CN106559044A - 一种应用于多模多频mmmb射频功放的数字预失真线性化的系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种应用于多模多频MMMB射频功放的数字预失真线性化的系统，其包括：A.数字预失真DPD模块：DPD包括DPD状态机、插值器、相关与自适应引擎和数字预失真引擎，此外还引入CFR(波峰因子降低模块)；B.数字预失真DPD与多模多频MMMB功放的结合模块：采用混合型DC/DC变换器，包括一个线性放大器、一个比较器(迟滞比较器)和一个Buck式开关部分，这种结构可以为宽带信号提供高效率和高保真度。

Description

一种应用于多模多频MMMB射频功放的数字预失真线性化的系统

技术领域

本发明涉及一种应用于多模多频MMMB射频功放的数字预失真线性化的系统，尤其涉及一种能适应多模多频宽频的功放系统。

背景技术

多模多频段对射频系统来说挑战最大，为了适应未来的这些需求，各个厂家和器件都在向宽频的方向进行发展。特别是PA的宽频的发展目前还是存在一定滞后,因此，针对多模多频的PA需要提出一种新的设计思想或方法来解决目前的瓶颈。

新一代多模多频MMMB通信技术的特点是大容量、多载波、多电平、高带宽和较高的峰均比，这就对射频功率放大器提出了非常高的要求。与此同时，市场对于射频多模芯片的需求是大势所趋，2G、3G、LTE三种制式将在很长一段时间内长期共存，这就需要LTE兼容以往的模式，组成单芯片解决方案。由于OFDM信号具有很高的峰值平均功率比(Peak-to-Average Ratio，PAR)，和多模多频通信系统采用了非恒包络的数字调制方式，这对电路特别是射频功率放大器的非线性非常敏感。射频功率放大器失真引起输入信号的频谱再生，会对相邻信道中的通信产生了干扰。其非线性还会引起带内失真，这损坏了发射信号的完整性，导致接收机端出现高误码率。

将数字预失真DPD技术应用于智能多模多频终端设备的线性化可解决以上问题，并有它不同于基站设备的特色：DPD需要快速跟踪剧烈变化的外部环境变化，特别的，当设备电池充放电时会导致PA供电电压的剧烈变化，这就对PA的性能有极大影响。这种情况发生在智能终端设备移动时，发射天线周围的反射物会不断变化，从而导致负载失配变化，进而导致PA性能的恶化。电源电压变化和负载失配都会使得智能移动终端设备的PA非线性发生畸变，这是由于当电源充放电以及负载大小变化时，智能移动终端设备的饱和输出功率会变化几个分贝。另外，智能移动终端设备的平均输出功率变化的范围比基站设备要大得多。以上均是DPD应用于多模多频MMMB功放系统的研究重点和难点，解决这些问题有着极高的科学价值和实际意义。

由于结合多模多频MMMB和数字预失真的射频功放设计难度高，实现困难，目前世界上针对该系统的芯片产品还非常少。2013年2月22日,高通发布了最新射频芯片RF360，该芯片支持全球40多种蜂窝网络频段。高通称,希望借此芯片实现支持全球4G LTE网络的目标。尽管高通发布最新消息，将在2013年下半年推出以CMOS制程生产的PA，支持LTE-FDD、LTE-TDD、WCDMA、EV-DO、CDMA 1x、TD-SCDMA与GSM/EDGE七种模式，频谱将涵盖全球使用中的逾40个频段，以多频多模优势宣布进军PA产业，但其性能还有待检验。因此该芯片的研发具有非常重要的科学与市场价值。

在学术界，针对多模多频射频功率放大器的数字预失真研究已经成为研究热点。其研究的热点也集中在手持设备的低功耗射频功率放大器的设计，Bobae K.提出了基于InGaP/GaAs HBT和pHEMT的工艺，完成高、低功耗两种模式的控制和转换，从而提高了射频功放的PAE，降低了功耗；在有人提出了数字预失真DPD结合包络跟踪(Envelope Tracking)和包络调制(EnvelopeModulator)来调节射频功放的工作区，使射频功放的电源随着输入信号的包络变化，从而提高了射频功放的线性度和效率(即PAE)；Hardik G.[11]研究了一种用于提高大功率射频功放线性度的方法，该方法基于Volterra级数的数字预失真线性化技术，可以扩大功放的线性范围，降低波峰因子(Crest Factor),使射频功放可以提高无线发射机的频谱效率和发射信号调制精度；Hardik G.提出了针对多模式、多带宽和多标准的射频发射机，来消除RF系统链路的损失，比如射频功放的线性/非线性失真，IQ不平衡，DC偏移等，这些技术包括降低波峰因子、数字预失真和自动增益算法等，为多模式、多带宽的射频发射机设计提出了一种解决方案。

目前我国还未见相关报道如何将数字预失真DPD与多模多频MMMB完整融合，这将是一个十分具有挑战性的领域。本发明旨在提供一种将数字预失真DPD与多模频MMMB完整融合的方法，具体而言，是一种应用于多模多频MMMB射频功放的数字预失真线性化方法。

发明内容

基本发明的目的在于提供一种应用于多模多频MMMB射频功放的数字预失真线性化方法，能更好地解决终端的PA支持多模多频宽频的问题。

本发明的技术方案如下：

一种应用于多模多频MMMB射频功放的数字预失真线性化的系统，其包括：

A.数字预失真DPD模块：

DPD包括DPD状态机、插值器、相关与自适应引擎和数字预失真引擎，此外还引入CFR(波峰因子降低模块)；

其中插值器设定为可配置，以便于可以满足多模多频MMMB规定的各种频带要求，数字预失真引擎拟设计成多级预失真，可以分别针对无记忆特性功放、有记忆特性功放和功放记忆特性随频率变化的三种情况进行分级处理；

预失真状态机完成分级预失真处理、增益补偿、延迟处理、更新复数预失真表等功能部件的调用管理和切换。

B.构建数字预失真DPD与多模多频MMMB功放的结合模块：

采用混合型DC/DC变换器，包括一个线性放大器、一个比较器(迟滞比较器)和一个Buck式开关部分，这种结构可以为宽带信号提供高效率和高保真度。

更具体地，本发明的技术方案包括：

本发明的有益之处在于：

A.研究基于多模多频MMMB功放的数字预失真(DPD)实现整体结构，定量分析各部分对于射频功率放大器线性度的影响；

B.提出功能可配置的预失真器架构，预失真状态机对各层预失真处理、增益补偿、延迟处理、更新复数预失真表等功能部件的调用管理和切换，并且预失真功能部件兼顾了硬件的高速处理和软件的灵活性；

C.基于数字预失真理论和技术，提出一种新的结构简化的有记忆PA的估计模型，及其优化实现；并选择合适的方法构造数字预失真器以便于在最小的资源耗费的前提下，获得尽可能高的预校正精度；

D.提出了基于数字预失真和包络跟踪ET相结合的射频功率放大器设计结构，探索数字线性化技术应用到射频电路的理论和技术难点，拓展了射频功放的设计途径。

具体实施方式

一种应用于多模多频MMMB射频功放的数字预失真线性化的系统：

A.架构数字预失真DPD模块：

DPD包括DPD状态机、插值器、相关与自适应引擎和数字预失真引擎，此外还引入CFR(波峰因子降低模块)；

其中插值器设定为可配置，以便于可以满足多模多频MMMB规定的各种频带要求，数字预失真引擎拟设计成多级预失真，可以分别针对无记忆特性功放、有记忆特性功放和功放记忆特性随频率变化的三种情况进行分级处理；

预失真状态机完成分级预失真处理、增益补偿、延迟处理、更新复数预失真表等功能部件的调用管理和切换。

B.构建数字预失真DPD与多模多频MMMB功放的结合模块：

采用混合型DC/DC变换器，包括一个线性放大器、一个比较器(迟滞比较器)和一个Buck式开关部分，这种结构可以为宽带信号提供高效率和高保真度。

所述系统的使用方法为：

A.定义符合多模多频MMMB功放的数字预失真设计要求；

B.进行DPD算法的设计和选择，包括功放模型的建立、算法参数和结构的设计；

射频功放电路的设计，包括功放电路结构的仿真和参数的确定；进行ET电路的设计，包括带宽限制器的设计、时延控制电路和包络放大器等的设计和仿真；

C.使用ADS仿真软件，进行系统级的结构仿真，确定数字线性化技术与射频电路融合的关键参数，和配合方式等，进行数字和射频的系统级仿真；

D.判断所选用的DPD技术设计是否能够达到提高功放线性度、效率和降低功耗的作用，定性的分析各种技术的贡献。如果不满足要求，则需要重复第B步操作；

E.根据子电路分别仿真确定的结果，根据已有射频电路，进行带参数的系统级混合仿真，对电路参数进行微调；

E.进行DPD和ET部分数字电路的FPGA设计，选择算法的硬件实现结构，完成包括代码编写、功能仿真、布局布线后的仿真等FPGA设计流程；

F.把代码下载到FPGA内，完成FPGA的在线仿真；

G.进行射频电路和数字部分电路的联调，判断所设计的线性化算法是否能够提高射频功放的线性度和效率。

本实施例的系统具有如下优点：

1)研究基于数字预失真(DPD)的多模多频射频功率放大器的整体结构，定量分析各部分对于射频功率放大器线性度的影响；2)研究功能可配置预失真器架构，包括预失真状态机对各层预失真处理、增益补偿、延迟处理、更新复数预失真表等功能部件的调用管理和切换；3)研究基于DPD的有记忆的多模多频射频功率放大器多项式建模，在不牺牲精度的前提下，降低预失真所使用的硬件资源；研究针对这些新的方法所需要的基于反馈回路的自适应算法；4)研究低能耗的射频多芯片技术和封装技术，对SIP键合引线和芯片接地结构的射频性能进行分析；5)研究多模多频MMMB功放中DPD模块+包络跟踪ET+PA(混合工艺SiP芯片)提高功放的线性度增强效率，降低功耗的具体实现方法。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种应用于多模多频MMMB射频功放的数字预失真线性化的系统，其包括：

A.数字预失真DPD模块：

DPD包括DPD状态机、插值器、相关与自适应引擎和数字预失真引擎，此外还引入CFR(波峰因子降低模块)；

B.构建数字预失真DPD与多模多频MMMB功放的结合模块：

采用混合型DC/DC变换器，包括一个线性放大器、一个比较器(迟滞比较器)和一个Buck式开关部分。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：

其中插值器设定为可配置，以便于可以满足多模多频MMMB规定的各种频带要求，数字预失真引擎拟设计成多级预失真，可以分别针对无记忆特性功放、有记忆特性功放和功放记忆特性随频率变化的三种情况进行分级处理。

3.根据权利要求1-2任意一项所述的系统，其特征在于：

预失真状态机完成分级预失真处理、增益补偿、延迟处理、更新复数预失真表等功能部件的调用管理和切换。