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隨著移動通信技術的飛速發展，頻譜資源日漸緊張。因此，第3代移動通信技術普遍采用了QPSK(正交相移鍵控)、QAM(正交調幅)等線性調制方法來提高傳輸速率和頻譜效率。這些調制方法同時對載波的相位和幅度進行了調制，因此會產生具有較高峰均比的調制信號。在處理這類速率較高的非恒包絡信號時，射頻功率放大器的效率和線性度往往無法兼顧。為了解決這個問題，我們一般采用功放線性化技術，運用適當的外圍電路來校正功放的非線性特件，既提高功放效率，節約能源，又改善了功放線性度，降低了ACPR(鄰道功率比)。在現有的各種功放線性化技術中，數字預失真技術結合了實用性、經濟性與穩定性，成為寬帶通信系統射頻功放線性化的首要選擇。 數字預失真技術是用數據處理器什在發射鏈路的基帶或中頻部分搭建一個與射頻功放非線性特性相反的非線性電路，與功放疊加后可以將輸入信號線性放大。與其他功放線性化技術相比，它的插入損耗小，帶寬所受的限制也小。20世紀80年代以來，出現了查表法、多項式法、神經網絡法等多種預失真方法。其中查表法實現相對簡單，算法也比較靈活，是數字預失真技術使用較多的方法。 為了便于評估多種數字預失真算法的實際性能，進而幫助我們根據使用的環境選擇出合適的算法，本文構建了一個較開放的數字化平臺，包括D／A轉換模塊、A／D轉換模塊、承載算法的FPGA(現場可編程門陣列)模塊、下變頻解調模塊等，并通過一個開環的復增益查表預失真法對CDMA2000系統功放進行測試，驗證了此平臺的功能。它可以很方便地檢測預失真算法的可行性，有利于射頻功放線性化技術的發展。 1 數字預失真平臺系統模型 查表法的原理足將預失真特性存放在一張數據查找表中，根據輸入信號瀆取表中數值，然后進行相應的處理，得出需要輸出的預失真信號，查找表中的數值通過自適應的快速收斂算法不斷更新，從而能夠很好地體現出與功放的非線性特性相反的預失真特性。此方法主要分為映射預失真法和復增益預失真法兩類。映射預失真法中，輸出信號為輸入信號與表中數值相加；復增益預失真法中，輸出信號為輸入信號與表中數值相乘。查表法預失真器的整體結構如圖1所示。其中粗線部分(加法器)表示映射預失真法，細線部分(乘法器)表示復增益預失真法。由于映射預失真法是同時根據信號的幅度和相位來尋址，需要二維的查找表，占用的存儲空間較大，自適應算法的收斂速度也比較慢，因此，現在大多采用復增益查表預失真法，主要根據輸入信號的幅度特性尋址。 本文給出的數字預失真驗證平臺系統框圖如圖2所示。基帶數字信號源和預失真算法都是在FPGA(現場可編程門陣列)芯片中編程實現的，可以根據驗證需要靈活地改變源信號的帶寬和峰均比。預失真處理完畢后的數字信號通過一片雙通道14位D／A轉換芯片轉換成模擬信號，上變頻后送入功放；要達到預失真器自適應的效果，FPGA芯片還需要一路能反映功放非線性特性的反饋信號，為此，我們從功放的輸出信號中耦合一部分出來，用收信機(Rx)做下變頻，通過A／D轉換芯片轉換成數字信號送入FPGA。由于大部分信號發生器都可以將模擬低頻I、Q信號調制到高頻，在驗證過程中用它做上變頻器可以省掉一臺發信機，簡化了系統。 整個驗證平臺中，FPGA芯片使用的是Altera公司的EP2S30F672C5。此芯片內含約137×104bit存儲空間，3×104多個邏輯單元，64個18位乘法器，內部時鐘最高可達550 MHz，大多數算法都可以在其中實現。A／D轉換芯片可以達到采樣速率65 MSPS(百萬次采樣每秒)、信噪比74 dB和SNDR 83dB，完全能夠滿足多載波WCDMA和CDMA2000信號的采樣要求。整個平臺如圖3所示。模擬基帶信號上變頻由Agilent公司的信號發生器ESG4432完成。 2 數字預失真仿真與測試結果對比 從圖1中可以看到，地址產生模塊和復數乘法器(加法器)是整個預失真信號通路的重要環節，需要保證輸入的信號能夠正確地尋找到相應的預失真系數，并且保證輸出的預失真信號是我們想要的結果。若這兩個模塊沒有問題，那么這個平臺就可以體現出算法的效果。為此，我們采用了一種比較簡單的開環查表法作為驗證，此時不需要用到反饋環路(Rx)。 驗證過程選用了一個1.9 GHz的GaAs功放，增益為40 dB，1 dB壓縮點在42 dBm。用ADS仿真得到的預失真結果如圖4所示。預失真對信號的AcPR 優化了約15 dB。 硬件平臺的測試結果見圖5。預失真后信號的ACPR優化了10 dB。受數字信號處理字長和量化噪聲等影響，實測結果比仿真結果稍差，但是從兩者的對比可以看出，此平臺基本體現出了仿真系統的效果。 3 結束語 本文著重介紹了查表法的原理和基本結構，并針對其算法多變的特點，建立了一個開放式的硬件驗證平臺，用來評估算法各自的性能。比較在此平臺上實現的一種開環復增益查表預失真法的仿真和實測結果發現，兩者對功放ACPR的改善基本一致。這表明此平臺可以很好地驗證數字預失真仿真系統在硬件中的效果，從而為功放的線性化設計提供可靠的依據。 |
