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如何使用fpga实现数字基带中环路延时估计

2018-12-19 11:04 ? 次阅读
标签:面子 现金网排行 营美路

?基于FPGA芯片Stratix II EP2S60F672C4设计实现了数字基带预失真系统中的环路延迟估计模块。该模块运用了一种环路延迟估计新方法,易于FPGA实现。同时,在信号失真的情况下也能给出正确的估计结果。Modelsim SE 6.5c的时序仿真结果和SignalTaps II的硬件调试结果验证了模块的有效性。

随着现代无线通信产业的快速发展,为了充分利用有限的无线频谱资源,现代通信系统采用了正交调制和多载波技术。然而这些技术对发射端前置高功率放大器(HPA)的线性度提出了非常高的要求[1]。在功率回退技术、负反馈法、前馈线性化技术和数字预失真技术等常用的线性化技术中,数字基带预失真技术因其成本低廉而得到了广泛的应用[2]。

在基于查找表(LUT)数字基带预失真(DPD)系统[3]的实现过程中,DPD需要正确对比输入信号x(n)和功率放大器输出端的反馈信号z(n)。通常反馈信号相对于输入信号有一段时间延迟,这就破坏了预失真系统的稳定性,因此正确估计环路延迟并对其进行补偿就显得十分必要。

近年来,国内外学者对环路延迟估计进行了分析并提出了一些估计算法,如迭代法(Nagata Algorithm)[3]、延时锁定环路法(DLL Method)[4]和相关检测法(CorrelaTIon method)[5]等,它们都有各自的优缺点。 本文结合参考文献[6]提出的幅度差相关算法和参考文献[7]中基于数据流相关运算的改进算法提出了新的方法。该方法在用于FPGA实现时难度低于参考文献[6],同时在信号失真的情况下也能给出正确的估计值。

1 环路延迟估计算法

环路延迟是指信号从系统输入端到反馈输出端所产生的时间延迟。通常,反馈信号z(n)相对于输入信号x(n)都会有一段时间的延迟,并且该延迟会随着时间和温度的改变而改变,故需要对其进行实时估计。

参考文献[6]提出的幅度差相关法为:

如何使用fpga实现数字基带中环路延时估计

算法通过搜索R(m)的最大值得到环路延迟的估计值。其通过对信号幅度的差取符号,减少了运算量。但用于FPGA实现时,需要复杂的时序控制,可实现度不高。

数据流相关运算的表达式为:

如何使用fpga实现数字基带中环路延时估计

此算法通过误差的叠加尽量放大两信号之间的差异。当无整数倍延迟偏差时,两组数据差值最小,故可以通过搜索R(m)的最小值得到整数倍环路延迟的估计值。由式(5)可知此算法具有运算复杂度低和易于实现的优点,但它要求反馈信号未经衰落信道畸变及高斯噪声影响才可以实现。

针对上述两种算法的不足,本文提出了新的方法。其基本表达式为:

如何使用fpga实现数字基带中环路延时估计

其中|·|表示取绝对值,其他符号的定义与参考文献[6]一致。

由PA输入、输出两组数据具有一定的相关性可知,当没有整数倍延迟偏差时,两组数据差值最小,故可以通过搜索R(m)的最小值得到整数倍环路延迟的估计值。

对比式(6)和式(1)可知,本方法在用于FPGA实现时比参考文献[7]要减少一个计算D[x(n)]×D[z(n-m)]的步骤;同时本方法在计算时只涉及到加减运算,故其时序控制比参考文献[6]简单。对比式(6)和式(5),本方法先通过式(2)保留信号的变化信息,再通过式(6)保留输入信号和反馈信号之间的相似性,故其不用像参考文献[7]那样对反馈信号有要求。不过,本方法和其他相关算法一样要求输入信号的周期必须大于环路延迟的值。

2 Matlab仿真结果及分析

为了验证本文所提方法的有效性,进行了仿真分析。仿真所采用的系统框图如图1所示,其中PA行为模型采用的是并行维纳结构,OFDM信号延迟了22个周期。

如何使用fpga实现数字基带中环路延时估计

为了验证算法的鲁棒性,本文还给出了算法在反馈信号z(n)相对于输入信号x(n)失真不同程度的情况下,环路延迟估计值。其中,输入信号和反馈信号的功率谱密度如图2所示。反馈信号是输入信号经过PA后未加噪声、而加了SNR=30 dB和SNR=20 dB的高斯白噪声后得到的。图3所示为采用本文所提出的方法,对图2中的信号进行环路延迟估计给出的理论估计值。由图3可知,当反馈信号严重失真时,本文提出的方法也能给出正确的估计值,从而证明了本文所提方法的有效性。

如何使用fpga实现数字基带中环路延时估计

3 环路延时估计的FPGA实现

根据实际数字基带预失真系统的需要,环路延时估计在采用FPGA芯片StraTIx II EP2S60F672C4实现时,“相关窗”的长度L取250,共做了60次相关即k∈(0,60),其实现的结构框图如图4所示。

如何使用fpga实现数字基带中环路延时估计

接收存储数据。将所要使用的数据存储在FPGA的RAM中,存储的数据包含基带发射信号及接收信号的实部、虚部4组数据。

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TMP411设备是一个带有内置本地温度传感器的远程温度传感器监视器。远程温度传感器,二极管连接的晶体管通常是低成本,NPN或PNP型晶体管或二极管,是微控制器,微处理器或FPGA的组成部分。 远程精度为±1 °C适用于多个设备制造商,无需校准。双线串行接口接受SMBus写字节,读字节,发送字节和接收字节命令,以设置报警阈值和读取温度数据。 TMP411器件中包含的功能包括:串联电阻取消,可编程非理想因子,可编程分辨率,可编程阈值限制,用户定义的偏移寄存器,用于最大精度,最小和最大温度监视器,宽远程温度测量范围(高达150°C),二极管故障检测和温度警报功能。 TMP411器件采用VSSOP-8和SOIC-8封装。 特性 ±1°C远程二极管传感器 ±1°C本地温度传感器 可编程非理想因素 串联电阻取消 警报功能 系统校准的偏移寄存器 与ADT7461和ADM1032兼容的引脚和寄存器 可编程分辨率:9至12位 可编程阈值限...

发表于 2018-12-19 16:35 ? 8次阅读
TMP411 ±1°C Programmable...

TMP468 具有引脚可编程的总线地址的高精度远...

TMP468器件是一款使用双线制SMBus或I 2 C兼容接口的多区域高精度低功耗温度传感器。除了本地温度外,还可以同时监控多达八个连接远程二极管的温度区域。聚合系统中的温度测量可通过缩小保护频带提升性能,并且可以降低电路板复杂程度。典型用例为监测服务器和电信设备等复杂系统中不同处理器(如MCU,GPU和FPGA)的温度。该器件将诸如串联电阻抵消,可编程非理想性因子,可编程偏移和可编程温度限值等高级特性完美结合,提供了一套精度和抗扰度更高且稳健耐用的温度监控解决方案。 八个远程通道(以及本地通道)均可独立编程,设定两个在测量位置的相应温度超出对应值时触发的阈值。此外,还可通过可编程迟滞设置避免阈值持续切换。 TMP468器件可提供高测量精度(0.75°C)和测量分辨率(0.0 625°C)。该器件还支持低电压轨(1.7V至3.6V)和通用双线制接口,采用高空间利用率的小型封装(3mm×3mm或1.6mm×1.6mm),可在计算系统中轻松集成。远程结支持-55°C至+ 150°C的温度范围。 特性 8通道远程二极管温度传感器精度:±0.75&...

发表于 2018-12-19 16:05 ? 8次阅读
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