數(shù)字預失真技術目前已經(jīng)在軟件實現(xiàn)上得到了初步的發(fā)展,。目前一般的預失真技術采用軟件架構，使用數(shù)字信號處理器采集功放功率值,，并分析其變化曲線,，形成數(shù)據(jù)表格，并存儲,。在以后的發(fā)射之前根據(jù)存儲的表格數(shù)據(jù)對發(fā)射功率進行預校正,。該方法在實際工作中由于電磁環(huán)境變化、溫度變化,、功放元器件老化,、晶體頻率飄移等影響，使得預校正數(shù)據(jù)和真實校正數(shù)據(jù)存在較大的偏差,，從而影響校正效果,，甚至向反方向校正情況。軟件校正形成校正數(shù)據(jù)需要較長的時間,，一般為幾十秒以上,，使得實時校正難以實現(xiàn)。這樣使得軟件數(shù)字預失真技術的實用性降低,，適用場合減少,。
本文提出一種基于硬件的數(shù)字預失真校正系統(tǒng)的設計方法。采用TI公司的數(shù)字信號處理器DSP芯片C6727B和專用的數(shù)字預失真芯片GC5322實現(xiàn)預失真系統(tǒng),。文中重點介紹DSP和GC5322的軟硬件連接,。硬件數(shù)字預失真系統(tǒng)由專用器件實現(xiàn)預失真處理，解決預失真的實時性問題,；此外,，進行預失真系統(tǒng)設計時，只需要實現(xiàn)對硬件芯片的配置，而無須編寫復雜的算法,，簡化實現(xiàn)難度,。
預失真技術和GC5322
數(shù)字預失真（DPD，Digital Pre-Distortion）的工作原理就是預先產(chǎn)生非線性失真分量,，去抵消功放中產(chǎn)生的非線性產(chǎn)物,。一般的中頻預失真和射頻預失真，都是以發(fā)射系統(tǒng)最終輸出信號的三階交調(diào)功率比來衡量其性能指標,。和模擬預失真以及前饋架構相比,，數(shù)字預失真在提高效率、多載波應用,、修正效果以及自適應方面具有很大的優(yōu)勢,。對于零中頻架構的無線信號收發(fā)系統(tǒng)，數(shù)字預失真在修正零中頻架構中的本振泄漏和鏡像抑制方面, 具有非常好的效果,。功放預失真示意圖如圖1所示,。
圖1 預失真示意圖
數(shù)字預失真系統(tǒng)的構成框圖如圖2所示?；鶐л斎胄盘柡痛鎯υ跀?shù)據(jù)查找表的預失真數(shù)據(jù)經(jīng)過復增益調(diào)整模塊處理,，處理后的數(shù)據(jù)從DAC發(fā)送出去，完成預失真處理,。同時,，ADC開始采樣發(fā)射數(shù)據(jù)，得到當前發(fā)射信號的功率值,，經(jīng)過濾波器去抖動和噪聲后,，送入自適應算法模塊，自適應算法模塊綜合基帶輸入信號和實際發(fā)射出去的信號,，得到新的預失真數(shù)據(jù),，并存儲到數(shù)據(jù)查找表中，從而完成實時的功放工作曲線校正,。
圖2 數(shù)字預失真系統(tǒng)構成
從圖2中可以看出,，預失真工作需要實時ADC采樣，并實時處理數(shù)據(jù),。工作量較大,，由于一般的處理系統(tǒng)不能實時處理，只能在發(fā)射真實信號前,，預先發(fā)射測試數(shù)據(jù),，生成數(shù)據(jù)查找表，以后則以此表格數(shù)據(jù)修正功放工作曲線,。顯然,，這種方法很難實現(xiàn)實時處理,，為了解決實時修正問題，TI公司推出GC5322預失真處理芯片,。
GC5322的內(nèi)部結構如圖3所示,。信號發(fā)射模塊主要包括自動增益控制（AGC，Adaptive Gain Control）,、導頻插入（Pilot Insertion）,、功率尺（Power Meter）、峰均比壓縮（CFR,，Crest Factor Reduction）,、小數(shù)內(nèi)插重采樣（FFR，F(xiàn)ractional Farrow Re-sampler）以及限幅器（Circular Limiter）等模塊,。發(fā)射模塊可以實現(xiàn)2個寬帶信號,，例如2個10MHz帶寬的OFDMA信道,；或者實現(xiàn)4個中帶信號,，例如4個5MHz帶寬的WCDMA載波；或者實現(xiàn)12個窄帶信號,，例如12個CDMA2000/TDSCDMA載波,。
圖3 GC5322的內(nèi)部結構
預失真模塊是GC5322的最重要功能。該模塊的主要單元包括ADC/DAC接口,、實數(shù)復數(shù)變換,、帶反饋環(huán)的均衡器和校準器、預失真處理模塊,、發(fā)射均衡器和混頻器等,。
ADC轉換器采集功放輸出信號，轉換成數(shù)字信號并變換后成為反饋信號進入反饋環(huán)節(jié),；反饋信號經(jīng)過一系列的下變頻處理,，包括增益調(diào)整、頻率和相位歸一化處理等,。其中還使用一個8階的反饋均衡器實現(xiàn)射頻到中頻的失真校正,。
系統(tǒng)硬件結構
系統(tǒng)以數(shù)字信號處理器DSP芯片C6727B為核心單元，實現(xiàn)對整個過程的控制,。C6727B是TI公司在C671x基礎上發(fā)展的浮點型DSP,，其最高工作頻率達到350MHz。單個指令周期可以執(zhí)行6個浮點數(shù)據(jù)運算,，最高達到2100MFLOPS,；片內(nèi)具有256KB的RAM；片內(nèi)外設有EMIF,、UHPI,、音頻接口,、dMAX、定時器以及IIC,、SPI等接口,。完全滿足對GC5322控制的要求。整個系統(tǒng)硬件結構如圖4所示,。
圖4 系統(tǒng)硬件結構
圖4中,，PLL模塊提供一個統(tǒng)一的時鐘信號到各個單元，尤其是GC5322,、ADC,、DAC以及功放和濾波放大電路需要統(tǒng)一的時鐘，否則系統(tǒng)預失真效果變差,。C6727B和GC5322的連接是系統(tǒng)的重點,，其硬件連接如圖5所示。
圖5 C6727B和GC5322的連接
圖5中使用C6727B的EMIF接口連接到GC5322的數(shù)據(jù)和地址總線,，同時EMIF接口的總線還連接到系統(tǒng)中的SDRAM和FLASH存儲芯片,。SDRAM是為了存儲DSP程序運行產(chǎn)生的中間變量；FLASH存儲程序,，上電開始過程中由DSP讀取,。此外，F(xiàn)LASH還可以存儲掉電不丟失的數(shù)據(jù),，例如預失真校正數(shù)據(jù),。由于C6727B的EMIF接口只有兩個片選信號，其中CS0是專門用于SDRAM的選通信號,，CS1統(tǒng)一給所有的異步外設,，包括FLASH和GC5322。為此,，使用譯碼電路完成多個異步外設的選擇,，使用CPLD或者FPGA完成。GC5322的中斷信號必須連接到DSP,，由于C6727B沒有專用的中斷信號,，為此使用C6727B的音頻串口的AXR0[7]作為通用IO引腳，并配置成中斷信號,。
系統(tǒng)軟件設計
系統(tǒng)軟件設計主要包括GC5322的初始化,、DSP的初始化、EMIF接口設置,、中斷使能,、ADC/DAC設置等。系統(tǒng)初始化后,，DSP判斷當前是否有數(shù)據(jù)需要發(fā)送,，數(shù)據(jù)的讀寫通過判斷是否有掛起的中斷,，該中斷由GC5322產(chǎn)生，一旦GC5322收到基帶數(shù)據(jù),，將發(fā)出該中斷,。無數(shù)據(jù)讀寫情況下，DSP將定期檢測GC5322的測試信號,，以便確定GC5322在正常工作,。也可以根據(jù)需要，將GC5322設置到低功耗狀態(tài),。
如果GC5322開始工作,，則啟動ADC開始采樣，并控制時序將ADC采樣后數(shù)據(jù)傳輸?shù)紾C5322,，GC5322根據(jù)設置進行預失真處理,，從而校正DAC的輸出幅度，完成預失真處理,。