高功率放大器的数字基带预失真的设计

摘要

随着无线通信技术的飞速发展，出于对更高频谱利用率和更高功率效率的追求，线性调制技术和高效率的射频功率放大器得到了广泛应用。但包络变化的调制信号经过非线性射频功率放大器后会产生互调失真，造成严重的码间干扰及邻近信道干扰。因此为保证通信质量需要使用高线性的功率放大器，而功放往往工作在非线性状态会出现非线性失真现象。要解决这个问题，必须采用线性化技术来改善高效率功率放大器的非线性特性。
　　 高功率放大器(HPA)的线性化和功率效率在现代无线通信系统中占据非常重要的地位。本文选择的C类型HPA，在高输入信号条件下具有高功率效率，同时也会产生不同程度的非线性效应，这种非线性效应会导致带内失真和带外功率泄露。带内失真会降低系统的性能，而带外功率泄露则会引起频谱增生从而导致相邻信道干扰。抑制这种非线性效应的方法之一就是采用HPA的线性化方案，实现线性放大器和高功率效率两者之间的平衡。数字基带预失真技术是校正效果最好、最容易实现和最具发展潜力的线性化技术。
　　 数字基带预失真技术是本文将要提到的用来补偿HPA的非线性效应的最重要的方法。预失真的主要原理是通过一个与HPA特性相反的预失真器设备来扭曲HPA的输入信号，而这个扭曲后的信号与HPA的输入信号具有互逆的特性。由于HPA具有时变特性(与温度、已用年数等有关)，因此自适应预失真是非常有价值的，这就是我们为什么要把自适应预失真特性作为考虑的对象。
　　 本文的目的在于用二维坐标下降法(DCD算法)去学习和改进自适应滤波数字基带预失真系统。针对当前宽带信号在高功率放大器上表现出来的非线性和记忆效应，讨论了当前具有极大发展前景的一种线性化技术一数字预失真技术。在详细地研究了几种经典记忆预失真算法的基础上，提出了一种改进预失真算法：基于多项式模型的DCD(Dichotomous Coordinate Descent)迭代改进算法。
　　 基于多项式模型的DCD算法采用简单的多项式预失真器模型，将一次大运算量的矩阵运算改进为数次小运算量的矩阵迭代运算，在大大降低系统复杂度的基础上仍能取得满意的线性化效果，并且在迭代运算过程中大大减少了存储负担和系统资源需求，有利于在硬件中实现。
　　 本文主要由四章组成：
　　 第一章为绪论部分，主要介绍了此课题的来源、研究的意义、研究内容和国内外发展的状况。
　　 在对HPA线性化的过程中，对于选定的预失真算法来说HPA模型的选择是很关键的。因此第二章主要介绍了功率放大器的特性及性能指标和行为模型。从最基本的AM/AM，AM/PM特征到EVM，ACPR，NPR，这些都是衡量HPA的非线性效应的指标。紧接着介绍了几种最基本的线性化技术，其中着重介绍了数字基带预失真技术。
　　 第三章分析了几种预失真算法，在MATLAB软件平台上，对改进后的DCD算法进行仿真测试，试验结果证明了算法的可行性以及收敛度快的特点。
　　 第四章论文给出了系统在FPGA硬件平台上的设计方案。