[硕士论文精品]WCDMA直放站系统中数字预失真技术的设计与实现.pdf
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1、W C D M A 直放站系统中数字预失真技术的设计与实现 摘要 在移动通信系统中,为了保证一定范围的信号覆盖,通常使用功 率放人器来对信号放大。然而由于功放自身具有的非线性,会使得发 送信号的频谱展宽,这就导致了信号的带内畸变和邻道干扰。 由于W C D M A 系统以及未来的以O F D M 为核心技术的4 G 通信系 统都具有多载波,宽频带的特征,这就使得信号的峰均比( P A P R ) 非常之高,从而受到功放非线性影响所带来的畸变和干扰也更加明 显。为了减小这种干扰和畸变必须使用功放线性化技术。 随着移动通信事业的迅猛发展,不论是如今正在商用的3 G 市场 还是未来的4 G ( m
2、) 发展前景都对功放的线性度提出了越来越高的 要求。传统的解决功放线性化方案是通过回退( b a c k o f f ) 信号功率 来抑制功放的互调分量,从而保证功放工作在线性区。很明显这种方 案极大的降低了功放自身的效率,也就是说了为了达到额定的输出功 率势必要选取高功率的功放管,从而要为之付出高额的硬件成本。因 此,不论从效率,成本以及环保方面来说,它都不是最佳的功放线性 化技术解决方案。数字预失真技术以其高性能、低成本、低实现复杂 度的特点已成为当前主流的功放线性化技术解决方案。 本文主要关注于对记忆多项式D P D 算法的数学原理、性能仿真的 讨论和研究,以及最终的硬件实现方案的设计和
3、测试。本文在第三章 详细讨论了记忆多项式D P D 算法在M A T L A B 平台上的仿真方案,以及 对于W C D M A 不同载波信号的仿真结果,包括浮点仿真结果和定点仿 真结果,最后给出了仿真结论。最终的定点仿真结果也为该算法的硬 僻:实现提供了很好的设计依据。本文在第四章则详细阐述了整个D P D 系统的硬件解决方案,从硬件平台到算法的F P G A 设计都给出了详细 的分析和说明。我们最终在X i l i n x 的F P G A 上完成了算法实现,该实现 方案是一个软硬件协同工作的嵌入式方案,D P D 滤波器的F P G A 实现 采用了查找表的方式,很大程度的节省了F P
4、G A 的硬件资源;D P D 的 参数估计是在F P G A 上的嵌入式C P U 上实现的。本文在第五章主要给 出了基于该硬件解决方案的测试结果。最终测试结果表明该算法对功 放输出信号的A C L R 指标的改善能达至l J l 5 d b 左右( 正负2 d b 变化) ,同 提高到2 9 。 W C D M A 直放站功率放大器F P G A T H ED E S I NA N DI M P L E M E N T I O NO F D I G I T A LP R E D I S T O R T I o NT E C H N O L O G Y I NW C D M AR E P E
5、 A T E R S A B S T R A C T I nt h em o b i l ec o m m u n i c a t i o n s y s t e m ,w eu s u a l l y u s e p o w e r a m p l i f i e rt oe n l a r g et h ep o w o ft h et r a n s m i t e ds i g n a li no r d e rt oa s s u r et h e C o v e r a g e i ns o m e r a n g e B e c a u s ep o w e ra m p l i
6、 f i e r i s i n h e r e n t l y n o n l i n e a r , t h e n o n l i n e a r i t y c r e a t e s s p e c t r a lg r o w t h o u to ft h e s i g n a l b a n d w i d t h ,w h i c hr e s u l ti na d j a c e n tc h a n n e l si n t e r f e r e s i ta l s oc a u s e s d i s t o r t i o n sw i t h i nt h
7、es i g n a lb a n d w i d t h F o rt h ec h a r a c t e r i s t i c so fw i d e b a n da n dm u l t i c a r r i e r si nt h e W C D M A s y s t e m a n dO F D M w h i c hm a k e s i g n a l h a s h i g h p e a k t o - a v e r a g ep o w e rr a t i o s ( P A P R ) t h e ya t ee s p e c i a l l yv u l
8、 n e r a b l et ot h e n o n l i n e a rd i s t o r t i o n s b r i n g f r o mP A I n o r d e rt od e c r e a s et h e d i s t o r t i o n s ,w em u s th a v et h eP Al i n e a r i z a t i o nt e c h n o l o g yi nu s e W i t ht h e r a p i dd e v e l o p m e n t o ft h em o b i l ec o m m u n i c
9、a t i o n b u s i n e s s ,b o t h3 Gc o m m e r c em a r k e ta n df u t u r e4 GP r o s p e c t sa l lp r o p o s e h i 曲P r i n c i p l e s t ot h eP Al i n e a r i z a t i o n t e c h n o l o g y T r a d i t o n a l P A l i n e a r i z a t i o nt e c h n o l o g ys o l u t i o ni st ob a c k o f
10、 ft h es i g n a lp o wf r o mt h e P As a t u r a t i o np o i n t ,w h i c ha s s u r et h eP At ow o r ki ni t sl i n e a rr e g i o n I ti S o b v i o u st h a t a l t h o u g h t h eb a c k o f fs o l u t i o ni S s i m p l e a n d h i g h l i n e a r i t y , T h eP Ae f f i c i e n c yw o u l
11、db ec u td o w nt ov e r yl O W T h a ti St o s a y ,i no r d e rt or e a c ht h er a t e do u t p u tp o w e r ,W Om u s tp r o v i d et h eh i g h e r e f f i c i e n c yA m p l i f i e r T u b ew h i c hw i l la d d t h eh a r d w a r ec o s t C o n s e q u e n t l y ,i t i Sn o ta n o p t i m a
12、ls o l u t i o nf o rt h eP Al i n e a r i z a t i o n t e c h n o l o g y D i g i t a lP r e d i s t o r t i o n ( D P D ) t e c h n o l o g yc h a r a c t e r i z e df o ri t s h i g hp e r f o r m a n c e ,l o wc o s t ,e n v i r o n m e n t a lh a sb e c o m et h eC o n t e m p o r a r y m a i n
13、 s t r e a mP Al i n e a r i z a t i o nt e c h n o l o g ys o l u t i o n I n t h i s p a p e r , w em a i n l y f o c u so nD P Dm a t hf o u n d a t i o n , p e r f o r m a n c es i m u l a t i o n ,t h ed e s i g na n dt e s to fh a r d w a r es o l u t i o n I nt h e c h a p t e r3 , w em a i n
14、 l yd i s c u s st h eD P Ds i m u l a t i o ns o l u t i o na n dr e s u l t f o r t h eW C D M A s i g n a lw i t hd i f f e r e n tc a r r i e rn u m b e ro nt h eM 衄,A B 5 m i c r o p r o c e s s o rt e c h n o l o g y D P Df i l t e ri si m p l e m e n t e do nt h eF P G Aw i t h t h eL U Tm e
15、t h o dw h i c hc a ns a v ea sm u c hF P G Ar e s o u r c e sa sp o s s i b l e D P Dc o e f f i c i e n te s t i m a t ei Si m p l e m e n t e do nt h em i c r o p r o c e s s o re m b e di n t h eF P G A T h ef i n a lt e s tr e s u l t sp r e s e n t e di nt h ec h a p t e r5s h o w1 5d Bo f i m
16、 p r o v e m e n t i n a d j a c e n t c h a n n e lp o w e rf o rW C D N 认s i g n a l sw i t h d i f f e r e n tc a r r i e rn u m b e r s P o w e ra m p l i f i e re f f i c i e n c yi sa l s oi m p r o v e d f r o m8 u pt oam a x i m u mo f 2 9 K E YW o R D S :W C D M L D P DP AA C L RP A P RF P
17、G A 6 目录 W C D M A 直放站系统中数字预失真技术的设计与实现3 目录7 第一章绪论9 1 1 课题的研究背景一9 1 2W C D M A 原理简介1 0 1 直放站原理简介1 1 1 4 本文的主要内容和安排1 2 第二章功率放大器简介及建模1 3 2 1 功率放人器的特征曲线1 3 2 2 功率放大器的对信号的畸变一1 4 - 2 2 1A M - A M 畸变- 1 4 2 2 2A M P M 畸变1 5 2 3 功率放大器的建模1 6 2 3 1 严格无记忆模型1 6 2 3 2 拟无记忆模型1 7 2 3 3 有记忆模驾望。1 8 - 2 4 本章小结- 1 8 一
18、 第三章记忆多项式D P D 算法的性能仿真1 9 3 1 数学原理1 9 3 2 仿真信源的构建2 1 3 3 浮点算法仿真方案2 3 3 3 1 浮点仿真的平台框图2 3 - 3 3 2 浮点仿真步骤- 一2 5 - 3 3 3 浮点仿真结果2 6 - 3 3 4 浮点仿真结论3 2 3 4D P D 定点算法仿真方案一3 3 3 4 1 定点仿真原理一3 3 - 3 4 2 定点仿真平台说明一3 4 - 3 4 3D P D 定点算法的关键操作3 5 3 4 4D P D 定点算法的仿真步骤一3 6 3 4 5D P D 定点算法的仿真结果一3 7 - 3 4 6D P D 定点算法的仿
19、真结论一4 3 3 5 本章小结一4 3 第四章D P D 系统的硬件解决方案- 4 4 4 1 便什平台关键芯片简介4 4 - 4 1 1F P G A 芯片- 4 4 4 1 2 主链路A D 芯片4 7 - 4 1 3 反馈链路的A D 芯片4 8 - 4 1 4 土链路的D A 芯片一4 9 4 2D P D 系统的整体架构一5 0 一 4 3D P D 系统的F P G A 部分详细设计5 2 4 3 1D P D 系统的F P G A 的顶层设计5 2 4 3 2 时钟模块5 3 4 3 3A D 6 6 5 5 接口模块5 3 4 3 4 插值滤波模块5 4 4 3 5A D S
20、 0 1 4 1 接口模块5 5 4 3 6A D 9 7 7 9 接口模块5 6 4 3 7 捕获R A M 模块5 7 4 4D P D 滤波器的F P G A 设计5 9 4 4 1D P D 滤波器实现架构5 9 4 4 2L U T 地址空间分配设计6 0 4 4 3 资源清单6 l - 4 5D P D 参数估计的F P G A 设计6 2 4 5 1M l C R O B IA Z E 的配置6 2 4 5 2D P D 参数估计流程图6 3 4 5 3 关键程序说明6 4 4 6F P G A 设计中的关键I P 核的介绍与说明6 5 4 6 1 硬核乘法器6 5 4 6 2c
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