改善功放工作效率的數(shù)字化方法及其仿真平臺(tái)的建設(shè)（申請(qǐng)清華大學(xué)工程碩士學(xué)位

）培養(yǎng)單位：清華大學(xué)電子系

大唐移動(dòng)通信設(shè)備有限公司研發(fā)部申請(qǐng)人：熊軍指導(dǎo)老師：馮正和段滔1開題報(bào)告內(nèi)容綜述第一章：選題的目的和意義第二章：仿真平臺(tái)的建設(shè)第三章：數(shù)字削峰的設(shè)計(jì)第四章：數(shù)字預(yù)失真的設(shè)計(jì)第五章：總結(jié)與展望2

第一章選題的目的和意義

1.1問題的提出頻帶增加，高效調(diào)制的應(yīng)用與功放非線性的矛盾1.2改善功放線性度的方法峰值因子削除(CrestFactorReduction)數(shù)字預(yù)失真(DigitalPredistortion)31.1選題的目的和意義－問題的提出隨著人們對(duì)各種移動(dòng)通信高速業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的不斷追求.為此人們提出了在基站使用N個(gè)頻點(diǎn)來提高系統(tǒng)的帶寬,增加系統(tǒng)的容量.使用N個(gè)頻點(diǎn)所能提供的系統(tǒng)容量將是單頻點(diǎn)的N倍.但是頻帶的增加導(dǎo)致峰均比的增長,同時(shí)信息產(chǎn)業(yè)部已經(jīng)為TD-SCDMA劃分了1880MHz～1920MHz、2010MHz~2025MHz、2300MHz～2400MHz三個(gè)頻段。如此寬的頻段，使得可容納的載波數(shù)急劇增長，所以峰值功率和均值功率之比(PAPR;Peak-to-AveragePowerRatio)將不斷增大。同時(shí)新的高效調(diào)制方式的引入(MQAM),統(tǒng)的峰值功率與均值功率之比將會(huì)更進(jìn)一步的加大.功放的線性度受限和信號(hào)質(zhì)量存在以下矛盾,這是由于如果想要繼續(xù)保證信號(hào)的質(zhì)量,設(shè)備商不得不買價(jià)格非常昂貴的高線性度功放,同時(shí)還要投入大量資金解決散熱問題,同時(shí)還會(huì)出現(xiàn)芯片和相關(guān)器件容易老化受損等一系列問題41.2選題的目的和意義－改進(jìn)的方法..5第二章仿真平臺(tái)的建設(shè)2.1物理層仿真鏈路的建設(shè)物理層的發(fā)射－調(diào)制擴(kuò)頻，物理層的接收－解調(diào)和聯(lián)合檢測數(shù)字調(diào)制的三個(gè)步驟2.2數(shù)字中頻鏈路的建設(shè)NCO的設(shè)計(jì)數(shù)字中頻中的內(nèi)插抽取和濾波設(shè)計(jì)思想組合濾波器的設(shè)計(jì)（CIC+PFIR）62.1仿真平臺(tái)建設(shè)－物理層軟件總體框圖72.1仿真平臺(tái)建設(shè)－－物理層到中頻數(shù)據(jù)的生成82.1仿真平臺(tái)建設(shè)的界面設(shè)置（1）編寫完物理層底層軟件后，對(duì)仿真平臺(tái)界面進(jìn)行編寫：MATLAB編寫界面,用戶根據(jù)需要選擇時(shí)隙,每一個(gè)時(shí)隙的發(fā)射功率,導(dǎo)頻碼以及調(diào)制方式等。這些設(shè)置都是依據(jù)3GPP來完成的。除了支持界面配置，還支持文本配置92.1仿真平臺(tái)建設(shè)的界面設(shè)置（2）－碼道信息的配置這些設(shè)置中以碼道的設(shè)置最為復(fù)雜，如右圖所示意：采用的是OVSF碼

102.1鏈路仿真平臺(tái)建設(shè)－數(shù)字調(diào)制的三個(gè)步驟對(duì)于CDMA系統(tǒng)來說無論采取何種調(diào)制,信號(hào)經(jīng)過擴(kuò)頻以后均可分解為I、Q分量，利用I、Q分量可完成PSK、QAM等線性調(diào)制.11

2.2數(shù)字中頻鏈路的建設(shè)1.NCO的設(shè)計(jì)2.數(shù)字中頻中的內(nèi)插抽取和濾波設(shè)計(jì)思想3.物理層到數(shù)字中頻的處理流程122.2數(shù)字中頻鏈路的建設(shè)－NCO無論是復(fù)數(shù)調(diào)制還是正交調(diào)制都需要一個(gè)本振信號(hào)，NCO的目標(biāo)就是產(chǎn)生一個(gè)頻率可變的正弦波樣本。式中為NCO產(chǎn)生的正弦波的振蕩頻率，為輸入信號(hào)的采樣頻率也可以認(rèn)為式采樣信號(hào)的速率。由于NCO實(shí)時(shí)計(jì)算方法實(shí)現(xiàn)起來實(shí)時(shí)性差，為此可以采用查表法，NCO在工作時(shí)，每輸入一個(gè)采樣樣本，NCO就增加一個(gè)相位增量，然后按照相位累加角度作為地址，檢查該地址上的數(shù)值并輸出。本次仿真用到了NCO，載波疊加和載波分離的仿真中使用.數(shù)字控制振蕩器在DDC和DUC中相對(duì)來說是比較復(fù)雜的，也是決定DDC和DUC性能的最主要因素之一。如果是復(fù)數(shù)上變頻率,對(duì)于多載波的信號(hào)上變頻NCO的輸入數(shù)據(jù)為:其中k為載波的序號(hào)，n為輸入信號(hào)的序列。132.2數(shù)字中頻鏈路的建設(shè)－內(nèi)插，抽取和濾波內(nèi)插是對(duì)已知的抽樣序列兩個(gè)相鄰抽樣點(diǎn)之間等間距的插入（I-1）個(gè)0值點(diǎn)，得到序列，然后進(jìn)行低通濾波，即可得到抽樣濾波序列。與的頻譜相同。但會(huì)出現(xiàn)周期延拓，因此內(nèi)插引入了一個(gè)問題：產(chǎn)生了頻譜鏡像。由于鏡像的頻譜是沒有作用的，需要慮除，所以在內(nèi)插后增加了一個(gè)低通濾波器。142.2數(shù)字中頻鏈路的建設(shè)－組合濾波器的設(shè)計(jì)組合濾波器從實(shí)現(xiàn)角度來說耗費(fèi)資源小,實(shí)現(xiàn)簡單,但是設(shè)計(jì)難度大.一般是CIC，PFIR組合成用戶所需要的濾波器.需要反復(fù)的試驗(yàn)修正,最后才可以作出真正滿足性能要求的濾波器.右圖就是利用CIC和PFIR組合的RRC濾波,滾降系數(shù)R=0.22.DUC/DDC的處理就使用了組合濾波器15

第三章數(shù)字削峰的設(shè)計(jì)和開發(fā)

1.本次削峰器的設(shè)計(jì)思想削峰總體模塊一級(jí)削峰器設(shè)計(jì)多級(jí)削峰器設(shè)計(jì)削峰序列的生成2.測試結(jié)果分析EVM的測試比較ACPR測試結(jié)果比較總功率的提高測試和功放效率改善的測試3.可實(shí)用性分析削峰器處理的運(yùn)算量163.1本次削峰器的設(shè)計(jì)－削峰模塊綜述

（1）對(duì)于TD-SCDMA來說,如果多個(gè)載波疊加,實(shí)際上是相對(duì)的時(shí)隙數(shù)據(jù)疊加.導(dǎo)致在中頻進(jìn)行載波疊加之后峰均比增大.對(duì)于TD系統(tǒng),是按照時(shí)隙進(jìn)行數(shù)據(jù)的發(fā)送,所以是相同時(shí)隙的數(shù)據(jù)進(jìn)行疊加

173.1本次削峰器的設(shè)計(jì)－削峰模塊綜述（2）

削峰的處理大致可以分為三個(gè)步驟：第一步：對(duì)中頻數(shù)據(jù)的內(nèi)插濾波；第二步：多級(jí)削峰器對(duì)峰值數(shù)據(jù)的削除；第三步：對(duì)削峰后的數(shù)據(jù)濾波抽取.不同級(jí)別削峰器設(shè)置的檢測域值與目標(biāo)峰值是不同的,呈現(xiàn)逐級(jí)遞減,這是因?yàn)楦叻逯档臄?shù)據(jù)在最先被檢測和削除,這是為保證大峰值數(shù)據(jù)首先被檢測和削除,因?yàn)樵酱蟮姆逯禂?shù)據(jù)不被削除,在PA(PowerAmplifir)將造成越大的非線性失真.所以設(shè)置的第一級(jí)PDE檢測域值較大，然后逐級(jí)遞減。183.1本次削峰器的設(shè)計(jì)－一級(jí)削峰器設(shè)計(jì)

一級(jí)削峰器包括的模塊有:緩存器;峰值檢測器；判別器；峰值序列生成器；峰值對(duì)削器。處理流程:峰值信號(hào)的查找峰值信號(hào)的對(duì)削削峰序列的生成193.1本次削峰器的設(shè)計(jì)-峰值信號(hào)的查找采用數(shù)字內(nèi)插法進(jìn)行數(shù)據(jù)削峰時(shí),對(duì)輸入的數(shù)據(jù)需要進(jìn)行緩存,存儲(chǔ)器的容量本文設(shè)計(jì)為L*M+K.存儲(chǔ)器分為兩塊,第一塊存儲(chǔ)器的容量為L*M/2+K,第二塊存儲(chǔ)器的容量為L*M/2.利用窗函數(shù)的方法查找到峰值功率點(diǎn)后，峰值信號(hào)點(diǎn)放到存儲(chǔ)器的中間位置，如右圖所示意存儲(chǔ)器在緩存器中的L*M個(gè)數(shù)據(jù)，峰值功率分布在緩存器的中心位置

如果輸入信號(hào)功率超過門限功率,則標(biāo)記開始峰值功率點(diǎn)的查找,從這時(shí)開始存儲(chǔ)輸入信號(hào)的功率,為了節(jié)省存儲(chǔ)器的容量,只記錄最近M個(gè)輸入信號(hào)的功率.如果當(dāng)前輸入信號(hào)的功率小于前面第K個(gè)信號(hào)的輸入功率則認(rèn)為存儲(chǔ)器第一個(gè)位置和第K個(gè)位置輸入信號(hào)的功率中有峰值功率,在K(K<10)個(gè)信號(hào)種查找峰值功率對(duì)于FPGA來說易于實(shí)現(xiàn).203.1本次削峰器的設(shè)計(jì)-削峰序列的生成(1)從概率的角度來描述PAPR.通常用CCDF(Complementarycumulativedistributionfunction)表達(dá)PAPR的分布.設(shè)置：一般情況下信號(hào)功率(峰值加峰均比)大于1DB壓縮點(diǎn)就需要削峰:如果用戶要求更高的線性度,為此需要設(shè)置削峰以后的最高功率:信號(hào)注釋：如果X=0dB，那么最大輸入功率就等于1dB壓縮點(diǎn)的輸入功率，并且X越大就表明系統(tǒng)要求的ACPR越高213.1本次削峰器的設(shè)計(jì)-削峰序列的生成(2)公式推導(dǎo):從而分別得到I路和Q路的削峰序列峰值因子的取值從而得到每一路的幅度調(diào)節(jié)因子最后得到每一路的削峰序列:其中:稱之為核心削峰向量,是FIR濾波器的系數(shù),此FIR頻域與原始信號(hào)的頻譜匹配223.1本次削峰器的設(shè)計(jì)-削峰序列的生成（3）圖:233.1本次削峰器的設(shè)計(jì)-多級(jí)削峰器的設(shè)計(jì)－測試三個(gè)載波的TD-SCDMA信號(hào)實(shí)測結(jié)果243.1改進(jìn)的削峰算法－滑動(dòng)窗削峰法改進(jìn)的算法253.2測試結(jié)果分析－硬件測試平臺(tái)PC機(jī)生成削峰數(shù)據(jù)多載波的削峰數(shù)據(jù)以1.6MHz為間隔把生成的基頻削峰數(shù)據(jù)灌入到信號(hào)源中（調(diào)制的中心頻點(diǎn)為96MHz），從信號(hào)源中出來通過射頻通道（功放，射頻鏈路集成在一塊TRB板上）后，平均功率達(dá)到30dBm。其中有1921.4MHZ的本振信號(hào)，則混頻輸出2017.4MHz射頻信號(hào)，功率為30dBm，此處就是天線連接處,輸出的信號(hào)輸入到頻譜儀后分析信號(hào)后的EVM,PCDE,ACLR,等指標(biāo)的測試263.2測試結(jié)果分析-削峰所帶來的好處(直流功耗的減少)ACPR固定削除3DB的峰值功率,數(shù)字削峰使得總功率從31.6dBm上升到33.2dBm，僅多消耗的直流只有100mA左右,功放效率提高了1.7%,如果輸入的信號(hào)功率是10W.那么采用數(shù)字削峰以后總的消耗功率從195W下降到146W,這樣就節(jié)省功耗49W:10W的有用信號(hào),如果使用削峰算法節(jié)省直流功耗49W.如果削除4DB的峰值功率,將減少更多的直流功耗.在數(shù)字部分進(jìn)行削峰比功放本生對(duì)信號(hào)的硬切的優(yōu)勢是：1.I路和Q路等比例的削除；2.帶內(nèi)惡化的實(shí)際CHIP很少,往往削除一個(gè)峰值只惡化一個(gè)CHIP;3.對(duì)帶外沒有惡化.273.2測試結(jié)果分析-削峰所帶來的好處(發(fā)射機(jī)和接收機(jī))1)削峰給發(fā)射機(jī)帶來的好處:TD-SCDMA的一根天線的發(fā)射功率是30DBM,如果按照33DBM的功率發(fā)射,發(fā)射端ACPR和EVM均改善:進(jìn)行削峰的信號(hào)(削除4DB的峰值功率)EVM是9.5%,ACPR是45dB.不進(jìn)行削峰的信號(hào)EVM是14.6%,ACPR是38dB(33dB的均值功率對(duì)于現(xiàn)有系統(tǒng)功率太高，峰值已經(jīng)進(jìn)入功放線性區(qū)).1)削峰給接收機(jī)帶來的好處:接收端SNR改善:使用純軟件測試,削除4DB的峰值功率,在接收段,同樣的SNR情況下,BER惡化1DB.BER的惡化的補(bǔ)償是通過發(fā)射端可以提高信號(hào)的發(fā)射功率.例如信號(hào)的ACPR都保持在45DBM,使用削峰信號(hào)總功率提高3DB,接收端信躁比就提高了3DB.所以接收端SNR總的來說時(shí)改善了2DB.(條件:在PAR較大時(shí))283.2測試結(jié)果分析-削峰所帶來的好處(相對(duì)其他各類算法)現(xiàn)有技術(shù)的降低PARP的方法很多,大概分為三類:1)削波法.本文的內(nèi)插法也屬于這種.另一類的削波法-判決重建的削波算法decision-aidedreconstruction(DAR)需要在接收端進(jìn)行復(fù)雜的判斷和和大量的FFT運(yùn)算,并且存在誤判等一系列問題.2)相位變換法:例如SelectedMapping和PartialTransmitSequences,此兩種方法的缺點(diǎn)是需要經(jīng)過多次重復(fù)的運(yùn)算還需要傳輸邊帶信息.在接收端也需要進(jìn)行相應(yīng)的處理,3)序列選擇法:需要并行處理P種擴(kuò)頻方法,現(xiàn)有芯片很難實(shí)現(xiàn),同時(shí)還要考慮傳送邊帶信息,如果邊帶信息傳輸錯(cuò)誤,那么后果是嚴(yán)重的.同時(shí)接收端還要有額外的處理.采用本文的數(shù)字內(nèi)插法雖然對(duì)信號(hào)有損傷,但是EVM仍滿足3GPP的要求(12%),削峰效果明顯,僅僅在發(fā)射端處理,無須更改協(xié)議,接收端也無需做任何修改.芯片公司均采用無需改動(dòng)接收端處理的方法.例如TI的GC1115,ADI的AD6633等處理,無需接收端做額外的處理.293.2測試結(jié)果分析－EVM測試比較(現(xiàn)有芯片的比較)1.在功放輸出端測EVM(EVM是衡量發(fā)射機(jī)最重要的指標(biāo)之一,是入網(wǎng)測試的強(qiáng)制指標(biāo),反映的是信道頻帶內(nèi)的信號(hào)質(zhì)量情況)2.與芯片AD6633和GC1115的EVM測試比較.(使用他們的評(píng)估芯片進(jìn)行的測試比較)303.2測試結(jié)果分析－(現(xiàn)有算法的比較)1。固定ACPR，觀察平均功率的提高情況2。圖中的同向法為循環(huán)限幅濾波算法,算法如下:3.本文的方法總功率改善明顯313.2測試結(jié)果分析－ACPR改善的測試比較1。固定總功率，不同的削峰數(shù)值輸入功放，然后調(diào)整信號(hào)的發(fā)射功率，觀察ACPR改善情況2。鄰道ACPR優(yōu)于0.5dB323.3可實(shí)用性分析使用數(shù)字內(nèi)插法在中頻削峰處理，使用窗函數(shù)查找峰值功率點(diǎn)，只是簡單的移位運(yùn)算和數(shù)值比較，易于軟件實(shí)現(xiàn)。找到峰值后，削峰序列分別承上I路Q路的尺度因子，削峰序列長度為N，則每一峰值需要2N個(gè)乘法和2N個(gè)加法，同時(shí)計(jì)算尺度因子需2*3個(gè)乘法；（N=240）如果TD-SCDMA一個(gè)時(shí)隙的峰值個(gè)數(shù)是L(200),則每一路需要（N+3）×L=48000個(gè)乘法。一個(gè)時(shí)隙的處理時(shí)間是0.675ms.TD-SCDMA的中頻采樣時(shí)鐘是76.8MHZ，因此一時(shí)隙包含的時(shí)鐘周期為864*60=51840個(gè)時(shí)鐘周期;并且使用滑動(dòng)窗計(jì)算削峰序列，F(xiàn)PGA的邏輯資源分布使用，使得某一時(shí)鐘周期內(nèi)需要的邏輯資源減少。對(duì)于XILINX的V4系列一塊FPGA芯片時(shí)鐘最高可達(dá)到550MHZ,每一個(gè)時(shí)鐘，并且每一個(gè)時(shí)鐘周期可以達(dá)到512個(gè)DSPSLICE(乘法資源)，所以一塊FPGA芯片可以完成多天線的數(shù)字削峰，針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)TI-GC1115，只能是一根天線一塊芯片而言，節(jié)省了成本和簡化了硬件的布線復(fù)雜度以及散熱問題。33第四章：數(shù)字預(yù)失真（DPD）的設(shè)計(jì)

（DigitalPredistortion）4.1數(shù)字預(yù)失真的提出和基本結(jié)構(gòu)4.2本次數(shù)字預(yù)失真自適應(yīng)算法和LUT設(shè)計(jì)4.3數(shù)字預(yù)失真的測試結(jié)果分析4.4數(shù)字預(yù)失真的進(jìn)一步研究344.1數(shù)字預(yù)失真的提出當(dāng)前的TD-SCDMA系統(tǒng)，六載波正漸漸取代三載波配置成為主流。系統(tǒng)對(duì)PA的線性度，效率要求也水漲船高。在達(dá)到線性輸出的同時(shí)，整機(jī)效率則要求達(dá)到12%。這無疑對(duì)射頻通道，尤其是PA的線性化設(shè)計(jì)提出了更高的要求。最簡單的PA線性化方法之一就是降低波峰因數(shù)（CFR）。降低波峰因數(shù)壓縮了信號(hào)"峰值"并提高線性操作所需的平均功率。它也向信號(hào)添加"噪聲"，這樣所有可用的波峰因數(shù)降低約為3dB左右，并仍可滿足BER（位誤差率）的EVM（誤差向量值）規(guī)范。不過并沒有飛躍式的突破，工程師不得已采用除數(shù)字削峰,還需要其它線性化技術(shù)來平衡這PA線性化和BER兩個(gè)指標(biāo)的矛盾。PA線性化技術(shù)更大的突破是可使信號(hào)預(yù)失真。預(yù)失真是PA線性化的"法寶"，有望使PA效率達(dá)到20%,整機(jī)效率則要求超過12%354.1數(shù)字預(yù)失真的基本結(jié)構(gòu)WienerModel和Hammersteinmodel實(shí)質(zhì)上描述的都是指帶有記憶的非線性(多項(xiàng)式)模型.WienerModel和Hammersteinmodel是使用參數(shù)較少,帶有記憶的非線性多項(xiàng)式提供了一種通用性和參數(shù)評(píng)估復(fù)雜度的折中.這種模型現(xiàn)在使用很廣泛.下面我們給出功放模型和預(yù)失真器模型的總體框圖364.1數(shù)字預(yù)失真的目標(biāo)輸入功放信號(hào)的瞬時(shí)輸出可以如右圖所示意:

Ymem:記憶效應(yīng)(可以削除)Ynoise:系統(tǒng)噪聲,包括DAC的量化噪聲,熱噪聲,本振的相位噪聲Yins:的瞬時(shí)失真矢量(這代表AM-AM,AM-PM失真)(可以削除)目標(biāo):DPD削除Ymem和Yins374.1數(shù)字預(yù)失真的自適應(yīng)算法簡介當(dāng)濾波器的輸出為輸入的線性函數(shù)時(shí),該濾波器為線性濾波器,否則為非線性濾波器.如果參數(shù)隨時(shí)間變換,又稱之為時(shí)變?yōu)V波器.根據(jù)PA的特性,能夠調(diào)整自己(預(yù)失真器)的參數(shù),自適應(yīng)調(diào)整自己參數(shù)的過程稱之為”跟蹤”或者’學(xué)習(xí)’過程.當(dāng)輸入過程的統(tǒng)計(jì)特性變化時(shí),自適應(yīng)濾波器調(diào)整自己參數(shù)以滿足某種準(zhǔn)則的要求。輸入過程為平穩(wěn)時(shí)的最小均方誤差線性濾波器稱為維納濾波器.維納濾波器滿足正規(guī)方程,直接對(duì)矩陣求逆就可以(Winner-Hopf等式)

MMSE看似簡單,但運(yùn)算量大,尤其是階數(shù)較多時(shí).所以發(fā)展了一種不需要矩陣求逆解正規(guī)方程的方法，最陡下降法

LMS和RLS基本的細(xì)想是參照最陡下降法

但其中LMS算法算法需要根據(jù)數(shù)據(jù)的長期統(tǒng)計(jì)特性獲得最佳濾波。并不太適合功放模型，所以我們重點(diǎn)介紹RLS算法。384.2本次數(shù)字預(yù)失真自適應(yīng)算法－RLS算法（1）最小二乘法得到的是對(duì)一組已知數(shù)據(jù)的最佳濾波.符合DPD的特性本次測試使用的是遞推最小二乘(RLS)算法.根據(jù)已知n個(gè)數(shù)據(jù)x(1),…x(i);…x(m),…x(n)利用m階線性濾波器來估計(jì)需要的信號(hào)d(1),…d(i);…d(m)…d(n)(也是已知的信號(hào)),其中對(duì)d(i)的估計(jì)如下:

最佳值應(yīng)該使得累計(jì)平方誤差性能函數(shù)為最小:即

其中為遺忘因子,表明隨著時(shí)間的推移,越靠前的誤差越少考慮.本次設(shè)計(jì)遺忘因子等于0.99

394.2本次數(shù)字預(yù)失真自適應(yīng)算法－RLS算法（2）遞推最小二乘的參數(shù):其中:所以只要給出初始數(shù)值,就可以求得這一套系數(shù)

由于預(yù)失真模型是Hammerstein模型，這個(gè)預(yù)失真的訓(xùn)練模型可以是：算法的關(guān)鍵就是要找到一組合適的濾波器系數(shù)：W，就可以對(duì)DIF數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)失真處理。由于RLS算法是一種功率域的操作,所以需要的算法量大,為此RLS算法的基礎(chǔ)上提出了QRD-RLS(Orthogonal-triangulardecomposition-RLS)進(jìn)行系數(shù)的求解.是一種幅度域的數(shù)據(jù)操作.運(yùn)算量將進(jìn)一步的減少(將要研究的算法).404.2數(shù)字預(yù)失真的自適應(yīng)算法簡介－QRD-RLS算法（1）QRD-RLS算法是對(duì)一組等式求誤差信號(hào)最小，如下面公式所示意:由于Y一般都是非奇異的矩陣，所以能夠化成正交(酉)矩陣Q()，與非奇異上三角矩陣R的乘積。目標(biāo)就是要找到這414.2數(shù)字預(yù)失真的自適應(yīng)算法簡介－QRD-RLS算法（2）大的R矩陣對(duì)大R矩陣進(jìn)行GIVENS旋轉(zhuǎn)424.2數(shù)字預(yù)失真的自適應(yīng)算法簡介－QRD-RLS算法（3）總結(jié)如下由于QRD-RLS算法在LS算法中的位置434.2數(shù)字預(yù)失真的自適應(yīng)算法簡介－QRD-RLS算法的脈動(dòng)實(shí)現(xiàn)-FPGA實(shí)現(xiàn)就結(jié)構(gòu)（4）為了使得QR分解更加有效和有秩序,常常采用脈動(dòng)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)算法的計(jì)算.算法的脈動(dòng)陣實(shí)現(xiàn)是將算法映射為基本計(jì)算單元的流水線序列.這些單元以并行方式執(zhí)行任務(wù),使得在每一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)所有的單元都處于活動(dòng)狀態(tài).并且易于FPGA實(shí)現(xiàn)

444.2數(shù)字預(yù)失真的自適應(yīng)算法簡介－QRD-RLS算法的脈動(dòng)實(shí)現(xiàn)-FPGA實(shí)現(xiàn)就結(jié)構(gòu)（5）自適應(yīng)算法在找到最佳濾波器次數(shù)后，自適應(yīng)過程應(yīng)該停止，由于系統(tǒng)數(shù)據(jù)的隨機(jī)性，和濾波器系數(shù)長度和精度的限制，濾波器系數(shù)以一種隨機(jī)的方式在其最佳數(shù)值左右不停的波動(dòng)，結(jié)果自適應(yīng)濾波器將在一定時(shí)間后達(dá)到穩(wěn)態(tài)運(yùn)行方式，其性能也將停止繼續(xù)提高。為此本文明確進(jìn)行一次周期性濾波的長度不需要很長，到達(dá)一定程度后系統(tǒng)處于穩(wěn)態(tài)振蕩階段，這個(gè)階段的持續(xù)時(shí)間更新的自適應(yīng)濾波出來的系數(shù)全部保存，更新LUT在每一次周期性濾波開始后，進(jìn)行自適應(yīng)濾波處理，但是不保存濾波器參數(shù)，等到系統(tǒng)穩(wěn)定以后，開始保存濾波器參數(shù)，這個(gè)時(shí)候計(jì)算出來的濾波器參數(shù)全部保存，在FPGA實(shí)現(xiàn)時(shí)，不再進(jìn)行誤差信號(hào)e的計(jì)算，一方面節(jié)省了系統(tǒng)運(yùn)行開銷，另外一方面在很短的時(shí)間內(nèi)緩存很多的參數(shù)。在下文進(jìn)行對(duì)DPD的測試時(shí)將采用此方法.454.2本次數(shù)字預(yù)失真LUT設(shè)計(jì)(1)本文LUT(LookUp-Table)設(shè)計(jì)采用三級(jí)預(yù)失真存儲(chǔ)結(jié)構(gòu),第一級(jí)根據(jù)當(dāng)前信號(hào)的功率,第二級(jí)根據(jù)當(dāng)前信號(hào)的相位,第三級(jí)根據(jù)存儲(chǔ)的信號(hào)能量,這樣即考慮了功放對(duì)當(dāng)前信號(hào)的壓縮特性導(dǎo)致的幅度失真和相位失真,又考慮了先前信號(hào)能量導(dǎo)致功放的記憶性失真，同時(shí)三級(jí)預(yù)失真存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)采用一級(jí)索引來實(shí)現(xiàn)，這樣就大大簡化了LUT的設(shè)計(jì)，和節(jié)省了用戶存儲(chǔ)和讀取預(yù)失真參數(shù)的時(shí)間。INTERSIL公司采用兩級(jí)模塊來削除瞬時(shí)信號(hào)的失真和記憶效應(yīng)導(dǎo)致的失真，兩個(gè)模塊比較獨(dú)立，同時(shí)對(duì)應(yīng)兩個(gè)LUT,控制過于復(fù)雜美國專利：METHODANDAPPARATUSFORADAPTIVEDIGITALPREDISTORTIONUSINGNONLINEARANDFEEDBACKGAINPARAMETERS.PUB.NOUS

2005/0231279A1，首先進(jìn)行AM/AM失真的削除，然后在進(jìn)行AM/PM失真的削除，使用兩個(gè)表分別存儲(chǔ)AM/AM參數(shù)和AM/PM參數(shù)，獨(dú)立處理失真參數(shù)。464.2本次數(shù)字預(yù)失真結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)(2)本次預(yù)失真處理采用間接訓(xùn)練結(jié)構(gòu)，對(duì)訓(xùn)練出來的預(yù)失真參數(shù)不需要求逆，而直接保存在LUT中，節(jié)省了求逆的處理時(shí)間，同時(shí)避免了求逆可能帶來的誤差。474.2本次數(shù)字預(yù)失真結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)-LUT更新原則對(duì)于TD信號(hào),多個(gè)子幀隨機(jī)取一個(gè)時(shí)隙的數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)失真處理,LUT不是實(shí)時(shí)更新,是準(zhǔn)實(shí)時(shí),一方面有足夠時(shí)間完成一次自適應(yīng)濾波,另外可以有效的跟蹤功放隨溫度和環(huán)境的變化.484.2本次數(shù)字預(yù)失真－數(shù)學(xué)模型的測試環(huán)境數(shù)學(xué)測試:模型PA采用WienerModel,預(yù)失真器采用Hammerstein模型.基帶數(shù)據(jù)為三載波信號(hào),中頻速率為76.8Mps的QPSK信號(hào)。為此進(jìn)行了三部分的測試比較：1）原始信號(hào)，2）經(jīng)過DPD+PA的測試和3）只通過PA的測試，如右圖494.2本次數(shù)字預(yù)失真－數(shù)學(xué)模型的測試結(jié)果分析QPSK信號(hào),測試結(jié)果顯示ACPR和EVM的改善結(jié)果.(藍(lán)色是預(yù)失真后的結(jié)果)504.3數(shù)字預(yù)失真的測試－廠商提供功放模型的測試環(huán)境數(shù)學(xué)模型不夠準(zhǔn)確,為此使用ADS搭建真實(shí)的功放模型,右圖就是搭建的測試環(huán)境，并且還使用了真實(shí)的TD信號(hào)。

功放模型使用了三級(jí)驅(qū)動(dòng)，Sirenza公司的SGA7489作為第一級(jí)放大器，Hittite公司的HMC454作為第二級(jí)。Freescale公司的MW4IC2230作為末級(jí)功率放大器。最真實(shí)的功放模型。

514.3數(shù)字預(yù)失真的測試－ADS中的功放模型和原理524.3數(shù)字預(yù)失真的測試結(jié)果分析－ACPR測試結(jié)果使用ADS中功放模型的測試三階/五階…各階交調(diào)基本上被削除534.3數(shù)字預(yù)失真的測試結(jié)果分析－EVM測試結(jié)果ACPR是對(duì)頻帶外鄰道抑止的一種測試指標(biāo)，更有意義的測試還要看DPD對(duì)頻帶內(nèi)信號(hào)質(zhì)量（EVM/BER）的改善情況。從下面的右圖可以看出EVM改善非常明顯.其中左圖顯示誤差信號(hào)在迭代到一定程度上也達(dá)到了穩(wěn)定。544.3數(shù)字預(yù)失真的測試結(jié)果比較上面的兩次測試都采用QRD-RLS算法，不同點(diǎn)左圖采用本文LUT設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)(AM-AM和AM-PM失真同時(shí)削除)右邊采用的是美國專利PUB.NOUS2005/0231279A1中提出的LUT設(shè)計(jì)(AM-AM和AM-PM失真分別削除)。554.3 其他公司DPD的測試結(jié)果分析和靜態(tài)對(duì)比PMC的DPD芯片已經(jīng)在華為和中興有過應(yīng)用，具體用于Multi-carrierWCDMA,andCDMA2000,對(duì)線性的改善在15dB以上華為公司針對(duì)室內(nèi)宏基站BTS3606的集成數(shù)字功放采用了先進(jìn)的DPD技術(shù)（數(shù)字預(yù)失真），削波技術(shù)，等一系列新技術(shù)，功放效率可提高到26%左右，極大地降低了整機(jī)功耗,TI:目前在WCDMA2載波上用一些客戶的功放做下來可以改善18~25dB。得到的試驗(yàn)結(jié)果是功放效率提高到21%。芯片型號(hào)是GC5322.但是上述的幾家公司都還沒有開發(fā)出成熟的針對(duì)TD的DPD算法和專用芯片.本文是針對(duì)TD多載波信號(hào)進(jìn)行的算法開發(fā)和測試:ACPR改善20dB.564.4數(shù)字預(yù)失真的進(jìn)一步的研究方向（FPGA實(shí)現(xiàn)相關(guān)）574.4數(shù)字預(yù)失真的進(jìn)一步的研究方向（硬件驗(yàn)證）致思路是本地產(chǎn)生TD-SCDMA的中頻信號(hào)，然后上傳給WinIQzard,之后WinIQzard將文件傳給winIQSIM,winIQSIM將文件通過intel形式直接傳給SMU,然后SMU發(fā)送給功放，功放發(fā)送出來的信號(hào)再返回給FSP,利用WinIQzard采集FSP上的數(shù)據(jù)作為功放輸出的數(shù)據(jù)返回給本地做自適應(yīng)濾波處理，功率的調(diào)整可以調(diào)整SMU上的發(fā)送信號(hào)的功率58

第五章：總結(jié)與展望

1.工作總結(jié)2.進(jìn)一步的研究3.展望595.2工作總結(jié)軟件無線電技術(shù)的研究和物理層,數(shù)字中頻,測試指標(biāo)等軟件的編寫.數(shù)字削峰-內(nèi)插法的編寫與軟硬件的驗(yàn)證..數(shù)字預(yù)失真算法的編寫與軟件驗(yàn)證(芯片公司功放模型的驗(yàn)證).工作量(包括