基于查询法的QAM数字预失真技术研究
一种新的用于有记忆功放的查找表预失真器
收稿日期 : 2007 04 04; 修回日期 : 2007 09 18
第
9
期
张
钦: 一种新的用于有记忆功放的查找表预失真器
1729
无记忆预失真器前级联了横向滤波器, 使预失真器的输 入具有一定记忆性, 但此记 忆性会 受到分 辨率 的限制, 而且只有在 Winner Harmerstein 功放 模型 下才 能获 得最 佳线性化效果, 不具普适性. 本文以功放的记忆多项式模型为基础, 提出了一种 新的基于查找表的记忆型预失真器, 具有简单的横向滤 波器结构, 经过理论推导证明其等效于记忆多项式预失 真器, 并且仿真验证了其良 好的线 性化效 果, 通过 复杂 度估计, 表明 了 基于 查找 表的 记 忆型 预失 真器 易 于实 现. 同时利用线性内插可以减小查找表预失真器量化失 真, 本文又提出了利用加权窗迭代更新提高自适应收敛 速度的新方法.
k = 1 m= 0 K M- 1
hk , mx k ( n- m)
( 3)
由文献[ 4, 9] 可知, 式( 3) 对应的功放复基带模型为 y ( n) =
k= 1 m= 0
hk, mx ( n - m) | x ( n - m) | k-
1
( 4)
式( 4) 称为功放的记 忆多项 式模型, 它能够 准确表 征实 际功放的特性[ 2, 10] . 预失真器的特征 函数为非 线性 功放特 征函数 的逆 函数. 记忆多项式的逆函数可以用另一个记忆多项式来 逼近[ 10] , 因此预失 真器同 样应 该是 基于 记忆 多项 式模 型.
2
有记忆功放模型
线性 化 有 记 忆 功 放 需 要 建 立 精 确 的 功 放 模 型.
Volterra 级数常被用来 建模 有记 忆功 放, 它 的离 散 形式
PAM、PSK、QAM数字调制解调系统误码性能仿真
数字通信系统传输误码性能仿真（一）摘要：脉冲幅度调制（PAM）、频移键控（PSK）、正交振幅调制（QAM）等数字信号调制解调模式在经典和现代通信中得到广泛应用。
不同调制方式在不同的条件下传输可靠性能不尽相同。
Matlab/Simulink包含多种仿真模块库，可以对各种通信调制方式的调制解调进行仿真，并验证其传输可靠性能。
关键字：通信系统、仿真、PAM、PSK、QAMAbstract: Digital signal modulation and demodulation modes such as pulse amplitude modulation (PAM), frequency shift keying (PSK), quadrature amplitude modulation (QAM)are widely used in classical and modern communication. The transmission reliability of different modulation are different under different conditions. Matlab/Simulink contains a variety of library of simulation modules for various communications modem modulation to simulate and verify its transmission reliability.Keywords: communication systems, simulation, PAM,PSK,QAM0 引言系统仿真是进行协议标准制定、算法分析优化和产品总体设计的重要步骤，对验证算法和理论的设计性能、缩减设计开发时间、降低总体成本具有重要意义。
传统的系统仿真方法主要使用基于C语言等计算机编程语言的方法，工作量大，效率低，仿真程序的可读性、可靠性、可移植性无法达到现代大中型系统的要求。
数字预失真线性化技术ppt
c k x ( n)
k 1
N
k 1
x ( n)
有记忆非线性行为模型
Volterra级数模型
y (n) h0 h1 (k1 ) x(n k1 )
k1 0 M 1
h2 (k1 , k 2 )x(n k1 )x(n k 2 )
k1 0 k 2 0 M 1 k1 0
条件
1 (r ) 2 ( A1 (r ) 0
数字预失真系统框图
TI 的预失真方案
非线性行为模型
无记忆非线性行为模型 Saleh失真模型（行波管） Rapp模型（固态功率放大器 ） 复系数多项式模型 有记忆非线性行为模型 Volterra级数模型 Wiener模型 （LTI+ Nonlinear system） Hammerstein模型 （Nonlinear system + LTI） Wiener-Hammerstein模型 并行Wiener模型 并行Hammerstein模型 记忆多项式模型 神经网络
查找表与多项式方法的比较 查找表法对于强非线性的情况下比多项式法更有利，且查找 表法实现起来方便、无需建模、精度较高，但其缺点是需要 大量的存储空间，且查找表的收敛速度慢。 与查找表法相比，多项式方法的优点是收敛速度快且不需要 大量的存储空间，而其缺点是需要许多的乘法运算，对硬件 的要求较高，且非线性较强时，误差也比查找表法大。
M 1 M 1
h p (k1 ,, k p )x(n k1 ) x(n k p )
k p 0
M 1
Wiener模型
Hammerstein模型
有记忆非线性行为模型
记忆多项式模型
射频功率放大器线性化技术发展现状
射频功率放大器线性化技术发展现状的研究1.引言1.1 论文背景在现代无线通信系统之中，射频前端部件对于系统的影响起到了至关重要的作用。
随着科技的进步，射频前端元件如低噪声放大器（LNA）、混频器（Mixer）、功率放大器（PA）等都已经集成到一块收发器之中，但其中对性能影响最大是功率放大器。
功率放大器是一种将电源所提供的能量提供给交流信号的器件，使得无线信号可以有效地发射出去。
根据功率放大器的分析模型（泰勒级数模型），可知到当输入信号的幅度很小的时候，对于功率放大器的非线性特性影响较小。
但当输入信号的幅度比较大的时候，就会对功率放大器的非线性度产生很大的影响，所以说对功率放大器的非线性性能产生影响的关键因素就是输入信号幅度的增强并且不断地变化。
随着无线用户数量人数的不断增加，有限的通信频段变得越来越拥挤。
为了提高频谱的利用效率，线性化调制技术技术譬如正交幅度调制（QAM）、正交相位键控（QPSK）、正交频分复用（OFDM）就在现代的无线通信之中就被广泛的应用，因为这几种技术的频谱利用率更高。
但是这些线性化调制技术都是包络调制信号，这就必然会引入非线性失真的问题。
通信系统中的很多有源器件都是非线性器件，一旦包络调制信号通过该系统时，就会产生非线性失真，谐波的频段很多时候会影响到相邻的信道中的信号，会对系统产生一定程度的干扰，因此高功率高频率的射频发射系统的输入信号也必须控制在一定的幅度范围以内。
对于那些包络变化的线性化调制技术就必须采用线性发射系统。
然而发射系统中非线性最强的器件是功率放大器，同时发射系统都要求有尽量高的发射效率，所以为了效率，射频功放基本都工作在非线性状态，所以如何提高功率放大器的线性度就显得异常关键。
现在整个通信领域，射频功率放大器的线性化技术已成为一个越来越重要的研究领域。
1.2射频功率放大器线性化技术国内外研究现状RF功率放大器的线性化技术研究可以追溯到1920年，1928美国人Harold．S．Black 在贝尔实验室工作的发明了负反馈和前馈技术并应用到放大器设计中，功率放大器的失真得到了明显的改善。
射频功率放大器数字预失真技术及其发展趋势 (1)
特性对收发机的整体性能有重要影响。ＷｉＭＡＸ（ｗｏｒｌｄｗｉｄｅ
ｉｎｔｅｒｏｐｅｒａｂｉｌｉｔｙ ｆｏｒ ｍｉｃｒｏｗａｖｅ
ａｃｃｅｓｓ，全球微波互联接入）、
ＷＣＤＭＡ（ｗｉｄｅｂａｎｄ ｃｏｄｅ ｄｉｖｉｓｉｏｎ ｍｕｌｔｉｐｌｅ ａｃｃｅｓｓ，宽带码分
多址）等现代高速无线通信系统的广泛应用，对设计高效 宽带发射机提出了更高要求，这些宽带通信系统使用的非 恒包络调制方案一般都具有高峰均功率比。为了对这些信 号进行放大而不至于失真．功率放大器不得不采用较大的 回退来保持放大信号的线性。然而，这么做的结果是造成 放大器的功率效率低下。另外，放大器的输出还与之前的 输入有关。这种记忆效应的存在也是导致信号失真的重要 因素ｆｌ】ｏ 为了使工作在非线性区域的功率放大器仍能满足通 信系统对线性化的要求，各种线性化技术被提出并应用于
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ｍｅｍｏｒｙｌｅｓｓ ｓｔａｔｉｃ ｎｏｎｌｉｎｅａｒ ｓｕｂｓｙｓｔｅｍ ｓｕｂｓｙｓｔｅｍ
ｌｅａｒｎｉｎｇ
ｔａｂｌｅ，查询表）；另一方面，根据ＩＶｍｌ值查表对输入
信号进行预失真。 在功放特征提取时，一般把式中的实部与虚部分别计 算，或者幅度与相位分开计算１１６１。根据放大器输出Ｖｏ和放 大器输入ｙｄ。采用迭代的方法逐步求出多项式模型的 系数。 在参考文献【１５】中，实验测试结果ＡＣＰＲ（ａｄｊａｃｅｎｔ
・浙江省教育厅科研资助项目（Ｎｏ．Ｙ２００８０５４３３）
基站应用方面已经获得突破。Ｄｏｈｅｒｔｙ功率放大器采用载
数字预失真关键技术
11
引言: 频谱利用率和效率
频谱利用率 ¾ 运用高效的方式来利用有限的频带 ¾ 在同一个频带内进行多用户和多通道传输 ¾3 G 系统的频谱利用率 (1- 3 bits/Hz) ¾4 G系统的频谱利用率 ( 5-10 bits/Hz)
20
10
0
45 dBc
28.8 dB 37 dB 56 dB
Δ = 8.2 dB
-10 L = -9.2 dBm
1
-20
L = -28.2 dBm
2
-30
-3
-2
-1
ffcc
1
2
3
Frequency relative to Carrier (MHz)
31
误差矢量幅度 (EVM)
* N表示星座图中符号的个数.
MRF 21045
MRF 21085
RFout
3G 高功率放大器可以通过如下的方法表示 : 1. 传统的基于连续波测量的矢量网络分析仪 2. 基于多音的非线性特性描述方法 3. 基于实际调制信号的非线性特性描述方法
17
不同信号对静态非线性的影响
1. 功放多音测试信号是由载频为2140MHz的8个单音信号 组成，单音间隔为500KHz，合计3.5MHz带宽。
第五节 非线性建模及预失真性能快速评估软件介绍
第六节 结束语
第一章 数字预失真技术基础
第一节 引言 第二节 射频功放非线性特性 第三节 衡量非线性的技术参数（IMD3, IP3, ACPR, EVM） 第四节 功放非线性特性提取实验系统 第五节 功放非线性特性的行为模型 第六节 记忆效应鉴别和强度估算 第七节 功放的种类及性能评估
数字预失真(DPD)算法研发工具和验证方案
1安捷伦数字预失真(DPD)算法研发工具和验证方案-不依赖于特定厂商芯片组的方案技术背景：在无线通信系统全面进入3G 并开始迈向 4G 的过程中，使用数字预失真技术（Digital Pre-distortion ，以下简称DPD ）对发射机的功放进行线性化是一门关键技术。
功率放大器是通信系统中影响系统性能和覆盖范围的关键部件，非线性是功放的固有特性。
非线性会引起频谱增长(spectral re-growth)，从而造成邻道干扰，使带外杂散达不到协议标准规定的要求。
非线性也会造成带内失真，带来系统误码率增大的问题。
为了降低非线性，功放可以工作在较低的输入工作条件下(或称为回退)，即功放工作曲线的线性部分。
但是，对于新的传输体制，诸如宽带码分复用(WCDMA)以及正交频分复用(OFDM ，3GPP LTE)等，具有非常高的峰值功率和平均功率比(PAPR)，也就是说信号包络的起伏非常大。
这意味着功放要从其饱和区回退很多才能满足对信号峰值的线性放大，而峰值信号并不经常出现，从而导致功放的效率非常低，通常会低于10%。
90% 的功放直流功率被丢掉了，或被转换为了热量。
稳定性和持续运行能力都会下降。
为了保证功放的线性性和效率，可以使用多种方法对功放进行线性化处理，如反馈，前馈及数字预失真等方法。
在所有这些线性化技术中，数字预失真是性价比最高的一种技术。
同反馈法和前馈法相比，数字预失真技术具有诸多优势：优异的线性化能力，保证总体效率以及充分利用数字信号处理器/变换器的优势。
数字预失真在基带上加入预失真器，将输入信号扩展为非线性信号，而这种非线性特性正好和功放的压缩特性互补 (见图1)。
理论上讲，预失真器和功放级联后成为线性系统，原有的输入信号被恒增益地放大。
加入预失真器之后，功放可以工作到近饱和点而同时仍然保持良好的线性，从而大大提升了功放的效率。
从图1中可以看出，DPD(数字预失真器)可以看作是功放响应的”反”响应， 数字预失真算法需要对功放的特性进行高效和精确地建模以保证成功地开发数字预失真器算法。
射频功率放大器的基带自适应预失真技术概要
山东大学硕士学位论文射频功率放大器的基带自适应预失真技术姓名：王晓峰申请学位级别：硕士专业：微电子学与固体电子学指导教师：林兆军;阎跃鹏20090420射频功率放大器的数字自适应基带预失真技术摘要功率放大器是通信系统中最重要的器件，存在固有的非线性。
非线性导致了信号带宽之外的频谱再生或扩展，对邻近信道造成干扰。
同时，这种非线性在信号带宽内也造成失真，恶化了接收机的比特误码率。
新型的传输格式，比如宽带码分多址（ＷＣＤＭＡ）和正交频分复用（ＯＦＤＭ），由于具有较高的峰均功率比（ＰＡＰＲ）尤其容易受到非线性失真的影响，造成功率放大器记忆效应的产生，使功率放大器的特性发生变化，互调产物发生不平衡，同样引起失真。
如果我们为了获得功率放大器所需的线性度，仅仅采用简单地回退方法，那么功率放大器的效率在高峰均功率比情况下将会是非常小。
为了获得高效率同时线性度比较好的功率放大器，通常可以采用线性化的方法来实现。
数字预失真是所有线性化技术中性价比最好的一种，因此我们主要研究目标是数字预失真系统的实现。
为了研究数字预失真系统，需要对功率放大器的非线性特性及其记忆效应有非常深入的理解，同时为了进行数字预失真系统的仿真，需要构建准确的功率放大器行为模型。
本文就是对宽带功率放大器的非线性特性、记忆效应、行为模型以及数字预失真系统进行逐步展开研究的。
本文对功率放大器的非线性特性及其引起的失真、记忆效应的产生及其消除、行为模型的构建以及数字预失真系统仿真实现进行了全面的描述与研究。
功率放大器非线性特性部分主要阐述了非线性特性的描述、非线性特征参数、非线性产生的失真产物、非线性分析方法等；功率放大器记忆效应部分主要分析了记忆效应的识别、产生的原因，给出了记忆效应消除的方法；功率放大器的行为模型部分主要对当前提出的典型行为模型进行的分析和比较：数字预失真系统与仿真实现部分主要分析了当前主要的线性化技术并进行了比较，对数字射频预失真系统和数字基带预失真系统在ＭＡＴＬＡＢ环境下进行了系统构建并进行了仿真。
无线射频通信中改进式功放数字预失真技术
文章编号:0000 0000(2010)01 0126 06收稿日期:2009 05 05基金项目:国家高技术研究发展计划(863计划)资助项目(2006AA 04A 101)作者简介:刘宗明(1984 ),男,硕士研究生;闵 昊,教授,博士生导师,通信联系人,E mail:hmin@.无线射频通信中改进式功放数字预失真技术刘宗明,谈 熙,闵 昊(复旦大学专用集成电路与系统国家重点实验室,上海201203)摘 要:提出了一种用于无线射频通信系统中补偿由于高功率放大器引起的非线性失真的改进式的基带查找表预失真方法.查找表预失真方法是基于对高功率放大器的非线性特性进行训练,由训练得到的功放非线性参数对功放进行线性化校正,以达到预失真补偿的效果.由计算机仿真结果和实测结果表明,该方法具有稳定性高、收敛速度快、补偿算法简单、硬件开销较少、补偿效果较好等优点.关键词:RF ID;高功率放大器;数字基带预失真;查找表;A CP中图分类号:T N 45文献标志码:A功率放大器是无线通信系统中必不可少的重要器件,传输信号经射频功放发送时,必然要受到其非线性失真的影响,由此常常引起邻近信道干扰(adjacent channel interference,ACI)并导致误比特率(BER)性能的下降.在频谱资源日益紧张的今天,需要寻求诸如非恒定包络调制方式,以提高频谱利用率,但这对射频功率放大器线性度提出了很高的要求;在诸如无线射频通信等便携式移动通信设备中,功率放大器是耗电较大的部分,提高功放的功效对于延长移动设备的使用时间意义重大.因此需要采用相关技术来降低功放耗电,同时对其非线性进行补偿.功放线性化技术所要解决的主要问题是:降低邻近信道(带外失真);减小带内损耗,提高功放的功效.目前关于功放的线性化有许多方法:功率回退技术、包络消除和恢复技术[1]、笛卡尔环路后馈技术[2]、前馈线性化技术、非线性器件线性化技术以及数字预失真技术[3]等.各种技术都有其优缺点,其中的数字基带预失真方法以其无稳定性问题、精确度较高、适用于宽带通信等优点前景最被看好.1 功率放大器数学模型关于功率放大器的数学模型到目前为止总体上可以分为两类:有记忆和无记忆模型;当输入信号的带宽较小时,记忆常数小于信号最大包络频率的倒数时,就可以将功率放大器认为是无记忆的系统.在无记忆系统模型中,广为使用的有:针对行波管高频放大器(traveling w ave tube amplifier,TWT A)的Saleh 模型[4]和主要针对固态功率放大器(solid state pow er amplifier,SSPA)的特性发展而来的Rapp 模型[5].SSPA 的幅度和相位失真相对于T WTA 模型来说较小,所以多数情况下其相位失真可以认为是0.由于本文的研究重点基于查找表(loo k up table,LUT )的预失真算法研究,因而本文采用相对简单的无记忆SSPA 模型来进行分析.对于SSPA,若功放的输入信号x (t)=p (t)ex p[j (t)],(1)则功放的输出信号可以表示为:z (t)=A [p (t)]exp[j( (t)+ [p (t)])];(2)式(2)中A [p (t)]和 [p (t)]分别代表功放的幅度非线性AM AM 和相位非线性AM PM ,p (t)为功放的输入电压.第49卷 第1期2010年2月复旦学报(自然科学版)Journal of Fudan University (Natural Science)Vo l.49No.1Feb.2010A [p (t)]=p (t)1+p (t)O sat 2dS 1/2S ,(3)[p (t)]=0.(4)其中S 为AM /AM 转移特性平滑系数,O sat 为功放输出的饱和电平.图1中给出了Rapp 模型特性曲线仿真图,本文后面的仿真都是以此模型作为基础的.2 改进式数字预失真技术算法传统的数字预失真技术[6]基本思想如图2所示.设功率放大器理想的线性输出特性为图2中线性传输曲线,由于器件的非线性导致实际传输特性为图中曲线PA.预失真模块位于功率放大器的前级,能够将实际输入信号V in 转换为预失真输入信号V p .在图2中,该过程实际是将输入信号V in 由理想情况下的输出信号A 点平移到了此时对应PA 输出特性曲线上的B 点所输入的信号V p .将V p 作为功率放大器的输入时,就能够补偿饱和的输出增益,得到较为理想的线性传输特性曲线.由于传统的数字预失真技术采用将输入信号的幅值推高,从而补偿由于功率放大器所产生的非线性,使得基带预失真非线性校正查找表格的大小难以控制,其在实现上需要较大的硬件开销,因而实现起来较为困难.由此,提出了图3中所示的改进式数字预失真校正方法.改进式数字预失真技术基本思想如图3所示.其是将功率放大器增益曲线设定为连接功率放大器转图3 改进式的数字预失真算法Fig.3 Advanced digital pre distortion algorithm换特性曲线的始末两端的线性曲线作为功率放大器理想的线性输出特性.预失真模块仍然位于功率放大器的前级,通过其将实际输入信号V in 转换为预失真输入信号V p .在图3中,该过程实际上是将输入信号V in 由理想情况下的输出信号D 点平移到了此时对应PA 输出特性曲线上的C 点所输入的信号V p .再将V p 作为功率放大器的输入时,就能够补偿饱和的输出增益,得到人为设定的较为理想的功率放大器线性输出特性曲线.该做法由于采用将输入信号限制在功率放大器输出的幅度范围之内,校正后的信号是原输入信号的回退信号,使其相对于图2中传统式的预失真技术在实现上大大缩小了用于线性化校正时基带所需的表格数量,从而使得该改进式的预失真算法能够更好的得以实现.由于改进式数字预失真技术采用将输入信号的幅值回127第1期刘宗明等:无线射频通信中改进式功放数字预失真技术退的方法来补偿功率放大器所产生的非线性,从而使其相对于传统的预失真技术来说,在对于功率放大器具有相同的线性化校正效果的前提下,可以使功放得到更高的功率增加效率.3 改进式数字预失真技术系统架构改进式数字预失真技术的实现系统架构如图4所示.该系统的工作流程大致分为两步:非线性功率放大器训练阶段和通信信号发射阶段.具体工作流程阐述如下:首先,由基带经数模转换器发送Ramp 训练序列,由于超高频射频识别系统的发射信号与接收信号均采用同一频率的本征信号(LO),因此在发射机发射信号的同时,能够利用接收机的下变频混频器将发射信号经衰减器(Attenuator)下变频,再由模数转换器(A/D)将该信号转换为基带信号,根据输出信号的采样值获得功率放大器的非线性传输特性,计算出数字查找表的表项值.图4 改进式的数字查找表算法系统架构Fig.4 System architecture of advanced digit al LUT pre distortion algorithm训练完成后是通信信号发射阶段.该阶段发送由脉冲编码(PIE Encoding)模块完成数据流(Bit stream)的信号编码.PIE 信号经过升余弦滤波器(raised cosine filter,RCF)后,将信号带宽限制在发射信道以内,并满足协议规定的时域规范.发射链路中基带信号通过半带滤波器(H alf Band)逐步提高信号的采样频率的同时,对信号进行插值以匹配查找表的表格数目,该采样插值后的信号再在训练阶段计算得到的查找表中查找得到该发射信号预失真后的信号,再经由数模转换器输出后,被正交上变频混频器(Quad.Mixer)调制到本征信号(LO)等于920MH z 的载波上,最终由射频功率放大器(PA)以及天线发射.由于信号在调制过程中经位于半带滤波器输出级与数模转换器输入级之间的数字查找表(LUT),基带信号能够在上变频之前改变信号幅度,补偿功率放大器所引入的非线性,从而减少发射信道对邻近信道的干扰,实现线性发射机的要求.由于改进式数字查找表算法的实现位于整个系统的数字部分,因而相比于采用模拟和射频的功放线性化校正方法来说,大大的降低了整个系统的硬件开销.并且改进式数字预失真技术的实现位于整个系统工作频率较低的数字部分,所以在降低了硬件开销的同时,还大大降低了整个系统的功耗开销.改进式数字预失真技术的另一大优点是采用了将功率放大器增益曲线设定为连接功率放大器转换特性曲线的始末两端的线性曲线作为功率放大器理想的线性输出特性,从而较好地克服了由衰减器至数模转换器之间环路增益难以控制的问题.在未知环路增益的情况下,只需通过发送训练序列获得相对的功率放大器幅度非线性传输特性,就一定能够找出合适的功率放大器线性目标增益曲线,达到对于功率放大器线性化校正的目的.再者,改进式预失真技术将整个线性化过程分为两步:非线性功率放大器训练阶段和通信信号发射阶段,人为地打断了整个环路系统,使得整个系统在非线性功率放大器训练阶段具有反馈系统的特点,而在通信信号发射阶段具有前馈系统的特点.从而既弥补了前馈系统无法较好随环境适应整个线性化校正需要的缺点,又较好地克服了反馈系统中不稳定因素的影响.4 改进式数字预失真技术仿真结果4.1 改进式数字预失真技术对于领近信道功率(AC P)的改进效果图5表示的是不同数据率(DR)下,未采用预失真技术和采用了改进式预失真技术信号发射功率谱的128复旦学报(自然科学版) 第49卷比较情况(且以下各图均采用中国频率规范,仿真时数字查找表的表格数目为128).图5中,频率f 为零时,本文定义为中心频率,其两边分别表示为中心频率的偏差,左边定义为负,右边定义为正.图5 不同数据率下未采用和采用预失真技术A CP 比较图Fig.5 ACP comparison betw een predistortion and no predistortion t echnology under different data rate表1所示为不同数据率下,未采用预失真技术和采用了改进式预失真技术信号功率谱第一、二邻道功率下降情况的比较表.且以下各表值均为中国频率规范下,仿真时采用的数字查找表表格数目为128.表1 采用预失真与未采用预失真技术领近信道相对于主信道所下降功率表T ab.1 A CP compariso n o f no pr e dist ort ion and pre distor tio n techno lo gyDR /kH zP no pr e./dBc邻道1邻道2邻道3P pre./dBc邻道1邻道2邻道350-37.62-63.47-79.92-59.20-73.27-82.0660-33.97-61.12-77.60-53.59-72.19-81.1070-22.88-51.97-72.71-50.18-70.95-80.2380-21.83-51.59-64.39-37.43-63.59-79.094.2 改进式数字预失真技术查找表数目对于发射信号AC P 的影响效果由图6(见第130页)数据率、查找表表格数目和第一、二邻道ACP 关系图中可以看出,在中国频率规范下,当不断增大查找表表格数目时,对于较小数据率的发射信号的ACP 改善较为明显.还可以看出,在不同PIE 码数据率下,增大用于数字预失真查找表的表格数目可以起到对于发射信号邻道功率的改善作用.但其对于邻道功率谱的改善作用会随着查找表格数目的增加而逐渐趋于饱和.发现当查找表表格数目从64格变化到128格时,对于不同数据率的发射机来说,其邻道下降功率较快;而当查找表表格数目从128格变化到256格时,其邻道下降功率较慢.129第1期刘宗明等:无线射频通信中改进式功放数字预失真技术图6 数据率、查找表表格数目和第一、二邻道A CP 关系图Fig.6 Relationship betw een LUT size and ACP under different data rate5 改进式数字查找表算法测试结果图7是数据率为70kH z 时,在中国频谱规范下的对于改进式数字查找表测试结果图.图7(a)为未采用预失真技术时发射信号A CP 测试结果,其第一邻道相对主信道功率谱下降35dBc,其第二邻道相对主信道功率谱下降51dBc.下图7(b)为采用了改进式数字预失真技术时发射信号ACP 测试结果,其第一邻道相对主信道功率谱下降46dBc,其第二邻道相对主信道功率谱下降59dBc.比较采用和未采用预失真技术发射信号ACP 测试结果表明,采用了预失真技术比未采用预失真技术时,发射信号功率谱第一邻道ACP 改善了约11dBc,其第二邻道ACP 改善了8dBc.图7 改进式数字预失真技术测试结果Fig.7 Test ing results of improved digital pre distortion本文采用了改进式数字预失真技术有效地抑制了在无线射频中高功率放大器Rapp 在放大信号过程中所引起的非线性失真.与传统的基于查找表预失真算法相比,该改进式数字预失真引入了训练序列,简化了预失真参数的捕获过程,同时有效地控制了预失真器对于基带数字查找表硬件的开销.在无线射频发射机的应用中,保障了发送信号的线性度;在相同带宽的条件下,有效地提高了发送信号的数据率;降低了功放的工作电压,提高了无线射频移动通信功率放大器的功效.参考文献:[1] 刘 洋,贾建华.射频放大器互调失真检测和载波抵消的研究[J].信息技术,2004(11):1 3.[2] 李胜红,向志军.固态功率放大器的线性化技术[J].电子对抗技术,2004(2):1 3.130复旦学报(自然科学版) 第49卷[3] 魏 峰,史小卫.通信用功率放大器的线性化技术[J].电子科技,2003(12):1 3.[4] Rapp C.Effect s of HP A nonlinearit y o n a 4 DPSK /O FDM signal for a dig ital sound broadcastingsy stem [C]//P roceedings o f the Seco nd Euro pean Conference o n Satellite Communicatio ns Belg ium:Lieg e,1991:179 184.[5] Saleh A A M.Fr equency independent and f requency dependent nonlinear models of T WT amplifiers [J].I EEE T r ans Communicatio ns ,1981:1715 1720.[6] M uhonen K J.K avehrad M ,K rishnamoo rthy R.L oo k up table techniques for adapt ive digital pr edisto rtion:A dev elopment and co mpar ison [J].I EEE T r ans On V ehicul ar T echnology ,2000,49(5):1995 2002.RFID Digital Baseband Pre distortion for Rapp NonlinearPower Amplifier Based on Look Up T able T echnologyLIU Zong ming,TAN Xi,MIN H ao(A SIC &S ystem State K ey Laboratory,Fud an Univ ersity ,S hanghai 201203,China)Abstract:A digit al baseband improved pre distortion for Rapp nonlinear pow er amplifier based on look up table is proposed to compensate the nonlinearity caused by H igh Pow er Amplifier.LUT based pre distortion technology can compensate H PA s nonlinearity by training its nonlinearity character and performing its inverse convert of the HPA s nonlinearity based on the LUT table.Both the computer simulation and the real hardw are testing result show s t hat t he m et hod algorithm performs stable,converges fast w ith simple algorithm less hardw are but high nonlinear compensation effects.Keywords:RFID;high pow er amplifier;digital baseband pre distortion;look up table;ACP(上接第125页)A Research on the Driven Mechanism for CarbonReduction and a Discussion of China s PoliciesZH AN G Wen lei,HU Huan(Department of E nvironmental Sci ence and Engineering ,Fudan University,Shanghai 200433,China )Abstract:Follow ing w ith the worsening im pact of climate change,carbon reduction becomes a large problem in all countries.To explain the differences among the countries att itude tow ards the problem,the driven mechanism for carbon reduct ion is studied t hrough t heoretical research and case analysis.The national policies on carbon emissions are affected by the maximum of national interests which is a integrated index const itut ed by economic interests,national security,internat ional status,political interests and other fact ors.And national features such as degree of economic development and impact of climate change,mitigation costs,low carbon technologies,political background,and research will make the policies different to maximize their own interest.It also tests China s climate change policies based on t he mechanism.And the result shows that the slow dow n policy w hich is implement ing in China is reasonable for now but too w eak for the future.Keywords:carbon reduction;national interests;driven mechanism;China 131第1期刘宗明等:无线射频通信中改进式功放数字预失真技术。
QAM信号调制识别与参数估计研究（可编辑）
QAM信号调制识别与参数估计研究代号 10701 学号 1011420684分类号 TN971 公开密级题(中、英文)目QAM 信号调制识别与参数估计研究Research on the Modulation Identification andParameter Estimation of QAM signal作者姓名指导教师姓名、职务陈龙飞罗明副教授学科门类学科、专业电路与系统工学提交论文日期二○一三年三月西安电子科技大学学位论文独创性(或创新性)声明秉承学校严谨的学风和优良的科学道德,本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。
尽我所知,除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外,论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果;也不包含为获得西安电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。
与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。
申请学位论文与资料若有不实之处,本人承担一切的法律责任。
本人签名: 日期西安电子科技大学关于论文使用授权的说明本人完全了解西安电子科技大学有关保留和使用学位论文的规定,即:研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属西安电子科技大学。
学校有权保留送交论文的复印件,允许查阅和借阅论文;学校可以公布论文的全部或部分内容,可以允许采用影印、缩印或其它复制手段保存论文。
同时本人保证,毕业后结合学位论文研究课题再撰写的文章一律署名单位为西安电子科技大学。
(保密的论文在解密后遵守此规定)本人签名: 日期导师签名: 日期摘要摘要通信信号的自动调制识别与参数估计是通信侦察的重要技术之一,它可以为现代电子战和其它战术行动的决策提供有力的依据。
同时,通信信号的自动调制识别技术也是发展基于软件无线电的通信系统的必然要求。
然而随着通信技术的发展,电磁环境日益复杂,需要进一步研究调制识别和参数估计技术以适应当今的应用环境。
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基于查询法的QAM数字预失真技术研究
在数字电视逐步取代传统电视的时代，对QAM调制解调过程中出现的失真现象进行研究和分析，是当前系统线性化技术的重要课题。
随着数字技术和信息技术的不断发展，射频电路设计的数字化已经是大势所趋。
在QAM调制器即要保证传输的效率，又要保证传输的质量时，数字预失真技术的出现，可以有效弥补QAM调制器内部对MER造成影响。
在设计高功率放大器的过程中，需要满足功率放大器功率放大的要求，但是同时也要满足系统线性的要求，但这两个方面却是相互对立的。
如果为了保持线性而降低功率，则失去了功率放大的功能；相反为了保证功率，而是功放始终处于非线性状态，则会产生众多的邻道干扰，使信号失真。
１．QAM调制原理
通常在有线电视的下行信号中则可采用64QAM或256QAM调制．其传输效率较高，在光纤和电缆的传输环境中干扰要比卫星通信小得多。
正交振幅调制(Quadrature Amplitude Modulation)，这是近年来被国际上移动通信技术专家十分重视的一种信号调制方式。
QAM是数字信号的一种调制方式，在调制过程中，同时以载波信号的幅度和相位来代表不同的数字比特编码，把多进制与正文载波技术结合起来，进一步提高频带利用率。
在2ASK系统中，其频带利用率是（1/2）bit/s/Hz。
若利用正交载波技术传输ASK信号，可使频带利用率提高一倍。
如果再把多进制与正交载波技术结合起来，还可进一步提高频带利用率。
QAM信号采取正交相干解调的方法解调，其数学模型图1所示。
解调器首先对收到的QAM信号进行正交想干解调。
低通滤波器LPF滤除乘法器产生的高频分量。
LPF输出经抽样判决可恢复出m电平信号x(t)和y(t)。
根据多进制码元与二进制码元之间的关系，经m/2转换，可将m电平信号转换为二进制基带信号x’(t)和y’(t)。
图1 QAM信号解调
2.线性化技术发展现状
在通信系统中，为达到发射的要求，信号需要具有较高的功率，因此需要通过高功率放大器对射频信号进行放大，功率放大器有线性区和非线性区，为了获得高的功放效率，放大器一般工作的饱和点附近，这就不可避免的产生信号的失真。
因此为了获得高的线性度，必须采用功放线性化技术，其中数字预失真技术属于功放线性化技术。
为了应对由于射频功放非线性带来的线性化问题，目前普遍采用的都是预失真技术来解决信号的失真问题。
预失真技术包括射频预失真、中频预失真和基带预失真三种方法。
神品预失真需要使用射频非线性有源器件，对其控制和调整都比较困难，频谱再生分量改善较少，高阶频谱分量抵消困难，线性指标低。
中频预失真的核心部分采用数字部件进行非线性和自适应控制，而采用模拟电路在中频部分实现预失真。
基带预失真在基带处理，通过DSP实现预失真器，相对于中频系统，硬件电路简单且便于数字信号处理，是目前广泛使用的预失真技术。
3.基于查询表的16QAM数字预失真算法研究
查找表法的基本原理是，将适当的预失真值存储在表格中，以输入信号的大小作为地址，借助DSP，使用迭代算法自动更新LUT中的内容。
基于查询表的
预失真技术研究内容主要包括了:查询表采取的形式查询表的指针方式、地址索引方式及查询表内容更新所采用的自适应算法。
3.1查询表形式
查询表预失真技术是把放大器的输入功率作为查询表的索引指标，把功率放大器的复增益预调整值作为指针对应内容存储在RAM表中，工作时根据输入信号的功率或幅度信息查找对应预调整值，并将其输出给后继电路，达到线性化的目的。
查询表可以是一维或是二维表。
其中一维查找表的结构如图所示。
考虑到记忆效应，实际中采用的是二维查找表方法。
3.2查询表的指针方式
功率法和幅度法是查询表常见的索引方式。
功率法采用信号的功率，即信号幅度的平方来索引表的内容。
这种方法不等间隔地分配查询表的存储单元，对大信号分配的查询表单元密度高，对小信号分配的单元相对稀疏，其结构相对简单，计算快速，硬件实现较为容易，主要计算单元只是乘法器和加法器。
然而，功率法有一个显著的缺点，即表的单元在分配时按照信号的平方，这样，对小信号分配表的单元多余稀疏。
幅度法用信号的幅度作为表的索引，对大小信号等间隔平均分配表上的单元。
两种方法对比，业界大多数专业技术人员还是比较认可幅度法。
3.3查询表地址索引方式
查询表的地址索引是查询表的一个重要组成部分，直接关系到查询表的大小和预失真效果的好坏，地址索引的量化可以采用均匀量化，也可以采用非均匀量化。
在均匀量化时，以输入信号幅度为指针的方式对大小信号分配均匀。
查询表的地址索引也可以采用非均匀量化形式。
非均匀量化的目的是减小信号的量化误差，提高信号信噪比以及减小查询表的尺寸。
在研究过程发现，利用最优扩展函数得到的非均匀地址索引查询表产生的误差会对均匀量化为地址索引查询表产生的好1-4dB。
但由于输入信号的幅度概率分布会受到输入回退的影响，当求出的非均匀地址索引在IBO中变化时，平均只比均匀量化方式性能好1dB左右。
3.4查询表自适应算法
计算复杂度与预失真性能相比，无论是基于查询表还是基于多项式的预失真技术，通常都采用基于最小均方（least mean square,LNS）的自适应算法。
根据是否考虑记忆型，又可以分为无记忆和有记忆两种预失真。
引起记忆性的原因树妖在于放大器固有的电特性和电热特性，这种记忆型导致功率放大器成为频率选择性函数，使得其输出值不仅与当前输入值有关系，而且还和过去时刻的输入值有关系。
3.5查询表预失真方法的不足
在查询表的位数足够大的情况下，基于查询表的预失真性能要大大优于基于多项式的方法。
但无论无记忆还是有记忆查询表预失真，其主要不足就在于较慢的收敛速度。
对于一维表的查询表方法来讲，若表的位数采用n位，则其所占RAM大小为2×2，对于有记忆预失真，占用RAM资源为2×2×Y（Y为第二维地址索引）；这样对表的内容进行更新时，势必会造成很慢的收敛速度。
查询表的一大缺点是整个查询表项内容的调整需要大量的递归，收敛速度慢。
4.总结
在数字电视逐步取代传统电视的时代，对QAM调制解调过程中出现的失真现象进行研究和分析，是当前系统线性化技术的重要课题。
随着数字技术和信息技术的不断发展，射频电路设计的数字化已经是大势所趋。
在QAM调制器即要
保证传输的效率，又要保证传输的质量时，数字预失真技术的出现，可以有效弥补QAM调制器内部对MER造成影响。
综上所述，数字预失真技术已经逐步成为当前最为流行的功率放大器预失真技术，是未来预失真技术发展的重要方向，具有很好的发展前景。