[发明专利]一种用于宽带系统的数字式相位非线性校正方法及装置

摘要

本发明涉及一种用于宽带系统的数字式相位非线性校正方法及装置，利用专门设计的测试信号能量频带分布可定制的特点，将被测宽带分为若干相互正交的子带，对被测宽带电路对象施加上述激励，对其输出响应采用相干同步量化技术，利用阈值设定极值搜索计算序列起点并截取，对输出截取序列做全相位离散傅里叶变换，获得被测相位非线性失真特性数据，该方法及其装置易于内建在被测系统原有宽带电路中并快速实施，便于被测宽带系统的通道自检或校正。

主权项

1.一种用于宽带系统的数字式相位非线性校正方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：根据被校正宽带系统的相位非线性特性数据，基于复倒谱和平稳最小相位序列之间的关系，设计一种全通滤波器结构，该结构为IIR“无限长冲激响应”结构，其相位特性在工作频率范围内接近被校正宽带系统特性的理想校正值；S2：为降低IIR滤波器结构的带来的硬件复杂度，需用FIR滤波器结构获得S1中获得的IIR滤波器参数；S3：为减少并行FIR滤波计算对硬件资源的消耗，利用快速FIR算法，将卷积矩阵分解成较为简单的预、后处理的结构，得到对延迟器、乘法器消耗更少的高效并行FIR结构；利用迭代短卷积算法，将卷积分解成几个短卷积的张量，使短卷积的预、后处理矩阵仅仅包含{1,0,‑1}；所述的S1还包括以下内容：S1.1：已知N阶数字全通滤波器的系统群时延τexp(ω)可完全由其分母群延时τD(ω)与多项式阶数N两个参数决定，即τexp(ω)＝＝N+2τD(ω)；因此，根据被校正系统期望的群时延数据τ(ω)，以及补偿后的常数时延τ0，得到全通校正滤波器的群时延函数τexp(ω)；即τexp(ω)＝τ0‑τ(ω)，其中N为大于等于1的正整数；S1.2：已知全通校正滤波器的传递函数形式以及根据复倒谱和平稳最小相位序列之间关系，其分母多项式具有最小相位的规则；通过其复倒谱系数计算分母多项式系数a(n)即可得到校正滤波器参数，即式中k＝0,1,..N，经由N点逆傅里叶变换得：为校正滤波器分母序列的复倒谱系数，其中N为大于等于1的正整数；S1.3：利用S1.2中分母多项式的系数a(n)，获得全通校正滤波器的传递函数H(z)，其为IIR滤波器结构；所述的S2还包括以下内容：S2.1：借助多项式长除法，计算所需FIR结构滤波器的传递函数长度K取2N，N为原IIR滤波器长度；S2.2：得到L路并行FIR滤波器结构，可写为Y＝HX，即其中X，Y分别为L路输入输出矩阵，H是一个准循环行列式矩阵；这种L路并行FIR滤波器需要L2次、长度为的N/L子滤波计算“N为原IIR滤波器长度”，计算次数与并行路数L呈线性关系；所述的S3还包括以下内容：S3.1：利用快速FIR算法计算一个M×M(其中M＝mn)卷积时，将其先分解成m×m和n×n卷积，即S2m‑1＝PmHmQmXm,S2n‑1＝PnHnQnXn；其中，Qm和Qn是预处理矩阵，Pm和Pn是后处理矩阵，Xm和Xn为输入数据矩阵，而Hm＝diag[Pm×[h0,h1,…,hm‑1]T]和Hn＝diag[Pn×[h0,h1,…,hn‑1]T]是滤波器系数对角阵，[h0,h1,…,hn‑1]T[h0,h1,…,hm‑1]T表示FIR滤波器系数矢量，它们与迭代短卷积所需乘法器用量关联；S3.2：基于分裂基算法的快速迭代短卷积算法的可以表示为：其中，表示张量计算，A_{M_mn}是一个2M‑1行(2m‑1)(2n‑1)列的稀疏重排矩阵；S3.3：基于S3.2所述迭代短卷积结构，通过矩阵运算处理可以获得快速并行FIR滤波器形式；利用基于迭代短卷积的并行FIR滤波算法可以实现较低的硬件复杂度；对于L(L＝L1L2…Lr)路并行的N“N为原滤波器长度”抽头FIR滤波器，其基于迭代短卷积的并行FIR滤波算法实现为YL＝PTHLQTATXL，其中，式中：X_L＝x(Lk+i),Y_L＝y(Lk+i),(i＝0,1,…,L‑1,k＝0,1,…)，P和Q分别为稀疏预处理矩阵和后处理矩阵，和为张量算子，分别连接校正输入X_L和输出Y_L，其中i＝1，2..r；A_k是一个已知的稀疏重排矩阵，k＝1，2，..L；H_L是FIR全通校正滤波器系数对角矩阵；由此，高效率并行多路FIR结构全通滤波器；S3.4基于S3.2所述迭代短卷积结构，短卷积的预、后处理矩阵仅仅包含{1，0，‑1}，而且对于任意L路数，其预、后处理矩阵均可由此经张量获得；S3.5基于S3.4预/后处理矩阵仅仅包含{1，0，‑1}，并且非零有效数较少，于是明显地，输入矩阵X与其乘运算可以化为和运算，节省硬件乘法器资源，XAQ的第一列可写为下面的和的形式，XAQ，1＝sgn(P1，1)P1，1XL+sgn(P1，2)P1，2XL‑1+......sgn(PL，1)PL，1X0+............+sgn(P2L‑2，1)P2L‑2，1X‑L+2+sgn(P2L‑1，1)P2L‑1，1X‑L+1其中sgn表示预处理矩阵 中该元素的符号位；对于L路并行结构可知X_AQ的输出并行列数为滤波器及后处理矩阵均具有类似的和运算特点。