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WCDMA直放站系统中数字预失真技术的设计与实现

2020-12-10阅读(186)

WCDMA直放站系统中数字预失真技术的设计与实现

论文摘要

在移动通信系统中,为了保证一定范围的信号覆盖，通常使用功率放大器来对信号放大。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WCDMA系统以及未来的以OFDM为核心技术的4G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（PAPR）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3G市场还是未来的4G（LTE）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（back-off）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DPD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测试。本文在第三章详细讨论了记忆多项式DPD算法在MATLAB平台上的仿真方案,以及对于WCDMA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件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DPD系统的硬件解决方案,从硬件平台到算法的FPGA设计都给出了详细的分析和说明。我们最终在Xilinx的FPGA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,DPD滤波器的FPGA实现采用了查找表的方式,很大程度的节省了FPGA的硬件资源；DPD的参数估计是在FPGA上的嵌入式CPU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ACLR指标的改善能达到15db左右（正负2db变化）,同时把功放的效率从8%提高到29%。

论文目录

  • 摘要
  • ABSTRACT
  • 目录
  • 第一章 绪论
  • 1.1 课题的研究背景
  • 1.2 WCDMA原理简介
  • 1.3 直放站原理简介
  • 1.4 本文的主要内容和安排
  • 第二章 功率放大器简介及建模
  • 2.1 功率放大器的特征曲线
  • 2.2 功率放大器的对信号的畸变
  • 2.2.1 AM-AM畸变
  • 2.2.2 AM-PM畸变
  • 2.3 功率放大器的建模
  • 2.3.1 严格无记忆模型
  • 2.3.2 拟无记忆模型
  • 2.3.3 有记忆模型
  • 2.4 本章小结
  • 第三章 记忆多项式DPD算法的性能仿真
  • 3.1 数学原理
  • 3.2 仿真信源的构建
  • 3.3 浮点算法仿真方案
  • 3.3.1 浮点仿真的平台框图
  • 3.3.2 浮点仿真步骤
  • 3.3.3 浮点仿真结果
  • 3.3.4 浮点仿真结论
  • 3.4 DPD定点算法仿真方案
  • 3.4.1 定点仿真原理
  • 3.4.2 定点仿真平台说明
  • 3.4.3 DPD定点算法的关键操作
  • 3.4.4 DPD定点算法的仿真步骤
  • 3.4.5 DPD定点算法的仿真结果
  • 3.4.6 DPD定点算法的仿真结论
  • 3.5 本章小结
  • 第四章 DPD系统的硬件解决方案
  • 4.1 硬件平台关键芯片简介
  • 4.1.1 FPGA芯片
  • 4.1.2 主链路AD芯片
  • 4.1.3 反馈链路的AD芯片
  • 4.1.4 主链路的DA芯片
  • 4.2 DPD系统的整体架构
  • 4.3 DPD系统的FPGA部分详细设计
  • 4.3.1 DPD系统的FPGA的顶层设计
  • 4.3.2 时钟模块
  • 4.3.3 AD6655接口模块
  • 4.3.4 插值滤波模块
  • 4.3.5 AD80141接口模块
  • 4.3.6 AD9779接口模块
  • 4.3.7 捕获RAM模块
  • 4.4 DPD滤波器的FPGA设计
  • 4.4.1 DPD滤波器实现架构
  • 4.4.2 LUT地址空间分配设计
  • 4.4.3 资源清单
  • 4.5 DPD参数估计的FPGA设计
  • 4.5.1 MICROBLAZE的配置
  • 4.5.2 DPD参数估计流程图
  • 4.5.3 关键程序说明
  • 4.6 FPGA设计中的关键IP核的介绍与说明
  • 4.6.1 硬核乘法器
  • 4.6.2 cordic计算器
  • 4.6.3 FIR滤波器
  • 4.6.4 DDS频率综合器
  • 4.6.5 复数乘法器
  • 第五章 DPD硬件系统的性能测试
  • 5.1 测试平台框图
  • 5.2 测试平台仪器仪表清单
  • 5.3 测试平台实物照片
  • 5.3.1 测试平台照片
  • 5.3.2 数字中频板照片
  • 5.3.3 上下混频模块实物照片（左为下混频,右为上混频）
  • 5.3.4 doherty功放照片
  • 5.4 测试数据表格
  • 5.5 测试性能截图
  • 5.5.1 信号源输出的WCDMA的3载波信号的PSD图
  • 5.5.2 不加DPD模块的功放输出信号的PSD图
  • 5.5.3 加入DPD模块后的功放输出信号的PSD图
  • 5.6 测试结论
  • 第六章 论文总结与未来展望
  • 参考文献
  • 致谢
  • 攻读学位期间发表的学术论文

    • 相关论文文献

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