Обработка сигналов в системах телекоммуникаций
Обработка сигналов в системах телекоммуникаций
Таблица 1. Дистанции между GMM-моделями для записей голоса диктора с варьируемой частотой ОТ.
| Запись (Частота ОТ) | 2.wav (0.8х) | 3.wav (0.9х) | 4.wav (1.1х) | 5.wav (1.2х) | 6.wav (1.0х) | 7.wav (1.0х) | 8.wav (1.0х) | 9.wav (1.0х) | 10.wav (1.0х) |
| 1.wav (0.7х) | 15,1 | 13,7 | 27,2 | 23,9 | 10,2 | 9,4 | 12,6 | 9,3 | 9,7 |
| 2.wav (0.8х) | | 5,0 | 10,5 | 11,1 | 24,7 | 23,0 | 19,4 | 23,4 | 21,4 |
| 3.wav (0.9х) | | | 11,9 | 9,8 | 15,5 | 14,1 | 11,7 | 15,0 | 13,3 |
| 4.wav (1.1х) | | | | 4,0 | 28,4 | 26,5 | 21,3 | 27,5 | 24,4 |
| 5.wav (1.2х) | | | | | 21,5 | 22,2 | 17,0 | 21,0 | 19,7 |
| 6.wav (1.0х) | | | | | | 1,3 | 4,1 | 0,9 | 1,1 |
| 7.wav (1.0х) | | | | | | | 4,6 | 1,0 | 1,4 |
| 8.wav (1.0х) | | | | | | | | 4,8 | 4,0 |
| 9.wav (1.0х) | | | | | | | | | 1,3 |
Заключение
Результаты эксперимента показывают, что значения дистанции для фонограмм, записанных с одинаковыми параметрами речевого тракта существенно отличаются от значений дистанции в случае изменения такого параметра как частота основного тона. Таким образом, использование описанного метода позволяет решать проблему оценки вариативности голоса диктора в надиктованном материале.
Литература
[1]. Rabiner, L.R. and Juang, B.H. (1986). An introduction to hidden Markov models. IEEE Transactions on Acoustics, Speech, and Signal Processing, pages 4-15.
[2]. Bourlard, H. and Morgan, N. (1994). Connectionist speech recognition: a hybrid approach. Kluwer, Dordrecht.
[3]. Koolwaaij, J. W. and Boves, L. (1997). On the independence of digits in connected digit strings. In Proceedings of the European Conference on Speech Technology, pages 2351-2354, Rhodes.
[4]. R. M. Gray, Vector Quantization, IEEE ASSP Magazine, pp. 4--29, April 1984.
[5]. Reynolds, D. A. and Rose, R. C., Robust text-independent speaker identification using Gaussian mixture speaker models, IEEE Trans. Speech Audio Process. 3 (1995), 72–83.
ANALYSIZ OF THE ANNOUNCER VOICE VARIATION ESTIMATION METHOD BASED ON GAUSSIAN MIXTURE MODELS USAGE
Zhukova N., Simonchik K.
Saint-Petersburg State Electrotechnical University
A problem of announcer voice variation estimation is the problem of finding records with no significant difference of the announcer voice from a number of records.
Variation estimation is used when problem of speech synthesis is solved. It is used to avoid jumps when merging signals that can disturb listeners.
There are two reasons for variation: inter-individual differences of people as speech message sources and variability of each of these sources due to change in psycho-physiological person state (intra-individual). Methods of verification and identification are aimed to solve the first issue. The issue of intra-individual variation is investigated in the paper.
Structure of announcer voice automatic intersession variation estimation system based on GMM was used. The distance between models was calculated using empirical Kullback-Leibler formula. Results of the experiment show that distance values between GMM models built from speech records with the little voice variation differ much from distances between GMM models built from speech records with the significant voice variation. So the described method can be effectively used to solve the problem of announcer voice variation estimation.
¾¾¾¾¾¨¾¾¾¾¾
УСИЛИТЕЛЬНЫЕ СВЧ-МОДУЛИ
Гуров П.А., Оганян А.Б., Мороз А.Н., Черниговская Э.М., Захаров Ю.О.
Московский государственный институт радиотехники, электроники и автоматики (ТУ)
119454, Москва, проспект Вернадского 78, тел. 434-91-56
В передатчиках систем связи наибольшее распространение получили усилительные СВЧ-модули со сложением мощностей. В частности, это необходимо для работы в широком диапазоне частот и размещения большего числа каналов связи. В диапазоне дециметровых волн требуется быстрая перестройка частоты и обеспечение широкой полосы пропускания мощных СВЧ-усилителей. Применение на этих частотах усилителей с перестраиваемыми резонансными контурами затруднено, поскольку из-за введения устройств автоматической перестройки усложняется конструкция всего усилителя. Следовательно, переход к широкодиапазонным двухтактным усилителям оправдан и позволяет обойтись без подстроечных элементов, что, безусловно, повышает надежность передатчиков систем связи.
Обычно считают, что из-за удвоенного количества активных элементов в двухтактных усилителях размеры аппаратуры тоже значительно возрастают. Однако переход к широкополосным схемам позволяет снизить токи и напряжения на реактивных элементах их колебательных систем, поэтому уменьшается и их масса и габариты. С другой стороны, необходимость выравнивания в каждом каскаде коэффициента усиления по мощности на всей полосе пропускания усилителя может вести к уменьшению его абсолютного значения, а значит и к увеличению общего числа усилительных каскадов.
Двухтактные балансные усилители применяются главным образом в оконечных каскадах мощных усилительных модулей, в которых транзисторы работают с отсечкой тока в режиме В. В подобных устройствах угол отсечки выбирается близким к 90°. Это необходимо для обеспечения максимального коэффициента усиления по мощности. В системах связи часто транзисторы переводят в режим АВ, который отличается большей линейностью АЧХ и ФЧХ, чем режим В.
Если требуемая выходная мощность передатчика превышает номинальную выходную мощность транзистора на данной рабочей частоте, применяются схемы сложения мощностей. Параллельное включение транзисторов используется крайне редко из-за значительного ухудшения параметров усилительного модуля, так как при параллельном включении транзисторов не только снижается надежность схемы из-за сильного разброса их параметров, но и возникает опасность самовозбуждения усилителя. Кроме того, снижаются входные и нагрузочные сопротивления транзисторов. Вследствие этого для получения высокой выходной мощности необходимо применять схемы сложения мощностей многих однотипных транзисторов, работающих синфазно и выделяющие в нагрузке одинаковую мощность.
Разработка усилителей на базе конструктивно законченных усилительных модулей повышает его надежность и позволяет унифицировать элементную базу передатчиков различной мощности, работающих в одном частотном диапазоне. К недостаткам модульных устройств стоит отнести наличие большого числа межмодульных соединений, а также сложность коммутирующих устройств при использовании схем обхода отказавшего модуля. В ряде случаев недостатком СВЧ-модулей является бинарность входов сумматоров, поскольку при бинарном сложении мощностей общее число суммируемых одиночных усилителей составляет N = 2m, где m = 1, 2, 3, … – число ступеней мостового сумматора. Например, при необходимости сложения мощностей 10-и усилительных модулей приходится использовать сумматор на 16, что может значительно повысить стоимость всего передатчика.
В передатчиках широкополосных систем связи применяются только сумматоры с развязкой входов, поскольку при использовании простой схемы без развязки трудно корректно сложить мощности одиночных усилителей, при отключении даже одного из них.
К мостовым устройствам относятся многополюсники, с помощью которых обеспечивается совместная и взаимно независимая работа нескольких генераторов (усилителей) ВЧ колебаний на общую нагрузку. Мостовые сумматоры обычно анализируются по следующим основным параметрам:
количество подключенных развязанных генераторов (усилителей мощности), N;
коэффициент деления мощности m. При N >2, как правило, m = 1;
мощность P источников суммируемых мощностей, Вт;
номинальное сопротивление входов сумматора, Ом;
коэффициенты отражения – Г; КСВ.
Для систем подвижной связи стандартов CDMA и TDMA, которые работают в диапазонах 800…900 МГц, 1800…1910 МГц, характеристики мостовых сумматоров (делителей) обычно находятся в пределах следующих величин:
количество суммируемых усилителей мощности N = 2 – 16;
максимальная пиковая мощность, P = 2 кВт;
КСВ по напряжению при полной нагрузке – от 10,0 – 1 до 1,2 – 1;
развязка входов сумматора: 45 – 70 дБ;
потери мощности в сумматоре: 3 – 8 дБ.
Наиболее хорошо показали себя радиальные сумматоры, которые используются как в системах сотовой связи, персональных системах связи, так и в радиолокационных системах. Они позволяют суммировать мощности большого количества независимых, развязанных генераторов (усилителей) и имеют наименьшие потери.
В частности мощный СВЧ-усилитель, построенный с применением 16-ти канальных радиальных сумматоров, работающий в диапазоне от 5,3 до 18 ГГц, имеет следующие параметры: уровень выходной мощности: P1дБ = 36 – 50 дБмВт; уровень мощности насыщения: Pнас = 37 – 51 дБмВт ; коэффициент усиления – 40 – 60 дБ; КСВ по напряжению — не более 2,0 – 1; коэффициент шума — не более 12 дБ.
Широкое применение в передающей технике нашли квадратурные сумматоры в случае применения которых, значительно упрощается проблема согласования генератора с предыдущим каскадом и нагрузкой. Разработанный современный квадратурный сумматор может использоваться в системах связи стандартов TDMA и CDMA и имеет следующие параметры:
количество входов N = 4;
диапазон рабочих частот ?f = 850…870 МГц;
шаг частот: 0…100 МГц;
потери мощности в сумматоре: 6,5 – 7 дБ;
максимальная пиковая мощность P = 2 кВт;
КСВ по напряжению: не более 1,25 – 1;
развязка между двумя входами: 70 дБ;
развязка между одним входом и антенной: 55 дБ.
Литература
Nefedov V., Kozlov E., Application of clamping amplifiers at analog-digital signal processing. DSPA ’2000, 3-rd International Conference: Digital Signal Processing And Its Applications. Moscow. Russia. 2000. Proceedings – 2, p. 228 – 230.
V. Borich, J.H. Jong, J. East and WE. Stark, Nonlinear Effects of Power Amplification on Multicamer Spread Spectrum Systems, 1998 IEEE MTT-S Digest, p. 323.
L.P.B. Katehl, G.M. Rebeiz and C.T.C. Nguyen, MEMS and Si-micromachined Components for Low Power, High Frequency Communication Systems, 1998 IEEE MTT-S Digest, p. 331.
INTENSIFYING MICROWAVES-MODULES
Gurov P., Oganjan A., Moroz A., Chernigovskaja E., Zaharov J.
The Moscow State Institute of Radiotechnics, Electronics and Automatics (TU)
78, Prospekt Vernadskogo, Moscow, Russia, 119454, Tel. (095) 434-91-56
In transmitters of systems of communication the greatest distribution was received with intensifying microwaves-modules with addition of capacities. In particular, it is necessary for work in a wide range of frequencies and accommodations of the greater number of liaison channels. In a range of decimeter waves fast reorganization of frequency and maintenance of a wide passband of powerful microwaves- amplifiers is required. Application on these frequencies of amplifiers with перестраиваемыми resonant contours is complicated, as because of introduction of devices of automatic reorganization the design of all amplifier becomes complicated. Hence, transition to широкодиапазонным to duple amplifiers is justified and allows to do without tuning elements, that, certainly, raises reliability of transmitters of systems of communication.
Usually consider, that because of the double quantity of active elements in duple amplifiers the sizes of the equipment too considerably grow. However transition to broadband circuits allows to lower currents and pressure on jet elements of their oscillatory systems, therefore decreases both their weight and dimensions. On the other hand, necessity of alignment for each cascade of factor of amplification(strengthening) on capacity on all passband of the amplifier can conduct to reduction of his absolute value, so and to increase in the general number of intensifying cascades.
Duple balancing amplifiers are applied in terminal cascades of powerful intensifying modules in which transistors work with отсечкой a current 90 °. In similar devices the corner отсечки gets out close to 90°. It is necessary for maintenance of the maximal factor of amplification on capacity. In systems of communication frequently transistors translate in mode АВ which differs greater linearity of characteristics, than a mode of Century.
If required target capacity of the transmitter exceeds nominal target capacity of the transistor on the given working frequency, circuits of addition of capacities are applied. Parallel inclusion of transistors is used extremely seldom because of significant deterioration of parameters of the intensifying module as at parallel inclusion of transistors not only reliability of the circuit because of strong disorder of their parameters is reduced, but also there is a danger of self-excitation of the amplifier. Besides entrance and loading resistance of transistors are reduced. Thereof it is necessary to apply circuits of addition of capacities of many same transistors working in phase and allocating in loading identical capacity to reception of high target capacityof the amplifier. Besides entrance and loading resistance of transistors are reduced.
The literature
Nefedov V., Kozlov E., Application of clamping amplifiers at analog-digital signal processing. DSPA ’2000, 3-rd International Conference: Digital Signal Processing And Its Applications. Moscow. Russia. 2000. Proceedings – 2, p. 228 – 230.
V. Borich, J.H. Jong, J. East and WE. Stark, Nonlinear Effects of Power Amplification on Multicamer Spread Spectrum Systems, 1998 IEEE MTT-S Digest, p. 323.
L.P.B. Katehl, G.M. Rebeiz and C.T.C. Nguyen, MEMS and Si-micromachined Components for Low Power, High Frequency Communication Systems, 1998 IEEE MTT-S Digest, p. 331.
¾¾¾¾¾¨¾¾¾¾¾
РОБАСТНОСТЬ АЛГОРИТМА НЕЛИНЕЙНОГО ПРЕОБРАЗОВАНИЯ МАСШТАБА ВРЕМЕНИ В ЗАДАЧЕ РАСПОЗНАВАНИЯ РЕЧИ
Ульдинович С.В.
Ярославский государственный университет им. П.Г. Демидова
На сегодняшний день методам цифровой обработки речевых сигналов уделяется большое внимание. Значительные ресурсы сосредоточены на научно-исследовательских работах в области автоматического распознавания и понимания речи. Это стимулируется практическими требованиями, связанными с созданием систем военного и коммерческого назначения. Не смотря на существенные теоретические и практические наработки в этой области, существует большое количество нерешенных задач [1-5].
Целью работы является разработка модифицированной схемы распознавания изолированных слов, основанной на сравнении с эталонами, и исследование ее робастности, эффективности работы в неблагоприятных условиях. Для достижения указанной цели в работе решаются следующие задачи:
Разработка модификации схемы распознавания речи с эталоном, построенной на основе алгоритма нелинейного искажения масштаба времени и ее реализация в среде моделирования Matlab.
Поиск оптимальных параметров работы алгоритма.
Анализ влияния ошибок сегментации речевого сигнала на вероятности распознавания.
Анализ устойчивости работы алгоритма к неблагоприятным внешним условиям (шумам различного характера) и оценка влияния этих факторов на вероятности распознавания.
В работе рассматривается система распознавания изолированных цифр (0-9) русского языка. Для проведения исследований создана собственная речевая база, содержащая 10 эталонов и 100 слов для распознавания (по 10 вариантов произношения для каждой цифры). Аудиозаписи представлены в формате WAV с точностью представления 16 бит на отсчет и частотой дискретизации 8 кГц.
В основе исследуемой системы лежит схема, основанная на сравнении распознаваемого образа с эталоном. Сигнал от микрофона поступает на аналого-цифровой преобразователь (АЦП). Цифровой сигнал с выхода АЦП поступает на блок сегментации. Структурно и функционально этот блок является детектором речевой активности, т.е. устройством, выделяющим в сигнале фрагменты, содержащие речь. На выходе блока сегментации сигнал представлен в виде отдельных слов, которые поступают на блок сравнению с эталоном. Выходные данные блока сравнения поступают на устройство принятия решения.
Описанная схема может иметь разные реализации в зависимости от структуры и принципов функционирования блоков, из которых она состоит. Основным объектом исследования является устройство сравнения динамических спектрограмм (сонограмм) методом нелинейного преобразования масштаба времени (Dynamic Time Warping).
Эффективность любого алгоритма сильно зависит от правильного выбора параметров его работы. В данном исследовании под эффективностью понимается, прежде всего, вероятность распознавания. Поэтому под оптимизацией понимается поиск значений параметров алгоритма (длины окна и области перекрытия между соседними окнами), соответствующих максимальной вероятности распознавания для заданной тестовой базы.
Проведенные исследования показали, что для дикторозависимого случая максимальная вероятность распознавания достигается при использовании окна длиной 128 отсчетов. Дальнейшее увеличение или уменьшение длины окна приводит к значительному уменьшению вероятности правильного распознавания. Результаты при использовании окна длиной 64 незначительно уступают результатам, полученным для окна длиной 128, однако в ряде экспериментов алгоритм с окном 64 показывал значительный разброс вероятности распознавания и поэтому перспективы его использования сомнительны.
| |
| Рис. 1. Зависимость вероятности распознавания от ошибки сегментации |
Влияние ошибок сегментации. Сегментация сигнала, посредством которой происходит разделение речи на отдельные слова, никогда не бывает абсолютно точной. Наибольшую сложность для сегментации представляют слова, содержащие фрикативные согласные, обладающие крайне низкой энергией, зачастую близкой к энергии фонового шума. Качество сегментации слов значительно влияет на вероятность правильного распознавания. В работе рассмотрены случаи ошибочной сегментации конца и начала слова, а так же комбинированный случай, когда ошибочно выделяются и начало, и конец слова (рис. 1).
В зависимости от выбранного параметра перекрытия окон, вероятности распознавания при заданном проценте сегментации несколько варьируется, однако можно выделить общие закономерности. Из графика видно, что с точки зрения вероятности распознавания наиболее существенными являются ошибки сегментации начала слова.
Влияние шумов. Системам распознавания речи в реальных условиях, как и другим радиотехническим системам, приходится работать в сложных шумовых условиях. Для анализа устойчивости алгоритма распознавания к влиянию шумов различного характера использовалась специализированная фонотека NOISEX-92. Условно рассматриваемые шумы можно разделить на широкополосные и низкочастотные. Такое разделение необходимо для дальнейшего анализа результатов.
| |
| Рис. 2. Зависимость вероятности распознавания от отношения сигнал/шум для двух параметров перекрытия окон (шум "Factory floor noise") |
Рассмотрим влияние широкополосного шума на примере шума "Factory floor noise", спектральная плотность которого практически постоянна во всем спектральном диапазоне речевых сигналов. Из графика (рис. 2) видно, что характеристики алгоритма очень близки к аналогичным характеристикам человека. А для области перекрытия длиной 64 отсчета характеристики алгоритма превосходят возможности человека во всем рассматриваемом диапазоне отношений сигнал/шум (ОСШ).
Типичным примером низкочастотного акустического шума является шум в салоне легкового автомобиля – "Car interior noise". Видно, что характеристики алгоритма для этого типа шумов значительно уступают возможностям человека для ряда значений ОСШ (рис. 3). Но стоит отметить, что в целом вероятность распознавания значительно выше, нежели в случае воздействия широкополосного шума.
| |
| Рис. 3. Зависимость вероятности распознавания от отношения сигнал/шум для двух параметров перекрытия окон (шум "Car interior noise") |
Заключение. Создана модель системы распознавания изолированных слов русской речи. Исследована зависимость вероятности правильного распознавания изолированных слов от параметров работы алгоритма. Проведен анализ влияния ошибок сегментации речи на вероятность правильного распознавания. С точки зрения вероятности распознавания наиболее существенными являются ошибки сегментации начала слова. В большей части диапазона ошибок сегментации к наименьшему снижению вероятности распознавания приводят ошибки сегментации конца фразы, вместе с тем, для ряда значений ошибок сегментации максимальная вероятность распознавания достигается при наличии комбинированной ошибки сегментации. Оценена устойчивость работы алгоритма при неблагоприятных внешних условиях – шумах разных типов. На основании полученных результатов видно значительное влияние степени зашумленности сигнала на вероятность распознавания и необходимость разработки новых и модернизации уже существующих алгоритмов предобработки речевых сигналов.
Литература
Рабинер Л., Шафер Р. Цифровая обработка речевых сигналов. – М.: Радио и связь, 1981. 496 с.
Галунов В.И., Соловьев А.Н. Темные пятна в области распознавания речи // Акустика речи. Медицинская и биологическая акустика. Архитектурная и строительная акустика. Шумы и вибрации. Сб. тр. XV сессии Российского акустического общества. – М.: ГЕОС, 2004. Т. 3, С. 9-13.
Huang X. Spoken language processing: a guide to theory, algorithms, and system development – New Jersey: Prentice Hall PTR, 2001. 980 p.
Furui S., Sondhi M. Advances in speech signal processing – NY: Marcel Dekker, 1991. 871 p.
Furui S. Digital speech processing, synthesis, and recognition – NY: Marcel Dekker, 2001. 452 p.
The Robustness properties of dynamic time warping algorithm in THE speech recognition application
Uldinovich S.
Yaroslavl State University
The main idea of the given work is to develop the modificated scheme of the isolated words recognition, based on comparison with samples, and its robustness research, an overall performance in adverse conditions. To achieve the specified purpose the following tasks are solved:
- development of the modificated isolated words recognition scheme [1,2] based on comparison with samples, constructed on the basis of dynamic time warping algorithm and its realization in the Matlab;
- search of optimum parameters of the algorithm work;
- the speech signal segmentation mistakes influence on the recognition probability analysis;
- the algorithm stability work analysis to adverse external conditions (noise of various types) and an estimation of influence of these factors on the recognition probability.
In the work the system of Russian isolated words recognition is considered.
The carried out researches have shown, that for announcer independent case the maximal probability of recognition is achieved when using a window of 128 readout length. The further increase or reduction of a window length results in significant reduction of correct recognition probability. Using of a window length 64 a little bit concede to the results received for a window length 128, however in a number of experiments the algorithm with a window 64 showed significant disorder of the recognition probability and consequently prospects its use to be doubtful.
Spliting of speech into separate words [3] are usually made by means of signal segmentation never happens absolutely exact. The greatest complexity for segmentation is represented with the words containing fricative agreeable, having lowest energy, frequently close to energy of background noise. Quality of segmentation of words considerably influences probability of correct recognition. In work cases of erroneous segmentation of the end and the beginning of a word, and as the combined case when are wrongly allocated both the beginning, and the end of a word are considered.
For the analysis of algorithm recognition stability to influence various types of noise specialized record library NOISEX-92 was used.
In the most part of a segmentation mistakes range the least recognition probability decrease occurs when mistakes of segmentation are the end of a phrase, at the same time, for lines of segmentation mistakes values the maximal probability of recognition is reached at presence the combined mistake of segmentation. The algorithm work stability in adverse external conditions - noise of different types is appreciated. On the basis of the received results there is obvious a significant influence of a noise value to the recognition probability. It is necessary to develop new and modernize of already existing algorithms of speech signals preprocessing.
References
Huang X. Spoken language processing: a guide to theory, algorithms, and system development – New Jersey: Prentice Hall PTR, 2001. 980 p.
Furui S., Sondhi M. Advances in speech signal processing – NY: Marcel Dekker, 1991. 871 p.
Furui S. Digital speech processing, synthesis, and recognition – NY: Marcel Dekker, 2001. 452p.
¾¾¾¾¾¨¾¾¾¾¾
ИССЛЕДОВАНИЕ НЕЛИНЕЙНЫХ СВЧ-УСИЛИТЕЛЕЙ
Дрижанов А.В., Соломатин Н.С., Захаров Ю.О., Попов Е.А., Пугачев О.И.
Московский государственный институт радиотехники, электроники и автоматики (ТУ)
119454, Москва, проспект Вернадского 78, тел. 434-91-56
Одной из основных проблем, стоящих перед разработчиками мощных широкополосных СВЧ-усилителей для систем связи, является уменьшение уровней интермодуляционных искажений (ИМИ), а также эффектов, называемых амплитудно-фазовой конверсией (АФК). Чтобы повысить эффективность подобных схем, необходимо: минимизировать нелинейные искажения, полученные при преобразовании частоты, а также уменьшить искажения, возникающие в самом каскаде при работе с многочастотным сигналом. Для этого применяют корректоры линейности характеристик. На практике сложно выбрать схему корректора характеристик, потому известна оптимизация по различным показателям: полосе пропускания канала, требуемой эффективности подавления ИМИ и т.п. В настоящее время известны такие системы коррекции характеристик:
линейного усиления с использованием нелинейных компонентов;
с прямой связью;
адаптивного широкополосного предыскажения;
с подавлением и восстановлением несущей.
В системах адаптивного широкополосного предыскажения перед усилителем вводится корректор, включающий в себя электронно-управляемые аттенюатор и фазовращатель, который вносит предыскажение, чтобы линеаризовать АХ и ФАХ системы «корректор — нелинейный усилитель».
В системах с цифровой модуляцией находят применение схемы, отслеживающие изменения синфазной и квадратурной составляющих. К преимуществам подобных схем можно отнести то, что в процесс линеаризации оказывается включенным не только выходной усилитель, но и предварительный усилитель и преобразователь частоты. Обычно, применяя на практике подобную схему, высокую степень подавления ИМИ в выходном спектре можно обеспечить для одной несущей частоты или для нескольких рядом стоящих частотно-разделенных каналов связи. Практические схемы СВЧ-усилителей были разработаны для частот от 200 МГц до 2 ГГц. Уровни подавления ИМИ 3-го порядка при этом составляли от 25 дБ до 40 дБ.
В системах линейного усиления с использованием нелинейных компонентов, построенных с применением методов линейного усиления, применяют синтезаторы радиочастоты. Под этим считается, что «линейный» спектр возникает только на выходе передатчика. При этом все нелинейные процессы внутри самого усилителя остаются неизменными.
Для линеаризации современных мощных СВЧ-усилителей базовых станций сотовой связи, в настоящее время разрабатываются двухпетлевые схемы корректоров с прямой связью. В первой петле происходит подавление несущей, выделение ИМИ и инвертирование их по фазе, а во второй петле – линейное усиление ИМИ, после чего происходит подавление ИМИ в выходном спектре.
Главной проблемой корректоров с прямой связью является снижение КПД за счет суммирования сигналов на выходе усилителя. Повысить КПД подобных систем возможно, применив несимметричные сумматоры на связанных линиях. При этом в балластной нагрузке рассеивается не половина мощности несущих (как в 3 дБ направленном ответвителе), а около 10 ?. Кроме того данное конструкторское решение позволяет применить балластные сопротивления, рассчитанные на меньшую мощность. Однако помимо этого необходимо учитывать амплитудные и фазовые ошибки, возникающие при сложении сигналов на выходе усилителя.
Для подавления несущих на выходе сумматора, на один вход которого подается неискаженный входной сигнал, а на второй вход – выходной усиленный сигнал с ИМИ, необходимо, чтобы их амплитуды были бы одинаковы, а сдвиг фаз был бы 1800. На практике существует определенный порог ограничения несущих. Зная пороги ограничения несущих, можно определить степень их подавления при входной мощности – P1 и выходной мощности в сумматоре – Pвых.
Возможны два варианта минимизации фазовых ошибок. Первый вариант заключается в работе с постоянными уровнями входных сигналов. Второй вариант подразумевает введение дополнительных автоматических схем управления, которые построены по принципу корректоров с предыскажением и сводят к минимуму амплитудные и фазовые ошибки в цепи подавления несущих.
Значительно повысить КПД корректоров и уменьшить фазовые ошибки можно, применив амплитудные детекторы в цепях коррекции фазы схемы управления. В цепь необходимо ввести сумматоры, на которые подаются искаженный и неискаженный сигналы. Электрическая длина каждого из двух участков пути до сумматора должна быть различной (например, 150° и 175°). Таким образом устанавливается связь между уровнем мощности и фазовым набегом. Далее, в случае равенства амплитуд Pа и Pб, на входе цепи коррекции фазы будет нулевое напряжение.
Использование амплитудных детекторов в цепях коррекции фазы выгодно отличает предложенный корректор от остальных, так как в этом случае практически отпадает проблема дополнительной подстройки фаз в двух каналах в цепи подавления несущих.
Литература
Nefedov V., Kozlov E. Application of clamping amplifiers at analog-digital signal processing. DSPA ’2000, 3-rd International Conference: Digital Signal Processing And Its Applications. Moscow. Russia. 2000. Proceedings – 2, p. 228 – 230.
Kenington P.B., Methods Linearize RF Transmitters And Power Amps. Microwave & RF. December 1998
RESEARCH FOR NONLINEAR MICROWAVE AMPLIFIERS
Drizhanov A., Solomatin N., Pugachev O., Zaharov J., Popov Е.
The Moscow State Institute of Radiotechnics, Electronics and Automatics (TU)
78, Prospekt Vernadskogo, Moscow, Russia, 119454, Tel. (095) 434-91-56
For the present a great deal of RF-amplifier linearization circuits are known. The choice of the eligible circuit is influenced by the requirements to the intermodulation distortion (IMD) level in the output spectrum. The fundamental tasks of these circuits are: minimization of the generated nonlinear distortion at the frequency conversion stage and minimization of the distortion originating in the amplifier while working with a multicarrier signal. In practice it is rather difficult to choose any particular correction circuit because the various circuits offer optimization on various parameters such as: the passband of the channel, required efficiency IMD limitation etc. As an example of the modern power amplifier linearization circuits for communication systems it is worth mentioning these:
Broadband adaptive predistortion;
Systems with carrier suppression and restoration;
Linear amplification with nonlinear components;
Feedforward systems.
In systems where digital modulation is applied the circuits trace not amplitude and phase variations but inphase and quadrature components. The advantage of these circuits is that not only power amplifier but also preamplifier and frequency converter are involved in linearization process. The practical I/Q feedback circuits were designed for the frequencies from 200 MHz up to 2 GHz. Thus the third-order IMD limitation levels from 25 dB up to 40 dB were achieved.
At the present time feedforward circuits are being developed for the linearization of modern power base station amplifiers. The fundamental problem of feedforward correctors is the reduction of the power-added efficiency (PAE) as a result of signal summation at the amplifier’s output. It is possible to improve the PAE of such systems having applied combiners on non-regular coupled lines. Thus not half of the carrier power (as in 3-dB directional coupler) but about 10 ?. Besides the given design decision allows to apply ballast load designed for a smaller power. However it is necessary to take into account amplitude and phase errors originating in the output power combiner.
For the carrier limitation in the combiner where the first input signal is undistorted and the second – the output amplified signal with IMD it is necessary that their amplitudes would be identical and the phase shift would be 1800. If the amplitude and phase thresholds are known it is possible to define a level of carrier limitation. The simulation shows a greater dependence of the carrier limitation level upon phase errors rather than upon amplitude errors.
Phase errors minimization is possible due to introduction of additional automatic control circuits based on a predistortion principle. These control circuits can reduce amplitude and phase errors in the carrier limitation loop to a minimum.
страница 1страница 2страница 3
скачать
Другие похожие работы: