一种宽带接收机非线性盲辨识及补偿方法
【专利摘要】该发明一种宽带接收机非线性盲辨识及补偿方法，涉及无线电监测领域，特别是涉及对宽带接收机非线性盲辨识及补偿方法。该发明通过对失真信号进行补偿，得到混合信号，再计算出混合信号中失真分量短时能量信息的代价函数，计算出令失真分量最小的补偿参数，然后更新补偿模型中的补偿参数，重复该步骤直至失真分量得到较好的抑制，从而具有提高接收机的无杂散动态范围及提取弱信号的能力的效果。
【专利说明】一种宽带接收机非线性盲辨识及补偿方法
【技术领域】
[0001]本发明属于无线电监测领域，特别是涉及对宽带接收机非线性盲辨识及补偿方法。
【背景技术】
[0002]相对于发射机系统可能存在的强非线性，接收机的非线性特征较弱。接收机收到信号后，经过放大器、滤波器、混频器等模拟器件，信号经过这些模拟器件会产生非线性失真。ADC (模数转换器)作为一种混合处理器件，也是接收机链路非线性的重要来源，信号通过ADC会在时域产生畸变，频域产生谐波失真，互调失真等。减小接收机非线性的其中一个方法是选用速度较快，转换精度较高，无杂散动态范围较大的ADC。然而，高性能的ADC的价格非常昂贵。现在，国内外对接收机的线性化方法的研究较少。工程上，为了保证接收机的线性度，一是可以采用功率回退的思想，即将输入信号的功率限定在IdB压缩点以下，只利用接收机的线性增益区域。功率回退法的缺点是严重影响了接收机的动态接收范围，同时牺牲了传输效率。二是使用反馈技术，将非线性输出信号中的失真分量提取出来，反馈至输入端，然后再与输入信号进行反相相消从而获得抑制非线性分量后的输出信号，不过该方法存在着反馈系统的稳定性问题，同时传输系统中存在的信号延时限制了允许传输信号的最大带宽。三是使用预失真技术，即是预先对输入信号进行某种变换，使得其变换特性正好与接收机的非线性特性互逆，从而消除接收机的非线性性。但是在射频前端前进行自适应预失真，实际实现上存在较大难度。
[0003]目前一种较为常见的建模补偿方法是查找表法。该方法为使用特定输入信号激励待补偿的系统，将所有可能的输出码值以及它相对于理想输入码的差值存储于查找表中，在实际线性化的过程中，以输出信号的瞬时幅度值作为索引，查找得到相应的误差量，再将它从输出信号中减去，达到补偿系统误差的目的。但是由于输入信号的频率和幅度具有较大的范围，同时补偿的系统可能具有记忆效应，所以为保证补偿的精度，需要生成多维的查找表来索引各种可能的输入情况。如此这样，若要保证精度，则必然需要极大的存储容量，同时需要较快的寻址与处理速度，才能保证补偿的实时性。因此，该方法的硬件实现复杂度很大地限制了其应用。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是正对【背景技术】的不足之处改进设计了一种宽带接收机非线性盲辨识及补偿方法，从而达到提高接收机的无杂散动态范围及提取弱信号的能力的目的。
[0005]本发明的解决方案是一种宽带接收机非线性盲辨识及补偿方法，该方法包括:
[0006]步骤1:接收机收到模拟信号，该信号经过接收机处理发生失真，得到失真信号，失真信号由线性分量和失真分量组成；
[0007]步骤2:根据失真信号构建补偿模型，并预设补偿参数，补偿模型输出补偿信号对失真信号进行补偿，得到混合信号；[0008]步骤3:使用FFT (快速傅里叶变换)求取混合信号的功率谱密度函数，在功率谱密度函数中，根据预设的接收信号功率门限判断出线性分量和失真分量的频率和带宽；
[0009]步骤4:根据接收信号和失真分量的频率和带宽，构建多通带滤波器的频谱响应，再进行逆FFT得到滤波器系数，对滤波器系数加窗以后与补偿信号进行滤波，计算出线性分量的谐波项和互调项；
[0010]步骤5:通过线性分量的谐波项和互调项计算出失真分量的短时能量，再构造代价函数，求出当代价函数取得最小值时的补偿参数；
[0011]步骤6:采用自适应算法将步骤2中预设的补偿参数替换为步骤5中求出的补偿参数，重复上述步骤，直至计算过程中该自适应算法收敛，达到抑制失真分量的效果。
[0012]其中步骤2中构建的补偿模型为Volterra补偿模型。
[0013]本发明一种宽带接收机非线性盲辨识及补偿方法，通过对失真信号进行补偿，得到混合信号，再计算出混合信号中失真分量的短时能量代价函数，计算出令失真分量最小的补偿参数，然后更新补偿模型中的补偿参数，重复该步骤直至失真分量得到较好的抑制，从而具有提高接收机的无杂散动态范围及提取弱信号的能力的效果。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]图1为本发明接收机盲辨识补偿的方法的流程图；
[0015]图2为线性分量的功率门限判定示意图。
【具体实施方式】
[0016]步骤1:接收机收到模拟信号，该信号经过接收机射频前端的处理和AD采样后发生失真，得到失真信号，失真信号由线性分量和失真分量组成。
[0017]步骤2:构造Volterra补偿模型,预设模型补偿参数ω的初始值ω ^，设Volterra模型的阶数D=3，则补偿模型输出补偿信号为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 为模型参数的初始值，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]然后得到混合信号8(10=7(10-?(10，其中7(10为失真信号，P(k)为补偿信号。
[0021]步骤3:求取混合信号s (k)的功率谱密度，并判断线性分量和失真分量的频率和带宽:
[0022]对混合信号s (k)作FFT运算，得到补偿信号s (k)的功率谱密度函数，预先给定判断线性分量的功率门限Pthreshtjld,根据线性分量判断准则p>pthresh()ld，则可得到线性分量在频谱中的频率4 和带宽I1, V..In，再根据线性分量的频率和带宽得到谐波分量2f1； 3f\，-2fN, 3fN…及互调分量f\+f2，-2^+^,…的频率和带宽，如图2所示。
[0023]步骤4:根据失真分量的频率和带宽，构造多通带滤波器计算出失真分量:
[0024]根据谐波和互调分量 的频率和带宽构造多通带滤波器的频谱响应，对频谱响应作IFFT得到滤波器系数，对滤波器系数加窗以后与混合信号采用FIR滤波器进行滤波，计算出线性分量的谐波项和互调项，设FIR滤波向量为g=[g(l，g^..gB_JT，维数为BX 1，则最终提取出来的混合信号的非线性分量表示为:
[0025]sf (k, ω) =gTs (k) =gT [y (k) -Vt (k) ω ]
[0026]其中y(k)代表的是宽带接收机AD采样后的失真信号，V(k)是表征补偿系统非线性记忆部分的矩阵。ω为本发明要辨识的补偿参数，
[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]步骤5:根据线性分量的谐波项和互调项来构造代价函数J(?)，利用自适应算法对补偿模型参数进行更新。
[0029]本发明的核心是在保证线性分量能量不变的情况下，使非线性分量能量最小，由于在Sf(k，?)=gTs(k)中没有包括线性分量部分，因此造代价函数为:
[0030]Ι(ω) =Ets2f(k, ω)]
[0031]再利用LMS自适应算法(常用的是LMS或RLS算法)更新补偿模型参数ω，使得代价函数的值最小。
[0032]LMS自适应方法:
[0033]对代价函数J(?)展开并求梯度，可得:
【权利要求】
1.一种宽带接收机非线性盲辨识及补偿方法，该方法包括: 步骤1:接收机收到模拟信号，该信号经过接收机处理发生失真，得到失真信号，失真信号由线性分量和失真分量组成； 步骤2:根据失真信号构建补偿模型，并预设补偿参数，补偿模型输出补偿信号对失真信号进行补偿，得到混合信号； 步骤3:使用快速傅里叶变换求取混合信号的功率谱密度函数，在功率谱密度函数中，根据预设的接收信号功率门限判断出线性分量和失真分量的频率和带宽； 步骤4:根据接收信号和失真分量的频率和带宽，构建多通带滤波器的频谱响应，再进行逆FFT得到滤波器系数，对滤波器系数加窗以后与混合信号进行滤波，计算出线性分量的谐波项和互调项； 步骤5:通过线性分量的谐波项和互调项计算出失真分量的短时能量，再构造代价函数，求出当代价函数取得最小值时的补偿参数； 步骤6:采用自适应算法将步骤2中预设的补偿参数替换为步骤5中求出的补偿参数，重复上述步骤，直至计算过程中该自适应算法收敛，达到抑制失真分量的效果。
2.如权利要求1所述的一种宽带接收机非线性盲辨识及补偿方法，其特征在于步骤2中构建的补偿模型为Volterra补偿模型。
【文档编号】H04L25/03GK103929212SQ201410160564
【公开日】2014年7月16日 申请日期:2014年4月21日 优先权日:2014年4月21日
【发明者】李朝海, 黄超, 黄宇声, 董祥雷, 何子述, 李迅, 向波, 苏洲阳 申请人:电子科技大学