应用于功放数字预失真系统的时间延迟

应用于功放数字预失真系统的时间延迟 如果您需要更多资料可以到www.docin.com/week114进行免费查阅。 中国科技论文在线 应用于功放数字预失真系统的时间延迟 估计算法 孙凯，于翠屏，刘元安 ,北京邮电大学无线电技术与电磁兼容实验室～北京 100876, 摘要:在数字预失真系统中～准确高效的时间延迟估计是正确进行功放模型估计的首要前提～ 本文针对传统估计算法存在的复杂度高不利于硬件实现的缺点～提出了一种基于加减运算的 时间延迟估计～可以精确估计数字预失真系统中发射通道、功放以及反馈链路引入的延 迟。通过仿真结果及相关明:与以往相关算法相比本文提出的新型时间延迟估计算法 在相同性能下可有效降低算法复杂度～减少系统资源消耗～实验结果表明该算法的能有效实 现链路产生的时间延迟估计。 关键词:功率放大器,数字预失真,时间延迟估计 中图分类号:TN919.8 Time Delay Estimation Algorithm in PA Digital Predistortion System Sun Kai, Yu Cuiping, Liu Yuanan (Wireless Communications & EMC Laboratory,Beijing University of Posts and Telecommunications, Beijing 100876) Abstract: In digital predistortion system, accurate and efficient loop delay estimation plays an important role in amplifier model estimation. Aiming at reducing the computational complexity of the traditional estimation algorithm, A novel time delay estimation algorithm based on the addition and subtraction was proposed. Simulation results and the corresponding analysis demonstrate that compared with the previous algorithms, the computational complexity and system resource consumption of the novel algorithm is much lower, while the novel algorithm can realize the correct time delay estimation. Keywords:Power Amplifier(PA); digital predistortion; time delay estimation 0 引言 功率放大器 PA(Power Amplifier)在无线通信系统中是不可或缺的器件，同时也是一种非 线性记忆器件。这种非线性特性将导致频谱再生，对邻信道产生干扰，同时还会产生带内失 真而降低系统误码率性能。随着移动通信技术的发展，尤其是应用了宽带数字传输技术(如 OFDM 等)和高频谱效率的调制方式(如 QPSK 和 M-QAM 等)[1-3]以后，通信系统对功率 放大器的线性度提出了越来越高的要求。此外，现代无线通信还要求功率放大器兼顾高效率， 因此对功率放大器线性化处理的需求越来越高。 目前针对功放线性化的问题已有很多方法，而主要的方法有负反馈法、前馈法、EE&R 法(包络消除与恢复法)、LINC 法(非线性器件的线性放大法)和预失真法等。其中基带 数字预失真技术是提高功放线性度最有效的方法之一，具备无稳定性问题、精确度高、适用 于宽带通信、自适应强等优点，已成为当前主流的功放线性化解决。该算法通过基带发 送与基带解调后的 I/Q 信号估计功放模型，即需要正确对比源信号和反馈信号，因此精确估 计由发射通道、功放以及反馈链路引入的时间延迟是保证正确估计功放模型的前提。 本文将针对应用于功放数字预失真系统的传统时间延迟估计算法的不足提出新型基于 作者简介:孙凯，(1986-)，男，北京邮电大学硕士研究生，主要研究方向:功放数字预失真技术. E-mail: 如果您需要更多资料可以到www.docin.com/week114进行免费查阅。 buptsunkai@gmail.com -1- 如果您需要更多资料可以到www.docin.com/week114进行免费查阅。 中国科技论文在线 加减运算的延迟估计算法，通过 MATLAB 环境下仿真，结果表明:与传统算法相比，该算 法在相同性能下可有效降低算法复杂度，减少系统资源消耗，利于硬件实现。 1 传统时间延迟估计算法 时间延迟估计的基本问题是利用所接收到的目标信号，准确快速的估计和测定出接收器 或接收器阵列之间由于信号传播不同而引起的时间延迟[4],是近 20 年来国际信号处理界的一 个研究热点。针对应用于数字预失真系统中的时间延迟估计算法也展开了广泛的讨论，并已 有相关文献提出了一些延迟估计算法。 文献[5]在 1989 年提出了一种估计算法,该算法通过自适应迭代算法实现时间延迟估计。 由于需要提前设定迭代控制步长的大小，如果选择不当就会造成算法的收敛速度很慢甚至无 法收敛，算法的稳定性较差。作为主流的延迟估计算法主要基于共轭相关原理来实现延迟估 计。 文献[6]采用了基于相关函数的估计方法，实际算法中采用计算公式: M 1 (1) Rvy (n , ) M r ,1 其中 M 为采样点数，r 为采样时间序列，n 为延迟时间序列。最大 Rvy 对应的 n 值即为 时间延迟估计结果。该方法采用了经典的广义相关法，可以有效的估计时间延迟，但是该算 法在硬件实现的时候会存在大量的乘累加运算，乘法器将消耗大量的系统资源，运算复杂度 为 O(n2)。同时在 J.Sala 等人利用延迟估计谱 TDS(Time-Delay Spectrum)进行估计[7]，这种方 法采用了四阶互相关，其运算复杂度将更高。 2 本文提出的时间延迟估计算法 通常我们常使用 AM/AM 和 AM/PM 特性曲线描述来衡量功率放大器特性。其中 AM/AM 定义为输出信号复包络的幅度相对于输入信号复包络的变化特性，同样 AM/PM 为相移(输 出信号复包络相角减去输入信号复包络相角)随输入信号包络幅度变化的特性。可见功放的 输入信号以及输出信号的幅度存在很强的相关性。同时 I/Q 解调的相位不平衡将不会影响信 号幅值大小，其相关性不受影响。在这里我们基于这种考虑提出改进的应用于功放预失真系 统中的时间延迟算法。 假设功率放大器的输入信号采样数据为 z(n)，输出信号采样数据为 x(n)，取观察长度为 N，k 为时间延迟，取值范围为[-N,N]。 1 N (2) Rzx (k ) , N n,1 其中 Rzx 最小值对应的 k 即为所估计的时间延迟。 在该算法中进行的幅度运算采用 CORDIC(Coordinate rotation digital computing，坐标旋 转数字计算方法)算法[8]，即通过计算机的加、减及运算来实现复数信号的幅度运算，而且 该运算只需要计算一次输入信号幅度，无需像采用广义相关法那样反复使用乘法器。同时由 于使用减法器代替了乘法器来进行相关运算，这样整个算法避免了大量乘累加运算，算法复 杂度大大降低。 3 算法性能仿真 如果您需要更多资料可以到www.docin.com/week114进行免费查阅。 本节将对上一节提出的改进算法进行仿真分析，为了验证算法的实际性能优劣，我们采 -2- V (r ),Y (r ， n) | [|| zn nx| ， k ||] 如果您需要更多资料可以到www.docin.com/week114进行免费查阅。 中国科技论文在线 用了实际功放的输入输出信号作为仿真信号源。功放输入输出信号通过 Agilent 公司提供的 信号分析软件 89600 提取。发射信号采用基于 WCDMA 的 5MHz 带宽信号。 分别采用基于广义相关的估计算法和改进算法进行对比测试，并在延迟估计后对齐功放 输入输出信号，效果如图 1 所示: 1 功放输入信号 功放输出信号 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 采样点 (a) 1 功放输入信号 功放输出信号 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 采样点 (b) 1 功放输入信号 功放输出信号 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 采样点 (c) 图 1 (a)图为原始功放输入输出数据，(b)图为改进延迟估计算法测试结果，(c)图为采用传统基于广义相关法 运算的延迟估计算法测试结果。 通过对比测试我们发现该算法能够有效估计时间延迟，两种算法估计的时间延迟 k 均为 166。相对于传统时间估计算法，在相同性能下其算法复杂度从 O(n2)降低为 O(n)，复杂度 如果您需要更多资料可以到www.docin.com/week114进行免费查阅。 大大降低。 -3- 归 一化 信 号幅 度 归一化信号幅度 归一化信号幅度 如果您需要更多资料可以到www.docin.com/week114进行免费查阅。 中国科技论文在线 4 结论 本文针对传统的应用于功放数字预失真系统的时间延迟估计算法普遍存在复杂度高的 缺点提出了新型基于加减运算的时间延迟估计算法，经过实际仿真验证，该算法能够有效估 计时间延迟，并且相对于传统时间估计算法，在相同性能下其算法复杂度从 O(n2)降低为 O(n)。 [参考文献] (References) Mischa Schwartz. 移动无线通信(英文版)[M]. 北京: 电子工业出版社，2005. [1] [2] 彭林. 第三代移动通信技术[M]. 北京: 电子工业出版社，2003. [3] Fuqin Xiong. Digital Modulation Techniques [M]. London: Artech House, 2000. [4] 邱天爽. 自适应时间延迟估计的新方法和专门问题研究[D]. 大连: 大连理工大学,1995. [5] Nagata Y. Linear amplification technique for digital mobile communications [C]. San Francisco, USA: IEEE 39th VTC’89, 1989. 159-164. [6] 赵洪新，陈忆元，洪伟. 一种基带预失真 RF 功率放大器线性化技术的模型仿真与实验[J].通信学报， 2000,21(5):41-47. [7] Sala J, Dumey H. Coarse time delay estimation for pre-correction of high power amplifiers in OFDM Transmitter[C].Vancouver, Canada: Proceedings, IEEE 56th VTC 2002-Fall, 2002. 2313-2317. [8] 李岩等.CORDIC 算法在 DSP 算法硬件实现中的应用进展[J].现代电子技术,2002(6):85-89. 如果您需要更多资料可以到www.docin.com/week114进行免费查阅。 -4-