一种基于预失真的星载发射前端EVM补偿方法与流程

本发明涉及电数字数据，具体涉及一种基于预失真的星载发射前端evm补偿方法。

背景技术：

1、在空间通信中，ka频段与其他频段相比较，具有可用通信容量大、带宽宽、传输质量高、设备体积小等优点，是空间通信中使用的主要频段。为充分利用这一频谱资源，高阶调制方式被广泛采用，衡量发射前端输出的射频信号质量的参数为误差矢量幅度（evm），该指标直接决定了最终的解调误码率的性能。

2、在星载ka发射前端中，射频链路生成部分包括数字基带模块与ka上变频信道，其中ka上变频信道指标参数直接决定调制信号的evm指标差异，其主要影响因素包括：1）链路中的非线性失真（包括混频器与末级放大器的非线性）；2）包括滤波器在内的各级器件共同导致的带内不平坦度引入的幅度频率响应。针对前者引入的evm恶化，其他专利已提出过相关方法予以补偿；而针对带内不平坦度引入的幅度频率响应目前尚无有效解决办法，特别是在星载通信系统中，由于上变频链路普遍存在定制化设计、器件特性差异大等特点，导致信道响应在通带内的非平坦性随产品不同而不同。

3、因此，亟需一种可对带内不平坦度导致的evm恶化进行高效、精准补偿的方法。

技术实现思路

1、本发明是为了解决上变频信道中的带内幅频响应不平坦引起的evm恶化的问题，提供一种基于预失真的星载发射前端evm补偿方法，在发射前端以预失真的方式有效补偿了因带内不平坦度导致的evm指标的恶化，降低了调制信号的evm。

2、本发明提供一种基于预失真的星载发射前端evm补偿方法，包括以下步骤：

3、s1、在地面对星载发射前端不同温度tn和不同输出频率的变频增益进行标定得到幅频响应数据库并存储在星载发射前端的信道数据存储器中，幅频响应数据为g(tn，fout)，g(tn，fout)为星载发射前端在温度tn和输出频率fout下的输出射频信号增益；

4、s2、星载发射前端在轨运行中发生evm恶化时，星载发射前端的fpga根据当前温度和输出信号频段查询幅频响应数据库得到变频增益数据集并形成增益-频率曲线，对增益-频率曲线进行拟合得到当前状态下信号在频谱搬移过程中的信道频幅增益系数，信道频幅增益系数用于使fpga对输入的中频信号进行预失真处理以补偿带内幅度不平坦引起的evm。

5、本发明所述的一种基于预失真的星载发射前端evm补偿方法，作为优选方式，步骤s2包括以下步骤：

6、s21、fpga读取输入的中频信号频率和本振信号频率得到理论射频载波范围；

7、s22、fpga读取星载发射前端的当前温度值；

8、s23、fpga根据当前温度值和理论射频载波范围读取信道存储器中存储的频率-增益曲线；

9、s24、fpga通过对频率-增益曲线插值拟合得到信道频幅增益系数，fpga根据信道频幅增益系数、中频信号调制方式和理论射频载波范围进行反算，对中频信号进行预失真处理以补偿带内幅度不平坦引起的evm。

10、本发明所述的一种基于预失真的星载发射前端evm补偿方法，作为优选方式，步骤s2中，信道数据存储器与fpga之间设置频率索引机制，使fpga在进行读取信道数据存储器中的幅频响应数据时按照频率索引机制读取数据。

11、本发明所述的一种基于预失真的星载发射前端evm补偿方法，作为优选方式，信道数据存储器与fpga之间使用spi接口进行数据交互；

12、在信道数据存储器内，不同温度下的幅频响应数据g(tn，fout)以温度tn-频率fout作为地址索引参数以二维数组的形式存储；

13、fpga采集星载发射前端的温度、工作频率和工作带宽后通过spi接口读取幅频响应数据。

14、本发明所述的一种基于预失真的星载发射前端evm补偿方法，作为优选方式，信道数据存储器为flash存储器，第1位地址代表温度且其余地址代表频点。

15、本发明所述的一种基于预失真的星载发射前端evm补偿方法，作为优选方式，幅频响应数据表中包括输入中频信号fin频率、输入电平、输出射频信号fout频率、输出电平和变频增益g；

16、幅频响应数据表中输出射频信号fout频率设置步进频率。

17、本发明所述的一种基于预失真的星载发射前端evm补偿方法，作为优选方式，星载发射前端的信号为调制信号，星载发射前端输出的射频信号为ka频段，幅频响应数据库包括n个幅频响应数据表，tn的数量为n。

18、本发明所述的一种基于预失真的星载发射前端evm补偿方法，作为优选方式，中频信号的调制方式为qpsk，tn分别为：-25℃、-15℃、0℃、15℃、25℃、45℃、60℃，幅频响应数据表的数量为7个。

19、本发明所述的一种基于预失真的星载发射前端evm补偿方法，作为优选方式，星载发射前端包括连接的数字基带模块，上变频信道和与数字基带模块、上变频信道均连接的电源模块；

20、数字基带模块包括连接的fpga和dac；

21、上变频信道包括依次连接的中频放大器、中频滤波器、混频器、射频滤波器、射频放大器，与混频器相连的本振和与fpga相连的信道数据存储器；

22、fpga与信道数据存储器和本振均连接，dac输出中频调制信号至中频放大器的输入端。

23、本发明所述的一种基于预失真的星载发射前端evm补偿方法，作为优选方式，fpga包括复数fir滤波器和与复数fir滤波器均相连的系数存储rom、数字上变频器；

24、系数存储rom中存储根据读取的幅频响应数据计算得到的信道频幅增益系数，复数fir滤波器根据输入的i、q信号和信道频幅增益系数进行反运算输出预失真的i、q输出信号至数字上变频器，数字上变频器进行变频后输出至dac，dac进行数模转换后输出至中频放大器；

25、复数fir滤波器为预失真滤波器。

26、带内幅度不平坦度引起的evm恶化，存在于在线性区，由于不同频率在发射前端的线性增益有区别，调制信号在频域上是一个扩频信号，而且越是高速的调制信号，频域跨度越大，越容易受到带内不平坦度的影响。

27、本发明提出了一种面向星载应用场景的基于预失真的evm补偿星载发射前端，能够基于实测信道响应特性，实现对带内不平坦度导致的evm恶化的高效、精准补偿，显著提升信号质量。

28、本发明设计了evm补偿高码率星载ka发射前端的硬件系统，该系统包括：数字基带模块、ka上变频信道、电源模块，其中数字基带模块核心为fpga、dac，ka上变频信道包括上变频模块（含if放大器，if滤波器，混频器，rf滤波器，rf放大器），本振，信道数据存储器。

29、本发明以中频频率1.2ghz，传输速率150mbps的qpsk调制信号为例，在数字基带模块中，通过fpga与dac，输出l频段的载波信号，在频域端的表现为中心频率为1.2ghz、带宽300mhz的扩频信号。该中频调制信号经过上变频信道进行频谱搬移至ka频段（以26ghz为例），由于上变频信道存在幅频特性，会恶化信号的evm特性，因此在数字基带端进行预失真，使得最终ka频段输出的调制信号具有良好的evm特性。

30、本发明在ka上变频模块中加入了信道数据存储器，存储了与本机完全适配的不同温度下的带内幅频响应数据，并通过标准化接口与fpga进行交互。

31、fpga对于中频信号的预失真处理需要完全基于实际情况下的变频信道幅频特性，本方案将不同温度下的上变频信道的详细实测幅频响应数据存储于信道模块内的存储器中，该存储器内的数据可以认为是针对该信道模块的“幅频响应数据库”。数字基带模块会根据实际使用频率、实际工作模式读取“数据库”中的相关数据，该数据即为fpga对于中频信号的预失真处理的参考。

32、本发明设计了fpga的预失真算法。通过计算当前环境下的工作条件与工作频率，读取对应频率下的幅频响应数据，然后利用插值反推预失真系数，对中频信号进行预失真处理。

33、本发明的fpga预失真算法的核心参考为信道模块的幅频响应，fpga读取信道模块的幅频响应数据之后，通过插值的方式即可拟合出当前状态下信号在频谱搬移的过程中的幅频响应，而后即可进一步反算出预失真系数，最终得到适配当前硬件条件下的预失真中频调制信号。

34、本发明建立了信道存储器与fpga之间频率索引机制，使fpga在进行预失真运算读取存储器中的数据时，完全按照该索引机制读取数据，给预失真算法的普适性落实创造了条件。

35、存储器、fpga之间使用标准spi接口进行数据交互；在存储器内，不同温度下的幅频响应数据按照“温度—频率”作为存储器中的地址索引参数，对应地址存储该温度下、该工作频点下的变频信道的增益，即以该二维数组的形式进行存储。在fpga层面仅需要通过采集本机的温度以及工作频率，工作带宽等数据，即可通过spi接口读取幅频响应数据即可，信道模块的设计思路、工作状态、工作模式发生变化不会影响fpga的读取方式与插值计算，该标准化的数据读取方式也给预失真算法的普适性落实创造了条件。

36、本发明具有以下优点：

37、本发明在解决传统的混频器与pa引起的非线性特性之外，解决了变频信道其他级引起的非线性特性导致的evm恶化问题；通过读取实测参数的方式，设计了预失真算法，相比于传统理论化的预失真算法，提升了修正精度；建立了fpga与存储器之间的频率索引机制，提出了标准化数据读取方式，给预失真算法的普适性落实创造了条件。