基于双环回解耦与自适应滤波的宽带发射校准方法及系统与流程

本发明涉及无线载波通信，尤其涉及基于双环回解耦与自适应滤波的宽带发射校准方法及系统。

背景技术：

1、在大带宽工作模式下，发射链路中数模转换器、模拟滤波器及射频前端器件的幅频响应和相频响应非平坦性会导致信号带内失真，使误差矢量幅度（evm）恶化，严重影响通信质量。

2、现有技术中，数字预补偿通常采用离线出厂校准模式：即利用fpga发送扫频信号，外接频谱仪采集发射链路的幅频响应，并在上位机计算出补偿滤波器的固定系数后烧录至硬件中。这种传统方案存在致命缺陷：第一，无法应对动态漂移，射频器件的幅频响应和相频响应会随着工作温度的剧烈变化（如高低温交变）发生显著漂移。离线固化的补偿系数在设备运行一段时间后便会失效，导致evm再次恶化。第二，工程维护成本极高。强依赖外部昂贵的频谱分析仪器，无法在卫星在轨运行或野外雷达部署后进行自校准，丧失了后期的可维护性。

3、因此，有必要提供基于双环回解耦与自适应滤波的宽带发射校准方法及系统解决上述技术问题。

技术实现思路

1、为解决上述技术问题，本发明提供基于双环回解耦与自适应滤波的宽带发射校准方法及系统，用于解决现有宽带发射校准方案依赖离线扫频与外部仪表，难以跟踪温度漂移，无法实现在线自校准的问题。

2、本发明第一方面提供了基于双环回解耦与自适应滤波的宽带发射校准方法，所述方法应用于包含发射链路和接收链路的宽带通信设备中，所述接收链路包括模拟前端、模数转换器及数字基带处理单元，所述方法包括：

3、构建射频外环回通路，将所述发射链路输出的发射信号耦合至所述接收链路，获取包含发射链路响应与接收链路响应的级联信道响应；

4、构建数字内环回通路，在所述模数转换器的输出端将信号路径从正常接收信号切换至预设数字测试序列，获取接收数字域响应；

5、获取所述接收链路在当前工作状态下的接收前端链路响应，将所述接收前端链路响应与所述接收数字域响应进行合成，得到所述接收链路响应；

6、对所述级联信道响应与所述接收链路响应执行解耦处理，分离出所述发射链路响应；根据所述发射链路响应，通过自适应滤波算法对所述发射链路输出的发射信号进行在线预校准。

7、优选的，所述构建射频外环回通路，将所述发射链路输出的发射信号耦合至所述接收链路，获取包含发射链路响应与接收链路响应的级联信道响应，具体包括：

8、在所述发射链路的输出端设置定向耦合器，通过所述定向耦合器从所述发射链路输出的发射信号中耦合出一路信号作为外环回校准信号；

9、通过可调衰减器对所述外环回校准信号进行功率调整，并将调整后的外环回校准信号传输至所述接收链路，构建所述射频外环回通路；

10、通过所述射频外环回通路，将所述外环回校准信号依次流经所述接收链路的模拟前端、模数转换器及数字基带处理单元，获得外环回数字基带信号；

11、从所述发射链路的数字基带处理单元提取出所述发射信号的原始数字基带数据，将所述原始数字基带数据作为原始发射参考信号；

12、对所述外环回数字基带信号和所述原始发射参考信号进行时域同步与信道估计，得到所述级联信道响应，所述级联信道响应包含所述发射链路响应与所述接收链路响应。

13、优选的，所述构建数字内环回通路，在所述模数转换器的输出端将信号路径从正常接收信号切换至预设数字测试序列，获取接收数字域响应，具体包括：

14、在所述模数转换器的输出端与所述接收链路的数字基带处理单元之间设置数字选择开关；

15、所述数字选择开关的第一输入端连接所述模数转换器的输出端，用于接收所述正常接收信号；

16、所述数字选择开关的第二输入端连接测试序列发生器，用于接收所述预设数字测试序列；

17、控制所述数字选择开关从所述第一输入端切换至所述第二输入端，将所述预设数字测试序列传输至所述数字基带处理单元，构建所述数字内环回通路；

18、通过所述数字内环回通路，获取所述预设数字测试序列经所述数字基带处理单元处理后输出的内环回数字基带信号；

19、对所述预设数字测试序列和所述内环回数字基带信号进行信道估计，得到所述接收数字域响应。

20、优选的，所述获取所述接收链路在当前工作状态下的接收前端链路响应，将所述接收前端链路响应与所述接收数字域响应进行合成，得到所述接收链路响应，具体包括：

21、获取所述接收链路的模拟前端与模数转换器在预设温度点下的联合频率响应样本，并获取所述模拟前端与所述模数转换器在标准温度下的基线联合频率响应；

22、基于所述联合频率响应样本和所述预设温度点，构建所述模拟前端与模数转换器的联合频率响应随温度变化的温漂模型；

23、采集所述模拟前端与所述模数转换器的当前工作温度，计算所述当前工作温度与所述标准温度的差值，得到温度差值；

24、基于所述温度差值，通过所述温漂模型对所述基线联合频率响应进行动态修正，得到所述接收前端链路响应；

25、将所述接收前端链路响应与所述接收数字域响应在频域上进行逐点复数相乘，得到所述接收链路响应。

26、优选的，所述基于所述温度差值，通过所述温漂模型对所述基线联合频率响应进行动态修正，得到所述接收前端链路响应，具体包括：

27、基于所述温漂模型建立以温度差值为索引的复修正系数查找表；

28、若所述温度差值命中所述复修正系数查找表的温度差值节点，则读取所述温度差值对应的复修正系数；

29、若所述温度差值未命中所述复修正系数查找表的温度差值节点，则获取所述温度差值的相邻温度差值，对所述相邻温度差值对应的复修正系数进行插值运算，得到所述温度差值对应的插值复修正系数；

30、将所述基线联合频率响应与所述复修正系数或所述插值复修正系数进行复数乘法运算，得到所述接收前端链路响应。

31、优选的，所述对所述级联信道响应与所述接收链路响应执行解耦处理，分离出所述发射链路响应，具体包括：

32、获取所述级联信道响应和所述接收链路响应，所述级联信道响应和所述接收链路响应均为频域响应；

33、将所述级联信道响应和所述接收链路响应在频域上进行逐点复数相除，得到离散频点上的发射链路复增益；

34、对所述离散频点上的发射链路复增益进行频域平滑处理，以抑制噪声引起的频点间跳变，生成平滑处理后的发射链路复增益序列，并将所述发射链路复增益序列作为所述发射链路响应。

35、优选的，所述根据所述发射链路响应，通过自适应滤波算法对所述发射链路输出的发射信号进行在线预校准，具体包括：

36、根据所述发射链路响应计算目标预补偿频率响应，所述目标预补偿频率响应为所述发射链路响应的逆响应；

37、根据所述目标预补偿频率响应，采用窗函数法设计fir滤波器，得到所述fir滤波器的系数；

38、将所述fir滤波器的系数作为初始预补偿系数，并将所述初始预补偿系数加载至所述发射链路中的发射预补偿滤波器；

39、在所述初始预补偿系数加载完成后，以预设步长运行最小均方自适应算法，对所述发射预补偿滤波器的系数进行在线迭代微调，直至所述最小均方自适应算法的均方误差值小于预设误差门限时停止迭代。

40、本发明第二方面提供了基于双环回解耦与自适应滤波的宽带发射校准系统，所述系统包括：

41、外环回模块，用于构建射频外环回通路，将所述发射链路输出的发射信号耦合至所述接收链路，获取包含发射链路响应与接收链路响应的级联信道响应；

42、内环回模块，用于构建数字内环回通路，在所述模数转换器的输出端将信号路径从正常接收信号切换至预设数字测试序列，获取接收数字域响应；

43、接收响应模块，用于获取所述接收链路在当前工作状态下的接收前端链路响应，将所述接收前端链路响应与所述接收数字域响应进行合成，得到所述接收链路响应；

44、解耦校准模块，用于对所述级联信道响应与所述接收链路响应执行解耦处理，分离出所述发射链路响应；根据所述发射链路响应，通过自适应滤波算法对所述发射链路输出的发射信号进行在线预校准。

45、本发明第三方面提供了一种电子设备，包括存储器和处理器，所述存储器中存储有计算机程序，当所述处理器运行所述存储器存储的计算机程序时，所述处理器执行如上任意一项所述的基于双环回解耦与自适应滤波的宽带发射校准方法的步骤。

46、本发明第四方面提供了一种可读存储介质，所述可读存储介质中存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时用于实现如上任意一项所述的基于双环回解耦与自适应滤波的宽带发射校准方法的步骤。

47、与相关技术相比较，本发明提供的基于双环回解耦与自适应滤波的宽带发射校准方法及系统具有如下有益效果：

48、本发明通过构建射频外环回通路，将发射链路输出的发射信号耦合至接收链路，获取包含发射链路响应与接收链路响应的级联信道响应；构建数字内环回通路，在模数转换器的输出端将信号路径从正常接收信号切换至预设数字测试序列，获取接收数字域响应；获取接收链路在当前工作状态下的接收前端链路响应，将接收前端链路响应与接收数字域响应进行合成，得到接收链路响应；对级联信道响应与接收链路响应执行解耦处理，分离出发射链路响应；根据发射链路响应，通过自适应滤波算法对发射链路输出的发射信号进行在线预校准，从而实现了发射链路响应与接收链路响应的在线分离，无需外部仪器即可实时跟踪温度漂移，在全生命周期内保持发射信号低evm和高线性度。

49、本发明通过构建射频外环回通路和数字内环回通路，构成双环回差分架构，能够分别获取级联信道响应和接收数字域响应，利用解耦处理将发射链路响应与接收链路响应精确分离，解决了发射链路响应与接收链路响应耦合在一起无法区分、导致接收链路缺陷被错误补偿至发射链路的技术问题，使发射链路的预校准真正作用于发射链路本身，避免了因接收链路缺陷被错误补偿至发射链路而导致的空口信号质量下降。本发明通过获取接收链路在当前工作状态下的接收前端链路响应，利用温漂模型对基线联合频率响应进行动态修正，使系统能够实时跟踪温度变化，确保接收前端链路响应始终与当前工作状态匹配，从而保证全生命周期内校准精度的持续有效。本发明通过解耦处理分离出发射链路响应后，采用自适应滤波算法对发射链路进行在线预校准，在初始预补偿系数加载完成后，通过最小均方自适应算法对发射预补偿滤波器的系数进行在线迭代微调，既实现了快速收敛，又能够实时跟踪器件老化等缓慢变化，使发射信号在全生命周期内保持低误差矢量幅度。本发明无需外接频谱仪等昂贵仪器，完全依靠设备自身的收发硬件闭环完成校准，适用于卫星在轨运行、野外雷达部署等无法依赖外部仪器的场景，显著降低了工程维护成本，极大地提升了设备的可维护性和环境适应性。