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基于FPGA的射频功放数字预失真器设计

作 者: 田宇
导 师: 张中兆
学 校: 哈尔滨工业大学
专 业: 信息与通信工程
关键词: 功率放大器 非线性 数字预失真 FPGA
分类号: TN722.75
类 型: 硕士论文
年 份: 2008年
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内容摘要


功率放大器是通信系统中最重要的器件之一,存在着固有的非线性。非线性效应导致信号带宽之外的频谱再生或扩展,对邻近信道造成干扰,使通信质量下降。新型调制方式,比如QAM和QPSK,由于具有较高的峰均比,尤其容易受到非线性失真的影响。因而减小功放的非线性效应对于通信系统来说十分重要。传统的功率回退法大大降低了功放的效率。为了获得高效率同时线性度比较好的功率放大器,通常可采用线性化的方法来实现。在各种线性化方法中,数字预失真技术是最近研究的热门。因为它一旦实现,可不受调制方式及外部环境的影响,有广泛的应用范围和较好的稳定性。而且在数字域里面也更方便实现各种算法,具有更高的灵活性。本文的目标即在分析功放非线性特性的基础上,设计一种基于FGPA的数字预失真器。传统的查找表数字预失真算法需要进行同步,运算量大。本文设计了一种基于训练序列的查找表数字预失真算法,无需同步,减小了运算量,并利用此算法设计了基于FPGA的数字预失真器,根据FPGA特点优化了算法,使其占有更少的资源。本算法采用闭环链路来提取功放模型和实现线性化。整个基带数字预失真系统分为两部分,本课题的研究主要是基带部分的设计。在数字预失真算法的具体实现中,首先在FPGA内部产生锯齿波的训练序列,经过DA变换,传递给射频功放后,再经AD反馈回来,以提取功放的非线性信息。由此对比理想功放的增益即得到离散的预失真函数,将其存储在LUT表中。LUT表的更新亦基于此原理。当预失真器开始工作时,输入的基带数字信号与LUT表中的离散预失真函数作复乘,即完成了预失真处理。通过ADS系统仿真,证明该数字预失真算法对功放非线性效应有很好的改善效果。针对FPGA的特点,对于数字预失真器的关键模块进行了设计。包括地址产生模块,复数乘法器模块,训练序列生成模块,LUT生成/更新模块的设计。使用芯片Cyclone II EP2C20经Quartus II 5.0编译后使用了10%的逻辑单元和55%的存储单元,还有很大的余量,这也为进一步的改善DPD算法预留了空间。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章 绪论  9-16
  1.1 研究背景  9-10
  1.2 国内外研究现状  10-12
  1.3 本文研究重点及研究意义  12-15
  1.4 论文的结构  15-16
第2章 功率放大器非线性特性  16-32
  2.1 引言  16
  2.2 功放非线性的描述  16-20
    2.2.1 功放非线性的频域描述  16-18
    2.2.2 功放非线性的时域描述  18-20
  2.3 衡量功放非线性的主要指标  20-22
  2.4 功放非线性分析方法  22-26
    2.4.1 幂级数分析  23-24
    2.4.2 Volterra级数分析  24
    2.4.3 谐波平衡分析  24-26
  2.5 常见功放线性化方法分析  26-31
    2.5.1 前馈法  26-27
    2.5.2 反馈法  27-28
    2.5.3 功率合成法  28-29
    2.5.4 预失真法  29-30
    2.5.5 线性化技术的比较  30-31
  2.6 本章小结  31-32
第3章 基带数字预失真器设计与系统仿真  32-46
  3.1 引言  32
  3.2 基带数字预失真系统设计  32-35
    3.2.1 系统架构  32-33
    3.2.2 系统原理  33-35
  3.3 基带数字预失真器设计  35-37
    3.3.1 传统的查找表预失真法分析  35-36
    3.3.2 基于训练序列的查找表预失真法设计  36-37
  3.4 基带数字预失真器关键模块设计  37-42
    3.4.1 复数增益LUT表模块  37-38
    3.4.2 地址产生模块  38-39
    3.4.3 复数乘法器模块  39
    3.4.4 训练序列生成模块  39-40
    3.4.5 LUT生成/更新模块  40-42
    3.4.6 延时器模块和数据选择模块  42
  3.5 系统仿真  42-45
  3.6 本章小结  45-46
第4章 基带数字预失真器的FPGA设计  46-55
  4.1 引言  46
  4.2 FPGA设计流程  46-48
  4.3 FPGA内部算法实现的总体介绍  48-49
  4.4 地址产生模块实现  49-51
  4.5 复数乘法模块实现  51-52
  4.6 训练序列生成模块与LUT模块实现  52-54
  4.7 本章小结  54-55
结论  55-57
参考文献  57-61
攻读学位期间发表的学术论文  61-63
致谢  63

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 基本电子电路 > 放大技术、放大器 > 放大器 > 放大器:按作用分 > 功率放大器
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