【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(hù)試驗(yàn)其系統(tǒng)時(shí)可能會(huì)遇到的一些典型問(wèn)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(chēng)為DPD）是無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)中廣泛使用的一個(gè)算法。DPD旨在抑制通過(guò)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(xiàn)性效應(yīng)和效率不高的問(wèn)題。由于頻譜再生，相鄰頻帶出現(xiàn)非線(xiàn)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。
圖1.使用ADRV9002的TETRA1 DPD
ADRV9002提供經(jīng)過(guò)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(xiàn)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(lái)預(yù)期的優(yōu)勢(shì)，但缺乏經(jīng)驗(yàn)的人員開(kāi)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(hù)分析DPD，并消除常見(jiàn)錯(cuò)誤，同時(shí)提供有關(guān)內(nèi)部DPD操作的一些見(jiàn)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(chēng)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(guò)P1dB點(diǎn)，則無(wú)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(guò)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(wèn)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(wèn)題。在后面，將詳細(xì)討論壓縮區(qū)，包括如何使用MATLAB工具觀(guān)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(jiàn)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(chēng)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(guò)分析PA前后的信號(hào)了解其非線(xiàn)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(guò)在DPD模塊上應(yīng)用預(yù)失真，消除二者之間的誤差。用戶(hù)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(chēng)之為發(fā)射捕捉，不過(guò)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(guò)PA，成為y(n)，信號(hào)最終發(fā)送到空中。這里將y(n)稱(chēng)為接收捕捉，不過(guò)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(guān)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)。
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(guān)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(zhuān)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。
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(kāi)關(guān)
i是多項(xiàng)式項(xiàng)的指數(shù)和冪
用戶(hù)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(hù)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(jiàn)應(yīng)用?；蛘?，用戶(hù)可通過(guò)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)。
圖3.DPD模式多項(xiàng)式的項(xiàng)
LUT大?。河脩?hù)可設(shè)置LUT大小。ADRV9002提供兩個(gè)選項(xiàng)，256和512。選擇512大小，用戶(hù)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(hù)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(lái)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(hù)可調(diào)整該值，以?xún)?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
圖4.啟用DPD的基本配置
為了執(zhí)行DPD，用戶(hù)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(hù)還需要設(shè)置外部路徑延遲，可使用External_Delay_Measurement.py獲取。用戶(hù)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(xiàn)設(shè)置外部延遲（例如，LTE 10MHz）。對(duì)于低采樣速率曲線(xiàn)(TETRA1 25kHz)，用戶(hù)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(lái)觀(guān)察捕捉數(shù)據(jù)，以了解外部延遲的影響。
其他配置
圖5.DPD上的其他配置
用戶(hù)可配置樣本數(shù)量。默認(rèn)情況下，用戶(hù)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(hù)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(hù)應(yīng)將接收器/發(fā)射器規(guī)范化設(shè)置為數(shù)據(jù)呈線(xiàn)性的區(qū)域。在圖6中，線(xiàn)性區(qū)域用紅色顯示。在該區(qū)域，數(shù)據(jù)的冪沒(méi)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(hù)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(xiàn)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(shuō)明。
圖6.典型AM/AM曲線(xiàn)。線(xiàn)性區(qū)域用紅色顯示
設(shè)置
硬件設(shè)置
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(wú)法滿(mǎn)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。
圖8.IronPython GUI窗口
在這里，用戶(hù)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(hù)可加載IronPython腳本捕捉的數(shù)據(jù)，然后觀(guān)察圖形，如圖9所示。
圖9.MATLAB DPD分析儀
此外，用戶(hù)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(hù)可以放大圖形來(lái)觀(guān)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(hù)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(lái)，有兩條AM/AM曲線(xiàn)，這兩條曲線(xiàn)均在線(xiàn)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(xiàn)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(lái)捕捉數(shù)據(jù)，因此如果需要，用戶(hù)可以開(kāi)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(jiàn)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(wèn)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(hù)考慮并檢查了列出的所有潛在問(wèn)題。在考慮所有問(wèn)題之前，用戶(hù)應(yīng)確保硬件正確連接。
發(fā)送數(shù)據(jù)過(guò)載
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(lái)自接口的發(fā)射器數(shù)據(jù)可能會(huì)使DAC過(guò)載。如果DAC過(guò)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(guò)載。
用戶(hù)可通過(guò)GUI觀(guān)察發(fā)射器DAC是否過(guò)載。圖11顯示TETRA1 25kHz波形。峰值與數(shù)字滿(mǎn)量程仍相距甚遠(yuǎn)。對(duì)于ADRV9002，建議與滿(mǎn)量程至少保持幾dB，避免導(dǎo)致DAC過(guò)載。很難量化用戶(hù)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(guò)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。
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(guò)載
另一個(gè)常見(jiàn)錯(cuò)誤是接收器數(shù)據(jù)導(dǎo)致反饋DAC過(guò)載。造成該錯(cuò)誤的原因是，沒(méi)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(guān)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(wú)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。
圖12.接收器數(shù)據(jù)過(guò)驅(qū)
接收器數(shù)據(jù)欠載
與接收器過(guò)載相比，這個(gè)問(wèn)題常常被忽視。造成該問(wèn)題的原因是，沒(méi)有正確設(shè)置反饋衰減。用戶(hù)可能給反饋路徑提供過(guò)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(hù)可以根據(jù)需求調(diào)整該數(shù)字。用戶(hù)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(guò)用戶(hù)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(hù)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(hù)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(wèn)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(hù)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(lái)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(wú)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(hù)可能希望使用TETRA1，它遵循類(lèi)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(hù)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(hù)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(hù)捕捉到數(shù)據(jù)時(shí)，用戶(hù)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(xiàn)，需要單獨(dú)完成更精確的子樣本對(duì)齊。
圖13.未對(duì)齊的DPD捕捉
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(xiàn)（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(hù)需要運(yùn)行腳本External_Delay_Measurement.py來(lái)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。
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(hù)將觀(guān)察到噪聲更大的AM/AM曲線(xiàn)。
圖16.對(duì)齊的DPD捕捉
設(shè)置了路徑延遲數(shù)字后，可以觀(guān)察到，AM/AM和AM/PM曲線(xiàn)更干凈，噪聲更小。相位差也明顯減小。
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(guò)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(guò)DPD軟件，用戶(hù)能夠查看基于捕捉數(shù)據(jù)的AM/AM曲線(xiàn)，從而觀(guān)察壓縮點(diǎn)與P-1dB的接近程度。
圖18.PA過(guò)載數(shù)據(jù)
圖19.以dB為單位呈現(xiàn)的AM/AM曲線(xiàn)（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(lái)。在圖19中，峰值時(shí)的壓縮遠(yuǎn)超出1dB區(qū)域，曲線(xiàn)的形狀也開(kāi)始變得更平坦。這表示PA被過(guò)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(hù)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(xiàn)擬合問(wèn)題，用戶(hù)將嘗試使用各項(xiàng)來(lái)“曲線(xiàn)擬合”非線(xiàn)性效應(yīng)。區(qū)別在于，曲線(xiàn)擬合問(wèn)題擬合的是單個(gè)曲線(xiàn)，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。
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(xiàn)擬合問(wèn)題類(lèi)似。用戶(hù)可從基線(xiàn)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(hù)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(hù)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(chēng)。此外，添加和移除項(xiàng)時(shí)，必須逐個(gè)操作。最后，用戶(hù)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(xiàn)擬合問(wèn)題，因而提供更好的DPD性能。
注意，用戶(hù)不得通過(guò)將項(xiàng)留空來(lái)跳過(guò)項(xiàng)，因?yàn)檫@將導(dǎo)致DPD出現(xiàn)不良行為。另請(qǐng)注意，用戶(hù)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(lái)看，這也是無(wú)效的。
圖21.無(wú)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(hù)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。
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(xiàn)。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(xiàn)的估算。
了解數(shù)據(jù)如何放入LUT后，可以更加明智地開(kāi)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(lèi)PA壓縮問(wèn)題，真正被壓縮并導(dǎo)致問(wèn)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(jiàn)圖23和圖24）?？梢钥吹?，大多數(shù)值出現(xiàn)在中高幅度區(qū)域。這是因?yàn)門(mén)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(méi)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。
圖23.TETRA1幅度直方圖
圖24.TETRA1功率直方圖
現(xiàn)在，以類(lèi)似方式來(lái)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(guān)察到與TETRA1的區(qū)別，即峰值離主平均值非常遠(yuǎn)。
圖25.LTE10幅度直方圖，沒(méi)有CFR
圖26.LTE功率直方圖，沒(méi)有CFR
在功率直方圖中（參見(jiàn)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(méi)有用其大部分增益能力來(lái)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。
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(lèi)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?？梢钥吹?，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(lái)巨大的優(yōu)勢(shì)。
圖28.LTE10幅度直方圖，有CFR
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(jué)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(hù)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(hù)重新認(rèn)識(shí)周?chē)氖澜?。詳情?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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