DPD基本原理及应用演示文稿

1、DPD基础知识培训目录目录第一部分 基本概念第二部分 功率放大器简介第三部分 预失真技术简介第四部分 预失真的应用第五部分 新技术展望基本概念基本概念nP1dB点(1dB压缩点)n功率放大器增益压缩1dB时的功率称1dB压缩点输出功率，简称为1dB压缩点;n对于增益为G的放大器或接收机在1dB压缩点，以dBm计的输入信号功率或驱动功率（PD）由图可见为：dBGPPoutD1基本概念基本概念n三阶交截点IP3反映了所研究系统线性特性。n在线性工作区，如果输入信号功率增加1dB，输出信号功率也增加1dB，而IM3增加3dB，即三阶交调线斜率与所要求输出信号线斜率之比为3:1。n当多级电路级连时，系

2、统总的三阶交截点计算步骤如下：n1把所有交截点转换到系统输入端，转换规则是减去以dB计的增益，加上以dB计的损耗。n2交截点功率用dBm表示。n3假定所有交截点彼此独立互不相关，则总的IP3input为 n mw(1.5) nIPIPIPIPinput3123113113基本概念基本概念nACPR/ACLR(adjacent channel leakage ratio )nACPR(ACPR(邻道泄漏功率比):):用于衡量发信机的发射性能，定义为主信道的发射功率与测得的相邻信道功率之比，单位为dBc。基本概念基本概念nCCDF( Complementary Cumulative Density

3、 Function ) CCDF(互补累积密度函数)指一定时间间隔内信号峰值功率与平均功率之比，正向功率超过给定门限值的概率，通常以0.01%处指标作为测试值。下图给出一个导频信号的例子 02468101210-510-410-310-210-1100the carrier spacing 600KHz original signalwith optimal phase groupwith CAZACnPAR（ peak to average ratio ）nPAR(峰均比)指最大的峰值瞬时功率和平均功率的比值；在实际中，峰值远远大于平均功率发生的概率可能非常小，通常使用的0.01%就是说99

4、.99的x(t)随机采样值的瞬时功率都小于PAR.0001。基本概念基本概念nEVM (error vector magnitude）nEVM（误差矢量幅度):误差向量平均功率与参考信号平均功率之比的平方根，用百分数表示。用来描述理想调制波形与实际测得的调制波形之间的偏差.n用来描述通带内总的失真,提供了传输误差的总体的功率水平 基本概念基本概念n PCDE(peak code domain error,峰值码域误差):是通过按特定扩频因子将矢量误差功率计算映射到码域。每个码字的码域误差是该码字上的平均映射功率与基准复平面波形平均功率之比，并以dB表示。PCDE是所有码字的码域误差中的最大值。

5、n一个特定的PCDE值可以被认为在任何特殊码的最坏的误差功率。-40dB的PCDE值表明，在解扩后，最坏情况下，一个特殊的代码可能具有误差功率为-40dB。有些代码可能具有更好的表现，但最不幸的代码可能具有-40dB的性能。nEVM与PCDE：EVM用来描述通带内总的失真，仅仅提供了传输误差的总体的功率水平，而PCDE却提供了一个描述这些失真的更加精确的方法并给出了这个误差在码域具有什么样的形式。基本概念基本概念nAQMC （Anolog Quad Modulation Compensation） AQMC是为了补偿模拟正交调制器带来的I、Q数据幅度和相位的不平衡和直流分量而引入的，其目的就是

6、通过AQMC的补偿作用来消除整个链路的I、Q数据幅度和相位的不平衡和直流分量，从而提高信号质量。 nEQ（Equalizer） 均衡就是均衡器产生与信道特性相反的特性，用来抵消信道产生的各种干扰，即通过均衡器消除信道的时间和频率选择性。实现均衡的滤波器称为均衡器，可分为时域均衡和频域均衡两种。时域均衡是直接从时间响应考虑，使包括均衡器在内的整个系统的冲激响应满足无码间串扰条件。频域均衡是从频率响应考虑，使包括均衡器在内的整个系统的总传输函数满足无失真传输条件。目录目录第一部分 基本概念第二部分 功率放大器简介第三部分 预失真技术简介第四部分 预失真的应用第五部分 新技术展望功率放大器简介功率放

7、大器简介 功放的基本结构功放的基本结构功放原理图功放原理图功率放大器简介功率放大器简介 功放的基本结构功放的基本结构功放内部布局图功放内部布局图功率放大器简介功率放大器简介 功放的基本结构功放的基本结构n功放的静态工作点gsVDIdVDImaxDVDQVmaxDIA类功放为例功率放大器简介功率放大器简介 功放的基本结构功放的基本结构n功放的导通角功率放大器简介功率放大器简介 功放的基本结构功放的基本结构n功放的分类功率放大器简介功率放大器简介 功放的基本结构功放的基本结构n各种功放的效率功率放大器简介功率放大器简介 功放的失真特性原理功放的失真特性原理n对于理想的功率放大器，可将其表示为n对于

8、实际的放大器而言，其表达式如下 其中P 是输入信号的功率包络，f 是输入信号的频率，G 是目标增益。n系统在实现时，通常分成两部分来实现，一部分是和频率无关的AM-AM 和AM-PM 失真的校正，另一部分是记忆效应的校正。joutinPGe P( ,)( ,)jjP foutinPGe G P f ePn在带宽比较宽的时候 ，线性失真对DPD的效果影响巨大 ，主要是由系统的记忆效应引起的。系统的带宽越宽，记忆效应表现越明显，下图表征的是无记忆系统、双音信号和宽带白噪声通过有记忆系统的幅度响应图。功率放大器简介功率放大器简介 功放的失真特性原理功放的失真特性原理功率放大器简介功率放大器简介 功放

9、的失真特性：功放的失真特性：AM与与PMn功放的失真特性可以分为两个方面：AM-AM与AM-PMnAM-AM AM-AM失真是指输出信号随输入信号幅度变化的失真幅度特性 nAM-PM AM-PM失真是指输出信号随输入信号幅度变化的失真相位特性。 nAM-AM与AM-PM失真特性是在某一个频点测量数据，所以它反映的只是该频点处放大器的非线性特性。下图给出了AM-AM和AM-PM的失真图例。功率放大器简介功率放大器简介 功放的失真特性：功放的失真特性：AM与与PM(a) AM-AM失真 (b) AM-PM失真功率放大器简介功率放大器简介 功放的失真特性：记忆效应功放的失真特性：记忆效应n作为非线性

10、有源器件，功放的记忆记忆效应分为两类：电学记忆效应和热学记忆效应n电学记忆效应为us级，热学记忆效应则有ms级。电学、热学记忆效应会造成各互调分量失真的上下边带不对称。 n如果信号的带宽比较窄，则记忆效应可能表现得不太明显；如果信号的带宽非常宽，记忆效应就不能忽略了。 n记忆效应反映了系统的惯性，这种惯性在我们常见的线性时不变系统中，其数学表达即为卷积。对于记忆效应可以看到的实验现象是出现失真的左右肩不平衡，带宽越宽，这种特性越明显，通过调整功放的栅压可以改变这种不平衡的状态。 功率放大器简介功率放大器简介 功放的失真特性：记忆效应功放的失真特性：记忆效应(a) 电学记忆效应频率特性 (b)

11、电学记忆效应相位特性功率放大器简介功率放大器简介 功放的线性化和效率功放的线性化和效率n功放的线性化和效率始终是一对矛盾：n线性化要求功放尽量将信号的放大区间位于自身的线性区，线性化技术包括：输出功率回退法（Output Power Backoff，OPB）、前馈法（Feed Forward，FF）、包络消除和再生 (Envelope Elimination and Restoration EE&R)法，预失真法（Predistortion）等 n效率上的设计要求功放的增益尽量的大。提高效率的方法目前所了解的就是降信号的峰均比。n下面简要介绍一下相关的技术功率放大器简介功率放大器简介

12、功放线性化：前馈法功放线性化：前馈法n前馈法前馈法 n其原理是利用输入标准信号（PA放大前的信号）与输出实际信号（PA放大后除上放大倍数的信号）之差值，该差值再乘上放大倍数后与输出实际信号进行加减运算，以获得功放的线性性能。 SplitterA1MainamplifierTimedelaySubtracterC1TimedelayA2ErroramplifierC2Output功率放大器简介功率放大器简介 功放线性化：前馈法功放线性化：前馈法n前馈法前馈法的优缺点n优点 两个系统的叠加可以增大整个系统的带宽从而改善记忆效应，并且抵消非线性量。前馈技术可以取得IMD30dB的抵消效果，并且对记忆

13、效应不敏感，可与预失真（Predistortion）方法联合使用，以取得更好线性化效果。 n缺点n误差放大器线性化性能应足够好的 IMD 性能n误差放大器能够承受较大的峰值功率（包括在环路失锁时） n对误差放大器的平均功率有较高要求 n系统复杂、造价高、功率效率低、生产调试复杂等 n工程上没有实现功率放大器简介功率放大器简介 功放线性化：反馈法功放线性化：反馈法n反馈法反馈法 n反馈法是将功率放大器输出的非线性失真信号反馈到输入端，与原输人信号共同作为功率放大器的输入信号，以减少功率放大器的非线性。 n适用于单载波，单信道情况，易于集成，适用于手机中的功放，稳定的工作带宽较窄InputSpli

14、tterA1MainamplifierTimedelaySubtracterC1C2OutputGaincontrollerPhasecontroller功率放大器简介功率放大器简介 功放线性化：预失真法功放线性化：预失真法n预失真法实现原理图预失真法实现原理图高功放预失真参数自适应估计器输出信号输入信号延迟预失真表地址产生模块预失真参数表反馈信号采样模块 预失真法原理简单，容易实现，成本低，发达的数字处理技术和高速的数字芯片是其得到广泛应用的基本条件。目录目录第一部分 基本概念第二部分 功率放大器简介第三部分 预失真技术简介第四部分 预失真的应用第五部分 新技术展望预失真技术简介预失真技术简

15、介 基本原理基本原理n预失真法原理框图预失真法原理框图n预失真法实现框图预失真法实现框图预失真技术简介预失真技术简介 实现框图实现框图预失真技术简介预失真技术简介 关键技术：采数关键技术：采数n数据样本的采集数据样本的采集 n数据采集的原则：1）、采集速度快为了提高采集速度，采数和数据筛选在FPGA中进行2）、样本准确n默认合理的样本准则是，同样的功率等级上大功率点多的数据样本所提取的预失真表格适应性更好。n采用大峰值筛数策略n采用直方图采数策略预失真技术简介预失真技术简介 关键技术：数据预处理关键技术：数据预处理n得到数据样本之后，前向数据和反馈数据可以用下式表示：n其中： 频偏； 时延；

16、幅度差； 相位差 n数据预处理的目的就是将这些参量去掉n数据预处理包括： 数据判断、频偏消除、时延校准、幅度相位校准。n数据判断n数据判断是为了保证所采集的数据是合理的；n前向数据判断是为了保证在做完预失真之后DA不会饱和。n反馈数据判断是为了保证反馈链路的数据是正常的。n频偏估计n系统的频偏基本上是固定的，在解调时使用一个固定的值。njjeGenynx)()(G预失真技术简介预失真技术简介 关键技术：数据预处理关键技术：数据预处理n时延校准n时延校准分为粗时延和精时延两种，粗时延的校准效果如下图预失真技术简介预失真技术简介 关键技术：数据预处理关键技术：数据预处理n粗时延是不够精确的，须将数

17、据进行N倍内插之后再进行一次精时延校准，把精度提高到粗时延的1/N。预失真技术简介预失真技术简介 关键技术：数据预处理关键技术：数据预处理n幅度对齐n幅度对齐的目的是使得所用数据提取的表格的增益为1.n因为这个方面还没有做得非常成熟，对齐分为两步1）、幅度对齐2）、能量对齐11( )( )Njnx nGeNy n2121( )( )NnNnx nGy n预失真技术简介预失真技术简介 关键技术：无记忆多项式模型关键技术：无记忆多项式模型n经典多项式模型是业内使用最多，也是最稳定的模型之一。其表达式如下：n其中：xn是输入信号 yn是输出信号 Pn是模型的索引量（用xn的模值或者功率生成） 是多项

18、式模型的系数 当xn是功放输入， yn是功放输出时，模型是功放模型。 当xn是功放输出， yn是功放输入时，就是预失真模型。230123(.)( )mnnnnnmnnyxppppxf p0123,.m 预失真技术简介预失真技术简介 关键技术：无记忆多项式模型系数的提取（关键技术：无记忆多项式模型系数的提取（1）n预失真系数是通过RMS算法得到的，计算过程如下： 求n用向量表示为n其中230123min(.)mnnnnnmnyxpppp.* .*YXP W211122222111mmmnnnppppppPppp1112221nnnmxxxxxxXxxx 012mW12TnYyyy预失真技术简介预

19、失真技术简介 关键技术：无记忆多项式模型系数的提取（关键技术：无记忆多项式模型系数的提取（2）n为了使得 最小，并令则 则 n为得到 的极小极值，对上式求W的微分得： （A） 式中：n显然（A）式的最小二乘解为n至此求得多项式的系数2.*XPA222TTTYYA WW AA W222RWQ TRAATQYA1WR Q012,mW 预失真技术简介预失真技术简介 关键技术：经典记忆多项式模型关键技术：经典记忆多项式模型n由右图（记忆深度为2）可得表达式：n其中 n为当前时刻，n-1为前一时刻，n-2为前二时刻0111222()()()nnnnnnnyfpxfpxfpx( )f pp预失真技术简介预

20、失真技术简介 关键技术：记忆多项式模型系数的提取（关键技术：记忆多项式模型系数的提取（1）n对下式进行多项式展开n用向量式子中的各量0111222()()()nnnnnnnyfpxfpxfpx012222333222111222444333222222111222111111111mmmmmmmmmnnnnnnnnnPPPPppppppppppppppppppppppppppp预失真技术简介预失真技术简介 关键技术：记忆多项式模型系数的提取（关键技术：记忆多项式模型系数的提取（2）01233322211144433322211122233nnnnnnnnnmXXXXxxxxxxxxxxxxxx

21、xxxxxxxxxxxxx 333332222211111444443333322222111112222233.*mmmmmmmmmnnnnnnnnnnnnnnnmAXPxx px pxx px pxx px pxx px pxx px pxx px pxx px pxxpxpxxpxp 预失真技术简介预失真技术简介 关键技术：记忆多项式模型系数的提取（关键技术：记忆多项式模型系数的提取（3）n同样使用最小二乘法可以得到与无记忆多项式模型相同的求解过程，这里不再赘述。n利用下式可以得到记忆多项式的系数n其中1WA Y01212212232,mmmmmmW 预失真技术简介预失真技术简介 关键技

22、术：经典记忆多项式模型系统实现关键技术：经典记忆多项式模型系统实现12132( )()*( )()*(1)()*(2).DPDnnnXnf PX nfPX nf PX n预失真技术简介预失真技术简介 关键技术：表格生成关键技术：表格生成n表格生成表格生成 n表格生成中主要理解三个过程 1）、Pn的生成过程 2）、系数的应用过程 3）、实际信号与索引Pn的一一对应过程 21( ( )/2 ;( ( ) /2QQnnPabs x nPabs x n12132( )()*( )()*(1)()*(2).DPDnnnXnf PX nfPX nf PX n预失真技术简介预失真技术简介 关键技术：表格校验

23、（关键技术：表格校验（1）n表格校验表格校验n表格校验分为前校和后校两部分表格前校示意图表格前校示意图预失真技术简介预失真技术简介 关键技术：表格校验（关键技术：表格校验（2）n表格前校通过则下载该表，下表后，重新采集数据，不再进行时延对齐，用前一次计算的结果对齐时延，完成预处理，计算X和Y的频域值的差值：n用前后各m（点数m根据带快定标或者按最大值定标，各个系统用的数据不同，这里推荐m=100）个点进行比较。 n表格后校通过在应用该表，不通过则使用原来的表格n表格校验结束_()()newnewPsdnewpsd Xpsd Y目录目录第一部分 基本概念第二部分 功率放大器简介第三部分 预失真技

24、术简介第四部分 预失真的应用第五部分 新技术展望预失真应用预失真应用 CDMA系统系统CDMA4C信号信号预失真效果预失真效果预失真应用预失真应用 GSM系统系统GSM6C预失真效果预失真效果预失真应用预失真应用 LTE系统系统LTE控制符号控制符号预失真应用预失真应用 LTE系统系统LTE业务符号业务符号目录目录第一部分 基本概念第二部分 功率放大器简介第三部分 预失真技术简介第四部分 预失真的应用第五部分 新技术展望新技术展望新技术展望n为了提高现有模型的适用性，为了提高现有模型的适用性，DPD相关的新技术有：相关的新技术有： 1）、均衡技术）、均衡技术 2）、快速表格切换）、快速表格切换

25、 3）、预失真级联）、预失真级联n为了提高功放的效率，近年来提出了很多新技术，这里为了提高功放的效率，近年来提出了很多新技术，这里主要介绍一下对主要介绍一下对DPD挑战比较大的挑战比较大的ET（envelope tracking包络跟踪）技术）技术新技术展望新技术展望 ET基本原理（基本原理（1）ET原理图原理图新技术展望新技术展望 ET基本原理（基本原理（2）普通供电模型普通供电模型ET供电模型供电模型新技术展望新技术展望 ET基本原理（基本原理（3）ET在公司的发展新技术展望新技术展望 ET算法中算法中DPD需要解决的几个问题（需要解决的几个问题（1） 数据特性：ET算法采集到的数据是不同

26、电压下的，因此数据的增益各有不同。 电压切换时间：在改变过程中需要时间，即从20v到22v的一个变化要求，可能要经历一个时间段才能完成。 时延校正：主辅两路时延要一致。表格适应性：或者称表格的实时性。对于当前数据得到的预失真表格对下一时刻数据的适应性需要进行长时间的评估。下面是问题讨论时间下面是问题讨论时间复习提纲复习提纲n第一部分 基本概念nP1dB点(1dB压缩点)n三阶交截点IP3nACPR(ACPR(邻道泄漏功率比) )nCCDF(互补累积密度函数)nPAR(峰均比)nEVM（误差矢量幅度)nPCDE(peak code domain error,峰值码域误差)nAQMC （Anolog Quad Modulation Compensation