TD-LTE系统功放的非线性特性及数字预失真技术研究

摘要

在TD-LTE系统中，采用正交频分复用技术和多载波调制技术来提高频谱资源利用率，这使得LTE信号具有高峰均值、非恒定包络和宽带等特点，宽带信号经过功率放大器放大后会产生非常严重的非线性失真。同时为了提高功率放大器的输出效率，现代无线通信系统中常采用Doherty技术，然而Doherty功率放大器使得非线性失真更为严重。因此，保持功率放大器的工作效率同时如何提高线性度是TD-LTE系统的关键技术。
　　本文针对TD-LTE系统的Doherty功率放大器的非线性特性及数字预失真技术进行了研究。首先分析了OFDM系统存在的高峰均值问题，从而指出功放线性化的必要性。分析了功率放大器的非线性失真原理及其对LTE信号的影响，介绍了功率放大器的无记忆模型和有记忆模型的建立。
　　其次研究了自适应预失真技术原理以及关键技术，重点介绍了查找表、记忆多项式和改进Hammerstein三种常用的模型结构，借助ADS软件进行了模型仿真，验证了三种模型的线性化效果。
　　针对基于LUT和记忆多项式两种模型的数字预失真技术进行了深入的研究。在LUT预失真实现中，采用无记忆多项式模型拟合功率放大器的AM/AM和AM/PM特性，设计实现了基于幅度索引的LUT预失真器。对于记忆多项式模型，研究了基于QR分解的RLS自适应算法的记忆多项式预失真技术，同时引入CODIC技术和脉动阵列技术来降低QRD_RLS算法的复杂度，以便于算法的FPGA硬件实现。针对资源和计算速率问题，提出了一种改进CORDIC算法实现脉动阵列，提高了预失真器参数提取算法的速率，减少了硬件消耗。
　　为了预失真实现的准确性，论文还研究了数字预失真环路的时延估计算法，提出了分段式插值法来实现精确的时延估计，仿真结果表明了该算法能够正确的估计环路延时。
　　最后，借助Quartus II软件实现了两种模型数字预失真系统，设计了基于FGPA的功放数字预失真平台，结合Doherty功率放大器对本文设计的预失真系统进行预失真实验，测试所采用的功放的中心频率是1.90GHz，输出峰值功率为48.8dBm，采用不同带宽的LTE信号分别针对两种预失真方案进行测试。测试结果显示，对于5MHz窄带的LTE信号，LUT和记忆多项式的ACPR均改善了16dB左右。对于20MHz的宽带LTE信号，在记忆效应方面，记忆多项式较LUT改善效果好，记忆多项式的ACPR达到了-47dBc，而LUT为-38dBc左右。测试结果验证了预失真系统的线性化效果。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

引言

1绪论

1.1课题的研究背景及意义

1.2国内外研究现状

1.3论文主要工作和研究内容

2TD-LTE系统

2.1 TD-LTE系统概述

2.2 OFDM技术

2.3 OFDM信号峰均比

2.4本章小结

3功率放大器非线性及行为模型

3.1功率放大器非线性特性

3.2非线性失真参数

3.3功率放大器模型

3.4非线性失真对TD-LTE系统的影响

3.5本章小结

4自适应数字预失真技术研究

4.1预失真技术原理

4.2时延估计与调整

4.3数字预失真方案

4.4本章小结

5TD-LTE系统自适应数字预失真系统设计

5.1 FPGA设计方法

5.2数字预失真系统结构

5.3硬件模块介绍

5.4数字下变频设计

5.5基于NIOS II的数据采集和存储模块设计

5.6 LUT预失真实现

5.7记忆多项式预失真实现

5.8本章小结

6预失真测试平台

6.1测试平台搭建

6.2测试结果及分析

6.3本章小结

7结论与展望

7.1论文工作总结

7.2工作展望

参考文献

在学研究成果

致谢