[发明专利]基于非线性实时消除的超外差式信号接收系统

权利要求书

1.基于非线性实时消除的超外差式信号接收系统，包括由超外差式射频接收前端和模数转换器组成的接收机；所述外差式射频接收前端接收输入的射频信号，并对接收到的射频信号进行放大、下变频及滤波处理后以模拟信号的形式传输给模数转换器；所述模数转换器将接收到的模拟信号转换为数字信号；

其特征在于，还包括由数据缓存模块、非线性补偿模型核系数计算模块和非线性失真消除运算模块组成的非线性实时消除单元；

所述模数转换器将转换后的数字信号发送给非线性实时消除单元，该数字信号即为待补偿的数字信号；所述非线性实时单元对待补偿的数字信号进行非线性实时消除的过程为：

(1)所述数据缓存模块对待补偿的数字信号进行暂时存储，为非线性补偿模型核系数计算模块提供设定长度的样本数据；

(2)所述非线性补偿模型核系数计算模块进行非线性补偿核系数的计算，具体为：

(201)依次对高速数据缓存模块中的样本数据进行离散傅立叶变换，然后搜索出位于第一奈奎斯特频带内且功率谱大于预先设定的功率谱阈值的信号，该信号即为过门限信号，记录过门限信号的个数及其中心频率；

(202)依据过门限信号的个数及其中心频率，计算过门限信号的谐波或互调频率值，计算得到的谐波或互调频率值即为接收机非线性失真分量的频率信息；计算到的谐波或互调频率值的最高阶数与非线性补偿模型的阶数相等；

(203)根据非线性失真分量的频率信息配置生成多通带频域滤波器，该多通带频域滤波器为列向量g，其维数为B×1；其中B/2的数值大于或等于非线性失真分量的频率个数；

(204)采用步骤(203)生成的多通带频域滤波器在对频域内对离散傅立叶变换后的待补偿数字信号进行滤波，并计算得到非线性失真分量的功率；所述非线性失真分量的功率为多通带频域滤波器输出数据的平方和；

(205)将非线性失真功率的均方值作为迭代目标函数，以“非线性失真功率最小”为准则，采用最速下降法进行非线性补偿核系数的自适应迭代计算，得到非线性补偿模型核系数向量；

(3)所述非线性失真消除运算模块使用步骤(2)得到的非线性补偿模型核系数向量，对待补偿的数字信号进行非线性失真实时消除，得到补偿后的数字信号。

2.如权利要求1所述的基于非线性实时消除的超外差式信号接收系统，其特征在于，采用非对称离散Volterra级数作为非线性补偿模型对待补偿的数字信号进行补偿，则所述步骤(204)中，非线性失真分量的功率为：

sf2(k,ω)=[y(k)-VT(k)ω]TggT[y(k)-VT(k)ω]=yT(k)ggTy(k)-yT(k)ggTVT(k)ω-ωTV(k)ggTy(k)+ωTV(k)ggTVT(k)ω---(1)]]>

其中：s_f(k,ω)为多通带频域滤波器的输出数据；ω为非线性补偿模型核系数向量；T代表矩阵转置运算；k为离散的时间点；

y(k)＝[y(k-B+1) y(k-B+2) … y(k-1) y(k)]^T,

V(k)＝[v(k-B+1) v(k-B+2) … v(k-1) v(k)]^T,

v(k)表示用y(k)根据非线性补偿模型构造的各阶次的记忆非线性列向量,

v(k)＝[y²(k) y(k)y(k-1) … y²(k-N_d+1) y³(k) y²(k)y(k-1) … y^D(k-N_d+1)]^T,

N_d为d阶Volterra核所对应的记忆深度，2≤d≤D；D为非线性补偿模型的阶数；

所述步骤(205)中目标函数J(ω)为：

J(ω)=E[sf2(k,ω)]=E[yT(k)ggTy(k)]-E[yT(k)ggTVT(k)]ω-ωTE[V(k)ggTy(k)]+ωTE[V(k)ggTVT(k)]ω---(2)]]>

非线性补偿模型核系数的最速下降迭代公式：

ω(i)＝ω(i-1)-Γ×{E[V(k)gg^TV^T(k)]ω(i-1)-E[V(k)gg^Ty(k)]}   (3)

式(3)中，Γ为N×N维对角矩阵，用于更新非线性补偿模型核系数的固定迭代步长μ_d：

Γ=Λ20...00...............0...Λd...0...............00...0ΛD,Λd=μd0...00...............0...μd...0...............00...0μd]]>

其中，Λ_d表示用于更新第d阶非线性补偿模型核系数的固定迭代步长，Λ_d为维对角方阵；

将求数学期望转换为对长度为K的有限长序列平均，则公式(3)

ω(i)=ω(i-1)-Γ×{[Σk=kb(i-1)ke(i-1)V(k)ggTVT(k)]·ω(i-1)-Σk=kb(i-1)ke(i-1)V(k)ggTy(k)}---(4)]]>

其中，k_b(i)与k_e(i)分别表示第i次迭代所用到的数据的起始点与终止点；通过公式(4)可计算得到非线性补偿模型核系数向量ω；

所述步骤(3)中，使用非对称离散Volterra级数对对待补偿的数字信号进行非线性失真实时消除时，补偿后的数字信号s(k)为：

s(k)＝y(k)-v^T(k)×ω     (5)

其中，v(k)和ω的维数均为N×1，