邱 岱 ，潘文生，卿朝進(jìn)，唐友喜

(1.電子科技大學(xué) 通信抗干擾技術(shù)國(guó)家級(jí)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,四川 成都 610054;2.西華大學(xué) 電氣信息學(xué)院,四川 成都 610039)

TD-SCDMA是中國(guó)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的第三代移動(dòng)通信標(biāo)準(zhǔn)，隨著移動(dòng)通信設(shè)備對(duì)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(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中生存。目前，商用基站多采用數(shù)字預(yù)失真技術(shù)的多合體功率放大器，其中預(yù)失真模塊多采用TI的數(shù)字預(yù)失真芯片(GC5322)[1]或Xilinx的數(shù)字預(yù)失真知識(shí)產(chǎn)權(quán)核(IP Core)[2]實(shí)現(xiàn)。

高效線性功率放大器的預(yù)失真單元一般要求反饋通道帶寬大于信號(hào)帶寬的5倍[3-4]，以獲得可能的3階、5階失真信號(hào)。在超三代移動(dòng)通信系統(tǒng)中，信號(hào)帶寬會(huì)超過80 MHz，如果要求反饋通道的信號(hào)帶寬為信號(hào)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(xiàn)來看[5-7]，大多關(guān)注功放模型的建立、線性化方法及算法的研究，還未見數(shù)字預(yù)失真性能與反饋通道帶寬關(guān)系的測(cè)量結(jié)果報(bào)道。針對(duì)這個(gè)問題，本文使用TI GC5322芯片以及Xilinx DPD知識(shí)產(chǎn)權(quán)核 (運(yùn)行于Xilinx FPGA芯片)，配合芯通科技有限公司生產(chǎn)的多合體功放 (T7380和 T8390功率放大器，2008和 2009年占中國(guó)TD-SCDMA基站功放模塊市場(chǎng) 60%的份額)，選擇一組定制的不同帶寬的腔體濾波器，對(duì)數(shù)字預(yù)失真性能與反饋通道帶寬的關(guān)系進(jìn)行測(cè)量。

1 測(cè)量模型

TD-SCDMA預(yù)失真多合體功率放大器的模型如圖1所示，包括數(shù)字預(yù)失真(DPD)芯片、ADC/DAC、正交調(diào)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(bǔ)償電路構(gòu)成。

輸入九載波TD-SCDMA基帶I/Q信號(hào)在DPD芯片中分別經(jīng)DUC、CFR和 DPD處理后，由DAC轉(zhuǎn)為模擬中頻信號(hào)，再經(jīng)IQ調(diào)制為射頻信號(hào)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(hào)，被耦合一部分進(jìn)入反饋通道，經(jīng)下變頻和ADC采樣后，反饋回DPD芯片。下行和反饋的信號(hào)在DPD芯片中被比較、計(jì)算，得出預(yù)失真系數(shù)，用于改善功率放大器的線性。TI和Xilinx系統(tǒng)的主要參數(shù)如表1所示。

表1 TI和Xilinx系統(tǒng)參數(shù)

2 測(cè)量方法

為測(cè)量反饋通道帶寬對(duì)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(hào)分析儀測(cè)量功率放大器輸出信號(hào)的電平和ACLR值。

濾波器的設(shè)計(jì)采用了由5個(gè)諧振腔組成的梳狀濾波器結(jié)構(gòu)，腔體排列關(guān)系如圖2所示。為提高濾波器的矩形系數(shù)，在第2和第5諧振腔之間，還增加了交叉耦合結(jié)構(gòu)，以達(dá)到在濾波器通帶的兩側(cè)引入傳輸零點(diǎn)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(diǎn)10 MHz以外的最小插入損耗?？偣彩褂昧?4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(shí)測(cè)值如表2所示。

被測(cè)功率放大器采用了芯通科技有限公司生產(chǎn)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(chǎn)品已批量應(yīng)用于TD二期或三期網(wǎng)絡(luò)中。

3 測(cè)量結(jié)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(cè)試數(shù)據(jù)。測(cè)試條件為DPD啟動(dòng)狀態(tài)。為獲得ACLR改善量，表中也列出了DPD未啟動(dòng)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(shí)測(cè)值

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

根據(jù)表3和表4的數(shù)據(jù)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(guān)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(dòng)前后的差值，它反映了DPD系統(tǒng)對(duì)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(cè)試數(shù)據(jù)可以看出，當(dāng)反饋通道帶寬為30 MHz及以上時(shí)，ACLR改善量的下降趨勢(shì)不明顯，均在±1.3 dB范圍內(nèi)波動(dòng)，直到反饋通道帶寬降為25 MHz時(shí)，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(cè)試數(shù)據(jù)可以看出，當(dāng)反饋通道帶寬為30 MHz及以上時(shí)，ACLR改善量的下降趨勢(shì)依然不明顯，均在±1.3 dB范圍內(nèi)波動(dòng)，直到反饋通道帶寬降為25 MHz時(shí)，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(cè)試結(jié)果顯示，針對(duì) TI和 Xilinx公司的數(shù)字預(yù)失真芯片，配合多合體功率放大器，在輸入九載波TDSCDMA信號(hào)的條件下，當(dāng)反饋通道帶寬減小時(shí)，ACLR的改善量下降趨勢(shì)不明顯。當(dāng)反饋通道帶寬減少到信號(hào)帶寬1.7倍時(shí)，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(dòng)通信系統(tǒng)中,數(shù)字預(yù)失真系統(tǒng)的反饋通道帶寬可適當(dāng)降低，從而降低對(duì)ADC的要求，降低系統(tǒng)成本，同時(shí),仍能提高多合體功率放大器的線性。

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