集成微系统科学工程与应用重点实验室
The Key Laboratory of Integrated Microsystems

参数可配置的PA建模及自适应预失真研究

时间:2020-08-21

为满足用户对移动数据高速率、低延迟的传输需求,通信系统不断演进,通信频段持续抬升,信号带宽逐步拓宽,这极大地增加了无线通信系统的设计难度。射频功率放大器(Radio Frequency Power Amplifier, RF PA)是无线收发机中的核心模块,其设计本就面临着线性度、效率等多方面折衷。在新的设计要求下,其非线性行为由于记忆效应的加剧而变得更加复杂。王海锐同学以PA 的系统级建模问题为研究导向,探讨了PA 建模的可配置化实现及自适应预失真的研究,为具体电路的硬件实现提供设计指导。

为展开对PA 建模及发射机系统的研究,该同学基于先进设计系统(Advanced Design System, ADS)开发平台搭建了发射机仿真系统,采用正交幅度调制(Quadrature Amplitude Modulation, QAM)方式。通过设计PA 电路模块替代系统中的理想PA 模块,论证了电路和系统级混合仿真的可行性。借助混合系统仿真,获取PA 电路模块的输入输出数据,可用于后续的建模研究。

图1  QAM仿真系统原理图

为了实现PA 建模的可配置化,该同学研究了基于记忆多项式(Memory Polynomial,MP) 的PA 模型。针对其中的参数维度的选取问题,首先分析了按阶递推最小二乘法(Recursive Least Square, RLS)在求解最优非线性阶数上的应用流程,并对算法进行实现;接着,提出利用信息熵的方式获取最优记忆深度,并阐述了求解的原理和过程。结合两种方法选定模型维度后,使用RLS 算法提取模型参数。仿真发现,建模精度可达-50 dB。借助该方式可以有条件地实现PA 建模的可配置化。

图2  记忆多项式模型拟合结果与原始数据对比

以上述混合仿真系统为基础,该同学研究了PA 线性化技术中的自适应预失真。首先加入了预失真器(Predistorter, PD)模块验证线性补偿效果,结果表明:补偿后线性误差仅为-50 dB 左右,相邻信道功率比(Adjacent Channel Power Ratio, ACPR)可以改善约17dB。随后讨论了自适应实现的相关技术:时延估计及归一化增益选择。最后,将多种技术综合,搭建了完整的自适应预失真系统仿真链路。在该链路中,PD 与自适应处理单元协同工作,PD 参数可以跟随PA 特性的改变而进行自适应调整,从而保持良好的线性放大性能。

图3  数字预失真过程

图4  自适应数字预失真工作流程图

图5  自适应预失真时域仿真结果

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