07 · DPD 与 PA 线性化

DPD 的硬件交付应说明被线性化对象、输入输出参考面、观测链带宽与动态范围，以及波形和时序条件。只有“算法已使能”不能证明功放链可线性化；只有一个改善后的邻道数值，也不能证明整机在功率、温度和失配变化后仍满足要求。

本文讨论单支路的有线观测结构。所有预算为假设计算，不包含真实 RRU 测量，也不承诺某个 DPD 算法可得到固定的改善量。

1. 模块作用

DPD 在数字基带域施加预失真，使包含 PA 的发射路径在规定信号范围内更接近目标线性响应。它与功率回退、CFR、偏置和 PA 结构协同，但不承担过流、过温或负载失配保护。

设计目标同时包含：输出平均功率、EVM、邻道泄漏、效率与模型稳定性。DPD 改善失真后可以为工作点优化提供空间，但不能自动修复严重削顶、观测链过载、振荡或错误偏置。

2. 在 RRU 中的位置

数字侧输出经过 DPD 的复基带信号，RFIC 将其转换为 RF，再经 Pre-driver、Driver 与 Final PA 放大。耦合器把规定参考面处的输出信号送回 ORx，用于观测与参数学习。

DPD 引擎可以位于 FPGA、独立 DFE 或带相应功能的 RFIC。学习与数据通道要按目标平台明确：并非每颗 RFIC 都内置 DPD，也不是每条普通接收通道都满足观测要求。

被线性化对象的边界由采样点决定。 Final PA 后、滤波器前取样与滤波器后取样观察到的传输响应不同；未被采到的后级失真或失配影响不能靠“算法看到了输出”来解释。多支路共用 ORx 时，通道选择、切换稳定与捕获窗口也成为设计输入。

3. 典型电路结构

耦合端还要规定方向性、耦合度随频率变化、阻抗、额定功率与未用端口终端。衰减器、开关、连接器和 ORx 的输入范围应以峰值而非仅平均值核算。测量仪器的观测端与系统 ORx 是两条不同路径，都需要校准。

4. 工作原理

4.1 线性目标与记忆模型

设数字输入为 $u[n]$，预失真输出为 $x[n]$，经过发射路径的复包络为 $y[n]$。目标是在规定参考面和归一化条件下使 $y[n]\approx G u[n-d]$。复数增益 $G$ 与延迟 $d$ 必须明确，不能直接对两个未对齐的采样序列做误差比较。

一种基础的记忆多项式表示为：

$$y[n]\approx\sum_{m=0}^{M-1}\sum_{p\in\mathcal{P}}a_{p,m}x[n-m]|x[n-m]|^{p-1}$$

$M$ 为记忆深度，$\mathcal{P}$ 为所选阶次集合，$a_{p,m}$ 为复系数。它是行为近似，不是晶体管内部电路；增加项数需要足够的有效数据与数值条件，不能保证改善。MathWorks 的 PA 记忆模型文档提供了这类模型及交叉记忆项的说明。MathWorks：PA 记忆模型

实际 PA 的偏置、电源与热状态会影响响应；只在某一带宽、功率和温度拟合的模型，不应无验证地推广到全部状态。记忆模型拟合好也不等于完整发射机已通过谐波或带外杂散验收。

上式是 $x\rightarrow y$ 的 PA 前向模型，其系数不能直接写入 DPD。图中采用间接学习的接口示意：先用对齐、归一化后的 $y/G$ 与 $x$ 拟合后置逆模型，再按算法约定将逆模型系数用于预失真。前向模型、学习器和预失真器的系数身份应分别标明；不同架构的捕获点和归一化方式以平台实现为准。MathWorks：DPD 与系数估计

4.2 学习前先让数据可信

观测信号经过耦合、衰减与 ORx，其幅相和时延不是 PA 输出的直接复制。需要校核整数/分数延迟、增益与相位归一化、频响及所用平台的校准状态。

ADI 的 ADRV9002 调试指南指出反馈过载、反馈过弱、TX 数据峰值超限以及延迟不对齐会影响 DPD；文中的具体反馈电平、带宽与算法设置只适用于对应平台。ADI：DPD 调试指南

硬件验收不要把“ORx 不饱和”作为唯一条件：过度衰减可能使小失真接近噪声底；可变增益或开关在一次捕获中改变状态，也会改变被学习的关系。

4.3 带宽预算覆盖生成与观测

区分占用带宽、多个载波的整体跨度、TX 合成带宽、ORx 观测带宽和模拟前端带宽。不能仅凭 ADC 采样率推断整条观测路径可用，也不能把非连续载波占用带宽之和当作其总频率跨度。

对假设连续占用 100 MHz 的复基带信号，按频谱卷积支撑范围粗估，三阶项可能扩展到约 300 MHz、五阶项约 500 MHz。该估算用于检查频谱范围，不是所有 DPD 必须采用的固定五倍规则。实际要保留的失真范围、数字滤波与算法需求应由平台和验收目标确定；复采样率还要为通带、过渡带与实现留余量。

ADI ADRV9009 数据手册分别定义了占用、合成与观测带宽，可用于核对这些名称的接口含义。ADI ADRV9009 数据手册：Terminology

4.4 反馈电平按峰值与全部节点核算

$$P_{\mathrm{ORx,avg}}=P_{\mathrm{tap,avg}}-C-L-A,\qquad P_{\mathrm{ORx,peak}}\approx P_{\mathrm{ORx,avg}}+\mathrm{PAPR}$$

$C$ 为正值表示的耦合度，$L$ 为支路损耗，$A$ 为衰减量，均用 dB；功率用 dBm。这里的 PAPR 应对应取样参考面与实际波形。

假设计算： 输出取样参考面平均 43 dBm，PAPR 8 dB，耦合度 30 dB，损耗 2 dB，衰减 20 dB，则 ORx 平均 −9 dBm、峰值约 −1 dBm。若再假设该 ORx 已验证的线性峰值上限为 −5 dBm，则缺少至少 4 dB 衰减；若另要求 2 dB 裕量，需至少增加 6 dB。这些上限不是任何真实芯片规格。加衰减后还要复查低功率工况的失真可见度。

在上述演练中，耦合器输出节点的平均功率为 13 dBm、峰值约 21 dBm；若假设全部 2 dB 支路损耗位于衰减器之前，则衰减器输入为 11 dBm、峰值约 19 dBm。预算表应逐段规定损耗位置，不能只检查最终 ORx 端；开关、衰减器、保护器件及负载均需检查自身压缩和功率容量。DPD 可能增加 TX 数字信号峰值，因此 DAC 与前级也应以实际预失真波形检查余量。

5. 关键参数

本文统一用 $\mathrm{ACLR}=10\log_{10}(P_{\mathrm{main}}/P_{\mathrm{adj}})$ 表示正值抑制比；若仪器显示邻道相对主道的负 dBc，保存字段名和符号定义，避免把 −45 dBc 写成“ACLR −45 dB”却不解释约定。积分带宽、滤波和邻道位置随测试规范确定，本文不设置通用通过门限。

6. 工程设计关注点

前级压缩与输出回退： 三个 PA 级均可能引入失真。检查 Pre-driver/Driver 在预失真峰值下的余量，不能将所有 AM/AM 弯曲归因于 Final PA。保持相同最终输出平均功率再比较 DPD 开/关，避免因输出变小产生虚假的改善。

CFR 与 DPD 顺序： CFR 的峰值压缩程度需要结合 EVM 和后续峰值再生验证；不能只凭输入 PAPR 推算最终 DAC 或 PA 峰值。记录 CFR 版本及参数，防止波形变更后沿用旧模型。

时序与模型有效期： TDD 捕获窗口避开无效数据，并与实际状态机同步。偏置、漏压、功率、温度或观测通道变化时，按算法要求冻结、更新或重建模型；保存最后有效版本与回退动作。

测量系统独立性： ORx 学习误差和外部分析仪误差分别校核。R&S 的宽带 PA 验证方案将 EVM、AM/AM、AM/PM、ACLR 与记忆效应作为联合观测项，而非只观察一张频谱。R&S：宽带 PA 验证

7. 调试方法

1. 固定波形、参考面和衰减配置，校准外部仪器；先用允许的低功率核验各节点与通道映射。
2. 关闭 DPD，记录整链增益、AM/AM、AM/PM、输出功率及各级供电，确认基本链路健康。
3. 核验 ORx 频响、峰值、噪声和捕获窗口；以目标最高及最低工作功率分别检查。
4. 读取 TX/ORx 复采样，检查削顶、缺失样点、时间对齐及归一化，再进入算法调参。
5. 从平台验证过的基础配置开始，逐项调整，记录每次变化；模型更复杂时使用独立数据复核，防止只对训练捕获改善。
6. 在相同最终输出功率比较 DPD 开/关的 EVM、邻道、频谱与效率；记录 CFR、温度与训练状态。
7. 重复频率、带宽、多载波、温度与 TDD 矩阵，检查模型恢复和硬件保护。输出限幅或失配异常时，先撤销 RF 激励并定位，不能让学习器无限追赶故障。

交付硬件预算、捕获原始数据、算法与配置版本、对齐结果和外部测量证据。仅有“DPD 开启”状态字不构成线性化验收结论。