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论文研究-一种高效的数字预失真算法的FPGA实现 .pdf 评分

一种高效的数字预失真算法的FPGA实现,郑斌,,本文主要阐述了基于记忆多项式功放模型的数字预失真算法的数学原理,并且针对这种算法提出了在FPGA上基于查找表的实现方式,极大��
取国科技论在线 求解等式()所表示的线性方程组的最小二乘鮮即可得到滤波器的系数 算法的 实现 设计工具 我们在 和 的平台上完成了 的算法的全部设计 所有设计文件采用 语言编写,采用完成设计文件的综合,并最终在 的平台上完成该算法的硬件时序仿真。 系统架构 如图所小整个的模块由预失真滤波器和系数训练两个子模块组成,即整个 模块的实现主要就是这两个子模块的实现。在整个实现中需要考虑两个关键因素。 输入信号的采样率 由于我们是要把该算法在数字域上做实现,即必然涉及到个信号速率的问题,由于该 算法目的就是要消除功放的非线性,也就是至少要抵消掉功放的非线性所产生次互 调分量,它大概在主信号带宽的倍的位置上,所以根据乃奎斯特采样定理,信号的 速率必须至少在信号带宽的倍以上,才能有效地抵消功放的次教条分量,换 句话说对于 的载波系统,总带宽为 ,信号的速率必须至少在 以上,这甲我们把主链路和反馈链路的信号的速率定在 ◆系数训练的周期 由于功放非线性是慢时变的,所以系数的训练并不是实时的,而是周期性的,所以我们 只需要周期性的收集功放输入和输出信号的样值,然后通过最小二乘法估计出相应的系 数即可,由上节可知系数的估计木质上是一个线性方程组的求解,在得到最小二乘解的 过程中涉及到复杂的矩阵运算,考虑到实现的效率,可以在上通过软件的方式计 算得到系数。可以选用外部的或者上的嵌入式处理器 我们最终选用 的 的芯片作为目标芯片,该芯片内部的丰富资源, 以及优异的性能为该算法的实现提供了很好的资源和平台,滤波器的实现我们采用査找 表方式在 上实现,系数的估计部分我们在芯片内部的嵌入式软核( 上实现,整个算法的实现架构如图所示 取国科技论在线 predistoLior 反理 CAFTURE RAM Doug untortagr 算法的实现架构 滤波器的 实现 根据等式(), 滤波器的实现需要计算信号的幅度的各阶多项式,然而要在 上直接实现多项式计算,不仅运算量是巨大的,而且所耗费的资源也是巨大的,因此 我们采用查找衣()方式实现各阶多项式的计算。图为时的滤泼器的查找 衣实现框图。 Dpc date in CORDIC ARS MSB MSE Bank se1$ LSB: ank se s LSB anke s LSBs Bank selS LSB 51232 3 512X3 512x 复乘相加并截位 复乘柜加并截位 Complex adder and truncate Dpd out C 图 滤波器的实现柱图 图中的为信号的延时单元,信号的幅度采用 算法实现,而且只需计算一次 整个信号幅度的各级延时链作为组的读口地址的低,高位的片选信号用于每个 内部的切换,关于组地址空间分配详见节 取国科技论在线 复数乘法器采用公司提供的 的硬核实现,对 的设计,由于数据速 率为 ,全局时钟采用 正好可以实现倍复用,即只需用两个复数 乘法器即可实现路的复数乘法。 组的地址空间分配 每个的空间为 分为上下两个,每个的大小就是 由地址最高位来片选上下两个,每个都需要块相同的空间是为了避免在 读取时更新过程中新旧数据的交膂所产生的错误,即我们把奇数次更新的数据与在每块 的上上,偶数次更新的数据写在每块的下上,读取也是根据奇偶交替读取 只有在某个全部更新完毕后,才对之进行相应的读取,否则依然是读取相邻的数 据。 由于我们将的数据的实部和虚部分开存储所以需要个,即对于的设 计我们需要块 大小的双口 作为的实现,如图所示。 LUI REAL LUI IMAC LU] REAL LUT IMAG LUT REAL LUT忑AL L MAg 25 结构示意图 将等式()做相应的分解可以得到 ∑ 很明显, 中的数据就是系数和信号的各阶多项式的线性组合的结果。这也正是本 改计的巧妙之处,即把信号各阶多项式的计算和系数做融合,正好有效的避免了在 里 去耗费大量的资源去实现信号的各阶多项式的计算,只需在系数训练的程序的出口处,加 个等式的实现函数,即可得到的数据,然后通过 的存储器控制接口写 回,即完成次数据的更新。图也止好是等式的实现结构。为信号的幅度,我 们在计算完信号的幅度后,将其截位为,即取值范围为 作为组读口地址的 低,高位()就是前面提到的切换信号 在 里通过简单的编 程实现周期性的高低变化,即可实现上下的切换。 由于所有的的写侧的信号(地址线,数据线和写使能)都是与 总线上的外部存储器控制器接口相连的,所以需要对所有的进行地址空间的分配,我 们在 的环境下把外部存储器控制器映射在整个软核地址空间的地址 处,只体分配如表所小。 取国科技论在线 表 的地址分面 地址 大小 系数训练的嵌入式软件设计 山于的芯片内部的嵌入式软核 支持浮点运算单元,所以我们将 滤波器的系数训练部分放在了 上实现,最终在 的平台上用 语 言完成了系数训练部分的软件设计,流程图如图所示 START ∠ CAPTLRE RAN、 读入 CAPTURE RAM的数抚 (功放瑜入和输的数 对齐 延时对齐 计算矩阵和矩阵w 高斯消元法求解系数ak 通过系数k算LUI 将I丌写回FPGA 图系数训练的软件流程图 取国科技论在线 资源统计 我们最终在的的芯片上完成了 的算法实现,全部设计最终的 资源清单如表所示 表 算法 资源清单 性能测试 我们最终对该算法进行了性能测试,测试信源采用协议规定的的 模 式 规定了个用户业务信道以及一些控制信道。图为系统测试平台 的框图。图为不含算法模块的功放输出信号的图,图为含算法模块的 功放输出信号的图。测试结果表明该算法对功放输出信号的 指标的改善能达到 左右, 指标的恶化在以内。 DAC 上混 PA C ADC 下混须 数字中噘板 混烦板 Wem信号源 频谱仪 衰减者 系统测试平台框图 必 图不含模块的功放输出的图 图含模块的功放输出的图 取国科技论在线 结论 本文主要阐述了基于记忆多项式功放模型的数字预失真算法的数学原理,并提出了一种 全新的高效的 解决方案,并给出了算法的各个部分的 实现细节,在不损失性 能的前提下极大的节省了 的资源。算法的最终测试结果也表明该算法对功放输出信号 的指标的改善能达到左右(正负变化),同时把功放的效率从提高到 参考文献

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