一种无线通信接收机的模数转换信号非线性校正方法

本发明属于电子工程与信息，具体涉及一种无线通信接收机的模数转换信号非线性校正方法。

背景技术：

1、在高速无线通信系统的设计与实施中，接收端设备面临着由组件非线性特性引发的干扰挑战，这些问题显著影响了通信链路的质量与可靠性，从而降低了整体的通信性能。为了减轻这种干扰，本文专利考虑数字域信号处理技术。

2、通信系统中的adc作为将模拟信号转换为数字信号的关键组件，其性能对整个系统的性能至关重要。然而，adc在转换过程中可能会引入非线性失真，这会导致信号失真，影响系统的整体性能。因此，实际工程应用需要仔细选择和设计adc，以确保其线性度满足系统要求，本发明通过校准技术来进一步减小非线性失真的影响，从而确保系统的稳定性和高效运行。

3、目前对adc的研究设计可以大致分为两类，第一种是电路级研究，即对adc的基础结构进行设计和改进；第二种是基于adc的基础结构对其性能进行研究，着重于adc的行为结果。

4、本专利为解决实际应用中的信号处理算法复杂问题、adc的基础结构未知的情况、电路级建模方式对设计人员电路知识要求高而不适用于用户等问题使用matlabsimulink，从enob和thd的非理想因素对adc的性能进行考虑，建立一个对sfdr不超过70db较为精确的adc建模模型，并基于此模型设计出对应的非线性校正方法解决无线通信系统中接收链路adc引发的非线性干扰问题。

技术实现思路

1、本发明的目的是将无线通信系统中接收端设备由adc产生的非线性行为建模并把失真校正使得通信性能提升，由此提供一种无线通信接收机的模数转换信号非线性校正方法及无线通信接收机。

2、第一方面，本发明提供一种基于模数转换器非线性校正的数字域干扰消除方法，其包括以下步骤：

3、步骤一、无线通信接收机中的天线接收无线通信信号；所得无线通信信号输入模数转换器处理，生成初始数字信号yout(k)。

4、步骤二、将初始数字信号yout(k)输入基于多项式构建的adc杂散生成模块。adc杂散生成模块基于模数转换器的输入信号xi和输出信号yo，计算不同次谐波对应的输出信号系数组成的向量hdi

5、hdi＝(xitxi)-1xityo

6、之后，依据向量hdi计算杂散信号δy(k)如下：

7、

8、其中，i为谐波次数；p为最大谐波次数；fi为i次谐波的频率；fsig为工作频率。

9、步骤三、将初始数字信号yout(k)与杂散信号δy(k)输入非线性校正模块；非线性校正模块输出校正后的信号yout,nleq(k)如下：

10、

11、作为优选，最大谐波次数p的取值为3或5。

12、作为优选，所述的无线通信信号输入模数转换器前通过前置滤波器进行滤波处理。

13、作为优选，步骤二所述的adc杂散生成模块基于adc模型构建。所述的adc模型包括输入信号源模块、thd谐波失真模块、高斯白噪声模块、有效位数影响模块、采样保持模块、量化器和输出模块。thd谐波失真模块基于多项式构建，包含一阶非线性模块至n阶非线性模块用于输出谐波和杂散对信号的影响，非线性模块包含基于n阶频率和相应谐波失真幅度和相位表示的输入信号源，将1到n阶输出连接进合路模块。输入信号源模块输出的初始信号与thd谐波失真模块输出的谐波失真误差相加后，输入高斯白噪声模块。高斯白噪声模块输出的信号输入至采样保持模块；采样保持模块首先会对输入的连续时间信号进行采样和保持，将连续信号转换为离散信号，为后续的量化操作提供稳定的、离散的输入信号。经过采样保持模块输出的信号再进入量化器将经过采样和保持的信号进一步转换为多级离散值达到模拟砖数字的功能。量化器预设被模拟的模数转换器的有效位数enob。

14、作为优选，所述的高斯白噪声模块使用噪声的功率或方差性能模拟真实的信道环境。其中，噪声的方差设置为信号的信噪比和失真率的差值。

15、作为优选，所述脉冲生成器的触发条件采用基于时间触发、基于边沿触发、基于水平触发中的任意一种。

16、作为优选，所述的采样保持模块中的触发机制使用脉冲生成器生成。触发机制根据预设的条件或事件来启动采样过程，例如基于时间的触发机制意味着采样会在固定的时间间隔内进行，例如每个毫秒等。这种触发方式适用于需要定期采样的场景，如系统监控或周期性数据采集。

17、作为优选，有效位数enob的表达式如下：

18、

19、其中，sndr为信噪失真比；(·)db为将原先功率比转换为分贝的计算。

20、信噪失真比sndr的表达式如下：

21、

22、其中，vsig是有用信号的电压幅度；vq,vn,th和vdist分别是量化噪声、热噪声和失真噪声的电压幅度。

23、作为优选，总谐波失真thd和有效位数enob在模数转换器的非理想参数中筛选得到。模数转换器的非理想参数分为静态参数和动态参数两类。静态参数包括有限分辨率、偏移误差、增益误差、微分非线性和积分非线性；动态参数包括信噪比、总谐波失真、信噪失真比、有效位数和无杂散动态范围。

24、作为优选，在使用记忆模型对总谐波失真thd进行建模时，若输入信号未知的情况下，可以通过上行链路到下行链路再经过adc后的输出的离散数据画出频谱图后使用模型直接拟合adc的行为。

25、第二方面，本发明提供一种无线通信接收机，其用于执行前述的无线通信接收机的模数转换信号非线性校正方法；该无线通信接收机包括依次相连的天线、前置滤波器、模数转换器、adc杂散生成模块和非线性校正模块。天线用于采集无线通信信号；前置滤波器用于进行滤波处理；模数转换器用于生成初始数字信号；adc杂散生成模块用于根据模数转换器的输入和输出信号生成杂散信号；非线性校正模块用于根据初始数字信号和杂散信号，获得最终的修正信号。

26、本发明具有的有益效果是：

27、1、本发明通过多项式与逻辑结合建模，多项式优于大多线性表征干扰信号的特征，由此准确的模拟出杂散信号，从而从初始数字信号中准确剔除杂散信号；并且，本发明使用adc行为建模过程与神经网络方式相比不需要大量的训练数据和计算资源且应用方式简捷，更适用于工业应用。

28、2、本发明中对adc信道环境建模充分考虑了信号失真参数从而给提高adc行为仿真精度，enob和thd谐波失真模块也能将其拆分应用于所需系统中，对信号限制也较少，细分模块的拆分拓展很方便。

29、3、本发明信号处理部分在进入非线性校正处理前采用滤波器对输入信号进行预处理，以去除高频噪声和杂散干扰；在输出端使用非线性校正对信号处理，将adc模型和对应校正方法应用到无线通信接收机系统中，使得最终实际提取信号可以更纯净，从而无线通信性能得以提升。

技术特征：

1.一种无线通信接收机的模数转换信号非线性校正方法，其特征在于：包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种无线通信接收机的模数转换信号非线性校正方法，其特征在于：最大谐波次数p的取值为3或5。

3.根据权利要求1所述的一种无线通信接收机的模数转换信号非线性校正方法，其特征在于：所述的无线通信信号输入模数转换器前通过前置滤波器进行滤波处理。

4.根据权利要求1所述的一种无线通信接收机的模数转换信号非线性校正方法，其特征在于：步骤二所述的adc杂散生成模块基于adc模型构建；所述的adc模型包括输入信号源模块、thd谐波失真模块、高斯白噪声模块、有效位数影响模块、采样保持模块、量化器和输出模块；thd谐波失真模块基于多项式构建；输入信号源模块输出的初始信号与thd谐波失真模块输出的谐波失真误差相加后，输入高斯白噪声模块；高斯白噪声模块输出的信号输入至采样保持模块；采样保持模块首先会对输入的连续时间信号进行采样和保持，将连续信号转换为离散信号，为后续的量化操作提供稳定的、离散的输入信号；经过采样保持模块输出的信号再进入量化器将经过采样和保持的信号进一步转换为多级离散值达到模拟砖数字的功能；量化器预设被模拟的模数转换器的有效位数enob。

5.根据权利要求4所述的一种无线通信接收机的模数转换信号非线性校正方法，其特征在于：所述的高斯白噪声模块使用噪声的功率或方差性能模拟真实的信道环境；其中，噪声的方差设置为信号的信噪比和失真率的差值。

6.根据权利要求4所述的一种无线通信接收机的模数转换信号非线性校正方法，其特征在于：所述的采样保持模块中的触发机制使用脉冲生成器生成；触发机制根据预设的条件或事件来启动采样过程，例如基于时间的触发机制意味着采样会在固定的时间间隔内进行，例如每个毫秒等；这种触发方式适用于需要定期采样的场景，如系统监控或周期性数据采集。

7.根据权利要求6所述的一种无线通信接收机的模数转换信号非线性校正方法，其特征在于：所述脉冲生成器的触发条件采用基于时间触发、基于边沿触发、基于水平触发中的任意一种。

8.根据权利要求4所述的一种无线通信接收机的模数转换信号非线性校正方法，其特征在于：总谐波失真thd和有效位数enob在模数转换器的非理想参数中筛选得到；模数转换器的非理想参数分为静态参数和动态参数两类；静态参数包括有限分辨率、偏移误差、增益误差、微分非线性和积分非线性；动态参数包括信噪比、总谐波失真、信噪失真比、有效位数和无杂散动态范围。

9.一种无线通信接收机，其特征在于：用于执行如权利要求1所述的一种无线通信接收机的模数转换信号非线性校正方法；该无线通信接收机包括依次相连的天线、前置滤波器、模数转换器、adc杂散生成模块和非线性校正模块；天线用于采集无线通信信号；前置滤波器用于进行滤波处理；模数转换器用于生成初始数字信号；adc杂散生成模块用于根据模数转换器的输入和输出信号生成杂散信号；非线性校正模块用于根据初始数字信号和杂散信号，获得最终的修正信号。

技术总结本发明公开了一种无线通信接收机的模数转换信号非线性校正方法；该方法如下：一、无线通信接收机中的天线接收无线通信信号；所得无线通信信号输入模数转换器处理，生成初始数字信号；二、将初始数字信号输入ADC杂散生成模块，计算不同次谐波对应的输出信号系数组成的向量；之后，依据向量计算杂散信号。三、将初始数字信号与杂散信号输入非线性校正模块；非线性校正模块输出校正后的信号；本发明通过多项式与逻辑结合建模，多项式优于大多线性表征干扰信号的特征，由此准确的模拟出杂散信号，从而从初始数字信号中准确剔除杂散信号；并且，本发明使用ADC行为建模过程与神经网络方式相比不需要大量的训练数据和计算资源且应用方式简捷。技术研发人员：石镜仟亦,韦博,张琦,董永康受保护的技术使用者：杭州电子科技大学技术研发日：技术公布日：2024/8/27