系统中正交调制校正的设计与实现

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1、DPD系统中正交调制校正的设计与实现-电气论文DPD系统中正交调制校正的设计与实现陈泽锋1，邹艳红1，李艳超2，张以涛3（1.湖南大学物理与微电子科学学院，湖南长沙410082；2.山东大学物理学院，山东济南250100；3.中国科学院微电子研究所，北京100029）摘要：数字预失真技术具有低功耗、低成本、结构紧凑、稳定、高效、自适应等优点，是改善功率放大器线性度最有效的方法之一；但在实际应用中，由于链路上存在正交调制误差，使得数字预失真改善的效果不能达到预期的效果，甚至使结果恶化。针对这个问题，提出一种正交调制校正的设计与实现方案，并将其应用到数字

2、预失真系统中。仿真结果表明，经正交调制校正后能改善数字预失真的性能，降低数字预失真对链路精度的要求。关键词：功率放大器；数字预失真；正交调制校正；EDK中图分类号：TN911?34；TP92文献标识码：A文章编号：1004?373X（2015）18?0001?04收稿日期：2015?03?25基金项目：国家自然科学基金项目：复合型微结构材料电光特性的调控机理和制备方法研究（61378002）0引言随着移动通信技术的飞速发展，频谱资源日渐紧张，现代移动通信技术普遍采用了高阶调制方式以及OFDM等多载波技术提高频谱效率，却引起信号的高峰均功率比，这需要功

3、率放大器具备更高的线性特性。在实际的通信系统中，功率放大器的效率和线性度往往无法兼顾，所以需要采用功率放大器线性化技术进行优化[1]。其中数字预失真（DigitalPredistortion，DPD）技术具有电路结构简单，调整方便，成本低，效率高等优点，是一种非常具有应用前景的功放线性化技术[2]。在实际应用DPD系统时，发射机中的正交调制器存在正交调制误差（QuadratureModulatorErrors），主要包括同相分量（I）和正交分量（Q）的增益和相位不平衡以及直流偏移等，这些误差会恶化数字预失真对功放线性化处理的效果[3?5]，因此，要获

4、取较好的数字预失真效果必须对调制器进行正交调制校正（QuadratureModula?torCompensation，QMC）。本文的设计方案是基于XILINXFPGA的可编程嵌入式开发系统，利用可配置的嵌入式系统开发技术和可编程片上系统解决方案降低了设计难度并缩短了研发周期。1正交调制校正原理1.1正交调制误差模型正交调制是利用两个频率相同但是相位相差90°的正弦波作为载波，将相互正交的I，Q两路信号调制为一路信号。在实际应用中调制器并不能够工作在理想状态，由于移相器不能产生精确的90°相移，I，Q两路信号的增益不能够完全一致，这样就导致I，Q信号

5、的相位和增益不匹配，即I，Q不平衡。另外，由于载波泄露等因素的影响，正交调制器的输出信号中会存在直流偏移成分。依据上述的正交调制误差可得正交调制器输出信号s（t）的复包络为[6?7]：式中：x（t）为经过数模转换器得到的基带信号；M是I，Q不平衡参数；d是直流偏移，其中：式中：g是I，Q两路信号的增益；θ是I，Q两路的相移误差；d1，d2是加在I，Q两路信号中的直流偏移成分。1.2正交调制误差对数字预失真的影响数字预失真技术是指利用数字信号处理技术构建一个与功放非线性特性相反的预失真器，从而抵消功放的非线性特性，实现对功放的线性化处理。在正交调制理想

6、的情况下，功放输出信号为：式中：F为功放的非线性特性；a为功放的增益；F-1为数字预失真器的功放非线性特性逆模型。这时数字预失真器可以实现功放的线性化处理。而在实际的发射机中，正交调制器I，Q不平衡是不可避免的，这时功放输出信号变为：式中d是直流偏移。对比式（4）和式（5）可知，由于目前使用的预失真模型不能表征正交调制器的非理想特性，因此正交调制误差会引起预失真器的反馈回路信号失真，这就导致预失真器补偿参数的计算出现偏差，最终恶化预失真的效果。1.3正交调制校正正交调制误差会恶化DPD系统对功率放大器线性化处理效果，所以需要在DPD处理之前对正交调制

7、误差进行校正。校正原理即对基带信号预先乘以调制误差的逆矩阵，并减去直流偏移成分，其数学表达式[8]如下：式中：C是I，Q不平衡参数的逆矩阵；dc是对直流偏移的补偿。经过QMC处理后的信号再经过正交调制器，就可以获得比较理想的正交调制信号。正交调制校正的关键在于正交调制误差的计算，对于发送信号，有：在解调理想的情况时得到反馈信号：式中：因为直流偏移的存在，经过正交调制后信号中会引入非零均值成分[9]，所以直流偏移误差可以通过计算I，Q两路发送数据和解调后的反馈数据均值差估算求得：由于I，Q不平衡对信号只是线性变化，并不改变信号I，Q两支路的等功率性和正

8、交性，因此利用这一性质可以估计I，Q不平衡参数[10]。由I，Q两支路的等功率可得：从而可以得到增益不平衡参