预失真多合体功率放大器ACLR与反馈通道带宽的关系*

2012-08-13潘文生卿朝进唐友喜

电子技术应用 2012年12期

邱岱，潘文生，卿朝进，唐友喜

(1.电子科技大学通信抗干扰技术国家级重点实验室,四川成都 610054;2.西华大学电气信息学院,四川成都 610039)

TD-SCDMA是中国具有自主知识产权的第三代移动通信标准，随着移动通信设备对节能环保需求的提升，TD-SCDMA基站只有使用高效率功率放大器才能在市场竞争中生存。目前，商用基站多采用数字预失真技术的多合体功率放大器，其中预失真模块多采用TI的数字预失真芯片(GC5322)[1]或Xilinx的数字预失真知识产权核(IP Core)[2]实现。

高效线性功率放大器的预失真单元一般要求反馈通道带宽大于信号带宽的5倍[3-4]，以获得可能的3阶、5阶失真信号。在超三代移动通信系统中，信号带宽会超过80 MHz，如果要求反馈通道的信号带宽为信号带宽的5倍以上，则反馈通道的ADC器件功耗和成本将急剧增加。

从已有的文献来看[5-7]，大多关注功放模型的建立、线性化方法及算法的研究，还未见数字预失真性能与反馈通道带宽关系的测量结果报道。针对这个问题，本文使用TI GC5322芯片以及Xilinx DPD知识产权核 (运行于Xilinx FPGA芯片)，配合芯通科技有限公司生产的多合体功放 (T7380和 T8390功率放大器，2008和 2009年占中国TD-SCDMA基站功放模块市场 60%的份额)，选择一组定制的不同带宽的腔体滤波器，对数字预失真性能与反馈通道带宽的关系进行测量。

1 测量模型

TD-SCDMA预失真多合体功率放大器的模型如图1所示，包括数字预失真(DPD)芯片、ADC/DAC、正交调制器、下变频器、多合体功率放大器和反馈通道功率耦合器。多合体功率放大器由主功率放大器、辅功率放大器、阻抗变换以及相位补偿电路构成。

输入九载波TD-SCDMA基带I/Q信号在DPD芯片中分别经DUC、CFR和 DPD处理后，由DAC转为模拟中频信号，再经IQ调制为射频信号后输出到功率放大器，并被放大输出。功率放大器输出的射频信号，被耦合一部分进入反馈通道，经下变频和ADC采样后，反馈回DPD芯片。下行和反馈的信号在DPD芯片中被比较、计算，得出预失真系数，用于改善功率放大器的线性。TI和Xilinx系统的主要参数如表1所示。

表1 TI和Xilinx系统参数

2 测量方法

为测量反馈通道带宽对ACLR性能的影响，在反馈通道中依次接入不同带宽的腔体滤波器，滤波器接入位置如图1所示，使用信号分析仪测量功率放大器输出信号的电平和ACLR值。

滤波器的设计采用了由5个谐振腔组成的梳状滤波器结构，腔体排列关系如图2所示。为提高滤波器的矩形系数，在第2和第5谐振腔之间，还增加了交叉耦合结构，以达到在滤波器通带的两侧引入传输零点增加带外衰减的目的。

滤波器带宽为3 dB带宽，带外抑制为偏离3 dB频率点10 MHz以外的最小插入损耗。总共使用了14只滤波器,带宽分别为: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。所有滤波器抑制要求不低于20 dB。滤波器3 dB带宽和抑制特性如图3(以 45 MHz为例)，典型滤波器幅频特性如图4所示。

不同带宽滤波器的插入损耗和抑制实测值如表2所示。

被测功率放大器采用了芯通科技有限公司生产的TD-SCDMA多合体功率放大器T7380和T8390，额定输出功率为 37.4 dBm和42.5 dBm，功率放大器效率大于31%。两种产品已批量应用于TD二期或三期网络中。

3 测量结果和分析

表3和表4分别列出了TI和Xilinx系统的ACLR及输出功率测试数据。测试条件为DPD启动状态。为获得ACLR改善量，表中也列出了DPD未启动且反馈通道未接入滤波器条件下的功率放大器输出ACLR值。

表2 滤波器插入损耗和最小抑制实测值

表3 不同反馈带宽下的多合体功率放大器输出信号ACLR值(TI系统)

表4 不同反馈带宽下的多合体功率放大器输出信号ACLR值(Xilinx系统)

根据表3和表4的数据可以分别得到TI系统和 Xilinx系统的ACLR改善量与反馈通道带宽之间的关系，如图5和图6所示。ACLR改善量是功率放大器输出ACLR值在DPD启动前后的差值，它反映了DPD系统对功率放大器线性的改善程度。为清楚起见，将邻道(偏离±1.6 MHz)和次邻道(偏离±3.2 MHz)ACLR改善量曲线分别绘制。

从表3和图5所示的TI系统的测试数据可以看出，当反馈通道带宽为30 MHz及以上时，ACLR改善量的下降趋势不明显，均在±1.3 dB范围内波动，直到反馈通道带宽降为25 MHz时，ACLR改善量才出现明显的下降，但ACLR改善量依然分别有18.45 dB和17.22 dB。

同样,从表4和图6所示的Xilinx系统的测试数据可以看出，当反馈通道带宽为30 MHz及以上时，ACLR改善量的下降趋势依然不明显，均在±1.3 dB范围内波动，直到反馈通道带宽降为25 MHz时，ACLR改善量才出现明显的下降，但ACLR改善量依然分别有16.07 dB和 16.36 dB。

测试结果显示，针对 TI和 Xilinx公司的数字预失真芯片，配合多合体功率放大器，在输入九载波TDSCDMA信号的条件下，当反馈通道带宽减小时，ACLR的改善量下降趋势不明显。当反馈通道带宽减少到信号带宽1.7倍时，ACLR的改善量明显恶化，但仍然能够提高多合体功率放大器的线性。在超三代移动通信系统中,数字预失真系统的反馈通道带宽可适当降低，从而降低对ADC的要求，降低系统成本，同时,仍能提高多合体功率放大器的线性。