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应用数字预掉落真线性化宽带功率镌汰年夜器

宣布时间:2009年05月01日 14:05    宣布者:贾延安
要害词: 功率镌汰年夜器 , 宽带 , 掉落真 , 数字 , 线性化
在无线系统中,功放(PA)线性度和效力常是必须权衡的两个参数。工程师都在寻觅一种有用而无邪的基于Volterra的自顺应预掉落真手艺,可用于完成宽带RF功放的高线性度。本文将概述不合数字预掉落真手艺,简介一种创新性DPD线性化电路独占的自顺应算法。

在 无线系统中,功放(PA)线性度和效力常是必须权衡的两个参数。幸运的是,基于Volterra的自顺应数字预掉落真(DPD)线性化电路可使无线系统中 的射频PA到达高线性度高效力。这类自顺应数字预掉落真妄图扩年夜了功放的线性规模,同时波峰因数有降低,可以更强力驱动射频PA,而且效力更高,同时知足传 输谱效力请求及调制精度请求。

这类新型数字前置赔偿器曾经集成到了德州仪器公司(www.ti.com)的GC5322型 集成发射妄图中。几百万门公用旌旗暗记处置赏罚赏罚器(ASSP)接纳0.13微米CMOS工艺制造,而且网罗了数字上转换、振幅因数降低和数字预掉落真。这类“调制 弗成知”处置赏罚赏罚器支持30 MHz旌旗暗记带宽。对第三代(3G)手机旌旗暗记,可以降低峰值功率与匀称功率之比(PAR)达6dB。对正交频分复用手艺(OFDM),可以刷新4 dB,同时知足相近信道功率比(ACPR) 和误差矢量幅值特点。可以修改高达11阶的非线性并到达200 ns的PA存储效应。对多种射频PA拓扑,浅易可刷新ACPR 逾越20dB,而且功率效力前进4倍以上,对浅易基站,静态功率消耗可降低60%之多。这类无邪的基于Volterra的预处置赏罚赏罚器可以为多种射频架构、调 制尺度和旌旗暗记带宽而优化。

像用在3G和其它新兴空中接口尺度中的非恒定包络调制妄图在谱上更高效,但峰均旌旗暗记比更高,PA的 回退一定更高。这样就降低了PA效力并增添了基站的冷却和运转资源。功效低一些的射频PA浅易占总基站系统资源的30%,对情形影响相当显着。随着向“绿 色”的赓续生长,动力效力高的手艺与赓续增添的动力资源、和现在赓续前进的谱效力和及旌旗暗记带宽请求,尚有正在生长的尺度联络起来,使功放线性度成为下一 代基站的要害设计效果。多年来,提出并实验了年夜量的功放线性化手艺,如射频前馈、射频后馈和RF/IF预掉落真和后掉落真。其中,与传统模拟/射频线性化技 术相比,自顺应DPD妄图已证实效力最高而且最有资源效益。DSP/ASSP盘算才干的赓续增添使数字预掉落真成为越发吸引人的选项。

GC5322 发射妄图将数字上变换(DUC)、振幅因数降低(CFR)和DPD联络在高度集成的ASSP中,接纳德州仪器公司C67x型DSP内置软件供应的实时自 顺应控制。这类发射器件可以为多种射频架构优化,支持多种空中接口尺度,网罗CDMA2000、WCDMA、TD-SCDMA、MC-GSM、WiMAX 和耐久演进(LTE)手机尺度。这类无邪的前置赔偿器可以与多种功率拓扑一起有用应用,如A/B类或Doherty镌汰年夜器,设计为支持旌旗暗记带宽达30 MHz的通讯系统。此文章分为两篇,集中诠释DPD妄图的硬件完成。

时时彩基于3G CDMA的无线通讯系统和接纳像OFDM措施的多载波系统常可以处置赏罚赏罚高PAR或振幅因数旌旗暗记。非恒定包络调制手艺,如这些系统中应用的正交调幅具有严酷 的误差矢量幅度(EVM)请求。由于有这些请求,以是须要PA为高线性幅度和相位照顾。PA的线性使命规模浅易无限。PA非线性会惹起发射旌旗暗记互调掉落真, 招致谱?裂和邻信道功率比(ACPR)的降低。这一效果的一种质朴处置赏罚赏罚措施是把输入旌旗暗记水平回退到PA,这样取得的旌旗暗记就完全处于镌汰年夜器的线性使命区。遗 憾的是,PA功率效力在较低输入功率下降低相昔时夜,使这类措施比最好措施要减色。此外,加倍高等有用的镌汰年夜器拓扑(如Doherty PA)以致在回退功率水平下也泛起相昔时夜的非线性,招致EVM和ACPR性能变差。

在回退状态下使命时,现在应用的传统AB 类功放的效力在5%~10%之间。但应用了振幅因数降低和自顺应DPD手艺后,效力可以前进3~5倍。更新型的PA拓扑,如Doherty镌汰年夜器,或许甚 至静态包络轨迹与DPD 联络起来的AB类镌汰年夜器,和更新型的器件手艺,如氮化镓(GaN)或砷化镓(GaAs)功率晶体管,可以用于取得靠近50%的效力。

以后的DPD完成年夜多数接纳无影象线性化手艺,其中接纳瞬间非线性(预掉落真)来赔偿PA的瞬间非线性行动。无影象性功率镌汰年夜器的 特点是其幅度和相位传输特点,此特点浅易指AM到AM(即增益延伸)和AM到PM特点。对这类无影象性功放,可以接纳一种通用查询表(LUT)做前置赔偿 器增益/相位校订。图1体现了一种尺度Doherty PA的增益延伸和AM-PM特点。由于PA的增益和相位特点随温度、电压、元件老化而变换,要到达真正高效和有用的线性化,就须要自顺应控制查询表。

对 于PA必须支持更高射频调制带宽的通讯系统,无影象形式证实还不够,由于它只依附于幅度,而不是依附于频率。必须支持年夜旌旗暗记带宽的PA体现出显着的影象效 应,这是由于DC偏置群集中元件的时间常数年夜,和有源器件的快速热效应。这样组成PA特点随早先输入水平而变,是以须要应用能降低影象效应的预掉落真结 构。

时时彩任何高效的线性化妄图都请求前置赔偿器有高度准确的模子,假定PA接纳直接学习自顺应架构,则也请求有高度准确的模子。 文献中提出了年夜量具有影象性的非线性系统模子化手艺,没有一种措施能是一个普遍的处置赏罚赏罚妄图。是以,模子选择很难,而且依附于应用。有用的PA模子必须能以 公正的精度体现不合类型的非线性和影象效应。

Volterra数列是一种更普遍的具有影象性的时变非线性系统模子。网罗多维卷积之和,分立 时间因果形式下可以写成式1,式A详细给出条件,其中多维矩阵h1、h2、… hn为模子化非线性的n阶Volterra系数,Mn为非线性的无限影象长度。鉴于RF PA推敲到长影象深度(达1微秒)和非线性级(达11级),上述模子在数学上没法处置赏罚赏罚。必须接纳简化妄图以取得现实的前置赔偿器产物。这些简化可以分为两 种基本措施:算术法和模子简化法。对第一种,式1中的浅易Volterra模子具有许多吸引人的算术特点,可以用于取得高效完成妄图。关于模子简化法,虽 然须要完全的浅易Volterra(或许某些其它浅易模子),如年夜家所知,RF功率镌汰年夜器模子浅易有年夜量Volterra项,这些项在实验中没居心义。这 些项可以扬弃,不会组成线性性能泛起可丈量的好转。

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时时彩现行文献中给出了年夜量不合的简化前置赔偿系统,都接纳式1中的狭义模子。下面列出这些系统中的几个:

1. 截断Volterra 文献中提出了基于直接形式、并行级联和矢量代数和其它截断Volterra系统。这些算术简化措施在线性化方面效力很高,但盘算严重年夜,而且由于要预算的参数数目宏年夜,常难以完成,使其对现实应用不具吸引力。

2. Wiener系统 Wiener模子是Volterra模子一种居心义的简化,网罗一个线性滤波器时时彩,后接无影象非线性。可以接纳查询表对非线性阻拦模子化,也可用FIR滤波 器线性对线性滤波器阻拦模子化。Werner系统在模子化年夜多数RF功率镌汰年夜器方面的有用性无限。模子参数的预算相当严重年夜,这使其对实时自顺应没有吸引 力。

3.Hammerstein系统 此外,Hammerstein模子也是Volterra模子的一种简化,网罗一个无影象非线性,后跟一个线性滤波器。这是一种质朴的影象模子,其模子参数 的盘算比Wiener模子要质朴。这类模子对模子化所有不合类型RF功放的有用性无限。

4. Wiener-Hammerstein 将一个线性滤波器、一个无影象线性与此外一个线性滤波器级联起来就组成了Weiner-Hammerstein模子。这类模子比Weiner或 Hammerstein模子加倍浅易,网罗Volterra数列许多项,可以更好地阻拦非线性模子化。

时时彩5. 影象多项式 限制(1)中的Volterra数列,使除中央对角线上的项以外,各个项都为0,即只需i1=i2=i3…时hn(i1,i2,i3…) != 0,取得如式子B所示的影象多项式模子,其中M为影象长度,K为非线性阶数。

时时彩曾经证实这类模子(及其变种)对线性化宽带功放是有用的,硬件和软件盘算请求也合适。

文献中也提出了上述模子的不合组合,每种都有其优弱点。商业上可实验的前置赔偿器请求能够擅优点理年夜量非线性行动,对不合应用能够须要不合模子。关于这些模子中的年夜多数而言,前置赔偿器系数合适接纳最小二乘法识别的直接学习架构。

在GC5322前置赔偿实验中,为易于完成,接纳算术和模子简化措施的混淆。经由历程扫除不合指数排列的冗余,式1中的项数可以显着降低。可以假定Volterra系数对称,这不会有任何通用性降低。此外,功放的现实输入旌旗暗记x(n)可以用其双数基带表达式x(n) = Re{ejx O nX(n)}形式体现,其中ΩO= 2 π fO,fO时时彩为感兴趣频带的中央频率。

由于对频带无限的系统,只对载波频率fO附 近的因素感兴趣,Volterra数列写成双数基带旌旗暗记形式将年夜年夜降低推敲的项数,有助于指导模子架构的选择。例如,偶数阶互调项离感兴趣频带很远,这样 有能够进一步扬弃式1中一半的项。模子为改变稳固,如允许以进一步简化。就是说,PA输入的相位偏移在输入端发生完全类似的相位偏移。即,式1便可以简化 到触及旌旗暗记和其幅度平方的乘方的积。此外,PA有因果关系为年夜家所明确,假定PA的线性部门为最低相位(或足够云云)。这进一步限制了Volterra 项。

在年夜多数PA中,旌旗暗记处置赏罚赏罚是分级阻拦的。应用这一特点,模子可以简化(特定应用须要的项数)成级联部门,每部门婚配到知足赔偿各级畸变的请求。

GC5322中完成的DPD分为三个主要部门:线性平衡器、非线性DPD和反映非线性赔偿器和智能捕捉缓冲器。经由历程将式1中的Volterra数列限制到只需影象M1的线性项,线性平衡模块(式2)模子,取得:

时时彩Y1(n) = Σi=0:M1 h1(i).x(n-i) (2)

时时彩一 个M1攻丝长的发射平衡器可以诠释RF发射蹊径和PA的线性畸变,可以看作是Hammerstein模子的线性时稳固的半部。这一平衡看主要赔偿与PA串 联的滤波,如婚配群集、多路复用器和IF滤波。随所选的时钟率不合,GC5322中用的平衡器供应100~200ns的校订时间。这样在模拟设计中就有 最年夜幅度和群延迟限制。发射器模拟部门2ns的峰-峰群延迟和1dB的峰-峰幅度纹波特点以为是在模拟和数字严重年夜性之间公正的平衡。式2的硬件完成同时对 实部和虚部数据流供应了一个双数FIR滤波器。如允许以自力对实部和虚部旌旗暗记蹊径阻拦平衡,并可以赔偿I/Q增益/相位/延迟的不婚配。

发 射ASSP的第二部门是非线性DPD。之以是须要它,是由于凭证PA设计和旌旗暗记带宽的不合,PA中的非线性影象效应的规模可从几个纳秒到高达1微秒。联络 到无线系统PA的高阶非线性(从AB类镌汰年夜器的5阶到Doherty PA的高达11阶),选择合适的非线性前置赔偿架构能够真是一个寻衅。

经由历程将式1中的Volterra数列限制到只需带影象M2的非线性对角项,损掉落落上述偶数项,对其阻拦简化,取得如式3的非线性前置赔偿器模块。

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此前置赔偿器模块可以诠释PA非线性的主要部门。假定忽视此模块的影象性,便可以看作Hammerstein模子的无影象非线性部门。有了影象以后,可以用作基于影象多项式的前置赔偿器。将各项重新排列,取得式C的关系。

对各项云云重新整理就将公式简化到了无限脉冲照顾(FIR)的形式,便可以够以对硬件有用的LUT形式完成|x(n-i)|2多项式。多项式的方次遭到自顺应算法模子精度容差的限制。

时时彩对 某些类型的射频PA,特殊的影象效应依附于旌旗暗记包络线。例如,这些影象效应可以源自多种不合因素,如热和行动靠近功率曲线的函数的多倍增益的电源瞬变。式 1中Volterra数列的项触及到要镌汰年夜的旌旗暗记与双数旌旗暗记包络的向量积,可以用于组成在探索RF PA的影象效应及若何用滤波器刷新线性方面有用的关系。

时时彩作者:Hardik Gandhi

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参考文献

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