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研究生论文

文

献

综

述

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射频功率放大器数字预失真技术研究仿真

摘要

主要研究了射频功率放大器的数字预失真技术。射频功率放大器本身存在固有的非线性特性，会导致系统误比特率高和相邻信道干扰严重。正交频分复用(OFDM技术广泛应用于第三代移动通信系统，但由于峰均比很高，它比其它信号对射频功率放大器的非线性更敏感，因此线性化射频功率放大器显得特别重要。

首先介绍了射频功率放大器非线性的具体表现和OFDM射频信号的特点，分析了射频功率放大器不同行为模型的特点。接着，结合自适应的知识介绍了数字预失真技术的常用算法，分析了查找表法、多项式法和神经网络法预失真的原理。结合查找表法精度高和多项式法存储空间少的优点，提出了查找表和多项式的联合预失真算法以及一种最优分段的方法，并通过仿真得出最优分段数。最后，通过仿真证实了基于最优分段数的联合预失真算法比查找表法或者多项式法的预失真效果更好。

关键词: 正交频分复用;查找表;多项式;联合预失真;最优分段

目录

摘要 (1)

1、课题的研究依据 (3)

2、课题的目的和意义 (3)

3、射频功率放大器线性化技术的研究现状 (4)

参考文献 (6)

1、课题的研究依据

无线通信技术在过去十年中有了突飞猛进的发展。通信技术的发展不仅改变了人们的通信方式，也在一定程度上改变了人们的生活方式。高数据传输速率，高频带利用率的第三代移动通信技术已经发展成熟，现在世界各国正在进行第四代通信技术的研究。射频功率放大器是无线通信系统中最关键和最昂贵的器件，也是最主要的非线性源。非恒定包络的线性调制信号通过非线性放大器后将会产生互调失真，造成频谱扩展，落于信道带内的失真增加了误码率，同时产生邻道干扰(ACI Adjacent Channel Interference)，减小系统的频带利用率。因此，新一代通信技术对功率放大器的线性度提出了很高的要求。除此之外，同步数字微波传输系统和高清数字电视系统也对放大器的线性度提出了苛刻的要求。因此，线性功率放大器设计技术已经成为通信系统的关键技术。数字预失真技术是功放线性化技术中最热门的技术。

随着无线用户的飞速发展和宽带通信业务的开展，通信频段变得越来越拥挤，在设法提高频谱效率的同时，希望提高功率效率，使用最小的功率来保持每个信道的有效链接，同时保证对相邻频段的用户产生最小的干扰，即必须在所规定的频段内传送信号。并且为了充分利用频率资源，提高系统的传输速率，线性调制技术如正交移相键控(QPSK)、十六进制正交振幅调制(16QAM)及多载波调制技术如正交频分复用(OFDM)、WCDMA等得到了越来越广泛的应用。但通信系统中的非线性器件必定会使发送信号产生非线性失真，从而对相邻信道产生不同程度的干扰。对于一个高功率的射频发射机而言，这些失真信号虽然比所要输出的信号小许多，但是它的绝对值还是很大，会对系统产生干扰，因此必须把它控制在一定的范围内。

功率放大器是通信系统中非线性最强的器件之一，其非线性失真会对无线通信系统产生诸多不良影响。它会使输出信号星座图的实部和虚部发生偏移，使眼图的眼睛闭合，导致频谱扩展而干扰邻道信号并恶化误码率。此外，失真还使系统的数据率下降，进而使系统的容量降低，或使系统信道频率间距变大而使系统的频谱利用率下降。不仅如此，功率放大器在基站中的成本比例约占1/3，这样如何有效、低成本地解决射频功率放大器的线性化问题就显得非常重要。基于这些原因射频功率放大器的线性化技术成为一个广泛活跃的研究领域。

2、课题的目的和意义

随着无线通信技术的快速发展，为了在有限的频率范围内容纳更多的通信信

道，广泛采用具有频谱利用率较高的线性调制和宽带通信的传输技术。在现代数字通信系统中，多采用QPSK或16QAM的调制方式。这些调制方式要求射频系统具有很好的线性特性，否则将会导致已调制矢量信号的幅度和相位出现偏差，同时导致频谱扩展，对邻道信号产生干扰，导致误码率的恶化。射频器件的非线性失真将恶化宽带数字传输系统的性能。这就对射频信号处理系统的线性度要求越来越高。

因此，必须寻求一种高效率失真矫正技术来弥补其非线性所造成的影响，进而提高系统的线性度，这样才能满足不断发展的通信技术要求。

一般来说，功率放大器设置在发射机天线的前级，作用是将已调制信号进行功率放大，以满足发送功率的要求，然后经过天线将其辐射到空间，保证在一定区域内的接收机可以接收到满意的信号电平，对无错误的数据进行解调并且不干扰相邻信道的通信。设计功率放大器时，如何避免失真是关键问题，我们要求功率放大器的输入信号尽量无失真地放大。若信号失真，高频信号的载波数据就会有损失。功率放大器是射频系统的关键部件，也是产生非线性的主要部件，因此改善功率放大器的线性化研究具有重大意义。

3、射频功率放大器线性化技术的研究现状

目前，国内外从学术界到企业界都对射频功率放大器的线性化技术研究十分重视。国内的东南大学、浙江大学、电子科技大学等高校都对这项技术开展了研究工作，但由于起步较晚，基本上2000年后才有这方面的研究论文发表。国内工业界只有华为、中兴少数公司有这方面的发明专利。国外学术界对这方面的研究广泛而深入，上世纪八十年代就有研究成果发表。Intersil、Maxim等公司都有专用的预失真芯片，安捷伦的射频设计软件ADS也集成了功率放大器线性化设计模块。而国内市场上的功率放大器模块在设计上基本上采用了功率回退法，这样就造成了射频功率放大器的效率低下，电源利用效率一般仅仅在1%～5%左右。所以很有必要对射频功率放大器进行深入研究，更重要的是把理论研究成果转化为市场上有竞争力的产品，使我国在第三代移动通信市场上处于领先地位。

如何实现射频功率放大器的高效率和高线性度是射频功率放大器设计制作的基本出发点。为此国内外的研究人员做了大量工作，从理论分析到实验分析都有量的研究成果出现。总结起来对射频功率放大器的线性化方法主要有两种：一个是输入功率回退的方法，另一个是采用外部电路来矫正功率放大器的非线性特性。

功率回退法是目前市场上现有功率放大器模块设计的主要设计方法，它用大功率的管子作小功率用，即用牺牲功率放大器效率的方法来提高线性度。这种方