РАДИОПЕРЕДАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО С ЦИФРОВЫМ ПРЕДЫСКАЖЕНИЕМ И АДАПТИВНОЙ КОРРЕКЦИЕЙ ЛИНЕЙНОСТИ

Полезная модель относится к области радиопередающих устройств.
В мощных радиопередающих устройствах для уменьшения уровня нелинейных искажений радиосигналов, вызванных явлениями амплитудной компрессии и амплитудно-фазовой конверсии в усилителе мощности, известны: а) использование предыскажающего линеаризатора, который включается на радиочастотном входе усилителя, б) способ оперативной адаптации характеристик линеаризатора при вариации параметров усилителя.
Наиболее близким техническим решением является радиопередающее устройство с адаптивной коррекцией линейности по схеме патента РФ №128426, которое обеспечивает адаптивную подстройку параметров цифрового линеаризатора при изменении нелинейных характеристик усилителя мощности, которое содержит блок цифровой обработки сигналов, вход 1 которого является информационным входом радиопередающего устройства, первый и второй цифровые выходы и блока цифровой обработки сигналов соединены с первым и вторым цифровыми входами соответственно цифрового линеаризатора, первый и второй цифровые выходы которого подключены к цифровым входам первого и второго цифро-аналоговых преобразователей и, аналоговые выходы этих преобразователей соединены с первым и вторым модуляционными входами квадратурного модулятора, выход которого соединен с входом усилителя мощности, соединенные между собой. Вход усилителя мощности соединен с входом направленного ответвителя, первый выход которого является радиочастотным выходом устройства, второй выход направленного ответвителя соединен с первым входом демодулятора, первый и второй выходы которого соответственно с входами первого и второго аналого-цифровых преобразователей, выходы которых подключены соответственно к первому и второму входам второго блока вычисления отсчетов, выход второго блока вычисления отсчетов соединен с входом второго блока преобразования Фурье, выход которого подсоединен к второму входу блока вычисления критерия качества. Первый и второй выходы блока цифровой обработки сигналов 1 соединены с первым и вторым входами блока вычисления отсчетов, выход которого подключен к входу первого блока преобразования Фурье, выход которого соединен с первый входом вычисления критерия качества, выход блока вычисления критерия качества подключен к входу адаптационного процессора, первый и второй выходы которого подсоединены к третьему и четвертому параметрическим входам соответственно цифрового линеаризатора, при этом третий вход блока вычисления критерия качества подключен выход регистра порога, вход которого является пороговым входом устройства.
Однако известное устройство может использоваться лишь в составе систем, где на вход радиопередающего устройства поступает передаваемая информация в цифровом виде, а формирование радиосигнала на частоте передачи производится в модуляторе, входящем в состав радиопередающего устройства; такой модулятор отсутствует, например, в ретрансляторах радиосигналов прямого типа без демодуляции сигнала на частоте приема, цифровой обработки и повторной модуляции на частоте передачи. Это снижает его функциональные возможности.
Технической задачей полезной модели является расширение функциональных возможностей радиопередающего устройства с адаптивной коррекцией линейности для использования его в системах прямой ретрансляции радиосигналов.
Техническим результатом полезной модели является снижение интермодуляционных искажений выходного сигнала, увеличение средней выходной мощности и повышение коэффициента полезного действия усилителя мощности в радиопередающих устройствах ретрансляционного типа с изменяющимися параметрами нелинейных характеристик усилителя и несущей частоты входного сигнала.
Это достигается тем, что известное радиопередающее устройство с цифровым предыскажением и адаптивной коррекцией линейности, содержащее цифровой линеаризатор, два цифро-аналоговых преобразователя, квадратурный модулятор, усилитель мощности, направленный ответвитель, амплитудный детектор, аналого-цифровой преобразователь, два блока преобразования Фурье, вычислитель критерия качества, регистор порога и адаптационный процессор, дополнительно снабжено тремя перемножителями, двумя фильтрами нижних частот, двумя аналого-цифровыми преобразователями, управляемым напряжением генератором и фазовращателем, причем соединенные между собой аналоговые первые входы первого и второго перемножителей являются радиочастотным входом радиопередающего устройства, выход первого перемножителя соединен с входом первого Фильтра нижних частот, выход второго перемножителя соединен со входом второго фильтра нижних частот, выход первого фильтра нижних частот соединен с первым входом третьего перемножителя и с входом первого аналого-цифрового преобразователя, выход второго фильтра нижних частот соединен со вторым входом третьего перемножителя и со входом второго аналого-цифрового преобразователя, выход третьего перемножителя соединен с управляющим входом управляемого напряжением генератора, выход которого соединен со вторым входом первого перемножителя, с входом фазовращателя и с опорным третьим входом квадратурного модулятора, выход фазовращателя соединен со вторым входом второго перемножителя, выходы первого и второго аналого-цифровых преобразователей соединены соответственно с двумя цифровыми входами цифрового линеаризатора, первый и второй цифровые выходы линеаризатора соединены соответственно с цифровыми входами первого и второго цифро-аналоговых преобразователей, выходы первого и второго цифро-аналоговых преобразователей соединены соответственно с первым и вторым модуляционными входами квадратурного модулятора, выход которого соединен с входом усилителя мощности, выход которого соединен с входом направленного ответвителя, первый выход которого является радиочастотным выходом устройства, второй выход направленного ответвителя соединен с входом амплитудного детектора, выход которого соединен с входом третьего аналого-цифрового преобразователя, выход которого соединен с входом первого блока преобразований Фурье, выход которого соединен с первым входом вычислителя критерия качества, вход второго блока преобразования Фурье соединен с третьим выходом цифрового линеаризатора, выход второго блока преобразования Фурье соединен со вторым входом вычислителя критерия качества, третий вход вычислителя критерия качества соединен с выходом регистра порога, вход которого является входом порога устройства, выход вычислителя критерия качества соединен с входом адаптационного процессора, первый и второй выходы которого соединены с третьим и четвертым параметрическими входами цифрового линеаризатора соответственно
Сущность полезной модели поясняется чертежом, на котором показана блок-схема радиопередающего устройства с цифровым предыскажением и адаптивной коррекцией линейности.
Радиопередающее устройство с цифровым предыскажением и адаптивной коррекцией линейности содержит первый и второй перемножители 1 и 2, соединенные между собой первые аналоговые входы которых являются входом Радиопередающего устройства Вх1, выход первого перемножителя 1 соединен с входом первого фильтра нижних частот 3, выход второго перемножителя 2 соединен с входом второго фильтра нижних частот 4, выход первого фильтра 3 соединен с первым входом третьего перемножителя 5 и с входом первого аналого-цифрового преобразователя 8, выход второго фильтра 4 соединен со вторым входом третьего перемножителя 5 и с входом второго аналого-цифрового преобразователя 9, выход третьего перемножителя 5 соединен с управляющим входом управляемого напряжением генератора 6, выход генератора 6 соединен со вторым входом перемножителя 1, с входом фазовращателя 7 и с опорным третьим входом квадратурного модулятора 13, выход фазовращателя 7 соединен со вторым входом второго перемножителя 2, причем выходы первого и второго преобразователей 8 и 9 соединены соответственно с первым и вторым цифровыми входами цифрового линеаризатора 10. Первый цифровой выход линеаризатора 10 соединен с цифровым входом цифро-аналогового преобразователя 11, второй цифровой выход линеаризатора 10 соединен с цифровым входом второго цифро-аналогового преобразователя 12, аналоговые выходы преобразователей 11 и 12 соединены соответственно с первым и вторым модуляционными входами квадратурного модулятора 13, выход которого соединен с входом усилителя мощности 14, выход усилителя мощности 14 соединен с входом направленного ответвителя 15, первый выход которого является радиочастотным выходом радиопередающего устройства. Второй выход направленного ответвителя 15 соединен с входом амплитудного детектора 16, выход которого соединен с входом третьего аналого-цифрового преобразователя 17, выход которого соединен с входом первого блока преобразования Фурье 18, выход которого соединен с первым входом блока вычисления критерия качества 20, на второй вход вычисления критерия качества 20 подключен выход второго блока преобразования Фурье 19, вход которого соединен с третьим выходом цифрового линеаризатора 10, на третий вход блока вычисления критерия качества 20 подключен выход регистра порога 21, вход которого является пороговым входом Радиопередающего устройства в целом Вх2, выход блока вычисления критерия качества 20 подключен к входу адаптационного процессора 22, первый и второй выходы которого соединены с входами 3 и 4 соответственно цифрового линеаризатора 10.
Радиопередающее устройство с адаптивной коррекцией линейности работает следующим образом.
0
0
На его вход поступает радиосигнал с цифровой модуляцией, имеющий несущую частоту f и полосу модулирующих частот F. Если фазовращатель 7 осуществляет сдвиг фазы несущего колебания на 90°, а фильтры 3 и 4 имеют полосу пропускания от постоянного тока до частоты F, то совокупность перемножителей 1 и 2, фильтров 3 и 4, перемножителя 5, генератора 6 и фазовращателя 7 образует известную синфазно-квадратурную схему демодуляции с выделением сигнала несущей частоты f на выходе генератора 6, синфазного и квадратурного информационных потоков на выходах фильтров 8 и 9 (см., например, книгу Б. Скляр «Цифровая связь. Теоретические основы и практическое применение», Изд. 2-е, испр.: пер. с англ. - М., Издательский дом «Вильяме», 2003, стр. 637, рисунок 10.6).
0
Линеаризатор 10, преобразователи 11, 12 и модулятор 13 образуют схему линеаризации, компенсирующую методом предыскажения в своих синфазном и квадратурном каналах искажения радиосигнала в усилителе мощности по принципам патента РФ №128426. Преобразователь 8 формирует синфазный цифровой входной сигнал для линеаризатора 10, преобразователь 9 формирует квадратурный цифровой входной сигнал для Линеаризатора 10, а выделенный на выходе генератора 6 сигнал с несущей частотой f поступает на опорный вход модулятора 13. Таким образом, в схеме полезной модели из входного модулированного радиосигнала выделяются: а) аналоговый сигнал несущей частоты, б) цифровые информационные синфазный и квадратурный битовые потоки сигналов, в) производится предыскажающая коррекция цифровых кодов, компенсирующая искажения сигнала в усилителе мощности и в) восстанавливается радиосигнал. При этом сквозные амплитудная и фазовая характеристики радиопередающего устройства линеаризируются, уменьшается уровень интермодуляционных искажений радиосигнала, возрастает выходная мощность усилителя мощности при необходимой линейности и увеличивается его энергетический коэффициент полезного действия.
Цифровой линеаризатор 10 формирует два информационных потока I и Q в соответствии с выражениями:
0
ф
0
где K(A) - функция предыскажения амплитуды,  - поток временных отсчетов ординат модулирующего сигнала, Δ(A) - функция предыскажения амплитудно-зависимого фазового сдвига, вносимого цифровым линеаризатором 10.
a
a
0
0
0
Если функция предыскажения амплитуды выбрана по соотношению , то при фиксированном значении параметра адаптации 0≤≤1 в цифровом линеаризаторе 10 заполняется таблица корректирующих коэффициентов K(A) при значениях 0≤A≤1, причем максимальному значению A=1 соответствует максимальное значение отсчета сигнала с предыскажением. Значение параметра  поступает на третий вход блока 10 от адаптационного процессора 22.
0
0
На третий выход цифрового линеаризатора 22 подается поток временных отсчетов передаваемого видеосигнала A, отрезки которого на выходе второго блока преобразования Фурье 19 преобразуются в массив опорного спектра модулирующего сигнала F, поступающий на второй вход блока вычисления критерия качества 20.
φ
0
Если функция предыскажения фазового сдвига Δ(A) выбрана по соотношению
, то при фиксированном значении параметра адаптации b в блоке 10 заполняются таблицы корректирующих коэффициентов. Значение параметра b поступает на четвертый вход блока 10 от адаптационного процессора 22, а его знак противоположен знаку амплитудно-фазовой конверсии в усилителе мощности 14.
0
Потоки I и Q отсчетов предыскаженного по амплитуде и фазе модулирующего сигнала с первого и второго выходов цифрового линеаризатора 10 преобразуются в цифро-аналоговых преобразователях 11 и 12 в аналоговые напряжения, которые являются модулирующими сигналами I(t) и Q(t) на первом и втором входах квадратурного модулятора 13, где формируется сигнал на несущей частоте. Колебание с несущей частотой f поступает на третий вход модулятора 13, а на его выходе формируется предыскаженный радиосигнал в соответствии с выражением:
где  - амплитуда, φ(t)=arctg[Q(t)/I(t)] - вариация фазы
несущего колебания сигнала, поступающего на вход усилителя мощности 14. Этот усилитель для достижения наибольшей выходной мощности и максимального к.п.д. функционирует в нелинейном режиме, близком к насыщению. Однако усиление мощности в таком режиме сопровождается амплитудными искажениями сигнала - амплитудной компрессией и амплитудно-фазовой конверсией. Именно эти искажения компенсируются за счет предыскажения сигнала в блоке цифрового линеаризатора 10.
1
1
1
0
Для достижения эффекта адаптации к изменениям параметров усилителя мощности 14 часть его выходной мощности со второго выхода направленного ответвителя 15 подается на амплитудный детектор 16, в котором выделяется сигнал огибающей выходного радиочастотного сигнала усилителя, этот сигнал поступает на третий аналого-цифровой преобразователь 17, на выходе которого формируется поток временных отсчетов амплитуды выходного сигнала A. На выходе первого блока преобразования Фурье 18 отрезки потока данных A преобразуются в массив амплитудного спектра мощности выходного сигнала F, поступающие на первый вход вычислителя критерия качества 20. На второй вход вычислителя 14 поступает массив неискаженного спектра мощности модулирующего сигнала F с выхода второго блока преобразования Фурье 19.
0
1
1
1
0
В вычислителе 20 массивы F и F нормируются по максимальному значению и отсчеты массива вычитаются из отсчетов массива F с теми же значениями частоты. Полученный массив отсчетов Δ=F-F определяет мощность мешающих спектральных составляющих, появившихся в выходном сигнале усилителя 14. Их сумма является нормированной суммарной мощностью интермодуляционных искажений выходного сигнала и принимается в качестве критерия качества M. Значение L порога допустимых значений критерия качества записано в регистре порога 21 при первичной настройке через вход Вх2.
a
Если значение критерия качества M при очередном сеансе проверки качества линейности превысит значение порога L, то логический сигнал с выхода вычислителя 20, поступающий на вход адаптационного процессора 20, запускает процедуру адаптивной подстройки параметров оптимизации в блоке 22. Процедура адаптации производится итерационным подбором коэффициентов , b аналогично принципам патента РФ №128426.
Использование полезной модели обеспечивает расширение функциональных возможностей радиопередающего устройства с адаптивной коррекцией линейности в системах прямой ретрансляции радиосигналов за счет введения синфазно-квадратурной схемы демодуляции с выделением несущей частоты. Это достигается в виде адаптивного снижения до допустимого уровня интермодуляционных искажений сигнала в усилителе мощности радиопередающего устройства ретрансляционного типа при сохранении максимальной полезной мощности и высокого коэффициента полезного действия в условиях изменения нелинейных характеристик усилителя и статистики вариации амплитуд и несущих частот входного сигнала.