[硕士论文精品]基于dpd技术的wcdma发射机前端设计

摘要摘要第三代移动通信的三大主流标准是欧洲的WCDMA标准、美国的CDMA2000标准和中国提出的TDSCDMA标准。其中WCDMA技术有较高的扩频增益，发展空间较大，全球漫游能力最强，技术成熟性最佳，在未来的发展中具有比较大的优势。另外，随着现代通信系统中的发射机对功率放大器线性度要求越来越高，数字预失真技术DPD也成为了热门的研究话题。本文对基于数字数字预失真技术DPD的WCDMA发射机前端进行了深入的研究。首先，概述了WCDMA通信系统和其主要技术指标，并对两个关键指标做了比较详细的分析，为后续章节的分析打下基础。其次，对数字预失真技术DPD的基本原理进行了仿真分析，使用MATLAB和ADS搭建联合仿真平台，在此平台基础上仿真分析了发射机架构中的各个部分重构滤波器、模拟正交调制器、本振相噪、发射滤波器、非线性放大器、抗混叠滤波器等对数字预失真线性化以及WCDMA发射机指标的影响。然后，根据前面仿真的结论，对发射机进行了系统分析。对发射机的关键指标，如线性、噪声、杂散等指标进行了指标分解，最后确定对各部分的要求，从而确定了最后的实现方案，并对链路进行了总体仿真分析。再次，根据前面分析的结论，进行器件选型，进行链路指标具体分配，对重构滤波器、抗混叠滤波器、MGA62563、SXA389B等部分进行了仿真分析。最后，实测了发射机的整体性能指标。测试结果表明，该系统基本上达到了设计的目标要求。关键词发射机数字预失真线性化模拟正交调制器ABSTRACTABSTRACTTHREEMAINTHIRDGENERATIONMOBILECOMMUNICATIONSTANDARDSAREWCDMASTANDARDINEUROPE，CDMA2000STANDARDINTHEUNITEDSTATESANDCHINASTDSCDMASTANDARD，OFWHICHWCDMAHASHIGHERSPREADINGGAIN，LARGERSPACEFORDEVELOPMENT,THESTRONGESTGLOBALROAMINGCAPABILITIES，BESTTECHNICALMATURITYANDHASARTADVANTAGEINTHEFUTUREATTHESAINETIME，WIMTHEDEVELOPMENTOFMODEMCOMMUNICATIONSYSTEM，TRANSMITTERPOWERAMPLIFIERLINEARITYISDECOMINGARTINCREASINGDEMANDSO，DIGITALPREDISTORTIONTECHNOLOGYDPDHASALSOBECOMEAHOTRESEARCHTOPICTHISPAPERHASAINDEPTHSTUDYONWCDMATRANSMITTERRONTENDBASEDONDIGITALTECHNOLOGYDI百TALPREAISTORTIONDPDFIRST,ANOVERVIEWOFTHEWCDMACOMMUNICATIONSYSTEMANDITSMAINTECHNICALINDICESSECONDLY,MAKEASIMULATIONANALYSISONTHEBASICPRINCIPLESOFDPDTECHNOLOGYTHEN,MAKEAUNITEDSIMULATIONPLATFORMWITHUSEOFMATLABANDADSSIMULATIONSOL,WAREBASEDONTHISSIMULATIONPATFORM,ANALYZEVARIOUSPARTSINTHETRANSIMITTERSTRUCTURERECONFIGURABLEFILTER,ANALOGQUADRATUREMODULATOR,LOPHASENOISE，EMISSIONFILTERS，NONLINEARAMPLIFIERS，ANTIALIASFILTER,ETC，ANDGIVETHEIRIMPACTONDPDANDTRANSMITTERPERFORMANCETHIRDLY,ACCORDINGTOTHECONCLUSIONSOFTHEPREVIOUSSIMULATION,CONDUCTASYSTEMATICANALYSISOFTHETRANSMITTERGIVESYSTEMANALYSISOFTRANSMITTERLINEARITY,NOISE，SPURIOUS，ANDFINALLYGIVEREQUIRMENTOFTHEVARIOUSPARTSINTHETRANSIMTTER,DETERMINETHEFINALSCHEME，GIVEASIMULATIONOFTHETOTALTRANSMITTERLINKFOURTHLY,INACCORDANCEWITHTHECONCLUSIONSOFTHEPREVIOUSANALYSIS，CONDUCTTHEDEVICESELECTION，GIVESIMULATIONANALYSISOFRECONFIGURABLEFILTER,ANTIALIASFILTER,MGA62563，SXA389B，ETCFINALLY,MEASLLRETHEOVERALLPERFORMANCEOFTHETRANSMITTERTESTRESULTSHOWSTHATTHESYSTEMHASACHIEVEDTHEOBJECTIVESANDREQUIREMENTSKEYWORDSTRANSMITTER,DPD，LINEARIZATION,AQM独创性2声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。彳年阳阳关于论文使用授权的说明本学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权电子科技大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。保密的学位论文在解密后应遵守此规定签名司番煮掣导师签名日期。J年呼月；。日第章绪论11背景介绍第一章绪论作为第三代移动通信中的非常重要的一员，UMTSUNIVERSALMOBILETELECOMMUNICATIONSYSTEMS通用移动通信系统是采用WCDMA空中接口的第三代移动通信系统。通常也把UMTS系统称为WCDMA通信系统1】。WCDMA通信系统可支持384KBPS到2MBPS不等的数据传输速率，在高速移动的状态，可提供384KBPS的传输速率，在低速或是室内环境下，则可提供高达2MBPS的传输速率。因此，WCDMA系统具有非常明显的宽带、高速率的优势【2L。在现有的市场下，WCDMA发展非常迅速，在全球多家顶级运营场大规模商用，取得了巨大的成功。以不久的将来，在中国联通的强势推动下，也会在中国大规模商用【31。另外，WCDMA通信系统由于其信号的PAR比较大，对发射端的功率放大器要求较高，因此数字预失真DPD线性化技术也成为研究的热点。本文主要研究了DPD系统中模拟通道对其性能的影响。12WCDMA发射机主要技术指标121发射机最大输出功率发射机的输出功率是指发射机的功率输出能力，该指标会影响到基站的覆盖范围【6】。最大输出功率是指在指定测试条件下，在基站天线连接端口测得的每个载波的平均功率值。在实际应用中需考虑发射机发射功率和终端接收灵敏度以及小区布网来综合确定发射机的最大输出功率。122发射功率误差发射功率误差是指的由于射频通道的非理想特性引起的发射输出功率波动，尽管在发射机中会用到功率控制，但是功率还是会存在一个功控的精度问题，因此在系统设计的时候需要对此指标以及功控精度提出要求。电子科技大学硕士学位论文123输出功率动态范围协议要求功率动态范围18DB，静态范围10DB，考虑四载波情况，要求总的动态范围达到32DBTGL。124ACLR邻道功率是指通道带外不必要的辐射，这些辐射是由发射机调制和非线性环节产生的，但不包括杂散辐射。邻道泄漏功率比是指定通道平均功率与邻道平均功率之比。测平均功率时分析仪必须开启384MHZ带宽、滚降系数为O22的根升余弦滤波器。协议要求如表11所示。表11协议对ACLR的要求【4】偏离载波中心频率MHZACLR要求5MHZ45DB10MHZ50DB125杂散辐射杂散辐射是指发射机产生的一些有害的辐射信号，包括谐波辐射、寄生辐射、互调产物和变频产物，但不包括带外辐射。该指标在基站射频输出口测试。杂散指标要求适用于低于第一个载波中心频率125MHZ和高于最后一个载波中心频率125MHZ以外的频率范围。具体分析参见第三章系统分析部分。126SEMSEMSPECTRURNEMISSIONMASK指的是协议对带外输出频谱的约束，为了确保发射机对其他通信系统的干扰在一定水平之内，协议对WCDMA系统的输出作了相应的规定，提出了SEM的概念。功率输出小于31DBM的时候规定如表12所示。127发射互调发射互调性能是用于度量发射机抑制非线性产物能力的指标，这些非线性产物是由有用发射信号与天线端口输入的干扰信号在发射机非线性单元中互调产生的。测试时从天线口输入的WCDMA干扰信号比有用的发射信号小30DB，干扰频率偏移载波信号频率5MHZ、10MHZ、15MHZ。2第一章绪论表12POUT一L址232425怂272L图29采用平台仿真的DPD前后信号频谱对比ADPD前；BDPD后由上图可见，经过数字预失真后，输出信号的频谱有了比较明显的改善，在载波近端的非线性产物得到了比较好的抑制，但是从频谱上来看，中心频率两端有两个鼓包，说明这个算法还有待进一步优化。15电子科技大学硕士学位论文图210DPD后系统的斛跚，AM一埘响应曲线AAMPM；BAM一脚上图为经过DPD后的AMAM、AMPM，从AMAM曲线以及AMPM曲线可以看出，整个系统的相位呈现比较稳定的特性，系统的AMAM特性也呈线性关系，整个系统工作于比较好的线性状态，达到了预期的效果【151。以上是数字预失真在理想情况下的仿真分析，但在一个实际的系统中，会存在很多非理想的状态，比如，调制器的非理想特性、耦合器的非理想特性、反馈通道的非理想特性等，这些非理想的特性都会对数字预失真的效果产生比较严重的影响。因此我们首先提出影响DPD校正的各种因素。DPD不失真条件【16】1、反馈回来的信号能够无失真的反映功率放大器输出信号的特性2、发射机通道带宽足够宽，保证数字预失真后的信号不失真，能够准确的校正通道和功率放大器的非线性的记忆效应3、发射通道，功率放大器和反馈通道的群时延特性比较好，波动较小4、重构滤波器，抗混叠滤波器的通带平坦性，群时延特性较好。本章剩余部分将重点对上面提到的各种影响DPD校正的因素进行重点分析，利用前面搭建的ADSMATLAB联合仿真平台对各部分电路进行仿真，研究不同类型电路对系统整体性能的影响，以期得到比较准确的分析结果，从而为寻求相应的解决措施提供相应的理论依据。23调制器对系统。I生能的影响正交调制器作为DAC和射频通道的接口，其输入I、Q模拟信号幅度不平衡、相位不平衡以及直流偏置DCO凰哟等会影响系统误码率BER【171，影响发射信号的质量以及DPD的整体校正效果。本节将重点分析正交调制器的非理想特性对16第二章系统原理仿真及模拟通道对其性能的影响分析系统的影响，并提出了相应的解决方法。模拟正交调制器AQM的基本原理可以用下图来表示HNIQ心吃SINHFEINWWTK久图211A娥的原理框图如上图所示，假设输入I、Q信号分别为JKC0SN，Q2巧S试21其中，是基带信号角频率，K，圪分别为I、Q信号的幅度。本振信号为厶COSWTT和LQSINWIT，那么计算得出正交调制后的信号为L鼍COSW,W拍TCOSM幻22QG。，GLQCOSWLWBBTCOSW_FWBBF】23总的输出为GOL幺。理想情况下，KK，吃，并且不存在I、Q两路信号的DCOFFSET，此时，GOV,VNCOSW_F一F，不存在非理想特性。但是在实际情况下，这种非理想特性是普遍存在的，下面将一一介绍。231DCOFFSET通过131节的分析，我们知道，DCOFFSET会引起本振泄露，载波泄露对于WCDMA这样的抑制载波的通信系统来说是一种干扰信号，从整个通信系统的效率及抗干扰方面考虑，必须将其抑制掉同时，在一个DPD系统中，载波泄露经反馈通道然后数字下变频后体现为直流信号，相当于反馈I、Q信号上面叠加了定的直流信号，因此如果不加以校正，就会使得基带信号和反馈信号的幅度没有做到归一化，影响校正的结果。17电子科技大学硕士学位论文刁O考虑DCOFFSET后，调制器实际的调制结果为L警吣W一蚶懈W吣M酬蚋24Q孚州叶一WBBS吣M蛳州25其中，圪；，分别为I、Q两支路的本振泄露的幅度。其频谱图如图212所图212DCOFFSET在输出频谱上造成载波泄露1、DCOFFSET对E的影响为了量化DCOFFSET对发射机系统的影响，我们搭建ADS仿真平台如图213所示。根据131节的介绍，我们知道EVM这个指标反映了发射机信号矢量的质量，是WCDMA发射机一个重要的考察指标，因此我们将重点考察DCOFFSET对发射机EVM性能的影响。圈I篙。L图213E仿真系统画J第二章系统原理仿真及模拟通道对其性能的影响分析图213中的RF_TX_YUXIANGQI部分为发射机中的射频部分，包括了推动级放大器、滤波器、末级功率放大器、耦合器、环形器等，其电路图如下图所示。图214仿真中所用射频通道通过设置不同的DCOFFSET，我们可以得到表21所列的实验结果。表21DCOFT对EVM的影响I相对于Q的DC“E01611051611101621151。735201917252155注仿真时采用的参考电压为2V可见，对WCDMA通信系统，采用QPSK调制方式时，DCOFFSET对EVM的影响并不大，对信号解调本身影响并不是太大，但是DCOFFSET会在天线口产生载波泄露，载波泄露本身并不包含有用信息，因此会在UE侧产生一个带内干扰，影响接收端的灵敏度。2、DCOFFSET对DPD的影响对于一个20MTLZ带宽的信号，DCOFFSET意味着在反馈回来的信号中，I，Q两路的直流不相等，在做DPD校正的时候就会导致在幅度上基带信号和反馈信号在幅度上差的太远，因此即使在使用理想功率放大器的情况下，DPD校正的效果也会受到严重的影响。由于DCOFFSET的存在，导致在做DPD校正的时候，会导致LUT表的数据偏移，不能充分发挥DPD的效果，见下面的仿真结果。19电子科技大学硕士学位论文以一个模拟输出VPP2V的DAC为例，I路相对于Q路偏移的值来进行仿真。下面分别给出了DCOFFSET对系统AMAM曲线、AMPM曲线、信号频谱及时域相移特性的影响。图215DCOFFSET对系统AMAM特性的影响ADCOFFSET001V；BDCOFFSET005V图215A，B分别表示DCO凰CT为001V和005V时系统的AMAM曲线。由上图可以看出，DCOFFSET对系统的AMAM曲线影响严重。图2一16DCOFFSET对系统AMPM特性的影响ADCOFFSET001V；BDCOFFSET005V图216A，B分别表示DCOFFSET为001V和005V时系统的AMPM曲线。由上图可以看出，DCOFFSET对系统的AMAM曲线影响严重。图217DCOFFSET对系统频谱特性的影响ADCOFFSET001V；BDCOFFSET005V第二章系统原理仿真及模拟通道对其性能的影响分析图217A，B分别表示DCOFFSET为001V和005V时系统的频谱图。由上图可以看出，DCOFFSET在系统的发射频谱上出现了比较明显的本振泄露。通过仿真实验，综合考虑DCOFFSET对EVM以及DPD性能的影响，我们可以得出结论当DCOFFSET小于满刻度的25时，通过在数字域做DC校正可以校正过来。因此，本系统对DCOFFSET提的要求为小于25满刻度电平。232I、Q幅度不平衡通过131节的分析，我们知道模拟I、Q信号幅度不平衡会导致边带信号不能完全抵消掉，在发射频谱上有用信号频谱旁边会产生边带信号，引起发射信号质量下降，经过功率放大器放大后，这种影响会更严重，严重影响了发射信号的EVM指标。同时，在一个DPD系统中，I、Q信号幅度不平衡体现在反馈回去的Q路信号与基带信号的Q路在幅度上不能保持一致，因此会影响算法校正的结果。针对厶与丘不一致以及I，Q信号幅度不一致的问题，通过计算我们可以得到调制器输出的总的信号为屹乞级单毕COSM一F华一华COSM屹弘26由上式可见，由于厶与厶不一致，在信号的输出端产生了无用的边带信号，频谱图如图218所示。图218I、Q幅度不平衡对系统输出频谱的影响AI、Q幅度不平衡LDB；BI、Q幅度不平衡O5DBL、I、Q幅度不平衡对EVM的影响利用图213的EVM仿真平台，通过改变I路相对于Q路的幅度来仿真I、Q21电子科技大学硕士学位论文两路幅度不平衡特性对发射机EVM性能的影响。仿真结果如表22所示。表22幅度不平衡对EXOVL的影响不平衡性DBEVMO16LLO1172305229715791158443211107从仿真实验结果来看，幅度不平衡对WCDMA信号质量有着比较严重的影响，从上面数据可以看出，当幅度不平衡性达到LDB以上时，对EVM的恶化非常明显，因此在实际电路系统中必须对幅度不平衡性进行校正。2、幅度不平衡对DPD的影响利用图28的仿真平台进行仿真，得到I、Q幅度不平衡性分别为ODB和LDB时候系统的AMALVL曲线及时域相移特性曲线，分别如图219，图220所示。图219I、Q幅度不平衡对系统觚TM特性的影响AI、Q幅度不平衡0DB；BI、Q幅度不平衡LDB从图219可以看出，相对于理想情况下，当I、Q幅度不平衡为LDB的时候，系统的崩一AM曲线在曲线的末端产生了明显的发散现象，表明I、Q幅度不平衡特性已经影响到了DPD的校正。图220为系统的时域相移特性，图中画出了采样点与相移的曲线。理想情况下，所以采样点都集中在一固定相移附近，如图220A所示。当I、Q两路存在幅度不平衡性达LDB的时候，采样点的相移存在范围明显展宽。在存在I、Q幅度不平衡性LDB这样的一个系统中，基带信号和反馈信号校正出来的结果没有真正反映功率放大器的非线性特性，导致LUT表内的校正数据不准确，从而影响DPD第二章系统原理仿真及模拟通道对其性能的影响分析校正的整体效果。图220I、Q幅度不平衡对系统时域相移特性的影响AI、Q幅度不平衡ODB；BI、Q幅度不平衡LDB通过以上仿真数据，我们可以看出当幅度不平衡性大于05DB时，对系统的整体性能会有着严重的影响，由于DPD在算法中是对PA的逆模型进行运算，当幅度不平衡性存在的时候，会导致DPD的校正参数失真，没有发挥出应有的水平。因此，基于以上仿真结果。本系统对幅度不平衡性所提的指标为小于05DB。233I、Q相位不平衡I、Q相位不平衡特性的存在，不仅产生了严重的边带分量，而且还造成了Q路信号的相位偏移，影响发射信号的信噪比SNR，从而影响接收信号的解调。同时，相位不平衡导致DPD反馈回去I、Q信号的相位产生偏移，导致DPD自适应算法在做相关运算的时候，不能准确的在时域上将基带信号和反馈信号对齐，从而对DPD校正也有定的影响。下面将一一进行分析。假设I、Q信号分别为，VIICOSWBBT，Q2巧SINT们2N本振信号分别为吃SINW,T，吃COSW,028那么I、Q路相乘后的结果为L华【COSW，WB,TCOSWTWBB幻29矿矿Q二里三号COS【一WBBTE1EOSWIW如弘仂】，210电子科技大学硕士学位论文假设K_矿，吒，圪，那么调制后总的输出信号为圪L级粤COS一TCOSWLWU,FP1】Z211COSWT，肋弦一COSWWBBT01通过上式我们可以发现，由于相位不平衡性的存在，在调制器的输出信号中产生了边带信号，如图221所示。图221I、Q相位不平衡对系统输出频谱的影响AI、Q相位不平衡5度；BI、Q相位不平衡1度1、I、Q相位不平衡对EVM的影响利用图213的EVM仿真平台，通过改变I路相对于Q路的相位来仿真I、Q两路相位不平衡特性对发射机EVM性能的影响。仿真结果如表23所示。表23相位不平衡对EVM的影响相位不平衡性度EVMO1611O1162O51697118772242654654通过上表可见，I、Q相位不平衡对信号质量EVM的恶化是非常明显的。当相位不平衡性达到5度的时候，对系统EVM的贡献达到465416113043个百分点。2、相位不平衡对DPD性能的影响利用图28的仿真平台进行仿真，得到I、Q相位不平衡性分别为0度和5度第二章系统原理仿真及模拟通道对其性能的影响分析时候系统的AMAM及AMPM曲线，分别如图222，图223所示。图222I、Q相位不平衡对系统AM_脚特性的影响AI、Q相位不平衡0度。轧擘O；BI、Q相位不平衡5度_I七一。一溻一黼，一图223I、Q相位不平衡对系统AM雕特性的影响AI、Q相位不平衡0度；BI、Q相位不平衡5度通过以上AMAM，AMPM的对比，我们可以看出当相位不平衡性5度时，对DPD的性能会有着严重的影响，由于DPD在算法中是对PA的非线性作反处理，当相位不平衡性存在的时候，会导致DPDLUT表内的校正参数严重偏移，如果再加上后级的PA的非线性，会导致DPD的校正效果严重恶化。通过仿真实验证明，当相位不平衡性小于2度的时候，对系统的影响在可以接受的范围之内，因此本系统对相位不平衡性提的指标要求为小于2度。24重构滤波器对性能的影响重构滤波器位于发射机架构中的DAC输出口和调制器输入口之间，它的基本功能是对DA转换后的基带模拟信号进行滤波，滤除掉由DAC转换引起的各种杂散、谐波、时钟泄露等。但重构滤波器同时也是发射机记忆效应的重要贡献者，对DPD性能及发射机系统性能造成一定的影响I。DPD系统中的重构滤波器一般要求，既要保留发射有用信号，同时也要求保留用于功放预失真的预失真信号。重构滤波器可以实现对DAC转换后的镜向频率，谐波杂波，以及时钟信号的泄露等进行抑制。理论上分析认为滤波器在截止频率电子科技大学硕士学位论文附近的群时延波动比较大，如果阻带离信号带比较近的话，会对有用信号的群时延波动产生比较大的影响，影响DPD的校正。同时，由于重构滤波器的带内增益波动，相位波动也会对有用信号的时域特性带来一定的影响，同样会影响DPD的校正效果，下面分析咀L几种情况对DPD性能带来的影响。1、重构滤波器的阶数和ACLR的关系，RIB，FIZ誊T了爵一IJ_I|一参、糊TIIIIIII；IRI而IIJ圈224不同类型的滤波嚣阶数与ACLR的关系从上面的试验数据可以看出，贝塞尔滤波器的DPD性能最差，这个可以解释为，虽然贝塞尔滤波器的群时延平坦性比较好，但是由于带内纹波等比较大所以会导致DPD效果比较差一些。同时，8阶巴特沃斯滤波器的性能晟好，但采用5阶CHEBYSEW滤波器也基本可以达到相同的性能，而且阶数更低，节约成本。我们还可以看到。增加CHCBYSEW滤波器的纹波会大大降低DPD性能。并且阶致超过5阶后DPD性能同样变差，这是由于阶数增大使得滤波器的记忆效应变差了。2、重拇臆波器的截止频率和ACLR的关系矗；磊磊忑磊T一一女O目日十E日镕BN【三耍“坐遁蔓J互亘面III圄囤225滤波器截止频车与ACLR的关系26第二章系统原理仿真及模拟通道对其性能的影响分析通过以上的数据分析，我们可以看到，通过调整截止频率，都可以把滤波器对DPD性能发挥到最好。切比雪夫滤波器纹波与ACLR的关系图226CHEBYSHEV滤波器纹波与ACLR的关系从上面的分析我们可以看出，总天看来，纹波越小，DPD性能会越好，当然并不是纹波越小越好，存在一个最优的值；并且，在纹波较小的时候，5阶滤波器比4阶具有更好的ACLR性能，但是在纹波比较大的时候，4阶滤波器具有更好的性能，这是由于阶数增大，滤波器具有更高的截止频率，随着纹波的增大，会对记忆效应影响更加明显。3、I、Q重构滤波器截止频率不平衡对ACLR的影响5阶01DB纹波CHEBYSHEV滤波器IQ两路截止频率不平衡性与ACLR的关系图I路滤波器截止频率相对于Q路的差值图227I、Q两路滤波器截止频率不平衡与ACLR的关系从上图可以看出，I，Q两路重构滤波器的截止频率的差别在5的时候，ACLR电子科技大学硕士学位论文有2个DB的恶化，同时我们可以看到I，Q截止频率差别小于3的时候，对ACLR的影响非常小，比如，一个截止频率为80MHZ的滤波器，可以允许的截止频率差别为80324MHZ；对一个截止频率30MHZ的滤波器，那么可以允许的截止频率的差别为30309MHZ，要求还是比较严格的。同时，我们可以看到，随着I，Q截止差别的增大，ACLR恶化在后半部分非常明显。4、重构滤波器的带内波动和ACLR的关系假设重构滤波器的带内波动比较大，同样反馈回来的信号的带内波动以及互调分量也是有波动的，那么在反馈信号和基带信号在作相关运算的时候就会使得有些采样点上的基带信号和反馈信号差别比较大，那么经过PD后的信号经过重构滤波器后，就相当于对这些差别比较大点上的互调抑制过小，该信号经过PA后，在一定程度上会抵消一部分由PA引起的互调，但是并不能完全抵消，每次只能抵消一部分，通过R1次迭代后，PA输出的信号慢慢才会收敛。因此，增益平坦度主要影响DPD的收敛速度。如果波动太大，对于某些点上的抑制就会太小，那么DPD即使经过很多次迭代也无法校正互调。另外，带内波动还会影响记忆效应参见上面纹波和ACLR的关系介绍。5、重构滤波器的带宽与ACUT的关系如果重构滤波器的带宽不够的话，那么PD预失真后的信号通过DAC后，对于互调有抑止作用，互调被抑制后的信号通过射频通道到达PA后，互调抑制的效果会变差，这种情况下，每次校正的互调都比较有限，会影响DPD的收敛速度。解决这个问题的方法，一是提高抽样频率或者DAC的工作频率；二是在数字域均衡DAC的特性三是重构滤波器的带宽调整到足够大，这样可以使的互调信号没有抑制的到达PA口，使得总体的校正效果达到比较好的一个程度。6、重构滤波器的群时延对EVM，PCDE的影响分别采用BUTTCRWORTH滤波器和CHCBYSCW滤波器进行时延仿真，查看滤波器不同阶数的群时延，然后根据这个选择滤波器仿真对EVM，PCDE的影响。首先对BUTTCRWORTH滤波器进行仿真，调用ADS仿真系统中的BUTTCRWORTH低通滤波器控件，扫描其阶数，仿真群时延的大小。图228给出了BUTTCRWORTH低通滤波器仿真电路图。图229给出了仿真结果DES2，1，表明滤波器随着阶数的增加，其截止频率也会随着变小。图230，图23L给出了群时延的仿真结果。根据前面的分析，我们可以得知截止频率附近的群时延波动是比较大的波动，因此截止频率越靠近通带，对系统带内的影响越大。第二章系统原理仿真及模拟通道对其性能的影响分析嗓要至习R国_黧F誉三F刮舞。器一。童。、0I_、JJ涮J。1、0_D”子、1图229不同阶数的BUTTERRORTH滤波器的增益特性图230BUTTERWORTH滤波器不同阶数下的群时延仿真结果圄一M舯4M1“11曩镕1M呻D1M1”EM量篙攀”“暖JPCW圈231不同阶数的BUTTELWORTH滤波器阶数与群时延的关系断一誊彗垂L氅电子科技大学硕士学位论文由于采用DPD技术，重构滤波器的带宽是信号带宽的5倍，因此在分析对EVM，PCDE影响的时候，只看信号带内的群时延波动，但在分析DPD的时候需要考虑整个DPD带宽内的群时延，因此需要考虑DPD带宽内的群时延特性。下面对CHCBYSCW滤波器进行仿真，将图228中的滤波器模型换成CHCBYSCW滤波器进行仿真。仿真结果分别如图232，图233，图234所示。飞迫J淹、，一01001502002503FREQMHZ图232CHEBYSEW滤波器不同阶数下的群时延仿真结果图233CHEBYSEW滤波器不同阶数下的群时延仿真结果团AZMA,“21搬0OY0IRLEO团B眦昭1取1圳帕11E9圈C啪“21H6000101YOEO同GD_INB删曲蚺同GDDPD如CA1O1313400278O01010723000A5，23504441795O1253810720”117413330870001845848784718235舱帖640OZ43971口1400鸵15埘108718图234不同阶数的CHEBYSEW滤波器阶数与群时延的关系通过上面的BUTTCRWORTH滤波器和CHCBYSCW滤波器两组仿真数据对比，我们可以得出这样的结论BUTTCRWORTH滤波器在带内的绝对时延和群时延均比CHEBYSEW滤波器小的多，但综合考虑，我们采用CHEBYSEW滤波器，从上面可以第二章系统原理仿真及模拟通道对其性能的影响分析看出，CHEBYSCW滤波器在发射信号20M带内重构滤波器的群时延非常小，对DPD性能以及发射机整体性能的影响也可以忽略。下面仿真群时延对发射机EVM，PCDE的影响，通过将图228的滤波器模型代入仿真平台进行仿真，得到表24所示数据。表24群时延对EVLVI及PCDE的影响群时延NSE、PCDEDB28246412336266411L4329741101003124021仿真数据表明，群延迟小于LOONSLAP时，其对QPSK调制信号的EVM、PCDE的影响在系统要求的规格范围内。通过以上的仿真实验，我们可以得出结论，为了尽量减少重构滤波器对DPD性能带来的影响，我们可以采取以下几方面的措旅1尽量将重构滤波器的性能调测到最佳，保证其带内的增益波动，相位波动尽量的小。2提高DAC的采样速率，使得阻带远离有用信号的带宽，降低重构滤波器对镜向抑制度的要求，从而降低由重构滤波器带来的影响。3选择性能最适合的滤波器结构。BUTTCRWORTH滤波器具有比较平坦的通带特性，CHCBYSCW滤波器具有比较好的带外抑制特性，椭圆滤波器具有比较好的矩形系数，贝赛尔滤波器具有良好的群时延特性。实际电路运用中，需要对不同的滤波器结构，截止频率，阶数，成本等根据系统的需要进行取舍。25本振相噪对系统性能的影响本振作为AQM调制的一个重要组成部分，在DPD发射机系统中占有非常重要的作用，一方面本振的相噪对发射机的噪声会有比较大的贡献，这一点会在后面的方案设计中考虑；另一方面，本振的相噪对DPD的校正效果同样会产生比较大的影响，对DPD的校正效果有有定的影响，下面对此种情况进行分析，以便于对本振相噪提出指标上的要求【191。通过调整ADS仿真系统中的本振控件的相噪指标，得到不同相噪对DPD性能电子科技大学硕士学位论文上面的影响。表25本振相噪对ACLR的影响发射本振的相噪ACLRLDBACLRRDB10HZ100HZLLHZLOIHZ100LHZL湖ZDBC55475887942794915一1345152515838345567390一L1712051795185可见，本振相噪对ACLR影响并不大，但并不能表明本振相噪对系统性能没有影响，下面对本振相噪对EVM、PCDE的影响进行仿真，仿真结果如表26所不。表26本振相噪对EVM及PCDE的影响积分相EV110HZ100HZLKHZ10KHZ100KHZ1姗ZPCDE噪5133596768928311767123514154O92567850335217679111717120833886108656273833455673390一11712076291O934875对于WCDMA系统，采用QPSK调制方式，本振相噪的影响主要体现在积分相噪对EVM、PCDE的影响，由仿真结果看，射频锁相环输出相噪对EVM、PCDE的影响并不显著。26反馈抗混叠滤波器对系统性能的影响反馈抗混叠滤波器对DPD性能的影响与重构滤波器对DPD性能的影响类似，这是因为两个滤波器处在同一个DPD回路当中，对系统性能的影响是类似的，这一部分的描述，参见重构滤波器部分的分析结果。反馈滤波器在发射单元之后，所以不会对发射机的相关性能指标产生影响。27功放口耦合器对系统性能的影晌功放口的耦合器的性能同样会对DPD的性能产生重要的影响，这主要是由于如果该耦合器的方向性不够好，那么从天线口过来的干扰信号就会通过耦合器进入DPD反馈回路当中，在数字域做DPD校正的时候，会影响基带信号和反馈信号的相关性，从而使得校正的结果不够理想。B2第二章系统原理仿真及模拟通道对其性能的影响分析在耦合口加入一个同频单音信号干扰，幅度为30DBM,如图235所示。图235耦合器方向性对DPD性能影响的仿真电路图在DPD仿真平台中进行仿真，仿真结果如图236，图237所示。图236耦合器方向性对系统AMAM特性的影响E1方向性为15DB；B方向性为5DB图237耦合器方向性对系统A妒PM特性的影响A方向性为15DB；B方向性为5DB通过上面的仿真数据可以得出结论，方向性为5DB的时候会在信号比较大的时候产生一定的影响；当方向性大于15DB的时候，对DPD性能的影响已经很小，所以本系统对耦合器方向性指标要求为15DB。电子科技大学硕士学位论文28非线性对系统性能的影晌本节主要分析放大器在不同回退情况下系统EVM及PCDE的性能，通过仿真得到相应的数据。仿真时，OPLDB与OIP3的差值按照L11316DB三种情况计算。POUT功率回退按16DB10DB两种情况计算。表27非线性对EVLVL及PCDE的影响PLDBPOUTEVMPCDEDBOIP3一PLDBDB1611356394122516133554641853161635826411681011361344230610133628241107LO163692842352从仿真结果看，在通道回退LODB以上时，通道非线性对EVM和PCDE的影响不大，因此不再详细分析。29噪声系数对系统性能的影响分析NF对系统性能的影响时，认为通道处在线性状态，通道的的NF，仿真EVM和PCDE，指标如图238所示。图238NF对EVM的影响，8MO24680246BO椎以以矾媳船舶却舶M娜第二章系统原理仿真及模拟通道对其性能的影响分析通过上面的分析可见，在NF寸多乒AQM钭八J1调制器Q。叭P罗8DBM1DBM图34发射通道增益分配示意图41111电子科技大学硕士学位论文336下行通道发射带内频谱特性要求分配影响发射机频率模板多载波只考虑边缘的载波频谱特性的主要因素有1调制器输出信号的底噪2发射机的非线性3发射机的噪声底由于采用了数字预失真方案，因此发射机近端的频谱特性主要考虑调制器输出信号源底噪以及数字预失真的校正算法决定。因此下面对频谱模板的分配进行分析，以下分析均是在系统输出最大功率时进行的，此时要求在偏离载波中心频率25MHZ27MHZ、35MHZ125MIIZ内的频谱特性留出LDB的余量，对偏离载波中心频率125MHZ以外的频谱要求留出5DB的余量。根据第一章介绍的协议要求，提出本系统对发射机频谱特性的要求，如表32所示。表32本系统对发射带内频谱特性的要求偏离载波中心频率AFMHZ系统要求测试RBW25姗ZAF|M5M4厂FREQ2109GHZFREQ2169GHZLTVSWR21051VSWRL1309L一、一一一”L，L心嗲，FREAGHZ图411调整后的驻波仿真结果43发射第二级放大器设计5为了保证发射通道的线性，发射通道第二级放大器采用SXA389B，该放大器是电压型射频放大器，输入LDB压缩点为115DBM，OIP344DBM。在本系统的电路设计下，可以保证信号经过SXA389B时，有足够的回退量，满足系统对TX小信号部分的要求。通过计算，调制器输出信号8DBM经过前级通道后，到达SXA389B的信号功率为一85DBM，而SXA389B的输入LDB压缩点为115DBM，因此完全满足设计要求。其设计电路如图412所示。图412SXA389B应用电路60第四章电路的仿真与实现根据DATASHEET，该放大器输入输出端均需要微带线匹配，但是根据器件资料推荐的电路下进行仿真，发现该放大器输出VSWR不够好。经过仿真，输出不加微带线匹配的情况下放大器输出VSWR大于4，且增益LODB左右。因此在放大器输出端增加了42MIL宽，250MIL长的微带线50欧姆特征阻抗做匹配用。下图中的C3由推荐的18PF改成15PF，保证更好的匹配啪1。修改后的电路如下仿真放大器指标如下图413SXA389B仿真电路帖LO1J卸凹3口”们坩铂佃啕GHZ叩帖105柚25O”们鲫翩GHZOO晒15幼2530拍5一一一图414SXA389B仿真结果可以看到放大器输入输出VSWR均已经改善到15以下，增益为135DB，但是在500M频段不稳定的，因此我们输出增加了一级LDB的PI衰，仿真稳定性指标如图415所示。61电子科技大学硕士学位论文OEC乱3M5FREQ2110GHZL_一。MUPRIMEL2273一I妒IQ，F、，一7、000510162025如拍404550FMQG图415放大器稳定系数仿真可见，放大器在全频段是稳定的，而且输入VSWR也改善到13以下。44反馈抗混叠滤波器的设计考虑到反馈通道用作DPD使用，设计抗混叠滤波器的时候尽量使得带内波动小，但是由于反馈中频为1728MHZ，DPD要求系统带宽为IOOMHZ，考虑电路的实现难度，我们选择高通低通的滤波器结构来实现抗混叠滤波器。电路结构如下图所示四。鼍一宇篁。一落茹唑二一葛。P一一。怒暑兰器嚣，兰悭四监罱一R婪一蹴一篙篇篇釜蕊鱼篇篙R回觏署薰I葶当第四章电路的仿真与实现图417抗混叠滤波器仿真结果可见，已基本达到目标要求。下面把根据优化的值，将理想模型换成MURUTA模型进行仿真，结果如下。图418采用实际模型后的仿真电路LI巍暨笪匮圣登墨习L璺DBS2矍02；笠171681LII曼DBS主1置,1I2鳖2029ALLG型型2。苎型I曼型墨竺曼卫型图419抗混叠滤波器采用实际模型后的仿真结果可见，驻波已经基本达到要求，但是发现通带边缘222MHZ处稍有偏差，损耗偏大，因此需要调整通带特性，通过观察，发现需要调整低通滤波器的截止频率，将其调大，通过调整C13，将C13的值稍变小，由原来的27PF换成现在的22PF,仿真结果如下隐慨LI畚M。眦IIDB鱼2IPTOE411IG基旦T壁堡ZJ图420抗混叠滤波器最终的仿真结果电子科技大学硕士学位论文可见，通过与上面对比，可见通带特性已经完全满足要求，带内损耗波动08DB，与上图结比，发现驻波稍变差，但仍在一10DB以下，在可以接受的范围之内，因此采用该滤波器的仿真值放入电路结构中。第五章系统R杆测试第五章系统指标测试经过电路板的加工、器件的焊接及各个单元电路的调试，最终进行了系统指标的测试，以验证最终的性能指标是否满足设计要求。系统实物图如图5I所示。测试平台如下图所示幽5I实物幽10MHZ参考信号、R3叫明定秒器降叫模“乙一。嚣I。，。一I，一，一I，一摺52测试平台测试流程如下首先摹带模块按照WCDMA系统的要求产生WCDMA信号源，通过被测模块后就会在天线口产生22DBM左右的信号，垓信号通过30DB固定衰减器后送入频谱仪，然后就可以测试发射信号的功率等测试项。圈51中的10MHZ参考信号源是用来测试EVM、PCDE等指标的时候，作为频谱仪和基带模块同步电子科技人学硕十学位论文所需要的触发信号。频谱仪采用安捷伦公司的E4445A。51发射功率测试测试TML测试模式下的最大发射功率，主要用来考察系统的功率输出的稳定性。本系统实际标称功率22DBM，按照前面的设计规格，考虑到数控衰减器的精度，通道增益有1DB的波动，因此即使做了温度频率补偿后的天线口输出功率也会有一定的增益波动。电路在板测试结果如表51，表52所示。表51为单载波输出最大功率时的测试结果，表52表示系统配置成四载波总输出功率为22DBM时的测试结果。测试时主要测试了2110MHZ2170MHZ中的高、中、低三个频点。表51输出功率单载波测试结果频率MHZ21125214021675单载波功率DBMTML217216215表52输出功率四载波测试结果频率MHZ2112521402160载波0功率159DBM159DBM158DBM载波L功率L58DBM159DBM157DBM载波2功率157DBM156DBM157DBM载波3功率159DBM156DBM156DBM四载波总输出功率TML218DBM217DBM217DBM从上表的测试结果来看，发射机的输出功率基本上达到预期的日标，发射功率在单载波和四载波条件下均有比较稳定的输出。52ACLR测试根据前面的分析。ACLR特性主要体现了发射机通道的非线性特性，用来衡量发射机线性指标，同时也是对DPD校正效果的一个验证。测试结果如下表所示。下表分别测试了WCDMA单载波、双载波、三载波、多载波模式下，在高、中、低三个频点的ACLR特性，给出了临道和隔道的ACLR指标实际测试结果。第五章系统指标测试表53ACLR测试结果频率21125删Z2140MHZ21675MHZACLR一5M10IFL5M10I5M10M5M10M一5MLOM5M10MAFL5555945715485225525515755753545771L544544543552537567545509551515572613111501537515165085375135395515515455651111505650550351534925153545353从上表的测试结果来看，系统的ACLR指标基本上满足了系统提出的要求，由于D