数字预失真关键技术(四) .ppt
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1、第三章 数字预失真电路设计及实现第一节 基于FPGA电路的预失真电路设计第二节 预失真器参数的实时提取及实现第三节 基于ASIC电路的数字预失真器设计及实现,Intersil数字预失真线性化解决方案介绍PMC-Sierra数字预失真线性化解决方案介绍TI数字预失真线性化解决方案介绍Optichron数字预失真线性化解决方案介绍,1.2.3.44.,第四节 非线性建模及预失真性能快速评估软件介绍,PipeliningOptional,MUXOutpu,ut,RegistersInput,R,RegistersOutput,DSP模块结构,+,+-+-,High Performance DSP O
2、peration 18x18 Functions at 282 MHzInput,Output&Pipeliningregisters,Reduce overall Logic usage,Add/Accumulate/Subtract,Signed&unsigned operations,Dynamically change between Add&Subtract,Support complex multiplications,-,+,j(Ai Br+ArBi),(Ar+jAi)x(Br+jBi)=(Ar Br AiBi)+4 Multiplications,1 Addition&1 Su
3、btraction,2,PA,I,Q out,数字预失真参考设计DSP Blocks,I&Qmod,I,Q in,address,FIR,RAM,LUT(I&Q),(I,r2+Q2)1/2,I=r*sin()Q=r*cos(),I&Q Demod,r(I2+Q2)1/2,(-1),delay,CORDIC,FIR,arctan(I/Q),arctan(I/Q),delay,(-1),Sync,NCO,Processor+hardware acceleration3,CORDIC算法 Hardware efficient algorithm for computingfunctions such
4、 as:Trigonometric Hyperbolic Logarithmic Iterative solution that uses only shifts andadding/subtracting High performance as no multiplications anddivisions,Simple/less hardware required,4,Altera CORDIC DPD解决方案,CORDIC,X_in,X_out,Y_inZ_inmode,Y_outZ_out,Cartesian to Polar conversion X_in,Y_in=Cartesia
5、n values,Z_in=0,mode=0 X_out=magnitude,Z_out=phase Polar to Cartesian conversionX_in=magnitude,Z_in=phase,Y_in=0,mode=1X_out,Y_out=Cartesian values Mode selects conversion direction Pipelined enabling new inputs to be applied in every clk cycle After initial latency valid outputs will appear on ever
6、y clk cycle Timesharing:on each clk cycle the mode of the CORDIC can be changed5,CORDIC构架,Iteration 1,Iteration n,Reg,QuadrantAdjust,Quadrantdetect&IP modify,Add/Sub&Shift,Parallel Architecture enabling high performance CORDIC algorithm can only deal with vector rotations of 90 to+90 degrees Require
7、 additional logic(Quadrant blocks)to be able to deal with vectors inany of thefour quadrants Parameterisable code input vector widths and number of iterations can be changed.6,CORDIC实现,LEs in Altera PLDs,Each LE is suited for implementing the required,adders/subtractors.,LEs can dynamically change f
8、rom operating as an,adder to subtractor,Each LE contains a register,Performance,7,第三章 数字预失真电路设计及实现第一节 基于FPGA电路的预失真电路设计第二节 预失真器参数的实时提取及实现第三节 基于ASIC电路的数字预失真器设计及实现,Intersil数字预失真线性化解决方案介绍PMC-Sierra数字预失真线性化解决方案介绍TI数字预失真线性化解决方案介绍Optichron数字预失真线性化解决方案介绍,1.2.3.44.,第四节 非线性建模及预失真性能快速评估软件介绍8,2.1)one MIPSe(Dhry
9、strformancePer,S,自适应算法实现预失真器参数的提取Hard Core Advantages High Performance 922TDMI,200,Time-to-Market Lots of On-Chip Memory Leverage Large Existing Code,Base,20,10050,Soft Core Advantages Flexibility Low Cost Portable Design Scalability Obsolescence Proof,0,Fits Broad Range of Altera PLD Families,Soft
10、Core,Hard Core,9,基于改进型脉动阵列QR-RLS自适应算法,x(n),x(n 1),.,x(M 1),x(M),x(n),x(n 1),.,x(M 2),x(M 1),x(n),x(n 1),.,x(2),x(1),wM1,wM2,.,w1,w0,y(n),y(n 1),.,y(M+1),y(M),10,/,/,/,/,x(n)in x(n)in=0,新脉动阵列-三角部分,R00,R01,R11,x(2),x(2)/x(2)/,P*M-1,0 0 0 0 0 x(N)x(M-1)x(M),N-M+1,预加阵列,原三角阵列,注意此处是,x(2)x(1),P-1,P=3,M=2的特
11、例0 0 0 0 0 x(N-M+1),R55,R44,R02R03R04,R05,R12R13R14,R15,R22R23R24,R25,R33R34,R35,R45,x(2)/x(2)/2x(1)x(1)/x(1)/,x(1)/x(1)/2,P-1,U0,U1,U2,U3,U4,U5,y(2),y(M+1)y(M),0 0 0 0 0 y(N),x(n),inx(n)inx(n)out,初始化:,x(n)in=0 x(n)out=x(n),in*x(n)in,RinRout,Rin,初始化:c=1s=0R=0,cout Rout=c*Rin 1/2*s*RinR=1/2*c*R+s*Rin
12、sout cout=c sout=s,2,i,x(n)inxM 1(n)out,x(n)in 初始化:x(n)in=0 xM 1(n)out=x(n)ini=0,1,.M 1,初始化:cin=1sin=0R=0,temp=*x 2+RinR=temps=Rin/tempc=1/2*R/temp,新阵列的三角阵列和功能函数11,新脉动阵列-逆向阵列部分,R,Uin,Wout2Wout1,Uin=0时,Wout1=Wout 2=0Wout1=Wout 2=Uin/R,Wout,Uin,Uout,RWin,Uin=0 Win=0时,Uout=0,Uout=Uin R*WinWout=Win,新阵列的
13、逆向阵列结构图和功能函数12,(Uk Rkjwj),新脉动阵列的记忆项式模型实现三角阵列QR分解所实现的结果R00*w0+R01*w1+R02*w2+R03*w3+R04*w4+.+R0n*wn=U0R11*w1+R12*w2+R13*w3+R14*w4+.+R1n*wn=U1R22*w2+R23*w3+R24*w4+.+R2n*wn=U2R33*w3+R34*w4+.+R3n*wn=U3R44*w4+.+R4n*wn=U4Rnn*wn=Un逆向阵列实时处理权值的依据,wM1=,k=M2,M3,.0,nj=k+1,1Rkk,wk=,UM1RM1,M1,13,I,Altera NiosII DP
14、D参数提取解决方案,-,I,To DUCQQ,Q,ILUT(I&Q),TableAddressCalc,(I,2+Q2)1/2,S,100 entries12 bit WordlengthAdaptive Est.,Altera MegaCore IP,DelayMatching,Compare&Estimate,R,I&QDemodulator,FFTLoop DelayEstimator,Embedded Processor14,主要实现部分,Forward path:I,Q multipliers,Lookup table:Dual port memory Feedback path,N
15、ios with custom instructions CORDIC acceleration Multiply acceleration,15,Loop Clocks=Number of clocks to execute single iterationMUL Clocks=Number of clocks to execute the MUL only,定制指令实例Optional FIFO,Memory,Other LogicNios ProcessorInteger Mult/Complex MultHardwareAcceleratorLoop Time=Execution of
16、 a single complex multiply,16,.,.,.,.,DDC,I/P toDPD,数据流FromPA,UpdateLUT,AddressCalculation,I1In,Q1Qn,FFT,I1In,Sn+1=Sn-*escaleRn+1=Rn-*erotate=tan-1(.),LoopDelayMeas,Q1QnCmplxMult,DelayMatchingH/WAccelerator,(.)_GainProgrammableLogicImplementation,VerrorSoftware Implementation(Nios),17,Input Fm,mt,&,
17、rlGain Cntr,S,FFT,Interpolation,RRC Filter,RF 板 全面解决方案I,ToAnt,FromCh.Card(LVDS,NCO,Q,Interpolation,RRC Filter,LUT(I&Q)RCompare&Estimate,FromPA,TableAddressCalc(I2+Q2)1/2ArctanI DelayMatching,Decimation,AdaptiveEst.I&QDemodLoop DelayEst,Resampler,w/CDR)Stratix MAC BlockStratix Tri-MatrixAltera MegaCo
18、re IPH/W Accelerator,RRC Filter,NCO,FromAnt,RRC Filter,Resampler,Decimation,Q,To ChannelCard(LVDS w/CDR),18,目标器件,Stratix-,Contains DSP Blocks,TriMatrix RAM allows for Large lookup,tables(multiple dimensions),Suitable if up/down converters are also,integrated,Cyclone-,Extensive use of CORDIC Lowest c
19、ost,19,参考设计资源利用率估计,5000 LEs(50%of avail in 1S10)4 DSP blocks(67%of avail in 1S10)3 M4K RAM blocks(5%of avail in 1S10)2 M512 RAM blocks(2%of avail in 1S10),Assumes 18bit wide I/Q,64 deep X 32 bitwide LUT.The ref design only contains the adaptivelookup table algorithm.20,开发工具,Quartus II,Robust,stable
20、tool for block-based design,Includes everything you need to build SOPC designs Interfaces to all leading 3rd party EDA tools,SOPC Builder,Configures processors,bus architectures,IP and firmware in one,simple environment,Interfaces to Nios,XA family&popular Microprocessor families,DSP Builder,Works w
21、ith MATLAB/Simulink to provide an FPGA development,environment that is ideal for systems engineers,Works with SOPC Builder to give a C-based DSP design flow,21,MAX 7000 Device,Stratix DSP 开发板Nios Expansion,Prototype Connector,Prototyping AreaD/A ConvertersMictor-Type Connectorsfor HP Logic Analyzers
22、A/D ConvertersAnalog SMAConnectors40-Pin Connectorsfor Analog DevicesTexas Instruments Connectors,on Underside of Board,22,第三章 数字预失真电路设计及实现第一节 基于FPGA电路的预失真电路设计第二节 预失真器参数的实时提取及实现第三节 基于ASIC电路的数字预失真器设计及实现,Intersil数字预失真线性化解决方案介绍PMC-Sierra数字预失真线性化解决方案介绍TI数字预失真线性化解决方案介绍Optichron数字预失真线性化解决方案介绍,1.2.3.44.,第四
23、节 非线性建模及预失真性能快速评估软件介绍23,方案简介,Intersil 公司推出的DPD解决方案芯片ISL5239的硬件构架主要由含有查找表的预失真单元、输入/输出格式转换单元、输入捕获存储器、反馈捕获存储器和外部处理器接口等部分构成。这些部分可以由寄存器来灵活配置。,ISL5239的输入/输出接口能够达到125MHz采样率和20MHz信号带宽,对于20MHz带宽的信号具备抑止5阶互调失真能力。,24,方案简介,该芯片的核心是一维查找表(LUT),片内有2个查找表,一个用于在线查找,另一个用于备份,通过处理器接口可以随时切换。芯片带有输入和反馈捕获存储器,16-bit 的外部处理器接口可以
24、对片内所有的寄存器和存储空间进行操作。借助DSP可以对查找表进行自适应更新运算,也方便对芯片各部分的配置进行更改以适应不同体制的设计。芯片内部的记忆效应和温度效应补偿接口,可以对外部射频PA进行动态补偿。内置I/Q均衡器用于对外部模拟调制电路对I/Q的幅度和相位不均衡失真进行补偿。,25,基于ISL5239的预失真系统实现,基于ISL5239的闭环WCDMA数字中频预失真结构框图,26,基于ISL5239的预失真系统器件描述,ISL5239配合Intersil 公司的数字上变频器和下变频器,可以构成带有数字预失真WCDMA单载波数字中频方案,如上图 所示。,ISL5217 是一个4通道数字上变
25、频器,16-bit 的I/Q信号,在系,统中实现QPSK调制,数字滤波和过采样的功能。,ISL5416是一个4通道的数字下变频器,在此实现中频变换,数字滤波和自动增益控制功能,通过ISL5416构成闭环控制回路,借助DSP和ISL5239的处理器接口实现自适应表项更新。,27,寻址模块框图,寻址模块框图,28,寻址,对于基于查找表的数字预失真技术,如何构建查找表和选择,何种寻址方式是决定最终效果的关键问题。,ISL5239提供三种寻址方式,如上图所示,分别是线性功率、线性幅度和对数功率寻址,ISL5239可以任意选择其中的一种方式。,构建LUT表项是依据PA的AM-AM,AM-PM特性,对PA
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