[硕士论文精品]基于wiener预失真器的功率放大器线性化技术

摘要摘要随着无线用户数量的迅速增长和宽带通信业务的开展，通信频带变得越来越拥挤。因此，新一代移动通信技术普遍采用线性调制方法如QPSK、QAM等来提高传输速度和频谱效率。在这过程中，功率放大器需要处理速率较高的非恒包络信号，从而无法兼顾效率及线性度，使输出信号产生非线性失真。这种失真表现为振幅一振幅调NAMAM变换失真或者振幅一相位调锘UAMPM变换失真，产生的带内信号干扰已调信号，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，干扰邻道信号。为了降低传输信号的失真程度，减小对相邻频段的用户的干扰，传输信道的线性化显得尤其重要。新兴的传输格式如CDMA和OFDM等具有较高的峰值平均功率比，对功率放大器的线性度提出了更高的要求。根据线性化原理分类，功率放大器的线性化技术主要有前馈型，反馈型和预失真型三种。前馈型线性化技术性能指标高，线性化效果好且有效带宽大，但其对幅度和相位变化灵敏度过高，使系统的线性化效果随着温度，电压和功率等变化而变化。采用传统负反馈放大器原理的反馈型线性化技术拥有结构简单，方式多样，成本低廉的优点，然而当工作于较高频率时，为了保持反馈回路的稳定而需要增加带阻滤波器，从而限制了工作带宽。近年来，国内外十分受关注的预失真技术以其线性度好、自适应能力强、效率高等优点成为消除非线性失真的首选。本文的研究工作就是针对功放的预失真线性化方法展开的。本文主要研究基带预失真原理和典型的基带预失真方法与结构。目前用于描述现代通信系统中有记忆非线性功率放大器的模型有很多，其中HAMMERSTEIN参数少，效率高，容易实现，因此成为功率放大器数学建模的首选。而WIENER模型结构与HAMMERSTEIN模型刚好相反，由预失真原理，其可用来模拟预失真器。然后基于上述理论分析，建立一个基于WIENER预失真器的非直接预失真功率放大线性化系统，并对WIENER模型的参数识别算法进行优化，提出一种分离提取算法。仿真结果表明该系统对功率放大器的参数变化具有很好的自适应性，能有效补偿功率放大器的非线性失真和记忆效应。利用该预失真器，可以取得更好的收敛性能，达到改善功率放大器线性度的效果。关键词预失真；功率放大器；线性化；WIENER模型广东工业大学硕士学位论文ABSTRACTWITHTHEINCREASINGQUANTITYOFWIRELESSUSERSANDDEVELOPMENTOFBROADBANDCOMMUNICATIONSBUSINESS，THECOMMUNICATIONBANDBECOMESCROWDEDCONSEQUENTLY,THENEWGENERATIONOFMOBILECOMMUNICATIONTECHNOLOGIESEMPLOYSLINEARMODULATIONEGQPSK，QAMFORINCREASINGSPEEDANDSPECTRUMEFFICIENCYINTHEPROCESS，POWERAMPLIFIERISREQUIREDTOPROCESSHIGHRATENONCONSTANTENVELOPESIGNALS，SEQUENTIALLY，ITISUNABLETOGIVECONSIDERATIONTOBOTHEFFICIENCYANDLINEMITYWHICHMAKESOUTPUTSIGNALLINEARDISTORTEDTHISDISTORTIONREPRESENTSASAMAMDISTORTIONORAMPMDISTORTIONWHICHGENERATESINBANDSIGNALINTERFERINGMODULATEDSIGNAL，RESULTSINTHEAMPLITUDEANDPHASEDEVIATIONOFTHEMODULATEDVECTORSIGNAL，ASWELLASSPECTRUMSPREADING，INTERFERENCEOFADJACENTCHANNELSIGNALFORTHESAKEOFREDUCINGTHEDISTORTIONOFTRANSMISSIONSIGNALANDTHEINTERFERENCETOADJACENTCHANNEL，LINEARIZATIONOFTRANSMISSIONCHANNELBECOMESSIGNIFICANTACCORDINGTOTHELINEARTHEORYCLASSIFICATION，POWERAMPLIFIERLINEARIZATIONTECHNOLOGYMAINLYINCLUDESFEEDFORWARD，FEEDBACKANDPREDISTORTIONFEEDFORWARDLINEARIZATIONTECHNIQUEHASHIGHPERFORMANCE，GOODLINEAREFFECTANDLARGEEFFECTIVEBANDWIDTH，BUTITISVERYSENSITIVETOTHECHANGINGOFAMPLITUDEANDPHASE，WHICHMAKESTHESYSTEMLINEAREFFECTCHANGESWITHTHECHANGINGOFTEMPERATURE，VOLTAGEANDPOWERWITHAPPLYINGTHETRADITIONAIPRINCIPLEOFINVERSEFEEDBACKLINEARIZATIONTECHNIQUES，FEEDBACKAMPLIFIERHASTHREEADVANTAGESSIMPLESTRUCTURE，DIVERSIFIEDMETHODS，LOWCOSTHOWEVER,WHENITSWORKINGINHIGHER行EQUENCY，THESYSTEMNEEDSTOINCREASEABANDSTOPFILTERTOMAINTAINTHESTABILITYOFFEEDBACKLOOPS，WHICHLIMITSTHEWORKBANDWIDTHINRECENTYEARS，PREDISTORTIONTECHNOLOGYHASBEENRECEIVINGGREATATTENTIONSBOMATHOMEANDABROADPREDISTORTIONTECHNOLOGYBECAMETHEFIRSTCHOICETOELIMINATENONLINEARDISTORTIONWITHITSNICELINEARITY，ADAPTIVEABILITYANDHIGHEFFICIENCYTHERESEARCHWORKOFTHISPAPERWASCARRIEDOUTONTHESUBJECTOFPOWERAMPLIFIERPREDISTORTIONLINEARIZATIONTECHNOLOGYTHISPAPERMAINLYSTUDIESBASEBANDPREDISTORTIONTHEORYANDTHETYPICALBASEBANDPREDISTORTIONMETHODSASWELLASITSSTRUCTURECURRENTLYTHEREAREMANYMODELSCOULDIIABSTRACTBEUSEDTODESCRIBETHEPOWERAMPLIFIER、析MMEMORYEFFECTANDNONLINEARCHARACTERINMODEMCOMMUNICATIONSYSTEMINWHICH，HAMMERSTEINMODELISTHEFIRSTCHOICETOMODELPOWERAMPLIFIERBECAUSEOFITHASFEWERPARAMETERS，HIGHEFFICIENCYANDITSEASYTOIMPLEMEMTHESTRUCTUREOFWIENERMODELISCONTRARY谢T11HAMMERSTEINS，SOBASEDONPREDISTORTIONTHEORY，WIENERMODELCOULDMODELPREDISTORTERAFTERCONSIDERINGTHEABOVETHEORETICALANALYSIS，ALLINDIRECTPREDISTORTIONPOWERAMPLIFIERLINEARIZATIONSYSTEMBASEDONWIENERMODELHASBEENESTABLISHED，MEANWHILETHEPARAMETERSIDENTIFYALGORITHMOFWIENERMODELHASBEENOPTIMIZED，ANDTHESEPARATEDEXTRACTIONALGORITHMHASBEENPROPOSEDTHERESULTOFSIMULATIONVERIFIEDTHATTHESYSTEMHASAGOODSELFADAPTABILITY嘶TLLTHEPARAMETERSCHANGINGOFPOWERAMPLIFIER，COULDCOMPENSATEEFFECTIVELYFORTHENONLINEARDISTORTIONANDMEMORYEFFECTSOFPOWERAMPLIFIERWITHTHEUSINGOFPREDISTORTER，BETTERCONVERGENCEPERFORMANCECOULDBEACHIEVED，THELINEARITYEFFECTOFTHEPOWERAMPLIFIERCOULDBEIMPROVEDX舭,KPREDISTORTION；POWERAMPLIFIER；LINEARIZATION；WIENERMODEL111广东工业大学硕士学位论文目录摘J耍IABSTRACTII目录IIITABLEOFCONTENTS1，I第一章绪论111学术背景及实际意义。112国内外研究现状213论文的组织结构4第二章技术指标及功放的建模521功率放大器的分类5211按连接方式分类5212按功率管的工作状态分类522功率放大器技术指标6221载波互调比6222功率信噪比6223邻道功率比7224误差向量幅度723功率放大器非线性特性。8231极坐标非线性模型8232序列展开非线性模型1024带记忆非线性功放模型12241VOLTERRA级数12242HAMMERSTEIN模型和WIENER模型1225小结14第三章线性化技术原理及算法15IV目录31功率回退法1532反馈法1633前馈线性法1834LINC技术1835CALLUM1936预失真技术20361RF预失真技术21362基带预失真2237线性化技术的比较2438参数识别算法25381最小二乘法25382最小均方误差法27383递归最小平方算法28384粒子群算法2939J、结一30第四章基于WIENER模型的预失真技术3041信号调制3L42功率放大器的建模3343预失真线性化系统结构34431功率放大器的增益。37432WIENER模型的参数提取3744仿真结果41441信号的生成41442HAMMERSTEIN功率放大器的输出42443WIENER预失真器4445小结46总结47参考文献49V广东X,1K大学硕士学位论文攻读学位期间发表论文53独创性声明54致谢55VITLBLEOFCONTENTSABSTRACTTABIEOFCONTENTSTLIBLEOFCONTENTSVICHAPTER1INTRODUCTION111ACADEMICBACKGROUNDANDPRACTICALSIGNIFICANCE112RESEARCHSTATUSATHOMEANDABROAD213T1LEORGANIZATIONSTMCTUREOFTLLISPAPER。4CHAPTER2TECHNICALINDICATORSANDTHEMODELINGOFPA。521CLASSIFICATIONOFPOWERAMPLIFIERS5211CLASSIFICATIONACCORDINGTOCONNECTIONMETHOD5212CLASSIFICATIONBYWORKINGSTATUSOFPAOWERAMPLIFIER522PATECHNICALINDICATORS一6221CARRIERTOINTERMODULATION6222NOISEPOWERRATIO6223ACPR7224ERRORVECTORMAGNITUDE723NONLINEARCHARACTERISTICSOFPA8231POLARCOORDINATENONLINEARMODEL82；2SEQUENCESPREADNONLINEARMODEL1024NONLINEARPAMODELWITHMEMORYEFFECT1224110BLTERRASERIES12242HAMMERSTEINMODELANDWIENERMODEL1225SUMMARY12CHAPTER3PRINCIPLEANDALGORITHMOFLINEARIZATIONTECHNOLOGY1531BACKO行METHOD15；2FEEDBACKMETHOD16；3FEEDFORWARDLINEARIZATIONTECHNOLOGY18VII广东工业大学硕士学住论文34LINCTECHNOLOGY1835CALLUM1936PREDISTORTIONTECHNOLOGY20361RFPREDISTORTIONTECHNOLOGY”21362BASEBANDPREDISTORTIONTECHNOLOGY2237COMPARELINEARIZATIONTECHNOLOGIES2438PARAMETERIDENTIFICATIONALGORITHM25381LEASTSQUARE25382LMS27383RLS28384PSO2939SUMMARY30CHAPTER4PREDISTORTIONTECHNOLOGYBASEDONWIENERMODEL3L41SIGNALMODULATION3242THEMODULATIONOFPA3443PREDISTORTIONLINEARIZATIONSYSTEMSTRUCTURE35431GAINOFPA38432PARAMETERSEXTRACTIONWIENERMODEL3844SIMULATIONRESUK42441SIGNALSGENERATION42442THEOUTPUTOFHAMMERSTEINP八43443WIENERPREDISTORTER4545SUMMARY一47CONCLUSION48REFERENCE50ACADEMICACHIEVEMENTSDURINGTHEMASTERPERIOD54ORIGINALSTATEMENT55THANKS56VIII第一章绪论第一章绪论本章首先介绍本论文的研究背景，详细阐述本论文研究的实际意义，概况介绍与本论文相关的研究现状，并针对性地概括近年来功率放大器线性化技术方面的研究成果，然后介绍本论文的研究内容和组织结构，论述本论文的主旨。11学术背景及实际意义在过去几十年中，随着无线通信技术的迅猛发展，移动通信领域的产品在我们的日常生活中占据十分重要的地位，并且它们的重要性在日后的生活中将不断增加。据统计无线通信用户每年都以12的速度大幅度增加，相关的无线通信产业已经进入规模化发展的阶段。快速发展的无线通信己经成为信息产业中最为耀眼的明珠，并成了推动当今社会经济发展的强劲动力之一。新一代通信系统为了能向高速和低速移动用户提供话音、数据、会议电视及多媒体等多种服务，必须拥有更大的容量、更好的通信质量和更高的频带利用率，这就对通信系统提出了更高的要求，尤其是发射子系统的功放单元。无线通信系统的目的是用最小的功率来保持每个信道的有效链接，但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。为了在有限的频谱范围内容纳更多的通信信道，要求采用频谱利用率更高的传输技术。因此，在现代通信系统中广泛应用线性调制技术如QAMQUADRATUREAMPLITUDEMODULATION、QPSKQUADRATUREPHASESHIFTKEYING等。这些调制方式在通信系统中不可避免的会产生包络波动产生非恒定包络调制信号，为了避免对临近信道的干扰，保证调制的窄带的特性，末级放大器需要很好的线性度。实际通信系统中的非线性器件、系统的不完善、相移等因素必定会造成原始信号产生各类非线性失真，从而对相邻信道产生不同程度的干扰。对于一个高功率的发射机而言，这些失真信号虽然会比所要输出的信号小许多，但它的绝对值还是很大，会对系统产生干扰，因此必须将其控制在一定的范围以内。对于利用恒包络调制如FMFREQUENCYMODULATION、MSKMINIMUMSHIFTKEY的无线通信系统，可以采用滤波技术等来消除谐波干扰。而对于包络变化的线性调制技术，滤波是无法消除交调产物的，只能采用线性化的发射机系统来抑制。而对于将来具有更大发展潜力的，适用于无线高速传输以及良好抗多径衰落特性的OFDM多广东工业大学硕士学位论文载波系统而言，由于其本身具有较高的PAPRPEAKTOAVERAGEPOWERRATIO，就对通信系统的线性度提出了更高的要求。目前，有三种可应用于提高通信系统线性度的方法得到业界不同程度的关注。这三种方法分别是硬件配合，即选择合适的超线性半导体器件，设计出符合性能要求的宽带发射机，这种方法对于超线性半导体器件的要求高，且花费巨大，技术难度很高；功率回退法，该方法就是采用大功率整个发射通道进行功率回退，使发射通道工作在线性区；线性化技术，即应用线性化技术，采用适当的外围电路，对发信通道的非线性特性进行校正，从而在电路整体上呈现对输入信号的线性放大效果。这三种办法中，第一种方法对于超线性半导体器件的要求高，且花费巨大，技术难度很高功率回退法这种方法能大大降低系统的工作效率，但需要使放大器工作在线性区域，这样大大降低了电源利用率，在这样情况下，电源消耗大部分转换为热能，器件的散热也是一个大问题，而且大功率器件比较昂贵，造成系统的成本高；线性化技术方法避开了难度很大的器件制造技术，采用成本相对较低的器件，不仅形式多样，而且器件的选择也较灵活，因此线性化技术成为了提高通信系统线性度的第一选择。在通信系统中，功率放大器是通信发射机中不可缺少的部件，也是产生非线性失真的重要器件。因为功率放大器的输入和输出之间存在非线性会使信号出现失真，在现代通信系统常常采用一些先进的线性调制技术来提高无线频谱利用率，但是这些调制信号，例如调制信号，其包络可能存在较大的波动，对非线性极其敏感，尤其是当通信发射机具有较高工作效率如工作在接近饱和点时，信号会产生严重的带外频谱泄漏和带内失真，前者引起邻道干扰，而后者会使系统的误码特性变坏，要同时保证工作效率和信号正常传输，就必须采用功率线性化技术。功率放大器的线性化技术是提高整个通信系统的线性度的关键。12国内外研究现状最早的功率放大器的线性化技术方面的研究可以追溯到上个世纪二十年代2第一章绪论末。1928年在贝尔实验室工作的美国人HAROLDSBLACK发明了前馈和负反馈技术并把它们应用到放大器设计中，有效地减少了放大器失真，可以认为是功放线性化技术研究的开端。但是，那些技术只是对器件本身作调整，且只是在模拟条件下来做，效率比较低。随着无线通信技术的发展和数字器件的大量应用，射频功率放大器的线性化技术不断提高，到上世纪七八十年代，一些新的技术涌现出来，如笛卡尔环路反馈技术、自适应前馈线性化技术、基于多项式拟合的自适应预示真技术，基于查找表的数字预示真技术、LINCLINEARAMPLIFICATIONUSINGNONLINEARCOMPONENTS技术、CALLUMCOMBINEDANALOGUELOCKEDLOOPUNIVERSALMODULATOR技术等得到广泛的重视和发展，出现了一系列的实用专利。这些技术不光着眼于功率放大器，它们侧重从系统的角度解决其非线性问题，效果提高很多。二十一世纪初的今天，在工业界和学术界，功率放大器的线性化技术研究都得到广泛的应用以及重视。近十多年来，每年这个领域方方面面的各类论文数不胜数。与此同时，由于该技术较强的实用性，每年都有上百个相关的发明专利被申请。目前，无论是无线通信和有线通信领域，功率放大器的线性化技术己成为一个广泛而活跃的研究领域。在通信系统中，功率放大器是发射机的主要部件，其内在的非线性会使信号产生失真并引起邻信道干扰。因此在传输路径中对于线性度的要求使得功率放大器的设计变得十分艰巨。在发射端，功率放大器必须完成线性化的同时拥有高效率。功率放大器的线性化技术可用于改善线性度，减少回馈，从而提高功率放大器的效率。目前，功率放大器的线性化技术主要有三种方法反馈线性法前馈线性法预失真法其中前馈线性技术能够处理任意带宽的信号，适合宽带应用，但前馈线性化技术最大的缺点同时也是最大的难点在于保持不同器件之前的幅度和相位特性的完全匹配【。负反馈线性法的稳定性较差，这使得反馈线性化技术工作在无线频率时无法保持系统的稳定。虽然采用调制反馈可以将信号的工作频率有效地从射频降低到基频，但传输系统中存在的信号延时却限制了允许传输信号的最大带宽，这一点从根本上限制了反馈技术只能用于窄带信号传输，无法适应未来高速广东工业大学硕士学位论文率宽带宽的无线传输要求阳】。当今移动通信系统的整体系统性能非常重要。这意味着独立的集成电路不一定要具有非常高的性能，但当多个集成电路以适当的嵌入建构方式组成系统时，要求高线性度，高效率和高性能。这使得数字预失真线性化技术成为克服功率放大器非线性失真最有吸引力的一项技术。因为数字预失真器设计的灵活性能同时满足系统高效率和线性化的要求。13论文的组织结构本文首先概述了课题的研究背景和意义，论述了研究线性化技术的必要性，介绍国内外关于线性化技术的研究现状。第二章介绍功率放大器的一些基本理论知识，关于功率放大器技术指标如载波互调CARRIERTOINTERMODULATIONRATIO、功率信噪比NOISEPOWERRATIO、邻道功率比ADJACENTCHANNELPOWERRATIO币L误差向量幅度ERRORVECTORMAGNITUDE等，分析功率放大器的非线性特性，及用于模拟功率放大器非线性与记忆效应的一些数学模型。第三章阐述常用的线性化技术包括功率回退法，反馈法，非线性元件的线性放大LINEARAMPLIFICATIONUSINGNONLINEARCOMPONENTS，LINC技术，CALLUMCOMBINEDANALOGLOCKED100PUNIVERSALMODULATOR技术，预失真线性化技术，以及在预失真线性化系统中对非线性参数和记忆参数进行识别的算法如最小二乘法LEASTSQUARE，递归最小平方法RECURSIVELEASTSQUARE，粒子群算法PARTICLESWARMALGORITHM等。第四章详细研究了间接基带预失真技术的基本原理和实现方法。提出一种基于WIENER模型的预失真器，建立一个间接预失真线性化系统，并对于WIENER模型的非线性参数和记忆参数提出一种基于最DX乘法的分离算法。通过仿真，对获得的数据进行分析。在论文的最后，通过前文所述，进一步概括总结本课题的研究和设计成果，对于功率放大器线性化技术未来在通信系统中的应用给出进一步设计和改进的方向。4第二章功率放大器第二章功率放大器本文的研究对象是功率放大器，其作用是在通过传播媒介传输信号时，用于获得高功率信号的设备。它们在无线通信系统中的关键部件。本章对功率放大器的分类、线性指标，并分析功率放大器的非线性特性，分析功率放大器的非线性和记忆效应模型。21功率放大器的分类功率放大器的种类繁多，根据应用方式的不同，有不同的分类方法。211按连接方式分类变压器耦合电路这种电路效率低、失真大、频率曲线难以平坦，在高保真功率放大器中已极少使用。OTL电路OUTPUTTRANSFORMERLESSOTL电路是一种输出级与接收器之间采用电容耦合的无输出变压器器功放电路，其大容量耦合电容对频响也有一定影响，是高保真功率放大器的基本电路。OCL电路OUTPUTCAPACITORLESSOCL电路是一种输出级与接收器之间无电容而直接耦合的功放电路，频响特性比OTL好，也是高保真功率放大器的基本电路。BTLBALANCEDTRANSFORMERLESSBTL电路是一种平衡无输出变压器功放电路，其输出级与接收器之间以电桥方式直接耦合，因而又称为桥式推挽功放电路，也是高保真功率放大器的基本电路。212按功率管的工作状态分类A类A类又称为甲类。在输入正弦电压信号的整个周期内，功率管一直处于导通工作状态。其特点是失真小，但效率低、耗电多。B类B类又称为乙类。每只功率管导通半个周期，截止半个周期，丙功率管轮流工作。其特点是失真小，但效率低、耗电多。AB类AB类又称为甲乙类。每只功率管导通时间大于半个周期，但又不足一个周期，截止时间小于半个周期，两只功率管推挽工作。这种电路可以避免交越失真，因而在高保真功率放大器中应用最多。广东工业大学硕士学位论文其它新方式为了让功率放大器兼有A类放大器的低失真和B类放大器的高效率，除了AB类外，近年来还出现一些新型功率放大器电路，例如D类、E类、G类、H类和S类等。这些电路的名称虽然不同，但所采取的措施是桢的一是使功率管不工作在截止状态，没有开关过程，可以减少失真；二是设法使功率管的工作点随输入信号大小滑动，进行动态偏置，以提高效率。在这些功率放大器中，A类、B类、AB类放大器被认为是线性模式的放大器。在线性模式的放大器类型中，A类放大器性能最好但效率很低，因而很少被采用，而使用较多的是工作在AB类，B类和C类等高功率的功率放大器。这三类放大器目前常应用于放大调制AM，最RLAMPLITUDEMODULATION，单边调带IJSSB，即SINGLESIDEBANDMODULATION，高功率放大器还有D类、E类、G类、H类和S类。这些高功率放大器使用不同的技术降低平均功耗，提高功率附加效率。D类、E类和S类使用变频技术，G类和H类使用振荡器和多功率供应电压去减少功耗。这些高功率的放大器工作在非线性区，因而其线性性能普通较差。当采用线性化技术对这些功率放大器进行校正时，能使功率放大器保持它们原有较高的功率附加效率的同时也具有接近A类放大器的线性性能，从而使得信号在放大时发生较小的非线性失真，使得功率放大器的非线性性能得到很好的改善。22功率放大器技术指标221载波互调比载波互调LLCARRIERTOINTERMODULATION是用来描述由于系统的非线性失真，而出现一些原来没有的，由有用频率的和、差及倍数等组成的新的频率成分落入有用频道中，对有用信号造成的干扰程度。载波互调比是传统的用于评价功率放大器非线性失真程度的标准。功率放大器由两个或者多个载波驱动的。由于多个载波不同频率相互影响，功率放大器的非线性失真引起了最大互调失真。三阶或者最大互调失真的幅度被放大到载波时，便得到载波互调比。一个典型的线性功率放大器的载波互调比为30DB左右。222功率信噪比功率信噪比NOISEPOWERRATIO是指有用功率信号与噪声功率的比率。其振幅平方比为6第二章功率放大器SNR誓等2，KL4|D栅7功率信噪比的单位使用分贝，其值为十倍对数信号振幅与噪声功率比姗CDB10LOGLO陧20LOG。O悟亿2，其中P。I舯AL为信号功率，PNOI辩为噪声功率，A。I则为信号振幅，ANOI为噪声振幅。223邻道功率比邻道功率比ADJACENTCHANNELPOWERRATIO，ACPR是用来衡量相邻频率信道中的干扰量或功率量的标准。这个指标主要考察了发射机信号对相邻信道的干扰。利用ACPR可以快速、有效的观察出系统对带外信号发射的抑制能力。ACPR指标也在一定程度上反映了系统的线性度。ACPR与所采用的CDMA信号码道配置有关的，这是因为不同的信号码道配置，信号的峰均功率比往往不同。IHF12SFDZACPR尘每型L一23肛州2SFDI其吆是中心频率，召魄带宽，石是偏移量，兀和乃是边频。邻道功率比会随着应用的不同，权重，频率偏移量的改变而改变。邻道功率比可由上边频或者下边频来决定它的值，在某些情况下，两个不同的偏移量可以使用两个不同的邻道功率比。因此，邻道功率比也被称为相间信道功率比。224误差向量幅度误差向量幅度ERRORVECTORMAGNITUDE是接收端衡量信号质量的一个很重要的参数，其实也就是接收到的码片经过解调、解扰、解扩之后再重新重复一遍发射端的过程，即调制、加扰、扩频，然后再拿这个码矢量信号跟接收到的矢量信号做矢量差，将其做统计平均，即为误差向量幅度值，误差向量幅度越大说明信号受干扰越大，恢复出的信号误差越大，反之则干扰小，信号误差小。实际上误差向量幅值是指测量波形与理想调制波形之间的矢量差。两个调制波都通过滚降系数，带宽为128MHZ的匹配根升余弦滤波器后，进一步通过选择频率、绝对相位、绝对幅度及码片时钟定时进行调制，使误差向量最小嗍。7广东工业大学硕士学位论文其公式为EVMRAINEI|C筇一筇12FF|4，12、24其中常数C是由功率放大器产生的复衰减的补偿系数，通过对该值的选择可使误差向量幅度得到最小值。23功率放大器非线性特性231极坐标非线性模型功率放大器有两种类型的非线性特性，即调幅调幅AMAM转换特性和调幅调相AMPM转换特性51。由于射频功放的两个非线性特性可以通过矢量网络分析仪测量得到，因此用AMAM和AMPM特性来描述非线性功放是实际中经常采用的方法见图21。，一，AM，PM7I7J珥，UT刈N斟“UT埘PL雎割唧M1图2IM，M和AWPM特性曲线FIGURE21THEAMAMANDAMPMCHARACTERISTICSCURVES如果把射频功放的AMAM和AMPM特性用串联方式来表示则可以得到极坐标形式的非线性模型，当为单频输入信号时，其表示式为KVEOS2XFCF驴25当信号通过非线性功率放大器后，输出信号变为VOT厂矿COS2矾F伊GY26上式中的胛和州分别代表功放的AMAM和AMPM的非线性转换特性。对调制输入信号式25和26所描述的关系也同样满足，即对于如下的调制输入信号FYFCOS2矾F妒F278一善岳PJ叠丘苗笮。P匠妻【咖_售量，O第二章功率放大器110TFVTCOS2NFJOCTGVT28式中删T是输出信号幅度，伊FGYF是输出信号的相位，它们是输入信号幅度VT的函数，式28被称为是AMAM和AMPM模型的极坐标形式。通过对28所示的极坐标非线性模型变形，可以得到正交形式的模型，从而避开了较复杂的AMPM转换特性。对于式28，三角展开后可表示为屹F厂YFCOSGYFCOS2矾H妒F一厂YFSING矿FSIIL2斫F妒F29若把式29写成正交形式，可表示为屹FJRYFCOS2矾F伊，一QYFSIIL2矾F妒R210其中正交分量分别为，YFYFCOSGYF和QYF，矿FSINGYF这种正交非线性模型建立了两个幅度模型例和删，从而避开了较复杂的AMPM转换特性。对于极坐标或正交坐标形式的无记忆非线性模型，都需要通过测量得到AMAM和AMPM信息，而对于没有测量的点则需要进行抽值运算得到，因此该模型运算量较大。对于非线性系统，一种分析方法是通过各种基函数展开，得到简单描述的参数模型，这样可以提高运算的速度。目前对于功率放大器非线性模型的展开方法有许多，我们用功率序列展开得到射频功放的带通无记忆非线性模型，这种模型适合通信系统中带通信号的情况【61。对于一个无记忆非线性系统，其输出信号可以用输入信号的功率序列表示，如下式所示VOTC。C1FC2_F2C3巧F3211其中圪F是输出信号，KF为输入信号，C是各次展开式系数。当输入信号为固定频率啪单载波正弦信号时，式211所描述的非线性系统会产生频率为倍数的信号分量，这些信号分量称为基准频率分_M一_SM2NF,T的谐波失真分量。当输入信号是两个等幅单频信号如疗厶和后梳时，即在双频测试条件下，非线性系统会在测试频率及各次谐波附近产生各阶次交调失真分量INTERMODULATIONDISTORTION，IMD。当交调分量与基频的频率距离非常近时，会对通信系统产生干扰，成为主9广东工业大学硕士学位论文要干扰信号。当多个调制信号通过非线性射频功放时，这些交调分量会落在通信频带内，会对所要传输的信号产生很大干扰，这就通信系统中非线性射频功率放大器面对的主要问题。对系统而言，交调失真比谐波失真要严重的多，因为谐波分量一般远离所工作频率，因此可以通过滤波器方便地滤除。一般功率放大器线性化技术的目的就是消除交调分量对通信系统的影响。实际上，只有基频信号的奇数次项组合才会出现在基频信号附近。因此如果只考虑交调分量的影响，模型式可简化如下VOTQKFC3F3色F5212其中输入信号KFQCOS2矾F仍用以研究交调失真信号幅度的变化情况。把输入信号代入式212中，三角展开以后可得到哪H孥孚B2咖咖213其中基频区域内的交调信号的幅度可表示为AQQ丝丛O。QQ产卡扣一式213就是射频功率放大器的带通非线性模型，这种模型只考虑了通带区域内失真信号的影响，而且没有考虑偶次分量，是一种比较简单的分析模型。232序列展开非线性模型对于极坐标或正交坐标形式的非线性模型，都需要通过测量得到AMAH厦或AMIFM信息，而AMFM般较难直接测得。分析非线性系统，也可通过序列函数展开，并能得到描述相对简单的参数模型。目前对功率放大器非线性模型的展开方法有许多，如泰勒序列阴、功率序列和SALEH函数等【明。泰勒序列当输入信号带宽较小时，功率放大器可近似认为无记忆效应，即功放的输出仅与当前的输入有关，能采用泰勒级数来描述功率放大器的非线性特性。此时功率放大器的输入输出关系可表示为VOM口L杉口2K2口3K3214其中口沩复系数。当功放同时输入角频率分别为Q和022的等幅双音频信号时，10第二章功率放大器输入信号可表示为匕FKCOSQFCOS，。此时输出为VOTQKCOSOTCOSM2T口2K2COSOLTCOSM2T码K3COSQFCOS哆F3吒K2QK詈码K3COS劬RQK三吩K3COS吡，口2V12COSQ一哆TAZVJ2COSQ，I1口2VT2COSQF丢口2杉2C伪呸F215言口3K3COS2Q一H号码K3COS2一Q7三口33COS2QQF吾吩K3COS2QF三吩K3COS3QH三口3K3COS3冲一由式215可以看出，双音频输入时输出端口有直流成分，基频和02，二次和三次谐波2Q，2咤，3QJ及3602，二次互调分量Q，三次互调分量2N】L和202Q等分量组成。一般情况下，202一COI和2Q一02分量落在通带内，是主要考虑的非线性产物。由上式可看出该模型的最大优点就是从对应的系数可以看清楚每一阶的失真程度，并根据这些系数可以很容易的通过计算机算出交调失真，对于计算机仿真非常有用。功率序列功率序列展开可用于描述功率放大器的带通无记忆非线性模型19，这种模型适合通信系统中带通信号的情况。对于一个无记忆非线性系统，其输出信号可以用输入信号的功率序列表示JGOCY,F216JO上式中圪是输出信号，K是输入信号，C，是各项展开系数。当输入信号为固定频率万的单载波正弦信号时，式216所描述的非线性系统会产生频率瓤倍数的信号分量，这些信号分量称为基准频率的谐波失真分量。SALEH函数该模型根据功率放大器的非线性AMAM，AMPM特性，引人I和Q两路正交分量，将输出信号表示成两个不存在相位失真而只存在幅度非线性的正交并行信道，然后两个通道都用奇数阶幂级数进行拟合，从而同时体现出放大器的幅度、相位非线性101。此模型既具有TAYLOR级数放大器模型简单、直观的优点，又能根据测量数据准确快速地构建出放大器的AMAM，AMPM失广东工业大学硕士学位论文真特性，但各阶失真不直观。24带记忆非线性功放模型前面讨论的模型放大器的幅度增益与相位偏移与输入信号的频率无关，属于瞬时非线性模型，即无记忆模型。这些模型不能说明放大器的记忆效应。然而对于宽带信号，前面的假设不再成立，这时就必须考虑放大器的频率特性，即必须考虑放大器的记忆效应。由于记忆效应的存在，使得放大器的输出不仅仅取决于当前的输入，还与放大器之前发生的状态有关。对于这种有记忆效应的非线性模型，可以采用VOLTERRA级数模型、HAMMERSTEIN模型、WIENER模型、HAMMERSTEINWIENER模型来描述。241VOLTERRA级数建模分析有记忆非线性功率放大器的一种常用方法是使用VOLTERRA级数【LL】。在时域中，输入输出关系可表示为YF曩R冷OF卉。E厅RI，R2PFQ工OR2CLRLOH2红1“2，LPOF1XTRE工F一已击。DR2DR3ELX，吃XF马X，一以Y，RN217风X，STLTCOSTOOTQTSINTOCTSTCFP坩N0CTCRM其中N维冲击响应_，RN被称为系统的VOLTE玎A核函数，以L，被称为N阶VOLTERRA算子。这个模型看上去和幂级数模型很像，不过VOLTERRA级数模型的每一项都是输入信号的K重卷积，可推导它的低通等效模型，不过过程十分复杂。它很难表征和测量高阶冲激函数，所以除了阶数较低的情况，VOLTERRA级数在仿真分析有记忆功率放大器的应用很有限。242HAMMERSTEIN模型和WIENER模型VOLTERRA级数模型参数繁多，计算量大，成本高，当前应用已不多。因而在应用于描述有记忆非线性功率放大器的模型中，参数数量相对较少，容易通过数字器件实现的HAMMERSTEIN模型和WIENER模型是当前应用较多的两个模12第二章功率放大器型。HAMMERSTEIN模型由一个无记忆的非线性系统NL串联一个线性时不变系统LTI组成，如图22所示，火是无记忆非线性模块的输入输出关系函数，JIL是WIENER模型LTI模块的冲击响应。FIGURE22HAMMERSTEINMODEL在离散时域中，HAMMERSTEIN模型可以表示为Y磐幢嘲12PO删嘲，其中丸是功率放大器的记忆效应参数，吃川是非线性参数。WIENER模型与HAMMERSTEIN模型刚好相反，是一个线性时不变系统LTI串联一个无记忆非线性系统NL，如图23所示，办是WIENER模型LTI模块的冲击响应，火是无记忆非线性模块的输入输出关系函数。图23WIENER模型FIGURE23WIENERMODEL与HAMMERSTEIN模型相似，WIENER模型也可表示为YC门，嘉忽P一。口薹BMZNM12P1荟M屯ZC刀一，刀，C29，其中6肺是功率放大器的记忆效应参数，吃，一。是非线性参数。同理，WIENERHAMMERSTEIN模型也可用于描述有记忆非线性功率放大器。WIENERHAMMERSTEIN系统是WIENER模型的非线性部分联接HAMMERSTEIN模型的有记忆模块组成的。任意两个连接的部分可以分别组成一个单一模块。如图24所示。13广东工业大学硕士学位论文图24WIENERHAMMERSTEIN模型FIGURE24WIENERHAMMERSTEINMODEL由于HAMMERSTEIN模型和WIENER模型参数数量相对较少，容易通过数字器件实现，应用方便，灵活性强，所以本文使用HAMMERSTEIN模型【12】描述非线性有记忆功率放大器，建立一个基于WIENER模型的有记忆预失真器，从而得到一个预失真线性化系统。同时，虽然HAMMERSTEIN模型和WIENER模型参数数量相对较少，但准确有效的识别其模型参数仍旧是非常艰巨的任务。25小结本章主要介绍一些关于功率放大器的相关背景知识，分析了功率放大器的非线性特性，及用于模拟功率放大器非线性与记忆效应的模型，模型识别算法将在下一章作详细介绍。14第三章线性化技术原理及算法第三章线性化技术原理及算法在移动通信系统中，为了保证一定范围的信号覆盖，通常使用功率放大器来进行信号放大，进而通过射频前端和天线系统发射出去。在CDMA或WCDMA的基站中，即使是单载频也需要采用线性功放。这是因为CDMA是随机包络的宽带信道，如前文所述，如果采用一般的高功率放大器将由于非线性的影响产生频谱再生效应，因此，在使用高功率放大器的时必须对其进行线性化处理，即功率放大器线性化，它可以较好地解决信号的频谱再生和误差矢量幅值EVM问题。不仅如此，功率放大器线性化在基站中的成本比例约占13，如何有效、低成本地解决功放的线性化问题就显得非常重要。基本线性化技术的原理与方法不外乎是以输人RF信号包络的振幅和相位作为参考，与输出信号比较，进而产生适当的校正。多数情况下，线性化后的功放仍要从压缩点回退。目前使用较多的功率放大器线性化技术主要有功率回退法，反馈法，前馈线性法，LINC技术，CALLUM，预失真技术等。本章主要介绍线性化技术，并对它们的特点进行比较，得出最适合应用于当前通信系统的线性化技术是预失真技术。然后阐述可应用于预失真技术的参数提取方法。31功率回退法功率回退法是线性化方法中相对较简单的方法。该