利用数字预失真线性化宽带功率放大器
利用数字预失真线性化宽带功率放大器
2. Wiener系统 Wiener模型是Volterra模型一种有意义的简化，包括一个线性滤波器，后接无记忆非线性。可以采用查询表对非线性进行模型化，也可用FIR 滤波器线性对线性滤波器进行模型化。Werner系统在模型化大多数RF功率放大器方面的有效性有限。模型参数的估算相当复杂，这使其对实时自适应没有吸引力。
3.Hammerstein系统此外，Hammerstein模型也是Volterra模型的一种简化，包含一个无记忆非线性，后跟一个线性滤波器。这是一种简单的记忆模型，其模型参数的计算比Wiener模型要简单。这种模型对模型化所有不同类型RF功放的有效性有限。
4. Wiener-Hammerstein 将一个线性滤波器、一个无记忆线性与另一个线性滤波器级联起来就构成了Weiner-Hammerstein模型。这种模型比Weiner或Hammerstein模型更加一般，包括Volterra数列许多项，可以更好地进行非线性模型化。
5. 记忆多项式限制(1)中的Volterra数列，使除了中心对角线上的项以外，各个项都为0，即只有i1=i2=i3…时hn(i1,i2,i3…) != 0，得到如式子B所示的记忆多项式模型，其中M为记忆长度，K为非线性阶数。
已经证明这种模型(及其变种)对线性化宽带功放是有效的，硬件和软件计算要求也合适。
文献中也提出了上述模型的不同组合，每一种都有其优缺点。商业上可实施的前置补偿器要求能够擅长处理大量非线性行为，对不同应用可能需要不同模型。对于这些模型中的大多数而言，前置补偿器系数适合采用最小二乘法识别的间接学习架构。
本文第三部分将讨论如何采用采用算术和模型简化方法的混合来实现前置补偿。
在无线系统中，功放(PA)线性度和效率常是必须权衡的两个参数。工程师都在寻找一种有效而灵活的基于Volterra的自适应预失真技术，可用于实现宽带RF 功放的高线性度。本文将概述不同数字预失真技术，介绍一种创新性DPD线性化电路特有的自适应算法。
本文的第二部分介绍了线性化方案对于前置补偿器具有高度精确模型的需求。下面我们将讨论如何采用采用算术和模型简化方法的混合来实现前置补偿。
在GC5322前置补偿实施中，为易于实现，采用算术和模型简化方法的混合。通
过排除不同指数排列的冗余，式1中的项数可以显著降低。可以假设Volterra 系数对称，这不会有任何通用性降低。此外，功放的实际输入信号x(n)可以用其复数基带表达式x(n) = Re{ejx O nX(n)}形式表示，其中ΩO= 2 π fO，fO为感兴趣频带的中心频率。
由于对频带有限的系统，只对载波频率fO附近的成分感兴趣，Volterra数列写成复数基带信号形式将大大降低考虑的项数，有助于指导模型架构的选择。例如，偶数阶互调项离感兴趣频带很远，这样有可能进一步丢弃式1中一半的项。模型为旋转不变，这样可以进一步简化。就是说，PA输入的相位偏移在输出端产生完全相同的相位偏移。即，式1就可以简化到涉及信号和其幅度平方的乘方的积。此外，PA有因果关系为大家所了解，假设PA的线性部分为最低相位(或足够如此)。这进一步限制了Volterra项。
在大多数PA中，信号处理是分级进行的。利用这一特征，模型可以简化(特定应用需要的项数)成级联部分，每一部分匹配到满足补偿各级畸变的要求。
GC5322中实现的DPD分为三个主要部分：线性均衡器、非线性DPD以及反馈非线性补偿器和智能捕获缓冲器。通过将式1中的Volterra数列限制到只有记忆M1的线性项，线性均衡模块(式2)模型，得到：
Y1(n) = Σi=0:M1 h1(i).x(n-i) (2)
一个M1攻丝长的发射均衡器可以说明RF发射路径和PA的线性畸变，可以看作是Hammerstein模型的线性时不变的半部。这一均衡器主要补偿与PA串联的滤波，如匹配网络、多路复用器以及IF滤波。随所选的时钟率不同，GC5322中用的均衡器提供100～200ns的校正时间。这样在模拟设计中就有最大幅度和群延迟限制。发射器模拟部分2ns的峰-峰群延迟和1dB的峰-峰幅度纹波特性认为是在模拟和数字复杂性之间合理的均衡。式2的硬件实现同时对实部和虚部数据流提供了一个复数FIR滤波器。这样可以独立对实部和虚部信号路径进行均衡，并可以补偿I/Q增益/相位/延迟的不匹配。
发射ASSP的第二部分是非线性DPD。之所以需要它，是因为根据PA设计和信号带宽的不同，PA中的非线性记忆效应的范围可从几个纳秒到高达1微秒。结合到无线系统PA的高阶非线性(从AB类放大器的5阶到Doherty PA的高达11阶)，选择合适的非线性前置补偿架构可能真是一个挑战。
通过将式1中的Volterra数列限制到只有带记忆M2的非线性对角项，丢掉上述偶数项，对其进行简化，得到如式3的非线性前置补偿器模块。
此前置补偿器模块可以说明PA非线性的主要部分。如果忽略此模块的记忆性，就可以看作Hammerstein模型的无记忆非线性部分。有了记忆以后，可以用作基于记忆多项式的前置补偿器。将各项重新排列，得到式C的关系。
对各项如此重新整理就将公式简化到了有限脉冲响应(FIR)的形式，就可能以对硬件有效的LUT形式实现|x(n-i)|2多项式。多项式的方次受到自适应算法模型精度容差的限制。
对某些类型的射频PA，额外的记忆效应依赖于信号包络线。例如，这些记忆效应可以源自多种不同因素，如热和行为接近功率曲线的函数的多倍增益的电源瞬变。式1中Volterra数列的项涉及到要放大的信号与复数信号包络的向量积，可以用于构成在探索RF PA的记忆效应及如何用滤波器改进线性方面有用的关系。(Hardik Gandhi)
微波线性功率放大器综述
微波线性功率放大器综述 1概述 微波线性功率放大器在现代微波（无线）通信系统中的重要性越来越大。特别是在CDMA 体制移动通信系统中，线性功率放大器已经是必不可少的重要部件。 2基本指标 2.1 AM/AM AM/PM失真 一个HPA的线性特征可以用AM/AM和AM/PM 曲线来表示. 输入的RF 信号可以表示为： x(t)=R i(t)?cos[ω0t+θx(t)] (1) 相应的输出表示为： y(t)=G[R i(f)] ?cos{ω0t+θx(t)+ψ[R i(f)]} (2) 其中G和ψ表示AM/AM 和AM/PM曲线，如图一。 图. 1 实测的放大器失真曲线 理想的线性功放的曲线如图2。 图. 2 理想的放大器AM/AM和AM/PM曲线
2.2 双音IMD 、IP3、P1dB 双音IMD ，在放大器输入端加入两个CW 信号，在放大器的输出端测量的3阶、5阶等信号大小，以dBc 表示。 IP3 IMD 、IP3及P 1dB 定义图示 2.3 ACPR ACPR 主要应用在象CDMA 这样的宽频谱信号的研究上。邻道功率（ACP ）定义为当主信道加一信号时，紧邻主信道的两个信道内的功率大小。邻道功率的产生主要来自两个方面，一是由于器件的非线性作用产生，二是由于主信道信号本身频谱较信道宽。ACPR 定义为ACP 功率与主信道功率的比值。 图3 邻道功率（ACP ）定义 图4 器件非线性产生的邻道功率 对移动通信的CDMA 信号而言，其IM3（即ACPR ）与IP3的关系可以通过一公式表示。 IP3=-5log[P IM3(f 1,f 2)B 3/P O [(3B-f 1)3-(3B-f 2)3]]+22.2 (dBm) 其中： P IM3(f 1,f 2) 表示要求的IM3的输出功率（W ） B 表示二分之一CDMA 信号带宽 （KHz ） f 1,f 2表示两个边带频率相对于中心频率的差值（KHz ）
数字预失真(DPD)算法研发工具和验证方案
1 安捷伦数字预失真(DPD)算法研发工具和验证方案 -不依赖于特定厂商芯片组的方案 技术背景： 在无线通信系统全面进入3G 并开始迈向 4G 的过程中，使用数字预失真技术（Digital Pre-distortion ，以下简称DPD ）对发射机的功放进行线性化是一门关键技术。功率放大器是通信系统中影响系统性能和覆盖范围的关键部件，非线性是功放的固有特性。非线性会引起频谱增长 (spectral re-growth)，从而造成邻道干扰，使带外杂散达不到协议标准规定的要求。非线性也会造成带内失真，带来系统误码率增大的问题。 为了降低非线性，功放可以工作在较低的输入工作条件下(或称为回退)，即功放工作曲线的线性部分。但是，对于新的传输体制，诸如宽带码分复用(WCDMA)以及正交频分复用(OFDM ，3GPP LTE)等，具有非常高的峰值功率和平均功率比(PAPR)，也就是说信号包络的起伏非常大。这意味着功放要从其饱和区回退很多才能满足对信号峰值的线 性放大，而峰值信号并不经常出现，从而导致功 放的效率非常低，通常会低于10%。90% 的功放直 流功率被丢掉了，或被转换为了热量。 稳定性和持续运行能力都会下降。 为了保证功放的线性性和效率，可以使用多种方法对功放进行线性化处理，如反馈，前馈及数字预失真等方法。 在所有这些线性化技术中，数字预失真是性价比最高的一种技术。同反馈法和前馈法相比，数字预失真技术具有诸多优势：优异的线性化能力，保证总体效率以及充分利用数字信号处理器/变换器的优势。数字预失真在基带上加入预失真器，将输入信号扩展为非线性信号，而这种非线性特性正好和功放的压缩特性互补 (见图1)。 理论上讲，预失真器和功放级联后成为线性系统，原有的输入信号被恒增益地放大。加入预失真器之后，功放可以工作到近饱和点而同时仍然保持良好的线性，从而大大提升了功放的效率。从图1中可以看出，DPD(数字预失真器)可以看作是功放响应的”反”响应， 数字预失真算法需要对功放的特性进行高效和精确地建模以保证成功地开发数字预失真器算法。 针对2G 和3G 移动通信标准，市场上已有一些较成熟芯片组技术。工程师可以可以选择既有芯片组、对算法进行优化、验证来完成自己的DPD 设计。但随着LTE 、LTE-Advance 、微波宽带接入（如ODU 等）、802.11ac 以及专用通信系统的不断涌现，要求DPD 方案具有更高的带宽、及在新通信制式或客户化信号上完成功放建模和算法实现的能力。另外有一些用户仅作算法研究而不希望进行费用高昂、设计复杂的电路实现；或者需要开发自有的DPD 方案以降低BOM 成本。这些新需求都需要研发工程师拥有不同的研发和验证工具。 DPD 方案概述： 一个好的研发和验证工具必须具备的性能包括：（1）性能指标如频率、调制带宽等满足系统要求（2）信号制式要具有灵活性，既可以满足标准制式系统（如2G/3G ）要求，还要可以满足客户定制化系统的要求（3）精确性（4）功放初始建模不依赖于某个特定厂商的芯片组或硬件实施方案（5）可以将开发好的数字预失真方案和其它的基带设计如CFR 或均衡等集成在一起（6）易于使用。 安捷伦的数字预失真研发和验证工具包括 SystemVue W1716 DPD 预失真工具及超宽带矢量信号分析仪和矢量信号源。这套系统的主要特点包括： （1） 性能高：调制带宽<=140MHz 时，频率高达50GHz ；调制带宽<=800MHz 时，频率高达26.5GHz 多载波LTE-A DPD 算法的验证
一种适用于Ku波段行波管放大器的预失真线性化器
第36卷第10期电子与信息学报 Vol.36No.10 2014年10月Journal of Electronics & Information Technology Oct. 2014 一种适用于Ku波段行波管放大器的预失真线性化器 刘 洁*①②胡波雄①王 刚①苏小保① ①(中国科学院电子学研究所 北京 100190) ②(中国科学院大学 北京 100039) 摘要：随着通信技术的发展，功率放大器线性度要求日益提高。该文提出一种两支路预失真电路，在单支路预失真电路基础上加入可调衰减器和非线性发生器级联成的辅助支路，改善了单个非线性发生器增益曲线斜率不足的问题，并在ADS中代入行波管模型仿真分析。在此基础上，加工Ku波段实际预失真电路并与行波管联合实验，线性化后的行波管放大器三阶载波交调比在输入功率回退3 dB时达到12.92 dB，回退6 dB时达到22.8 dB，线性度有了明显的改善。 关键词：行波管放大器；线性化；预失真；增益和相位扩张 中图分类号：TN124; TN830.6 文献标识码：A 文章编号：1009-5896(2014)10-2515-06 DOI: 10.3724/SP.J.1146.2013.01820 A Predistortion Linearizer for Ku-band Traveling Wave Tube Amplifier Liu Jie①② Hu Bo-xiong① Wang Gang① Su Xiao-bao① ①(Institute of Electronics, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100190, China) ②(University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100039, China) Abstract: With the development of communication technology, the requirements of power amplifier linearity are increasing. This paper presents a kind of two-branch predistortion circuit which contains the main branch and the auxiliary branch. The main branch is a diode based nonlinear generator and the auxiliary branch consists of variable attenuator and nonlinear generator. Compared with single nonlinear generator, this two-branch predistortion circuit increases the slope of amplitude characteristic. The ADS co-simulation of Traveling Wave Tube Amplifier (TWTA) and new predistorion circuit show the improvement of linearity.Based on the analysis and simulation, a Ku-band practically predistortion cuicuit is designed and tested with the TWTA. The results of experiments show that, the Carrier to Intermodulation (C/IM3) at TWTA Input Power Back Off (IPBO) of 3 dB can reach 12.92 dB, C/IM3 at TWTA IPBO of 6 dB can reach 22.8 dB. With the linearizer, the linearity of TWTA is clearly improved. Key words: Traveling Wave Tube Amplifier (TWTA); Linearization; Predistortion; Expansion of gain and phase 1引言 行波管放大器因其可靠性高、寿命长，广泛应用于卫星通信中[1]，但是其非线性失真较为严重，会产生信号幅度压缩和相位偏移，信号输入输出特性差等问题。随着通信技术的发展，对行波管放大器线性度的要求日益提高，这就要求引入线性化技术[2]改善行波管放大器的线性度[35] 。常用的线性化技术包括功率回退法、负反馈法、前馈法和预失真法等。 功率回退技术通过使行波管放大器工作在小信号状态下保证其线性度，牺牲了行波管的输出功率 2013-11-20收到，2014-02-28改回 *通信作者：刘洁 lj_ant@https://www.wendangku.net/doc/827809997.html, 和效率。负反馈技术[6,7]和前馈技术[8,9]有较高的线性化能力，但是负反馈技术带宽有限且稳定性较差，前馈技术电路复杂，要求精度高且加入的辅助放大器降低了系统的效率。预失真技术[10,11]电路简单，稳定性高，而且对线性度又有一定的改善，近些年得到很好的发展[1216] 。本文通过ADS软件仿真分析得到一种预失真电路，并加工实际电路与行波管联合测试，验证这种电路对行波管非线性改善的有效性。 2单支路预失真电路 肖特基二极管是预失真电路中常用的非线性器件，利用这类二极管的非线性失真特性构建的预失真电路可以实现对行波管增益压缩和相位偏移的有
宽带功率放大器数字预失真算法设计与实现
目录 第一章绪论 (1) 1.1 课题的研究背景与意义 (1) 1.2 国内外研究现状与发展前景 (2) 1.3 本文的主要工作 (4) 第二章功率放大器特性及数字预失真算法分析 (6) 2.1 功率放大器的非线性失真 (6) 2.1.1 谐波失真 (6) 2.1.2 互调失真 (6) 2.1.3 功率放大器非线性指标 (7) 2.2 功率放大器模型 (7) 2.2.1 无记忆模型 (7) 2.2.2 有记忆模型 (9) 2.3 数字预失真实现方法 (12) 2.3.1 查找表法 (13) 2.3.2 多项式法 (14) 2.3.3 神经网络法 (14) 第三章数字预失真算法设计与实现 (16) 3.1 总体方案选择 (16) 3.2 CORDIC算法设计 (17) 3.3 查找表设计 (19) 3.4 自适应系数更新 (22) 3.4.1 LMS算法 (22) 3.4.2 功放理想增益选择 (24) III
3.5 环路时延估计与补偿 (26) 3.5.1 整数时延估计与补偿 (26) 3.5.2 小数时延估计与补偿 (30) 3.6 预失真系统仿真 (32) 3.6.1 功放模型与输入信号 (32) 3.6.2 仿真结果 (34) 3.7 系统变频方案设计 (38) 3.8 FPGA实现结果 (41) 第四章数字预失真硬件平台设计 (43) 4.1 系统平台结构 (43) 4.2 关键模块设计 (44) 4.2.1 FPGA选型 (44) 4.2.2 ADC模块 (45) 4.2.3 DAC模块 (46) 4.2.4 时钟管理 (47) 4.2.5 单片机 (48) 第五章系统测试结果与分析 (49) 5.1测试环境搭建 (49) 5.2 Doherty功率放大器 (49) 5.3 调试过程与实验结果 (52) 5.3.1 确定固定环路时延与反馈信号增益 (52) 5.3.2 DPD功能调试 (56) 第六章结论与展望 (59) 致谢 (60) 参考文献 (61) 攻读硕士学位期间取得的成果 (64) IV
削峰和数字预失真原理及其运用
削峰与数字预失真原理及其 运用
目录 目录 (3) 第一章：数字预失真原理及其运用 (5) 1 功放线性化技术的引入 (5) 2 射频功放非线性失真的表征 (6) 2.1 射频功放中的三类失真 (6) 2.2 多项式系统模型 (7) 2.3 AM-AM & AM-PM模型 (8) 2.4 ACPR与EVM (11) 2.5 PA的记忆效应简介 (11) 2.5.1 记忆效应的定义 (11) 2.5.2 电学记忆效应 (13) 2.5.3 热学记忆效应 (13) 3 功放的线性化技术 (14) 3.1 功率回退 (14) 3.2前馈线性功放 (14) 3.3预失真线性功放 (14) 4 数字预失真（DPD）原理 (16) 4.1 数字预失真原理 (16) 4.2 数字预失真的实现 (17) 4.2.1 PA的模型 (18) 4.2.2 数字预失真的实现架构 (19) 4.2.3 DPD模型参数的自适应过程 (20) 4.2.4 基于LUT的数字预失真实现 (21) 5 DPD的运用 (22) 5.1 DPD在无线系统中的位置 (22) 5.2 DPD提高系统的指标 (23) 第二章：削峰原理及其运用 (24) 6 削峰技术引入的目的 (25) 6.1 峰均比定义及测量 (25) 6.2 CCDF的数学表示 (26) 7 削峰的主要指标 (27) 7.1 削峰后的PAR (27) 7.2 误差矢量幅度EVM (28) 7.3 峰值码域误差(PCDE) (29) 7.4 邻道泄漏功率比(ACPR) (29) 8 常用的削峰方法 (29) 8.1 单载波削峰方法 (29) 8.1.1 基带I/Q独立和幅度削峰算法 (30) 8.1.2 基带预补偿削峰算法 (30) 8.1.3 IF硬削峰算法 (30) 8.1.4 匹配滤波器DIF基本削峰算法 (31) 8.1.5 匹配滤波IF脉冲抵消算法 (31)
利用数字预失真线性化宽带功率放大器
利用数字预失真线性化宽带功率放大器 2. Wiener系统 Wiener模型是Volterra模型一种有意义的简化，包括一个线性滤波器，后接无记忆非线性。可以采用查询表对非线性进行模型化，也可用FIR 滤波器线性对线性滤波器进行模型化。Werner系统在模型化大多数RF功率放大器方面的有效性有限。模型参数的估算相当复杂，这使其对实时自适应没有吸引力。 3.Hammerstein系统此外，Hammerstein模型也是Volterra模型的一种简化，包含一个无记忆非线性，后跟一个线性滤波器。这是一种简单的记忆模型，其模型参数的计算比Wiener模型要简单。这种模型对模型化所有不同类型RF功放的有效性有限。 4. Wiener-Hammerstein 将一个线性滤波器、一个无记忆线性与另一个线性滤波器级联起来就构成了Weiner-Hammerstein模型。这种模型比Weiner或Hammerstein模型更加一般，包括Volterra数列许多项，可以更好地进行非线性模型化。 5. 记忆多项式限制(1)中的Volterra数列，使除了中心对角线上的项以外，各个项都为0，即只有i1=i2=i3…时hn(i1,i2,i3…) != 0，得到如式子B所示的记忆多项式模型，其中M为记忆长度，K为非线性阶数。
已经证明这种模型(及其变种)对线性化宽带功放是有效的，硬件和软件计算要求也合适。 文献中也提出了上述模型的不同组合，每一种都有其优缺点。商业上可实施的前置补偿器要求能够擅长处理大量非线性行为，对不同应用可能需要不同模型。对于这些模型中的大多数而言，前置补偿器系数适合采用最小二乘法识别的间接学习架构。 本文第三部分将讨论如何采用采用算术和模型简化方法的混合来实现前置补偿。 在无线系统中，功放(PA)线性度和效率常是必须权衡的两个参数。工程师都在寻找一种有效而灵活的基于Volterra的自适应预失真技术，可用于实现宽带RF 功放的高线性度。本文将概述不同数字预失真技术，介绍一种创新性DPD线性化电路特有的自适应算法。 本文的第二部分介绍了线性化方案对于前置补偿器具有高度精确模型的需求。下面我们将讨论如何采用采用算术和模型简化方法的混合来实现前置补偿。 在GC5322前置补偿实施中，为易于实现，采用算术和模型简化方法的混合。通
通过数字预失真改善功率放大器效率
通过数字预失真改善功率放大器地效率 上网时间：2007年11月22日 关键字:功率放大器数字预失真DSP FPGA 无线应用中地功率放大器有望通过提供优良地线性和效率,来处理现代通信系统中所采用地复杂波形.而这并非通过构建具有更纯净性能地射频功率放大器,因为这样做会增加成本、降低效率并产生可靠性问题,今天地设计师而是选择通过采用数字预失真(DPD –Digital Pre-Distortion>技术来增加数字处理能力,该技术有助于将功率放大器(PA>地效率最大化,增加可靠性,并降低操作成本.b5E2RGbCAP 与模拟方式相比,数字技术在成本、功耗和可靠性方面提供了诸多优势.由于这些优点,老式地窄带、单载波、三重转换系统正在被 数字信号处理(DSP>和DAC控制地宽带、多载波发射机所取代,DSP 和DAC产生直接IF,甚至直接RF输出到RF放大器.p1EanqFDPw 无线系统正向用户提供一系列地服务和益处.不幸地是,先进无 线技术地优势往往不惜牺牲增加功耗和操作成本.现代蜂窝和无线技术,特别是数字射频通信网络,比以往任何时候发送和接收更多地数据、更多地视频以及更多地音频.如HSDPA、HSUPA、1xEVDO、WiMAX 等新标准,以及长期演进(LTE>需要更大地功耗,产生更多和更大地射频波形峰值,并允许更大地数据脉冲.因此,现代无线设备所生产地射频信号具有空前地峰值平均值比(PAR>,并在一个已经拥挤地射频频 谱内存在失真地可能性.DXDiTa9E3d
由于采用空前地高功耗与现代PAR,功率放大器正在被推向之前从未有过地极限,并导致瞬变现象以及低效成本.更大地放大器可以 消耗更多地功耗,从而使得短期资本支出以及长期经营费用急速膨胀.更大、更昂贵地电池需要同样地后备能力.此外,更大地功耗和生产 加剧了散热和电气条件,这可能产生可靠性问题.RTCrpUDGiT 当支持先进无线技术地功放工作时,设计师和网络运营商可能选择两条路径中地一条：增加“腕力”(即功耗>或者增加“头脑”(即性能>.其中,前者有效增加了对上述成本和可靠性地关注,而后者是 在功放效率最大化与严格控制频谱之前推动数字失真波形地新策略.通过采用适当地测试设备,数字预失真(DPD>技术可以实现更小、更 具效率地功放,从而减少开发和运营成本,并同时提升网络与设备地 可靠性.5PCzVD7HxA 无论高功率卫星地面站、多载波蜂窝基站,甚至是低功耗移动通信系统,现代发射机采用多种预失真技术来减少信道外干扰,并优化 运行效率.其中最流行和最有效降低失真地方法之一就是自适应DPD.jLBHrnAILg 这种方法对发射机地输出进行采样来计算误差向量并生成校正 系数,然后将其用来预校正输入信号.为了减少模拟电路失真,链路中地信号尽可能采用数字格式保存.xHAQX74J0X 图1表示了如何提取放大器输出信号地一部分,然后进行下变频以及数字化.将该数字信号提供给DSP电路,该电路实现了目前信号 中地非线性分析并产生非线性校正系数.这些非线性系数用于调整传
射频功放的立方预失真线性化技术
射频功放的立方预失真线性化技术 王伟旭,张玉兴 (电子科技大学,四川成都610054) 摘 要 预失真技术是射频功率放大器线性化技术中的一种,与其他线性化技术相比具有电路简单可靠、性能优良、成本低廉等优点。立方预失真技术是其中的一种,该技术易于设计调试,且性能优良。对射频功率放大器的非线性特性进行了深入的理论分析,剖析了非线性失真产生的根源。说明了预失真技术的工作原理和结构,重点讨论了立方预失真器的原理和结构,并且给出了理论和实际系统的仿真结果。 关键词 线性功率放大器;立方预失真器;预失真;三阶交调中图分类号 T N722 文献标识码 A Cubic Pre 2distortion Linearization T echnique for RF Pow er Amplifier W ANG Wei 2xu ,ZH ANG Y u 2xing (UESTC ,Chengdu Sichuan 610054,China ) Abstract Pre 2distortion is one of the linearization techniques for RF power am plifier.C om pared with other linearization techniques ,it provides sim ple and reliable circuit design ,g ood per formance and relative low cost.M oreover ,it is easy to design and test.This paper analyzes non 2linearization of RF power am plifier ,explains how the pre 2distorter w orks ,discusses the principle and structure of cubic pre 2distorter ,and presents the simulation results. K ey w ords linear power am plifier ;cubic pre 2distorter ;pre 2distortion ;I M D3 收稿日期:2005212217 0 引言 随着现代通信技术的发展,对功率放大器的线性度要求越来越高,对放大器的线性度改善的研究成为一个热点。主要的线性化方法有负反馈、前馈和预失真等。负反馈的主要缺点是降低放大器的增益,并且存在使放大器不稳定的风险;前馈技术虽然性能优良,但电路设计较复杂,成本高,在很多情况下使用受到限制;预失真技术在避免这些缺点的情况下,仍然可以达到较好的校正效果。其中立方预失真技术就是一种电路简单、调试方便而效果显著的方案。 1 基本原理 111 单音信号通过放大器的非线性分析 由于放大器采用的器件(如晶体管)存在非线性 特性,当工作在大信号状态下,其输出函数可以按泰勒级数展开。假设放大器的输入信号为: v =v 0cos (ωt ) (1) 输出信号按照泰勒级数展开为:v out =a 1v +a 2v 2 +a 3v 3 +a 4v 4 +…… (2) 将式(1)代入式(2),按照三角函数积化和差,由于正弦函数的奇次方项都含有基波分量,将所有的基波分量提出相加合并得: v out =(a 1+34a 3v 02+58a 5v 0 4 + 3564a 7v 0 6 …)v 0cos (ωt )+… (3) 如果只考虑基波的表达式,而不考虑放大器输出的高次谐波,显然,输出信号v out 的基波分量的系数就是放大器的增益。即 A =a 1+ 34a 3v 02+58a 5v 04+3564a 7v 0 6 (4) 由于a 3、a 5、a 7…为负数,则增益特性表现为所谓的 压缩特性。 112 双音信号通过放大器的非线性分析 假设输入信号为: v =v 1cos (ω1t )+v 2cos (ω2t ) (5) 式中,ω1和ω2相差很小。将式(5)代入式(2),整理 得: 电磁场与微波
预失真线性化技术原理分析
文章编号:1000-9930(2001)01-0068-03 预失真线性化技术原理分析 邬书跃1, 周少武1, 黄 丹1, 张尔杨2 (1.湘潭工学院信息与电气工程系,湖南湘潭411201;2.国防科技大学电子科学与工程学院,湖南长沙410073) 摘要:对两种基本型式的预失真线性化技术数字基带预失真和射频预失真的组成原理进行了详尽的分析.结果表 明,这两种技术具有线性度高、收敛速度快和便于实现等特点,因此可用于对移动发射机中的功率放大器进行线性化.图4,参8. 关 键 词:预失真;线性化;自适应;功率放大器中图分类号:TP391.9;TN929.5 文献标识码:A 数字网络系统发展的新趋势已经引起人们对数字移动通信系统的广泛关注.数字化系统丰富了从普通话音传输业务到数据传输业务的各种业务.在大多数数字移动无线电系统的最新研究中,人们认为像QPSK 和QAM 线性调制方法的引入理论上可以获得高的频谱效率,但它们容易给发射台的功率放大器带来非线性失真,而且由于存在RF 互调失真(通常可由放大器的AM-AM 和AM-PM 转换特性来描述)使得功放的频谱有扩展的趋势.因此线性调制方法需要有线性功率放大技术,否则移动台功率放大器会消除由于线性调制方法的应用而得到的频谱效率的任何优点.在现有移动通信系统中,对邻信道干扰的要求是非常严格的.通常要求已调信号在邻信道的辐射功率(带外发射功率)与所需功率之比应低于-60dB,即与带内信号功率相比,带外发射功率应小于-60dB~-70dB.线性放大器在某种程度上具有功率效率低的缺点,这使得它们不能满足上面所提到的邻信道干扰的严格要求.人们曾尝试对于较小邻信道干扰放宽这一严格要求,并尝试在不牺牲放大器功率效率的情况下保持高的频谱效率.然而即使在非常窄的频带系统(像30kHz 或10kHz 信道间隔系统)中,这一严格要求依然存在.在这种窄信道间隔系统中,发射机功率放大器为了实现高功率效率和低的带外发射则会遇到这一要求.为了克服这一问题,人们对用于基站和移动台的高功效非线性放大器的线性化技术进行了研究.迄今,已研究出了多种对移动发射机中功率放大器进行线性 化的技术,其中主要的技术[1] 有正向前馈(feed -forward )、负反馈(negative feedback )和预失真(predistortion)技术.正向前馈法已广泛使用,然而该方法存在一定的局限性.例如,在工作环境变化时(温度、时间、工作频率及电源电压值发生改变),电路的参数变化不可能严格地保持一致,从而造成放大线性的恶化,因此其稳定性不好.同时在末级大功率合成器处构成自适应环路具有一定的技术难度,所以一般在功率合成级不便采用自适应技术.此外,该方法效率低而且设备很复杂.负反馈技术需要特别处理时延和所需的带宽,这种技术使得放大器带宽很窄,不适合宽频带放大.因此预失真技术成为对功率放大器进行线性化的理想技术.通常这种技术可使放大器得到宽的频带和宽的动态范围.这种技术的实质就是预先使放大器的输入信号在幅度和相位方面产生预定的反失真去抵消放大器内的非线性失真.产生反失真的器件称做线性化器件.图1给出了预失真线性化电路框图 . 本文对两种预失真线性化技术的组成原理及实现方法作了较为详尽的论述,介绍了该技术的应用及发展前景,并指出了今后的研究方向. 收稿日期:2000-07-22 作者简介:邬书跃(1963-),男,湖南常德人,湘潭工学院副教授,博士生,主要从事数字移动通信和自适应功放等方面的研究. 第16卷第1期2001年 3月湘潭矿业学院学报J.XIANGTAN MIN.INST.Vol.16No.1Mar. 2001
电气类研究生论文综述模板
研究生论文 文 献 综 述 姓名： 学号： 专业：
射频功率放大器数字预失真技术研究仿真 摘要 主要研究了射频功率放大器的数字预失真技术。射频功率放大器本身存在固有的非线性特性，会导致系统误比特率高和相邻信道干扰严重。正交频分复用(OFDM技术广泛应用于第三代移动通信系统，但由于峰均比很高，它比其它信号对射频功率放大器的非线性更敏感，因此线性化射频功率放大器显得特别重要。 首先介绍了射频功率放大器非线性的具体表现和OFDM射频信号的特点，分析了射频功率放大器不同行为模型的特点。接着，结合自适应的知识介绍了数字预失真技术的常用算法，分析了查找表法、多项式法和神经网络法预失真的原理。结合查找表法精度高和多项式法存储空间少的优点，提出了查找表和多项式的联合预失真算法以及一种最优分段的方法，并通过仿真得出最优分段数。最后，通过仿真证实了基于最优分段数的联合预失真算法比查找表法或者多项式法的预失真效果更好。 关键词: 正交频分复用;查找表;多项式;联合预失真;最优分段
目录 摘要 (1) 1、课题的研究依据 (3) 2、课题的目的和意义 (3) 3、射频功率放大器线性化技术的研究现状 (4) 参考文献 (6)
1、课题的研究依据 无线通信技术在过去十年中有了突飞猛进的发展。通信技术的发展不仅改变了人们的通信方式，也在一定程度上改变了人们的生活方式。高数据传输速率，高频带利用率的第三代移动通信技术已经发展成熟，现在世界各国正在进行第四代通信技术的研究。射频功率放大器是无线通信系统中最关键和最昂贵的器件，也是最主要的非线性源。非恒定包络的线性调制信号通过非线性放大器后将会产生互调失真，造成频谱扩展，落于信道带内的失真增加了误码率，同时产生邻道干扰(ACI Adjacent Channel Interference)，减小系统的频带利用率。因此，新一代通信技术对功率放大器的线性度提出了很高的要求。除此之外，同步数字微波传输系统和高清数字电视系统也对放大器的线性度提出了苛刻的要求。因此，线性功率放大器设计技术已经成为通信系统的关键技术。数字预失真技术是功放线性化技术中最热门的技术。 随着无线用户的飞速发展和宽带通信业务的开展，通信频段变得越来越拥挤，在设法提高频谱效率的同时，希望提高功率效率，使用最小的功率来保持每个信道的有效链接，同时保证对相邻频段的用户产生最小的干扰，即必须在所规定的频段内传送信号。并且为了充分利用频率资源，提高系统的传输速率，线性调制技术如正交移相键控(QPSK)、十六进制正交振幅调制(16QAM)及多载波调制技术如正交频分复用(OFDM)、WCDMA等得到了越来越广泛的应用。但通信系统中的非线性器件必定会使发送信号产生非线性失真，从而对相邻信道产生不同程度的干扰。对于一个高功率的射频发射机而言，这些失真信号虽然比所要输出的信号小许多，但是它的绝对值还是很大，会对系统产生干扰，因此必须把它控制在一定的范围内。 功率放大器是通信系统中非线性最强的器件之一，其非线性失真会对无线通信系统产生诸多不良影响。它会使输出信号星座图的实部和虚部发生偏移，使眼图的眼睛闭合，导致频谱扩展而干扰邻道信号并恶化误码率。此外，失真还使系统的数据率下降，进而使系统的容量降低，或使系统信道频率间距变大而使系统的频谱利用率下降。不仅如此，功率放大器在基站中的成本比例约占1/3，这样如何有效、低成本地解决射频功率放大器的线性化问题就显得非常重要。基于这些原因射频功率放大器的线性化技术成为一个广泛活跃的研究领域。 2、课题的目的和意义 随着无线通信技术的快速发展，为了在有限的频率范围内容纳更多的通信信
数字预失真基本原理
17 数字预失真基本原理 马 进 （西安电子科技大学 通信工程学院，陕西 西安 710071） 摘 要 对高功率放大器的失真特性进行了数学分析，介绍了数字预失真的基本原理，总结了常用的几种预失真线性化方法，着重详细介绍了查找表数学模型的建模方法。 关键词 功率放大器；线性化；预失真 中图分类号 TN722.7+ 5 The Principle of Digital Pre-distortion Ma Jin (School of Telecommunications Engineering, Xidian University, Xi ′ an 710071, China) Abstract This paper makes a mathematical analysis of the HPA's distortion characteristic and introduces the principle of digital pre-distortion. It also summarizes some common techniques for linearizing pre-distortion with emphasis on the LUT mathematical model's modeling method. Keywords PA; linearization; pre-distortion; LUT 1 数字预失真的实测图表 数字预失真的目的是改善功放的线性度，而对功放线性度评估是用ACPR 这个指标进行评估的，因此数字预失真目的就是改善功放的ACPR 指标。预失真效果见表1所示。 2 功放的非线性特性分析 功放的各种失真特性[1]如下： （1）AM-AM 失真特性：就是放大器的增益压缩现象，即AM-AM 失真，可以采用非线性的多项式来表征放大器的这种特性，其数值由输入信号的幅度（AM ）决定。 在射频增益一定的条件下，在数字域中，可以根据输入基带信号的幅度（功率）通过一个多项式可计算出此种非线性失真分量。常用的多项式表达式如下： 表1 预失真效果 载波 1 2 3 4 备注频率/MHz 870.03 871.26 872.49 873.72 750kHz,Low 47.80 750kHz,Up 45.56 1.98MHz,Low 50.65 预失真前 ACPR/dB 1.98MHz,Up 48.38 9CH 750kHz,Low 60.55 750kHz,Up 63.23 1.98MHz,Low 66.70 预失真后 ACPR/dB 1.98MHz,Up 67.17 9CH 收稿日期：2005-12-21 作者简介：马 进（1979—），男，硕士研究生。研究方向：网络安全、对数字预失真。 ...554433221x a x a x a x a x a y ++++=. （2）AM-PM 失真特性：其数值与AM-AM 失真相似，也是由输入信号的幅度决定。 电子科技 2006年第9期（总第204期）
短波线性功率放大器调试
短波线性功率放大器的原理与调试 本文就300瓦线性短波功率放大器的原理和调试作个简单介绍。 1 电路结构： z功率放大器由T1（9：1）输入变压器，T3，T4组成的1：4输出变压器，T5，C6，R11-R14组成的负反馈电路，U1，R3，R4，R15，D1，T2等组成的偏流电路，C2-C5，R7-R10组成的频率补偿电路，Q1，Q2功放管等组成的AB类推挽放大器。 z T1把50欧的输入端阻抗转换成5.5欧以配合晶体管的输入阻抗，由C1补偿T1的寄生电感。 z T5，C6，R11-R14组成负反馈电路，C6与T5的一组线圈（1圈）组成谐振电路，降低高频段的反馈量，并减少负反馈电阻R11-R14对T1次级阻抗的影响。 z C2-C5是频率补偿电容，目的是提高放大器在高端的增益。 z上面所述电路的元件参数对放大器的输入驻波、增益的平坦性等有很大的影响，在调试中要通过多次试验而取得放大器各种参数的平衡。 z U1，R3，R4，R15，D1，T2等组成的偏流电路，由紧贴在功放管上的D1跟踪功放管的温度变化，保持偏流的稳定。 z R16是用来检测放大器的工作电流的。 z输出变压器T4的阻抗比是1：4，在低阻端阻抗为12.5欧，根据推挽放大器的理论可计算出功放的不失真最大输出功率 P max=2(48-2)(48-2)/12.5=338W。（P max=2（Vcc-Vsat）*2/R） z输出变压器采用传输变压器形式，用3mm的25欧电缆绕制。 z C12-C17是隔直耦合电容，隔离直流电位，耦合高频信号。 z功放管是用货源较多的拆机ENI21（类似于MRF448，原用于13.56MHZ的射频源），当然可以用TH430,2SC2652,681033等晶体管来代替，但反馈和频率补偿网络的相关参数要作调整。
模糊控制与神经网络
BP神经网络 BP (Back Propagation)神经网络是一种神经网络学习算法，全称基于误差反向传播算法的人工神经网络。 如图所示拓扑结构的单隐层前馈网络，一般称为三层前馈网或三层感知器，即：输入层、中间层（也称隐层）和输出层。它的特点是：各层神经元仅与相邻层神经元之间相互全连接，同层内神经元之间无连接，各层神经元之间无反馈连接，够成具有层次结构的前馈型神经网络系统。单计算层前馈神经网络只能求解线性可分问题，能够求解非线性问题的网络必须是具有隐层的多层神经网络。 在人工神经网络发展历史中，很长一段时间里没有找到隐层的连接权值调整问题的有效算法。直到误差反向传播算法（BP算法）的提出，成功地解决了求解非线性连续函数的多层前馈神经网络权重调整问题。 BP (Back Propagation)神经网络，即误差反传误差反向传播算法的学习过程，由信息的正向传播和误差的反向传播两个过程组成。输入层各神经元负责接收来自外界的输入信息，并传递给中间层各神经元；中间层是内部信息处理层，负责信息变换，根据信息变化能力的需求，中间层可以设计为单隐层或者多隐层结构；最后一个隐层传递到输出层各神经元的信息，经进一步处理后，完成一次学习的正向传播处理过程，由输出层向外界输出信息处理结果。当实际输出与期望输出不符时，进入误差的反向传播阶段。误差通过输出层，按误差梯度下降的方式修正各层权值，向隐层、输入层逐层反传。周而复始的信息正向传播和误差反向传播过程，是各层权值不断调整的过程，也是神经网络学习训练的过程，此过程一直进行到网络输出的误差减少到可以接受的程度，或者预先设定的学习次数为止。 神经网络 神经网络是： 思维学普遍认为，人类大脑的思维分为抽象（逻辑）思维、形象（直观）思维和灵感（顿悟）思维三种基本方式。 逻辑性的思维是指根据逻辑规则进行推理的过程；它先将信息化成概念，并用符号表示，然后，根据符号运算按串行模式进行逻辑推理；这一过程可以写成串行的指令，让计算机执行。然而，直观性的思维是将分布式存储的信息综合起来，结果是忽然间产生想法或解决问题的办法。这种思维方式的根本之点在于以下两点:1.信息是通过神经元上的兴奋模式分布储在网络上;2.信息处理是通过神经元之间同时相互作用的动态过程来完成的。 人工神经网络就是模拟人思维的第二种方式。这是一个非线性动力学系统，其特色在于信息的分布式存储和并行协同处理。虽然单个神经元的结构极其简单，功能有限，但大量神经元构成的网络系统所能实现的行为却是极其丰富多彩的。 神经网络的研究内容相当广泛，反映了多学科交叉技术领域的特点。目前，主要的研究工作集中在以下几个方面： （1）生物原型研究。从生理学、心理学、解剖学、脑科学、病理学等生物科学方面研究神经细胞、神经网络、神经系统的生物原型结构及其功能机理。 （2）建立理论模型。根据生物原型的研究，建立神经元、神经网络的理论模型。其中包括概念模型、知识模型、物理化学模型、数学模型等。 （3）网络模型与算法研究。在理论模型研究的基础上构作具体的神经网络模型，以实现计算机馍拟或准备制作硬件，包括网络学习算法的研究。这方面的工作也称为技术模型研究。 （4）人工神经网络应用系统。在网络模型与算法研究的基础上，利用人工神经网络组成实际的应用系统，例如，完成某种信号处理或模式识别的功能、构作专家系统、制成机器人等等。 纵观当代新兴科学技术的发展历史，人类在征服宇宙空间、基本粒子，生命起源等科学技术领域的进程中历经了崎岖不平的道路。我们也会看到，探索人脑功能和神经网络的研究将伴随着重重困难的克服而日新月异。 【人工神经网络的工作原理】 人工神经网络首先要以一定的学习准则进行学习，然后才能工作。现以人工神经网络对手写“A”、“B”两个字母的识别为例进行说明，规定当“A”输入网络时，应该输出“1”，而当输入为“B”时，输出为“0”。 所以网络学习的准则应该是：如果网络作出错误的的判决，则通过网络的学习，应使得网络减少下次犯同样错误的可能性。首先，给网络的各连接权值赋予(0，1)区间内的随机值，将“A”所对应的图象模式输入给网络，网络将输入模式加权求和、与门限比较、再进行非线性运算，得到网络的输出。在此情况下，网络输出为“1”和“0”的概率各为50%，也就是说是完全随机的。这时如果输出为“1”(结果正确)，则使连接权值增大，以便使网络再次遇到“A”模式输入时，仍然能作出正确的判断。
实验九 线性宽带功率放大器实验
实验九线性宽带功率放大器 一、实验目的 了解线性宽带功率放大器工作状态的特点 二、实验内容 1.了解线性宽带功率放大器工作状态的特点 2.掌握线性功率放大器的幅频特性 三、实验原理及实验电路说明 1.传输线变压器工作原理 现代通信的发展趋势之一是在宽波段工作范围内能采用自动调谐技术，以便于迅速转换工作频率。为了满足上述要求，可以在发射机的中间各级采用宽带高频功率放大器，它不需要调谐回路，就能在很宽的波段范围内获得线性放大。但为了只输出所需的工作频率，发射机末级（有时还包括末前级）还要采用调谐放大器。当然，所付出的代价是输出功率和功率增益都降低了。因此，一般来说，宽带功率放大器适用于中、小功率级。对于大功率设备来说，可以采用宽带功放作为推动级同样也能节约调谐时间。 最常见的宽带高频功率放大 器是利用宽带变压器做耦合电路 的放大器。宽带变压器有两种形 式：一种是利用普通变压器的原 理，只是采用高频磁芯，可工作 到短波波段；另一种是利用传输 线原理和变压器原理二者结合的 所谓传输线变压器，这是最常用 的一种宽带变压器。 传输线变压器它是将传输线(双绞线、带状线或同轴电缆等)绕在高导磁芯上构成的，以传输线方式与变压器方式同时进行能量传输。图9-1为4：1传输线变压器。图9-2为传输线变压器的等效电路图。
普通变压器上、下限频率 的扩展方法是相互制约的。为 了扩展下限频率，就需要增大 初级线圈电感量，使其在低频 段也能取得较大的输入阻抗， 如采用高磁导率的高频磁芯和 增加初级线圈的匝数，但这样 做将使变压器的漏感和分布电容增大，降低了上限频率；为了扩展上限频率，就需要减小漏感和分布电容，如采用低磁导率的高频磁芯和减少线圈的匝数，但这样做又会使下限频率提高。 把传输线的原理应用于变压器，就可以提高工作频率的上限，并解决 带宽问题。传输线变压器有两种工作方式：一种是按照传输线方式来工作，即在它的两个线圈中通过大小相等、方向相反的电流，磁芯中的磁场正好相互抵消。因此，磁芯没有功率损耗，磁芯对传输线的工作没有什么影响。这种工作方式称为传输线模式。另一种是按照变压器方式工作，此时线圈中有激磁电流，并在磁芯中产生公共磁场，有铁芯功率损耗。这种方式称为变压器模式。传输线变压器通常同时存在着这两种模式，或者说，传输变压器正是利用这两种模式来适应不同的功用的。 当工作在低频段时，由于信号波长远大于传输线长度，分布参数很小， 可以忽略，故变压器方式起主要作用。由于磁芯的磁导率很高，所以虽然传输线段短也能获得足够大 的初级电感量，保证了传输 线变压器的低频特性较好。 当工作在高频段时，传 输线方式起主要作用，由于两根导线紧靠在一起，所以导线任意长度处的线间电容在整个线长上是均匀分布的，如图9-3所示。也由于两根等长的导线同时绕在一个高μ磁芯上，所以导线上每一线段△l 的电感也是均匀分布在整个线长上的，这是 一种分布参数电路，可以利用分布参数电路理论分析，这里简单说明其工 图9-3传输线变压器高频段等效电路图