ET功放的自适应时延估计算法研究

陈剑斌，杨 霖，袁 方

(1.南京电讯技术研究所，江苏 南京210007；2.中国人民解放军68202部队，甘肃 天水 741000)

ET功放的自适应时延估计算法研究

陈剑斌1，杨 霖1，袁 方2

(1.南京电讯技术研究所，江苏 南京210007；2.中国人民解放军68202部队，甘肃 天水 741000)

为了保证包络跟踪(ET)功放的性能，需要实现射频支路和包络支路信号的严格同步。基于仿真分析恒定增益下功放输入信号功率与漏极电压间的关系，设计了一种基于时延失真方差的自适应时延估计算法，并通过仿真验证分析了算法性能。仿真结果表明，通过设计合适的迭代时延向量，算法能够实现对ET功放支路时延差的准确估计。

包络跟踪；时延估计；时延失真方差；迭代时延向量

0 引言

随着当前通信应用对频谱效率和通信速率需求的不断提升，调制信号在愈见复杂的同时引入了越来越高的峰均比。为了实现这些高峰均比信号的线性放大，传统功放一般采用回退方案，这大大降低了功放的整体效率[1]。为了解决上述问题，文献[2-4]从原理、结构等不同角度提出了相应的解决方案。其中，ET功放通过跟踪输入信号包络来控制功放的供电电压，可以在保证线性性能的同时，实现对高峰均比信号的高效放大[5]。

为了保证ET功放性能，需要实现射频信号和包络信号的严格同步[6-7]。基于此，文献[8]在理想功放模型下，提出了一种基于幅度协方差函数的支路时延估计方法。在此基础上，文献[9]针对实际ET功放，通过采用预失真补偿实现了功放支路时延的调整。上述方案的实现需要引入相应的外围功率测量、比较功能电路，实现复杂度高。本文利用功放恒定增益条件下输入功率与漏极电压间具有的特定关系，结合文献[9]的协方差函数思想设计了一种ET功放时延估计算法。该算法基于功放输入、输出信号的部分时间信息，首先在不同时延量下获得对应的功放输出估计曲线簇。在此基础上，通过计算功放输出估计曲线簇与实际输出之间的误差系数，最终获得ET功放射频信号和包络信号的准确时延差。

1 时延调整算法

ET功放的系统结构如图1所示，通过实时跟踪输入信号的幅度变化动态调整RF功放的供电 ，ET功放能够有效降低系统的耗散功率[10]。

功放输出功率会随供电电压的变化而变化：在相同输入信号下，所有的RF功放在供电电压不足时输出功率会下降；相反的，当功放供电电压高于所需值时，功放输出功率会增加；另一方面，为了降低功放的AM-AM失真，ET功放一般通过设计包络成形函数，以保证在输出范围内具有恒定增益特性[6]。

图1 ET功放系统结构

1.1 功放特性仿真

首先在ADS软件中，针对MRF9045M功放模型，仿真得到功放的增益与输入功率、漏极电压的关系。仿真结果如图2所示。

图2 功放的增益-输入功率-漏极电压关系

图2中，Z轴方向上的横截曲线在X-Y平面的投影代表恒定增益下，输入功率与漏极电压的关系。当设计功放的增益G确定后，功放输入功率与漏极电压关系满足对应曲线的定义。下面将根据这一原则，设计功放时延补偿方案。

1.2 时延估计算法

算法流程如图3所示，在获取时间长度为N的功放输入信号I(t)、输出信号O(t)后，算法首先根据当前得到的输入信号和图2的仿真结果，产生理想的漏极调制电压V(t)。通过采用时移量T对V(t)进行时移，产生一组漏极电压曲线簇。对于每一条电压曲线对应的增益估计曲线簇Gi(t)，在此基础上可进一步得到输出估计曲线簇：

(1)

(2)

和时延失真方差：

0≤k≤N。

(3)

为了获得更精确的时延估计，可以采用一个更小的时延量，然后重复上述时延估计过程。设迭代次数为L，第l次迭代得到的最佳时延估计为Δtl，则算法得到ET功放输入信号和漏极电压时延为：

(4)

图3 算法流程

2 算法仿真

结合仿真进一步说明时延估计算法的实现过程。系统实际的输入、输出信号电平如图4所示。

输出信号电平可以通过高精度检波器和AD器件获得。输入信号可以直接在数字基带系统中得到。需要注意，这里只需要获取部分时间内的信号即可，从而降低了时延调整算法的硬件实现难度。

信号包络电平和功率值之间满足关系：

P(t)=20·log(V(t))+33。

(6)

图4 功放输入、输出信号电平

首先根据图2和图4可以得到理想漏极电压曲线(Δt=0)及其对应的时延曲线簇，如图5所示，此处时移量T=10ns。

在此基础上，再根据图2和式(1)，可以得到输出估计曲线簇，如图6所示。

图5 漏极电压时延曲线簇

图6 输出电压时延曲线簇

图5和图6中每条输出曲线对应的时延失真方差以及误差系数仿真结果如图7所示。可以看到Δt=2T时曲线具有最小的误差系数，因此算法得到输入信号与漏极电压间的支路时延差估计值为20ns。

图7 曲线簇对应的失真方差

为了验证算法的性能，在Matlab中构建如图1所示的ET功放系统。系统中输入信号和调制漏极电压的支路时延差采用随机生成的方法产生。根据前面分析，算法迭代过程决定了时延估计的精度。仿真中，设置迭代时延向量T分别为(20,10,5)、(20,10,5,3)和(20,10,5,3,1)。

算法时延估计的仿真结果如表1所示。看以看出，本文设计算法能够准确估计ET系统中输入信号和漏极调整电压的时延差。同时，迭代时延向量的时延量下限越小，最终的估计时延与实际时延之间的误差也越小，但这也带来了迭代次数的增加。因此，针对不同系统的实际应用需求，可以通过调整算法的迭代时延向量，获得最佳的时延估计精度。

表1 时延估计结果 ns

3 结束语

ET功放在恒定增益特性条件下，其输入功率与漏极电压具有预先可测的关系,在此基础上，通过获取功放输入、输出的部分时间信号。本文设计了一种基于误差系数的时延估计算法，实现了对ET功放支路时延的精确估计。

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陈剑斌 男，(1986—)，硕士，工程师。主要研究方向：数字通信、微波射频技术。

杨 霖 男，(1974—)，硕士，工程师。主要研究方向：微波通信技术。

The Research on Adaptive Time Misalignment Estimation Algorithm for ET Power Amplifier

CHEN Jian-bin1,YANG Lin1,YUANG Fang2

(1.NanjingTelecommunicationTechnologyInstitute,NanjingJiangsu210007,China； 2.Unit68202，PLA,TianshuiGansu741000,China)

In order to improve the performance of Envelop-Tracking (ET) Power Amplifier (PA),it is necessary to synchronize the signals between RF path and envelope path.Based on the relationship between the input power and drain voltage in the PA with fixed gain,an adaptive time misalignment estimation algorithm was propose and analyzed by introducing the delay distortion variance in this paper.Simulation results show that the time misalignment can be estimated by using the algorithm with an appropriate iterative delay vector.

Envelope Tracking (ET)；time misalignment estimation；delay distortion variance；iterative delay vector

10.3969/j.issn.1003-3106.2017.04.04

陈剑斌，杨 霖，袁 方.ET功放的自适应时延估计算法研究[J].无线电工程,2017,47(4):17-19，48.

2017-01-05

国家科学自然基金资助项目(61631021)。

TN911.6

A

1003-3106(2017)04-0017-03