主要内容

补偿功率放大器非线性的数字预失真

这个例子展示了如何在发射机中使用数字预失真(DPD)来抵消功率放大器中非线性的影响。本例使用的功率放大器模型是从功率放大器特性(通信工具箱)使用实例模拟两种情况。在第一个模拟中,射频发射机发送两个音调。在第二个仿真中,射频发射机发送一个带宽为100mhz的类似5g的OFDM波形。

双正弦测试信号的DPD

打开Simulin金宝appk RF Blockset模型:系统级PA + DPD两种色调

该模型包括一个双音信号发生器,用于测试系统输出参考的三阶截距点。该模型包括使用I-Q调制器上变频到射频频率,PA模型,用于嗅探PA输出的耦合器,以及代表天线加载效应的s参数块。接收链执行下变频到低中频。注意,该系统的仿真带宽为107.52 MHz。

当拨动开关处于上位时,该模型可以在没有DPD的情况下进行仿真。

模型=“simrfV2_powamp_dpd”;open_system(模型)sim(模型)

打开手动开关,使能DPD算法。当切换时,TOI(三阶截点)显著提高。在频谱分析仪中检查失真测量以验证这些结果,并查看谐波的功率如何由于DPD线性化而降低。

在双音信号进入DPD模块或功率放大器之前,它经过FIR插值器,与PA表征过程中使用的FIR插值器相同。这是必要的,因为功率放大器模型是针对插值后的采样率,而不是双音信号的原始采样率,并且需要对信号进行过采样以建模功率放大器引入的高阶非线性。

DPD系数估计器的期望幅度增益是基于功率放大器的期望增益(在PA表征期间获得)来设置的,因为除了线性化之外,总体目标是使从DPD输入到功率放大器输出的组合增益尽可能接近期望增益。为了正确估计DPD系数,DPD系数估计器块的输入信号,PA In和PA Out,必须在时域上对齐。通过查找延迟块验证了这一点,该块显示RF系统引入的延迟为0。此外,PA In和PA Out必须是功率放大器输入信号和输出信号的精确基带表示,即没有额外的增益或相移。否则,DPD系数估计器块将不能正确地观察功率放大器,也不会产生正确的DPD系数。这是通过确保上转换和下转换步骤都具有1的增益,并且在反馈信号到达PA Out之前适当地补偿了由耦合器引起的损耗和相移来实现的。

FIR插补器前的比例因子的目的是帮助有效地利用线性化的功率放大器。即使启用了DPD,也可能出现两种不希望出现的情况。双音信号相对于线性化系统的输入范围可能非常小,因此未充分利用线性化系统的放大能力。或者双音信号可能太大,以至于功率放大器模型的工作范围超出了PA表征期间观察到的范围,因此功率放大器模型可能不是物理设备的准确模型。我们使用以下启发式方法来设置比例因子。

假设DPD模块对功率放大器进行完美线性化以实现预期的幅度增益,那么DPD模块允许的最大输入幅度应该是在PA表征过程中观察到的最大功率放大器输出幅度除以预期的幅度增益。然后,DPD块之前的比例因子应该是DPD块允许的最大输入幅度除以在PA表征期间观察到的内插信号的最大幅度。

系统模型有一个计算最大归一化PA输入幅度的块。如果等于1,则表示进入RF系统的基带信号的最大幅度等于在PA表征过程中观察到的最大PA输入幅度。因此,如果最大归一化PA输入幅度小于1,则上述启发式方法设置的比例因子可能会增大。如果最大归一化PA输入幅度大于1,则应减小比例因子。

set_param([模型/手动开关的],“行动”' 1 ') sim(模型)

通过改变DPD Coefficient Estimator块中定义的程度和内存深度,您可以在性能和实现成本之间找到最合适的折衷。

close_system(模型中,0)所有;清晰的

DPD具有类似5g的OFDM波形

打开Simulin金宝appk RF Blockset模型:系统级模型PA + DPD,具有类似5g的OFDM波形

该Simulink模型的结构与之前的Simu金宝applink模型相同。被放大的信号现在是类似5g的OFDM波形,而不是双音信号。频谱分析仪测量的是ACPR而不是TOI,我们增加了一个子系统来测量放大后OFDM波形的EVM和MER。

在不进行DPD线性化处理的情况下,从星座图测量结果来看,系统的平均调制误差率为24.4 dB。

模型=“simrfV2_powamp_dpd_comms”;open_system(模型)sim(模型)

打开手动开关,使能DPD算法。当切换时,平均MER显着提高。

set_param([模型/手动开关的],“行动”' 1 ') sim(模型)

close_system(模型中,0)所有;清晰的

选定的参考书目

  1. Morgan, Dennis R.,马正祥,金宰亨,Michael G. Zierdt和John Pastalan。功率放大器数字预失真的广义记忆多项式模型IEEE®信号处理学报。第54卷第10期,2006年10月,第3852-3860页。

  2. Gan, Li和Emad Abd-Elrady。使用直接和间接学习架构的记忆多项式系统的数字预失真在第十一届IASTED信号与图像处理国际会议论文集(F. Cruz-Roldán和N. B. Smith主编),第654-802号。卡尔加里,AB: ACTA出版社,2009。

另请参阅

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