1、安捷倫數字預失真(DPD)算法研發工具和驗證方案-不依賴于特定廠商芯片組的方案技術背景：多載波LTE-A DPD算法的驗證 在無線通信系統全面進入3G并開始邁向 4G的過程中，使用數字預失真技術（Digital Pre-distortion，以下簡稱DPD）對發射機的功放進行線性化是一門關鍵技術。功率放大器是通信系統中影響系統性能和覆蓋范圍的關鍵部件，非線性是功放的固有特性。非線性會引起頻譜增長(spectral re-growth)，從而造成鄰道干擾，使帶外雜散達不到協議標準規定的要求。非線性也會造成帶內失真，帶來系統誤碼率增大的問題。為了降低非線性，功放可以工作在較低的輸入工作條件下(或稱

2、為回退)，即功放工作曲線的線性部分。但是，對于新的傳輸體制，諸如寬帶碼分復用(WCDMA)以及正交頻分復用(OFDM，3GPP LTE)等，具有非常高的峰值功率和平均功率比(PAPR)，也就是說信號包絡的起伏非常大。這意味著功放要從其飽和區回退很多才能滿足對信號峰值的線性放大，而峰值信號并不經常出現，從而導致功放的效率非常低，通常會低于10%。90% 的功放直流功率被丟掉了，或被轉換為了熱量。 穩定性和持續運行能力都會下降。 為了保證功放的線性性和效率，可以使用多種方法對功放進行線性化處理，如反饋，前饋及數字預失真等方法。 在所有這些線性化技術中，數字預失真是性價比最高的一種技術。同反饋法和前

3、饋法相比，數字預失真技術具有諸多優勢：優異的線性化能力，保證總體效率以及充分利用數字信號處理器/變換器的優勢。數字預失真在基帶上加入預失真器，將輸入信號擴展為非線性信號，而這種非線性特性正好和功放的壓縮特性互補 (見圖1)。 理論上講，預失真器和功放級聯后成為線性系統，原有的輸入信號被恒增益地放大。加入預失真器之后，功放可以工作到近飽和點而同時仍然保持良好的線性，從而大大提升了功放的效率。從圖1中可以看出，DPD(數字預失真器)可以看作是功放響應的”反”響應， 數字預失真算法需要對功放的特性進行高效和精確地建模以保證成功地開發數字預失真器算法。 針對2G和3G移動通信標準，市場上已有一些較成熟

4、芯片組技術。工程師可以可以選擇既有芯片組、對算法進行優化、驗證來完成自己的DPD設計。但隨著LTE、LTE-Advance、微波寬帶接入（如ODU等）、802.11ac以及專用通信系統的不斷涌現，要求DPD方案具有更高的帶寬、及在新通信制式或客戶化信號上完成功放建模和算法實現的能力。另外有一些用戶僅作算法研究而不希望進行費用高昂、設計復雜的電路實現；或者需要開發自有的DPD方案以降低BOM成本。這些新需求都需要研發工程師擁有不同的研發和驗證工具。DPD方案概述： 一個好的研發和驗證工具必須具備的性能包括：（1）性能指標如頻率、調制帶寬等滿足系統要求（2）信號制式要具有靈活性，既可以滿足標準制式

5、系統（如2G/3G）要求，還要可以滿足客戶定制化系統的要求（3）精確性（4）功放初始建模不依賴于某個特定廠商的芯片組或硬件實施方案（5）可以將開發好的數字預失真方案和其它的基帶設計如CFR或均衡等集成在一起（6）易于使用。 安捷倫的數字預失真研發和驗證工具包括 SystemVue W1716 DPD 預失真工具及超寬帶矢量信號分析儀和矢量信號源。這套系統的主要特點包括：（1） 性能高：調制帶寬<=140MHz時，頻率高達50GHz；調制帶寬<=800MHz時，頻率高達26.5GHz（2） 信號靈活性強：矢量信號源可以產生和真實信號一致的滿足2G、3G、LTE、LTE-Advance

6、、Wimax、雷達及各種數字電視標準及客戶定制信號（如有CFR 的LTE-A或用戶自定義OFDMA等）；信號分析儀可以完成復雜的信號調制分析和頻譜分析；SystemVue軟件可以控制信號源和分析儀完成各種標準制式或客戶定制系統的功放模型參數提取和DPD算法實現。（3） 精確性高：矢量信號源可以在輸出寬帶信號時（內部IQ調制帶寬100MHz和外部IQ調制帶寬1.6GHz）保持幅度和頻響平坦度，并且具有業內最高的輸出功率將功放驅動到非線性區。頻譜和矢量信號分析儀在140MHz分析帶寬下可以保持幅度和頻響平坦度和75dB的無雜散動態范圍。這些高精度保證了模型參數的精確提取及失真的有效抑制。（4） 無

7、芯片組或硬件依賴：依靠通用儀器和SystemVue DPD軟件工具，功放建模和DPD算法實現不依賴于特定廠商的芯片組或硬件方案。（5） 可集成性：可以將提取的模型參數、算法和用戶的其它基帶設計如CFR或均衡等集成在一起。（6） 易于使用：SystemVue軟件友好的圖形化用戶界面可以指引即使是缺乏經驗的工程師在幾分鐘內完成功放模型提取和DPD算法驗證。安捷倫典型方案：250MHz<調制/解調帶寬800MHz分析儀: M9392A + M9362AD01信號源: E8267D + N5181A任意波發生器：M9330ASystemVue DPD: W1716EPVSA系統軟件: 89601

8、B分析儀: M9392A + M9362AD01信號源: E8267D + E8257D任意波發生器：M9330ASystemVue DPD: W1716EPVSA系統軟件: 89601B140MHz<調制/解調帶寬250MHz分析儀: M9392A信號源: E8267D 或 N5182A任意波發生器：M9330ASystemVue DPD: W1716EPVSA系統軟件: 89601B分析儀: M9392A信號源: E8267D任意波發生器：M9330ASystemVue DPD: W1716EPVSA系統軟件: 89601B分析儀: M9392A信號源: E8267D (44GHz)

9、任意波發生器：M9330ASystemVue DPD: W1716EPVSA系統軟件: 89601B調制/解調寬140MHz分析儀: N9030A信號源: N5182A任意波發生器：M9330A(帶寬>100MHz時)SystemVue DPD: W1716EPVSA系統軟件: 89601B分析儀: N9030A信號源: E8267D任意波發生器：M9330A(帶寬>80MHz時)SystemVue DPD: W1716EPVSA系統軟件: 89601B分析儀: N9030A信號源: E8267D任意波發生器：M9330A(帶寬>80MHz時)SystemVue DPD: W

10、1716EPVSA系統軟件: 89601B載波頻率6GHz6GHz<載波頻率26.5GHz26.5GHz<載波頻率50GHz安捷倫方案主要特點：1 SystemVue 軟件 W1716EP DPD 預失真模塊采用記憶多項式算法修正具有記憶效應的非線性部件。可以使用軟件仿真以及基于測試儀表的提取和驗證兩種方式評估預失真的效果。W1716EP控制安捷倫的測試儀表，包括矢量信號源 ESG/MXG/PSG 系列和信號分析儀表 PXA/PXI VSA系列，進行預失真算法的驗證。如左圖所示，硬件提取和研制流程包含5個步驟。在測試儀表配置好之后，只需要幾分鐘就可以完成。1. 創建DPD激勵 -

11、下載波形(LTE, WCDMA或用戶自定義波形)到ESG/MXG/PSG信號源中。2. 捕捉被測功放響應 - 使用安捷倫89601B矢量信號分析軟件(VSA)控制PXA/PXI VSA信號分析儀，捕捉被測功放輸入和輸出的信號波形。 3. 提取被測功放模型 - 根據捕捉到的波形提取DPD模型。 4. 測量DPD+功放響應 應用提取的DPD模型計算預失真波形并將新的波形下載到安捷倫信號源中。使用89601B軟件控制安捷倫信號分析儀捕捉經過線性化的功放輸出。 5. 檢驗DPD響應數據 -顯示使用DPD之后的性能提升。2. 信號分析儀 在作DPD算法研究或方案設計時，工程師通常需要使用矢量信號分析儀采

12、集3倍到5倍的信號帶寬以提取功放模型。對于工作在LTE/LTE-A等4G制式下的多載波功放來說，4載波的信道內帶寬高達80MHz，3階信號采集就需要矢量信號分析儀的解調帶寬大于240MHz，要作5階信號采集則需要大于400MHz的解調帶寬。同時對于功放建模來說，分析儀的數字化動態范圍非常重要，直接影響建模精度和線性化效果。2.1 PXI總線超模塊化微波寬帶矢量信號分析儀 M9392A。M9392A矢量信號分析儀由預選器模塊、下變頻器模塊、數字化儀模塊和本振模塊等構成。分析帶寬高于250MHz時還需要增加M9362AD01超寬帶下變頻模塊和外置本振。外置本振根據被測信號頻率范圍可以選擇N5181

13、A（6GHz）或E8257D（20/31.8/40/67GHz）。該分析儀主要用于解調帶寬>140MHz的應用。它的組成模塊還可以靈活配置用以解決工程師的其它測試需求。M9392AM9362AD01M9392A 的主要指標: 頻率范圍：50MHz - 26.5GHz 解調帶寬：250MHz（不含M9362AD01） 800MHz (含M9362AD01和外置本振) 數字化儀動態范圍：60dBc(基本數字化儀模式下)；84dBc(DDC模式下) 模塊占PXI插槽數量：7-11 豐富分析功能：2G/3G、LTE/LTE-A、Wimax、數字電視、雷達等2.2 PXA 系列頻譜和矢量信號分析儀

14、 N9030A。N9030A 是安捷倫信號分析儀中的高性能旗艦產品。通過突破性創新技術與傳統技術優勢的結合，PXA擁有卓越的性能指標。它可以在更寬的帶寬內進行信號分析、降低測量不確定度及發現之前隱藏的信號。同時它具有X平臺產品的共有優點：具有業界最廣泛的測量應用軟件，可以全面深入分析2G/3G/4G、各種數字電視、雷達等復雜信號。工程師在DPD的研發工作中，不但可以利用PXA的卓越指標完成功放的精確建模而且可以準確測量信號通過預失真器和功放后的信號調制質量、頻率、相位等各種關鍵指標變化，不管使用的信號制式是標準制式2G/3G/LTE/LTE-A/Wimax/802.11ac/數字電視如CMMB

15、，DVB-H/T 還是微波寬帶接入、復雜調制雷達或專用通信。N9030A 頻譜和矢量信號分析儀N9030A 的主要指標: 頻率：3Hz-3.6GHz/8.4GHz/13.6GHz/26.5GHz/50 GHz，利用外混頻可達 325 GHz 以上 最低的本底噪聲 (DANL) : -172 dBm，專利的本底噪聲擴展技術 最佳的幅度精度 : ± 0.19 dB 50GHz頻率下最寬的分析帶寬 : 140 MHz 最佳動態范圍：75 dB 無雜散動態范圍 豐富強大的分析能力：模擬解調、靈活數字解調、2G/3G、HSDPA/HSUPA/HSPA+、LTE（FDD和TDD）、Wimax、E

16、MC預兼容、噪聲系數、相位噪聲、脈沖分析、藍牙、數字電視、Matlab、89601B連接等。3矢量信號源和任意波形發生器。 在作DPD算法研究或方案設計時，工程師通常使用矢量信號源或專用發射機產生功放的輸入信號。和用戶專用發射機相比，安捷倫矢量信號源的頻率范圍更寬、功率精度更高、信號種類更全面。當信號調制帶寬<100MHz 時，可以直接使用信號源的內部基帶信號發生器。當信號調制帶寬>100MHz 時，需要使用任意波形發生器配合矢量信號源一起使用。安捷倫最常用的矢量信號源包括MXG系列射頻矢量信號源N5182A和PSG系列微波矢量信號源E8267D。任意波形發生器包括15bit、1.

17、25GSa/s PXI總線模塊化M9330A和14 bit、8 GSa/s 任意波形發生器M8190A等。PSG微波矢量信號源 E8267D3.1 PSG一體化微波矢量信號源E8267D 無論工作涉及無線通信、雷達系統、衛星通信還是微波寬帶接入系統，PSG都是理想選擇。E8267D主要性能指標: 頻率：250kHz-20GHz/31.8GHz/44 GHz 調制帶寬：內部基帶發生器 80MHz 外部I/Q輸入 1.6GHz 業界領先的輸出功率：24 dBm 卓越相位噪聲：-136 dBc/Hz、（3.2GHz 10kHz偏置） 靈活的信號生成和校正軟件 信號種類更全面（2G/3G/4G/DTV

18、/Wifi/復雜雷達脈沖、用戶自定義等） 窄脈沖調制（20ns） 兼容安捷倫ADS軟件、MatlabMXG矢量信號源 N5182A3.2 MXG射頻矢量信號源N5182A 采用2U高的緊湊設計，具有針對頻率、幅度和波形的快速切換能力。是無線通信測試的最佳選擇。N5182A主要性能指標: 頻率：250kHz-3GHz/6GHz 調制帶寬：內部基帶發生器 100MHz 外部I/Q輸入 160MHz 最大輸出功率：23 dBm 卓越ACPRPXI 任意波形發生器M9330A3.3 PXI 模塊化函數和任意波形發生器M9330A 安捷倫模塊化任意波形發生器同時具備高采樣率和高比特分辨率，使設計人員可以在寬帶無線通信、雷達、衛星和捷變頻系統的精確測試中生成理想的波形。M9330A主要性能指標: 支持生成復