引言

　　在巨大的市場壓力之下，高功率無線電設計似乎顯得比以往任何時候都更具成本效益。其中，最重要組成部分便是發(fā)射機效率。簡單看一下功率放大器（PA）的傳遞函數，就會發(fā)現(xiàn)線性度與電源效率之間存在根本的對立關系。在飽和狀態(tài)下工作時，PA晶體管的電源效率最高，但線性度不佳。非線性會使頻譜擴展到信號帶寬以外，從而干擾相鄰通道，降低鄰道泄漏比（ACLR）性能。在信號帶寬內，放大器非線性也會導致失真增加，從而降低接收機的誤差矢量幅度（EVM）性能，使誤碼率（BER）增大。

　　為了滿足空中接口的線性度和頻譜要求，降低功率放大器的輸入信號電平，使其在傳遞曲線的線性部分工作，但這會導致電源效率不佳。這種方法雖然簡單，但會增加系統(tǒng)成本；為了實現(xiàn)所需的功率輸出，必須使用更大、更昂貴的PA。在典型的3G移動基站收發(fā)臺（BTS）中，發(fā)射效率低于10%，這意味著90%以上的直流功率轉化成了熱量而沒有得到利用。

　　1 數字預失真技術

　　對于這個兩難問題，更具成本效益的解決方案是采用設計巧妙的DSP。利用數字預失真（DPD）這種技術，可以通過使發(fā)射信號預失真來滿足頻譜要求，同時讓工作在高效率飽和區(qū)的PA晶體管有效線性化。DPD需要一個觀測接收機，通過其中的高帶寬ADC，對PA輸出的耦合版本進行下變頻處理。發(fā)射波形的數字版本與接收波形相比較，由自適應算法計算或更新一系列參數，以便預加載下一個發(fā)射波形。當自適應算法收斂時，即使PA工作在傳遞函數的高度非線性部分，發(fā)射機輸出也實現(xiàn)了線性化。DPD可將發(fā)射機效率從10%以下提高到35%以上，具體取決于所用的算法和功率放大器拓撲結構。

　　包含DPD等復雜閉環(huán)算法的無線電系統(tǒng)設計不能孤立地進行。針對信號鏈的模擬行為和PA的電氣與熱記憶效應進行建模也不是一件容易的事。失真機制的數量會隨著非線性階數的提高而迅速增加，這意味著PA的輸入驅動電平可能會顯著改變失真行為。一款完整的閉環(huán)估算平臺對于優(yōu)化給定PA的DPD算法可謂無價之寶。

　　ADI公司已開發(fā)出3G/4G兼容發(fā)射無線電平臺，支持無線基礎設施設備的設計人員利用功率放大器和數字預失真技術估算閉環(huán)性能結果。這款混合信號數字預失真平臺（MSDPD）如圖1所示，它將高性能線性和混合信號器件組合成先進的發(fā)射機和DPD觀測接收機。

　　圖1：混合信號數字預失真（MSDPD）開發(fā)板

　　2 DPD平臺的FPGA優(yōu)勢

　　當今許多DPD用戶使用的解決方案要么基于固定功能ASIC，要么基于FPGA。FPGA具有可編程能力，因此用戶能夠靈活地優(yōu)化解決方案，并能夠適應數據轉換器和功率晶體管技術的未來發(fā)展。固定功能ASIC則不允許設計人員輕易改變算法或支持不同版本的標準?？删幊唐骷暮锰幨强梢约铀佼a品上市，靈活且經濟有效地適應新標準和發(fā)展中的標準，而不必像ASIC那樣需要重新設計。

　　隨著FPGA技術的進步，現(xiàn)在使用一個FPGA器件就能實現(xiàn)整個無線電調制解調器，并支持多種標準和多天線，因此可以省去許多信號處理和連接IC，電路板空間得以縮小，BOM成本得以降低。此外，這種集成度讓業(yè)界離軟件無線電（SDR）又近了一步，有助于設備制造商快速響應網絡提供商的需求。

　　MSDPD開發(fā)平臺是市場上僅有的一款為無線基礎設施設備的設計人員提供FPGA功能的解決方案。MSDPD板能夠與多種FPGA開發(fā)套件無縫連接：通過HSMC接口使用Altera Stratix IV，以及通過FMC接口使用Xilinx Virtex 6。直接與FPGA接口為設計人員提供了一個即時便捷框架，可以快速估算第三方DPD算法，或者通過簡單的FPGA重新編程，在一個閉環(huán)環(huán)境中設計并優(yōu)化自己的算法。