基于消除失真系数的HPA非线性校正方法

基于消除失真系数的HPA 非线性校正方法

李漪丽，耿玉龙

中国传媒大学信息工程学院，北京 (100024)

E-mail ：ripply3@

摘 要：本文提出一种高功率放大器非线性校正方法。它通过预校正技术，消除HPA 的 Taylor 级数表达式中产生非线性的失真系数，实现HPA 的非线性校正。仿真结果表明，较好地补偿了HPA 的非线性失真。

关键词：高功率放大器（HPA ），非线性，Taylor 级数，预失真

中图分类号：TN934.1

1．引言

高功率放大器（HPA ）在数字调幅广播（DRM ）信号发射系统中起着重要的作用。DRM 采用编码正交频分复用（COFDM ）的传输方法，具有很高的信号峰均值功率比（PAPR ）。当高峰均比的信号经过HPA 时，就会产生严重的非线性失真，引起谐波、互调（Inter modulation ，IM ）和交调（Cross modulation ，CM ）干扰。因此，就有必要对HPA 进行非线性校正。

减少HPA 非线性失真的方法，目前主要有功率回退法，它通过减小放大器的输入信号功率，使其工作在线性放大区，其缺点是放大器的利用率低。另一种方法是补偿放大器的非线性，先对输入信号进行预失真处理，然后与HPA 的非线性失真相互抵消。这样既可以满足COFDM 传输方法对发射信号线性的要求，又可以提高HPA 的工作效率。

本文采用的预失真方法，作用在基带数字域，通过对信号的预失真处理，减小放大器多项式中高阶次失真系数对信号非线性失真产生的影响，实现对SSPA 型HPA 的非线性补偿[4]。

2．理论分析

我们可以利用Taylor 级数，对无记忆功率放大器非线性进行分析。当信号通过一个无记忆非线性系统后的输出信号可以表示为

23123()()()()o i i i s t c s t c s t c s t =+++K （2.1） 其中()i s t 和()o s t 分别表示非线性系统的输入和输出信号，表示放大器增益、和表示二次、三次失真系数。 实验表明，对于适度的非线性系统，当时，足够小，为简化研究可将其忽略，（2.1）简化为

1c 2c 3c 3i >i c 20123()()()()i i i 3s t c s t c s t c s t =++ （2.2） 设输入信号是频率为双音信号1()(cos(2)cos(2))i 2s t A f t f t ππ=+，则根据（2.2）式

201122123

312223322121311333231232121()(cos 2cos 2)[(cos 2cos 2)][(cos 2cos 2)]99cos 2()()cos 2()cos 244

33cos 2(2)cos 2(2)cos 2(44

s t c A f t f t c A f t f t c A f t f t c A c A f f t c A c A f t c A c A f t c A f f t c A f f t c A f πππππππππππ=++++

+=+−+++++−+−+2π222321223123333213132)113cos(22)cos(22)cos 2(2)224

311cos 2(2)cos(23)cos(23)444

f t c A f t c A f t c A f f t c A f f t c A f t c A f t ππππππ++⋅+⋅+++++⋅+⋅ 由式中划线部分可以看出影响输入信号的非线性。于是，设想只要对输入信号进行预失真处理，使其经过HPA 后等高次项系数的值趋近0，就可以减少HPA 的非线性失真，从而提高信号的线性度3c 3c [1][2]。

3．系统仿真与分析

3.1 SSPA 型放大器预失真系数的推导

为验证所提的预失真方法的可行性和有效性，我们采用固态功率放大器（SSPA ），对DRM 系统进行仿真。SSPA 的相位失真相对较小，几乎达到可以忽略的程度，只需考虑其幅度AM/AM 失真，令其响应函数为

21/2()(1)p p r

f r r =+ （3.1）

其中的是光滑因子，为输入信号的幅度，p r ()f r 为输出信号的幅度。仿真中选取=1，则（3.1）式变为p 21/2()(1)r f r r =+，其Taylor 展开式为3513()28

f r r r r =−+ 采用预失真技术，将输入信号变形为

2342345()p r r a r a r a r a r =++++5再代入2345234521/2234521/22345()(1)(1())

r a r a r a r a r p f p p r a r a r a r a r ++++==++++++。 为达到抑制信号非线性的目的，要求 ()()f p f r r =≈。将()f p 进行Taylor 展开，消除展开式中的2次以上的高次项，可得当2345130,,0,28

a a a a ==

==时，()f p r =，输出信号呈线性[3]。 3.2系统仿真

具有预失真的DRM 基带系统Matlab 仿真框图如图3.1所示。随机产生4QAM 调制信号，进行串并变换后被调制在228路子载波上，进行IFFT 变换后形成OFDM 基带信号，分别对I 、Q 分量进行预失真处理，最后经并串转换、滤波、上变频、HPA 后形成射频的发射信号。在接收端进行下变频、滤波、串并转换、FFT 还原为数字基带信号，通过星座图检验预校正的效果。仿真示意图如图3.1所示[4]。

图3.1 DRM仿真示意图

3.3仿真结果

图3.2为无预失真和有预失真时HPA输出信号的功率谱和接收端信号星座图的比较。从图中可以看出使用预失真技术比不使用预失真技术较好地补偿了HPA的非线性失真。

（a）射频信号功率谱密度（b）接收信号星座图

图3.2 有无预失真的信号功率谱密度和星座图比较

4．结论

本文提出了一种采用预校正技术，消除HPA的 Taylor级数表达式中产生非线性的失真系数的方法，实现HPA的非线性校正。该方法不仅适用于DRM发射系统的HPA非线性校正，也适用于OFDM调制技术的数字音视频广播系统（DAB和DVB）中。