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功率放大器衰减器数字基于DSP的数字预失真系统设计

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0 引言
射频功率放大器作为无线通信系统中最主要的非线性器件,具有幅度/幅度和幅度/相位失真的缺点,这种非线性产生的失真严重影响通信的质量。另外,随着无线通信技术的迅猛发展,如WCDMA,OFDM等,都要求功放具有很高的线性度。改善射频功率放大器线性度的线性化技术有很多,数字基带预失真技术是其中性价比最高的一种。目前,数字预失真技术已在软件仿真方面取得了长足进步,但在硬件上还存在着很大的不足,即硬件环境很难完全在仿真中得到体现。因此,本文提出了基于数字预失真技术的射频功率放大器线性化系统的硬件设计方案,并对该方案进行了具体设计。

1 系统的整体设计
1.1 数字预失真的基本原理
数字预失真就是对输入的基带信号做一个与功率放大器特性互逆的非线性处理单元,从而达到提高功率放大器线性度的目的,其基本原理如图1所示。

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1.2 系统整体结构与功能
该数字预失真系统硬件设计主要包括3部分:数字基带信号处理、本振源设计以及功率放大器的数字控制功率输出,如图2所示。

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图2虚线部分在DSP(TI公司的TMS320VC5502)内实现,它包括信源调制、成型滤波和自适应数字预失真等软体设计。另外,DSP通过GPIO控制其余2部分:本振频率的输出以及数控衰减器控制功率的输出,达到交互的目的。下面将具体介绍该硬件系统设计。

2 硬件系统设计
2.1 DSP处理器基本外围电路设计
TMS320VC5502是TI公司的一款高性能、低功耗的定点运算DSP处理器。它具有300 MHz双MAC的强大性能,能够实现高速、大容量的数字信号处理。数字预失真是在基带里做大量的数字信号处理,TMS320VC5502正好可以满足系统设计的要求。
DSP最小系统是DSP正常工作的最基本系统。本系统中DSP最小系统是以TMS320VC5502为中心,外部还有时钟、电源、复位、UART串口(与PC进行通信)以及JTAG仿真接口等电路。
2.2 上下变频设计
本振电路采取AD公司的ADF4360-4器件。它是一款双模前置分频型单环频率合成器,其主要特点有:该合成器的输出频率范围为1 450~1 750 MHz,且可选择二分频(选择二分频时,可输出725~875 MHz的频率信号);内部集成有压控振荡器;工作电压为3~3.6 V;合成器的输出信号功率可编程;可编程双模前置分频器的分频比为8/9,16/17,32/33等。这些特点保证了频率合成器的输出频率精度。ADF4360_4的应用电路如图3所示。

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正交调制器和正交解调器分别采用AD公司的AD8346与AD8437,它们都具有很高的精度,误差也较小,在GSM,CDMA,PCS,DCS等数字通信系统中都有较为广泛的应用例子,具体情况可参考文献。

2.3 功率控制输出
该模块由数控衰减器和高功率射频功率放大器组成。功率放大器采用AD公司的ADL5530芯片;数控衰减器采用Tyco Electronics的MAAT-CC0005芯片。该数控衰减器频率工作范围为DC~2.O GHz,衰减的最高幅度是31.5 dB,衰减步进是0.5 dB,具有低电压供电,低功耗等特性,外围电路简单,TTL信号驱动,可直接控制功率放大器的输入功率,其具体应用电路如图4所示。

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3 系统软件设计
该系统的软件设计包括2部分:控制与信号处理设计。控制电路包括对本振输出频率的控制和数控衰减器的数字控制,比较简单。信号处理部分是该系统的核心,图5为该系统信号处理程序的流程:在图5中,TMS320VC5502先向ADF4360_4,MAATCC0005写控制字,然后,输出信号,经过预失真器和非线性功放放大后,与原先信号相比较,误差不为0,则做自适应信号处理,更新LUT表,反之,校正成功,程序结束。由此矫正了功率放大器的非线性度。

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4 结语
本文介绍了数字预失真的基本原理,提出了基于数字预失真技术的射频功率放大器的一种解决方案,并给出了具体的软硬件设计实现。该设计在折中功率放大器非线性度与效率地基础上,提高了功率放大器的性能,有效的节约了电能。随着数字信号处理器的不断发展,数字预失真技术将会有更为广阔的应用前景。


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