基于数字预失真技术的有记忆功放线性化研究

摘要

随着无线通信技术的飞速发展,频谱资源变得越来越稀缺。为了提高频谱利用率,线性调制方式和多载波技术在现代宽带无线通信领域得到了广泛应用。在通信系统中为了高效率的实现大功率输出,功率放大器通常工作在饱和区附近,此时功放呈现出明显的非线性特性。然而宽带通信系统高峰均比、非恒包络的调制信号,受功率放大器非线性效应的影响,将造成信号带内失真和带外频谱扩展,从而导致系统性能下降。为了解决频谱利用率与功放效率的矛盾,必须采用前馈、反馈、预失真等线性化技术,使功率放大器既线性又高效地工作。在各种线性化技术中,数字预失真技术因其数字实现方式的准确性和灵活性而成为最具前途和经济效益的线性化技术。本文从工程应用的角度出发,利用MATLAB、ADS、VSA89600等软件,并结合信号发生器(ESG E4438C)和频谱分析仪(PSA E4440A)对功放非线性特性、功放非线性特性的提取与建模、记忆效应的识别与量化和数字预失真系统的设计提出了一套理论结合实践的研究方法,其对数字预失真系统的理论研究及硬件平台设计、系统开发极具实用价值。作者所做的主要工作如下:
　　 1、阐述了功率放大器的非线性特性、基本的建模理论和常见的线性化方法,分析了功放非线性失真对通信系统EVM、ACPR参数的影响。
　　 2、介绍了功放非线性测试的一些典型方法。研究了宽带数字调制信号激励下功率放大器非线性特性的测试方法,利用实验室现有的仪器搭建了基于ADS仪器互连的测试平台。通过ADS-ESG-VSA解决方案实测功放的非线性特性,获得了宽带数字调制信号激励下功放的输入输出信号的测量数据,并分析了功放非线性对宽带信号ACPR参数的影响。
　　 3、针对宽带通信系统功放表现出具有较强的记忆效应,分析了记忆效应的表现形式、产生机理,并给出了基于无记忆预失真技术的记忆效应识别与量化的方法。最后,利用实测数据建立了功放行为模型用于后续的系统仿真。
　　 4、介绍了数字预失真技术的基本原理。分析了数字预失真系统设计中延时估计对功放特性提取、数字预失真系统设计的影响,提出了基于FIR滤波器的延时估计算法。研究了基于递推批量最小二乘的预失真器参数辨识算法和基于工作函数的预失真器结构设计等关键问题,通过计算机仿真验证了所提出的自适应数字预失真系统的可行性。
　　 5、在计算机理论仿真的基础上,结合ADS-ESG-VSA解决方案设计了基于记忆多项式的半实物化自适应数字预失真系统。利用WCDMATEST1信号实测了本文算法和系统的实际性能。