宽带射频功率放大器建模与预失真技术研究(2)
2.5 本章小结 7
3 射频功率放大器的行为模型概述 9
3.1 射频功率放大器模型 9
3.1.1 无记忆模型 9
3.1.2 有记忆模型 10
3.2 有记忆常规功率放大器建模 12
3.2.1 基于Volterra级数功率放大器模型 12
3.2.2 基于记忆多项式功率放大器模型 14
3.3 有记忆新型功率放大器建模 17
3.3.1 包络跟踪系统 17
3.3.2 分段曲线拟合技术 17
3.3.3 矢量阈值分解技术 18
3.4 本章小结 23
4 有记忆功放的数字预失真技术 25
4.1 有记忆功放数字预失真建模原理 25
4.2 基于两种方法建立预失真模型的性能比较 26
4.3 本章小结 31
结 论 32
致 谢 33
参考文献34
1 绪论
随着移动通信行业的迅速发展，频谱资源日益稀缺。为了提高信带的频谱利用率，现代无线通信系统多采用非恒定包络信号调制（nonconstant envelope modulation）方式。为了满足线性化要求，通常对功率放大器(power amplifier,简称PA)进行功率回退处理。但为了保证功率放大器的高效率，要求其工作在接近饱和区域，这又必然导致系统失真严重。高效率和高频谱利用率的难以兼顾是现代无线通信的发展瓶颈，因而能有效解决二者矛盾的PAs的设计和相关线性化技术显得尤为重要。
1.1 课题背景及意义
移动通信经历数代，不断朝着提高数据传输速率、增大通信容量、优化通信服务并扩展用户数量的方向发展。第三代移动通信（3G）引入宽带码分多址（Wideband Code Division Multiple Access, WCDMA）访问技术来为移动手机用户提供互联网服务。为了满足用户对数据连接更快更可靠的需求，第四代（4G）移动通信进行了实质性的改进，发展了载波聚合（Carrier Aggregation，CA），多天线技术和复杂的调制方式如单载波频分多址（Single Carrier Frequency Division Multiple Access, SCFDMA）和正交频分多址技术（Orthogonal Frequency Division Multiple Access）。这些先进技术的组合在4G进一步长期演进（Long Term Evolution-Advanced, LTE-A）数据集中能为用户提供峰值速率3Gbps（下行）到1.5Gbps（上行）的范围，即LTE-A通过同时聚合5个载波，系统传输带宽为20MHz，能够支持100MHz的传输带宽，使用8阶MIMO技术来成倍地提高通信容量和频谱利用率。在这些系统中，功率放大器是非常关键的器件之一，它是发射机中的主要耗电模块，产生的谐波和交调分量对整个系统造成失真。在传输功率较小的时候，功放一般被视为线性化良好。但为了提高功率效率，一般都希望功率放大器工作在接近饱和区域，而非线性失真加重。
为了减少非线性影响，不得不大幅度回退放大器输入功率以使其工作在远离饱和点的线性放大区，当功率回退到一定程度时，继续回退将不再改善放大器的线性度，仅仅依靠功率回退是不够的，必须采取功放线性化方法[1]。常用的线性化技术有前馈法、负反馈法、EE&R法、LINC法和预失真技术等[2]。其中数字预失真(Digital Predistortion ,简称DPD)技术易于管理和操作，受温度、电压的影响不大，能实现应用与多种复杂的功率放大器，具有良好的应用前景。
DPD的基本原理是在输入信号和PA之间设置预失真模块对PA产生的AM/AM、AM/PM失真进行补偿，使最终输出与输入呈线性关系。RF预失真通常采用工作函数、查表法(LUT)和模拟器件等三种方法实现[3]。本文采用的是工作函数方法，先对PA进行行为建模，通过拟合PA的AM/AM、AM/PM特性来建立预失真模型并对其进行评测。建立的预失真(Predistortion，简称PD)模型能应用于PA非线性改善。