论文研究-共时双频数字预失真器DB-DDR的FPGA设计与实现 .pdf

所需积分/C币:5 2019-08-16 14:51:03 442KB .PDF

共时双频数字预失真器DB-DDR的FPGA设计与实现,曾光,黎淑兰,本文对共时双频数字预失真器算法FPGA实现方面的技术进行研究。采用了基于DB-DDR多项式的共时双频功率放大器模型。主要从硬件逻辑设��
山国武技记文在 ()=∑∑∑[([()[(刀[()()() 或 当=时 ()=∑∑()())() 式和式可知,和是功率放大器输出信号中落在两个频段内(和 )的部分,不仅包含本频段信号引入的带内交叉互调,还包含相邻频段信号引入的带 间交叉互调。当=时,低频段信号(∞)对应的带内交叉互调项为 ∑∑()()),高频段信号(“)对应的带内交叉可调项为 ∑∑()()2,当≠时,化简式和式,就会得到两个频段对应的各自频 段的带间交叉互调项。 ()=∑∑()()()|() 当=+时 ()=∑∑()()()|() )=∑∑()()|()|() 由式到式可知,功率放大器输出信号不仅包括落在两个频段内的信号,还有 落在两个频段外的信号成分(-2 ),我们把这些落在频段 外的信号引起的失真称为带外交调失真。 综上所述,共时双频信号经过功率放大器后的输出信号会存在三种非线性失真,分别是 频带内的带内交叉互调,带间交叉互调和频带外的带外交叉互调。带内交叉互调产物和带间 交叉互调产物同时落在两个频带内,是预失真主要的消除对象,而带外交叉互调产物远离两 个频带,可以用滤波器滤除。我们在对预失真器建模的时候,暂不考虑带外交叉互调产物的 影响 在这里,为了更清晰地理解双频非线性失真,我们以两组频率间隔不同的单音信号为例, 以图画的形式直观地措述功率放大器的双频非线性失真。如图所示,为功率放大器输入的 频率间隔为ω的双频信号,分别坐落在-m和φ的频率,如图所示,为功率放大器输出 信号所在的频率,由图可知,在频率-O附近,存在三类信号,分别是功率放人器的输入 信号,本频段信号对自身频段生成的干扰信号,另一个频段信号对该频段生成的干扰信号, 山国武技记文在 在频率为ω附近,也同样存在这样的三类信号。同吋,在一ω与ω,-ω与ω,…也有 信号生成,但这些频率仔在的信号远离功率放大器输入信号的频率,很容易被滤波器滤掉。 我们在对功放建模的时候,暂不考虑这类信号。但是,功率放大器的输入信号与带内父叉互 调失真信号与带外交调失真信号同时存在于-0与O频段内,无法单独地提取出有用信号与 交叉互调失真信号,所以,我们在对双频功率放大器建模的时候,必须要考虑到这两类的交 叉互调失真信号。这也是与单频功放建模最人的不同之处。 图功率放人器输入信号功率谱 带内交调失真 带间交调失真 带间交调大真 带间交调失真带外交调失真 带间交调失真带间交调失真 ▲ ▲▲▲ 图功率放大器输出信号功率谱 数字预失真器硬件设计 模型简介 本文使用 多项式模型对共时双频数字预失真尜建模,其数学表达式如下: ∑∑∑ ∑∑∑ ∑∑∑ ∑∑ ∑∑∑ +∑∑∑ ∑∑∑ +∑ ∑∑ 其中,式()为 低频段共吋刈频数字预失貞器衣达式,式()为 山国武技记文在 高频段共吋双频数字预失真器表达式。为低频信号的复包络,为高频信号的复包 终 为模型的系数。为非线性阶数,为记忆深度。 在一般情况下,为了保证预失真效果,非线性阶数和记忆深度,都不会太小,由 模型的多项式表达式可以看出,采用直接实现法公消耗人量的逻辑资源,布局布 线资源以及一些 等使核乘加器,而且,如此多的逻辑资源的消耗会对预失真器的 时序性能产生恶劣的影响。在改计时,很难用直接方法实现 多项式模型, 所以,必须要考虑对模型的结构进行优化。令: 多项式表达形式转化为一维查找表实现形式。不难看出,当确定后,其 ,式()到式()可以视为 的函数。内部有丰富的内 嵌 资源,利用 生成查找表 是 实现复杂函数的 方法之一,因此,可以用和作为地址,用查找表的方式来求得到式 到式()的值。通过这种方式,可以避免在狈失真器模块用使件直接计算,使得 硬核乘加器的占用量大大减少。 哽件实现 系统结构 共时双频预失真结构能够有效补偿共时双频功率放大器的非线性。该结构中,使用了 两个独立的处理单元,用于补偿某一频段信号的失真。该结构主要包含三部分:分别是信号 的提取与分析阶段、处理阶段和综合阶段。如图所示。 处理阶段 综合阶段 上变频 上变频 下变频 分析阶段 下变频 信号提取与分析阶及 图共时双频数字预失真系统结构图 在信号的提取与分析阶段,功率放大器的输出信号经过各自的下变频单元、数模转换器 后,得到各自频段对应的基带信号,然后各自频段对应的基带信号和输入的基带复信号吋序 对齐。在处理阶段,由两个频段的输入信号和各自频段的输出信号共同构建了两个独立的数 山国武技记文在 字预失真器,两个输入的基带复信号经过各自的数字预失真器,得到预失貞器的输出信号。 最后,在综合阶段,已经被预失真了的信号首先经过数模转换器转换为模拟信号,然后被上 变频到各自的载波频率,合成之后经过具有非线性的共时双频功率放大器。 共时双频数字预失真器结构 共时双频数字预尖真器整体的结构框图如图所示,在文章中,我们仅仅以 共时双频数字预失真器的低频带数字预失真器为例,高频带的预失真器和低频带 的预失真器的结构框图具有对称关系。本文双频数字预失真器采用了流水线形式的结构,采 用了两级复数乘法器和不同级别的复数加法器,第一级乘法器的作用是把具有不同程度延时 的各级输入信号相乘,得到各级等效的输入信号。第二级复数乘法器是把各级等效输入信号 与索引査找表后对应的查找表内容的输出结果相乘。最后,经过各级加法器把第二级乘法器 的输出结果相加,直到得到最后的输出结果。 共轭 共钯 第·级乘法器 第二级乘法器 又级加法器 加 图 共时双频数字预失真器的低频段预失真器结构框图 共时双频数字预失真器性能测试 共时双频数字预失真器的测试平台由一台带有 调试工具的软 件,运行有 软件和安捷伦 软件的电脑, 开发板交 换机,安捷伦矢量信号发生器 ,功率放大器, 衰减器和一个安捷伦矢量 信号分析仪 组成。测试平台的结构框图如图所示。 图硬件系统测试平台结构框图 山国武技记文在 首先在 中生成的等效基带复信号,同吋在 中可以分别得到低频段 数字预失真器和高频段数字预失真器的系数,在 中生成 中需要的查找表, 通过文件的形式加载到 的双端口 中,作为初始化的源文件的形式存在。其 次,在为了保证数据一致性的基础上,本文将 生成的信号源量化为的有符 号数据后,存储在 内部的中,不停的循环往复地发送这组数据模拟实际的信号 源。信号源首先绎过 上建立的双频数字预失真器模块,经过软件自带的 调试工具将预失真器模块的输出信号抓取出来,送入到 软件中,再通过控制程序, 将该组预失真信号送入到矢量信号发生器,转换为射频模拟信号后被送入到射频功率放大 器,作为射频功率放大器的驱动信号,射频功率放大器输出的大功率信号被的衰减器 衰减后送入到矢量信号分析仪,就可以观察频谱来分析 建立的双频数字预失真器的性 能了 如图所示,就是预失貞之前,用 软件仿貞数宇预失貞器的预失真结果和用 设计实现的 双频数字预失真器的预失真结果,其中()为低频段数字预失 真器频谱的测试结果,()为高频段数字预失真器频谱的测试结果。 兴 森海限 )低频段数字预失真器频谱测试结果 高频段数字预失真器频谱测试结果 图 共时双频数字预失真器性能测试 山国武技记文在 经过 仿真的 共时双频数字预失真器与用 建立的 共 时双频数字预失直器经过功率放大器之后的归化均方误差的值分别是 邻近信道功率比如表所示。在预失真器之前,信号的邻近信道功率比在 左右。经过用 仿真的 模型进行预大真之后,低频段信号的邻近信道功率 比在右,高频段信号的邻近信号功率比由于经过用建立的 模型的双频数字预失真器进行预失真之后,低频段信号的邻近信道功率比在 左右, 高频段信号的邻近信号功率比由于 表 模 测试结果 由归一化均方误差和邻近信道功率比的值可以看出,用 实现的 双频数 字预失真器完全可以比拟用 的仿真结果,用 实现的 双频数字预 失真器具有较高的精确度和较高的性能。 结论 本文对共时双频数字预失真算法的实现技术进行了讨论和研究,给出了逻辑硬件 改计的 共时双频数字预失真器的没计过程。在此基础上,考虑到实际 期间 的特点,在保证预失真性能不变的前提下,从占用资源少,实现简单方面进行考虑,给出了 相应的优化解决方案,最后对在 上实现的 共时双频数字预失真器性能进行 测试,测试结果表明,在上完成实现的共时双频数字预失真器具有较高的精确度以及 较好的预失真效果 参考文献 陈邦媛射频通信电路北京:科学出版社, 南敬昌,刘元安,李春新。记忆效应非线性功放扩展 模型分析与构趸电子与信息学报, 项海愛,共时双频数字预失真技术研究北京:北京邮电大学

...展开详情
img

关注 私信 TA的资源

上传资源赚积分,得勋章