可编程片上数字预失真系统设计与实现

摘要

射频功率放大器是通信系统中的重要器件，它的功能是放大发射信号的功率，其工作特性对通信系统的整体性能有重大影响。功放的非线性会导致带外频谱扩展等问题。为了减小功放的失真特性，提升功率放大器的工作效率，人们提出过多种解决方案。其中数字预失真技术具有线性化能力好和易于工程实现等优点，是目前最为普遍的解决方案。
　　本文研究了数字预失真的关键技术，给出了一种线性化效果好并且成本低的实现方法。利用FPGA(Field Programmable Gate Array)内部的MicroBlaze作为预失真算法的实现平台，设计和实现了可编程片上数字预失真系统。具体包括以下内容：
　　第一，分析了功放的失真特性及其模型，研究了数字预失真的关键技术，确定了方案的总体设计。确定了最小二乘算法的参数，并给出了易于工程实现的间接求逆矩阵的方法。确定了预失真器模型的参数和查询表的长度。
　　第二，针对设计方案，提出使用MicroBlaze作为预失真算法的实现平台来实现整体方案的可编程片上系统。首先给出了方案的实现总框图，重点介绍了MicroBlaze和FPGA的数据交互流程。然后对设计方案的FPGA实现部分和计算预失真器参数的软件代码部分进行了详细说明，最后分析了FPGA资源的使用情况。
　　第三，对本文的设计方案进行了测试与分析。结果证明本文设计的可编程片上数字预失真系统可以将功率放大器输出信号的邻道泄露比改善到设计目标。
　　本文利用MicroBlaze实现了可编程片上数字预失真系统，可以在改善功放失真特性的同时降低实现成本，具有一定的工程实现价值。

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缩略词表

第一章 绪论

1.1研究背景与意义

1.2国内外研究现状

1.3论文内容及结构安排

第二章 射频功率放大器和数字预失真关键技术

2.1射频功率放大器的失真特性和行为模型

2.2数字预失真关键技术

2.3数字预失真系统性能评价指标

2.4本章小结

第三章 数字预失真方案需求与分析

3.1数字预失真方案设计目标

3.2数字预失真方案总体设计

3.3可编程片上系统的开发流程

3.4数字预失真算法仿真分析

3.5预失真器模型参数确定

3.6数字预失真查询表方案设计

3.7本章小结

第四章 数字预失真方案实现

4.1数字预失真方案实现总框图

4.2 MicroBlaze与FPGA的数据交互流程

4.3 MicroBlaze处理器的配置

4.4数字预失真方案的FPGA实现

4.5 MicroBlaze计算预失真器参数的软件实现

4.6 FPGA资源使用情况分析

4.7本章小结

第五章 测试与分析

5.1测试环境与平台

5.2数字回环测试与分析

5.3中频回环测试与分析

5.4射频回环测试与分析

5.5本章小结

第六章 总结与展望

6.1全文总结

6.2下一步工作建议

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间的研究成果