欢迎访问成都武华科技有限公司!我们给您提供优质服务!
文章详细 当前位置:网站首页 > 电子知识
利用数字预失真线性化宽带功率放大器(一)
来源:武华科技   发布时间:2012-08-20  浏览数:2845    【收藏本页】

在无线系统中,功放(PA)线性度和效率常是必须权衡的两个参数。工程师都在寻找一种有效而灵活的基于Volterra的自适应预失真技术,可用于实现宽带RF功放的高线性度。本文将概述不同数字预失真技术,介绍一种创新性DPD线性化电路特有的自适应算法。

在无线系统中,功放(PA)线性度和效率常是必须权衡的两个参数。幸运的是,基于Volterra的自适应数字预失真(DPD)线性化电路可以使无线系统中的射频PA达到高线性度高效率。这种自适应数字预失真方案扩展了功放的线性范围,同时波峰因数有降低,可以更强力驱动射频PA,而且效率更高,同时满足传输谱效率要求及调制精度要求。


这种新型数字前置补偿器已经集成到了德州仪器公司(www.ti.com)的GC5322型集成发射方案中。几百万门专用信号处理器(ASSP)采用0.13微米CMOS工艺制造,并且包含了数字上转换、振幅因数降低以及数字预失真。这种“调制不可知”处理器支持30 MHz信号带宽。对第三代(3G)手机信号,可以降低峰值功率与平均功率之比(PAR)达6dB。对正交频分复用技术(OFDM),可以改进4 dB,同时满足邻近信道功率比(ACPR)和误差矢量幅值特性。可以修正高达11阶的非线性并达到200 ns的PA存储效应。对多种射频PA拓扑,一般可改善ACPR 超过20dB,并且功率效率提高4倍以上,对一般基站,静态功率损耗可降低60%之多。这种灵活的基于Volterra的预处理器可以为多种射频架构、调制标准和信号带宽而优化。


像用在3G和其它新兴空中接口标准中的非恒定包络调制方案在谱上更高效,但峰均信号比更高,PA的回退必然更高。这样就降低了PA效率并增加了基站的冷却和运行成本。功效低一些的射频PA一般占总基站系统成本的30%,对环境影响相当显著。随着向“绿色”的不断发展,能源效率高的技术与不断增加的能源成本、以及目前不断提高的谱效率和及信号带宽要求,还有正在发展的标准结合起来,使功放线性度成为下一代基站的关键设计问题。多年来,提出并实施了大量的功放线性化技术,如射频前馈、射频后馈以及RF/IF预失真和后失真。其中,与传统模拟/射频线性化技术相比,自适应DPD方案已证明效率最高并且最有成本效益。DSP/ASSP计算能力的不断增加使数字预失真成为越发吸引人的选项。


GC5322发射方案将数字上变换(DUC)、振幅因数降低(CFR)以及DPD结合在高度集成的ASSP中,采用德州仪器公司C67x型DSP内置软件提供的实时自适应控制。这种发射器件可以为多种射频架构优化,支持多种空中接口标准,包括CDMA2000、WCDMA、TD-SCDMA、MC-GSM、WiMAX和长期演进(LTE)手机标准。这种灵活的前置补偿器可以与多种功率拓扑一起有效使用,如A/B类或Doherty放大器,设计为支持信号带宽达30 MHz的通信系统。此文章分为两篇,集中说明DPD方案的硬件实现。


基于3G CDMA的无线通信系统以及采用像OFDM方法的多载波系统常可以处理高PAR或振幅因数信号。非恒定包络调制技术,如这些系统中使用的正交调幅具有严格的误差矢量幅度(EVM)要求。因为有这些要求,所以需要PA为高线性幅度和相位响应。PA的线性工作范围一般有限。PA非线性会引起发射信号互调失真,导致谱分裂和邻信道功率比(ACPR)的下降。这一问题的一种简单解决方法是把输入信号水平回退到PA,这样得到的信号就完全处于放大器的线性工作区。遗憾的是,PA功率效率在较低输入功率下下降相当大,使这种方法比最佳方法要逊色。此外,更加高级有效的放大器拓扑(如Doherty PA)甚至在回退功率水平下也出现相当大的非线性,导致EVM和ACPR性能变差。


在回退状态下工作时,目前使用的传统AB类功放的效率在5%~10%之间。但使用了振幅因数降低和自适应DPD技术后,效率可以提高3~5倍。更新型的PA拓扑,如Doherty放大器,或者甚至动态包络轨迹与DPD 结合起来的AB类放大器,以及更新型的器件技术,如氮化镓(GaN)或砷化镓(GaAs)功率晶体管,可以用于获得接近50%的效率。


本文下一部分将讨论线性化方案对于前置补偿器具有高度精确模型的需求。


作者:Hardik Gandhi


参考文献


1. R. Sperlich, Y. Park, G. Copeland, and S. Kenney: “Power Amplifier Linearization with Digital Pre- Distortion and Crest Factor Reduction,” Proceedings of the 2004 IEEE Microwave Theory & Techniques Symposium, pp. 669-672.

2. J. Kim and K. Konstantinou, “Digital Predistortion of Wideband Signals Based on Power Amplifier Model with Memory,” Electronic Letters, vol. 37, No. 23, 2001, pp. 1417-1418.

3. T. Panicker and V. Mathews, “Parallel-Cascade Realizations and Approximations of Truncated Volterra Systems,” IEEE Transactions on Signal Processing, vol. 46, No. 10, 1998, pp. 2829-2832.

4. D. Morgan. Z. Ma, J. Kim, M. Zierdt, and J. Pastalan, “A generalized memory polynomial model for digital predistortion of RF power amplifiers,” IEEE Transactions on Signal Processing, vol. 54, No. 10, 2006, pp. 3852-3860.

5. A. Jhu and T. Brazil, “An adaptive Volterra predistorter for linearization of RF high power amplifiers,” Proceedings of the 2002 IEEE Microwave Theory & Techniques Symposium, pp. 461-464.

6. P. Gilabert, G. Montoro, and E. Bertran, “On the Wiener and Hammerstein Models for Power Amplifier Predistortion,” Proceedings of the 2005 IEEE APMC.

7. A. Shah and B. Jalali, “Adaptive equalization for broadband predistortion linearization of optical transmitters,” IEEE Proceedings on Optoelectronics, vol. 152, No. 1, 2005, pp. 16-32.