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摘要：為提高無線通信系統(tǒng)的通信質(zhì)量與效率，提出一種基于DSP自適應(yīng)數(shù)字預(yù)失真技術(shù)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)。采用TI公司的低功耗、高性能數(shù)字信號(hào)處理器TMS320VC5502，有效提高了信號(hào)處理速度，減少了回路延時(shí)。根據(jù)信號(hào)的幅度，數(shù)控震減器工作在不同的控制模式，以滿足不同系統(tǒng)輸出功率的要求。結(jié)果表明，該系統(tǒng)能有效改善功率放大器的線性度，并將功放的鄰道功率比(ACPR)降低了10 dB左右。 0 引言 射頻功率放大器作為無線通信系統(tǒng)中最主要的非線性器件，具有幅度/幅度和幅度/相位失真的缺點(diǎn)，這種非線性產(chǎn)生的失真嚴(yán)重影響通信的質(zhì)量。另外，隨著無線通信技術(shù)的迅猛發(fā)展，如WCDMA，OFDM等，都要求功放具有很高的線性度。改善射頻功率放大器線性度的線性化技術(shù)有很多，數(shù)字基帶預(yù)失真技術(shù)是其中性價(jià)比最高的一種。目前，數(shù)字預(yù)失真技術(shù)已在軟件仿真方面取得了長足進(jìn)步，但在硬件上還存在著很大的不足，即硬件環(huán)境很難完全在仿真中得到體現(xiàn)。因此，本文提出了基于數(shù)字預(yù)失真技術(shù)的射頻功率放大器線性化系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)方案，并對(duì)該方案進(jìn)行了具體設(shè)計(jì)。 1 系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì) 1.1 數(shù)字預(yù)失真的基本原理 數(shù)字預(yù)失真就是對(duì)輸入的基帶信號(hào)做一個(gè)與功率放大器特性互逆的非線性處理單元，從而達(dá)到提高功率放大器線性度的目的，其基本原理如圖1所示。 
1.2 系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)與功能 該數(shù)字預(yù)失真系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)主要包括3部分：數(shù)字基帶信號(hào)處理、本振源設(shè)計(jì)以及功率放大器的數(shù)字控制功率輸出，如圖2所示。
圖2虛線部分在DSP(TI公司的TMS320VC5502)內(nèi)實(shí)現(xiàn)，它包括信源調(diào)制、成型濾波和自適應(yīng)數(shù)字預(yù)失真等軟體設(shè)計(jì)。另外，DSP通過GPIO控制其余2部分：本振頻率的輸出以及數(shù)控衰減器控制功率的輸出，達(dá)到交互的目的。下面將具體介紹該硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)。 2 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì) 2.1 DSP處理器基本外圍電路設(shè)計(jì) TMS320VC5502是TI公司的一款高性能、低功耗的定點(diǎn)運(yùn)算DSP處理器。它具有300 MHz雙MAC的強(qiáng)大性能，能夠?qū)崿F(xiàn)高速、大容量的數(shù)字信號(hào)處理。數(shù)字預(yù)失真是在基帶里做大量的數(shù)字信號(hào)處理，TMS320VC5502正好可以滿足系統(tǒng)設(shè)計(jì)的要求。 DSP最小系統(tǒng)是DSP正常工作的最基本系統(tǒng)。本系統(tǒng)中DSP最小系統(tǒng)是以TMS320VC5502為中心，外部還有時(shí)鐘、電源、復(fù)位、UART串口(與PC進(jìn)行通信)以及JTAG仿真接口等電路。 2.2 上下變頻設(shè)計(jì) 本振電路采取AD公司的ADF4360-4器件。它是一款雙模前置分頻型單環(huán)頻率合成器，其主要特點(diǎn)有：該合成器的輸出頻率范圍為1 450～1 750 MHz，且可選擇二分頻(選擇二分頻時(shí)，可輸出725～875 MHz的頻率信號(hào));內(nèi)部集成有壓控振蕩器;工作電壓為3～3.6 V;合成器的輸出信號(hào)功率可編程;可編程雙模前置分頻器的分頻比為8/9，16/17，32/33等。這些特點(diǎn)保證了頻率合成器的輸出頻率精度。ADF4360_4的應(yīng)用電路如圖3所示。
正交調(diào)制器和正交解調(diào)器分別采用AD公司的AD8346與AD8437，它們都具有很高的精度，誤差也較小，在GSM，CDMA，PCS，DCS等數(shù)字通信系統(tǒng)中都有較為廣泛的應(yīng)用例子，具體情況可參考文獻(xiàn)。 2.3 功率控制輸出該模塊由數(shù)控衰減器和高功率射頻功率放大器組成。功率放大器采用AD公司的ADL5530芯片;數(shù)控衰減器采用Tyco Electronics的MAAT-CC0005芯片。該數(shù)控衰減器頻率工作范圍為DC～2.O GHz，衰減的最高幅度是31.5 dB，衰減步進(jìn)是0.5 dB，具有低電壓供電，低功耗等特性，外圍電路簡單，TTL信號(hào)驅(qū)動(dòng)，可直接控制功率放大器的輸入功率，其具體應(yīng)用電路如圖4所示。
3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 該系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)包括2部分：控制與信號(hào)處理設(shè)計(jì)。控制電路包括對(duì)本振輸出頻率的控制和數(shù)控衰減器的數(shù)字控制，比較簡單。信號(hào)處理部分是該系統(tǒng)的核心，圖5為該系統(tǒng)信號(hào)處理程序的流程：在圖5中，TMS320VC5502先向ADF4360_4，MAATCC0005寫控制字，然后，輸出信號(hào)，經(jīng)過預(yù)失真器和非線性功放放大后，與原先信號(hào)相比較，誤差不為0，則做自適應(yīng)信號(hào)處理，更新LUT表，反之，校正成功，程序結(jié)束。由此矯正了功率放大器的非線性度。
4 結(jié)語 本文介紹了數(shù)字預(yù)失真的基本原理，提出了基于數(shù)字預(yù)失真技術(shù)的射頻功率放大器的一種解決方案，并給出了具體的軟硬件設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)。該設(shè)計(jì)在折中功率放大器非線性度與效率地基礎(chǔ)上，提高了功率放大器的性能，有效的節(jié)約了電能。隨著數(shù)字信號(hào)處理器的不斷發(fā)展，數(shù)字預(yù)失真技術(shù)將會(huì)有更為廣闊的應(yīng)用前景。 |
