基于峰值处理的高效率线性化功率放大器研究

摘要

功率放大器的线性化技术在现代通信系统中是一项非常重要和关键的技术,它可以减少发射信号失真,减弱对其他临道信号产生的干扰,同时保证放大器有较高的工作效率。数字预失真在众多线性化技术中,以自身具有的多种优势成为一种备受欢迎的技术。本文以数字预失真存在的扩张性为出发点,以改善功放线性度,提高功放工作效率,保证功放安全工作三方面为目的,做了深入的研究和讨论。具体工作如下:
　　首先,介绍功率放大器非线性引起的几种失真以及功放存在的记忆效应,并说明记忆效应产生的缘由和减弱的方法;介绍数字预失真基本原理和用于描述无记忆功放和记忆功放的几种行为模型,并比较各模型的优缺点,此外还介绍用于参数估计的几种学习结构以及增益估计和延时估计。
　　然后,分析高峰均比输入信号对功放效率产生的影响,研究如何有效降低信号峰均比以提高功放工作效率,提出限幅修正法同时给出具体实现过程,并在MATLAB软件中验证其可行性。重点研究了预失真器的扩张性对预失真效果和功率放大器产生的影响,即降低线性度的改善程度,降低功放工作效率以及增大功放损坏的几率。指出预失真器输入信号平均功率、预失真器输出信号平均功率和训练信号平均功率在满足一定关系下,预失真效果可以达到最优。提出二次限幅法用于弱化预失真器扩张性存在的潜在问题,并在软件中对二次限幅法进行仿真验证,同时指出系统仿真时需要考虑的关键点。
　　最后,研究基于峰值处理的数字预失真系统设计和实现,包括功放模块、FPGA开发板、上下变频模块。重点研究Doherty功放的实现,以及功放保护电路设计。在硬件系统上进行实验测试,并给出整体数字预失真测试步骤。测试结果表明,最终改善的ACPR在17dB左右;利用二次削峰使预失真器输出信号的峰均比降低了1.4dB左右,功放的平均输出功率从39.5dBm提高到40.5dBm,同时平均效率从32.8％提高到35.7％。

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第一章 绪 论

1.1 研究背景与意义

1.2 国外研究动态

1.3 国内研究动态

1.4本文的主要工作与创新点

1.5论文结构

第二章 功率放大器非线性研究及数字预失真原理

2.1 功率放大器非线性特性

2.2 数字预失真原理

2.3 本章小结

第三章 数字预失真高峰均比信号研究

3.1 多载波调制技术

3.2 高峰均比信号对功放效率的影响

3.3 削峰技术及实现方法

3.4 预失真器的扩张性及潜在问题研究

3.5 预失真器输出信号峰值处理

3.6 二次限幅法的仿真验证

3.7本章小结

第四章 数字预失真硬件实现

4.1 总体设计

4.2 Doherty功放实现

4.3 上下变频器

4.4 FPGA模块电路

4.5 本章小结

第五章 硬件测试与分析

5.1 基带削峰信号测试

5.2 功率放大器测试

5.3 数字预失真联合测试

5.4 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 全文总结

6.2 后续工作展望

致谢

参考文献

读硕期间成果说明