[发明专利]一种宽带线性化功率放大器的自适应预失真方法及系统

说明书

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，涉及宽带无线通信系统的发射机采用的线性化功率放大器的预失真技术，具体的说是一种适用于宽带线性化功率放大器的自适应预失真方法和系统。

背景技术

放大器是通信与雷达系统的主要器件，由于线性调制技术的发展，非恒包络调制技术的采用，对功率放大器的线性度提出了更高的要求。

在无线通信发展的过程中，提高传输质量和频谱利用率一直是促进无线通信技术发展的源泉，而效率较高的调制方式通常会对发端发射机的线性要求较高，这就使功率放大器线性化技术成为下一代无线通讯系统的关键技术。在现代无线通信系统中，功率放大器是一个重要的器件，信号在传输时，必须在通信系统的发射端和接收端对信号进行线性放大和频率转换(上变频和下变频)。用功率放大器对信号进行放大的过程中，信号的幅度失真和相位失真都会引起信息的丢失(假设信号的幅度和相位均携带信息)，从而导致误码率(BER)的增加。因此，功率放大器的线性性能在现代通信系统的设计中是相当重要的指标。我们知道，可用的射频频谱带宽是有限的，另一方面，由香农(Shannon)的信道容量公式可以知道，信道容量也是有限的。因此，随着通信用户的激增，信道将会变得越来越拥挤，为了保证在传输时具有较低的误码率，要求功率放大器具有良好的线性性能。在实际应用过程中，为了提高效率，功率放大器通常工作在接近饱和区的非线性区域。而这种非线性特性就会引入谐波分量，这些谐波分量不但降低了信噪比，而且也常常会引起信道间的串扰，从而引起信号的畸变和失真。

另外，以往的移动通信系统中一般都强调恒定包络调制，例FM(Frequency-Modulation调频)和GMSK(Gaussian Minimum Shift Keying高斯最小移相键控)。在这些调制技术中，功率放大器工作在接近饱和区的非线性区域以获得高的功率效率，不会产生影响邻近信道的交调分量。每个信道分别采用一个功率放大器，经笨重的窄带滤波器滤波后再合成输出。但是，恒包络调制只能利用有限的频谱，给通信系统造成了压力。随着移动通信的发展，对通信系统容量的要求越来越高，同时为了充分利用频率资源，提高系统的传输速率，线性调制技术如QPSK、16QAM(16 Quadrature Amplitude Modulation十六进制正交振幅调制)及多载波调制技术如OFDM、WCDMA等得到了越来越广泛的应用。由于线性调制或多载波调制信号的包络是起伏波动的，采用这些调制技术的信号包络是变化的，而变化的信号包络对功率放大器的非线性很敏感，这样就会增加放大器信号的非线性失真。这些波动经过非线性的射频功率放大器后将产生交调分量，且会产生邻道干扰，严重影响了通信质量，所以要求使用高线性度的功率放大器对输出的交调干扰进行抑制。这些都对功率放大器的线性度提出了更高的要求。

因此，功率放大器的线性化技术正逐步成为无线通信领域一个重要的研究焦点。在过去的十几年中提出了许多线性化技术，其中主要的有：回退法、前馈法和预失真法。

预失真技术是补偿放大器非线性失真最好的方法之一。使用这种技术，在功率放大器输入端用反失真来抵消功率放大器的非线性失真。如果设计这种反失真特性随放大器的工作点(输出功率)变化而变化，那么调节这种失真就可以补偿由温度、电源电压、管子老化等引起工作点变化造成系统性能的下降。目前，预失真技术包括射频预失真、中频预失真和基带预失真三种方法。射频预失真技术具有容易实现、成本低等优点，其缺点是使用射频非线性有源器件，难于调节和控制，不能做到较快的自适应。中频预失真器通过调整预失真器的系数，可以补偿由于功率放大器的三次互调引起的非线性失真。但这种方法采用模拟电路来实现线性化，对非线性失真的改善度有限。基带预失真技术，在基带对信号进行处理，可以由数字信号处理器DSP和自适应预失真的算法来实现。基带预失真技术不涉及复杂的射频信号处理，只对基带信号进行处理，而且很容易做到自适应，便于采用现代的数字信号处理技术来实现，因此，它是一种较好的线性化方法。

基带预失真技术是指在数字领域内完成对预失真处理的技术，一般有两种实现方式，基于非线性射频功率放大器的参数模型实现和基于查找表的方式实现。射频功率放大器的参数模型有许多，如多项式模型、Volterra级数模型。多项式预失真系统是三阶预失真系统的推广，在模拟多项式预失真器出现后，就出现了用数字技术实现的多项式预失真系统，并逐步发展完善。Volterra级数是描述非线性系统的通用模型，它可以解决放大器的非线性的记忆效应，是目前的研究的热点之一。