自適應(yīng)數(shù)字預(yù)失真放大器的算法研究

1、2009年4月Apr.2009電子設(shè)計工程Electronic Design Engineering自適應(yīng)數(shù)字預(yù)失真放大器的算法研究王勝水,鮑景富,李紅寶(電子科技大學(xué)電子工程學(xué)院,四川成都610054摘要:由于功率放大器特性隨溫度,供電電壓等因素的變化而改變,為了保證預(yù)失真功率放大器穩(wěn)定工作,預(yù)失真系統(tǒng)的自適應(yīng)性能就顯得非常重要?；诓檎冶淼念A(yù)失真放大器廣泛采用最小均方(least-mean-square,LMS自適應(yīng)算法。介紹了基于查找表的預(yù)失真放大器的基本結(jié)構(gòu),并根據(jù)步長參數(shù)和誤差之間的非線性關(guān)系提出了一個新的變步長LMS算法。最后用MATLAB搭建了一個自適應(yīng)預(yù)失真器的仿真系統(tǒng)。仿真表

2、明,在迭代500次時,該算法對預(yù)失真放大器失真效果的改進(jìn)明顯優(yōu)于以前的算法。關(guān)鍵詞:LMS;預(yù)失真;自適應(yīng);放大器;步長中圖分類號:TN3文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A文件編號:1006-6977(200904-0121-02 Research of algorithm in the adaptive digital predistortion amplifierWANG Sheng-shui,BAO Jing-fu,LI Hong-bao(School of Electronic Engineering,University of Electronic Science and Technology,Chen

3、gdu610054,ChinaAbstract:In general,the characteristic of the radio frequency power amplifier varies with many kinds of factors,such as the environment temperature,power supply,etc.In order to guarantee the steady operation of the predictor-tion power amplifier, the adaptive performance of the predis

4、tortion system seems very important.Least Mean Square(LMSadaptive algorithm is widely used in the predistortion amplifier based on the Look-Up-Table(LUT.In this paper,the structure of the predistortion power amplifier based on LUT is introduced,a new function of variable step size is proposed,accord

5、ing to the non-line relation ship between the step size and the error.A simulation system of predistortion power amplifier is made with MALAB. The results shows this algorithm has a more perfect effect in improve the distortion of the predistortion amplifier when iterative computations run500times.K

6、ey words:LMS;predstortion;adaptive;amplifier;step size1引言在基于查找表的自適應(yīng)預(yù)失真放大器中,最小均方LMS (least-mean-square算法廣泛采用文獻(xiàn)1-5所提出的觀點(diǎn)。初始收斂速度、時變系統(tǒng)跟蹤能力及穩(wěn)態(tài)失調(diào)是衡量自適應(yīng)濾波算法優(yōu)劣的最重要技術(shù)指標(biāo)。LMS算法的缺點(diǎn)是收斂速度慢。為了提高LMS算法的收斂速度,文獻(xiàn)6提出改進(jìn)的兩個方法:輸入信號去相關(guān)和盡可能增大步長參數(shù)。對于輸入信號去相關(guān)方面,研究了分塊LMS算法,DCT-LMS算法,歸一化LMS算法。而增大步長參數(shù)方面,發(fā)現(xiàn)子帶自適應(yīng)LMS算法7,SVSLMS算法8,改進(jìn)的

7、SVSLMS算法9。根據(jù)以前的研究:固定步長的自適應(yīng)濾波算法在收斂速度、時變系統(tǒng)跟蹤速度與收斂精度方面對算法步長因子的要求是相互矛盾的。為解決這一矛盾,提出LMS算法的步長調(diào)整原則:在初始收斂階段或未知系統(tǒng)參數(shù)發(fā)生變化時,步長應(yīng)較大,以便有較快的收斂速度和對時變系統(tǒng)的跟蹤速度;而在算法收斂后,應(yīng)保持很小的步長以達(dá)到很小的穩(wěn)態(tài)失調(diào)噪聲。在深入研究自適應(yīng)算法的基礎(chǔ)上,提出一個新的變步長LMS算法并與以前算法相對比仿真。新算法已用于預(yù)失真放大器仿真并取得良好效果。2數(shù)字預(yù)失真放大器圖1為數(shù)字預(yù)失真放大器的基本結(jié)構(gòu),預(yù)失真器包括查找表和自適應(yīng)預(yù)失真參數(shù)估計,反饋的輸出信號V out和輸入信號V in經(jīng)

8、自適應(yīng)算法計算更新查找表中的增益系數(shù),此增益系數(shù)與輸入信號做乘法運(yùn)算得到預(yù)失真信號V pd。一般而言,預(yù)失真器要補(bǔ)償?shù)氖怯煞糯笃鞣蔷€性帶來的幅度非線性失真和相位非線性失真。預(yù)失真器的輸入輸出關(guān)系表示為:V pd=V in F(V in(1式中:F(·為預(yù)失真器的增益函數(shù)。功率放大器的輸出:V out=V pd G(V pd(2式中,G(·為功率放大器的增益函數(shù)。式(2代入式(1,則有:V out=V in F(V inGV in F(V in(3收稿日期:2008-12-02稿件編號:200812006基金項目:浙江省電路與系統(tǒng)重中之重學(xué)科資助基金項目(ZZ050103-1

9、1作者簡介:王勝水(1984-,男,山東德州人,碩士研究生。研究方向:射頻微波通訊。-121-信號經(jīng)過自適應(yīng)預(yù)失真放大器之后其輸出為:V out =KV in(4所以有:K =F (V in G V in F (V in (53查找表的自適應(yīng)算法LMS 算法中,令R in (n 為輸入信號的自相關(guān)矩陣。W (n 為抽頭權(quán)向量,那么有:e (n =d (n -W H (n R in (n (6W (n +1=W (n +(n R in (n e *(n (7式中:d (n 為期望信號;e (n 為期望信號與輸出信號的誤差信號;為步長參數(shù),(n =(1-exp (-e (n 2。LMS 算法收斂的

10、條件為:0<<1/max ,max 是輸入信號自相關(guān)矩陣的最大特征值。提出改進(jìn)的SVSLMS 算法,從而提高LMS 算法的收斂速度。4新的自適應(yīng)算法新的自適應(yīng)算法為e (n =d (n -W H (n R in (n (8(n =*e (n 2/N(當(dāng)*e (n 2/N<1/max ,N >21/max(當(dāng)*e (n 2/N>1/max ,N >2!(9W (n +1=W (n +(n R in (n e*(n (10式(9中(n 要滿足0<(n <1/max 。由于是人為指定,所以可由試驗手段取得,e (n 是未知變量,其初始值無法估計,所以首

11、先要判斷*e (n 2/N是否小于1/max 。但是這會增加時間復(fù)雜度,如果能夠確認(rèn)*e (n 2/N<1/max ,比如第一次迭代的e (n <1,則可直接設(shè)定為小于1/max 的值計算,以便減少時間復(fù)雜度。5仿真結(jié)果用MATLAB 搭建了一個自適應(yīng)預(yù)失真放大器的模型,放大器使用saleh 模型。輸入信號為256QAM 信號,分別對SVSLMS 改進(jìn)型算法和該新算法進(jìn)行仿真對比,其中SVSLMS 改進(jìn)型算法的參數(shù)取值為=1,=10,該新算法參數(shù)取值為=2,N =5。迭代500次的結(jié)果如圖2圖5。其中,圖2是理想的功放輸出星座圖;圖3是未經(jīng)預(yù)失真器的功放輸出星座圖;圖4是采用改進(jìn)的

12、SVSLMS 算法的預(yù)失真放大器的輸出星座圖;圖5是采用新算法的預(yù)失真放大器的輸出星座圖。通過仿真可知,該新算法對預(yù)失真放大器的改進(jìn)明顯優(yōu)于SVSLMS 改進(jìn)型算法。6結(jié)論提出一個新的變步長LMS 算法,通過誤差的平方函數(shù)控制步長的變化,有很好的收斂特性,用MATLAB 搭建了預(yù)失真放大器的仿真系統(tǒng)。仿真表明:在進(jìn)行500次迭代計算時該新算法對預(yù)失真放大器非線性特性的改進(jìn)明顯優(yōu)于改進(jìn)的SVSLMS 算法。參考文獻(xiàn):1Hsin -Hung Chen,Chih -Hung Lin,Po -Chium Huang.Jointpoly -nomial and look -up -t able pred

13、istortion power amplifier lin -earization J.IEEE Transaction on Circuits and Systems,2006,53(8:612-616.(下轉(zhuǎn)第125頁圖1基于LUT 的預(yù)失真放大器的結(jié)構(gòu)圖圖3未經(jīng)預(yù)失真器的星座輸出圖圖2理想的星座輸出圖圖4SVSLMS 改進(jìn)型算法預(yù)失真放大后的星座圖圖5 本文算法預(yù)失真放大后的星座圖電子設(shè)計工程2009年第4期-122-圖 5強(qiáng)對流方式對LED器件最大功率的影響王靜,等改善大功率LED散熱的關(guān)鍵問題0000000000000000000000000000000000(上接第122頁2Kat

14、hleen J Muhonen,Mohsen Kavehrad.Look-up table tech-niques for adaptive digital predistortion:a development and comparisonJ.IEEE Transactions on Vehicular Technology, 2000,49(5:1999-2002.3Ernesto G Jeckeln,Fadhel M Ghannouchi.A new adaptivepredistortion technique using software-defined radio and DSP

15、technologies suitable for base station3G power amplifiersJ.IEEE Transactions On Microwave Theory and Techniques, 2004,52(9:2139-2147.4Shinichirou Takabayashi,Masayuki Orihashi,Takashi Mat-suoka.Adaptive predistortion linearizer with digital quadra-ture modemJ.Vehicular Technology Conference Proceed-

16、ings2000.2000,3(5:2237-2241.5John W Wusenberg,Helen J Xing,J R Cruz.Complex gainand fixed-point digital predistorters for CDMA power ampli-fiersJ.IEEE Transactions on Vehicular Technology,2004,49(5:469-478.6谷源濤.LMS算法收斂性能研究及分析D.北京:清華大學(xué),2003.7Sristi P Lu W-S,Antoniou A.A new variable-step-size LMSalgo

17、rithm and its application in subband adaptive filter for e-cho cancellationJ.IEEE International Symposium on Circuits and Systems,2001,2(5:721-724.8覃景繁,歐陽景正.一種新的變步長自適應(yīng)濾波算法J.數(shù)據(jù)采集與處理.1997,12(3:171-194.9高鷹,謝勝利.一種變步長LMS自適應(yīng)濾波算法及分析J.電子學(xué)報.2001,(8:1094-1097.數(shù)對最大功率的影響如圖5所示。強(qiáng)對流方式在一定速度內(nèi)會大大提高LED產(chǎn)品的散熱能力,有助于提高散熱效

18、果。綜上所述,無論是增加散熱面積還是增加對流速度都不能無限制地提高散熱能力,其原因在于:當(dāng)散熱結(jié)構(gòu)、方式固定后,即使LED導(dǎo)熱率有所上升,也無法真正大幅度降低芯片溫度;事實證明增加散熱面積,可以促進(jìn)散熱。但由于成本限制,且不可能無限制地增加散熱面積,因此,要提升LED產(chǎn)品的散熱能力,關(guān)鍵要在最大努力增加散熱面積時,尋找一種可以快速將上表面熱量帶走的散熱方式。4結(jié)語利用ANSYS軟件對大功率LED進(jìn)行三維有限元熱分析,并繪制了其受不同因素影響時器件的溫度云圖,通過比較各種因素對散熱性能的影響,得出結(jié)論:在經(jīng)過必要的選材優(yōu)化后,對于材料熱導(dǎo)率的追求只是對提高LED散熱能力細(xì)枝末節(jié)地修改,想要大幅度地提高LED的散熱能力,關(guān)鍵是增加散熱面積與改變散熱方式。參考文獻(xiàn):1Arik M,Petroski J,Weaver S.Thermal challenges in the futuregeneration solid state lighting applications:Light emitting diodesJ.Proc.IEEE Intersoc