宽带射频功率放大器建模与预失真技术研究(3)
1.2 本文主要研究内容
本文的主要研究对象是功率放大器的行为建模和数字预失真方法。功率放大器模型通常是非线性的，可由一组数学方程来描述，常用描述方法有：Volterra级数法、多项式法等。本文基于通信系统中功率放大器非线性特性和评价指标，对射频功率放大器进行建模并分析比较不同方法，并将建立的模型用于预失真设计。
本文分为四章，主要内容如下：
第一章：介绍了射频功率放大器建模和预失真技术的研究知识及发展动态。
第二章：对功放具有的非线性特性的产生原因、相关参数提取和评价指标进行了分析研究，介绍其对无线通信系统的影响。提出功放的记忆效应并介绍其产生原因和影响，力求为后文打下理论基础。
第三章：介绍了一些基本的模型及其数据测量与提取，用Matlab软件对功放进行了建模仿真，拟合实测的功放输入—输出数据曲线，通过最小二乘法求得模型系数，然后用NMSE评价功放模型的建模精度。
第四章：首先对数字预失真技术进行介绍，利用间接学习结构构建模型，结果与线性化的目标函数做归一化均方误差评价。
2 射频功率放大器的非线性特性及线性化技术
射频功率放大器在通信发射系统的尾部，主要工作是将输入小功率信号增大到一定指标，再由发射机发射出去。它是整个发射系统的关键模块，消耗电能大，为了追求高效率，通常使其工作在饱和区域，但根据功率放大器的增益特性曲线来看，这会导致非线性失真。一方面输出信号产生新的频谱分量扩展到相邻信道产生干扰，造成带内误码率增大，影响通信质量；另一方面当具有一定带宽信号输入会产生的记忆效应，造成频谱失真，增大信号误差，恶化信号传输质量[4]。
要对功率放大器进行相应的线性化，必须熟悉功率放大器非线性特性的表现形式，分析其产生原因，了解非线性特性的评价指标，进而制定有效的解决方案。本章先描述了射频功率放大器所具有的谐波失真、互调失真、调幅—调幅和调幅—调相变化；介绍了各非特性评价指标如1dB增益压缩点、交调系数IMD、三阶交调截取点IP3、、相邻信道功率比ACPR；分析了记忆效应产生原因及表现形式和改进方法。最后别介绍了线性化技术。
2.1 射频功率放大器的非线性特性
2.1.1 谐波失真
单一频率输入信号经过一些非线性网络和功放后，在输出端不仅产生原信号的放大信号，还产生各次谐波信号，干扰其他频带信号，导致谐波失真。这些谐波信号频率一般为基波信号频率的整奇或整偶数倍，一般情况下，输出信号 可表示为输入信号 的函数：
(2.1)
式(2.1)中， 代表系数，通常是复数。
设输入信号是： ，展开为幂级数即可表示为：
(2.2)
由式(2.2)能够看出，由于非线性作用，输出信号不再只是一种频率，而存在直流、基波及其整次倍谐波。射频接收系统当中输出的谐波频率通常差别于输入基波频率，因此能够被滤波器过滤，所以一般谐波失真对通信系统影响不大。但在发射系统当中，谐波会影响到其它频段，这时谐波的影响就不能被忽略了。