自适应预失真线性化技术的延时补偿研究
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2020-07-30
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自适应预失真线性化技术的延时补偿研究自适应预失真线性化技术的延时补偿研究
本文尝试在硬件基带预失真电路中采用数字相关技术进行延时估算，这种方法无须调整硬件，而且运算量较
小、精度好。使用这种方法与自适应线性迭代相结合，可取得良好的预失真线性化效果。
自适应基带预失真线性化技术原理
调制后的基带数字信号，经过脉冲成型滤波器消除码间干扰，然后信号Vi进入预失真器，对其进行预失真DSP处理后，得到数
字域中的预失真信号Vdi、Vdq，再经过D/A变换、带通滤波，上变频到射频放大器PA输入端，PA输出信号Vo。Vo送往天线输
出，其中的一小部分输出功率通过耦合器送往反馈回路，反馈信号经过低噪声放大器LNA、带通滤波器、下变频、D/A后，得
到的反馈信号记Vfi、Vfq。此信号用于提供给误差比较模块和自适应算法模块作为参考信号，从而决定正确的预失真特性。
本文中用AM/AM和AM/PM转换特性来描述射频功率放大器的非线性模型，假设预失真函数为F，它与输入信号的功率或电压
有关(通常取功率作变量)，包括了射频功率放大器的AM/AM转换特性和AM/PM转换特性的复增益函数设为G，则：
必须指出，G仅与输入信号的幅值有关，而与它的相位无关。定义误差为 ，其中K为常数，表示系统的线性增益。若E小于规
定的阙值，则预失真达到收敛状态。解调信号Vf将与Vi的波形相同，只是在幅度上相差常数增益K。将公式（1）代入式
（2），推出：
此式就是自适应预失真器收敛的目标，F为满足线性化的预失真函数。
环路延时的补偿
在预失真线性化系统理想收敛的情况下，预失真器造成的失真可以与放大器的失真完全抵消，放大器输出反馈信号Vf与系统输
入信号Vi之间仅存在幅度上的差别K和时延上的差别 ，写成数学形式：
在误差比较器中，将实际功放输出信号Vf(t)与预期线性输出信号KVi(t)相减，得到误差信号输出，E(t)=Vf(t)-KVi(t)=K[Vi(t+τ)-
Vi(t)]。Vi(t)为周期信号，同时 的值又恰好是信号周期的整数倍，否则E(t)不为零。由此可见，使用这种误差比较器，即使在系
统的初始状态，输入输出信号呈现线性关系，误差信号输出却不为零，自适应算法将对LUT表进行错误的更新。为此，必须对
误差函数进行修正。公式为：
即对基带数字信号Vi进行大小为 的延时。由以上分析可知，估计环路时延 是自适应环路收敛的一个重要环节。 的取值大小，
直接影响放大器线性化技术的质量。以下是当前几种环路延时补偿方法的简要描述。
迭代法(Nagata’s method)
这种方法基于信号q(t)与其延时信号q(t-r)的关系，利用线性迭代方法估计延时值r，关系如下式：
rn表示信号在tn时刻的延时。T为常数，控制步进。迭代法方法简单可行，但存在精度不好的问题。迭代法具体实施见图2。
锁相环法(DLL method)
延时控制预失真系统的反馈环路，被称为延时锁定环路法(Delay-locked-loop)。鉴相器输出经过环路滤波器滤波后，控制电压
控制振荡器(VCO)，VCO的相位控制反馈回路模数转换器的采样时间，达到消除预失真器前向和反馈回路的信号之间的延时。
DLL法虽然精度高、稳定性好，但是存在硬件复杂、收敛慢等问题。
相关检测法(Correlation method)
相关检测法是利用信号之间的相关性，计算源信号与反馈信号互相关函数，然后根据互相关函数特性估计延时时间。由于无须
调整硬件，且具有运算量较小、精度好等优点，被广泛应用。
假设信号V(t)，它是一个带限随机信号，在数学上定义为宽平稳随机过程，系统的传输函数为 ，冲激响应为h(t)，则输出信号
Y(t)也将是一个平稳随机过程。
根据以上推论，利用信号相关性，求出系统源信号与反馈信号的相关函数，如式（13）所示。其最大值所对应的时间即为系
统的延时量，这样就可以预估出系统的延时量τ。
用该方法来预估延时，不需要复杂的离散傅里叶变换计算，运算量大大少于周期分量法，其最大估算误差是一个采样间隔。实
验证明，采用相关函数法来预估延时是非常有效的。
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