数字预失真 (DPD) 是首选的 PA 线性化方法

数字预失真(DPD) 是首选的PA 线性化方法

?在蜂窝基站中，功率放大器(PA)消耗的电功率比其他任何组件都多，因此就服务提供商而言，PA是增大运营支出的一个重要因素。复杂的数字调制方法要求PA具有极高的线性，因此必须在远低于饱和区的范围内驱动功率放

大器，在这个区域内，PA的效率最高。为了提高PA的效率，设计师使用了数字技术，以降低波峰因数，并改善PA的线性度，从而允许PA在靠近饱和区的范围内工作。数字预失真(DPD)是首选的PA线性化方法。数字预失真算法受到了大量关注，不过还有一个关键组件，即RF反馈接收器。

?数字预失真接收器的要求

?数字预失真接收器将PA的输出从RF信号转换回数字信号，是反馈环路

的一部分(参见图1)。关键设计要求是，输入频率范围和功率大小、中频以及要数字化的带宽。在这些要求中，有些可以直接从PA的性能规范中得出，

有些是在设计时优化的。基带发送信号被上变频至载频，并被限定在由WCDMA、TD-SCDMA、CDMA2000、LTE等空中接口标准所规定的频段内。由于DPD环路的用途是测量PA传递函数，因而不必分离载频或对数字数据进行解调。PA非线性将产生奇数阶的互调分量，这些分量会在相邻通道和交替通道中形成频谱增生。3阶分量出现在3倍于期望通道带宽的范围之内(见

图2)。同样，5阶分量和7阶分量则分别处在5倍和7倍于期望通道带宽的

范围以内。因此，DPD接通器必须获得一个与正在进行线性化处理的互调分

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。针对2G 和3G 移动通信标准，市场上已有一些较成熟芯片组技术。工程师可以可以选择既有芯片组、对算法进行优化、验证来完成自己的DPD 设计。但随着LTE 、LTE-Advance 、微波宽带接入（如ODU 等）、802.11ac 以及专用通信系统的不断涌现，要求DPD 方案具有更高的带宽、及在新通信制式或客户化信号上完成功放建模和算法实现的能力。另外有一些用户仅作算法研究而不希望进行费用高昂、设计复杂的电路实现；或者需要开发自有的DPD 方案以降低BOM 成本。这些新需求都需要研发工程师拥有不同的研发和验证工具。 DPD 方案概述：一个好的研发和验证工具必须具备的性能包括：（1）性能指标如频率、调制带宽等满足系统要求（2）信号制式要具有灵活性，既可以满足标准制式系统（如2G/3G ）要求，还要可以满足客户定制化系统的要求（3）精确性（4）功放初始建模不依赖于某个特定厂商的芯片组或硬件实施方案（5）可以将开发好的数字预失真方案和其它的基带设计如CFR 或均衡等集成在一起（6）易于使用。安捷伦的数字预失真研发和验证工具包括 SystemVue W1716 DPD 预失真工具及超宽带矢量信号分析仪和矢量信号源。这套系统的主要特点包括：（1）性能高：调制带宽<=140MHz 时，频率高达50GHz ；调制带宽<=800MHz 时，频率高达26.5GHz 多载波LTE-A DPD 算法的验证

一种适用于Ku波段行波管放大器的预失真线性化器

第36卷第10期电子与信息学报 Vol.36No.10 2014年10月Journal of Electronics & Information Technology Oct. 2014 一种适用于Ku波段行波管放大器的预失真线性化器刘洁*①②胡波雄①王刚①苏小保① ①(中国科学院电子学研究所北京 100190) ②(中国科学院大学北京 100039) 摘要：随着通信技术的发展，功率放大器线性度要求日益提高。该文提出一种两支路预失真电路，在单支路预失真电路基础上加入可调衰减器和非线性发生器级联成的辅助支路，改善了单个非线性发生器增益曲线斜率不足的问题，并在ADS中代入行波管模型仿真分析。在此基础上，加工Ku波段实际预失真电路并与行波管联合实验，线性化后的行波管放大器三阶载波交调比在输入功率回退3 dB时达到12.92 dB，回退6 dB时达到22.8 dB，线性度有了明显的改善。关键词：行波管放大器；线性化；预失真；增益和相位扩张中图分类号：TN124; TN830.6 文献标识码：A 文章编号：1009-5896(2014)10-2515-06 DOI: 10.3724/SP.J.1146.2013.01820 A Predistortion Linearizer for Ku-band Traveling Wave Tube Amplifier Liu Jie①② Hu Bo-xiong① Wang Gang① Su Xiao-bao① ①(Institute of Electronics, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100190, China) ②(University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100039, China) Abstract: With the development of communication technology, the requirements of power amplifier linearity are increasing. This paper presents a kind of two-branch predistortion circuit which contains the main branch and the auxiliary branch. The main branch is a diode based nonlinear generator and the auxiliary branch consists of variable attenuator and nonlinear generator. Compared with single nonlinear generator, this two-branch predistortion circuit increases the slope of amplitude characteristic. The ADS co-simulation of Traveling Wave Tube Amplifier (TWTA) and new predistorion circuit show the improvement of linearity.Based on the analysis and simulation, a Ku-band practically predistortion cuicuit is designed and tested with the TWTA. The results of experiments show that, the Carrier to Intermodulation (C/IM3) at TWTA Input Power Back Off (IPBO) of 3 dB can reach 12.92 dB, C/IM3 at TWTA IPBO of 6 dB can reach 22.8 dB. With the linearizer, the linearity of TWTA is clearly improved. Key words: Traveling Wave Tube Amplifier (TWTA); Linearization; Predistortion; Expansion of gain and phase 1引言行波管放大器因其可靠性高、寿命长，广泛应用于卫星通信中[1]，但是其非线性失真较为严重，会产生信号幅度压缩和相位偏移，信号输入输出特性差等问题。随着通信技术的发展，对行波管放大器线性度的要求日益提高，这就要求引入线性化技术[2]改善行波管放大器的线性度[35] 。常用的线性化技术包括功率回退法、负反馈法、前馈法和预失真法等。功率回退技术通过使行波管放大器工作在小信号状态下保证其线性度，牺牲了行波管的输出功率 2013-11-20收到，2014-02-28改回 *通信作者：刘洁 lj_ant@https://www.360docs.net/doc/4b13487953.html, 和效率。负反馈技术[6,7]和前馈技术[8,9]有较高的线性化能力，但是负反馈技术带宽有限且稳定性较差，前馈技术电路复杂，要求精度高且加入的辅助放大器降低了系统的效率。预失真技术[10,11]电路简单，稳定性高，而且对线性度又有一定的改善，近些年得到很好的发展[1216] 。本文通过ADS软件仿真分析得到一种预失真电路，并加工实际电路与行波管联合测试，验证这种电路对行波管非线性改善的有效性。 2单支路预失真电路肖特基二极管是预失真电路中常用的非线性器件，利用这类二极管的非线性失真特性构建的预失真电路可以实现对行波管增益压缩和相位偏移的有

宽带功率放大器数字预失真算法设计与实现

目录第一章绪论 (1) 1.1 课题的研究背景与意义 (1) 1.2 国内外研究现状与发展前景 (2) 1.3 本文的主要工作 (4) 第二章功率放大器特性及数字预失真算法分析 (6) 2.1 功率放大器的非线性失真 (6) 2.1.1 谐波失真 (6) 2.1.2 互调失真 (6) 2.1.3 功率放大器非线性指标 (7) 2.2 功率放大器模型 (7) 2.2.1 无记忆模型 (7) 2.2.2 有记忆模型 (9) 2.3 数字预失真实现方法 (12) 2.3.1 查找表法 (13) 2.3.2 多项式法 (14) 2.3.3 神经网络法 (14) 第三章数字预失真算法设计与实现 (16) 3.1 总体方案选择 (16) 3.2 CORDIC算法设计 (17) 3.3 查找表设计 (19) 3.4 自适应系数更新 (22) 3.4.1 LMS算法 (22) 3.4.2 功放理想增益选择 (24) III

3.5 环路时延估计与补偿 (26) 3.5.1 整数时延估计与补偿 (26) 3.5.2 小数时延估计与补偿 (30) 3.6 预失真系统仿真 (32) 3.6.1 功放模型与输入信号 (32) 3.6.2 仿真结果 (34) 3.7 系统变频方案设计 (38) 3.8 FPGA实现结果 (41) 第四章数字预失真硬件平台设计 (43) 4.1 系统平台结构 (43) 4.2 关键模块设计 (44) 4.2.1 FPGA选型 (44) 4.2.2 ADC模块 (45) 4.2.3 DAC模块 (46) 4.2.4 时钟管理 (47) 4.2.5 单片机 (48) 第五章系统测试结果与分析 (49) 5.1测试环境搭建 (49) 5.2 Doherty功率放大器 (49) 5.3 调试过程与实验结果 (52) 5.3.1 确定固定环路时延与反馈信号增益 (52) 5.3.2 DPD功能调试 (56) 第六章结论与展望 (59) 致谢 (60) 参考文献 (61) 攻读硕士学位期间取得的成果 (64) IV

非线性失真定义

[编辑本段]非线性失真定义非线性失真亦称波形失真、非线性畸变，表现为音响系统输出信号与输入信号不成线性关系，由电子元器特性：曲线的非线性所引起，使输出信号中产生新的谐波成分，改变了原信号频谱，包括谐波失真、瞬态互调失真、互调失真等，非线性失真不仅会破坏音质，还有可能由于过量的高频谐波和直流分量烧毁音箱高音扬声器和低音扬声器。失真对音质的影响极大。当音响设备存在非线性失真时，会造成声音浑浊，发毛、发沙、发破、发炸或者发硬，真实感变差。音响系统的非线性失真包括削波失真、谐波失真、互调失真以及瞬态失真等，音箱过载时，也同样会声音产生非线性失真。非线性失真存在于音响系统的各个环节中，无论采取何种技术措施，想要完全消除它是不可能的。 [编辑本段]非线性失真解析一个理想的放大器，其输出信号应当如实的反映输入信号，即他们尽管在幅度上不同，时间上也可能有延迟，但波形应当是相同的。但是，在实际放大器中，由于种种原因，输入信号不可能与输入信号的波形完全相同，这种现象叫做失真。放大器产生失真的原因主要有2个： ①放大器件的工作点进入了特性曲线的非线性区，使输入信号和输出信号不再保持线性关系，这样产生的失真称为非线性失真。 ②放大器的频率特性不好，对输入信号中不同频率成分的增益不同或延时不同，这样产生的失真成为线性失真。非线性失真产生的主要原因来自两个方面： ①晶体管等特性的非线性； ②静态工作等位置设置的不合适或输入信号过大. 由于放大器件工作在非线性区而产生的非线性失真有4 种：饱和失真、截止失真、交越失真和不对称失真。在共发射极放大电路中，设输入信号V i 为正弦波，并且工作点选择在输入特性曲线的直线部分，这样它的输入电流ib 也将是正弦波。如果由于电路元件参数选择不当，使静态工作点( Q 点) 电流ICQ比较高，则对输入电流的负半周，基极总电流iB 和集电极总电流iC 都减小，使集电极电压V C 升高，形成输出电压的正半周,这个输出电压仍然是正弦波，没有失真。但是在输入电流的正半周中，当iB 由iBQ = 30μA 增加到40μA 时，iCQ随之由ICQ 增大到iCmax ，这样形成的输出电压的负半周的底部被削，不再是正弦波，产生了失真。这种由于放大器件工作到特性曲线的饱和区产生的失真，成为饱和失真。相反地,如果静态工作点电流ICQ 选择的比较低，在输入电流正半周时，输出电压无失真。但是，在输入电流的负半周，晶体管将工作到截止区，从而使输出电压的正半周的顶部被削，产生了失真。这种失真是由于放大器工作到特性曲线的截止区产

削峰和数字预失真原理及其运用

削峰与数字预失真原理及其运用

目录目录 (3) 第一章：数字预失真原理及其运用 (5) 1 功放线性化技术的引入 (5) 2 射频功放非线性失真的表征 (6) 2.1 射频功放中的三类失真 (6) 2.2 多项式系统模型 (7) 2.3 AM-AM & AM-PM模型 (8) 2.4 ACPR与EVM (11) 2.5 PA的记忆效应简介 (11) 2.5.1 记忆效应的定义 (11) 2.5.2 电学记忆效应 (13) 2.5.3 热学记忆效应 (13) 3 功放的线性化技术 (14) 3.1 功率回退 (14) 3.2前馈线性功放 (14) 3.3预失真线性功放 (14) 4 数字预失真（DPD）原理 (16) 4.1 数字预失真原理 (16) 4.2 数字预失真的实现 (17) 4.2.1 PA的模型 (18) 4.2.2 数字预失真的实现架构 (19) 4.2.3 DPD模型参数的自适应过程 (20) 4.2.4 基于LUT的数字预失真实现 (21) 5 DPD的运用 (22) 5.1 DPD在无线系统中的位置 (22) 5.2 DPD提高系统的指标 (23) 第二章：削峰原理及其运用 (24) 6 削峰技术引入的目的 (25) 6.1 峰均比定义及测量 (25) 6.2 CCDF的数学表示 (26) 7 削峰的主要指标 (27) 7.1 削峰后的PAR (27) 7.2 误差矢量幅度EVM (28) 7.3 峰值码域误差(PCDE) (29) 7.4 邻道泄漏功率比(ACPR) (29) 8 常用的削峰方法 (29) 8.1 单载波削峰方法 (29) 8.1.1 基带I/Q独立和幅度削峰算法 (30) 8.1.2 基带预补偿削峰算法 (30) 8.1.3 IF硬削峰算法 (30) 8.1.4 匹配滤波器DIF基本削峰算法 (31) 8.1.5 匹配滤波IF脉冲抵消算法 (31)

利用数字预失真线性化宽带功率放大器

利用数字预失真线性化宽带功率放大器 2. Wiener系统 Wiener模型是Volterra模型一种有意义的简化，包括一个线性滤波器，后接无记忆非线性。可以采用查询表对非线性进行模型化，也可用FIR 滤波器线性对线性滤波器进行模型化。Werner系统在模型化大多数RF功率放大器方面的有效性有限。模型参数的估算相当复杂，这使其对实时自适应没有吸引力。 3.Hammerstein系统此外，Hammerstein模型也是Volterra模型的一种简化，包含一个无记忆非线性，后跟一个线性滤波器。这是一种简单的记忆模型，其模型参数的计算比Wiener模型要简单。这种模型对模型化所有不同类型RF功放的有效性有限。 4. Wiener-Hammerstein 将一个线性滤波器、一个无记忆线性与另一个线性滤波器级联起来就构成了Weiner-Hammerstein模型。这种模型比Weiner或Hammerstein模型更加一般，包括Volterra数列许多项，可以更好地进行非线性模型化。 5. 记忆多项式限制(1)中的Volterra数列，使除了中心对角线上的项以外，各个项都为0，即只有i1=i2=i3…时hn(i1,i2,i3…) != 0，得到如式子B所示的记忆多项式模型，其中M为记忆长度，K为非线性阶数。

已经证明这种模型(及其变种)对线性化宽带功放是有效的，硬件和软件计算要求也合适。文献中也提出了上述模型的不同组合，每一种都有其优缺点。商业上可实施的前置补偿器要求能够擅长处理大量非线性行为，对不同应用可能需要不同模型。对于这些模型中的大多数而言，前置补偿器系数适合采用最小二乘法识别的间接学习架构。本文第三部分将讨论如何采用采用算术和模型简化方法的混合来实现前置补偿。在无线系统中，功放(PA)线性度和效率常是必须权衡的两个参数。工程师都在寻找一种有效而灵活的基于Volterra的自适应预失真技术，可用于实现宽带RF 功放的高线性度。本文将概述不同数字预失真技术，介绍一种创新性DPD线性化电路特有的自适应算法。本文的第二部分介绍了线性化方案对于前置补偿器具有高度精确模型的需求。下面我们将讨论如何采用采用算术和模型简化方法的混合来实现前置补偿。在GC5322前置补偿实施中，为易于实现，采用算术和模型简化方法的混合。通

通过数字预失真改善功率放大器效率

通过数字预失真改善功率放大器地效率上网时间：2007年11月22日关键字:功率放大器数字预失真DSP FPGA 无线应用中地功率放大器有望通过提供优良地线性和效率,来处理现代通信系统中所采用地复杂波形.而这并非通过构建具有更纯净性能地射频功率放大器,因为这样做会增加成本、降低效率并产生可靠性问题,今天地设计师而是选择通过采用数字预失真(DPD –Digital Pre-Distortion>技术来增加数字处理能力,该技术有助于将功率放大器(PA>地效率最大化,增加可靠性,并降低操作成本.b5E2RGbCAP 与模拟方式相比,数字技术在成本、功耗和可靠性方面提供了诸多优势.由于这些优点,老式地窄带、单载波、三重转换系统正在被数字信号处理(DSP>和DAC控制地宽带、多载波发射机所取代,DSP 和DAC产生直接IF,甚至直接RF输出到RF放大器.p1EanqFDPw 无线系统正向用户提供一系列地服务和益处.不幸地是,先进无线技术地优势往往不惜牺牲增加功耗和操作成本.现代蜂窝和无线技术,特别是数字射频通信网络,比以往任何时候发送和接收更多地数据、更多地视频以及更多地音频.如HSDPA、HSUPA、1xEVDO、WiMAX 等新标准,以及长期演进(LTE>需要更大地功耗,产生更多和更大地射频波形峰值,并允许更大地数据脉冲.因此,现代无线设备所生产地射频信号具有空前地峰值平均值比(PAR>,并在一个已经拥挤地射频频谱内存在失真地可能性.DXDiTa9E3d

由于采用空前地高功耗与现代PAR,功率放大器正在被推向之前从未有过地极限,并导致瞬变现象以及低效成本.更大地放大器可以消耗更多地功耗,从而使得短期资本支出以及长期经营费用急速膨胀.更大、更昂贵地电池需要同样地后备能力.此外,更大地功耗和生产加剧了散热和电气条件,这可能产生可靠性问题.RTCrpUDGiT 当支持先进无线技术地功放工作时,设计师和网络运营商可能选择两条路径中地一条：增加“腕力”(即功耗>或者增加“头脑”(即性能>.其中,前者有效增加了对上述成本和可靠性地关注,而后者是在功放效率最大化与严格控制频谱之前推动数字失真波形地新策略.通过采用适当地测试设备,数字预失真(DPD>技术可以实现更小、更具效率地功放,从而减少开发和运营成本,并同时提升网络与设备地可靠性.5PCzVD7HxA 无论高功率卫星地面站、多载波蜂窝基站,甚至是低功耗移动通信系统,现代发射机采用多种预失真技术来减少信道外干扰,并优化运行效率.其中最流行和最有效降低失真地方法之一就是自适应DPD.jLBHrnAILg 这种方法对发射机地输出进行采样来计算误差向量并生成校正系数,然后将其用来预校正输入信号.为了减少模拟电路失真,链路中地信号尽可能采用数字格式保存.xHAQX74J0X 图1表示了如何提取放大器输出信号地一部分,然后进行下变频以及数字化.将该数字信号提供给DSP电路,该电路实现了目前信号中地非线性分析并产生非线性校正系数.这些非线性系数用于调整传

射频功放的立方预失真线性化技术

射频功放的立方预失真线性化技术王伟旭,张玉兴 (电子科技大学,四川成都610054) 摘　要　预失真技术是射频功率放大器线性化技术中的一种,与其他线性化技术相比具有电路简单可靠、性能优良、成本低廉等优点。立方预失真技术是其中的一种,该技术易于设计调试,且性能优良。对射频功率放大器的非线性特性进行了深入的理论分析,剖析了非线性失真产生的根源。说明了预失真技术的工作原理和结构,重点讨论了立方预失真器的原理和结构,并且给出了理论和实际系统的仿真结果。关键词　线性功率放大器;立方预失真器;预失真;三阶交调中图分类号　T N722 文献标识码　A Cubic Pre 2distortion Linearization T echnique for RF Pow er Amplifier W ANG Wei 2xu ,ZH ANG Y u 2xing (UESTC ,Chengdu Sichuan 610054,China ) Abstract Pre 2distortion is one of the linearization techniques for RF power am plifier.C om pared with other linearization techniques ,it provides sim ple and reliable circuit design ,g ood per formance and relative low cost.M oreover ,it is easy to design and test.This paper analyzes non 2linearization of RF power am plifier ,explains how the pre 2distorter w orks ,discusses the principle and structure of cubic pre 2distorter ,and presents the simulation results. K ey w ords linear power am plifier ;cubic pre 2distorter ;pre 2distortion ;I M D3 收稿日期:2005212217 0　引言随着现代通信技术的发展,对功率放大器的线性度要求越来越高,对放大器的线性度改善的研究成为一个热点。主要的线性化方法有负反馈、前馈和预失真等。负反馈的主要缺点是降低放大器的增益,并且存在使放大器不稳定的风险;前馈技术虽然性能优良,但电路设计较复杂,成本高,在很多情况下使用受到限制;预失真技术在避免这些缺点的情况下,仍然可以达到较好的校正效果。其中立方预失真技术就是一种电路简单、调试方便而效果显著的方案。 1　基本原理 111　单音信号通过放大器的非线性分析由于放大器采用的器件(如晶体管)存在非线性特性,当工作在大信号状态下,其输出函数可以按泰勒级数展开。假设放大器的输入信号为: v =v 0cos (ωt ) (1) 输出信号按照泰勒级数展开为:v out =a 1v +a 2v 2 +a 3v 3 +a 4v 4 +…… (2) 将式(1)代入式(2),按照三角函数积化和差,由于正弦函数的奇次方项都含有基波分量,将所有的基波分量提出相加合并得: v out =(a 1+34a 3v 02+58a 5v 0 4 + 3564a 7v 0 6 …)v 0cos (ωt )+… (3) 如果只考虑基波的表达式,而不考虑放大器输出的高次谐波,显然,输出信号v out 的基波分量的系数就是放大器的增益。即 A =a 1+ 34a 3v 02+58a 5v 04+3564a 7v 0 6 (4) 由于a 3、a 5、a 7…为负数,则增益特性表现为所谓的压缩特性。 112　双音信号通过放大器的非线性分析假设输入信号为: v =v 1cos (ω1t )+v 2cos (ω2t ) (5) 式中,ω1和ω2相差很小。将式(5)代入式(2),整理得: 电磁场与微波

预失真线性化技术原理分析

文章编号:1000-9930(2001)01-0068-03 预失真线性化技术原理分析邬书跃1, 周少武1, 黄丹1, 张尔杨2 (1.湘潭工学院信息与电气工程系,湖南湘潭411201;2.国防科技大学电子科学与工程学院,湖南长沙410073) 摘要:对两种基本型式的预失真线性化技术数字基带预失真和射频预失真的组成原理进行了详尽的分析.结果表明,这两种技术具有线性度高、收敛速度快和便于实现等特点,因此可用于对移动发射机中的功率放大器进行线性化.图4,参8. 关键词:预失真;线性化;自适应;功率放大器中图分类号:TP391.9;TN929.5 文献标识码:A 数字网络系统发展的新趋势已经引起人们对数字移动通信系统的广泛关注.数字化系统丰富了从普通话音传输业务到数据传输业务的各种业务.在大多数数字移动无线电系统的最新研究中,人们认为像QPSK 和QAM 线性调制方法的引入理论上可以获得高的频谱效率,但它们容易给发射台的功率放大器带来非线性失真,而且由于存在RF 互调失真(通常可由放大器的AM-AM 和AM-PM 转换特性来描述)使得功放的频谱有扩展的趋势.因此线性调制方法需要有线性功率放大技术,否则移动台功率放大器会消除由于线性调制方法的应用而得到的频谱效率的任何优点.在现有移动通信系统中,对邻信道干扰的要求是非常严格的.通常要求已调信号在邻信道的辐射功率(带外发射功率)与所需功率之比应低于-60dB,即与带内信号功率相比,带外发射功率应小于-60dB~-70dB.线性放大器在某种程度上具有功率效率低的缺点,这使得它们不能满足上面所提到的邻信道干扰的严格要求.人们曾尝试对于较小邻信道干扰放宽这一严格要求,并尝试在不牺牲放大器功率效率的情况下保持高的频谱效率.然而即使在非常窄的频带系统(像30kHz 或10kHz 信道间隔系统)中,这一严格要求依然存在.在这种窄信道间隔系统中,发射机功率放大器为了实现高功率效率和低的带外发射则会遇到这一要求.为了克服这一问题,人们对用于基站和移动台的高功效非线性放大器的线性化技术进行了研究.迄今,已研究出了多种对移动发射机中功率放大器进行线性化的技术,其中主要的技术[1] 有正向前馈(feed -forward )、负反馈(negative feedback )和预失真(predistortion)技术.正向前馈法已广泛使用,然而该方法存在一定的局限性.例如,在工作环境变化时(温度、时间、工作频率及电源电压值发生改变),电路的参数变化不可能严格地保持一致,从而造成放大线性的恶化,因此其稳定性不好.同时在末级大功率合成器处构成自适应环路具有一定的技术难度,所以一般在功率合成级不便采用自适应技术.此外,该方法效率低而且设备很复杂.负反馈技术需要特别处理时延和所需的带宽,这种技术使得放大器带宽很窄,不适合宽频带放大.因此预失真技术成为对功率放大器进行线性化的理想技术.通常这种技术可使放大器得到宽的频带和宽的动态范围.这种技术的实质就是预先使放大器的输入信号在幅度和相位方面产生预定的反失真去抵消放大器内的非线性失真.产生反失真的器件称做线性化器件.图1给出了预失真线性化电路框图 . 本文对两种预失真线性化技术的组成原理及实现方法作了较为详尽的论述,介绍了该技术的应用及发展前景,并指出了今后的研究方向. 收稿日期:2000-07-22 作者简介:邬书跃(1963-),男,湖南常德人,湘潭工学院副教授,博士生,主要从事数字移动通信和自适应功放等方面的研究. 第16卷第1期2001年 3月湘潭矿业学院学报J.XIANGTAN MIN.INST.Vol.16No.1Mar. 2001

数字预失真基本原理

17 数字预失真基本原理马进（西安电子科技大学通信工程学院，陕西西安 710071）摘要对高功率放大器的失真特性进行了数学分析，介绍了数字预失真的基本原理，总结了常用的几种预失真线性化方法，着重详细介绍了查找表数学模型的建模方法。关键词功率放大器；线性化；预失真中图分类号 TN722.7+ 5 The Principle of Digital Pre-distortion Ma Jin (School of Telecommunications Engineering, Xidian University, Xi ′ an 710071, China) Abstract This paper makes a mathematical analysis of the HPA's distortion characteristic and introduces the principle of digital pre-distortion. It also summarizes some common techniques for linearizing pre-distortion with emphasis on the LUT mathematical model's modeling method. Keywords PA; linearization; pre-distortion; LUT 1 数字预失真的实测图表数字预失真的目的是改善功放的线性度，而对功放线性度评估是用ACPR 这个指标进行评估的，因此数字预失真目的就是改善功放的ACPR 指标。预失真效果见表1所示。 2 功放的非线性特性分析功放的各种失真特性[1]如下：（1）AM-AM 失真特性：就是放大器的增益压缩现象，即AM-AM 失真，可以采用非线性的多项式来表征放大器的这种特性，其数值由输入信号的幅度（AM ）决定。在射频增益一定的条件下，在数字域中，可以根据输入基带信号的幅度（功率）通过一个多项式可计算出此种非线性失真分量。常用的多项式表达式如下：表1 预失真效果载波 1 2 3 4 备注频率/MHz 870.03 871.26 872.49 873.72 750kHz,Low 47.80 750kHz,Up 45.56 1.98MHz,Low 50.65 预失真前 ACPR/dB 1.98MHz,Up 48.38 9CH 750kHz,Low 60.55 750kHz,Up 63.23 1.98MHz,Low 66.70 预失真后 ACPR/dB 1.98MHz,Up 67.17 9CH 收稿日期：2005-12-21 作者简介：马进（1979—），男，硕士研究生。研究方向：网络安全、对数字预失真。 ...554433221x a x a x a x a x a y ++++=. （2）AM-PM 失真特性：其数值与AM-AM 失真相似，也是由输入信号的幅度决定。电子科技 2006年第9期（总第204期）

预失真技术综述

预失真技术综述 1.1 数据预失真技术数据预失真技术[i][ii]是一种最为简单的预失真补偿技术，该技术是针对信号星座经过非线性卫星信道后发生扭曲变形这一现象，通过在成型滤波之前直接修改发送信号的映射星座图，使接收端尽可能接收到理想的星座，从而减小卫星信道非线性对整个系统的性能影响。根据预失真值与输入数据的前后码元是否有关，数据预失真分为无记忆数据预失真和有记忆数据预失真[iii]两种。目前这两种技术都是基于无记忆非线性卫星信道进行研究，还没有针对高速的有记忆非线性卫星信道的研究。无记忆数据预失真方法简单，易于实现，但对于有记忆的非线性信道，其补偿性能已经不能满足要求。有记忆的数据预失真可以有效降低码间串扰，提高补偿性能，但随着调制阶数和记忆长度的增加，其存储空间和计算复杂度将迅速增加，实现复杂度过大。 1.2 信号预失真技术信号预失真是在发送滤波器之后，通过修改发送信号的波形来补偿非线性失真的一种技术，其实现方法分为查询表和工作函数法两种。查询表预失真技术产生于上世纪80年代，其实现方式是把高功放的输入功率(或幅度)作为查询表的索引指针，把高功放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其对应预调整值，并将其输出给后继电路，达到线性化的目的。目前国内外已有许多学者对查询表预失真技术进行了研究。日本sony Ericsson移动通信公司提出了一种适用于手持终端的查询表自适应预失真技术，并在窄带CDMA系统中进行实验，使功放模块的功率效率增加了48%[iv]。浙江大学的毛文杰等提出了一种基于双查询表的自适应预失真结构，可使邻道干扰降低约25dB[v]。但由于常规的查询表不能有效的表示记忆特性，使得传统的查询表只能对无记忆的窄带信号进行补偿。文献[vi]采用多维表形式表示记忆非线性特性，但存在结构复杂，收敛慢的问题。工作函数预失真技术是指在非线性信道之前采用数学模型描述其逆特性，从而使整个信道呈现出线性特性。（1）基于W-H模型的自适应预失真技术 W-H模型的记忆预失真技术首先利用Wiener模型对记忆高功放进行辨识，得到LTI和无记忆非线性模型的参数，然后根据高功放的输出和系统期望输出的误差，实现对Hammerstein预失真器的自适应调整。但由于Hammerstein预失真器是

数字预失真关键技术

数字预失真关键技术
宁波大学信息科学与工程学院
刘太君
教授
博士
博导
IEEE高级会员
电子邮箱:
taijun@https://www.360docs.net/doc/4b13487953.html,
电话：158********
2009年3月27日至29日

授课大纲
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节衡量非线性的技术参数（IMD3, IP3, ACPR, EVM）第三节第四节第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

第二章数字预失真技术理论
第一节引言第节线性化技术概述第二节线性化技术述第二节第节数字预失真基本原理第三节数字预失真线性化系统第四节数字预失真器及其参数辨识第五节数字预失真器参数辨识算法第六节峰均值比及削峰技术简介第七节数字预失真器的ADS仿真

第三章第章数字预失真电路设计及实现
第一节第节引言第二节基于FPGA电路的预失真电路设计第三节预失真器参数的实时提取及实现第四节基于ASIC电路的数字预失真器设计及实现
1. 2 2. 3. 4. Intersil数字预失真线性化解决方案介绍 PMC Sierra数字预失真线性化解决方案介绍 PMC-Sierra TI数字预失真线性化解决方案介绍 Optichron数字预失真线性化解决方案介绍
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

DPD数字预失真

clc; close all; %% D?o?2úéú simout=load('qpsk_8000.mat'); simout=simout.simout; fs=2*10^8;%2é?ù?ê200Mhz st=0:length(simout)-1; s_qpsk=(simout.').*exp(j*2*pi*20000000*st/fs);%è?êμ2??aQPSKμ÷?? %% ??2¨?÷?μêyéè?? N=50;%??2¨?÷?×êy Wn1=[0.75,0.85];%1?afsμ?ò?°? Wn2=[0.15,0.25]; A=fir1(N,Wn1,'bandpass'); B=fir1(N,Wn2,'bandpass'); %% 1|?ê·?′ó fc=6*10^7;%??2¨60MHZ t=1:length(s_qpsk); s_carri=s_qpsk.*exp(j*2*pi*fc*(t-1)/fs);%é?±??μ s_carri_b=filter(A,1,s_carri);%′?í¨??2¨ h = spectrum.welch; hpsd_carri_b=psd(h,s_carri_b,'fs',fs); figure(1); plot(hpsd_carri_b);%1|?ê·?′ó?°μ?1|?ê?×?ü?è a=[1.0513+0.0904j,-0.068-0.0023j,0.0289+0.0054j,0.0542-0.29j,0.2234+0.2 317j,-0.0621-0.0932j,-0.9657-0.7028j,-0.2451-0.3735j,0.1229+0.1508j]; %a=[2.3,4.2,1.3,-1.2,-3.2,9.1,0.5,2.67,1.7]; HPA_s=volterra(a,s_carri_b); % h=spectrum.welch; hpsd=psd(h,HPA_s,'fs',fs); figure(2); plot(hpsd); %% ?¤ê§??+1|·?-----?à??ê?·¨ b=[1.0513+0.0904j,-0.068-0.0023j,0.0289+0.0054j,0.0542-0.29j,0.2234+0.2 317j,-0.0621-0.0932j,-0.9657-0.7028j,-0.2451-0.3735j,0.1229+0.1508j]; %b=[2.3,4.2,1.3,-1.2,-3.2,9.1,0.5,2.67,1.7]; w=zeros(1,length(b)); w=[0.01+0.01j,0.01+0.01j,0.01+0.01j,0.01+0.01j,0.01+0.01j,0.01+0.01j,0. 01+0.01j,0.01+0.01j,0.01+0.01j]; %w=[0.00679765478699548-0.000259498756269653i,0.00837971394159005-0.000 111941227697152i,0.0114287412467534+0.000135048972435035i,0.00999572083 062263-3.11814652641192e-07i,0.00999748855999973-1.58555811669834e-07i, 0.0100016305410513+1.47719343296075e-07i,0.00999993931875462-4.06509747 496053e-09i,0.00999995731939103-2.60788444989852e-09i,0.010000015583326 5+1.43812621935027e-09i]; s_qpsk=[0,0,s_qpsk]; u=0.05;%LMS??·¨μ?2?êy DPD_s0=zeros(1,length(HPA_s)+2); DPD_s1=zeros(1,length(HPA_s)+2); DPD_s=zeros(1,length(HPA_s)+2); LVB1=zeros(1,N+1); LVB2=zeros(1,N+1); HPA_s_p=zeros(1,length(HPA_s)+2); e=zeros(1,length(HPA_s)); y=zeros(1,length(HPA_s)+2); lamda=0.99;%QRD-RLS??·¨μ?2?êy y_q=zeros(1,length(HPA_s)+2);

先进数字预失真理论及应用

先进数字预失真理论及应用功率放大器(Power Amplifier,PA)是无线通信系统中主要的非线性器件。数字预失真(Digital PreDistortion,DPD)以其成本低、编程灵活等优点成为目前射频前端的主流线性化技术。未来DPD的发展趋势主要集中在宽带应用场景下的低复杂度结构及算法研究。模数转换器(Analog-to-Digital Converter,ADC)是DPD系统反馈回路中功耗较大、成本较高的器件之一。本文围绕降低ADC量化精度的要求与ADC的采样速率展开研究,前者能降低系统功耗与成本,以应对基站"小型化",后者则能在降低功耗的同时降低反馈信号带宽,来应对"大带宽"的趋势。除此之外,本文还会解决DPD系统中存在的诸多关键问题。传统的DPD系统依赖于带宽不低于原始信号5倍且量化精度足够高的反馈信号,使得DPD在面向宽带应用的时候受到很大限制。本文考虑降低ADC的量化精度降低到极端情况下的1比特,并对此时的DPD算法进行理论推导,证明单比特DPD系统的可行性。同时本文对单比特DPD系统中存在的问题逐一提出了解决方案,包括基于单比特采样数据的频域时间对齐算法,迭代步长的估计,系统复杂度的分析,并通过实验测试验证单比特DPD系统的线性化性能。此外本文在此基础上提出一种改进的单比特DPD系统,即前向建模辅助的单比特DPD参数提取方法,也被证明能够有效对宽带功放进行线性化。在宽带场景下一方面DPD系统反馈带宽受限,另一方面传统模型精度的提升也很困难。为此本文阐述一种采用频谱外推思想的方法,在迭代的过程中不断地用降低采样速率的反馈数据来恢复出真实的功放输出,从而能够进一步得到精确的DPD参数。本文也对频谱外推算法的数值稳定性进行理论分析,并提出一种提高算法数

自适应数字预失真的FPGA实现

自适应数字预失真的FPGA 实现苏惠明 (西安外事学院计算机中心　陕西西安　710077) 摘　要:数字预失真技术在软件仿真方面已取得长足进步,但在硬件实现上还存在着很大的不足。利用设计的实验平台,在窄带通信系统中不考虑记忆效应的情况下,提出了一种基于查询表的能够有效抑制器件噪声的自适应数字预失真方案。经FP GA 实现该方案后,可以明显降低噪声和交调干扰,实验结果较为理想。关键词:数字预失真;FP GA ;记忆效应;滤波器中图分类号:TN91 文献标识码:B 文章编号:10042373X (2008)132156203 R ealization of Adaptive Digital Predistortion by FPG A SU Huiming (Computer Center ,Xi ′an International University ,Xi ′an ,710077,China ) Abstract :Digital predistortion technology in the simulation software has made great progress ,but in hardware realization there is a great shortage.Based on the narrow communication systems and disregarding memory effects ,the paper describes an adaptive digital predistortion method which can restrain the noise effect caused by applications.Realized by FP GA ,it can obvi 2ously reduce noise and cross 2interference ,and achieve perfect experimental result. K eywords :digital predistortion ;FP GA ;memory effects ;filter 收稿日期:2007212215 数字预失真技术目前已在软件仿真的基础上提出了大量的方案,但毕竟从软件仿真到硬件实现是有很长一段距离的:一方面硬件环境很难完全在仿真中体现,诸如量化噪声、器件噪声等;另一方面硬件约束,如资源限制,处理速度等也是软件仿真中很难考虑完全的。记忆效应和器件噪声是实际电路中无法消除的两个负面因素,本文介绍了消除器件噪声影响进行的一些工作。1　实验平台图1是实验平台框图,绿色虚框部分在FP GA (Al 2tera :EP1S25F672C7)内实现,其中,成型滤波器:64倍上采样的数字升余弦滚降滤波器;R/P 和P/R :直角坐标转极坐标和极坐标转直角坐标转换,采用“CORDIC 算法”[1];ADC 和DAC :14位数/模、模/数转换器。介于耦合回路中时延比较固定,采用固定长度延时器补偿,延时器的最大精度为基带时钟周期:1/56μs ;对于下变频器晶振与基带板晶振之间存在的频偏,通过载波同步环路[2]消除。 HPA 属于AB 类的SSPA ,其特点是相位失真几乎可以忽略,幅幅传输特性可用Rapp 模型[3] 进行描述: F AM/AM (u )= K 3u 1+( K 3u Q sat )2S 1/2S (1) 式中,K 为放大倍数,u 为输入信号幅度,S 为光滑因子,Q sat 为饱和输出幅度,图2为K =1时,不同(S ,Q sat )对应的工作曲线:自上而下的蓝线对应的系数分别是(8,0.5),(6,0.5),(4,0.5),(2,0.5),(4,0.4)。对于Q sat 相等的SSPA ,S 越大则1dB 压缩点越高,线性工作区域越长,性能越好。理论上,经过数字预失真处理后所能达到的最佳效果是将SSPA 的线性工作区域保证在u ∈[0,Q sat )(实际上工作点无法达到Q sat ),图中绿线为对应于Q sat =0.5的SSPA 理论线性工作曲线。在Q sat 相等的情况下,不同S 的SSPA 经过预失真后所能保证的线性工作区域是相同的。换言之,通过数字预失真技术可以降低对H PA 的设计要求。为充分避免记忆效应的影响,实验平台信源波特率为7/8Mb/s [4]。由于物理器件本身的特性,反馈信号中的随机分量是不可消除的,图3是在FP GA 内(图1中A ,B 点处)获得的对应曲线,单位是ADC 和DAC 的量化间隔。图中,整个工作范围是一条具有一定宽度的 “带” (与图6的仿真结果吻合),如果该随机分量得不到适当的抑制,经预失真后会被以某种形式放大输出,造成性能恶化。电子技术苏惠明:自适应数字预失真的FP GA 实现