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讓數(shù)字預(yù)失真的故障排除和微調(diào)不再難 必備攻略請(qǐng)查收

發(fā)布時(shí)間:2022-09-16 來源:ADI 責(zé)任編輯:wenwei

【導(dǎo)讀】本文介紹ADI ADRV9002的數(shù)字預(yù)失真(DPD)功能。所用的一些調(diào)試技術(shù)也可應(yīng)用于一般DPD系統(tǒng)。首先,概述關(guān)于DPD的背景信息,以及用戶試驗(yàn)其系統(tǒng)時(shí)可能會(huì)遇到的一些典型問題。最后,文章介紹在DPD軟件工具幫助下可應(yīng)用于DPD算法以分析性能的調(diào)優(yōu)策略。


簡(jiǎn)介


數(shù)字預(yù)失真(通常稱為DPD)是無線通信系統(tǒng)中廣泛使用的一個(gè)算法。DPD旨在抑制通過射頻功率放大器(PA)傳遞寬帶信號(hào)上的頻譜再生,從而提高PA的整體效率。一般而言,在處理高功率輸入信號(hào)時(shí),PA會(huì)出現(xiàn)非線性效應(yīng)和效率不高的問題。由于頻譜再生,相鄰頻帶出現(xiàn)非線性效應(yīng)和頻譜干擾。圖1顯示在ADRV9002平臺(tái)上使用TETRA1標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行DPD校正之前和之后的頻譜再生。


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圖1.使用ADRV9002的TETRA1 DPD


ADRV9002提供經(jīng)過功率優(yōu)化的內(nèi)部可編程DPD算法,該算法可自定義,以校正PA的非線性效應(yīng),從而提高整體鄰道功率比(ACPR)。盡管DPD能夠?yàn)橥ㄐ畔到y(tǒng)帶來預(yù)期的優(yōu)勢(shì),但缺乏經(jīng)驗(yàn)的人員開始使用DPD時(shí)往往困難重重,更別提正確設(shè)置了。這主要因?yàn)閿?shù)字預(yù)失真涉及多個(gè)因素,可能會(huì)導(dǎo)致誤差,而降低DPD性能。實(shí)際上,即使在正確設(shè)置硬件后,要確定正確的參數(shù)以微調(diào)DPD并獲得最優(yōu)解決方案,仍可能具有挑戰(zhàn)性。本文旨在幫助在ADRV9002中使用DPD選項(xiàng)的工程師,以及提供一些使用可用參數(shù)微調(diào)DPD模式以獲得最優(yōu)DPD性能的一般策略。此外,還使用MATLAB?工具幫助用戶分析DPD,并消除常見錯(cuò)誤,同時(shí)提供有關(guān)內(nèi)部DPD操作的一些見解。


啟用DPD選項(xiàng)時(shí),ADRV9002可提供高達(dá)20MHz的信號(hào)帶寬。這是因?yàn)榻邮諑捪拗圃?00MHz。DPD通常將以發(fā)射帶寬5倍的接收帶寬工作,因此可以看到和校正三階和五階交調(diào)信號(hào)。ADRV9002支持的最高PA峰值功率信號(hào)約為1dB(通常稱為P1dB)壓縮區(qū)。該指標(biāo)表示PA壓縮的程度。如果PA壓縮超過P1dB點(diǎn),則無法保證DPD正常工作。但是,這個(gè)要求并不嚴(yán)格;在許多情況下,DPD在超過P1dB點(diǎn)時(shí)依舊能夠工作,并且仍然提供非常出色的ACPR。但這要具體問題具體分析。一般而言,如果壓縮得太嚴(yán)重,DPD可能會(huì)出現(xiàn)不穩(wěn)定和崩潰的問題。在后面,將詳細(xì)討論壓縮區(qū),包括如何使用MATLAB工具觀察當(dāng)前PA壓縮狀態(tài)。


有關(guān)DPD的更多詳細(xì)信息,請(qǐng)參見UG-1828的“數(shù)字預(yù)失真”章節(jié)。


架構(gòu)


執(zhí)行DPD功能有兩種基本方法。第一種方法稱為間接DPD,即在PA前后捕捉信號(hào)。與之不同的是直接DPD方法,即在DPD模塊前和PA后捕捉信號(hào)。每種方法的優(yōu)勢(shì)和劣勢(shì)不在本文章的討論范圍內(nèi)。間接DPD通過分析PA前后的信號(hào)了解其非線性特性,并在DPD模塊上執(zhí)行反轉(zhuǎn)。直接DPD分析DPD前和PA后的信號(hào),并通過在DPD模塊上應(yīng)用預(yù)失真,消除二者之間的誤差。用戶應(yīng)該了解,ADRV9002使用的是間接方法以及與之相關(guān)的影響。另外,請(qǐng)務(wù)必了解,在使用MATLAB工具時(shí),捕捉數(shù)據(jù)也是采用間接方法。


圖2顯示了ADRV9002的簡(jiǎn)化DPD操作方框圖。輸入信號(hào)u(n)進(jìn)入DPD模塊。DPD將對(duì)信號(hào)進(jìn)行預(yù)失真處理,并生成x(n)。在這里,稱之為發(fā)射捕捉,不過這實(shí)際上是發(fā)射信號(hào)的預(yù)失真版本。然后,信號(hào)經(jīng)過PA,成為y(n),信號(hào)最終發(fā)送到空中。這里將y(n)稱為接收捕捉,不過這實(shí)際上是PA后的發(fā)射信號(hào)。然后,y(n)反饋到接收器端口,用作觀察接收器。本質(zhì)上,DPD引擎將使用捕捉的x(n)和y(n),然后生成系數(shù),在DPD的下一次迭代中將應(yīng)用這些系數(shù)。


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圖2.間接DPD的簡(jiǎn)化方框圖


工作模式


ADRV9002在DPD上支持TDD和FDD操作。在TDD模式下,每個(gè)發(fā)射幀都會(huì)更新DPD。這意味著,在發(fā)射幀期間,接收器將充當(dāng)觀察路徑。在FDD中,由于發(fā)射器和接收器同時(shí)運(yùn)行,因此需要專用接收器通道。ADRV9002中的2T2R能夠在2T2R/1T1R TDD和1T1R FDD模式下支持DPD。


DPD模式


結(jié)構(gòu)


以下等式顯示在發(fā)射路徑中實(shí)現(xiàn)的DPD模式。


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其中:


u(n)是DPD的輸入信號(hào),x(n)是DPD的輸出信號(hào)


T是DPD模式的總分支數(shù)


ψt是用于實(shí)現(xiàn)分支t查找表(LUT)的多項(xiàng)式函數(shù),lt是幅度延遲


kt是數(shù)據(jù)延遲


at,lt,i是DPD引擎計(jì)算的系數(shù)


bt,lt,i是啟用或禁用項(xiàng)的開關(guān)


i是多項(xiàng)式項(xiàng)的指數(shù)和冪


用戶可為每個(gè)分支配置多項(xiàng)式的項(xiàng)數(shù)量。ADRV9002提供3個(gè)記憶項(xiàng)分支和1個(gè)交叉項(xiàng)分支,每個(gè)分支的階從0到7。


模式選擇


用戶可選擇ADRV9002提供的默認(rèn)模式選項(xiàng)(如圖3所示),該模式應(yīng)該適合大多數(shù)常見應(yīng)用。或者,用戶可通過啟用和禁用項(xiàng),選擇自己的模式。前3個(gè)分支(0到2)表示記憶項(xiàng),其中分支1是中心分支。分支3是交叉項(xiàng)分支。


注意,為了與記憶項(xiàng)分支區(qū)分,分支3(或交叉項(xiàng)分支)不應(yīng)啟用零階項(xiàng)。


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圖3.DPD模式多項(xiàng)式的項(xiàng)


LUT大?。河脩艨稍O(shè)置LUT大小。ADRV9002提供兩個(gè)選項(xiàng),256和512。選擇512大小,用戶將獲得更好的量化噪聲電平,從而獲得更好的ACPR,因?yàn)橐话愣?,較大的尺寸將提供更好的信號(hào)分辨率。對(duì)于窄帶應(yīng)用,ADI建議使用512作為默認(rèn)選項(xiàng)。256可用于寬帶,因?yàn)樵肼曤娖讲荒敲磭?yán)格,并且可以改進(jìn)計(jì)算和功率。


預(yù)LUT縮放:用戶可設(shè)置預(yù)LUT縮放模塊,以便對(duì)輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行縮放,使其更適合壓縮擴(kuò)展器。壓縮擴(kuò)展器選擇來自發(fā)射器的信號(hào),對(duì)其進(jìn)行壓縮,以適合8位LUT地址。根據(jù)輸入信號(hào)電平,用戶可調(diào)整該值,以優(yōu)化LUT利用率。其值可以在(0,4)的范圍內(nèi)設(shè)置,步長(zhǎng)為0.25。在本文的最后一個(gè)部分,提供了更多有關(guān)壓縮擴(kuò)展器的內(nèi)容。


配置


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圖4.啟用DPD的基本配置


為了執(zhí)行DPD,用戶將必須在PA上啟用外部環(huán)回路徑,然后設(shè)置反饋功率,以確保其未超出范圍。注意,這是峰值功率,不是平均功率。功率太強(qiáng)或者太弱都會(huì)影響DPD性能。用戶還需要設(shè)置外部路徑延遲,可使用External_Delay_Measurement.py獲取。用戶可在IronPython文件夾下的ADRV9002評(píng)估軟件安裝路徑中找到該腳本。


注意,只需為高采樣速率曲線設(shè)置外部延遲(例如,LTE 10MHz)。對(duì)于低采樣速率曲線(TETRA1 25kHz),用戶可將其設(shè)置為0。在本文的后面部分,將使用該軟件工具來觀察捕捉數(shù)據(jù),以了解外部延遲的影響。


其他配置


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圖5.DPD上的其他配置


用戶可配置樣本數(shù)量。默認(rèn)情況下,用戶可設(shè)置4096個(gè)樣本。建議使用默認(rèn)值。在大多數(shù)情況下,默認(rèn)的4096個(gè)樣本將為DPD提供最優(yōu)解決方案。


其他功率縮放是更高級(jí)的參數(shù)。在大多數(shù)情況下,建議對(duì)ADRV9002使用默認(rèn)值4。該參數(shù)與內(nèi)部相關(guān)矩陣有關(guān)。根據(jù)實(shí)驗(yàn),默認(rèn)值為ADI測(cè)試的現(xiàn)有波形和PA提供最佳性能。在少數(shù)情況下,如果輸入信號(hào)幅度極小或極大,用戶可嘗試將該值調(diào)整成較小和較大的值,以使相關(guān)矩陣維持適當(dāng)?shù)臈l件數(shù),從而獲得更穩(wěn)定的解決方案。


Rx/Tx規(guī)范化:用戶應(yīng)將接收器/發(fā)射器規(guī)范化設(shè)置為數(shù)據(jù)呈線性的區(qū)域。在圖6中,線性區(qū)域用紅色顯示。在該區(qū)域,數(shù)據(jù)的冪沒有到達(dá)壓縮區(qū),并且足夠高,可用于計(jì)算增益。選擇該區(qū)域后,DPD可估算發(fā)射器和接收器的增益,然后繼續(xù)對(duì)算法進(jìn)行進(jìn)一步處理。在大多數(shù)情況下,-25dBFS至-15dBFS應(yīng)適合大多數(shù)標(biāo)準(zhǔn)PA。但是,用戶仍然應(yīng)該留意,因?yàn)樘厥釶A可能具有截然不同的AM/AM曲線形狀,在這種情況下,將需要進(jìn)行適當(dāng)?shù)男薷?。本文后面部分將?duì)此進(jìn)行詳細(xì)說明。


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圖6.典型AM/AM曲線。線性區(qū)域用紅色顯示


設(shè)置


硬件設(shè)置


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圖7.典型DPD硬件方框圖


典型設(shè)置如圖7所示。在信號(hào)進(jìn)入PA之前,需要低通濾波器,以防止出現(xiàn)LO信號(hào)諧波。在某些情況下,如果內(nèi)部LO相位噪聲性能無法滿足應(yīng)用需求,則可能需要外部LO。在這種情況下,外部LO源需要與DEV_ CLK同步。近帶噪聲要求更嚴(yán)格的窄帶DPD通常需要外部LO。通常建議在PA前提供一個(gè)可變衰減器,用于防止對(duì)PA造成損害。反饋信號(hào)應(yīng)具有適當(dāng)?shù)乃p,以便按照上一部分中討論的方式設(shè)置峰值功率。


軟件設(shè)置


IronPython


下載IronPython庫(kù),以便在GUI上執(zhí)行IronPython代碼。


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圖8.IronPython GUI窗口


在這里,用戶可以在GUI的IronPython窗口中運(yùn)行dpd_capture.py,如圖8所示,它與MATLAB工具一起提供,以獲取發(fā)射器和接收器的捕捉數(shù)據(jù)。DPD采樣速率也包含在捕捉的文件中。


注意,該腳本應(yīng)在啟動(dòng)或校準(zhǔn)狀態(tài)下運(yùn)行。


MATLAB工具


MATLAB工具分析從dpd_capture.py中捕捉的數(shù)據(jù)。該工具將幫助檢查信號(hào)完整性、信號(hào)對(duì)齊、PA壓縮水平,最后是DPD的微調(diào)。


MATLAB工具需要MATLAB Runtime。首次安裝需要一些時(shí)間下載。安裝完成后,用戶可加載IronPython腳本捕捉的數(shù)據(jù),然后觀察圖形,如圖9所示。


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圖9.MATLAB DPD分析儀


此外,用戶還可設(shè)置數(shù)據(jù)規(guī)范化的高/低閾值,然后按“重新加載”以查看變化。


首先,在時(shí)域中繪制規(guī)范化的發(fā)射器和接收器數(shù)據(jù)。用戶可以放大圖形來觀察發(fā)射器和接收器的對(duì)齊狀態(tài)。這里只顯示了數(shù)據(jù)的實(shí)部,但用戶也可輕松繪制虛部。實(shí)部和虛部通常應(yīng)該對(duì)齊或不對(duì)齊。


然后是發(fā)射器和接收器頻譜——藍(lán)色是發(fā)射器,紅色是接收器。注意,這是間接DPD——發(fā)射器數(shù)據(jù)將是預(yù)失真數(shù)據(jù),而不是SSI端口上的發(fā)射器數(shù)據(jù)路徑。


接下來,有兩條AM/AM曲線,這兩條曲線均在線性和dB坐標(biāo)系中。這些是有關(guān)DPD性能和PA壓縮狀態(tài)的重要指標(biāo)。


AM/PM曲線和接收器/發(fā)射器相位差也會(huì)被提供。


此外,還有高閾值和低閾值數(shù)字。這些數(shù)字應(yīng)該與ADRV9002 TES評(píng)估軟件中的設(shè)置相匹配。


注意,由于提供了API來捕捉數(shù)據(jù),因此如果需要,用戶可以開發(fā)自己的圖形和分析模型。該工具提供用于分析DPD的一些常見檢查。API包括:


adi_ADRV9002_dpd_CaptureData_Read,這是讀取DPD捕捉數(shù)據(jù),必須在校準(zhǔn)或啟動(dòng)狀態(tài)下運(yùn)行。


adi_ADRV9002_DpdCfg_t → dpdSamplingRate_Hz,這是DPD采樣速率,是只讀參數(shù)。


典型問題


DPD可能受許多不同因素的影響。因此,請(qǐng)務(wù)必確保用戶考慮并檢查了列出的所有潛在問題。在考慮所有問題之前,用戶應(yīng)確保硬件正確連接。


發(fā)送數(shù)據(jù)過載


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圖10.DPD的簡(jiǎn)化硬件方框圖


圖10顯示了ADRV9002實(shí)現(xiàn)DPD的簡(jiǎn)化示意框圖。來自接口的發(fā)射器數(shù)據(jù)可能會(huì)使DAC過載。如果DAC過載,發(fā)射器的RF信號(hào)在PA介入之前就已失真。因此,請(qǐng)務(wù)必確保發(fā)射器數(shù)據(jù)不會(huì)使DAC過載。


用戶可通過GUI觀察發(fā)射器DAC是否過載。圖11顯示TETRA1 25kHz波形。峰值與數(shù)字滿量程仍相距甚遠(yuǎn)。對(duì)于ADRV9002,建議與滿量程至少保持幾dB,避免導(dǎo)致DAC過載。很難量化用戶應(yīng)該回退多少——這是因?yàn)镈PD將嘗試執(zhí)行預(yù)失真,預(yù)失真信號(hào)將為“峰值擴(kuò)展”,因而可能會(huì)導(dǎo)致DAC過載。這取決于DPD如何應(yīng)對(duì)特定PA——一般而言,PA壓縮得越厲害,所需的峰值擴(kuò)展空間就越大。


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圖11.時(shí)域中的一部分TETRA1標(biāo)準(zhǔn)波形


接收器數(shù)據(jù)過載


另一個(gè)常見錯(cuò)誤是接收器數(shù)據(jù)導(dǎo)致反饋DAC過載。造成該錯(cuò)誤的原因是,沒有足夠的衰減返回到接收器端口。這可以從調(diào)試工具中觀察到,造成的影響是接收器數(shù)據(jù)被裁剪,因此,發(fā)射器和接收器無法有效對(duì)齊,導(dǎo)致DPD出現(xiàn)計(jì)算錯(cuò)誤。DPD通常會(huì)表現(xiàn)得非常糟糕,從而使整個(gè)頻譜中的噪聲增加。


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圖12.接收器數(shù)據(jù)過驅(qū)


接收器數(shù)據(jù)欠載


與接收器過載相比,這個(gè)問題常常被忽視。造成該問題的原因是,沒有正確設(shè)置反饋衰減。用戶可能給反饋路徑提供過多的衰減,這導(dǎo)致接收器數(shù)據(jù)太小。默認(rèn)情況下,建議對(duì)ADRV9002使用-18dBm峰值,因?yàn)樗軌驅(qū)?shù)據(jù)從模擬轉(zhuǎn)換為數(shù)字,達(dá)到已知良好的DPD功率電平。但用戶可以根據(jù)需求調(diào)整該數(shù)字。用戶應(yīng)該了解,DPD反饋接收器使用的衰減器與常規(guī)接收器不同,其步長(zhǎng)更高。衰減水平通過用戶設(shè)置的峰值功率電平進(jìn)行調(diào)整。-23dBm是最低功率電平(0衰減)——如果超出該范圍,將得到低功率電平,這會(huì)影響DPD性能。根據(jù)經(jīng)驗(yàn),用戶應(yīng)確保始終正確測(cè)量和設(shè)置反饋功率。很多時(shí)候,用戶往往會(huì)嘗試不同的功率電平,但忘記正確設(shè)置反饋功率,從而導(dǎo)致該問題。


TDD與FDD


TDD模式下的DPD必須在自動(dòng)狀態(tài)機(jī)中運(yùn)行。使用TES進(jìn)行評(píng)估時(shí),在手動(dòng)TDD模式下,用戶仍可啟用DPD,但性能會(huì)很差。這是因?yàn)镈PD只能基于幀工作。在手動(dòng)TDD模式下,幀的長(zhǎng)度將由發(fā)射/接收啟用信號(hào)切換來確定。換言之,每次播放和停止就是一個(gè)幀。但是,在人工切換的時(shí)間內(nèi),PA已轉(zhuǎn)變?yōu)椴煌臏囟葼顟B(tài)。因此,如果不使用可以頻繁切換發(fā)射啟用信號(hào)的自動(dòng)TDD模式,將無法維持DPD狀態(tài)。然而,在FDD模式下,DPD應(yīng)正常進(jìn)行。


例如,用戶可能希望使用TETRA1,它遵循類似TDD的幀方案(實(shí)際上是TDM-FDD)。因此,不應(yīng)該直接選擇TDD模式并手動(dòng)檢查DPD,并且DPD往往表現(xiàn)糟糕。相反,用戶可以使用“定制FDD”配置文件,選擇與TETRA1相同的采樣速率和帶寬,或者用戶可以設(shè)置TETRA1 TDD幀定時(shí),并使用自動(dòng)TDD模式。這兩種方法都可以提供比手動(dòng)TDD更好的性能。


發(fā)射器/接收器未對(duì)齊


ADRV9002將嘗試對(duì)齊發(fā)射器和接收器數(shù)據(jù)的時(shí)間。當(dāng)用戶捕捉到數(shù)據(jù)時(shí),用戶期望數(shù)據(jù)是對(duì)齊的。延遲測(cè)量在初始校準(zhǔn)時(shí)完成。但是,對(duì)于高采樣速率曲線,需要單獨(dú)完成更精確的子樣本對(duì)齊。


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圖13.未對(duì)齊的DPD捕捉


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圖14.放大LTE10的發(fā)射器和接收器實(shí)部數(shù)據(jù)(未對(duì)齊)


DPD是自適應(yīng)算法,需要計(jì)算兩個(gè)實(shí)體(即發(fā)射器和接收器)的誤差。在計(jì)算發(fā)射器和接收器的誤差之前,需要正確對(duì)齊這兩個(gè)信號(hào)——尤其是在使用高采樣速率曲線(例如,LTE10)的情況下。對(duì)齊至關(guān)重要,因?yàn)闃颖局g的間隔非常小。因此,用戶需要運(yùn)行腳本External_Delay_Measurement.py來提取外部路徑延遲??稍凇鞍迮渲谩薄奥窂窖舆t”下方輸入該數(shù)字。


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圖15.IronPython外部延遲測(cè)量


如果未對(duì)齊發(fā)射器和接收器數(shù)據(jù),造成的影響是用戶將觀察到噪聲更大的AM/AM曲線。


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圖16.對(duì)齊的DPD捕捉


設(shè)置了路徑延遲數(shù)字后,可以觀察到,AM/AM和AM/PM曲線更干凈,噪聲更小。相位差也明顯減小。


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圖17.放大的LTE10發(fā)射器和接收器實(shí)部數(shù)據(jù)(對(duì)齊)


PA過載


每個(gè)PA對(duì)于能夠處理的壓縮程度都有自己的規(guī)范。雖然數(shù)據(jù)手冊(cè)中通常提供P-1dB數(shù)據(jù),但實(shí)際上,仍建議對(duì)DPD進(jìn)行準(zhǔn)確測(cè)量,以確保壓縮點(diǎn)位于P-1dB。通過DPD軟件,用戶能夠查看基于捕捉數(shù)據(jù)的AM/AM曲線,從而觀察壓縮點(diǎn)與P-1dB的接近程度。


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圖18.PA過載數(shù)據(jù)


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圖19.以dB為單位呈現(xiàn)的AM/AM曲線(已放大)


但是,如果信號(hào)超出P-1dB,這可能會(huì)導(dǎo)致DPD不穩(wěn)定,或者甚至中斷,頻譜跳轉(zhuǎn)到非常高的電平,再也不會(huì)降下來。在圖19中,峰值時(shí)的壓縮遠(yuǎn)超出1dB區(qū)域,曲線的形狀也開始變得更平坦。這表示PA被過驅(qū),為了增加輸出功率,將提供更多輸入,以支持輸出功率電平。此時(shí),如果用戶決定繼續(xù)增加輸入功率,DPD性能將下降。


一般策略模式選擇與調(diào)整


間接DPD就是在PA前后捕捉數(shù)據(jù),而DPD引擎將嘗試模擬PA的相反效應(yīng)。LUT用于使用系數(shù)應(yīng)用該效應(yīng),該模式基于多項(xiàng)式。這意味著,DPD更像是曲線擬合問題,用戶將嘗試使用各項(xiàng)來“曲線擬合”非線性效應(yīng)。區(qū)別在于,曲線擬合問題擬合的是單個(gè)曲線,而DPD還必須考慮記憶效應(yīng)。ADRV9002有3個(gè)記憶分支,和1個(gè)用于對(duì)DPD LUT進(jìn)行建模的交叉分支。


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圖20.記憶項(xiàng)和交叉項(xiàng)映射


圖20顯示ADRV9002提供的3個(gè)記憶分支和1個(gè)交叉分支。一般策略與曲線擬合問題類似。用戶可從基線著手,然后添加和移除項(xiàng)。一般而言,中心分支必須存在(分支1)。用戶可以逐個(gè)添加和移除項(xiàng),以測(cè)試DPD的效應(yīng)。然后,用戶可以繼續(xù)添加兩個(gè)記憶分支(分支0和2),以添加記憶效應(yīng)校正的效果。注意,由于ADRV9002有兩個(gè)側(cè)分支,因此這些分支應(yīng)該相同——也就是,應(yīng)該對(duì)稱。此外,添加和移除項(xiàng)時(shí),必須逐個(gè)操作。最后,用戶可以試驗(yàn)交叉項(xiàng)。交叉項(xiàng)從數(shù)學(xué)的角度完成曲線擬合問題,因而提供更好的DPD性能。


注意,用戶不得通過將項(xiàng)留空來跳過項(xiàng),因?yàn)檫@將導(dǎo)致DPD出現(xiàn)不良行為。另請(qǐng)注意,用戶不得在交叉項(xiàng)分支上設(shè)置第0項(xiàng),因?yàn)閺臄?shù)學(xué)的角度來看,這也是無效的。


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圖21.無效的模式項(xiàng)設(shè)置


高級(jí)調(diào)整


壓縮擴(kuò)展器和預(yù)LUT縮放模塊


在上一部分中,已提到了壓縮擴(kuò)展器。首次閱讀用戶指南時(shí),這一概念可能會(huì)令人困惑,不知道它是什么意思或者該選擇什么(256還是512)。壓縮擴(kuò)展器的目的是壓縮輸入數(shù)據(jù),并將其放入LUT。


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圖22.壓縮擴(kuò)展器——估算平方根的形狀


壓縮擴(kuò)展器的一般形狀是平方根,在這里,I/Q數(shù)據(jù)傳入。在將這些數(shù)據(jù)放入LUT之前,等式√(i(n)2+q(n)2)將用于從之前的等式中獲得信號(hào)幅度。然而,由于平方根運(yùn)算對(duì)速度的要求很高,并且還需要將其映射到LUT(8位或9位),因此需使用壓縮擴(kuò)展器。圖22是理想的平方根曲線。此處將不顯示實(shí)際實(shí)現(xiàn)方案,但簡(jiǎn)言之,這將是對(duì)平方根曲線的估算。


了解數(shù)據(jù)如何放入LUT后,可以更加明智地開始調(diào)整數(shù)據(jù)。ADRV9002可選擇8位(256)或9位(512)作為L(zhǎng)UT大小。更大的LUT意味著數(shù)據(jù)的地址位置加倍。這意味著,數(shù)據(jù)的分辨率更高,并且一般而言,量化噪聲電平更好。對(duì)于窄帶應(yīng)用,由于噪聲非常重要,因此建議始終選擇512。對(duì)于寬帶應(yīng)用,由于噪聲電平?jīng)]那么重要,因此可使用任一選項(xiàng)。但是,如果選擇512,消耗的功率會(huì)略高,計(jì)算速度會(huì)比較慢。


直方圖和CFR


在DPD配置部分,曾簡(jiǎn)要提及預(yù)縮放。該參數(shù)用于為L(zhǎng)UT提供大量輸入數(shù)據(jù)。需要大量輸入數(shù)據(jù)的原因是,在某些情況下,DPD未正確使用數(shù)據(jù)。對(duì)于此類PA壓縮問題,真正被壓縮并導(dǎo)致問題的是高幅度樣本。因此,不能平等對(duì)待所有樣本;相反,要重點(diǎn)關(guān)注高幅度樣本。


看一下TETRA1標(biāo)準(zhǔn)波形直方圖(參見圖23和圖24)。可以看到,大多數(shù)值出現(xiàn)在中高幅度區(qū)域。這是因?yàn)門ETRA1標(biāo)準(zhǔn)使用D-QPSK調(diào)制方案,結(jié)果是信號(hào)將獲得恒定包絡(luò)。峰值功率與平均功率之間沒有太大的區(qū)別。


這正是DPD所需要的。如前所述,DPD將捕捉更高幅度的樣本,因此將更好地表征PA的行為。


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圖23.TETRA1幅度直方圖


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圖24.TETRA1功率直方圖


現(xiàn)在,以類似方式來看LTE10標(biāo)準(zhǔn)。LTE使用OFDM調(diào)制方案,將成百上千的子載波組合在一起。這里可再次看到LTE10的幅度和功率??梢暂p松觀察到與TETRA1的區(qū)別,即峰值離主平均值非常遠(yuǎn)。


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圖25.LTE10幅度直方圖,沒有CFR


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圖26.LTE功率直方圖,沒有CFR


在功率直方圖中(參見圖26),如果放大遠(yuǎn)端,可以看到,仍有非常高的峰值出現(xiàn),但概率非常低。對(duì)于DPD,這是非常不利的。原因有二。


首先,高峰值(高幅度信號(hào))的低概率計(jì)數(shù)將使PA的效率極其低下。例如,LTE PAPR約為11dB。這是很大的不同。為了避免損壞PA,輸入電平將需要大幅回退。因此,PA沒有用其大部分增益能力來提高功率。


其次,高峰值也是在浪費(fèi)LUT的利用率。由于這些高峰值,LUT將為它們分配大量資源,并為大部分?jǐn)?shù)據(jù)僅分配一小部分LUT。這會(huì)降低DPD性能。


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圖27.放大高幅度樣本


削峰(CFR)技術(shù)將信號(hào)峰值向下移動(dòng)到更能接受的水平。這通常用于OFDM類型的信號(hào)。ADRV9002不包含片內(nèi)CFR,因此需要在外部實(shí)現(xiàn)該功能。為此,在ADRV9002 TES評(píng)估軟件中,還包含CFR版本的LTE波形。CFR_sample_ rate_15p36M_bw_10M.csv如圖28所示。可以看到,由于CFR,在高功率時(shí),信號(hào)的峰值被限制在特定水平(在末端傾斜)。這將PAPR有效地推動(dòng)到6.7dB,差值約為5dB。CFR的操作將對(duì)數(shù)據(jù)造成“損害”,因?yàn)镋VM將降級(jí)。但是,與整個(gè)波形相比,高電平幅度峰值出現(xiàn)的概率非常小,將帶來巨大的優(yōu)勢(shì)。


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圖28.LTE10幅度直方圖,有CFR


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圖29.LTE10功率直方圖,有CFR


結(jié)論


DPD是一種復(fù)雜的算法,許多人都覺得很難用。為了獲得最優(yōu)結(jié)果,需要花費(fèi)大量精力設(shè)置硬件和軟件,并且要小心謹(jǐn)慎。ADI的ADRV9002提供集成式片內(nèi)DPD,將顯著降低復(fù)雜性。ADRV9002還配備有DPD軟件工具,可以幫助用戶分析其DPD性能。


關(guān)于ADI公司


ADI是全球領(lǐng)先的高性能模擬技術(shù)公司,致力于解決最艱巨的工程設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)。憑借杰出的檢測(cè)、測(cè)量、電源、連接和解譯技術(shù),搭建連接現(xiàn)實(shí)世界和數(shù)字世界的智能化橋梁,從而幫助客戶重新認(rèn)識(shí)周圍的世界。詳情請(qǐng)瀏覽ADI官網(wǎng)www.analog.com/cn。


作者簡(jiǎn)介


Wangning Ge是一名產(chǎn)品應(yīng)用工程師,工作地點(diǎn)在新澤西州薩默塞特。他于2019年加入ADI公司。在此之前,他在諾基亞(以前的阿爾卡特朗訊)擔(dān)任軟件工程師。在DPD算法設(shè)計(jì)和基站射頻應(yīng)用領(lǐng)域,Wangning擁有豐富的經(jīng)驗(yàn)。他負(fù)責(zé)ADRV9001系列收發(fā)器產(chǎn)品。


作者:ADI產(chǎn)品應(yīng)用工程師Wangning Ge



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