2.6 Разработка модели возбудителя усилителя мощности с функцией линеаризации

Вернемся к рисунку 33 пункта 2.3, из которого видно, что линеаризация с помощью данной структуры реализуется за счет выработки функции адаптивных предискажений. Реализуется это за счет обновления функции предискажений в LUT. Обратная связь при данном подходе является простым способом подстройки под нелинейность усилителя, но имеется риск получить нестабильную систему, если не учесть такие параметры как различие амплитуд сигналов на входе и на выходе усилителя мощности, различие фаз сигналов и задержка сигнала по цепи обратной связи. В данном пункте представлена схема модели возбудителя передатчика с функцией линеаризации и описан ее алгоритм работы.

2.6.1 Разработка блока коррекции ошибки

Для получения функции предискажений, необходимо вычислить надбавку, которую необходимо добавить к исходному сигналу. Реализовано это с помощью блока коррекции ошибки. В блоке коррекции ошибки (рисунок 38) обновляется текущее значение ошибки, путем сравнения текущего сигнала и сигнала, прошедшего приемопередающий тракт. Вычисленная ошибка, поступает на выход схемы, в этом случае результатом работы всего блока будет являться новая поправка, которую необходимо добавить к сигналу.

Реализована работа по типу «look-up table» (LUT). LUT основан на сравнении моментальных значений огибающей сигнала. Сравнение входного сигнала и сигнала, прошедшего усилительный тракт осуществляется с помощью линейных итераций. Линейная итерация включает в себя принцип последовательных замен предыдущих составляющих сигнала, прошедших усилительный тракт, согласно выражению:

(69)

Структурная схема блока коррекции ошибки выглядит следующим образом:

Рис. 38 Структура блока коррекции ошибки

В Matlab/Simulink схема будет выглядеть следующим образом:

Рис. 39 Схема вычисления ошибки

Наглядно работу блока коррекции ошибки видно, исходя из рисунка 40, для большей наглядности показан только один канал I, причем в качестве мешающего воздействия применен шум, имеющий равномерное распределение.

Рис. 40 Временные диаграммы работы корректора ошибки

На рисунке 40, на верхнем графике представлен исходный сигнал, на среднем сигнал с шумами, на нижнем представлен результат работы блока.

2.6.2 Разработка блока коррекции фазы

Возвращаясь к рисунку 33, видно, что сигнал на блок коррекции ошибки приходит после прохождения передающего тракта и имеет не только нелинейные, но и фазовые искажения, как представлено на рисунке 41. А значит, если сразу его подать на блок коррекции ошибки, то в силу разности фаз сигналов мы не получим на выходе точную поправку, которую необходимо добавить к сигналу и, как следствие, весь смысл работы схемы линеаризации теряется.

Рис. 41 Различие фаз сигналов

На рисунке 41 виден поворот фазы сигнала, как и в выкладках выше, (I, Q) – исходные сигналы, (I’, Q’) – сигналы, прошедшие усилительный тракт, (r, θ) – входной сигнал записанный в полярных координатах, (r’, θ’) – сигнал, прошедший усилительный тракт в полярных координатах.

Математически работа схемы корректировки фазы можно описать следующими выражениями:

– вычисление фазы исходного сигнала; (70)

– вычисление фазы сигнала ОС. (71)

Далее производится сравнение фаз двух сигналов и формируется разностный сигнал фазы который используется для коррекции фазы сигнала обратной связи. Математически поворот фаз выполняется с помощью функций:

. (72)

Структурная схема блока коррекции фазы представлена на рисунке 42.

Рис. 42 Структура блока коррекции фазы

Схема коррекции фазы в Matlab/Simulink представлена на рисунке 43. Временные диаграммы, характеризующие работу блока коррекции фазы, приведены на рисунке 43.

Рис. 33 Блок коррекции фазы

Рис. 44 Временные диаграммы блока коррекции фазы

Искаженный сигнал поступает на вход 1, а эталонный на вход 2, после чего вычисляется фаза двух сигналов и сравнивается отличие фазы одного сигнала от другого. На рисунке 44 это 1 и 2 временная диаграмма соответственно. На временной диаграмме 3 видно, что фаза сигнала прошедшего передающий тракт и фаза эталонного сигнала одинаковы, а значит корректировка выполнена успешно.