中文摘要廠隨著無(wú)線通信技術(shù)的飛速發(fā)展，線性調(diào)制技術(shù)正得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。但包絡(luò)變化的調(diào)制信號(hào)經(jīng)過(guò)非線性射頻功放后會(huì)產(chǎn)生交調(diào)分量，因此必須采用線性化技術(shù)來(lái)減少由此產(chǎn)生的鄰道干擾。預(yù)失真技術(shù)是一種廣泛使用的線性化技術(shù)，基于預(yù)失真技術(shù)的線性化系統(tǒng)J下逐步成為研究熱點(diǎn)。本論文的研究分別涉及三階模擬預(yù)失真系統(tǒng)、查找表預(yù)失真系統(tǒng)和前饋預(yù)失真系統(tǒng)，其中有創(chuàng)新和有價(jià)宿髓稚主要體現(xiàn)在以下三個(gè)方面1對(duì)于采用二極管反向平呵寧對(duì)的三階模擬預(yù)失真系統(tǒng)，本文提出了一種可以抑制駐留二階交調(diào)IMD2信號(hào)的新型三階擾動(dòng)器。該擾動(dòng)器通過(guò)一個(gè)山J極管和電阻組成的反饋網(wǎng)絡(luò)來(lái)平衡駐留IMD2信號(hào)，本文理論分析了其基本原理并仿真研究了其性能特點(diǎn)、向J比相同類型的三階擾動(dòng)器，新型擾動(dòng)器具有更好的IMD2抑制特性，并能自適應(yīng)二極管對(duì)的不同匹配特性。仿真研究表明由該三階擾動(dòng)器組成的模擬預(yù)失真系統(tǒng)能有效抑制的IMD2分量，并可達(dá)到46DB的三階交調(diào)IMD3壓縮性能。J2對(duì)基于查找表技術(shù)的數(shù)字預(yù)失真系統(tǒng)，本文著重研究了預(yù)失真表F10農(nóng)M索引技杷、借先理論推導(dǎo)了實(shí)現(xiàn)表項(xiàng)最優(yōu)分布的壓縮函數(shù)，然后提了種非線性表項(xiàng)索引技術(shù)一查找表索引技術(shù)，分析了該技術(shù)的特點(diǎn)并給出了具體實(shí)現(xiàn)方式，最后還提出了自適應(yīng)改進(jìn)方案。仿真研究表明，在相同64位表項(xiàng)的極坐標(biāo)預(yù)失真系統(tǒng)中，對(duì)比幅度索引技術(shù)該新型索引技術(shù)可以提025DB的IMD3壓縮性能，但不增加硬件實(shí)現(xiàn)成本。本文還研究了自適應(yīng)表蛐W新算法，提出了一種收斂速度較快的改進(jìn)弦線算法。，3本文提出了一種射頻預(yù)失真技術(shù)和前饋線性化技術(shù)相結(jié)合的前饋JJI失真技術(shù)。由于在主功放和誤差功放前分別加上了射頻預(yù)失真單元，因此提高了整個(gè)系統(tǒng)的線性度和功率效率?？燃夹g(shù)改變了誤差通路中的信號(hào)特性生，使誤差放大器也輸出有用信號(hào)功率，、提高了整個(gè)放大系統(tǒng)的性能?？紤]到固態(tài)功率放大器SSPA幅度和相位非線性特性的差異，該系統(tǒng)采舊度和相位不平衡調(diào)節(jié)的射頻預(yù)失真結(jié)構(gòu)F】_F；JI幺技術(shù)方案可以到達(dá)63DB左右的IMD3。仿真結(jié)糶關(guān)鍵詞射頻功率放大器，預(yù)失真，線性化，交調(diào)失真，查找表，索引技術(shù)，自0饋預(yù)失真系統(tǒng)ABSTRACTWITHTHERAPIDDEVELOPMENTOFWIRELESSCOMMUNICATIONTHELINEARMODULATIONMETHODSAREWIDELYUSEDSINCETHEENVELOPEOFMODULATEDSIGNALFLUCTUATES，THESEMETHODSGENERATEUNWANTEDINTERMODULATIONDISTORTIONIMDPRODUCTSINANONLINEARRADIOFREQUENCYRFPOWERAMPLIFIERPASOITISNECESSARYTOUSELINEARIZATIONTECHNIQUETOREDUCETHEADJACENTCHANNELINTERFERENCEACIPREDISTORTIONISAWIDELYUSEDLINEARIZATIONTECHNIQUEBECAUSEOFITSUNIQUEADVANTAGE，ANDTHERESEARCHOFPREDISTORTINGLINEARIZERISBECOMINGTHEHOTRESEARCHFIELDTHEMAINSTUDYINGOFTHISDISSERTATIONISABOUTCUBICANALOGPREDISTORER，DIGITALPREDISTORTIONLINEARIZERBASEDONLOOKUPTABLELUTTECHNOLOGYANDFEEDFORWARDPREDISTORTIONLINEARIZATIONSYSTEMTHEORIGINALWORKANDVALUABLERESULTSINTHISDISSERTATIONAREASFOLLOWS1ANOV7ELTHIRDORDERDISTORTIONGENERATORWHICHCANSUPPRESSTHERESIDUALSECONDORDERINTERMODULATIONDISTORTION1MD2ISPRESENTEDTHISNEWDISTORTIONGENERATORUSESAFEEDBACKCIRCUITNETWORKCOMPOSEDOFDIODESANDRESISTORSTOBALANCETHERESIDUALIMD2COMPONENTATHEORETICALSTUDYISCARRIEDOUTANDBASICFEATUREOFTHISGENERATORISANALYZEDCOMPAREDU，ITHCOLNNLONUSEDDISTORTIONGENERATOR，THECUBICPREDISTORTERSTHATUSETHISKINDOFNOVELGENERATORHAVEABETTERIMD2SUPPRESSIONPERFORMANCEANDCANADAPTIVETHEDIFFERENTMATCHINGPERFORMANCEOFDIODEPAIRSTHESIMULATIONRESULTSSHOWTHECUBICPREDISTORTINGLINEARIZATIONSYSTEMCANACHIEVE46DBTHIRDORDERINTERMODULATIONDISTORTIONIMD3SUPPRESSION2THEINDEXINGMETHODOFLUTPREDISTORTINGLINEARIZATIONSYSTEMISSTUDIEDINTHISDISSERTATIONFIRSTTHECOMPANDINGFUNCTIONTHATCANREALIZEOPTIMUMTABLESPACINGISDERIVED，ANDANEWNONLINEARINDEXINGMETHODBASEDONLUTTECHNIQUEISPUTTINGFORWARDTHEADVANTAGEOFTHISNEWINDEXINGMETHODISSTUDIEDANDTHEPRACTICALIMPLEMENTATIONISPRESENTATLASTANIMPROVEDADAPTI、ESCHEMEOFTHENEWMETHODISCONSIDEREDSIMULATIONSTUDYSHOWS25DBIMD3SUPPRESSIONCANBEIMPROVEDCOMPAREDWITHCOMMONPOLARLUTIIIDREDISTORTINGSYSTEMTHATHASSAME64LUTENTRIESBESIDESTHESTUDYINGOFINDEXINGTECHNIQUE，THEADAPTIVEREFRESHALGORKHMSOFLUTARESTUDIEDANDANEWALGORITHMISOBTAINED3ARFPALINEARZIATIONSYSTEMTHATCOMBINESRFPREDISTORTINGTECHNIQUEANDFEEDFORWARDTECHNIQUEISPRESENTCONTRASTEDWITHBASICFEEDFORWARDSYSTEMTHELNAINIMPROVEMENTOFNEWSYSTEMISTHESIGNALFEATUREOFERRORSIGNALPATHINNEWSYSTEMTHEERRORPACANALSOAMPLIFYTHEORIGINALSIGNAL，SOTHEPERFORMANCEOFWHOLEAMPLIFIERSYSTEMINCREASESSINCERFPREDISTORTERSUSEDINTHENEWSYSTEM，THELINEARITYANDPOWEREFFICIENCYCANBEENHANCEDCONSIDERINGTHENONLINEARDIFFERENCEOFTHEGAINANDPHASECHARACTERISTICINSOLIDSTATEPOWERAMPLIFIERSSPA，APARALLELBUTIMBALANCEDPREDISTORTINGADJUSTERISUSEDANDTHEHARDWARECOSTCANBEREDUCEDTHESIMULATIONRESULTSHOWSTHISNEWKINDOFLINEARIZATIONSYSTEMCANGET63DBIMD3SUPPRESSIONKEY、ORDSRADIOFREQUENCYPOWERAMPLIFIER，PREDISTORTION，LINEARIZATIONTECHNIQUE，INTERMODULATIONDISTORTION，LOOKUPTABLE，INDEXINGMETHODFEEDFORWARDPREDISTORTIONSYSTEMV第一章引言第一章引言11課題研究的目的和意義毫無(wú)疑問(wèn)，過(guò)去十年中無(wú)線通信技術(shù)的飛速發(fā)展，不僅改變?nèi)藗兊耐ㄐ欧绞?，還從某種程度上改變了生活方式。從全球范圍來(lái)看，無(wú)線通信用戶的年增量都在持續(xù)逐年大幅度增長(zhǎng)，無(wú)線通信已經(jīng)進(jìn)入規(guī)?；l(fā)展的階段。如今，快速發(fā)展的無(wú)線通信己成為信息產(chǎn)業(yè)中最為耀眼的亮點(diǎn)，并成為推動(dòng)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的強(qiáng)勁動(dòng)力。無(wú)線通信系統(tǒng)的目的是用最小的功率來(lái)保持每個(gè)信道的有效鏈接，但隨著無(wú)線用戶的飛速發(fā)展和寬帶通信業(yè)務(wù)的開(kāi)展，通信頻段變得越來(lái)越擁擠，在頻譜效率和功率效率這兩個(gè)重要指標(biāo)之間更趨向于選擇頻譜效率。為了在有限的頻譜范圍內(nèi)容納更多的通信信道，要求采用頻譜利用率更高的傳輸技術(shù)，因此線性調(diào)制技術(shù)技術(shù)如QAMQUADRATUREAMPLITUDEMODULATION、QPSKQUADRATUREPHASESHIFTKEYING等在現(xiàn)代無(wú)線通信系統(tǒng)中被廣泛采用。所有的無(wú)線通信系統(tǒng)都要求對(duì)相鄰頻段的用戶產(chǎn)生最小的干擾，也就是必須在所規(guī)定的頻段范圍內(nèi)傳送信號(hào)。但通信系統(tǒng)中的非線性器件必定會(huì)使發(fā)送信號(hào)產(chǎn)生非線性失真，從而對(duì)相鄰信道產(chǎn)生不同程度的干擾。對(duì)J二一個(gè)高功率的射頻發(fā)射機(jī)而言，這些失真信號(hào)雖然比所要輸出的信號(hào)小許多，但它的絕對(duì)值還是很大，會(huì)對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生干擾，因此必須控制在一定的范圍以內(nèi)。對(duì)于采用恒包絡(luò)調(diào)制如FMFREQUENCYMODULAITON、MSKMINIMUMSHIFTKEYING的無(wú)線通信系統(tǒng)，可以采用濾波技術(shù)等來(lái)消除諧波干擾。但對(duì)于包絡(luò)變化的線性調(diào)制技術(shù)，濾波并不能消除交調(diào)產(chǎn)物，因此必須采用線性化的發(fā)射機(jī)系統(tǒng)。射頻功率放大器是發(fā)射機(jī)系統(tǒng)中非線性最強(qiáng)的器件，特別是為了提高功率效率，射頻功放基本工作在非線性狀態(tài)，因此線性功率放犬器設(shè)計(jì)技術(shù)己成為線性化發(fā)射機(jī)系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)。目自D，無(wú)論是在無(wú)線通信還是有線通信領(lǐng)域，功率放大器的線性化技第一章引言術(shù)已成為一個(gè)廣泛而活躍的研究領(lǐng)域。除了線性化調(diào)制技術(shù)的廣泛采用等原因以外，以下一些原因也促進(jìn)該技術(shù)得到廣泛研究并迅速發(fā)展1出于對(duì)通信系統(tǒng)功率效率的要求，不能采用簡(jiǎn)單的功率回退技術(shù)來(lái)解決功放線性化問(wèn)題。所謂功率回退就是采用大功率的放大器，然后通過(guò)功率回退使之工作在線性放大區(qū)域。如果采用該技術(shù)，一方面電源利用率一般僅為15，會(huì)產(chǎn)生導(dǎo)致終端自主時(shí)間過(guò)短、基站熱管理等一系列問(wèn)題。另一方面大功率器件只能輸出很小的功率，其本身潛力不能充分發(fā)搗二，也造成整機(jī)制造成本的提高。2多載波調(diào)制技術(shù)的逐漸采用也要求線性化的功率放大器。以O(shè)FDMORTHOGONALFREQUENCYDIVISIONMULTIPLEXING為代表的多載波調(diào)制技術(shù)具有高傳輸速率、不需均衡等明顯優(yōu)點(diǎn)，已為許多標(biāo)準(zhǔn)如80211、HDTVHIGHDEFINITIONTELEVISION、4G等所采用I“。由于OFDM信號(hào)具有很高的峰值F均功率比，功率放大器的非線性將影響到整個(gè)系統(tǒng)的性能。3多載波系統(tǒng)要求線性化的功率放大系統(tǒng)。多載波放大系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于無(wú)線通信的基站系統(tǒng)中，由于多徑傳播和遠(yuǎn)近效應(yīng)的存在，基站系統(tǒng)對(duì)鄰道干擾的要求非常嚴(yán)格【31，這就要求采用高線性度的發(fā)射機(jī)系統(tǒng)，減少交I周分量對(duì)相鄰鄰信道的干擾。4自適應(yīng)天線系統(tǒng)的需要。發(fā)射機(jī)非線性引起的鄰道干擾會(huì)影響相鄰蜂窩甚至相鄰波束的用戶，非線性交調(diào)產(chǎn)物會(huì)導(dǎo)致波束寬帶、旁瓣抑制、零位深度等一系列天線的性能指標(biāo)變差【4J。5動(dòng)態(tài)信道分配的要求。動(dòng)態(tài)信道分配技術(shù)要求發(fā)射機(jī)能工作于任何個(gè)信道【5I，最終要求采用寬帶線性化的功率放大器。6一些新興無(wú)線通信技術(shù)的需要。以軟件無(wú)線電為代表的新興無(wú)線通F刊支術(shù)，從本質(zhì)上要求線性、寬頻的發(fā)射機(jī)技術(shù)，因此需要高度線性化的刑頻功率放大器16J。12國(guó)際國(guó)內(nèi)研究狀況和進(jìn)展小小節(jié)回顧了國(guó)內(nèi)外射頻功率放大器線性化技術(shù)的研究狀況，著重介紹了基_J預(yù)失真技術(shù)的射頻功放線性化系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀及進(jìn)展。一2第一章引言121射頻功放線性化技術(shù)國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀功率放大器的線性化技術(shù)研究可以追溯到上個(gè)世紀(jì)二十年代。1928在貝爾實(shí)驗(yàn)室工作的美國(guó)人HAROLDSBLACK發(fā)明了前饋和負(fù)反饋技術(shù)并應(yīng)用到放大器設(shè)計(jì)中【78，有效地減少了放大器失真，可以認(rèn)為是功放線性化技術(shù)研究的丌端。但那時(shí)主要是從器件本身的角度來(lái)提高功率放大器的線性度，所研究的功率放大器頻率也較低。隨著無(wú)線通信技術(shù)的興起和飛速發(fā)展，到上世紀(jì)七八十年代射頻功率放大器的線性化技術(shù)得到飛速發(fā)展，主要呈現(xiàn)以下兩個(gè)特點(diǎn)1一些新興的功放線性化技術(shù)，如基于查找表的自適應(yīng)基帶預(yù)失真技術(shù)、自適應(yīng)前饋線性化技術(shù)、EERENVELOPEELIMINATIONANDRESTORATION技術(shù)、LINCLINEARAMPLIFICATIONUSINGNONLINEARCOMPONENTS技術(shù)、CALLUMCOMBINEDANALOGUELOCKEDLOOPUNIVERSALMODULAR技術(shù)等得到廣泛研究和發(fā)展，申請(qǐng)了一大批專利。2研究人員從器件設(shè)計(jì)人員擴(kuò)展到系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員，許多學(xué)者試圖從系統(tǒng)的角度解決射頻功放的非線性問(wèn)題。實(shí)際上有些線性化技術(shù)完全避丌了功率放大器本身的非線性特性，同樣有些技術(shù)則能對(duì)整個(gè)發(fā)射機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行了線性化。日IU在圍際上，無(wú)論是學(xué)術(shù)界還是工業(yè)界，對(duì)射頻功放的線性化技術(shù)研究部非常重視。近年來(lái)，IEEE每年關(guān)于這方面論文以百分之十幾的速度增長(zhǎng)，2001年直接相關(guān)論文就達(dá)四五十篇19。2001年微波理論與技術(shù)國(guó)際會(huì)議IEEEMTTS有5個(gè)組討論功率放大器，其中一個(gè)組專門討論改進(jìn)助；棼放大器線性度和效率的方法F】OL。與此同時(shí)，由于該技術(shù)較強(qiáng)的實(shí)用性，繯年都有上百個(gè)相關(guān)的明專利被申請(qǐng)，僅2001年批準(zhǔn)相關(guān)的專利超過(guò)150個(gè)I“I。相比之下，國(guó)內(nèi)還沒(méi)有對(duì)該技術(shù)研究引起足夠重視，只有東南大學(xué)、華中科技大學(xué)、華南理工大學(xué)等少數(shù)單位丌展這方面的研究工作【”。5I。從Z三表的論文看，絕大部分部屬于介紹性文章，學(xué)術(shù)研究論文較少。專利的申請(qǐng)更不容樂(lè)觀，關(guān)于這方面的發(fā)明專利很少I”】，因此非常有必要開(kāi)展這方面的研究工作。第一章引言122基于預(yù)失真技術(shù)的線性化系統(tǒng)研究進(jìn)展預(yù)失真技術(shù)是一種廣泛使用的射頻功放線性化技術(shù)，圖11就是一個(gè)典型的開(kāi)環(huán)預(yù)失真系統(tǒng)。根據(jù)預(yù)失真器在發(fā)射機(jī)中的位置，可以分為射頻預(yù)失真技術(shù)、中頻預(yù)失真技術(shù)和基帶預(yù)失真技術(shù)。根據(jù)預(yù)失真器處理信號(hào)的形式，可以分為模擬預(yù)失真技術(shù)和數(shù)字預(yù)失真技術(shù)?；陬A(yù)失真技術(shù)的射頻功放線性化系統(tǒng)是本論文的主要研究?jī)?nèi)容，本文分別就三階模擬預(yù)失真系統(tǒng)、查找表預(yù)失真技術(shù)和前饋預(yù)失真系統(tǒng)中一些關(guān)鍵的技術(shù)問(wèn)題進(jìn)行了研究。HIN|F11PAR圖11開(kāi)環(huán)預(yù)失真系統(tǒng)框圖1221模擬預(yù)失真技術(shù)的研究狀況及進(jìn)展模擬預(yù)失真技術(shù)起源于上世紀(jì)中葉對(duì)晶體管器件非線性特性研究的丌展。1959年MACDONALD就提出了用相反的非線性特性來(lái)補(bǔ)償三極管本身二怍線性的方法【”】，這就包含了模擬預(yù)失真技術(shù)思想。1968年LOTSCH提出了分析二極管非線性的理論【”L；1967年NARAYANAN提出了用VOLTERRA級(jí)數(shù)研究品體管的非線性191并研究了串聯(lián)晶體管的交調(diào)擾動(dòng)問(wèn)題【2，REVLLOLDS【2”2I、THOMAS23。241等也研究了晶體管的非線性失真和消除問(wèn)題。模擬預(yù)失真技術(shù)早期主要應(yīng)用于行波管功率放大器中，行波管功率放大器是一種典型的三階非線性器件，采用三階模擬預(yù)失真器可以取得較好的線性化效果。1979年日本人SATOH就把模擬預(yù)失真技術(shù)應(yīng)用于行波管功放。詐取得不錯(cuò)的效果25LBREMENSON等人研究了衛(wèi)星通信系統(tǒng)中預(yù)失真行I；Y管功率放大系統(tǒng)【26L；NAMIKIY等研究了QAM調(diào)制下模擬預(yù)失真技術(shù)對(duì)行波管放大系統(tǒng)性能的提高27】KATZ研究了可自動(dòng)適應(yīng)環(huán)境變化的二極管模擬預(yù)失真囂【28】；此外還有一些相關(guān)的文章和專利129361。I階模擬預(yù)失真技術(shù)在行波管功率放大系統(tǒng)中成功應(yīng)用后，就迅速推廣到固態(tài)功率放大系統(tǒng)中。1984年日本人NOJIMA用二極管搭成了一個(gè)三第一章引言階模擬預(yù)失真系統(tǒng)【”1，并成功地應(yīng)用到800MHZ移動(dòng)電話系統(tǒng)【3。NOJIMA還研究了256QAM調(diào)制方式下模擬預(yù)失真技術(shù)對(duì)系統(tǒng)性能的影響，在6GHZ載波500MHZ帶寬情況下可以壓縮三階交調(diào)分量6DB，25MHZ帶寬的時(shí)候可以抑制20DBL39】。KUMAR把三階模擬預(yù)失真器應(yīng)用到12W3842G吲態(tài)功率放大器中，并可以通過(guò)改變偏置電壓來(lái)改變預(yù)失真器的非線性特性M4”。NAL3NICINI研究了帶溫度補(bǔ)償?shù)墓虘B(tài)功放預(yù)失真系統(tǒng)【42】CZECH研究了模擬預(yù)失真技術(shù)4GHZ場(chǎng)效應(yīng)功放性能的影響1431；AMADESI提出了分級(jí)預(yù)失真的方法【441STEWART研究了應(yīng)用于小功率終端的模擬預(yù)失真技術(shù)14“。早期的模擬預(yù)失真技術(shù)主要應(yīng)用于有線電視和衛(wèi)星通信系統(tǒng)中，主要研究文獻(xiàn)還包括4650。19世紀(jì)80年代后，模擬預(yù)失真技術(shù)進(jìn)入快速發(fā)展時(shí)期，這時(shí)的主要應(yīng)用對(duì)象是移動(dòng)通信系統(tǒng)。在自適應(yīng)技術(shù)方面，STAPLETON提出了通過(guò)帶外J力簪采樣來(lái)控制預(yù)失真器的自適應(yīng)技術(shù)，該技術(shù)可以用在模擬和數(shù)字預(yù)失真系統(tǒng)中151521。BENEDETTO提出了一種通過(guò)最小化輸入和輸出信號(hào)均方根誤差來(lái)實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)控制的技術(shù)，分析指出了其優(yōu)缺點(diǎn)“。JECKELN則通過(guò)對(duì)非線性J力放直接建模，來(lái)自適應(yīng)控制預(yù)失真器川。BERNARDINI仿真研究了不同控制策HS對(duì)血階模擬預(yù)失真系統(tǒng)性能的影響B(tài)”。許多文獻(xiàn)對(duì)不同應(yīng)用背景下模擬預(yù)失技術(shù)的性能進(jìn)行了分析研究。MICHAEL提出了一種應(yīng)用于多載波放大系統(tǒng)的模擬預(yù)失真技術(shù)，該技術(shù)通過(guò)對(duì)多通道輸出信號(hào)的采樣來(lái)完成自適應(yīng)控制功能【5“。KANG等研究了模擬順、且器在跳頻系統(tǒng)中性能，實(shí)驗(yàn)研究表明交調(diào)失真可以壓縮10DB左右P“。LAJ等人提出了一科一采用新型放大器模型的預(yù)失真系統(tǒng)，與相同階數(shù)的預(yù)失真器相比該系統(tǒng)可以取得更好的性能【581。STONIC提出了00應(yīng)用于數(shù)字電視系統(tǒng)的多級(jí)模擬預(yù)失真系統(tǒng)159J韓國(guó)的YI研究了一種應(yīng)用于CDMA基站L的模擬預(yù)失真系統(tǒng)【60；BENEDETTO等人研究了三階模擬預(yù)失真器對(duì)OFDM系統(tǒng)的影響I“】BANELLI研究了模擬中頻預(yù)失真同數(shù)字預(yù)失真相結(jié)合的系統(tǒng)對(duì)OFDM信號(hào)的影響162。RAHKONEN研制了一種五階模擬預(yù)失真器的芯片，該芯片可以用于A類、B類或AB類功率放大器，當(dāng)帶寬為MHZ時(shí)交凋擾刊JI以JJ三縮O一30DBL631。第一章引言1222查找表預(yù)失真技術(shù)的研究狀況及進(jìn)展數(shù)字預(yù)失真技術(shù)是指用在數(shù)字域內(nèi)完成信號(hào)預(yù)失真處理的技術(shù)，一般有兩種實(shí)現(xiàn)方式，基于非線性射頻功放的參數(shù)模型實(shí)現(xiàn)和基于查找表方式實(shí)現(xiàn)。射頻功放的參數(shù)模型有許多種，如多項(xiàng)式模型、VOLTERRA級(jí)數(shù)模型等。多項(xiàng)式預(yù)失真系統(tǒng)是三階預(yù)失真系統(tǒng)的推廣，在模擬多項(xiàng)式預(yù)失真器出現(xiàn)后就出現(xiàn)了用數(shù)字技術(shù)實(shí)現(xiàn)的多項(xiàng)式預(yù)失真系統(tǒng)【64巧61，并逐步發(fā)展完善16769。VOLTERRA級(jí)數(shù)是描述非線性系統(tǒng)的通用模型，因此基于VOLTERRA模型數(shù)字預(yù)失真技術(shù)也是研究的熱點(diǎn)17072。1988年BATEMAN等提出了利用查找表和血線擬合的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)信號(hào)的預(yù)失真H“，這可以認(rèn)為是查找表預(yù)失真技術(shù)的起源。1989年NAGATA提出了映射預(yù)失真技術(shù)【741，該技術(shù)采用兩張二維預(yù)失真表來(lái)實(shí)現(xiàn)預(yù)失真功能，但系統(tǒng)收斂速度較慢。MANSELL提出了一種實(shí)用的查找表預(yù)失真系統(tǒng)【7”，但L亥技術(shù)需要做差值計(jì)算，運(yùn)算負(fù)擔(dān)較重。1990年MINOWA等提出了與功率回遐技術(shù)相結(jié)合的類似系統(tǒng)【7。對(duì)于映射預(yù)失真技術(shù)的進(jìn)展還可參見(jiàn)文獻(xiàn)F7778】。1990年FAULKNER提出了用兩張一維預(yù)失真表實(shí)現(xiàn)預(yù)失真功能的技術(shù)，F(xiàn)AULKNER的研究表明該技術(shù)可以壓縮30DB交調(diào)失真，但實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)帶麓J仃2KHZ。這種預(yù)失真技術(shù)同相位相關(guān)，因此對(duì)正交調(diào)制和解調(diào)器的瞑差卜分敏感，文獻(xiàn)81罐3研究了自動(dòng)糾正這些誤差的方法。同年CAVERS提出了一種用復(fù)增益查找表來(lái)實(shí)現(xiàn)預(yù)失真器的方法184。851，該技術(shù)用LF交方式表示的復(fù)增益來(lái)實(shí)現(xiàn)預(yù)失真表184851。WRIGHT實(shí)驗(yàn)研究表明8687I，在中帶情況F該技術(shù)可以達(dá)到25DB的交調(diào)失真分量壓縮。目FJU，查找表預(yù)失真系統(tǒng)以成為預(yù)失真技術(shù)的一個(gè)重要分支，其最新的研究成果綜述如下。SUNDSTROM研究了預(yù)失真系統(tǒng)各部分量化效應(yīng)對(duì)系統(tǒng)性能的影響【88】；CAVERS研究了調(diào)制解調(diào)誤差對(duì)預(yù)失真系統(tǒng)性能的影響89I；MANNINEN研究了反饋回路延遲對(duì)系統(tǒng)性能的影響901。JECKELN提出了通過(guò)刈T0波非線性特性時(shí)實(shí)建模來(lái)刷新預(yù)失真表的技術(shù)【。L921；MANSELL研究了一種簡(jiǎn)化反饋形式的復(fù)增益預(yù)失真系統(tǒng)931；HAN等提出了一種通過(guò)時(shí)實(shí)估計(jì)復(fù)包絡(luò)傳輸函數(shù)來(lái)刷新查找表的技術(shù)【9”。TAKABAYASHI研究了采用數(shù)字調(diào)制器6一第一章引言的查找表預(yù)失真技術(shù)，該方法可以消除調(diào)制器的IQ信號(hào)不匹配、直流偏移等誤差195I。HASSANI等對(duì)基本復(fù)增益預(yù)失真系統(tǒng)做了改進(jìn)，這些改進(jìn)只需要很小的硬件改動(dòng)但可以得到不錯(cuò)的效果1961。LEE等比較了在EDGEENHANCEDDATARATEFORGSMEVOLUTION系統(tǒng)中各種自適應(yīng)算法性能【971；IBNKAHLA等研究了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法在查找表預(yù)失真技術(shù)中的應(yīng)用1981MUHONEN等對(duì)比評(píng)述了各種查找表預(yù)失真技術(shù)的特點(diǎn)【99】。1223預(yù)失真技術(shù)同其它線性化技術(shù)相結(jié)合隨著無(wú)線通信技術(shù)的發(fā)展，對(duì)發(fā)射機(jī)系統(tǒng)的功率效率、頻譜效率、線性度等性能要求也越來(lái)越高。線性化技術(shù)的種發(fā)展趨勢(shì)就是組合幾種基本線性化方法，通過(guò)各自優(yōu)點(diǎn)來(lái)提高整個(gè)系統(tǒng)的性能。預(yù)失真技術(shù)同各種反饋技術(shù)相結(jié)合是普遍采用的一種技術(shù)，NESIMOGLU提出了一種有源反饋同預(yù)失真相結(jié)合的技術(shù)11001；CARDINAL提出了一種雙有源包絡(luò)反饋的預(yù)失真技術(shù)【01】PARK研究了一種只反饋包絡(luò)信號(hào)的預(yù)失真系統(tǒng)1102I；KIM等人提出了一種新型的電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，這種反饋預(yù)失真回路可以實(shí)現(xiàn)同前饋系統(tǒng)一樣的工作原理I”。此外，還出現(xiàn)預(yù)失真技術(shù)同前饋技術(shù)相結(jié)合的系統(tǒng)，但所開(kāi)展的研究不是很深入。文獻(xiàn)104，105在研究衛(wèi)星地球站系統(tǒng)時(shí)指出，前饋技術(shù)和預(yù)失真化技術(shù)相結(jié)合可以得到更好的功率效率和線性化性能。文獻(xiàn)F】06在一個(gè)6U饋功率放大系統(tǒng)中采用了預(yù)失真技術(shù)。預(yù)失真技術(shù)同LINC技術(shù)相結(jié)合是最近提出的一種新型技術(shù)1071，該技術(shù)的本質(zhì)是采用預(yù)失真器來(lái)彌補(bǔ)LINC系統(tǒng)中兩條回路的幅度和相位不平衡。13本論文的主要工作和內(nèi)容安排本論文的主要工作可分為三個(gè)部分，分別涉及到三階模擬預(yù)失真系統(tǒng)、基于查找表技術(shù)的自適應(yīng)基帶預(yù)失真系統(tǒng)和同前饋技術(shù)相結(jié)合的射頻預(yù)失真系統(tǒng)。概括起來(lái)，本文創(chuàng)新性的工作可簡(jiǎn)要敘述如下。刈JJ采用二極管反向平行對(duì)的三階模擬預(yù)失真系統(tǒng)，當(dāng)二極管對(duì)統(tǒng)計(jì)特R不匹配時(shí)會(huì)產(chǎn)生駐留的二階交調(diào)失真信號(hào)，從而會(huì)影響整個(gè)系統(tǒng)性第一章引言能。本文提出了一種可以抑制駐留二階交調(diào)擾動(dòng)的新型三階擾動(dòng)器，該擾動(dòng)器采用由電阻和二極管組成的反饋網(wǎng)絡(luò)來(lái)平衡二階交調(diào)信號(hào)。本文從帶反饋電阻的二極管堆擾動(dòng)器開(kāi)始逐步推導(dǎo)了該新型階擾動(dòng)器的基本原理，分析了其基本特性。研究表明該擾動(dòng)器具有兩個(gè)駐留二階交調(diào)分量最小壓縮點(diǎn)，因此具有更好的抑制特性。此外該新型擾動(dòng)器調(diào)節(jié)方便，并可以構(gòu)成自適應(yīng)系統(tǒng)以適應(yīng)不同的二極管對(duì)匹配情況。仿真結(jié)果表明采用該新型擾動(dòng)器的三階模擬預(yù)失真系統(tǒng)能達(dá)到46DB的三階交調(diào)壓縮性能。對(duì)于基于查找表技術(shù)的自適應(yīng)預(yù)失真系統(tǒng)，本文主要研究了這種系統(tǒng)中的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)一查找表表項(xiàng)索引技術(shù)。首先通過(guò)理論推導(dǎo)得出了可以實(shí)現(xiàn)最優(yōu)表項(xiàng)分布的壓縮函數(shù)，然后提出了一種用查找表技術(shù)實(shí)現(xiàn)的非線性表項(xiàng)索引技術(shù)，分析了該技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)并給出了具體實(shí)現(xiàn)方式，最后提出了一種自適應(yīng)改進(jìn)方案。仿真研究表明，在相同64位表項(xiàng)的極坐標(biāo)預(yù)失真系統(tǒng)中，查找表索引技術(shù)可以比幅度索引技術(shù)提高25DB左右的IMD3壓縮性能，但不會(huì)增加硬件實(shí)現(xiàn)的成本。本章最后還研究了表項(xiàng)的自適應(yīng)刷新算法，在分析兒種基本算法的基礎(chǔ)上提出了一種改進(jìn)弦線算法，仿真結(jié)果表明該算法可以提高表項(xiàng)收斂速度。本文最后從系統(tǒng)原理的角度研究了一種射頻預(yù)失真技術(shù)和前饋技術(shù)相結(jié)合的線性化技術(shù)，該技術(shù)改變了基本前饋技術(shù)中誤差信號(hào)的特性，使誤芋放大器也輸出有用信號(hào)功率，這樣提高了整個(gè)放大系統(tǒng)的性能。此外由R在主功放和誤差放大器前分別添加了預(yù)失真單元，因此提高了整個(gè)放火系統(tǒng)的線性度和功率效率?？紤]到固態(tài)功放幅度和相位非線性特性的差異，陔技術(shù)采用了幅度和相位不平衡調(diào)節(jié)的射頻預(yù)失真結(jié)構(gòu)，可以降低硬件成本。仿真結(jié)果表明該技術(shù)方案可以到達(dá)63DB的三階交調(diào)壓縮性能。奉論文的主要內(nèi)容分為血章，上面三部分研究工作分別在第三章、第四章和第血章中做重點(diǎn)闡述。本論文第二章介紹了射頻功率放大器的非線性模型并分析了非線性射頻功率放大器對(duì)發(fā)射機(jī)系統(tǒng)性能的影響，然后對(duì)常用的線性化技術(shù)做了綜述性介紹。第二章內(nèi)容可以看做后續(xù)幾章研究工作的背景介紹。一8第二章射頻功率放大器及其線性化技術(shù)第二章射頻功率放大器及其線性化技術(shù)本章首先分析了射頻功率放大器的非線性模型，然后介紹了非線性射頻功放對(duì)發(fā)射機(jī)系統(tǒng)的影響，最后對(duì)主流的功放線性化技術(shù)做了綜述性介紹。21節(jié)分析了射頻功率放大器的非線性模型，包括用AMAM和AMPM轉(zhuǎn)換特性描述的非線性模型和用序列展開(kāi)得到的帶通無(wú)記憶非線性模型。21節(jié)介紹了線性發(fā)射機(jī)以及性能指標(biāo)，著重分析了非線性功率放大器對(duì)發(fā)射機(jī)系統(tǒng)性能的影響。2_3節(jié)對(duì)主流的射頻功放線性化技術(shù)做了綜述，包括前饋技術(shù)、負(fù)反饋技術(shù)、EER技術(shù)、LINC技術(shù)和CALLUM技術(shù)。21射頻功率放大器非線性模型本論文研究對(duì)象是高功率高效率的射頻功率放大器，本質(zhì)上射頻功率放大器都是非線性的，也就是輸出信號(hào)中會(huì)包括非線性引起的失真分量。此外這些功率放大器都是有記憶效應(yīng)的，也就是其輸出不僅同現(xiàn)在的輸入信號(hào)相關(guān)，也同過(guò)去的信號(hào)有關(guān)。如果假設(shè)輸入信號(hào)的帶寬足夠小，則叮以把其看成無(wú)記憶非線性系統(tǒng)【”8L，在本文的所有分析中都假設(shè)所研究的射頻功放是沒(méi)有記憶效應(yīng)的。211極坐標(biāo)非線性模型如果不考慮記憶效應(yīng)，可以把輸出信號(hào)中的幅度和相位失真看成是由輸入信號(hào)幅度變化引起的。這種模型實(shí)質(zhì)上考慮功率放大器兩種類型的非線性特性，即調(diào)幅調(diào)幅AMAM轉(zhuǎn)換特性和調(diào)幅調(diào)XGAMPM轉(zhuǎn)換特陀。由于射頻功放的這兩個(gè)非線性特性可以通過(guò)矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀測(cè)量得到，因此用AMAM和AMPM特性來(lái)描述非線性功放是實(shí)際中經(jīng)常采用的方法。如果把射頻功放的AMAM、AMPM轉(zhuǎn)換特性用串聯(lián)方式表示，則可U得剖極坐標(biāo)形式的非線性模型?？紤]如下形式的單頻輸入信號(hào)第二章射頻功率放大器及其線性化技術(shù)J。ACOS2礬F211當(dāng)陔信號(hào)通過(guò)非線性射頻功放后，輸出信號(hào)變?yōu)镾。FACOS2刁，妒GDF212上式中FA和G口分別代表功放的AMAM和AMPM非線性轉(zhuǎn)換特性。MINKOFF研究表明【10901，對(duì)于調(diào)制輸入信號(hào)式211和式212FFII融述的關(guān)系也同樣滿足，即對(duì)于如下調(diào)制輸入信號(hào)S，F(xiàn)ATCOS2刀FFR2131輸出信號(hào)可表示為SOFFATCOS2巧，0GDFF214、式214所示的模型可以描述包絡(luò)變化的輸入信號(hào)所產(chǎn)生的帶內(nèi)失真擾動(dòng)，該模型用框圖表示如下ATCOS23R。，則電阻R可以用兩個(gè)正向偏置的串聯(lián)二極管實(shí)現(xiàn)。如果把圖237中的反饋電阻R用兩個(gè)串聯(lián)二極管D。和D。代替后，即可得到圖3，16所示新型三階擾動(dòng)器電路。在上面的分析中曾指出，二極管串聯(lián)后的電阻R大小是同流過(guò)二極管的電流，。相關(guān)的，因此可以通過(guò)調(diào)節(jié)可變電壓曠，來(lái)調(diào)節(jié)二極管，。，進(jìn)而可以調(diào)節(jié)電阻尺的大小。另一方面，從上面的分析可以看到，對(duì)于不同的二極管對(duì)匹配情況，最優(yōu)電阻R的值是不同，因此可以通過(guò)調(diào)節(jié)電壓礦，來(lái)達(dá)到最優(yōu)的二階交調(diào)擾動(dòng)抑制，這是這種新型三階擾動(dòng)器的一個(gè)顯著優(yōu)點(diǎn)?？勺?乜阻月，對(duì)電壓靈敏度的控制是容易理解的，當(dāng)電阻只、較大時(shí)，電壓Y，變化所引起電阻R的變化相對(duì)較??；反之當(dāng)電阻R。較小時(shí)，電阻尺隨電壓礦，的變化則比較靈敏。33新型三階模擬預(yù)失真器的仿真研究本節(jié)首先對(duì)如圖316所示的新型三階擾動(dòng)器進(jìn)行了仿真研究，分析了在T型衰減器組成的預(yù)失真系統(tǒng)中該擾動(dòng)器對(duì)二階交調(diào)信號(hào)的抑制能力。然后本1，提B了一種采用新型三階擾動(dòng)器和L80度相移分配器組成的二二階預(yù)失真系統(tǒng)，該預(yù)失真電路的通過(guò)自適應(yīng)反饋可以達(dá)到了對(duì)二階變調(diào)分量的最佳抑制，最后仿真研究了該三階模擬預(yù)失真器對(duì)AB類功率放大器的線性化性能。331新型三階擾動(dòng)器對(duì)駐留二階交調(diào)抑制能力對(duì)于【墨|316所示的新型三階擾動(dòng)器，采用T型衰減單元組成三階模擬預(yù)失真器，其仿真模型如圖33L所示。其中控制串聯(lián)二極管D。和D。的控制電壓礦。149V，可變電阻R，200【2，電阻R195Q，其它仿真參數(shù)同表31。下面來(lái)研究當(dāng)二極管D，的理想因子璣在1到12之間變化時(shí)該預(yù)失真器羽二階交調(diào)分量的抑制能力。圈332是仿真結(jié)果。從圖中可以看出，隨著理想因子璣增大，二階變調(diào)失真分量反而隨之下降，說(shuō)明該三階擾動(dòng)器具有明顯抑制二階交調(diào)的能一49第三章具有二階交調(diào)抑制功能的三階模擬預(yù)失真器研究力。對(duì)比圖330可以發(fā)現(xiàn)，新型三階擾動(dòng)器抑制二階失真的特性同電阻反饋的二極管堆擾動(dòng)器不一樣。新型擾動(dòng)器在仇增大時(shí)有兩個(gè)最小點(diǎn)，因此可以得到更好的二階交調(diào)抑制性能，這是這種新型三階擾動(dòng)器另一個(gè)明顯的優(yōu)點(diǎn)。O芝圖331新型三階擾動(dòng)器在ADS中仿真模型N3圖332新型三階擾動(dòng)器對(duì)IMD2的抑制能力L冬|333是在不同控制電壓下，理想因子13變化時(shí)新型三階擾動(dòng)器對(duì)階交調(diào)的抑制能力。從圖中明顯看出，對(duì)于不同的理想因子仉存在不同一50第三章具有二階交調(diào)抑制功能的三階模擬預(yù)失真器研究最優(yōu)控制電壓，因此實(shí)際使用中需要根據(jù)不同的匹配情況對(duì)控制電壓進(jìn)行調(diào)整，即需要自適應(yīng)控制過(guò)程。LMD2VSDIFFERENTVDC口N3圖333不同下新型三階擾動(dòng)器對(duì)MD2的抑制能力圖334仿真了電阻心對(duì)系統(tǒng)抑制二階交調(diào)能力的影響，仿真時(shí)控制電壓取最優(yōu)值149V。從圖中可以看出，在控制電壓確定的情況下，存在一個(gè)最優(yōu)的電阻R。195Q，使得二階交調(diào)失真最小。這個(gè)特性同前面電阻反饋的極管堆預(yù)失真系統(tǒng)是一樣的。IMD2VS剮RD圖334不同贏流偏置下對(duì)二階交調(diào)的抑制能力進(jìn)一步分析了電阻R。的容差性能對(duì)系統(tǒng)抑制二階交調(diào)分量的影響。分別仿真了在最優(yōu)電阻值R。195Q偏差5的情況下，也就是電阻為R。，18525F和RJ20475F2時(shí)二階交調(diào)分量的抑制情況，如圖335所示。第三章具有二階交調(diào)抑制功能的三階模擬預(yù)失真器研究當(dāng)電阻R。偏差5時(shí)，輸出的二階交調(diào)分量在圖中分別如圖中用方框和到三角表示的兩條曲線。從圖中可以看出，新型三階擾動(dòng)器對(duì)電阻如的容差變化非常敏感，這是實(shí)際使用中必需注意的問(wèn)題。IMD2VSRDTOLERANON3圖335R。在5容差變化時(shí)二階交調(diào)失真的變化圖332采用相移分配器實(shí)現(xiàn)的新型三階預(yù)失真系統(tǒng)前面所研究的三階預(yù)失真器是都是采用T型衰減網(wǎng)絡(luò)，但T型衰減網(wǎng)絡(luò)有系統(tǒng)噪聲大、功率效率低等缺點(diǎn)，一種改進(jìn)的方法是采用環(huán)行器或相移分配器柬實(shí)現(xiàn)預(yù)失真器，本小節(jié)仿真研究了采用相移分配器實(shí)現(xiàn)的新型二階預(yù)失真器性能。RR1圖336相移分配器實(shí)現(xiàn)的三階預(yù)失真系統(tǒng)52蘭三童墾塑三墮奎塑塑型墊壁塑三墮堡型堡叁壅墅塑壅對(duì)于如圖310所示的采用相移分配器的預(yù)失真系統(tǒng)，用新型三階非線性擾動(dòng)器代替原來(lái)的二極管反向平行對(duì)后，在ADS中建立仿真模型如圖336所示。這種預(yù)失真器的關(guān)鍵是調(diào)整相移分配器零度輸出端的電阻和電容值，它們的作用是分別抵消擾動(dòng)器所產(chǎn)生線性分量和相位誤差，在仿真時(shí)可以通過(guò)優(yōu)化的方法得到，其它仿真參數(shù)同圖33L所示的系統(tǒng)。仿真后發(fā)現(xiàn)該預(yù)失真器對(duì)駐留二階交調(diào)信號(hào)的抑制特性基本同T型衰減網(wǎng)絡(luò)預(yù)失真器一樣，因此這里不在重述。圖337是預(yù)失真器輸出信號(hào)的頻譜，其中主要以三階信號(hào)為主，線性分量得到明顯抑制。言曼L圖337相移分配器實(shí)現(xiàn)的三階預(yù)失真器輸出信號(hào)頻譜圖圖338成J_H新型三階預(yù)失真器的射頻功放線性化系統(tǒng)第三章具G_階交調(diào)抑制功能的三階模擬預(yù)失真器研究本文仿真研究了新型三階預(yù)失真器對(duì)AB類非線性射頻功放的線性化效果，圖338就是整個(gè)預(yù)失真線性化系統(tǒng)的仿真原理框圖。射頻輸入信號(hào)經(jīng)信號(hào)分離器分成兩路，上面一路通過(guò)時(shí)間延遲單元達(dá)到功率合成器的一端，該時(shí)間延遲信號(hào)是用來(lái)補(bǔ)償信號(hào)經(jīng)過(guò)三階模擬預(yù)失真器的時(shí)間延遲。另一路信號(hào)則經(jīng)過(guò)新型三階模擬預(yù)失真器后到達(dá)功率合成器的另一端，兩路信號(hào)合成后注入到功率放大器完成功率放大器的線性化功率。在實(shí)際使用中，二極管對(duì)的性能匹配情況是不能預(yù)先得知，因此本文提出了白適應(yīng)控制單元來(lái)適應(yīng)不同匹配情況。如圖338所示，該線性化系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)控制電壓曠，和電阻月。的自適應(yīng)控制，自適應(yīng)策略是基于輸出駐留二階交調(diào)信號(hào)的能量最小。由于三階擾動(dòng)分量同二階失真分量的頻帶距離較遠(yuǎn)，因此實(shí)際實(shí)現(xiàn)時(shí)可以采用濾波器得到二階失真分量，然后通過(guò)包絡(luò)檢波的方式得到二階失真分量能量的大小，再用這個(gè)信號(hào)去控制新型三階擾動(dòng)器中的控制電壓，和電阻R。的大小。幽339仿真_IJ典型的AB類射頻功率放大器圖339是本文所研究的典型AB類射頻功率放大器在ADS中的仿真模型，陔功率放大器采用MOTOROLA的MRF9742功率管，仿真模型考慮了器件封裝的影響，因此具有較高的精度。在仿真過(guò)程中需要對(duì)幅度、相位調(diào)節(jié)單元和時(shí)間延遲單元進(jìn)行調(diào)節(jié)，以取得最佳的性能。圖340是沒(méi)有預(yù)失真系統(tǒng)時(shí)輸入信號(hào)通過(guò)非線性放大器后信號(hào)的頻譜圖，可見(jiàn)由于射頻功放的非線性影響，產(chǎn)生了頻譜擴(kuò)展現(xiàn)緣，輸JJ的二階交調(diào)失真信號(hào)的功率為一L5319DBM。圖341是經(jīng)過(guò)如圖新J型三二階模擬預(yù)失真系統(tǒng)后輸出的頻譜特性，從圖中可以看出三階交凋分第三章具有二階交調(diào)抑制功能的三階模擬預(yù)失真器研究量一62036DBM，因此該三階模擬預(yù)失真器具有46DB的三階交調(diào)信號(hào)壓制能力，從而說(shuō)明本文提出的這種能抑制二階交調(diào)失真的三階交調(diào)預(yù)失真器是有效的?！癐DB。M”VOUT0,1733F川|FF圖340沒(méi)有經(jīng)過(guò)預(yù)失真系統(tǒng)輸出信弓頻譜圖塑均蛆啦蝗嚶JF，辛FFREQHZ圖341經(jīng)過(guò)預(yù)失真系統(tǒng)后輸出信號(hào)頻譜倒34本章小節(jié)本章酋先介紹了幾種三階模擬預(yù)失真技術(shù)的工作原理和技術(shù)特點(diǎn)，著霞分析了埏于二二極管反向平行對(duì)的三階模擬預(yù)失真器基本原理，然后提出了種可以抑制駐留二階交調(diào)分量的新型三階擾動(dòng)器。該擾動(dòng)器通過(guò)一個(gè)二極管和電阻組成的反饋網(wǎng)絡(luò)來(lái)平衡二階擾動(dòng)信號(hào)，本章理論推導(dǎo)了基一55第三章具有二階交調(diào)抑制功能的三階模擬預(yù)失真器研究本原理并仿真分析了其性能特點(diǎn)。對(duì)比帶反饋電阻的二極管堆三階擾動(dòng)器，新型擾動(dòng)器具有兩個(gè)二階交調(diào)分量最小壓縮點(diǎn)，因此有更好的抑制特性。此外該新型擾動(dòng)器調(diào)節(jié)方便，并可以構(gòu)成自適應(yīng)系統(tǒng)以適用不同的二極管對(duì)匹配情況。最后仿真研究結(jié)果表明，采用該三階擾動(dòng)器的預(yù)失真系統(tǒng)能有效抑制駐留二階失真分量，并能取得46DB左右的三階交調(diào)信號(hào)壓縮性能。56第四章基于查找表技術(shù)的自適應(yīng)基帶預(yù)失真系統(tǒng)研究第四章基于查找表技術(shù)的自適應(yīng)基帶預(yù)失真系統(tǒng)研究基帶預(yù)失真技術(shù)是指在通信系統(tǒng)的基帶完成信號(hào)預(yù)失真，達(dá)到線性化功率放大器的一種技術(shù)。由于基帶信號(hào)的頻率較低，一般轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理，因此這種技術(shù)也稱為自適應(yīng)數(shù)字預(yù)失真技術(shù)。利用查找表技術(shù)實(shí)現(xiàn)的基帶預(yù)失真系統(tǒng)具有功耗小、結(jié)構(gòu)靈活和易于實(shí)現(xiàn)等優(yōu)點(diǎn)，已逐步成為基帶預(yù)失真系統(tǒng)的一共主要發(fā)展方向。近年來(lái)，隨著高速數(shù)字信號(hào)處理器件DSP的飛速發(fā)展，該技術(shù)的正越來(lái)越受到學(xué)者的關(guān)注。本章41節(jié)介紹了幾種基于查找表技術(shù)的自適應(yīng)基帶預(yù)失真系統(tǒng)，包括映射預(yù)失真技術(shù)、極坐標(biāo)預(yù)失真技術(shù)和復(fù)增益預(yù)失真技術(shù)，分析了各自的工作原理和優(yōu)缺點(diǎn)。42節(jié)著重研究了查找表預(yù)失真系統(tǒng)中的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)一表項(xiàng)索引技術(shù)，首先通過(guò)理論分析得出了達(dá)到最優(yōu)表項(xiàng)分布的壓縮函數(shù)，然后提出了一種用查找表實(shí)現(xiàn)非線性索引的表項(xiàng)索引技術(shù)，并給出了自適應(yīng)改進(jìn)算法。43節(jié)研究了預(yù)失真表表項(xiàng)刷新的算法，在分析幾種經(jīng)典算法的基礎(chǔ)卜，提出了一種較快收斂的改進(jìn)弦線法，分析了算法原理。44節(jié)的仿真研究表明本章提出的查找表索引技術(shù)和改進(jìn)弦線算法是有效的。41基于查找表技術(shù)的基帶預(yù)失真系統(tǒng)從原理上講，同模擬預(yù)失真技術(shù)一樣，基帶預(yù)失真技術(shù)也是對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行預(yù)擾動(dòng)，以達(dá)到線性化功率放大器的目的。但基帶預(yù)失真技術(shù)一般往數(shù)字域內(nèi)完成輸入信號(hào)的預(yù)失真處理，這是同第三章采用模擬器件實(shí)現(xiàn)傾失真技術(shù)的本質(zhì)區(qū)別。同模擬預(yù)失真技術(shù)相比，數(shù)字技術(shù)具有許多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，如功耗小、結(jié)果較緊湊、價(jià)格便宜、易于實(shí)現(xiàn)復(fù)雜算法等優(yōu)點(diǎn)。近年來(lái)，隨著高速數(shù)字信號(hào)處理器件的飛速發(fā)展，制約該技術(shù)發(fā)展的器件瓶頸正逐步得以解決。目日“該技術(shù)應(yīng)用范圍F從原來(lái)的窄帶通信系統(tǒng)向?qū)拵ㄐ畔到y(tǒng)轉(zhuǎn)變，并越來(lái)越受到廣。大學(xué)者的重視，成為研究的熱點(diǎn)。根據(jù)所采用的非線性射頻功放的第四章基于查找表技術(shù)的自適應(yīng)基帶預(yù)失真系統(tǒng)研究模型不同，數(shù)字預(yù)失真器通常有多項(xiàng)式實(shí)現(xiàn)和查找表實(shí)現(xiàn)兩種方式，本章所研究的是基于查找表技術(shù)的基帶預(yù)失真系統(tǒng)，圖4，L是這種預(yù)失真系統(tǒng)的原理框圖。I璺|41自適應(yīng)基帶預(yù)失真系統(tǒng)基本框圖由于該技術(shù)是通過(guò)對(duì)基帶信號(hào)進(jìn)行預(yù)擾動(dòng)，而不是對(duì)非線性射頻功放所要直接放大的射頻信號(hào)進(jìn)行處理，因此數(shù)字基帶預(yù)失真技術(shù)無(wú)一例外的采用了自適應(yīng)反饋技術(shù)。另一方面，高速數(shù)字信號(hào)處理器件可以方便地實(shí)現(xiàn)備種復(fù)雜算法，提高整個(gè)系統(tǒng)的自適應(yīng)性能。411映射預(yù)失真技術(shù)1988年，BATEMAN等人提出了采用數(shù)字信號(hào)處理元件和查找表用曲線擬合的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)預(yù)失真器F73L，可以認(rèn)為是基于查找表的基帶預(yù)失真技術(shù)的起源。1989年NAGATA提出了一種具有歷史意義的數(shù)字預(yù)失真技術(shù)174L，如圖42所示，本文稱為映射預(yù)失真技術(shù)。該技術(shù)的核心是通過(guò)兩張維的預(yù)失真表，把輸入信號(hào)的正交分量A，T和A，如映射成一組新的正交分量A，和A，盯，即D，F(xiàn)，口，F(xiàn)4111AORA，A心這樣，只要假設(shè)系統(tǒng)沒(méi)有記憶效應(yīng)，后面?zhèn)鬏斶^(guò)程中所產(chǎn)生的非線性失真都I，以被消除，包括非線性助率放大器所產(chǎn)生的失真。從本質(zhì)上講，該技術(shù)屬于發(fā)射機(jī)系統(tǒng)的線性化技術(shù)，因?yàn)榘↗下交調(diào)一58第四章基于查找表技術(shù)的自適應(yīng)基帶預(yù)失真系統(tǒng)研究制器的非線性、IQ輸入端不匹配等引起的失真都可以被消除。該技術(shù)通過(guò)對(duì)輸出采樣信號(hào)的同步解調(diào)來(lái)得到反饋信號(hào)，因此系統(tǒng)性能非常依賴于F交解調(diào)器的特性，而解調(diào)單元的非線性不能通過(guò)該技術(shù)消除。劇42映射預(yù)失真技術(shù)基本框劇較慢的收斂速度是映射預(yù)失真技術(shù)的主要缺點(diǎn)，這主要因?yàn)椴捎迷摷夹g(shù)實(shí)現(xiàn)的預(yù)失真表的表項(xiàng)數(shù)目非常巨大。對(duì)于一對(duì)正交輸入信號(hào)A，R和C“F，所需要的表項(xiàng)數(shù)目即所需要內(nèi)存可用下式計(jì)算S，22“2R41。2卜式中S，是預(yù)失真表所需要的內(nèi)存；N是系統(tǒng)分辨率，也就是數(shù)字量化精度。這樣如果對(duì)于一個(gè)具有10比特分辨率的系統(tǒng)，則需要2220即兩百J比特的內(nèi)存，這是非常巨大的。一種解決方法是采用差值運(yùn)算降低表項(xiàng)數(shù)目，但所增加了較大的差值運(yùn)算量。412復(fù)增益預(yù)失真技術(shù)映射預(yù)失真技術(shù)的最大缺點(diǎn)是表項(xiàng)數(shù)目太多，導(dǎo)致較慢的收斂速度。如果把功率放大器所產(chǎn)生的非線性看成只與輸入信號(hào)的幅度有關(guān)時(shí)，則呵以用維預(yù)失真表束實(shí)現(xiàn)預(yù)失真器功能，減少了表項(xiàng)的數(shù)目。1990年CAVERS提出了一種用較少表項(xiàng)實(shí)現(xiàn)的查找表預(yù)失真技術(shù)，稱為復(fù)增益預(yù)失真技術(shù)I84】，如圖43所示。該技術(shù)采用一張包含正交形式的一59第四章基于查找表技術(shù)的自適應(yīng)基帶預(yù)失真系統(tǒng)研究二維復(fù)增益查找表來(lái)實(shí)現(xiàn)預(yù)失真功能，所以稱為復(fù)增益預(yù)失真技術(shù)。其基本原理是假設(shè)射頻功放所產(chǎn)生的非線性只同輸入信號(hào)的幅度有關(guān)，因此忽略了輸入信號(hào)相位的影響，減少預(yù)失真表的數(shù)目。圖43復(fù)增益預(yù)失真技術(shù)原理到輸入基帶信號(hào)的預(yù)失真擾動(dòng)通過(guò)一個(gè)復(fù)數(shù)相乘單元完成。若輸入信號(hào)V。，表示為正交方式即V。，A，弦D，同樣預(yù)失真表中的復(fù)數(shù)增益表示為廠，JR,，則輸出信號(hào)V。，可表示為”2”，。，413、A，弘所，0ALFIDOF11JAL，2NFL、F41I5可以表示圖46所示的形式。圖44復(fù)數(shù)乘法器單元框圖一60一第四章基于查找表技術(shù)的自適應(yīng)基帶預(yù)失真系統(tǒng)研究413極坐標(biāo)預(yù)失真技術(shù)極坐標(biāo)預(yù)失真技術(shù)最先有FAULKNER等提出791，如圖45所示。該技術(shù)采用兩張分別包含增益和相位信息的一維預(yù)失真表來(lái)實(shí)現(xiàn)預(yù)失真功能，因此稱為極坐標(biāo)預(yù)失真技術(shù)。極坐標(biāo)預(yù)失真技術(shù)是本章研究的重點(diǎn)，下面對(duì)其工作原理和性能特點(diǎn)做詳細(xì)分析。圖45極坐標(biāo)預(yù)失真技術(shù)基本框圖4131預(yù)失真調(diào)節(jié)原理微坐標(biāo)預(yù)失真器的調(diào)節(jié)單元采用了極坐標(biāo)串聯(lián)校J下法，即認(rèn)為預(yù)失真器輸入V。，F(xiàn)和輸出信號(hào)VDR的幅度和相位滿足以下關(guān)系IVAT戶F1V。圳F4141爿餾V。R厶VDTI卜式中，和F代表極坐標(biāo)預(yù)失真的幅度和相位特性，這種結(jié)構(gòu)同第一簟J蹲薯放大器極坐標(biāo)非線性模型是一致的。對(duì)于輸入信號(hào)VMF，通過(guò)計(jì)算可以得到輸入信號(hào)的幅值，然后把該幅值信號(hào)作為增益和相位預(yù)失真表的索引信號(hào)，這樣索引得到的增益值和所輸入的信號(hào)相乘，完成LVDF卜廠，1V，F(xiàn)1功能。相乘后得到LV。F再作為第二張包含相位信息的預(yù)失真表索引信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)輸入信號(hào)的相位擾動(dòng)，即完成爿餾V。，厶IV。FF功能，這就是極坐標(biāo)預(yù)失真器的基本調(diào)節(jié)過(guò)程。因?yàn)檎麄€(gè)預(yù)失真調(diào)節(jié)過(guò)程是在極坐標(biāo)形式下完成，因此預(yù)失真表的每一61第四章基于查找表技術(shù)的自適應(yīng)基帶預(yù)失真系統(tǒng)研究個(gè)刷新步驟都需要對(duì)輸入、輸出信號(hào)進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，所以同映射預(yù)失真技術(shù)相比咳技術(shù)需要較多的計(jì)算量。極坐標(biāo)預(yù)失真器的自適應(yīng)收斂過(guò)程是一個(gè)相乘的過(guò)程，這同映射預(yù)失真器相加的過(guò)程是不一樣的，因此極坐標(biāo)預(yù)失真器對(duì)輸入信號(hào)相位信息不敏感，反饋環(huán)路中不需要相位調(diào)節(jié)單元。另一種極坐標(biāo)形式的預(yù)失真調(diào)節(jié)器如圖46所示，這種結(jié)構(gòu)先把輸入信號(hào)轉(zhuǎn)變成極坐標(biāo)形式，然后所有的預(yù)失真過(guò)程全部以極坐標(biāo)的方式進(jìn)行，最后再把預(yù)失真后的信號(hào)轉(zhuǎn)換成正交形式的信號(hào)輸出。其中幅度預(yù)失真有兩種形式，一種形式在預(yù)失真表中存放幅度信息，另一種則存放增益信息。圖46另一種形式的極坐標(biāo)預(yù)失真調(diào)節(jié)器框圖4132預(yù)失真表結(jié)構(gòu)極坐標(biāo)預(yù)失真器的預(yù)失真表一般有兩種結(jié)構(gòu)，串聯(lián)結(jié)構(gòu)和并聯(lián)結(jié)構(gòu)。F割43所示的是串聯(lián)方式，在該方式下預(yù)失真器的輸入信號(hào)1。，J和輸出信LJV，F(xiàn)可表示為H，盧JV。，圳F415、ARGVF厶JVF5ARGV。F1符往并聯(lián)方式下，輸入信號(hào)和輸出信號(hào)的關(guān)系可寫(xiě)為L(zhǎng)VDT12，1V。，1R416ARGV。，