有记忆功放的非线性测试及其预失真器设计

失真器最多可抵消7 阶非线性， 在功放线性化测试中，
M H z 较为合适。
z( n)
-
F [x ( n )]KLeabharlann X=~ ^ \
Q -l
X
k = l q =0
a^ y ^ n
y ( n - q ) \k l
2
预失真器参数辨识
采用记忆多项式模型模拟功放行为是因为非线性
1 . 2 功放预失真平台及内部功能框图 搭 建 的 功 放 预 失 真 器 仿 真 平 台 如 图 2 所 示 # 主机 上 安 装 ADS ( Advanced Design System ) 仿 真 软 件 、 M a tla b 软 件 和 矢 量 信 号 分 析 软 件 （型 号 为 VSA89600 ) 。需 要 说 明 的 是 ， 功放激励信号和功放输 出信号都保存在主机上， 可 以 方 便 地 由 M atlab 处理能 够得到预失真器系数。 功放预失真器仿真平台内部功能框图如图3 所 示 。用 户 可 以 在 A D S 软 件 中 直 接 调 用 库 中 已 有 的 组 件 定 义 测 试 信 号 或 者 在 DSP D esign 模 块 中 自 行 设 计 测 试 信 号 。A D S 能 够 直 接 将 产 生 的 测 试 信 号 通 过
G P IB 接 口 导 人 至 矢 量 信 号 发 生 器 （ 型 号 为 E4438C ) ，
控 制 VSA89600 读 取 功 放 下 变 频 后 的 信 号 ， 并支持将 数 据 导 人 到 M atlab 中处理。在 E 4 4 3 8 C 中完成基带调 制、 数模转换、 上 变 频 等 信 号 发 射 链 路 功 能 。反馈链路 由 频谱分析仪（ 型 号 为 E 4440A ) 完 成 射 频 至 中 频 的 变 换、 A / D 采 样 并 数 字 下 变 频 至 基 带 信 号 。下变频后的 数 据 经 网 线 传 输 至 VSA89600 。功 放 的 输 入 、 输出数据 可 由 Matlab 进 一 步 处 理 后 得 到 功 放 的 非 线 性 阶 数 、 记 忆 阶 数 及 相 应 的 系 数 。发射链路和接收链路的同步可 由 E 4 4 3 8 C 的 10 提供。
Abstract ： To effectively overcome time and cost of using the special circuit to obtain the actual model of the PA ( Power
Amplifier) , a scheme about measuring broadband PA is presented in the way of Agilent software and other instruments. This paper describes the operation steps of measuring broadband power amplifier nonlinearity and memory, as well as related instrument setup. The WCDMA single carrier signal excitation power amplifier with 5 MHz bandwidth is used to measure the memory intensity and nonlinearity of the power amplifier. The power amplifier model is extracted and the digital predistortion is designed. A memory polynomial model is utilized as predistortion work function. The RLS algorithm with limited memory is used to identify the predistortion coefficients in order to overcome the data saturation problem. The experimental results show that the predistortion system can reduce Adjoining Channel Power Rejection ( ACPR) of PA with 9 dB It improves the linearity of the PA and verifies the feasibility of the method.
Key words ： memory effects ； power amplifier； nonlinearity test ； predistortion
〇 引言
数字电视发射机和商业通信基站为了保障功放的 输出功率和效率， 往 往 使 其 工 作 在 饱 和 区 附 近 。若将 功放输人信号做简单的回退会带来功放效率的低下^
数估计器能自适应地更新多项式预失真器系数， 使 功放反 馈 回 来 的 信 号 7(〃 ） 充分地接近原始输人信号 %(>)， 功 放 就 能 够 线 性 地 放 大 输 人 信 号 ％(>) #
D ig n a l U P C o n v e r te r E SG 4438C
■ ■
发 射 链 路
Square ) 、RLS LM S
( Least
M ean
( R e cursive
Least
Squares
) 等算法[ 9 ]0
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LM S 算法的主要优点是结构简单， 运算量小， 存在收
第 36卷
信 号 [11]« 在 测 试 中 ， 将输人信号功率设置在功放饱和 区附近， 这 样 是 为 了 保 障 功 放 输 出 效 率 。之所以采用 宽带激励信号， 是充分利用W C D M A 信号宽带、 高峰均 比性质， 可以驱动功放到较宽的非线性动态范围， 有利 于功放非线性特性的提取。 功 放 非 线 性 提 取 过 程 见 图 4 。需 要 说 明 的 是 ， 上 位 机 软 件 V S A 89600所 获 取 的 功 放 输 人 和 输 出 信 号 可 由 M a t la b 计 算 得 到 相 应 的 频 谱 d 如 图 5 所 示 ， 可观察 到功放的非线性特性使功放输出信号产生了失真， 严 重恶化了
阶 数 K 和 记 忆 深 度 P 能够较好地表征宽带功率放大 器 的 动 态 非 线 性 行 为 。理 论 上 ， 记忆深度和非线性阶 数的数值越大， 模型越接近于实际功率放大器， 但是随 着这两个数值的增加， 计算所需的时间急剧增加， 因此 必须找到一组恰当的值， 在能够接受的计算量下得到 能 够 很 好 逼 近 实 际 数 值 的 模 型 。多项式的阶数一般取 3、 5、 7阶 等 奇 数 阶 次 ， 记 忆 深 度 一 般 为 1 0 以 内 。应用 自适应算法找到最适合的一组K 和 （ >， 并确定多项式 系 数 〜 ^ 其 中 比 较 常 用 的 有
K Q-1
F [ x ( n) ^
=
k = 1 q=0
akqx ( n ~ Q) \x (n
-
q ) \h~l
⑴
预失真器非线性阶数和记忆深度分别用表示U 图 1 描 述 了 数 字 预 失 真 系 统 结 构 Q 根据预失真后 的 信 号 z (〃） 和经过时延调整后的反馈信号y
U
)， 参
图 2 系统测试平台框图
数字预失真器能提供与功放非线性相反的工作特 性 [1]。 在 饱 和 区 附 近 ， 原始信号先经过预失真器扰动 后， 再 经 过 功 放 使 得 系 统 总 输 出 为 线 性 。然 而 ， 在宽带 调制信号激励下， 功放不仅表现出非线性， 还会呈现出 明显的 记 忆 性 [2]。 预 失 真 器 通 常 采 用 工 作 函 数 来 实 现 [3~ 。要得到 预失真器模型， 首 先 要 得 到 功 放 模 型 。通 常 的 方 法 是 设计专门的电路来提取功放输人、 输出信号， 以获取准 确 的 功 放 模 型 。该 电 路 主 要 包 括 基 带 调 制 单 元 ， 上、 下 变频单元， 时钟单元， 混频和滤波单元等诸多射频模 块， 增加了项目的风险和时间。
M H z 参考输出时钟和触发输出信号
1
功放预失真平台结构
1 . 1 数字预失真结构 有记忆功放预失真器不但能克服功放的非线性而 且 能 够 支 持 对 记 忆 性 的 补 偿 。其典型的工作函数有记 忆多项式模型、 矢 量 开 关 模 型 和 神 经 网 络 模 型 等 ^ :。 由于记忆多项式模型结构有利于软硬件的实现且能够 获得良好的效果而得到广泛应用， 其工作函数如下：
收 稿 日 期 =2016-08-25 基金项目： 浙江哲白然科学基金面上项目（ LY 17F 020024); 浙 K 抒 A 然 科 学 播 金 重 点 项 目 aZ 14F010003) 作者简介： 栾 慎 吉 （ 1979 - ) ， 男， 山东烟台人， 博士， 讲师， 主要从來 射 频 电 路 设 1 + 和数字信弓 • 处 理 研 究 。 ： Tel. ： 13185061783 ； E-mail ： luanshenji® hdu. edu. cn
IF /R F U p -C o n v e rte r
，
图 3
功放预失真器仿真台内部功能框图
需要注意的是， E 4440 A 分析带宽由所选择的组件
图 1 数 字 预 失 A :系 统 结 构
决定， 实验室配置了 40 输人信号带宽不超过5
M H z 带 宽 的 组 件 。考 虑 到 预
由 数 字 预 失 真 结 构 可 知 = F [y ( > ) 〕 ， 则
第6期
栾慎吉， 等： 有记忆功放的非线性测试及其预失真器设计
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本 文 根 据 A g i le n t 相 关 仪 器 和 实 际 功 放 搭 建 了 功 放参数提取平台， 在宽带数宇调制信号激励下设计了 功放输人、 输出信号采集方法， 对功放的非线性和记忆 性 进 行 了 测 量 和 建 模 。最终得到精确可靠的功放实际 模型， 并据此设计了数字预失真器， 明显地改进了功放 输 出 A C P R 指标。
有记忆功放的非线性测试及其预失真器设计
栾慎吉， 包建荣， 刘 超
(杭州电 子 科 技 大 学信息工程学院 ， 杭 州 31001S) 摘 要 ： 为有 效 地 克 服 设 计 专 用 电 路 获 取 功 放 实 际 模 型 带 来 的 时 间 和 成 本 开 销 问 题， 设 计 了 一 个 基 于 Agilent 仿 真 软 件 和 射 频 仪 器 的 宽 带 功 放 测 试 方 案 • 阐 述 测 量 功 放 记 忆 性 和 非 线 性 的 操 作 步 骤 及 相 关 仪 器 设 置 3 采 用 带 宽 为 5 M H z 的 WCDMA 单载波信号激励功放， 测量了功放的记忆强度和非线性， 从中提取了功放模型并设 计了数字预失真器e 预 失 真 器 工 作 函 数 采 用 记 忆 多 项 式 模 型 ， 采 用 限 记 忆 的 RLS 算法来辨识预失真器系数克服数据饱和问题。 实 际 测 试 结 果 表 明 ， 该预失真器可 以使功放输出信号的邻近信道抑制比改善9 dB， 验证了本文功放预失真器研究方 法的可行性。 关键词： 记 忆 效 应 ；功 放 ；非 线 性 测 试 ； 预失真器 中图分类号： TN 929.5 文献标志码： A 文章编号： 1006 - 7167(2 0 1 7 )06 - 0042 - 05
Nonlinear Test of Memory Power Amplifier and Design of Its Predistortion LUAN Shenji， BAO Jianrong , LIU Chao
( Information Engineering School, Hangzhou Dianzi University, Hangzhou 310018, China)
ISSN 1006 - 7 1 6 7 CN 31 - 1707 / T
令
於
念
辦
愈
冶
探
表
第 36卷 第 6 期 ¥〇l .36 H 〇 .6
2017年 6 月
Jun . 2017
R E S E A R C H A N D E X P L O R A T IO N IN L A B O R A T O R Y