随着多载波调制技术的发展,调制电平也随之增加。功放的各种线性和非线性失真对无线数据传输性能的影响越来越大。尤其是功放发射峰均比较大时,发射功率变化较大,有时甚至会造成功放的自保护,导致停止发射或者烧毁功放。功放的实际工作曲线不是呈线性变化,而是呈非线性变化,而且不同的功放曲线变化不一致,就是同一个功放在不同工作环境下其曲线也不一致。这样,使得无法使用一种通用的算法公式校正功放的工作曲线。为此,提出功放预失真技术,校正功放的非线性工作曲线,使得实际发射功率稳定。
数字预失真技术目前已经在软件实现上得到了初步的发展。目前一般的预失真技术采用软件架构,使用数字信号处理器采集功放功率值,并分析其变化曲线,形成数据表格,并存储。在以后的发射之前根据存储的表格数据对发射功率进行预校正。该方法在实际工作中由于电磁环境变化、温度变化、功放元器件老化、晶体频率飘移等影响,使得预校正数据和真实校正数据存在较大的偏差,从而影响校正效果,甚至向反方向校正情况。软件校正形成校正数据需要较长的时间,一般为几十秒以上,使得实时校正难以实现。这样使得软件数字预失真技术的实用性降低,适用场合减少。
本文提出一种基于硬件的数字预失真校正系统的设计方法。采用TI公司的数字信号处理器DSP芯片C6727B和专用的数字预失真芯片GC5322实现预失真系统。文中重点介绍DSP和GC5322的软硬件连接。硬件数字预失真系统由专用器件实现预失真处理,解决预失真的实时性问题;此外,进行预失真系统设计时,只需要实现对硬件芯片的配置,而无须编写复杂的算法,简化实现难度。
预失真技术和GC5322
数字预失真(DPD,Digital Pre-Distortion)的工作原理就是预先产生非线性失真分量,去抵消功放中产生的非线性产物。一般的中频预失真和射频预失真,都是以发射系统最终输出信号的三阶交调功率比来衡量其性能指标。和模拟预失真以及前馈架构相比,数字预失真在提高效率、多载波应用、修正效果以及自适应方面具有很大的优势。对于零中频架构的无线信号收发系统,数字预失真在修正零中频架构中的本振泄漏和镜像抑制方面, 具有非常好的效果。功放预失真示意图如图1所示。
图1 预失真示意图
图2 数字预失真系统构成
ADC转换器采集功放输出信号,转换成数字信号并变换后成为反馈信号进入反馈环节;反馈信号经过一系列的下变频处理,包括增益调整、频率和相位归一化处理等。其中还使用一个8阶的反馈均衡器实现射频到中频的失真校正。
系统以数字信号处理器DSP芯片C6727B为核心单元,实现对整个过程的控制。C6727B是TI公司在C671x基础上发展的浮点型DSP,其最高工作频率达到350MHz。单个指令周期可以执行6个浮点数据运算,最高达到2100MFLOPS;片内具有256KB的RAM;片内外设有EMIF、UHPI、音频接口、dMAX、定时器以及IIC、SPI等接口。完全满足对GC5322控制的要求。整个系统硬件结构如图4所示。
图4 系统硬件结构
图5 C6727B和GC5322的连接
系统软件设计
系统软件设计主要包括GC5322的初始化、DSP的初始化、EMIF接口设置、中断使能、ADC/DAC设置等。系统初始化后,DSP判断当前是否有数据需要发送,数据的读写通过判断是否有挂起的中断,该中断由GC5322产生,一旦GC5322收到基带数据,将发出该中断。无数据读写情况下,DSP将定期检测GC5322的测试信号,以便确定GC5322在正常工作。也可以根据需要,将GC5322设置到低功耗状态。
如果GC5322开始工作,则启动ADC开始采样,并控制时序将ADC采样后数据传输到GC5322,GC5322根据设置进行预失真处理,从而校正DAC的输出幅度,完成预失真处理。
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