Документация Engee

Оценка параметров усилителя

Страница в процессе разработки.

Оценка параметров усилителя amplifier app 1 — это приложение Engee, предназначенное для анализа характеристик усилителей мощности (УМ) по данным измерений, а также построения моделей усилителей с возможностью их использования в среде моделирования Engee. Поддерживается анализ сигналов, настройка параметров модели, визуализация результатов и экспорт коэффициентов для последующего использования.

Для открытия приложения перейдите в рабочее пространство Engee и в левом верхнем углу в разделе Приложения Engee apps icon выберите Оценка параметров усилителя amplifier app 1:

amplifier app 2 amplifier app 3

Назначение и контекст использования

При передаче сигнала через усилители мощности (УМ), особенно в режимах, близких к насыщению, возникают нелинейные искажения. Это приводит к двум ключевым эффектам:

  • Расширение спектра сигнала за пределы полосы пропускания — нарушение требования по спектральной маске (ACLR);

  • Внутриполосные искажения и ухудшение качества передачи — увеличение мощности в соседних каналах (ACPR).

Для повышения энергоэффективности передатчиков усилители часто работают вблизи насыщения, где проявляются нелинейные эффекты. Проблема решается с помощью метода цифрового предыскажения сигнала (Digital Pre-Distortion, DPD). Цель такого метода — заранее изменить (исказить) входной сигнал таким образом, чтобы после прохождения через реальный нелинейный УМ выходной сигнал оказался как можно ближе к идеальному линейному отклику. Это позволяет:

  • Повысить КПД усилителя;

  • Снизить нелинейные искажения;

  • Снизить уровень межканальных помех;

  • Обеспечить соответствие стандартам передачи.

Приложение поддерживает несколько алгоритмов адаптивной настройки модели усилителя:

  • RLS — рекурсивный метод наименьших квадратов;

  • LMS — классический метод наименьших квадратов;

  • NLMS — нормализованный LMS;

  • RPEM — рекурсивный метод прогноза ошибки;

  • Регуляризованный RLS — модификация RLS с устойчивостью к шумам.

Эти методы позволяют динамически корректировать параметры модели на основе входных и выходных сигналов.

Также поддерживаются три архитектуры модели:

Архитектура Описание

P (Polynomial)

Полиномиальная модель без учета памяти — подходит для простых случаев без выраженного гистерезиса.

MP (Memory Polynomial)

Добавляет эффект "памяти" усилителя, улучшает точность моделирования временных зависимостей.

GMP (Generalized Memory Polynomial)

Расширенная архитектура с дополнительными перекрестными членами — используется для сложных искажений.

Выбор комбинации алгоритма и архитектуры влияет на точность модели. Критерием оценки обычно служит метрика NMSE (нормализованная среднеквадратичная ошибка).

Таким образом, приложение Оценка параметров усилителя позволяет моделировать и адаптировать системы цифрового предыскажения, используя как реальные, так и синтетические данные.

Термины и сокращения

  • DPD (Digital Pre-Distortion) — цифровое предыскажение сигнала, метод компенсации нелинейных искажений усилителя.

  • NMSE (Normalized Mean Squared Error) — показатель точности модели, измеряется в децибелах.

  • PAPR (Peak-to-Average Power Ratio) — отношение пикового значения мощности сигнала к его среднему значению.

  • ACLR (Adjacent Channel Leakage Ratio) — уровень излучения в соседнем частотном канале.

  • ACPR (Adjacent Channel Power Ratio) — отношение мощности в соседнем канале к основной.

  • AM-AM — зависимость выходной амплитуды от входной (амплитудно-амплитудная характеристика).

  • AM-PM — зависимость выходной фазы от входной амплитуды (амплитудно-фазовая характеристика).

Интерфейс приложения

Интерфейс приложения можно условно разделить на пять секций:

amplifier app 4

  • Желтая секция — используется для загрузки файлов с отсчетами усилителя, скачивания .txt файла с коэффициентами УМ;

  • Три синие секции — используются для настройки модели усилителя;

  • Красная секция — запуск расчета модели, управление частотой дискретизации сигнала спектра для построения графика и само меню графиков.

Далее рассмотрим как с помощью интерфейса последовательно работать с приложением.

Работа с приложением

Загрузка входных данных

Для начала работы загрузите два файла с отсчетами сигналов усилителя, нажав по кнопке amplifier app 5 в желтой секции:

  • IQ_in_norm — отсчеты сигнала на входе усилителя;

  • IQ_out_norm — отсчеты сигнала на выходе усилителя.

Файлы с отсчетами должны обязательно называться IQ_in_norm и IQ_out_norm. Загрузчик поддерживает файлы формата .bin и .mat. В одном файле выборка отсчетов не должна превышать 2 млн. отсчетов.

Файлы следует загружать одновременно, для этого выберите их через Ctrl+ЛКМ в открывшемся окне:

amplifier app 6

Дождитесь полной загрузки файлов, индикаторы загрузки должны смениться на ✓:

В процессе загрузки

Готово (✓)

amplifier app 7

amplifier app 8

Настройка модели усилителя

Далее поэтапно настройте модель в синих секциях:

  1. Выбор алгоритма и архитектуры (секция №1) — задается тип модели и метод DPD (например, NLMS). В зависимости от выбранного алгоритма потребуется указать шаг сходимости или степень доверия и фактор забывания. Для алгоритма Мура-Пенроуза дополнительные параметры не задаются.

  2. Параметры модели (секция №2) — для моделей задаются:

    • Глубина памяти;

    • Степень полинома;

    • Порядок полинома.

  3. Диапазон выборки (секция №3) — указывается диапазон отсчетов, используемых для расчета модели (по умолчанию: от 200000 до 400000).

Запуск расчета модели

После настройки модели усилителя запустите его расчет. Для этого нажмите кнопку Запустить расчёт. Индикатор на кнопке отобразит ход выполнения.

amplifier app 9amplifier app 1amplifier app 9

После завершения станет доступной секция построения графиков.

Построение графиков

Доступны следующие виды графиков:

amplifier app 11

  • Сигналы: входной, выходной, моделированный;

  • Спектры сигналов;

  • Характеристики AM-AM и AM-PM;

  • Кумулятивная функция распределения (CCDF).

Частоту дискретизации можно задать вручную:

amplifier app 10

Для более удобной работы с графиками поможет классический функционал библиотеки Plotly:

amplifier app 16

  1. amplifier app 17 — скачать график как PNG.

  2. amplifier app 18 — возможность выделить область и увеличить ее содержимое.

  3. amplifier app 19 — инструмент перемещения графика на координатной плоскости.

  4. amplifier app 20 — увеличивает масштаб координатной плоскости.

  5. amplifier app 21 — уменьшает масштаб координатной плоскости.

  6. amplifier app 22 — возвращает масштаба координатной плоскости по умолчанию.

  7. amplifier app 23 — сброс координатных осей.

Примеры графиков

Спектр сигнала Uвх, Uвых, Uмод:

amplifier app 12

Амплитудно-амплитудная характеристика AM-AM:

amplifier app 13

Амплитудно-фазовая характеристика AM-PM:

amplifier app 14

Кумулятивная функция распределения вероятностей CCDF:

amplifier app 15

Для оценки эффективности работы модели усилителя автоматически рассчитываются: нормализованная среднеквадратичная ошибка NMSE в дБ, пик-фактор PAPR для входного, выходного и моделированного сигнала, например:

amplifier app 24

Загрузка коэффициентов

Для сохранения коэффициентов модели нажмите кнопку Скачать файл. Файл будет сохранен в формате .txt.

amplifier app 27