阅读说明：本技术 一种任意波宽带信号预失真滤波器构建方法及数字滤波器 (Method for constructing predistortion filter of arbitrary-wave broadband signal and digital filter ) 是由 李茂林 朱卫国 刘宇 吴恒奎 于 2019-10-29 设计创作，主要内容包括：本公开提供了一种任意波宽带信号预失真滤波器构建方法及数字滤波器,根据任意波形发生器中滤波网络的传递函数和预失真滤波器的传递函数,得到无失真传输条件；确定过渡带的采样点数和过渡带宽度,并计算得到预失真滤波器的单位抽样响应长度；在满足无失真传输条件的情况下,根据预失真滤波器的传递函数和到预失真滤波器的单位抽样响应长度,计算得到预失真滤波器的单位抽样响应,直到满足预设指标的阈值要求；本公开通过对采样点数、过渡带宽度和预失真滤波器的单位抽样响应长度,进行单位抽样响应的调整,从而能够满足不同的滤波网络参数的补偿要求。(The invention provides a construction method of a predistortion filter of an arbitrary-wave broadband signal and a digital filter, wherein a distortion-free transmission condition is obtained according to a transfer function of a filter network in an arbitrary waveform generator and a transfer function of the predistortion filter; determining the number of sampling points of the transition band and the width of the transition band, and calculating to obtain the unit sampling response length of the predistortion filter; under the condition of meeting the undistorted transmission condition, calculating the unit sampling response of the predistortion filter according to the transfer function of the predistortion filter and the unit sampling response length from the predistortion filter until the threshold requirement of a preset index is met; according to the method and the device, the unit sampling response is adjusted by adjusting the number of sampling points, the width of a transition band and the unit sampling response length of the predistortion filter, so that the compensation requirements of different filter network parameters can be met.)

一种任意波宽带信号预失真滤波器构建方法及数字滤波器

技术领域

本公开涉及预失真滤波器技术领域，特别涉及一种任意波宽带信号预失真滤波器构建方法及数字滤波器。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术，并不必然构成现有技术。

任意波形发生器以其波形产生的巨大灵活性，在雷达信号模拟、电子对抗、复杂电磁环境构建、量子通信超多路同步激励产生中得到广泛应用。任意波形发生器在产生宽带信号时，受任意波形发生器中滤波网络幅频特性和相频特性影响，可能会出现输出宽带信号各频率分量衰减和时延不一致的情况，从而引起输出宽带信号的波形失真。为解决上述问题，目前常采用的解决方法有以下两种。

第一种解决方法是，通过硬件方式实现补偿：在硬件电路级联一个频率特性与滤波网络频率特性成特定关系的补偿滤波网络，使得输出的宽带信号各频率分量有几乎相同的幅度衰减和时延，从而减小滤波网络频率特性引起的波形失真。第二种解决方法是，通过软件和硬件结合的方式来实现补偿：用软件调节各采样点的幅度，从而实现幅频特性的补偿；用补偿滤波电路实现相频特性补偿，此时补偿滤波电路的幅频特性在通带内应近似为常数。

本公开发明人发现，无论是采用单纯硬件方式来实现补偿，还是采用硬件和软件结合的方式来实现补偿，这两种解决办法都会增加硬件电路的复杂程度，如果滤波网络的结构或参数发生变化，则需要对补偿网络的滤波结构或参数做相应的调整，另外随着温度变化或器件老化，其补偿性能会发生不可预知的变化。

发明内容

为了解决现有技术的不足，本公开提供了一种任意波宽带信号预失真滤波器构建方法及数字滤波器，通过数字滤波器的设计实现任意波宽带信号的频率补偿，其对外界的环境敏感度不高，通过增加滤波器阶数和提高字长可实现高精度信号处理，可以对相位进行精确匹配，另外数字滤波器实现灵活，可根据系统滤波网络参数进行相应的调整。

为了实现上述目的，本公开采用如下技术方案：

本公开第一方面提供了一种任意波宽带信号预失真滤波器构建方法。

一种任意波宽带信号预失真滤波器构建方法，步骤如下：

(1-1)根据任意波形发生器中滤波网络的传递函数和预失真滤波器的传递函数，得到无失真传输条件；

(1-2)确定过渡带的采样点数和过渡带宽度，并计算得到预失真滤波器的单位抽样响应长度；

(1-3)在满足无失真传输条件的情况下，根据预失真滤波器的传递函数和到预失真滤波器的单位抽样响应长度，计算得到预失真滤波器的单位抽样响应；

(1-4)判断得到的单位抽样响应是否满足预设指标的阈值要求，如是，则预失真滤波器构建完成；如否，重复步骤(1-2)-(1-3)，根据过渡带的采样点数和过渡带宽度重新预失真滤波器的单位抽样响应长度，以得到新的单位抽样响应。

作为可能的一些实现方式，任意波形发生器中滤波网络的传递函数为:

其中，A₁(ω)为滤波网络的幅频特性，

为滤波网络的相频特性。

作为进一步的限定，预失真滤波器的传递函数为:

其中A₂(ω)为预失真滤波器的幅频特性，

为预失真滤波器的相频特性。

作为更进一步的限定，根据无失真传输条件，A₁(ω)和A₂(ω)的乘积应为常数C，

和

叠加后应为一条斜率为ɑ的直线，即：

A₁(ω)×A₂(ω)＝C

作为更进一步的限定，当任意波形发生器中滤波网络类型为低通滤波时，b取值为0。

作为进一步的限定，单位抽样响应h()的长度N满足下列条件：

其中，M过渡带的采样点数，Δω为过渡带的宽度。

作为更进一步的限定，由逆离散傅里叶变换计算单位抽样响应h(n)得：

其中，H(k)对预失真滤波器的传递函数H_d(e^jω)进行等间隔抽样得到的函数。

作为更进一步的限定，所述H(k)的具体计算方式为：

作为可能的一些实现方式，所述任意波宽带信号预失真滤波器为FIR滤波器。

本公开第二方面提供了一种预失真数字滤波器，至少包括处理器和存储器，利用本公开第一方面所述的任意波宽带信号预失真滤波器构建方法进行滤波器的功能构建。

与现有技术相比，本公开的有益效果是：

1、本公开所述的内容通过数字滤波器设计实现任意波宽带信号的频率补偿，数字滤波器对外界的环境敏感度不高，增加滤波器阶数和提高字长可实现高精度信号处理，可以对相位进行精确匹配，另外数字滤波器实现灵活，可根据系统滤波网络参数进行相应的调整。

2、本发明构造的预失真数字滤波器类型为FIR滤波器，FIR滤波器为非递归结构，单位抽样响应为有限字长，不存在极点，其结构是稳定的，另外其单位冲激响应为有限长，可利用快速傅里叶算法来提高运算速度。

3、本公开所述的内容通过数字滤波器的设计，可极大的简化系统硬件设计，避免温度或器件老化对补偿性能的影响。

4、本公开所述的FIR数字滤波实现灵活，通过对采样点数、过渡带宽度和预失真滤波器的单位抽样响应长度，进行单位抽样响应的调整，从而能够满足不同的滤波网络参数的补偿要求。

附图说明

图1为本公开实施例1所述的任意波宽带信号预失真滤波器构建方法的流程示意图。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本公开提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本公开的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

在不冲突的情况下，本公开中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

实施例1：

如图1所示，本公开实施例1提供了一种任意波宽带信号预失真滤波器构建方法，步骤如下：

(1-1)根据任意波形发生器中滤波网络的传递函数和预失真滤波器的传递函数，得到无失真传输条件；

(1-2)确定过渡带的采样点数和过渡带宽度，并计算得到预失真滤波器的单位抽样响应长度；

(1-3)在满足无失真传输条件的情况下，根据预失真滤波器的传递函数和到预失真滤波器的单位抽样响应长度，计算得到预失真滤波器的单位抽样响应；

(1-4)判断得到的单位抽样响应是否满足预设指标的阈值要求，如是，则预失真滤波器构建完成；如否，重复步骤(1-2)-(1-3)，根据过渡带的采样点数和过渡带宽度重新预失真滤波器的单位抽样响应长度，以得到新的单位抽样响应。

本实施例构造的预失真数字滤波器类型为FIR滤波器，FIR滤波器为非递归结构，单位抽样响应为有限字长，不存在极点，其结构是稳定的，另外其单位冲激响应为有限长，可利用快速傅里叶算法来提高运算速度。

(1)构造的预失真数字滤波器的类型为FIR滤波器。

(2)任意波形发生器中滤波网络的传递函数为:

其中A₁(ω)为滤波网络的幅频特性，

为滤波网络的相频特性。

(3)预失真滤波器的传递函数为:

其中A₂(ω)为预失真滤波器的幅频特性，

为预失真滤波器的相频特性。

(4)根据无失真传输条件，A₁(ω)和A₂(ω)的乘积应为常数C，

和叠加后应为一条斜率为ɑ(取负数)的直线，即：

A₁(ω)×A₂(ω)＝C (3)

当任意波形发生器中滤波网络类型为低通滤波时，b取值为0。

(5)根据阻带衰减设计需求，确定过渡带的采样点数M和过渡带宽度Δω，单位抽样响应h()的长度N应满足：

(6)对H_d(e^jω)进行等间隔抽样得：

其中，k＝0，1，2，…，N-1

(7)由逆离散傅里叶变换计算单位抽样响应h()得：

其中，n＝0，1，2，…，N-1。

(8)若不满足测试指标，则需要重新选取h()的长度N，再重新计算h()，直到满足测试指标为止。

所述步骤(4)至(7)中，在满足无失真传输条件的情况下，根据过渡带采样点数和过渡带宽度，调整预失真滤波器单位抽样响应长度N，最终得到符合测试指标的FIR数字滤波器。

实施例2：

本公开实施例2提供了一种预失真数字滤波器，至少包括处理器和存储器，利用本公开实施例1所述的任意波宽带信号预失真滤波器构建方法进行滤波器的功能构建。

以上所述仅为本公开的优选实施例而已，并不用于限制本公开，对于本领域的技术人员来说，本公开可以有各种更改和变化。凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。