邱 岱 ，潘文生，卿朝進，唐友喜

(1.電子科技大學 通信抗干擾技術國家級重點實驗室,四川 成都 610054;2.西華大學 電氣信息學院,四川 成都 610039)

TD-SCDMA是中國具有自主知識產權的第三代移動通信標準，隨著移動通信設備對節(jié)能環(huán)保需求的提升，TD-SCDMA基站只有使用高效率功率放大器才能在市場競爭中生存。目前，商用基站多采用數字預失真技術的多合體功率放大器，其中預失真模塊多采用TI的數字預失真芯片(GC5322)[1]或Xilinx的數字預失真知識產權核(IP Core)[2]實現(xiàn)。

高效線性功率放大器的預失真單元一般要求反饋通道帶寬大于信號帶寬的5倍[3-4]，以獲得可能的3階、5階失真信號。在超三代移動通信系統(tǒng)中，信號帶寬會超過80 MHz，如果要求反饋通道的信號帶寬為信號帶寬的5倍以上，則反饋通道的ADC器件功耗和成本將急劇增加。

從已有的文獻來看[5-7]，大多關注功放模型的建立、線性化方法及算法的研究，還未見數字預失真性能與反饋通道帶寬關系的測量結果報道。針對這個問題，本文使用TI GC5322芯片以及Xilinx DPD知識產權核 (運行于Xilinx FPGA芯片)，配合芯通科技有限公司生產的多合體功放 (T7380和 T8390功率放大器，2008和 2009年占中國TD-SCDMA基站功放模塊市場 60%的份額)，選擇一組定制的不同帶寬的腔體濾波器，對數字預失真性能與反饋通道帶寬的關系進行測量。

1 測量模型

TD-SCDMA預失真多合體功率放大器的模型如圖1所示，包括數字預失真(DPD)芯片、ADC/DAC、正交調制器、下變頻器、多合體功率放大器和反饋通道功率耦合器。多合體功率放大器由主功率放大器、輔功率放大器、阻抗變換以及相位補償電路構成。

輸入九載波TD-SCDMA基帶I/Q信號在DPD芯片中分別經DUC、CFR和 DPD處理后，由DAC轉為模擬中頻信號，再經IQ調制為射頻信號后輸出到功率放大器，并被放大輸出。功率放大器輸出的射頻信號，被耦合一部分進入反饋通道，經下變頻和ADC采樣后，反饋回DPD芯片。下行和反饋的信號在DPD芯片中被比較、計算，得出預失真系數，用于改善功率放大器的線性。TI和Xilinx系統(tǒng)的主要參數如表1所示。

表1 TI和Xilinx系統(tǒng)參數

2 測量方法

為測量反饋通道帶寬對ACLR性能的影響，在反饋通道中依次接入不同帶寬的腔體濾波器，濾波器接入位置如圖1所示，使用信號分析儀測量功率放大器輸出信號的電平和ACLR值。

濾波器的設計采用了由5個諧振腔組成的梳狀濾波器結構，腔體排列關系如圖2所示。為提高濾波器的矩形系數，在第2和第5諧振腔之間，還增加了交叉耦合結構，以達到在濾波器通帶的兩側引入傳輸零點增加帶外衰減的目的。

濾波器帶寬為3 dB帶寬，帶外抑制為偏離3 dB頻率點10 MHz以外的最小插入損耗。總共使用了14只濾波器,帶寬分別為:25 MHz、30 MHz、35 MHz、40 MHz、45 MHz、50MHz、55 MHz、60 MHz、65 MHz、70 MHz、75 MHz、80 MHz、85 MHz和95 MHz。所有濾波器抑制要求不低于20 dB。濾波器3 dB帶寬和抑制特性如圖3(以 45 MHz為例)，典型濾波器幅頻特性如圖4所示。

不同帶寬濾波器的插入損耗和抑制實測值如表2所示。

被測功率放大器采用了芯通科技有限公司生產的TD-SCDMA多合體功率放大器T7380和T8390，額定輸出功率為 37.4 dBm和42.5 dBm，功率放大器效率大于31%。兩種產品已批量應用于TD二期或三期網絡中。

3 測量結果和分析

表3和表4分別列出了TI和Xilinx系統(tǒng)的ACLR及輸出功率測試數據。測試條件為DPD啟動狀態(tài)。為獲得ACLR改善量，表中也列出了DPD未啟動且反饋通道未接入濾波器條件下的功率放大器輸出ACLR值。

表2 濾波器插入損耗和最小抑制實測值

表3 不同反饋帶寬下的多合體功率放大器輸出信號ACLR值(TI系統(tǒng))

表4 不同反饋帶寬下的多合體功率放大器輸出信號ACLR值(Xilinx系統(tǒng))

根據表3和表4的數據可以分別得到TI系統(tǒng)和 Xilinx系統(tǒng)的ACLR改善量與反饋通道帶寬之間的關系，如圖5和圖6所示。ACLR改善量是功率放大器輸出ACLR值在DPD啟動前后的差值，它反映了DPD系統(tǒng)對功率放大器線性的改善程度。為清楚起見，將鄰道(偏離±1.6 MHz)和次鄰道(偏離±3.2 MHz)ACLR改善量曲線分別繪制。

從表3和圖5所示的TI系統(tǒng)的測試數據可以看出，當反饋通道帶寬為30 MHz及以上時，ACLR改善量的下降趨勢不明顯，均在±1.3 dB范圍內波動，直到反饋通道帶寬降為25 MHz時，ACLR改善量才出現(xiàn)明顯的下降，但ACLR改善量依然分別有18.45 dB和17.22 dB。

同樣,從表4和圖6所示的Xilinx系統(tǒng)的測試數據可以看出，當反饋通道帶寬為30 MHz及以上時，ACLR改善量的下降趨勢依然不明顯，均在±1.3 dB范圍內波動，直到反饋通道帶寬降為25 MHz時，ACLR改善量才出現(xiàn)明顯的下降，但ACLR改善量依然分別有16.07 dB和 16.36 dB。

測試結果顯示，針對 TI和 Xilinx公司的數字預失真芯片，配合多合體功率放大器，在輸入九載波TDSCDMA信號的條件下，當反饋通道帶寬減小時，ACLR的改善量下降趨勢不明顯。當反饋通道帶寬減少到信號帶寬1.7倍時，ACLR的改善量明顯惡化，但仍然能夠提高多合體功率放大器的線性。在超三代移動通信系統(tǒng)中,數字預失真系統(tǒng)的反饋通道帶寬可適當降低，從而降低對ADC的要求，降低系統(tǒng)成本，同時,仍能提高多合體功率放大器的線性。

[1]GC5322.單芯片無線發(fā)射處理器[J].世界電子元器件,2008(3):39.

[2]Xilinx DPD Reference Design[S].Xilinx Inc.,2009.

[3]Lei Ding.Digital predistortion of power amplifiers for wireless application[D].Georgia:Georgia Institute of Technology,2004.

[4]張玉興,楊玉梅，敬守釗.射頻模擬電路與系統(tǒng)[M].成都：電子科技大學出版社,2008.

[5]李明玉,何松柏,李曉東.基于測量的記憶多項式功率放大器特征模型[J].電子測量與儀器學報,2009,23(8):49-55.

[6]張欽,孫昕,楊維.一種用于TETRA多載波系統(tǒng)的功放線性化方法[J].電子測量與儀器學報,2009,23(11):95-100.

[7]姜凡,徐立中.射頻功率放大器自適應預失真的一種改進算法[J].儀器儀表學報,2006,27(z2):1388-1389.