非线性化功放的数字预失真系统设计

摘要

近十年来随着无线通信技术的高速发展，宽带无线通信已经是无线通信发展的必然趋势，更高通信容量的第三代无线通信（3G）与第四代无线通信（4G）已经广泛应用，诸如多输入多输出（MIMO）、正交频分复用等新的技术业已广泛地应用在了无线通信的各个领域。
　　而作为无线通信系统中必不可少的模块的高频功率放大器（HPA），在面对更大带宽、更高的峰均比的信号的情况下，其固有的非线性性和记忆性等特点严重的影响了通信的质量，导致频谱扩展、带内信号失真。如何有效提高、改善HPA的线性化也成为了研究热点。传统的功放线性化技术如前馈法、功率回退法和中频预失真法等有着难以实现、难以调节、应用不灵活和自适应特性差等缺点，而近年数字预失真技术（DPD）由于其应用在基带，使用灵活且自适应能力强、成本低等特点则成为了研究的热点。
　　本文在介绍数字预失真技术的工作原理的基础上，以记忆多项式模型为数学模型对数字预失真系统进行建模和仿真，并利用自适应滤波算法对模型进行辨识与参数提取。在满足数字预失真系统的功能需求和评估资源消耗量的基础上，设计硬件并在硬件上实现，最终结合计算机图形界面与硬件系统对数字预失真系统进行测试与验证。
　　首先，在MATLAB中按照功率放大器的行为模型建立数学模型，并结合间接学习结构和最小均方法（LMS）、递归最小二乘法（RLS）、最小二乘法（LS）多种自适应滤波技术对模型进行辨识与结果分析。
　　随后，根据系统仿真的结果分析资源消耗情况，结合数字预失真系统整体需求设计硬件并调试硬件系统，在硬件上利用Xilinx EDK的开发方法实现数字预失真器，在PowerPC处理器中实现自适应滤波算法并与上位机进行通信。
　　最终，结合上位机界面的控制与监视功能，针对三载波WCDMA信号对FPGA内数字功放进行测试与分析，评估算法效果。

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缩略词表

主要数学符号表

第一章 绪论

1.1研究背景

1.2研究现状

1.3本文主要工作与内容安排

第二章 预失真原理与算法实现

2.1 引言

2.2 功放非线性特性与评价指标

2.3 数字预失真器原理与整体流程

2.4 功放模型与数字预失真器模型

2.5 自适应学习结构

2.6 模型辨识算法

2.7 记忆多项式模型参数辨识

2.8 环路延迟校正

2.9 算法仿真分析

2.10 本章小结

第三章 系统架构与硬件设计

3.1引言

3.2系统架构与工作流程

3.3 硬件结构与设计

3.4 开发环境

3.5 本章小结

第四章 数字预失真器的详细设计

4.1 引言

4.2 模块功能与工作流程

4.3 基于EDK的FPGA设计与开发

4.4主要模块设计

4.5 本章小结

第五章 测试与性能分析

5.1 引言

5.2 测试环境

5.3 模块化测试

5.4 总体测试

5.5 本章小结

第六章 结束语

6.1 总结

6.2 展望

致谢

参考文献

个人简历及攻读硕士期间成果