论文研究-共时双频数字预失真器2D-SRBMP的FPGA设计与实现 .pdf

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共时双频数字预失真器2D-SRBMP的FPGA设计与实现,陈连鹏,于翠屏,该文采用了2D-SRBMP基于多项式的双频数字预失真模型,主要从硬件逻辑设计角度对算法进行实现,此外,考虑到实际FPGA器件的逻辑资源、
山国武技论文在线 模块。在系数抽取阶段,首先将输入信号和输岀信号进行吋序同步,然后分别求山和 系数,并将系数分别送入 模块。 信号处理 信号岽合 DACI 耦合器 上变频 DAC2 析数据 ADC采样k 系数抽取 ADC采样 图 系统结杓框图 该文实现了信号处理部分和分析数据阶段的系数抽取部分。 共时双频数字预失真器实现 实现预失真器通常采取的方式是使用查找表或逻辑资源,分析 模型 结构,该文使用査找表和逻辑资源相结合的方式,可有效减少资源和逻辑资源的消耗。 考虑到 占用大量的存储资源,因此首先使用逻辑瓷源将 转换成 ,即通过逻辑资源计算出 的值,再将结果作为 的索引,即: 其中为 多项式模型非线性阶数,不难发现,式具有对称结构,即低频 段输出信号和高频段输出信号的计算都可以使用这一个查找表,只需要使用个查找表, 其中为模型的非线性阶数。经过查找表之后的低频段输出信号可以表示为: 式可以看出 仅和延时有关,即只需要计 算出当前时刻的 ,再经过延时周期即可得到所需时刻的值 1,式可再次简化为 ∑∑ 其中 为经过上述步骤计算出来的 值,公式演变成了滤波器结构,运用滤波器设计方法即可计算出最终结果, 山国武技论文在线 低频段结构框图如图所 D 求模 D 求模 D D 共时双频数字预失真器低频段结构框图 其中 高频段和低频段共用查找表输岀结果、 系数抽取的实现及优化 在系数抽取阶段,将采样到的功放输入数据和功放输出数据代入公式,整理后可用 矩阵形式表示为: 其中是由接收采样数据构成的矩阵,为双频预失真器系数组成的刎向量,为发 送数据组成的向量,因此求系数转变成了解方程。矩阵的大小取决于采样数据长度、记忆 深度及非线性阶数,即矩阵的大小为行×列 该文釆用分完成系数抽取。对于双频失真系数抽取算法,为∫让系数拟合得 更准确,通常输入和输出信号的采样点数量比较大,对应的矩阵的行数就变得非常大 而 需要消耗大量的内部资源米存储矩阵,甚至硬件资源不足以存储这些数 据。考虑 的 开发板 资源丰富,因此可以将采样数据、矩阵及人量的 中间变量存储在 中 内部资源做缓存来加速数据运算,使存储空间问题 得到缓解。 在上进行矩阵运算会消耗大量的时间,不利于系数收敛。因此还需要在时间上做 优化,系数抽取部分基于 处理器实现,其特点是流程控制方便,但不适合做大量 算法,知阵运算中的复数乘法需要分解成实数乘法分步完成,而且其乘法运算单元不能实现 流水线,即必须完成本次乘法运算后才能进行下一次乘法运算,考虑 的硬件平台,其 并行运算能力是处理器无法比拟的,因此可以将矩阵运算通过总线传输到 的逻辑端, 使用 的逻辑资源来做运算加速,而 逻辑资源的流水线结构单周期可以完成 次复数乘法运算,而乘加运算又可以并行执行,每执行完一组数据,其结果再传回 执行下一步操作,因此,此方案比直接用 做算法运算提髙了倍以上的运算速度, 使得在 上的系数抽取速度也得到很大提高。 山国武技论文在线 吋间和存储空间优化数据如表所示: 表抽取系数优化结果 抽取时间 优化前 优化后 在输出数据采样点数为点,记忆深度为,非线性阶数为时,优化前消耗的 资源为 ,完成系数抽取需要消耗,经优化后使用 资源为 系数抽取时间为 性能测试 硬件测试平台如图所示,首先通过生成两路数字信号,并将两路信号传给基带发 生器 将信号进行处理并产生两路带宽的基带信号,一路基带信号 发送给矢量信号发生器 牛成 射频信号,另一路基带信号发送给矢量信号发 生器 生成 射频信号,两路射频信号经过合路器合成一路信号后发送给功率 放大器 功率放大器的输出经过衰减后发送给矢量信号分析仪 ,通过观察频谱来分析功率放大器的输出性能,矢量信号分析仪 中的数据 读取到电脑中,此时接收到的是输入信号只绎过功放的输出信号。 N5182A N5106A ZHL-16W-43-S+ E4438C 衰减器 N90:30A 图 共时双频数字预夫真硬件测试平台 把发送数据及接收数据发送给 在 内部完成系数抽取,并将抽取系数 传入预失真器。原始发送信号经过预失真器产生预失真信号并将其传给 将预失真信 号按图所示的测试平台传输,通过观察矢量信号分析仪 的频谱来分析预失真器的 性能 测试结果如图所示,图中曲线分别为未经过预失真的信号频谱、经过仿真的 模型的信号频谱和绎过实现的 模型的信号频诎,其中为数 字顶失真器低频段测试结果,为数字顶失真器高频段测试结果。 山国武技论文在线 一 WiO DPD - Hard 30 aaa=叫 -40+---1-……+} -⊥--------= -50 2.26 2.32 Frequency/GHz 数字预失真低频段 0 -oWl DPD 50 70 2.56 2.60 2.62 264 Frequency/Gr 数字预失真高频段 图 共时双频数字预失真器测试图 测试数据、 测试数据如表和表所示: 模型 测试数据 表 馍型 测试数据 预失真前的邻近信道功率比 左右,经过仿真后低频段 值达 到 左右,高频段的 达到了 左右。经过 实现的 模型, 其低频段的 在 左右,高频段值在左右。仿真的归一化均方 误差 在左右, 实现的归一化均方误差在 左右 山国武技论文在线 对比仿賁结果和实现结果,硬件实现的预失真器的比软件仿真结果的 相差左石, 相差左石,这主要是因为软件仿真不受硬件平台限制, 可以最人化利用采样数据,而硬件平台在使用 内存和 逻辑资源加速后缓解了 空间和时间,但依然受限于硬件的逻辑资源,在对系数抽取复杂度优化的过程中损失」部分 计算精度。 结论 该文对基于 的共时双频预失貞系统的实现进行了研究,在共吋双频数宇预失頁模 型 的基础上,实现了预失真系统中的信息处理和系数抽取部分,在实现信号处 理算法中,根据 的资源特点,使用查找表和逻辑资源结合的方式。系数提取部分根据 硬件特点,优化算法结构并发挥 在并行运算方面的优势,加速系数抽取过 程。该实现在占用较少硬件资溟的基础上得到了较好的预失真效果。但与软件相比仍有差距, 因此在系数抽取上依然有提高运算精度的空间。 参考文献 杨光,宽带双频数字预失真硏究安徽,中国科学技术大学, 南敬昌,刘元安,李春新。记忆效应非线性功放扩展 模型分析与构建电子与信息学报,, 张凯院,徐仲矩阵论西安北工业大学出版社

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