记忆功放的预失真线性化方案
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( 6)
预失真 器输 出为
Q K
际 的记忆 功放 一般 都 是 高 阶非 线 性 系 统 , 辨识 其 逆 模 型很 困难 , 算很 复 杂 。( ) 失真器 参数 的 自适 计 2预 应 调整 困难 。 当放 大 器 特 性 发 生变 化 时 , 系统 性 能
会 迅速 下降 。 因此 本文 采用 间接 学 习结 构 。 图 6为基 带 预失真 系统框 图 。该 系统需 要设 置
第 3 5卷 第 5期
21 0 1年 l O月
南 昌大 学 学报 ( 科 版 ) 理
J u n lo n h n i e st ( t r lS i n e o r a fNa c a g Un v r i Na u a ce c ) y
Vo | 5 NO 5 l3 .
0c .2 1 t O1
文 章 编 号 : 0 60 6 ( 0 1 0 — 4 00 1 0 -4 4 2 1 ) 5 0 9 — 5
记 忆 功 放 的预 失真 线性 化 方 案
赵庆敏 , 万 亮
( 昌大 学 信 息 工 程 学 院 , 西 南 昌 3 0 3 ) 南 江 30 1
摘 要 : 多 载 波 宽 带 发 射 机 中 , 频 功 放 存 在 固有 的非 线 性 特 性 与 记 忆 效 应 在 功 放 输 出产 生 了 AM/ 在 射 AM 与 AM/ P 失 真 , 而 带 来 了 频谱 扩 展 与 带 内 失 真 问 题 , 重 影 响 了通 信 质 量 。为 了能 同时 补 偿 功 放 的非 线 性 失 真 与 记 忆 M 进 严 效 应 , 建 了基 于 间 接 学 习 结 构 的 预 失 真 系 统 , 结 合 L 构 并 S算 法 辨识 预失 真器 的参 数 。仿 真 结 果 表 明 该 预 失 真 系 统 能很 好地 补偿 功放 的 非 线性 失 真 及记 忆效 应 失 真 , 高 了功 放 的线 性 度 与 效 率 。 提 关键 词 : 率放大器 ; 忆效应 ; 失真 ; 功 记 预 间接 学 习结 构
一
( )
( ) 7
式 ( )中 : , 和 . )分别表 示输 入 、 出信 号 。 7 ( ) y 2 ( 输 K
为模 型 的阶数 , Q为模 型 的记 忆 深度 。
33 L . S算法
个 自适应估 计 器 , 用 预失 真 器 输 出 与 反馈 信 号 利
图 5为对应 于式 ( )的预 失真 器 的结 构 。 5
2 预 失真 线 性化 原 理
数 字预 失真 的基 本原 理是 在功 率放 大器 之前 插
入预 失 真器 , 预失 真 器 具 有 与 功 率放 大 器 非 线 性 相 反 的特性 , 而使 两 个 非 线 性 系 统 的级 联 整 体 呈 现 从
Ab / su
第 5期
赵 庆 敏 等 : 忆 功 放 的预 失 真 线 性 化 方 案 记
AM/ M 特 征 P
拿 一 。
I
差一 0
i — O
—
、
O2 04 06 08 . . . . 1O . 12 . 14 .
球
磐
O O
Ab / su
的误差 来调 整 自适应估 计器 的参 数值 。 自适应估 计 器 和 预失 真 器 结 构 完 全 相 同 。 当 自适 应算 法 收 敛
后 , 估计 器 的参数值 复 制到预 失 真器 , 后 断开估 将 然
图 6中将 ( 与 自适 应估 计器 输 出 z ( 进 行 ) )
比较 , 残差 8 )一 ( ) 得 ( 一 ( , P )调整 自 ) 用 (
适 应估计 器 参数 。 自适应算 法 收敛后 , 自适 应估 当 将 计 器参 数 复制 到预失 真 器 中 , 时 认 为 功 率放 大 器 这 输 出 z ( )是输 入信 号 ( )的线性 放大 。 自适应 估计 器 的输 出为
是 功 放 AM/ AM 和 AM/ M 失 真 特性 曲线 呈 现 P
模 糊 或 发 散 的 现 象 ( 1 ; 是 双 音 测 试 时 , 放 输 图 )二 功
出信 号 的频谱 出现 上下 边带 不对 称 的现象 ( 2 。 图 )
图 1显示 了放 大 器 的 AM/ AM, AM/ M 特 性 P
降l 。近年 来 各 种 记 忆 查 找 表 预 失 真 方 法 层 出 不 5 ] 穷 _ 。文献 [ ] 出 了一 种 简 化 的滤 波 查 询 表 预 6 ] 6提
失真方 法 , 该方 法 由一 个 无 记忆 预 失 真 器 系 统 串联
一
曲线呈 现发散 状 态 。图 2显 示双 音测试 输 出信 号 的
为线 性特 性 ( 图 4 。这方 法 的实 质 是 利用 预 失 真 见 )
器 预先 产生 一个 失 真信号 在 幅度 与相位 上 与功放 失
真 特性 相抵 消 。
图 5 三 阶 多项 式预 失真 器 结 构
3 预 失真 系统 实现 方 案
3 1 预 失 真 系统 .
旦 匦
自适应 预失 真 系统一般 分 为直接 学 习结 构 和问
AM, M 特征 A
一
0 O 0 0
一 —
-- ■-一
个 自适应 滤波 器 子 系 统构 成 , 能有 效 解 决 放 大器
— --, . -. 一
,-
_ _
一
一
带来 的失 真 问题 。查 找表 方法 是 目前数 字预 失真技
-
术 的主流 , 但存 在 收 敛 速度 慢 的不 足 。 因为 查 询表
( 2)
频谱 出现 了奇 阶互 调 分量 , 中三 阶 , 阶互 调上 下 其 五
边 频 出 现 明 显 的不 对 称 性 。
图 3显 示 宽 带 信 号激 励 下 , 放 的增 益 曲线 呈 功
现 明显 的离 散状态 。
式 ( )中 :。a ,。为预失 真器 参数 , 2 a , a 为待 求参数 。
模 型描述 :
Y— b3 +bz +bz lp 2 ; a; 2
预失 真 器特性 也用 三阶 多项式 模 型描述 :
zD— a1 z+ a2 x + a3c 。 5
() 1
图 2 功 放 双 音 测 试 频 谱 图
式 ( )中 : ,。b 为功 放模 型参 数 , 已知参 数 。 1 b b ,。 为
将式 ( ) 入式 ( ) 到式 ( ) 2 代 1 得 3: Y— ba z+ ( 1 2 ;z + (13 22 12 11 6a +ba ) 6a + ba a 2
+ ba ) 。 3 z () 3
如果 预失 真器 收敛 , 功放 输入输 出呈 线性 关 系 ,
吕
∞
南 昌大 学 学 报 ( 科 版 ) 理
接 学 习结构 。直 接学 习 结 构缺 点 是 ( ) 1 需要 先 辨 识 出功 放 的模 型 , 再求 其逆模 型作 为 预失真 器 的参 数 。 当功 放模 型 比较 简单 时 , 这种 方 法 是 可行 的 。但 实
A() 一∑ l 一 z X
项 式 预失 真 器 形 式[ 。文 献 [ 1 采 用 非 线 性 抽 8 1]
头延 时 多项 式 模 型 的预 失 真器 , 采 用 基 于 QR 分 并 解 的 RL S算 法 计 算 预 失 真器 的 系 数 。Votra级 l r e 数 , mmesen模 型 , 经 网络 等 可 以 用 于 表 示 Ha rti 神 记忆 非线性 特 点 的数 学 形 式 , 被 用 于记 忆 预 失 真 都 器 的研究 l _ 1 。近 年 来基 于神 经 网络 的 自适 应 预 失 真 器得 到一 定 的发 展 , 是 神 经 网 络 预失 真 器 计 算 但 复 杂 , 度不 够 高 , 现 困难 l 精 实 _ 】 。有 记 忆 预 失 真 技 术 研究 不够 深入 , 因此 需要 针 对 有 记 忆 功放 系统 研 究 记忆 预失 真技术 引。
变化 而变 化 。功放 记 忆 效 应 主要 表 现 在 两 个方 面 :
一
系 。数字 预失 真技术 指 在功放 之前 插入 同功 放相反 特性 的 预失真 器 , 使得 预 失 真 器 和 功放 级 联 后 的 系
统 总体呈 现线 性特性 l 。早期 的数 字预失 真技 术 多 _ 4 ] 采用 查 询表方 式 , 随着 传输 信号 带宽 的不 断增加 , 但 功 放 的记忆效 应 显著 增 加 , 得 查 询 表 不能 准 确 表 使 示 宽带 功放 的记 忆 非 线性 特 性 。在 宽 带 应 用 时 , 若 仍 然沿 用无 记忆 预 失 真技 术 , 线 性 化 效果 急 剧 下 则
图 1 功 放 AM/ AM 与 AM/ M 特 性 曲 线 P
i
i
i
l
( b)
l
输 入 信 号度 图 4 数 字 预 失 真 的基 本 原 理
}
一
一
勰 t 一i —t ^l 。 b“ — 1 址
,
L— 。 L一 二 —
为便 于分 析 , 功率 放 大器 特 性 用三 阶多 项式 设
即有 :
f1 6 a1一 G
磐
b 口 + b口 一 0 12 2
() 4
l1 3 2 l 1 2 b a 一 0 ba + baa + 3
求解 式 ( ) 得 到 预失真 器参数 为 : 4,
输入信号功率/B d m
f G
图 3 宽 带 信 号 激 励 下 功 放 增 益 特 性 曲线
难 以表示 记忆 非线 性 特 性 , 以人们 倾 向于 记 忆 多 所
收 稿 日期 : 0 0 1 —0。 2 1 —0 2 作 者 简 介 : 庆敏 ( 9 4 ) 女 , 教 授 。 赵 1 6一 , 副
0
0- 0. 0. 0. 10 12 14 2 4 6 8 . . .
I 一
图1 ~图 3表 明功 放在 宽带 应 用 时存 在 明显 的
1一 j 一 一 a 2
( 5 )
非线 性 失真 及记 忆效 应 。下 面 内容 将构 建预 失 真线
性化 系 统补 偿功 放 的非线 性失 真与 记忆 效应 。
Gb I .一 a  ̄g 3 一2
放效 率 和频谱 效率 矛盾 的关键 。功率放 大器 的线 性 化技 术是 目前 克服 功率 放大 器非 线性影 响 的主流 方 案口 。在 宽带 应用 时 , 放 的特性 随着 工 作 频 率 的 ] 功
不 同而 变化 。这种 功放 的非 线性 特性带 宽依 赖现 象
称 为记 忆效应 , 因此 , 种情 况下 的功 率放 大器是 存 这 在 记忆 效应 的[ 。在 宽 带 应 用 时 , 放 的记 忆 效 应 2 ] 功 显 著 , AM/ 其 AM 、 AM/ M 特 性 曲线 都 呈 发 散 状 P
态, 随着信 号带 宽 的增 加 , 功放 的记忆 效应 会显 著增 强_ ] 3 。数字 预失 真是 一 种 有 广 阔发 展 前 景 的功 放 线性 化技 术 , 与放 大 器 的模 型有 着 十 分 密 切 的关 它
1 功 放 的 记 忆 效 应
记 忆效 应在 时域 上指 功放 当前 时刻 的输 出信号 不仅 与 当前 时 刻 的输 入 信号 有 关 , 且 还 与 之前 时 而 刻 的输入信 号 有关 , 频 域 上 指放 大 器 的幅 度 和 相 在 位特 性依 赖于 输入 信 号 的包 络 频 率 , 随着 包 络 频 率
中 图 分 类 号 : N9 T 2 文献标志码 : A
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 。 在无 线通 信系 统 中 , 率 效 率 和频 谱 效 率 是 一对 迫 功
切需 要解 决 的矛盾 , 而功 放 的线性 化 技 术 是 解决 功
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预失真 器输 出为
Q K
际 的记忆 功放 一般 都 是 高 阶非 线 性 系 统 , 辨识 其 逆 模 型很 困难 , 算很 复 杂 。( ) 失真器 参数 的 自适 计 2预 应 调整 困难 。 当放 大 器 特 性 发 生变 化 时 , 系统 性 能
会 迅速 下降 。 因此 本文 采用 间接 学 习结 构 。 图 6为基 带 预失真 系统框 图 。该 系统需 要设 置
第 3 5卷 第 5期
21 0 1年 l O月
南 昌大 学 学报 ( 科 版 ) 理
J u n lo n h n i e st ( t r lS i n e o r a fNa c a g Un v r i Na u a ce c ) y
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文 章 编 号 : 0 60 6 ( 0 1 0 — 4 00 1 0 -4 4 2 1 ) 5 0 9 — 5
记 忆 功 放 的预 失真 线性 化 方 案
赵庆敏 , 万 亮
( 昌大 学 信 息 工 程 学 院 , 西 南 昌 3 0 3 ) 南 江 30 1
摘 要 : 多 载 波 宽 带 发 射 机 中 , 频 功 放 存 在 固有 的非 线 性 特 性 与 记 忆 效 应 在 功 放 输 出产 生 了 AM/ 在 射 AM 与 AM/ P 失 真 , 而 带 来 了 频谱 扩 展 与 带 内 失 真 问 题 , 重 影 响 了通 信 质 量 。为 了能 同时 补 偿 功 放 的非 线 性 失 真 与 记 忆 M 进 严 效 应 , 建 了基 于 间 接 学 习 结 构 的 预 失 真 系 统 , 结 合 L 构 并 S算 法 辨识 预失 真器 的参 数 。仿 真 结 果 表 明 该 预 失 真 系 统 能很 好地 补偿 功放 的 非 线性 失 真 及记 忆效 应 失 真 , 高 了功 放 的线 性 度 与 效 率 。 提 关键 词 : 率放大器 ; 忆效应 ; 失真 ; 功 记 预 间接 学 习结 构
一
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式 ( )中 : , 和 . )分别表 示输 入 、 出信 号 。 7 ( ) y 2 ( 输 K
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33 L . S算法
个 自适应估 计 器 , 用 预失 真 器 输 出 与 反馈 信 号 利
图 5为对应 于式 ( )的预 失真 器 的结 构 。 5
2 预 失真 线 性化 原 理
数 字预 失真 的基 本原 理是 在功 率放 大器 之前 插
入预 失 真器 , 预失 真 器 具 有 与 功 率放 大 器 非 线 性 相 反 的特性 , 而使 两 个 非 线 性 系 统 的级 联 整 体 呈 现 从
Ab / su
第 5期
赵 庆 敏 等 : 忆 功 放 的预 失 真 线 性 化 方 案 记
AM/ M 特 征 P
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图 6中将 ( 与 自适 应估 计器 输 出 z ( 进 行 ) )
比较 , 残差 8 )一 ( ) 得 ( 一 ( , P )调整 自 ) 用 (
适 应估计 器 参数 。 自适应算 法 收敛后 , 自适 应估 当 将 计 器参 数 复制 到预失 真 器 中 , 时 认 为 功 率放 大 器 这 输 出 z ( )是输 入信 号 ( )的线性 放大 。 自适应 估计 器 的输 出为
是 功 放 AM/ AM 和 AM/ M 失 真 特性 曲线 呈 现 P
模 糊 或 发 散 的 现 象 ( 1 ; 是 双 音 测 试 时 , 放 输 图 )二 功
出信 号 的频谱 出现 上下 边带 不对 称 的现象 ( 2 。 图 )
图 1显示 了放 大 器 的 AM/ AM, AM/ M 特 性 P
降l 。近年 来 各 种 记 忆 查 找 表 预 失 真 方 法 层 出 不 5 ] 穷 _ 。文献 [ ] 出 了一 种 简 化 的滤 波 查 询 表 预 6 ] 6提
失真方 法 , 该方 法 由一 个 无 记忆 预 失 真 器 系 统 串联
一
曲线呈 现发散 状 态 。图 2显 示双 音测试 输 出信 号 的
为线 性特 性 ( 图 4 。这方 法 的实 质 是 利用 预 失 真 见 )
器 预先 产生 一个 失 真信号 在 幅度 与相位 上 与功放 失
真 特性 相抵 消 。
图 5 三 阶 多项 式预 失真 器 结 构
3 预 失真 系统 实现 方 案
3 1 预 失 真 系统 .
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自适应 预失 真 系统一般 分 为直接 学 习结 构 和问
AM, M 特征 A
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术 的主流 , 但存 在 收 敛 速度 慢 的不 足 。 因为 查 询表
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频谱 出现 了奇 阶互 调 分量 , 中三 阶 , 阶互 调上 下 其 五
边 频 出 现 明 显 的不 对 称 性 。
图 3显 示 宽 带 信 号激 励 下 , 放 的增 益 曲线 呈 功
现 明显 的离 散状态 。
式 ( )中 :。a ,。为预失 真器 参数 , 2 a , a 为待 求参数 。
模 型描述 :
Y— b3 +bz +bz lp 2 ; a; 2
预失 真 器特性 也用 三阶 多项式 模 型描述 :
zD— a1 z+ a2 x + a3c 。 5
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图 2 功 放 双 音 测 试 频 谱 图
式 ( )中 : ,。b 为功 放模 型参 数 , 已知参 数 。 1 b b ,。 为
将式 ( ) 入式 ( ) 到式 ( ) 2 代 1 得 3: Y— ba z+ ( 1 2 ;z + (13 22 12 11 6a +ba ) 6a + ba a 2
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如果 预失 真器 收敛 , 功放 输入输 出呈 线性 关 系 ,
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项 式 预失 真 器 形 式[ 。文 献 [ 1 采 用 非 线 性 抽 8 1]
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变化 而变 化 。功放 记 忆 效 应 主要 表 现 在 两 个方 面 :
一
系 。数字 预失 真技术 指 在功放 之前 插入 同功 放相反 特性 的 预失真 器 , 使得 预 失 真 器 和 功放 级 联 后 的 系
统 总体呈 现线 性特性 l 。早期 的数 字预失 真技 术 多 _ 4 ] 采用 查 询表方 式 , 随着 传输 信号 带宽 的不 断增加 , 但 功 放 的记忆效 应 显著 增 加 , 得 查 询 表 不能 准 确 表 使 示 宽带 功放 的记 忆 非 线性 特 性 。在 宽 带 应 用 时 , 若 仍 然沿 用无 记忆 预 失 真技 术 , 线 性 化 效果 急 剧 下 则
图 1 功 放 AM/ AM 与 AM/ M 特 性 曲 线 P
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输 入 信 号度 图 4 数 字 预 失 真 的基 本 原 理
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输入信号功率/B d m
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图 3 宽 带 信 号 激 励 下 功 放 增 益 特 性 曲线
难 以表示 记忆 非线 性 特 性 , 以人们 倾 向于 记 忆 多 所
收 稿 日期 : 0 0 1 —0。 2 1 —0 2 作 者 简 介 : 庆敏 ( 9 4 ) 女 , 教 授 。 赵 1 6一 , 副
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0- 0. 0. 0. 10 12 14 2 4 6 8 . . .
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图1 ~图 3表 明功 放在 宽带 应 用 时存 在 明显 的
1一 j 一 一 a 2
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非线 性 失真 及记 忆效 应 。下 面 内容 将构 建预 失 真线
性化 系 统补 偿功 放 的非线 性失 真与 记忆 效应 。
Gb I .一 a  ̄g 3 一2
放效 率 和频谱 效率 矛盾 的关键 。功率放 大器 的线 性 化技 术是 目前 克服 功率 放大 器非 线性影 响 的主流 方 案口 。在 宽带 应用 时 , 放 的特性 随着 工 作 频 率 的 ] 功
不 同而 变化 。这种 功放 的非 线性 特性带 宽依 赖现 象
称 为记 忆效应 , 因此 , 种情 况下 的功 率放 大器是 存 这 在 记忆 效应 的[ 。在 宽 带 应 用 时 , 放 的记 忆 效 应 2 ] 功 显 著 , AM/ 其 AM 、 AM/ M 特 性 曲线 都 呈 发 散 状 P
态, 随着信 号带 宽 的增 加 , 功放 的记忆 效应 会显 著增 强_ ] 3 。数字 预失 真是 一 种 有 广 阔发 展 前 景 的功 放 线性 化技 术 , 与放 大 器 的模 型有 着 十 分 密 切 的关 它
1 功 放 的 记 忆 效 应
记 忆效 应在 时域 上指 功放 当前 时刻 的输 出信号 不仅 与 当前 时 刻 的输 入 信号 有 关 , 且 还 与 之前 时 而 刻 的输入信 号 有关 , 频 域 上 指放 大 器 的幅 度 和 相 在 位特 性依 赖于 输入 信 号 的包 络 频 率 , 随着 包 络 频 率
中 图 分 类 号 : N9 T 2 文献标志码 : A
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 。 在无 线通 信系 统 中 , 率 效 率 和频 谱 效 率 是 一对 迫 功
切需 要解 决 的矛盾 , 而功 放 的线性 化 技 术 是 解决 功