宽带射频功率放大器记忆效应的研究
基于记忆多项式的射频功放模型研究
Ａ＝ｐ ｎ （） ， ｉｖｘ Ｚ
（） ４
其 中 ， ｐｎ（是 求伪 逆 的算 法 ． ｉｖ多项式模型可 由图 １ ２ ）
描述 ．
特 陛都非常明显． 上述通用无记忆非线性 Ｈ Ａ 模 Ｐ
型 ，对于描述窄带射频功放的 Ａ Ａ 和 Ａ Ｐ Ｍ／ Ｍ Ｍ／Ｍ 特性 曲线具有很好的效果 ，但对于宽带调制信号 ，
第２ 卷 第 ３ １ 期
２ ０ 年 ９月 ０８
宁 波 大 学 学 报 （理 工 版 ）
Ｊ Ｒ ＡＬＯ ＮＧ Ｏ Ｕ ＶＥ Ｓ Ｔ ＮＳ Ｅ） ＯＵ Ｎ ＦＮＩ Ｂ ＮＩ Ｒ Ｉ Ｙ（ Ｅ
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文章编 号 ：０ １５ ３ ２ ０ ０ —２ ３０ １ ０ —１ ２（ ０ ８） ３０ ９ —４
性 曲线是最简单的方法 ， 可用于有效仿真． ａｐ Ｒ ｐ 模
型 是 专 门用 于 固态 功 率 放 大 器 （ｏｉ ＳａｅＰ ｗｅ Ｓ ｌ ｔ ｏ ｒ ｄ ｔ
收稿 日期 ：２ ０—７１． ０７０－１ 宁波 大学 学报 （ 工版 ）网址 ：ｈｐ／ ｘ ． ｕｅｕｃ 理 ｔ ：３ｂｎ ． ． ｔ／ ｂ ｄ ｎ 基金 项 目 ：ｌ 自然科 学基 金 （ ０７ ０６） 江 省 自然 科学 基金 （ ０３ ７ ；宁波 市 自然科学 基 金 （ ０ ７ ６ ００ ）． 訇家 ６ ７ １６ ；浙 Ｙ１６ ６ ） ２ ０ Ａ １０ ６
射频 功 率放 大器会 呈现 出严重 的 电记忆 效应 ， 其非
线性是动态的非线性． 因此 ， 具有记 忆效应 的多项
式模型更适合表征宽带射频功放的特性．
１１ 传统 记忆 多项 式 ．
Ｋｍ 等人… 出一种具有记忆效应 的多项式 ｉ 提 来表示射频功放的动态的非线性 ，表达式可写为 ：
射频功率放大器的研究与设计
射频功率放大器的研究与设计一、本文概述随着无线通信技术的飞速发展，射频功率放大器作为无线通信系统中的关键组件，其性能对整体系统的性能具有重要影响。
本文旨在深入研究射频功率放大器的设计原理、优化方法以及实现技术，旨在提升功率放大器的效率、线性度和可靠性，以满足现代无线通信系统对高性能功率放大器的迫切需求。
本文首先介绍了射频功率放大器的基本原理和分类，分析了不同类型功率放大器的优缺点及适用场景。
随后，详细阐述了功率放大器的设计流程和关键参数，包括增益、效率、线性度等，并探讨了影响这些参数的主要因素。
在此基础上，本文重点研究了功率放大器的线性化技术和效率提升方法，包括预失真、反馈控制、功率合成等，旨在通过优化电路设计、材料选择和工艺实现等手段，提高功率放大器的整体性能。
本文还关注功率放大器的可靠性问题，分析了功率放大器在工作过程中可能出现的失效模式和原因，并提出了相应的改进措施。
通过对功率放大器可靠性设计的探讨，本文旨在为工程师提供实用的设计指导，以提高功率放大器的稳定性和可靠性。
本文总结了射频功率放大器的研究现状和发展趋势，展望了未来功率放大器可能的技术创新和应用领域。
通过本文的研究与设计，希望能够为射频功率放大器的发展和应用提供有益的参考和借鉴。
二、射频功率放大器的基本原理射频功率放大器是无线通信系统中的关键组件，其主要功能是将低功率的射频信号放大到足够高的功率水平，以便在无线信道中进行有效的传输。
射频功率放大器的基本原理可以从线性放大器和非线性放大器两个方面来阐述。
线性放大器在放大信号时，保持输入信号与输出信号之间的线性关系。
这意味着放大器的增益在输入信号的整个动态范围内是恒定的。
线性放大器通常用于需要低失真度和高线性度的应用，如调制和解调过程。
线性放大器的设计需要考虑增益平坦度、噪声系数和线性度等关键指标。
非线性放大器则允许输出信号与输入信号之间存在一定的非线性关系。
这种非线性特性可能会导致信号失真，但在某些应用中，如通信系统中的功率放大，非线性放大器能够提供更高的效率。
射频功率放大器的研究
射频功率放大器的研究作者：张磊来源：《电子技术与软件工程》2016年第16期摘要随着现代通信技术的不断发展，射频功率放大器在通信系统中的应用越来越广泛，它主要是用来将小信号在指定频段高效率的将其放大，再利用馈线系统将放大的信号传送给发射天线。
由此可见，通信系统中的大部分能量都被射频功率放大器所消耗，因此，对于射频电路设计来说，怎样进一步提高射频功率放大器的工作效率和输出功率是研究的重点也是难点。
本文首先分析了我国射频功率放大器的研究现状，并对射频功率放大器进行了简要的概述，然后以E类功率放大器为基础进行深入的研究。
另外，本文还深入的分析了功率合成器，旨在提高输出功率。
【关键词】射频功率放大器功率合成 E类功率放大器射频功率放大器是各种无线发射机中十分关键的组成部分，对现代通信系统有非常重要的意义，它主要被用来将射频小信号在指定工作频段高效率的放大，然后再将其传送给发射天线。
要想使整个通信系统的水平得到进一步提高，提高射频功率放大器的输出功率、工作效率等指标至关重要。
目前，4G无线通信网络被广泛应用于各个领域，为了尽可能的满足人们的生产和生活需求，提高通信速率和频带利用率是重要手段，但在此过程中，也使得通信系统中的调试方式越来越复杂，再加上数字传输技术的出现，在提高工作效率及线性度方面都给射频功率放大器提出了更高的要求。
1 射频功率放大器国内的研究现状我国涉足射频领域较晚，很多方面与国外相比还处于初级阶段，再加上军工产品的禁运限制，很多先进的射频功率放大器无法运往国内。
功率放大器的应用极为广泛，涉及到的领域包括航天科技、卫星通信、军用通信等，因此，充分了解和掌握射频电路设计核心技术，进一步提高半导体方面的工艺设计，是提高射频技术的唯一途径。
值得庆幸的是，我国对于高精度设备的设计和产生给予了高度重视，越来越多的专家学者致力于射频技术的研究，这就使得国内的射频技术也得到了很大程度的提高，取得的成果也较为瞩目。
基于记忆效应的射频功放建模和线性化研究的开题报告
基于记忆效应的射频功放建模和线性化研究的开题报告一、研究背景和意义射频功放广泛应用于通信、雷达、导航等领域，是无线通信系统中的重要元器件。
传统的射频功放存在许多问题，如效率低、非线性失真、带宽不足等，这些问题不仅影响了系统的性能和可靠性，还限制了系统的发展潜力。
因此，射频功放的建模和线性化研究具有重要的理论和应用价值。
本课题的研究目的是建立一种基于记忆效应的射频功放建模和线性化方法，用于提高射频功放的效率和线性度。
该方法不仅可以有效地解决传统射频功放存在的问题，而且可以为无线通信系统的高速、高频、高可靠性发展提供技术支持，具有较高的实用价值。
二、研究内容和方法1. 射频功放的建模方法研究：在考虑单项和交叉项的情况下，研究各种材料中的电介质常数如何准确地计算，并提出基于记忆效应的射频功放的建模方法。
2. 射频功放的线性化方法研究：考虑到传统线性化方法会引入噪声并使功率效率降低，本研究将结合固态回路和信号处理，提出一种基于记忆效应的高效低噪声线性化方法。
3. 射频功放的实验验证：建立基于记忆效应的射频功放实验平台，对比传统方法的性能差异，评估新技术的可行性和实用性。
三、研究预期结果通过研究基于记忆效应的射频功放建模和线性化方法，预期结果如下：1. 提出一种新型的射频功放建模和线性化方法，具有较高的效率和线性度。
2. 通过实验验证，证明该方法可以有效地提高射频功放的性能和可靠性。
3. 为无线通信系统的高速、高频、高可靠性发展提供技术支持，具有较高的实用价值和经济效益。
四、可行性分析本研究涉及的技术和理论基础较为成熟，已有许多相关的研究成果。
在现有的基础上，本研究将结合理论分析和实验验证相结合，提出一种新型的射频功放建模和线性化方法，具有较高的可行性。
五、研究进度安排1. 前期准备（2022年1月-2022年6月）：阅读文献、了解相关理论和技术，并编写开题报告和选题方案。
2. 研究方案设计（2022年7月-2022年12月）：根据研究目标和研究内容，设计详细的研究方案和实验方案，并进行相关验证。
宽带系统中有记忆大功率功放的数字预失真器研究
（ ａ ｇｚ ｏ ａ ｚ ｉ ｅｓｔ ， Ｈ ｎ ｈｏ １ ０ ８， ｉａ）
Ａｂ ｔａ ｔ Ｂ ｓ ｄ ｏ ｈ ｄ ａ ｄ ｉ ｐ ｔｓｇ ａ ｔ ｉｈ ｐ ａ －ｏ ａ ｅａ ｅｐ ｗｅ ａ ｉｓ （ ＡＰＲ） ｉｉ ｌ ｓｒ ｃ ： ａ ｅ ｎ ｔ ｅ ｗｉｅ ｂ ｎ ｎ ｕ ｉ ｎ ｌｗｉｈ ｈｇ ｅ ｋ ｔ －ｖ ｒ ｇ ｏ ｒｒ ｔ ｏ Ｐ ，ａ ｄｇ ｔ ａ ｐ ｅ ｉｔ ｒｅ ｃ ｅ ｈ ｔｃ ｍｂ ｎ ｓＰＡＰＲ ｕ ｐ ｅ ｓｏ ｅ ｈ ｏｏ ｙ ｗｉｈ ａ ａ ｔｖ ｉｉａ ｒ ｄｓｏ ｔ ｎ ｔ ｃ — ｒ ｄ ｓｏ ｔ ｒｓｈ ｍｅｔ ａ ｏ ｉｅ ｓ ｐ ｒ ｓ ｉｎ ｔｃ ｎ ｌ ｇ ｔ ｄ ｐ ｉｅｄ ｇｔ ｌｐ ｅ ｉｔ ｒｉ ｅ ｈ ｏ ｎ ｌｇ ｓｐ ｅ ｅ ｔ Ｔｈ ｅ ｋ ｃ ｕ ｔｒ ｃｉｎ ａｇ ｒｔ ｍ ｎ ｄ ｐ ｉｅ ｐ ｅ ｉｔ ｒｉｎ ａｇ ｒｔ ｍ ａ ｅｂ ｅ ｎ — ｏ ｏ ｙ ｉ ｒ ｓ ｎ ． ｅ ｐ ａ ｏ ｎ ｅ ａ ｔ ｌｏ ｉｈ ａ ｄ ａ ａ ｔｖ ｒ ｄ ｓｏ ｔｏ ｌ ｏ ｉｈ ｈ ｖ ｅ ｎ ａ ａ ｏ
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第３ １卷 第 ６期 ２０ ０ ８年 １ ２月
电 子 器 件
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功率放大器中的记忆效应汇总
第三章射频功率放大器的记忆效应记忆效应,定义为由带宽决定的非线性效应，是本章的主题.射频功率放大器在 现代无线电通信中起着重要的作用，然而其相应的设计目标却使得功放的性能优化 变得十分困难.在第二章中已经讨论过线性，一会儿将在第3.1节中研究直流到射频 的转换质量，它包括了射频功率放大器的主要问题，也就是线性和效率之间的平衡问 题.为了提高此平衡，功放可以通过设计来达到高的效率，然而却牺牲了线性.于是,需要通过外部的线性化方法来使功放满足线性要求 .然而不幸地是，记忆效应却引起 了信号波段内互调音调的变化.尽管记忆效应并没有显著地减少功放本身的线性，却降低了所用的线性化方法 的性能，因此使得效率和线性之间的平衡产生恶化在3.1节中定义了功放效率，3.2节讨论了最常用的线性化方法以及记忆效应对 其的影响.然后3.3节,3.4节,3.5节讲述射频功率放大器内部不同类型的记忆效应 例如区分由非常量阻抗引起的电记忆效应和由动态自我加热引起的电热记忆效 应.3.5节介绍了在适当信号幅度时出现的由幅度决定的记忆效应3.1效率功放的效率描述了被转换为射频功率的直流功率部分 ，表示如下:“OUTn其中，P OUT 是输出射频功率，是来自直流源的功率.然而，附加功率效应(PAE),考虑到了输入信号的功率，表示如下:其中，P IN 是输入信号的功率,G 是功放的增益.(3+1) (3,2)移动电话的最大发射功率通常在1V左右,基站的功率更高.然而,调制器或上变频混频器只能够产生1mW以下的发射信号.结果,在发射链路中需要一个大的功率增益,它使用一级一级的级联来产生期望的输出特性.两级级联的总效率计算如下：(3*3)□ TOT其中1和耳2分别是第一级的集电级效率和第二级的漏级效率（非附加功率效应PAE）, G2是末级的增益.从（3.3）可以看出,系统的总效率主要由末级的效率决定.假设末级效率是50%对应增益是15 dB.如果前级效率从20%曾加到30%总效率只增加了1%（从46%变到47%）上面的计算表明，若要提高总体效率，必须提高末级效率.因此，大部分努力应该放在末级效率和线性的平衡上.由于功放的前级设计不会有太大问题，本书将重点放在功放末级的设计上.多级功放设计也会遇到一些额外的困难，这起因于级间的匹配，例如，文献中［1-3］已详细涵盖了这些改进措施，本书中没有必要再进行重复，即使是这里出现的测试设备和分析，同样可以引申到多级功率放大器来.3.2线性化3.2.1线性化和效率在A类放大器中，回退是用来满足线性需求的传统方法.一旦输出功率从最大值开始减小,幅度变换和失真产物的数量也减小.不幸的是，回退降低了效率，所以是一种不引人注意的功放线性化方法.图3.1描述了一个A类放大器在不同回退值下的IM3（即三阶互调）标准（它是效率的函数）.此仿真中使用了一个三阶多项式输入-输出功放模型,结果表明,当IM3较低时,效率迅速下降.好的线性的同时还要兼顾合理的效率，就必须采用一些线性化方法.线性化的主要思 想就是功放本身的设计能在牺牲线性的前提下达到良好的效率 ，然后再通过外部线 性化来满足线性的要求.这在图3.1中被论证.我们假设IM3是F5dBc.如果不进行线 性化,满足IM3的回退值会产生一个接近10%勺效率.图中较低的曲线描述了线性化的IM3值,在达到同样线性的情况下,功放的效率比20泌要好.在这个例子中,功放的功 率消耗减小量多于二分之一.上文的计算仅仅考虑了功放的功耗，但是实际上，线性化也会消耗一大部分功率. 假定输出功率被压缩了 0.25 dB,这是现化无线电功放的一个标准值.现在,输出需要 ]（）0.25; 10 _ ] = 6%的额外功率来恢复基本的输出信号功率，额外的1%足够用 来删除大约-25-dBc IM3成分.因此，用来恢复基本的和删除IM3信号的总共额外功率接近功放输出功率的7%,这并不过多.然而,这却足够影响到线性化电路的效率和 结构.3.2.2线性化方法[5-7]中详细介绍了一些线性化方法.这里仅简单介绍了一些最常用的种类，表 3.1是对其做的一个简短的比较.反馈应用普遍，只要反馈回路有足够的增量增益，它就能抑制失真.为了增加环 路增益,通常采用笛卡尔形式［图3.2（a ）］或极坐标形式的基带误差放大器.环路内部 o o o 2 6 8 ■ ■■■ 畐PA I linearized PAlefficiency II increases by ifactor of two■ I I I ■15 2( Efficiency%25 30 35图3.1在独立和线性化结构中功率放大器的线性（是效率的函数） 在传统的功放设计中，效率和线性是相互对立的需求 ，如果设计目标是要达到良必须的上下转换增加了噪声源和环路延迟，限制线性化电路的稳定带宽在100 kHz以下. 由于功放受驱动接近压缩, 环路增益和带宽也随信号幅度变化, 使得系统分析更加复杂.多频功放通常采用前馈. 这里, 主功放产生的失真通过从主功放输出送到线性成分来得到. 此失真信号被辅助功放放大并最终从输出中去除. 由于这样的排列不含反馈环路, 所以没有稳定性限制, 但是合路器和移相器的带宽限制了补偿带宽. 然而, 反馈环路中所需的移相器和衰减器对谐音十分敏感, 使用线性辅助放大器显著地降低了总体效率.预失真［见图3.2（c）］在功率放大器之前对信号进行扩展.因此，前置补偿功放对可当作一个线性的电路.原则上讲,尽管预失真需要一个缓慢的反馈以适应其预失真功能, 它仍然是一种功率高效的, 多频率的线性化方法. 一个简单的射频前置补偿器可能仅仅包含两个偏压二极管,或者预失真信号可以在数字基带内产生,这需要使用适合的查询表.最后一种广泛使用的方法被称作包络消除和恢复（EER）,或者称作Kahn发射机.此时, 通过限幅器将幅度信息从载波中移除, 然后通过调制功放的电源又将其送回.因此，可以达到轨道对轨道的驱动以及高效率.然而,EER对载波路径（仅传输相位信息）和供给调制路径（仅包含幅度信息）的时间差和相位差十分敏感3.2.3线性化和记忆效应不同的线性化方法的复杂程度不同，所以它们对记忆效应的敏感度也不同.表3.1中对现行的一些线性化方法做了简短的比较3.1复杂性效率 带宽 补偿性能 产生记忆效应的主要原因 笛卡尔反馈适中 高 窄 高 回路带宽 前馈高 适中 高 高 无源器件EER 适中高 适中 低 时间延迟 (b) main PA P REDFAaux PAVout A P REDVin (c)图3.2线性化原理（a ）笛卡尔反馈（b ）射频反馈（C ）预失真（PRED 弋表前置补偿器）反馈系统（例如笛卡尔反馈）对功放内部的记忆效应十分不敏感，这是因为它们实际上对输出失真进行抽样并试图用足够的环路增益来去除输出失真.然而,为了使回路稳定,必须限制带宽，这就使得载波远处的补偿减小.前馈的方法同样直接对输出失真进行抽样，然后从输出中放大并送去补偿.在这里,主要的记忆效应来源于对辅助路径和无源元件的频率响应，辅助路径和无源元件可能使得载波远处的补偿减小.主要关注前置放大器双减/加回路调谐的复杂性.EERT法基于两个信号路径（一个针对相位信息，另一个针对幅度信息）的匹配.我们主要关注的是这些信号路径的延迟和线性数字和模拟射频预失真是让人感兴趣的事物，这是因为在功放之前，失真便被校正了.因此,线性化电路的输出功率较小，并且效率不成问题，例如,前馈系统中的辅助放大器.然而,预失真系统依靠的是功放非线性的精确反转复制，这就意味着不仅记忆效应有高的敏感度，漂移也有.通常,前置补偿器需要一些缓适应.数字前置补偿器在本质上更具灵活性，但是需要高带宽和数字基带的动态范围，并且前置补偿器和功放之间所有的基带和中频（IF）滤波器都对记忆效应有影响.本书中大量讨论涉及模拟射频预失真系统的实现，或降低功放记忆效应到这样的一个低水平（可以使用一个简单的无记忆数字前置补偿器）.尽管如此,这里展示的分析方法还是对其它的大多数线性化方法适用对任何线性化电路最简化的方法就是将它看成一个删除者：产生了某一定量的失真,并且必须用此失真的精确的反相复制来消除好的抵消性能对功放失真成分和线性化电路产生的信号成分间的幅度和相位匹配有着很严格的要求.图3.3（a）证明了这种抵消.剩余的IM成分功率可用余弦定理计算,图（3.4）给出了给定量抵消的所需匹配,△彷是相位误差,△ A是幅度误差.图3.3（b）给出了相应的数字值.例如,为了在互调水平内达到一个25-dB的减少量,在整个信号和IM 波段内,相位误差不得超过2至3 ,增益匹配△A/A （增益平坦 度）优于0.25 dB （3%的幅度误差）.CANC = 10 log( 1-2(1 ) + (1+ 畀F) (3.4) 图3.3清楚地图解了记忆效应的重要性.在一个有记忆效应的功放内，失真元件 的幅度和相位由于调制频率（双音信号间的音频间距）和幅度的作用而变化.补偿信号必须在整个调制带宽内跟踪实际的互调信号，并且跟踪任何会引起补 偿性能恶化的调制幅度或调制频率.图3.4对此做出说明.IM 信号的相对相位随着调制频率而变化，但是在一个简单 的模拟前置补偿器内，预失真信号在相位固定时通常没有记忆.为避免这类问题，可 以使用一个更复杂的数字前置补偿器运算法则，即采用一个前馈放大器，或采用一个 记忆效应效能较低的功放图3.3 （a ）失真补偿的原理（b ）已达到的补偿（是相位误差和幅度误差的函数）失真成分是随着信号瞬时幅度和调制频率变化的确定性信号 .然而,在相同情况下,它们表现却相似.本书的主要贡献就是查明了在信号变化的情况下，失真成分 如何运行.这能帮助改进功放以达到好的补偿（使用简单射频前置补偿器型的线性化 方法，此方法通常不会提供足够的补偿）。
通信系统中功率放大器记忆效应研究
摘要 ： 在研究无线通信系统的射频功率放大器问题中 ， 了保证通信系统 中功率放大器 减小记忆效应的影响 ， 为 通过理 论推导 分析 了双音信号输人情况 下记忆效应的存在。在 Ａ Ｓ Ｄ 环境下创 建数字基 带预失 真结构 电路 ， 别放入记 忆和无记忆 功放 分 行为模型进行仿真 ， 结果表明记忆效应 的存在限制线性性 能改善约 ８ Ｂ ｄ 。提 出了一 种记忆补偿 电路 ， 同等 功放条件下 能快
ｅｖ ｏｍ ｎ ， ｎ ｕ ｍ ｍ ｒ ｎ ｍ ｒ — ｅｓ ｅ ａｉｒ ｄｌｆ Ａｉｔ ｔｅ ｉｔ ａｅ ａｄｐｅ— ｉｏ ｉ ｒ ｎ ｉ ｎ ｅ ｔ ａｄｐ ｔ ｅ ｏ ａｄｍｅ ｏ ｒ ｙ ｙ ｌｓ ｂｈｖｏ ｍｏｅ ｏ ｏｈ ｇ ａ ｂｓｂｎ ｒ ｄｓ ｒｏ ｃ － ｌ ａ Ｐ ｎ ｄｉ ｌ ｔｔ ｎ ｉ
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基于记忆多项式模型的射频功率放大器的线性化研究
基于记忆多项式模型的射频功率放大器的线性化研究
作者：周晨昱张倩吴贞宇
来源：《科技与创新》2017年第03期
摘要：由于放大器存在非线性效应，将造成信号的包络波动，产生交调失真和频谱扩展，而随着无线通信的迅速发展，功放的线性化研究也变得越来越重要。
主要研究了基于记忆多项式的数字预失真模型和功放模型的参数估计算法，以使预失真算法能够对宽带和带记忆效应的功放产生更加理想的线性化作用，并通过搭建软硬件联合的闭环测试系统进行了测试。
关键词：功率放大器；线性化；数字预失真；记忆多项式
中图分类号：TM933.3 文献标识码：A DOI：10.15913/ki.kjycx.2017.03.024。
宽带功率放大器记忆非线性失真补偿算法的仿 真与性能优化
王者，苗圃
中[4]。常用的辨识算法有最小二乘法(LS)，Kwong 于 1992 年提出的经典变步长最小均方法(LMS) [5]， 递归最小二乘法(RLS)以及卡尔曼滤波法。 针对功率放大器非线性特性引入的非线性失真问题， 本文对功率放大器的预失真补偿技术进行研究， 建立基于 Volterra 级数的预失真器数学模型，分别采用 LS，RLS，LMS，Kalman 滤波算法对 Volterra 预 失真器进行参数辨识，以最小均方误差作为衡量指标，对四种算法进行参数优化，进而构建出有效的 Volterra 预失真器。
Figure 1. AM-AM and AM-PM feature simulation 图 1. AM-AM 及 AM-PM 特性仿真
从图中可以看出，输入信号经功率放大器放大后，幅度并不是线性放大，并且输出信号与输入信号 相位差不为 0， 即功率放大器具有非线性放大的特性。 同时实际功率放大器总存在一定程度的记忆效应， 即指功率放大器当前输出同时取决于当前的输入信号以及过去时刻的输入信号，在宽带通信系统中，功 率放大器呈现出显著的记忆非线性。 为对功率放大器非线性记忆特性进行更好描述， 需建立功率放大器模型。 依据建模方式及目的不同， 功率放大器的模型可分为物理模型和行为模型，其中物理模型是依据电路、元件相互关系并利用基本电 路定律形成非线性方程，适合电路级仿真，但物理模型需要较多器件内部详细信息并且计算复杂度高。
Keywords
Power Amplifier, Predistortion Technology, Volterra Series, Parameter Identification
宽带功率放大器记忆非线性失真补偿算法的仿 真与性能优化
射频功放建模及其延时匹配的研究
射频功放建模及其延时匹配的研究赵晓晨;邱应强;盛艳萍;黄华灿【摘要】介绍了记忆多项式模型结构,使用载波频率为2.14 GHz、带宽5 MHz的单载波3GPPFDD WCDMA信号作为测试信号,经过一个额定输出功率为8 W的射频功率放大器,并采用基于查找表的记忆多项式方法对其建模.采用了快速的延时匹配算法,有效抑制了延时估计偏差及输入输出信号相位幅度的改变对建模的影响.【期刊名称】《微型机与应用》【年(卷),期】2010(029)009【总页数】3页(P47-49)【关键词】数字预失真;射频功放建模;记忆多项式;延时匹配【作者】赵晓晨;邱应强;盛艳萍;黄华灿【作者单位】华侨大学,信息科学与工程学院,福建,泉州,362021;华侨大学,信息科学与工程学院,福建,泉州,362021;华侨大学,信息科学与工程学院,福建,泉州,362021;华侨大学,信息科学与工程学院,福建,泉州,362021【正文语种】中文【中图分类】TP802+.7数字预失真技术具有电源效率高、功放成本低、散热量小、系统实现难度低等优越性。
同时随着数字技术的高速发展，使得数字预失真系统的实现成本越来越低，而性能却不断得到提高。
由于数字预失真系统自身所具备的各种优势，它正逐渐成为未来无线通信系统中射频大功率放大器的主要线性化技术。
在WCDMA基站和移动台的发射机中，从复杂性和成本的角度出发，最重要的成分是射频(RF)部分的功率放大器。
由于系统采用了带宽受限的线性调制方式，邻信道载波间的频谱泄漏取决于功率放大器(PA)的线性。
此外，宽带射频功率放大器也会呈现出严重的电记忆效应，其非线性呈现为动态的非线性[1-2]。
因此，建立射频功放的动态非线性模型显得至关重要。
有记忆预失真的研究已经成为数字预失真领域的一个新兴的研究方向。
1 记忆多项式模型无记忆效应的失真是由功放的AM/AM和AM/PM失真引起的，输出信号的幅度和相位变化是当前输入信号幅度的函数。
带记忆效应的射频功放数字基带预失真
邮局订阅号：８２－９４６３６０元／年技术创新电子设计《ＰＬＣ技术应用２００例》您的论文得到两院院士关注１引言作为无线通信系统中的主要模块，射频功放的非线性特性和效率是人们关注的焦点。
射频功放的非线性所引起的频谱扩展会对邻道信号产生干扰，而且带内失真也会增加误码率。
随着新业务的发展（如ＷＣＤＭＡ、ＷＩＭＡＸ，无线ＩＰ网络等，采用ＭＰＳＫ、ＯＦＤＭ等调试方式），具有多载波、宽频带、高峰均比等特性，对于射频功放的线性度提出了更高的要求。
因此，功放预失真器设计的优劣对无线通信系统发射机整体性能的影响是非常大的。
本文详细阐述了射频功放的记忆效应产生的原因及其对数字预失真系统的影响，介绍了可用于描述带记忆效应的功放模型，并提出了可用于带记忆效应功放的数字预失真算法。
通过计算机仿真和实验应用，论证了该算法能有效改善射频功放记忆效应的影响，大大提高了数字预失真系统的准确性和实用性，从而改善无线通信系统发射机的整体性能。
２带记忆效应的数字预失真技术功放的记忆效应主要是由于传输时延、器件特性随温度变化以及器件的频率响应所产生，即功放当前的输出信号不仅与当前的输入信号相关而且与过去的输入信号相关。
对于ＯＦＤＭ等宽频带信号，功放的记忆效应对于信号传输影响变得很大。
发射机功放从本质上来说是一种强记忆效应的功放，对于这种强记忆效应功放，仅仅使用不带记忆效应的预失真器进行补偿的话效果非常有限。
因此，为了更加好的补偿记忆功放的非线性，发射机功放预失真器的设计也必须考虑记忆效应。
２．１功放记忆模型在非线性系统理论中，经常采用Ｗｉｅｎｅｒ模型、Ｈａｍｍｅｒｓｔｅｉｎ模型、Ｖｏｌｔｅｒｒａ级数模型建模记忆性非线性系统，论文论述了以上模型的等效性。
Ｗｉｅｎｅｒ模型和Ｈａｍｍｅｒｓｔｅｉｎ模型的参数最少而且最容易通过数字器件来实现，但是准确有效的识别其模型参数依然非常艰巨的任务。
如图１，Ｈａｍｍｅｒｓｔｅｉｎ模型是由一个无记忆的非线性系统（ＮＬ）级联一个线性时不变系统（ＬＴＩ），Ｗｉｅｎｅｒ模型其实和Ｈａｍｍｅｒｓｔｅｉｎ模型相似，只不过是把后者的两个子系统交换了。
在射频功放中的特别记忆效应的测量技术
在射频功放中的特别记忆效应的测量技术一些有用的东西：平坦的记忆效应对功放本身来说并没有任何害处。
相位旋转在10度到20度之间或者振幅改变少于0.5dB对于设计的ACPR性能不会造成明显的影响。
虽然如此，当线性化技术用来取消IM边带时候情况就会完全改变。
预失真，比如，是一种线性化方法，用来产生和失真产物相比振幅相同相位相反的信号成分。
图2（b）是一个例证。
当IM3边带随着调制频率的改变向前或向后旋转，但是预失真信号通常有一个恒量的相位，这很明显的是对于这种方法记忆效应限制最大限度的能达到的消除性能。
不幸的是，大多数其他的线性化方法都有这类似的缺点。
结果，在一些应用中记忆效应使得线性化的效率低下。
电记忆效应：为了确定记忆效应的后果，很重要的是研究为什么实际功放设计和多项式模型不同。
我们第一步需要转移我们的注意力到由电引起的记忆效应。
建模非线性行为的原理意味着多项式是不够的，因为它不能够将2个额外的因素加入进去。
第一，虽然（1）模拟了输入输出关系，但是它的格式关系中忽略了一个事实，那就是在1节点的失真成分创造出更高阶的，等等。
比如，基射级两级间的阻抗的非线性引起晶体管基极的非线性响应，并且这些非线性响应产生新的在RPI或者其他非线性机制的产物。
第二，（1）并不有效因为在晶体管放大器中往往有超过1个非线性机制在发生。
因此，为了增加对失真机制的认识，晶体管放大器将被认为由2个多项式层叠成的（仍然高度简化）。
第一个多项式可以被认为是在vin和vbe之间的非线性转移函数，第一个被认为是vbe和iout之间的。
图3（a）显示了在第一块中的输出【或者（1）】，并且IM3成分的振幅可以从（3）计算出来。
在第二块中这个多频信号是输入信号，并且输出IM3是由其他频率成分混合成的。
比如，包络信号（w2-w1）和上双音信号（w2）将被混合成在后面块中的二阶非线性，这个结果产生一个IM3信号。
同样的，上输入信号的二次谐波（2w2）和负频率边的下输入信号（-w1）将产生一个IM3信号。
CREE射频功放提高视频带宽降低记忆效应设计分析
CREE 射频功放提高视频带宽降低记忆效应设计分析
CGH40045F-TB 漏级偏置电路采用对称设计，主要分析原因在于降低偏置网络阻抗，提高视频带宽VBW，从而减小功放管的电记忆效应。
图1 CGH40045-TB PCB 图
以下简单介绍下VBW 与电记忆效应：
低阻抗通路的带宽被称为视频带宽（VBW），范围为100KHz~200MHz，个人理解为调制信号的带宽，即信道带宽，跟输入的调制信号有关。
功率管的记忆效应分为热记忆效应和电记忆效应，热记忆效应主要跟晶体管沟道温度周期有关，电记忆效应主要来源于功率放大电路的直流偏置。
记忆效应的本质在于当前的时刻不仅跟输入信号有关，还跟过去的某一时刻有关，体现在增益和相位上。
当功放管在数字预失真方案中，减小记忆效应对功放的影响显的尤为重。
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2.提出了射频功率放大器记忆效应的分析方法。在宽带通信系统中,放大器的记忆效应十分显著,传统的无记忆模型无法分析由记忆效应引起的现象。本文在深入分析记忆效应的表现形式和产生机理的基础上,提出了基于Hammerstein模型和Volterra级数模型的记忆效应分析方法,分别对有记忆功放的特性曲线和IMD不对称现象进行分析,使理论模型和实际观测到的现象能够很好地吻合。
作者:何军
学位授予单位:电子科技大学
1.学位论文金哲宽带通信中有记忆射频功率放大器的建模与预失真方法2007
随着用户数量的迅速增长和宽带通信业务的开展,现有的通信频段已经变得越来越拥挤。为了提高频谱利用率,现代无线通信系统中广泛采用了非恒包络的线性调制方式和多载波技术,这对射频功率放大器的线性度提出了很高的要求。而为了提高功率效率,一般让射频功率放大器工作在接近饱和点,此时非线性变得十分严重。要解决功率效率和频谱效率间的矛盾,线性化技术十分关键。
3.提出了基于小波网络的射频功率放大器建模方法。在该方法中,采用延时复值小波网络构造有记忆功放模型,并将训练样本、小波函数和放大器本身的特性相结合,对模型进行初始化,然后运用梯度算法训练模型中的复参数。由于复值网络能直接处理放大器输入、输出信号的复包络,所以模型的结构比较简单。仿真结果表明,相比于文献中的BP神经网络模型,所建立的模型有较快的收敛速度和较好的时、频域性能。
2.学位论文王可小波包多载波通信系统的符号定时同步与峰均功率比问题研究2008
随着对实时多媒体及互联网络接入等宽带通信业务需求的不断增加,第四代
无线通信系统(4G)的设计被提上日程,4G所要求的极高信息传输速率使得多
载波调制成为4G系统中的关键技术。多载波调制大大提高了无线频谱利用率,
具有广阔的发展空间。基于小波包变换的多载波通信系统结合了多载波调制和小
电子科技大学
硕士学位论文
宽带射频功率放大器记忆效应的研究
姓名:何军
申请学位级别:硕士
专业:电路与系统
指导教师:鲍景富
20090301
宽带射频功率放大器记忆效应的研究
程试验中常用的部分因子设计,分别提出了基于均匀设计的SLM方案和基于正
交设计的PTS方案,并将两种算法应用于WPDM系统中。改进的SLM方案通
过查取均匀表进行表值转换来生成旋转向量,克服了传统SLM算法中通过随机
方式生成旋转向量而致使其均匀性不足的缺点,仿真结果证明了改进的SLM算
法可以在不增加任何系统复杂度的情况下获得比传统SLM技术更好的PAPR性
能;改进PTS算法中的旋转向量生成方法与改进的SLM技术相似,不同之处是
通过正交表来指导的。根据正交设计的性质,改进PTS算法的结果具有规律性,
通过参数估计可估计出最佳的旋转向量。仿真结果证实了改进的PTS算法在大
大降低运算量的同时获得了与传统PTS相接近的PAPR性能。
文中又尝试了将降低OFDM系统PAPR技术中的限幅类技术移植到WPDM
预失真是一种有广阔发展前景的线性化技术,其效果的好坏,与所建立的功放模型有着密切的联系。在近年来迅速发展的WCDMA和OFDM等宽带通信系统中,射频功率放大器的记忆效应显著,传统的无记忆建模和预失真技术,很难获得理想的效果。
本论文运用非线性系统的相关理论和方法,对宽带通信系统中,有记忆射频功放的建模和预失真方法进行了研究,主要内容如下。
种基于新的变换函数的压缩扩展算法,新的压缩扩展函数扩展了小信号功率,压
缩了大信号功率,并且保持均值功率附近的中值信号不变,最大程度的保持系统
的正交性,维持系统抗噪性能,仿真结果证明了新的压缩扩展函数在降低系统
PAPR上的有效性,在整体性能上是两种常用的压缩扩展算法的折衷。
关键词:小波包多载波调制,符号定时同步,面向判决的最大似然估计,峰均功率比,部分因子设计,选择性映射,部分传输序列
4.阐述了预失真技术的原理,着重研究了基于查询表和基于工作函数的预失真器实现方法,并对二者的特点进行了比较。
5.提出了基于简化Volterra级数的放大器预失真线性化方法。一般形式的Volterra模型由于参数数量庞大,很难直接用于高阶有记忆预失真器设计。本文建立了一种基于简化Volterra级数的预失真方法。该方法首先结合放大器自身的特性,对一般形式的Volterra模型进行简化,并在此基础上构建预失真器。预失真系统的实现采用间接学习结构,并运用限定记忆递推最小二乘算法更新预失真器参数,以提高线性化系统实时跟踪功放特性变化的能力,减小在线辨识所需的数据存储空间和计算量。最后,通过计链接:/Thesis_Y1463224.aspx
授权使用:四川大学(scdx),授权号:a3c866aa-3038-43f6-b1c9-9e460182067c
下载时间:2010年12月8日
系统中。提出了交织限幅法,交织是一种概率类技术,仿真证实了交织技术可获
得与SLM技术相近的PAPR性能;但作为概率类技术的一种,它不能保证将系
统的PAPR降至门限值以下。文中同时证明了直接限幅法对WPDM系统的影响
小于功率放大器的非线性影响,所以在WPDM系统中可以进行直接限幅,结合
交织与限幅技术可很好的改善WPDM系统的PAPR性能;文中最后又提出了一
结果表明新算法大大提高了系统的同步恢复能力。
本文的第二部分是对WPDM系统的峰均功率比(PAPR)进行了研究,对比
了不同小波包基函数和不同子载波路数对系统峰均功率比的影响。着重介绍了两
种常用的降低OFDM系统峰均功率比的概率类技术—选择性映射(SLM)和
部分传输序列(PTS)。针对两种技术在旋转向量生成算法上的不足,引入了工
信系统的调制方案。在描述了符号定时偏差对小波包多载波通信系统的影响后,
着重介绍了现有的应用于WPDM系统的面向判决最大似然估计(MLDD)符号
定时同步算法,通过对该算法的分析,指出算法在外来突发延时影响下需要较长
时间才能恢复同步。针对这种情况,提出了一种基于模糊控制的改进算法。通过
在系统内引入了模糊控制模块对原有算法的估计值进行补偿,以加速收敛。仿真
波包函数的特点,具有抗衰落和抗干扰能力强、频谱效率高、易于实现多速率传
输等众多优良特性。本文针对小波包多载波通信系统的符号定时同步和峰均功率
比问题进行了研究,主要内容包括如下几个方面。
首先对小波/小波包理论进行了详细的介绍,分析了几种基于小波/小波包变
换的多载波调制方案,选择了小波包复用(WPDM)作为本文中小波包多载波通