DSP+GC5322實(shí)現(xiàn)數(shù)字預(yù)失真系統(tǒng)
??????? 數(shù)字預(yù)失真技術(shù)目前已經(jīng)在軟件實(shí)現(xiàn)上得到了初步的發(fā)展。目前一般的預(yù)失真技術(shù)采用軟件架構(gòu)，使用數(shù)字信號處理器采集功放功率值，并分析其變化曲線，形成數(shù)據(jù)表格，并存儲(chǔ)。在以后的發(fā)射之前根據(jù)存儲(chǔ)的表格數(shù)據(jù)對發(fā)射功率進(jìn)行預(yù)校正。該方法在實(shí)際工作中由于電磁環(huán)境變化、溫度變化、功放元器件老化、晶體頻率飄移等影響，使得預(yù)校正數(shù)據(jù)和真實(shí)校正數(shù)據(jù)存在較大的偏差，從而影響校正效果，甚至向反方向校正情況。軟件校正形成校正數(shù)據(jù)需要較長的時(shí)間，一般為幾十秒以上，使得實(shí)時(shí)校正難以實(shí)現(xiàn)。這樣使得軟件數(shù)字預(yù)失真技術(shù)的實(shí)用性降低，適用場合減少。
本文提出一種基于硬件的數(shù)字預(yù)失真校正系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法。采用TI公司的數(shù)字信號處理器DSP芯片C6727B和專用的數(shù)字預(yù)失真芯片GC5322實(shí)現(xiàn)預(yù)失真系統(tǒng)。文中重點(diǎn)介紹DSP和GC5322的軟硬件連接。硬件數(shù)字預(yù)失真系統(tǒng)由專用器件實(shí)現(xiàn)預(yù)失真處理，解決預(yù)失真的實(shí)時(shí)性問題;此外，進(jìn)行預(yù)失真系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，只需要實(shí)現(xiàn)對硬件芯片的配置，而無須編寫復(fù)雜的算法，簡化實(shí)現(xiàn)難度。
預(yù)失真技術(shù)和GC5322
數(shù)字預(yù)失真(DPD，Digital Pre-DistorTIon)的工作原理就是預(yù)先產(chǎn)生非線性失真分量，去抵消功放中產(chǎn)生的非線性產(chǎn)物。一般的中頻預(yù)失真和射頻預(yù)失真，都是以發(fā)射系統(tǒng)最終輸出信號的三階交調(diào)功率比來衡量其性能指標(biāo)。和模擬預(yù)失真以及前饋架構(gòu)相比，數(shù)字預(yù)失真在提高效率、多載波應(yīng)用、修正效果以及自適應(yīng)方面具有很大的優(yōu)勢。對于零中頻架構(gòu)的無線信號收發(fā)系統(tǒng)，數(shù)字預(yù)失真在修正零中頻架構(gòu)中的本振泄漏和鏡像抑制方面, 具有非常好的效果。功放預(yù)失真示意圖如圖1所示。
圖1 預(yù)失真示意圖
數(shù)字預(yù)失真系統(tǒng)的構(gòu)成框圖如圖2所示?；鶐л斎胄盘柡痛鎯?chǔ)在數(shù)據(jù)查找表的預(yù)失真數(shù)據(jù)經(jīng)過復(fù)增益調(diào)整模塊處理，處理后的數(shù)據(jù)從DAC發(fā)送出去，完成預(yù)失真處理。同時(shí)，ADC開始采樣發(fā)射數(shù)據(jù)，得到當(dāng)前發(fā)射信號的功率值，經(jīng)過濾波器去抖動(dòng)和噪聲后，送入自適應(yīng)算法模塊，自適應(yīng)算法模塊綜合基帶輸入信號和實(shí)際發(fā)射出去的信號，得到新的預(yù)失真數(shù)據(jù)，并存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)查找表中，從而完成實(shí)時(shí)的功放工作曲線校正。
圖2 數(shù)字預(yù)失真系統(tǒng)構(gòu)成
從圖2中可以看出，預(yù)失真工作需要實(shí)時(shí)ADC采樣，并實(shí)時(shí)處理數(shù)據(jù)。工作量較大，由于一般的處理系統(tǒng)不能實(shí)時(shí)處理，只能在發(fā)射真實(shí)信號前，預(yù)先發(fā)射測試數(shù)據(jù)，生成數(shù)據(jù)查找表，以后則以此表格數(shù)據(jù)修正功放工作曲線。顯然，這種方法很難實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)處理，為了解決實(shí)時(shí)修正問題，TI公司推出GC5322預(yù)失真處理芯片。
GC5322的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖3所示。信號發(fā)射模塊主要包括自動(dòng)增益控制(AGC，AdapTIve Gain Control)、導(dǎo)頻插入(Pilot Insertion)、功率尺(Power Meter)、峰均比壓縮(CFR，Crest Factor Reduction)、小數(shù)內(nèi)插重采樣(FFR，F(xiàn)ractional Farrow Re-sampler)以及限幅器(Circular Limiter)等模塊。發(fā)射模塊可以實(shí)現(xiàn)2個(gè)寬帶信號，例如2個(gè)10MHz帶寬的OFDMA信道;或者實(shí)現(xiàn)4個(gè)中帶信號，例如4個(gè)5MHz帶寬的WCDMA載波;或者實(shí)現(xiàn)12個(gè)窄帶信號，例如12個(gè)CDMA2000/TDSCDMA載波。
圖3 GC5322的內(nèi)部結(jié)構(gòu)
預(yù)失真模塊是GC5322的最重要功能。該模塊的主要單元包括ADC/DAC接口、實(shí)數(shù)復(fù)數(shù)變換、帶反饋環(huán)的均衡器和校準(zhǔn)器、預(yù)失真處理模塊、發(fā)射均衡器和混頻器等。
ADC轉(zhuǎn)換器采集功放輸出信號，轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號并變換后成為反饋信號進(jìn)入反饋環(huán)節(jié);反饋信號經(jīng)過一系列的下變頻處理，包括增益調(diào)整、頻率和相位歸一化處理等。其中還使用一個(gè)8階的反饋均衡器實(shí)現(xiàn)射頻到中頻的失真校正。