DPD基本原理及应用演示文稿演示幻灯片.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,DPD,基础知识培训,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,P1dB,点,(,1dB,压缩点,),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,;,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（,P,D,）由图可见为：,3,基本概念,三阶交截点,IP3,反映了所研究系统线性特性。,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,。,当多级电路级连时，系统总的三阶交截点计算步骤如下：,1,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。,2,交截点功率用,dBm,表示。,3,假定所有交截点彼此独立互不相关，则总的,IP3input,为,mw(1.5),4,基本概念,ACPR/ACLR(adjacent channel leakage ratio),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,。,5,基本概念,CCDF(,Complementary Cumulative Density 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,PAR,（,peak to average ratio,）,PAR(,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,99.99,的,x(t),随机采样值的瞬时功率都小于,PAR,.0001,。,6,基本概念,EVM(error vector magnitude,）,EVM,（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,.,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,7,基本概念,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。,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。,EVM,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。,8,基本概念,AQMC,（,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,。,EQ,（,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。,9,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,功放的基本结构,功放原理图,11,功率放大器简介,功放的基本结构,功放内部布局图,12,功率放大器简介,功放的基本结构,功放的静态工作点,A,类功放为例,13,功率放大器简介,功放的基本结构,功放的导通角,14,功率放大器简介,功放的基本结构,功放的分类,15,功率放大器简介,功放的基本结构,各种功放的效率,16,功率放大器简介,功放的失真特性原理,对于理想的功率放大器，可将其表示为,对于实际的放大器而言，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。,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。,17,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,功放的失真特性原理,18,功率放大器简介,功放的失真特性：,AM,与,PM,功放的失真特性可以分为两个方面：,AM-AM,与,AM-PM,AM-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,AM-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。,AM-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。,19,功率放大器简介,功放的失真特性：,AM,与,PM,(a)AM-AM,失真,(b)AM-PM,失真,20,功率放大器简介,功放的失真特性：记忆效应,作为非线性有源器件，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,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。,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。,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。,21,功率放大器简介,功放的失真特性：记忆效应,(a),电学记忆效应频率特性,(b),电学记忆效应相位特性,22,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始终是一对矛盾：,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,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。,下面简要介绍一下相关的技术,23,功率放大器简介,功放线性化：前馈法,前馈法,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。,24,功率放大器简介,功放线性化：前馈法,前馈法,的优缺点,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。,缺点,误差放大器线性化性能应足够好的,IMD,性能,误差放大器能够承受较大的峰值功率（包括在环路失锁时）,对误差放大器的平均功率有较高要求,系统复杂、造价高、功率效率低、生产调试复杂等,工程上没有实现,25,功率放大器简介,功放线性化：反馈法,反馈法,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。,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,26,功率放大器简介,功放线性化：预失真法,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。,27,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,基本原理,预失真法原理框图,29,预失真法实现框图,预失真技术简介,实现框图,30,预失真技术简介,关键技术：采数,数据样本的采集,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,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。,采用大峰值筛数策略,采用直方图采数策略,31,预失真技术简介,关键技术：数据预处理,得到数据样本之后，前向数据和反馈数据可以用下式表示：,其中：,频偏；,时延；,幅度差；,相位差,数据预处理的目的就是将这些参量去掉,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。,数据判断,数据判断是为了保证所采集的数据是合理的；,前向数据判断是为了保证在做完预失真之后,DA,不会饱和。,反馈数据判断是为了保证反馈链路的数据是正常的。,频偏估计,系统的频偏基本上是固定的，在解调时使用一个固定的值。,32,预失真技术简介,关键技术：数据预处理,时延校准,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,33,预失真技术简介,关键技术：数据预处理,粗时延是不够精确的，须将数据进行,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,。,34,预失真技术简介,关键技术：数据预处理,幅度对齐,幅度对齐的目的是使得所用数据提取的表格的增益为,1.,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,35,预失真技术简介,关键技术：无记忆多项式模型,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：,其中：,x,n,是输入信号,y,n,是输出信号,P,n,是模型的索引量（用,x,n,的模值或者功率生成）,是多项式模型的系数,当,x,n,是功放输入，,y,n,是功放输出时，模型是功放模型。,当,x,n,是功放输出，,y,n,是功放输入时，就是预失真模型。,36,预失真技术简介,关键技术：无记忆多项式模型系数的提取（,1,）,预失真系数是通过,RMS,算法得到的，计算过程如下：,求,用向量表示为,其中,37,预失真技术简介,关键技术：无记忆多项式模型系数的提取（,2,）,为了使得 最小，并令则 则,为得到 的极小极值，对上式求,W,的微分得：,（,A,）,式中：,显然（,A,）式的最小二乘解为,至此求得多项式的系数,38,预失真技术简介,关键技术：经典记忆多项式模型,由右图（,记忆深度为,2,）可得表达式：,其中,n,为当前时刻，,n-1,为前一时刻，,n-2,为前二时刻,39,预失真技术简介,关键技术：记忆多项式模型系数的提取（,1,）,对下式进行多项式展开,用向量式子中的各量,40,预失真技术简介,关键技术：记忆多项式模型系数的提取（,2,）,41,预失真技术简介,关键技术：记忆多项式模型系数的提取（,3,）,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。,利用下式可以得到记忆多项式的系数,其中,42,预失真技术简介,关键技术：经典记忆多项式模型系统实现,43,预失真技术简介,关键技术：表格生成,表格生成,表格生成中主要理解三个过程,1,）、,P,n,的生成过程,2,）、系数的应用过程,3,）、实际信号与索引,P,n,的一一对应过程,44,预失真技术简介,关键技术：表格校验（,1,）,表格校验,表格校验分为前校和后校两部分,表格前校示意图,45,预失真技术简介,关键技术：表格校验（,2,）,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：,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。,表格后校通过在应用该表，不通过则使用原来的表格,表格校验结束,46,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,预失真应用,CDMA,系统,CDMA4C,信号,预失真效果,48,预失真应用,GSM,系统,GSM6C,预失真效果,49,预失真应用,LTE,系统,LTE,控制符号,50,预失真应用,LTE,系统,LTE,业务符号,51,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,为了提高现有模型的适用性，,DPD,相关的新技术有：,1,）、均衡技术,2,）、快速表格切换,3,）、预失真级联,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,DPD,挑战比较大的,ET,（,envelope tracking,包络跟踪,）技术,53,新技术展望,ET,基本原理（,1,）,ET,原理图,54,新技术展望,ET,基本原理（,2,）,普通供电模型,ET,供电模型,55,新技术展望,ET,基本原理（,3,）,ET,在公司的发展,56,新技术展望,ET,算法中,DPD,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。,57,谢 谢,下面是问题讨论时间,58,复习提纲,第一部分 基本概念,P1dB,点,(1dB,压缩点,),三阶交截点,IP3,ACPR(,邻道泄漏功率比,),CCDF,(,互补累积密度函数,),PAR(,峰均比,),EVM,（误差矢量幅度,),PCDE(peak code domain error,峰值码域误差,),AQMC,（,Anolog Quad Modulation Compensation,）,EQ,（,Equalizer,）,59,第二部分 功率放大器简介,功放的内部结构,功放的导通角,功放的效率,功放的失真（,AM-AM,，,AM-PM,）,功放的记忆效应,功放线性化的方法,前馈法,反馈法,预失真法,复习提纲,60,复习提纲,第三部分 预失真技术简介,基本原理,采数,数据预处理,数据判断、频偏消除、时延校准、幅度相位校准,预失真模型,预失真系数提取和表格生成,预失真表格校验策略（前校和后校）,61,复习提纲,第四部分 预失真的应用,各个系统预失真图形分析,CDMA,、,GSM,、,WiMAX,、,LTE,第五部分 新技术展望,ET,（包络跟踪）,62,选择题,1,、,AB,类功放的导通角为（,180360,）,2,、为了提高预失真数据样本采集的速度和准确度，可以采取的措施为（,A,、,C,、,D,）,A,、,FPGA,筛数,B,、,DSP,筛数,C,、采用直方图筛数,D,、采用大峰值筛数,3,、预失真数据预处理包括（,A,、,B,、,C,、,D,）,A,、数据判断,B,、频偏消除,C,、时延校准,D,、幅度相位校准,63,填空题,P1dB,点,(1dB,压缩点,),是指功率放大器（,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,;,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；,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（,相邻信道,）功率之比，单位为（,dBc,）；,（,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；（,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。,64,简述预失真原理（提示：画图表示并简要说明）,如图,2,所示，（,a,）图表示实现过程，信号经过预失真模块再进入功放，预失真的原理如图（,b,）所示，功放的失真特性,F,（）是可以通过计算得到的，预失真模块的传递函数是功放失真特性,F,（）的逆。,输入信号,Vi,经过预失真模块和功放后输出信号为,Vo,，理论上讲,Vi,和,Vo,是完全线性的。,（,a,）实现框图,（,b,）原理框图,图,2,预失真原理示意图,65,