства автоматического усиления сигнала; и выход второго цифрового фильтра соединен со вторым входом первого цифрового фильтра.

Возможен дополнительный вариант выполнения устройства, в котором целесообразно, чтобы был введен третий усилитель. При этом выход второго усилителя соединен с входом второго аналогово-цифрового преобразователя через третий усилитель.

В сравнении с известными аналогами, включая наиболее близкий аналог, заявляемое устройство характеризуется более простой конструкцией, повышенным быстродействием и пониженным потреблением мощности.

Указанные преимущества, а также особенности настоящего изобретения поясняются с помощью варианта его выполнения со ссылками на фигуры.

Фиг. 1 изображает функциональную схему заявленного устройства.

Фиг. 2 представляет результат моделирования работы устройства в среде Matlab/Simulink.

Перечень позиций, использованных на фиг. 1:

1 - первый усилитель

2 - первый аналогово-цифровой преобразователь

3 - первый цифровой фильтр

4 - первый конвертор, понижающий частоту

5 - устройство автоматического усиления сигнала

6 - цифро-аналоговый преобразователь

7 - второй усилитель

8 - третий усилитель

9 - второй аналогово-цифровой преобразователь

10 - второй конвертор, повышающий частоту

11 - второй цифровой фильтр

12 - вход устройства

13-19 - шины данных

20 - выход устройства

21-23 - шины данных.

Словарь используемых терминов:

DPD - устройство цифровой коррекции искажений

РА - усилитель

FIR - фильтр нерекурсивный

DUC - конвертор, повышающий частоту переданных данных

DDC - конвертор, понижающий частоту переданных данных

AGC - устройство автоматического усиления сигнала

ADC - аналого-цифровой преобразователь

DAC - цифро-аналоговый преобразователь.

Устройство цифровой коррекции нелинейности содержит первый усилитель 1, первый аналогово-цифровой преобразователь 2, первый цифровой фильтр 3, первый конвертор 4, понижающий частоту, устройство 5 автоматического усиления сигнала, цифро-аналоговый преобразователь 6 и второй усилитель 7, соединенные посредством шин 13, 14, 15, 16, 18, 19 последовательно, как показано на фиг. 1. Вход первого усилителя 1 служит входом 12 устройства, а выход второго усилителя 7 служит выходом 20 устройства.

Второй аналогово-цифровой преобразователь 9, второй конвертор 10, повышающий частоту, и второй цифровой фильтр 11 соединены посредством шин 21, 22, 17, 23 последовательно. Выход первого конвертора 4 соединен со вторым входом второго цифрового фильтра 11.

Выход второго усилителя 7 соединен с входом второго аналогово-цифрового преобразователя 9. Выход второго конвертора 10 соединен со вторым входом устройства 5 автоматического усиления сигнала. Выход второго цифрового фильтра 11 соединен со вторым входом первого цифрового фильтра 3.

Кроме того, в устройство может быть введен третий усилитель 8 (на фиг. 1 показан пунктирной линией). Тогда выход второго усилителя 7 соединяется с входом второго аналогово-цифрового преобразователя 9 через третий усилитель 8.

Работает устройство цифровой коррекции нелинейности следующим образом.

На вход 12 первого усилителя 1 поступают данные в аналоговой форме, которые в первом аналогово-цифровом преобразователе 2 пересчитываются в цифровую форму заданной разрядности. Первый цифровой фильтр 3 (FIR1) выполняет основную роль в заявленном устройстве, которое, по сути, является обучающейся системой. Коррекция нелинейности осуществляется по обратной связи по шине 23, по которой на второй вход первого цифрового фильтра 3 поступают вычисленные коэффициенты с выхода второго цифрового фильтра 11 (FIRA). Количество вычисленных коэффициентов зависит от окна (порядка) фильтра первого цифрового фильтра 3, если это нерекурсивный фильтр. Чем больше окно данных, тем вернее выбор величин коэффициентов (статистически точнее). Однако в случае очень большого окна данных реакция устройства на изменчивость параметров и условий (например, окружающей среды, характеристик усилителя) будет медленнее. Это эквивалентно принципу неопределенности, где частота - временной домен сигнала.

Первый цифровой фильтр 3 и второй цифровой фильтр 11 работают известным образом при использовании нерекурсивных или рекурсивных фильтров (см., например, http://portal.tpu.ru/SHARED/v/VOS/study/discl/Tab/tema09.pdf, с. 124, рис. 9.15 и с. 122, рис. 9.12). Роль второго входа играют коэффициенты фильтра, например, обозначенные в указанном источнике на рис. 9.15 как b0, b1, … bn-1. Второй цифровой фильтр 11 выполняет функцию адаптивного элемента.

На первый цифрового фильтра 3 поступает входной сигнал по шине 14, а на его второй вход (отмечен символом «2» на фиг. 1) по шине 23 - рассчитанные коэффициенты в процессе адаптации с выхода второго цифрового фильтра 11. Изменения этих коэффициентов показано в виде кривых на фиг. 2, представляющей результаты моделирования работы устройства в среде Matlab/Simulink.

Первый конвертор 4, понижающий частоту переданных данных, используется для повышения пропускной способности канала. Представленная структурная схема фактически отражает устройство для беспроводной связи, например мобильной связи стандарта LTE.

Сигнал с выхода первого конвертора 4, понижающего частоту, поступает на второй вход (отмечен символом «2» на фиг. 1) второго цифрового фильтра 11, на его первый вход по шине 17 (обратной связи) поступает сигнал каскада блоков (устройства 5 автоматического усиления сигнала, цифро-аналогового преобразователя 6, второго усилителя 7, третьего усилителя 8, второго аналогово-цифровой преобразователя, второго конвертора 10). Указанные сигналы, поступающие на первый и второй входы второго цифрового фильтра 11, сравниваются во втором цифровом фильтре 11 (адаптационном), изменяя в зависимости от разницы этих сигналов адаптационные коэффициенты (фиг. 2).

Таким образом, во втором цифровом фильтре 11 вычисляются коэффициенты коррекции, поскольку на основной сигнал с выхода по шине 16 первого конвертора 4, понижающего частоту переданных данных, и поступающий на второй вход второго цифрового фильтра 11, а также сформированный по обратной связи по шине 17 сигнал, поступающий на первый вход второго цифрового фильтра 11 с выхода второго конвертора 10, повышающего частоту, накладываются искажения из-за нелинейности первого усилителя 7 и третьего усилителя 8, а также влияния окружающей среды. При этом окно данных второго цифрового фильтра 11 выбирается эквивалентным окну данных первого цифрового фильтра 3 по количеству коэффициентов или порядку фильтра.

Третий усилитель 8 может отсутствовать, если не требуется значительного усиления сигнала для выдачи информации в эфир.

После прохождения сигналов во внешней среде с выхода 20 через третий усилитель 8 посредством шины 21 на вход второго аналогово-цифрового преобразователя 9, а с него посредством шины 22 - на второй конвертор 10, повышающий частоту переданных данных, замыкается обратная связь через устройство 5 автоматического усиления сигналов, которое, в дополнение к адаптивному процессу, осуществляемому в первом цифровом фильтре 3 и втором цифровом фильтре 11, корректирует сигнал по амплитуде.

Устройство 5 автоматического усиления сигналов работает известным образом (см., например, Коновалов Г.Ф. Радиоавтоматика: Учеб. для вузов по спец. «Радиотехника». - М.: Высш. шк., 1990, рис. 1.13).

Процесс адаптации (обучения) (фиг. 2) виден по стабилизационным областям кривых (величины) коэффициентов. Коэффициенты через некоторое время выходят на стабильный уровень, что характеризует работоспособность устройства.

Таким образом, предложенное устройство обеспечивает автоматическую настройку исправления искажений (нелинейности) в реальном времени без использования предварительных оценочных расчетов корректирующих данных с их занесением в соответствующую память таблицы соответствий или настройкой устройства под каждый конкретный усилитель. Это обеспечивается соответствующей обратной связью с включением адаптивных алгоритмов и автоматическим расчетом коэффициентов для цифровых фильтров.

Заявленное устройство является универсальным. Во-первых, отсутствует необходимость настраивать каждый раз таблицы соответствий в зависимости от типа используемого усилителя или изменчивости внешних условий. Во-вторых, снижаются аппаратные затраты, поскольку элементы памяти и таблицы коррекции отсутствуют. В-третьих, повышается быстродействие, а устройство работает в реальном масштабе времени.

Наиболее успешно заявленное устройство цифровой коррекции нелинейности промышленно применимо в передающих устройствах и позволяет обеспечить технический и экономический эффекты при изготовлении аппаратуры, в частности, при реализации в интегральном исполнении.

1. Устройство цифровой коррекции нелинейности, содержащее:

соединенные последовательно первый усилитель, первый аналогово-цифровой преобразователь, первый цифровой фильтр, первый конвертор, понижающий частоту, устройство автоматического усиления сигнала, цифро-аналоговый преобразователь и второй усилитель, причем вход первого усилителя служит входом устройства, а выход второго усилителя служит выходом устройства, и

соединенные последовательно второй аналогово-цифровой преобразователь, второй конвертор, повышающий частоту, и второй цифровой фильтр,

при этом выход первого конвертора соединен со вторым входом второго цифрового фильтра,

выход второго усилителя соединен с входом второго аналогово-цифрового преобразователя,

выход второго конвертора соединен со вторым входом устройства автоматического усиления сигнала, и

выход второго цифрового фильтра соединен со вторым входом первого цифрового фильтра.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что введен третий усилитель, а выход второго усилителя соединен с входом второго аналогово-цифрового преобразователя через третий усилитель.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к технике связи и может использоваться в системах беспроводной связи. Технический результат состоит в повышении точности определения скачка тона PRACH.

Группа изобретений относится к способу и системе сбора данных с датчиков. Система, осуществляющая способ сбора данных с датчиков, содержит сервер, принимающий данные с датчиков из транспортного средства, и базу данных, которая сохраняет принятые сервером данные.

Изобретение относится к технике связи, может использоваться в устройствах приема в дециметровом диапазоне сверхвысоких частот (СВЧ) и предназначено для работы в составе комплекса системы активной радиолокации в качестве приемного звена для приема запросных сигналов на несущих частотах.

Изобретение относится к технике связи и может использоваться в системах беспроводной связи. Технический результат состоит в повышении скорости доставки аварийных сигналов.

Изобретение относится к способу регулировки усиления усилителя приемника, работающего в системе сотовой связи. Технический результат заключается в обеспечении возможности избегать излишней траты времени и энергии для получения значений коэффициента усиления.

Изобретение относится к области радиосвязи и может быть использовано в телекоммуникационных радиоэлектронных системах с широкополосными сигналами. Технический результат - повышение точности оценки части полосы частот, поражаемой импульсной помехой, в условиях совместного действия импульсной и непрерывной помех.

Изобретение относится к области техники связи и может быть использовано в средствах связи с амплитудно- или частотно-манипулированными сигналами. Технический результат заключается в повышении помехоустойчивости путем обеспечении оценки мощности узкополосной или аддитивной Гауссовской помехи и смеси амплитудно или частотно манипулированных сигналов и помехи с высокой точностью.

Предложен способ регулирования настроек эквалайзера приемника в транспортном средстве. Периодически принимают идентификационную информацию медиа от транспортного средства.

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано в широкополосных СВЧ радиоприемных устройствах, входящих в состав аппаратуры радиопротиводействия и радионаблюдения.

Изобретение относится к дифференциальным операционным усилителям. Технический результат заключается в повышении максимальной скорости нарастания выходного напряжения без ухудшения энергетических параметров.

Изобретение относится к области аналоговой микроэлектроники и может быть использовано в качестве двухтактных буферных и выходных усилителей мощности различных аналоговых устройств (операционных усилителей, драйверов линий связи и т.п.), допускающих работу в условиях воздействия проникающей радиации и низких температур.

Изобретение относится к электронным устройствам, в частности к усилителям. Техническим результатом заявляемого изобретения является увеличение трансимпеданса, повышение коэффициента усиления по напряжению и повышение устойчивости усилителя без увеличения емкости корректирующего конденсатора.

Изобретение относится к области радиотехники. Технический результат: повышение максимальной скорости нарастания выходного напряжения и уменьшение времени установления переходного процесса.

Изобретение относится к области радиотехники и связи и может быть использовано в качестве устройства усиления аналоговых сигналов. Технический результат заключается в повышении стабильности статического режима при отрицательных температурах и изменении напряжений питания, также обеспечивается возможность изменения численных значений напряжения ограничения проходной характеристики при фиксированном токопотреблении.

Изобретение относится к области аналоговой микроэлектроники и может быть использовано в различных аналоговых микросхемах. Технический результат заключается в расширении диапазона активной работы входного дифференциального каскада, повышении максимальной скорости нарастания выходного напряжения ОУ в режиме большого сигнала.

Изобретение относится к области радиотехники. Технический результат - повышение максимальной скорости нарастания выходного напряжения и уменьшение времени установления переходного процесса в буферном усилителе (БУ) при больших импульсных входных сигналах.

Изобретение относится к области аналоговой микроэлектроники. Технический результат заключается в повышении стабильности статического режима и низком уровне шумов при работе устройства в диапазоне низких температур с высокой линейностью амплитудной характеристики.

Изобретение относится к области радиотехники и электроники. Технический результат повышение быстродействия операционного усилителя.

Изобретение относится к области аналоговой микроэлектроники и может быть использовано в аналоговых интерфейсах и устройствах преобразования сигналов, в том числе работающих в диапазоне низких температур.

Изобретение относится к электронным устройствам, в частности к усилителям. Техническим результатом заявляемого изобретения является увеличение трансимпеданса, повышение коэффициента усиления по напряжению и повышение устойчивости усилителя без увеличения емкости корректирующего конденсатора.

Изобретение относится к области передачи радиосигналов и может быть использовано для исправления искажения радиосигналов. Техническим результатом является упрощение конструкции, снижение потребляемой мощности и повышение быстродействия. Устройство содержит первый усилитель, первый аналогово-цифровой преобразователь, первый цифровой фильтр, первый конвертор, понижающий частоту, устройство автоматического усиления сигнала, цифро-аналоговый преобразователь, второй усилитель, второй аналогово-цифровой преобразователь, второй конвертор, повышающий частоту, второй цифровой фильтр. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Наверх