一種短波功率放大器預(yù)失真技術(shù)

和謙

（廣州海格通信集團(tuán)股份有限公司，廣東廣州，510000）

0 引言

近些年來(lái)，短波通信屬于達(dá)到中遠(yuǎn)距離無(wú)線通信的關(guān)鍵策略。短波通信系統(tǒng)中的功率放大器，可以對(duì)于系統(tǒng)性能指標(biāo)產(chǎn)生明顯的影響。功率放大器的線性度指標(biāo)，影響到了短波通信系統(tǒng)性能，而且功率放大器的非線性問(wèn)題，屬于導(dǎo)致互調(diào)失真、降低系統(tǒng)工作質(zhì)量的關(guān)鍵因素。鑒于此，急需科學(xué)的短波功率放大器預(yù)失真技術(shù)作為支持。

1 短波功率放大器預(yù)失真技術(shù)的需求

功率放大器屬于數(shù)字通信系統(tǒng)的信號(hào)發(fā)射中的關(guān)鍵構(gòu)成，應(yīng)用過(guò)程中，為將系統(tǒng)效率有效的提升，功率放大器一般是在接近飽和區(qū)的非線性區(qū)域上進(jìn)行工作。高頻放大器的非線性特性，很容易導(dǎo)致將諧波成分引入，諧波分量產(chǎn)生各種負(fù)面的影響，包括減小信噪比、引發(fā)信道間的串?dāng)_、產(chǎn)生信號(hào)畸變以及失真等等。為了得到較高的利用碼率、頻帶的效率，現(xiàn)代數(shù)字通信系統(tǒng)會(huì)應(yīng)用到很多的線性調(diào)制技術(shù)，常見(jiàn)的就是QPSK以及64QAM等。其可以對(duì)功放的非線性特性較高的敏感讀，也可以看成是非線性會(huì)嚴(yán)重的影響到信號(hào)的畸變。所以，予以功放的線性指標(biāo)做出的要求標(biāo)準(zhǔn)更高。

數(shù)字預(yù)失真技術(shù)的應(yīng)用功效就是，將功放效率提升、將功放成本降低。采取了數(shù)字預(yù)失真技術(shù)以后，可以有效的改善功放的線性化程度，讓其處于更高的功率工作環(huán)境中。所以，可以取代高功耗、高花費(fèi)的功放，實(shí)現(xiàn)功耗降低、減少成本的目標(biāo)。而且線性化的功放工作臨近飽和區(qū)時(shí)，會(huì)明顯的提升其效率。針對(duì)峰/平功率更大的多載波應(yīng)用而言，數(shù)字預(yù)失真價(jià)值更大。多載波系統(tǒng)要進(jìn)行多信道的處理，予以信道間交叉調(diào)制要求比較特殊。在此環(huán)境中所應(yīng)用到的RF功率放大器，應(yīng)該回退更多的dB，也可以實(shí)施線性化技術(shù)。多載波、多信道的功率放大器，采取多通道舉措，運(yùn)用到了輸入以及輸出多工器。各通道的線性化指標(biāo)適中，工作效率較高，采取數(shù)字預(yù)失真技術(shù)，能夠?qū)τ诙嘈诺老到y(tǒng)功率放大器IMD指標(biāo)進(jìn)行有效改善。

2 國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)分析

在二十世紀(jì)的九十年代的后期階段，數(shù)字移動(dòng)通信技術(shù)發(fā)展速度不斷的加快，為將通信容量有效的提升，產(chǎn)生一些包括頻分多路、時(shí)分多路、碼分多路等在內(nèi)的體制，并且在現(xiàn)代通信中進(jìn)行應(yīng)用。當(dāng)前衍生了其他的體制，例如多載波碼分多路以及正交頻分體制、新型調(diào)制QAM等，特征就是多載波或基帶信號(hào)譜中，峰或者是平功率比較大，由此放大器的線性度具備更高的要求標(biāo)準(zhǔn)。

通信系統(tǒng)的功率放大器的應(yīng)用，通常就是在ldB壓縮點(diǎn)PldB附近、大信號(hào)狀態(tài)，就會(huì)提升非線性嚴(yán)重程度，形成的表現(xiàn)就是交調(diào)失真、諧波失真以及調(diào)幅調(diào)相轉(zhuǎn)移失真等等。為確保功率放大器的線性度，處理的舉措就是在遠(yuǎn)離 P1dB的部位進(jìn)行設(shè)置放大器輸出，但是輸出功率較低，而且效率較低，因此應(yīng)該加強(qiáng)研究放大器非線性。

放大器中的非線性影響緊密的關(guān)聯(lián)于應(yīng)用情況，尤其是針對(duì)相異的調(diào)制體制，予以放大器非線性指標(biāo)提出的要求不盡統(tǒng)一。為了把放大器的線性提升，可實(shí)施前饋、負(fù)反饋和預(yù)失真技術(shù)等線性化技術(shù)。其實(shí)預(yù)失真技術(shù)即為形成預(yù)先的失真，對(duì)于RF功率放大器的失真特性展開精確補(bǔ)償，雙方進(jìn)行級(jí)聯(lián)后，系統(tǒng)所形成的輸入輸出失真更小。前饋技術(shù)可以把二階非線性、三階非線性有效消除，具備良好的平穩(wěn)度。負(fù)反饋比較簡(jiǎn)單，但是并不容易在高頻段有效的控制反饋環(huán)路的相移。另一種建立在反饋概念基礎(chǔ)上的線性化技術(shù)，其屬于預(yù)失真，為開環(huán)設(shè)計(jì)，校準(zhǔn)精度優(yōu)勢(shì)就是具備更寬的頻帶。

圍繞輸入信號(hào)的預(yù)失真技術(shù)，包括以下幾方面，即：RF預(yù)失真，預(yù)失真元件工作在最終載頻；IF預(yù)失真，預(yù)失真元件工作在中頻；基帶預(yù)失真，預(yù)失真工作在基帶。新一代無(wú)線通信系統(tǒng)的發(fā)展，線性化功率放大器屬于重要的發(fā)展趨勢(shì)，相較于傳統(tǒng)發(fā)信機(jī)而言，工作效率相同時(shí)線性性能更強(qiáng)。當(dāng)前最有效的一種最有效的線性化手段就是基帶預(yù)失真技術(shù)。

3 短波功率放大器預(yù)失真技術(shù)發(fā)展的目標(biāo)

短波發(fā)射機(jī)上，基于提升功率放大器線性化的前提下，促進(jìn)將發(fā)射機(jī)效率的增強(qiáng)，而且減小功率消耗，將發(fā)射機(jī)體積重量降低。可以在允許的空間以及功率資源環(huán)境下促使將利用設(shè)備的效率提升，通過(guò)裝設(shè)更多設(shè)備提升設(shè)備的冗余，實(shí)現(xiàn)發(fā)射機(jī)功率等級(jí)的提升，增強(qiáng)可靠度，而且將通信的成效有效提高。

功率庫(kù)建設(shè)上，將功率放大器線性化提升以后，指標(biāo)滿足功率庫(kù)條件時(shí)，為了將系統(tǒng)的應(yīng)用效率提升，功率庫(kù)合成之后再進(jìn)行放大。

系統(tǒng)建設(shè)上，將功率放大器線形化指標(biāo)提升，讓系統(tǒng)實(shí)施新型技術(shù)體制，使得短波通信中應(yīng)用到各種新型的正交頻分(OFDM)、QAM調(diào)制等技術(shù)，將短波通信、數(shù)據(jù)通信速率切實(shí)提升。

4 一種短波功率放大器預(yù)失真技術(shù)研究分析

4.1 技術(shù)方案

預(yù)失真發(fā)信機(jī)的構(gòu)成中，主要是包括了預(yù)失真激勵(lì)器、功放等。預(yù)失真發(fā)信機(jī)，達(dá)到的目標(biāo)就是自適應(yīng)基帶線性化預(yù)失真，如下圖1。實(shí)際的預(yù)失真功能的實(shí)現(xiàn)，是通過(guò)數(shù)字信號(hào)處理模塊、預(yù)失真模塊完成。

圖1 預(yù)失真發(fā)信機(jī)原理框圖

數(shù)字信號(hào)處理模塊，主要是進(jìn)行調(diào)制音頻信號(hào)，而且控制預(yù)失真模塊操作以后，進(jìn)行預(yù)失真模塊的采樣時(shí)鐘信號(hào)的提供。數(shù)字信號(hào)處理模塊的構(gòu)成部分就是上變頻電路、低通濾波電路以及A／D、DSP、FPGA等。A／D進(jìn)行音頻信號(hào)的采樣，采樣以后由DSP把信號(hào)進(jìn)行數(shù)字調(diào)制，再將I、Q 信號(hào)給FPGA傳遞，通過(guò)FPGA對(duì)于預(yù)失真模塊進(jìn)行控制，形成新I、Q信號(hào)，給上變頻電路及時(shí)的傳送，射頻信號(hào)通過(guò)上變頻電路輸出，低通濾波器把超過(guò)30MHz的干擾信號(hào)進(jìn)行濾除。

預(yù)失真模塊，落實(shí)自適應(yīng)基帶數(shù)字預(yù)失真處理，放大功放，然后耦合，之后所得射頻信號(hào)被I、Q信號(hào)進(jìn)行解調(diào)，跟原始信號(hào)對(duì)比，按照形成的誤差，對(duì)于預(yù)失真量計(jì)算結(jié)果。另外可以實(shí)時(shí)的調(diào)整預(yù)失真量，滿足發(fā)射功率、工作環(huán)境不同的情況下，信道非線性特性改變的問(wèn)題。構(gòu)成的部分就是低噪聲放大器、30MHz低通濾波器、A／D和DSP模塊。低通濾波器把超過(guò)30MHz的干擾信號(hào)濾除，低噪聲放大器放大信號(hào)，提升靈敏度，A／D采樣2MHz-30MHz 射頻信號(hào)，DSP解調(diào)數(shù)字信號(hào)，把信號(hào)向著數(shù)字信號(hào)處理模塊的FPGA電路進(jìn)行輸送。

4.2 關(guān)鍵技術(shù)

關(guān)鍵技術(shù)中，需要實(shí)現(xiàn)的就是預(yù)失真模塊（采樣射頻信號(hào)、同步解調(diào)VQ信號(hào)、對(duì)比補(bǔ)償處理I／Q信號(hào)）、高效率功率放大器、零中頻激勵(lì)器。

4.3 效能評(píng)估

首先，通過(guò)采取預(yù)失真技術(shù)，可以促進(jìn)將發(fā)射機(jī)的效率提升，基于輸出功率相同的基礎(chǔ)上，將設(shè)備的功耗降低。而且處于相同線性環(huán)境中，促進(jìn)最大化的輸出功率。

其次，應(yīng)用功率庫(kù)應(yīng)用方面，能夠把功率庫(kù)交互調(diào)的影響有效的處理，設(shè)計(jì)的方案就是單信道功率放大器，一方面減少成本，另一方面將效率提高。

另外，系統(tǒng)應(yīng)用上，促進(jìn)將系統(tǒng)線性指標(biāo)增強(qiáng)，應(yīng)用最優(yōu)調(diào)制方式、最合理的通信體制，增強(qiáng)通信速率。

5 結(jié)語(yǔ)

功率放大器線性化技術(shù)中,短波功率放大器預(yù)失真技術(shù)屬于應(yīng)用較多的舉措，而且未來(lái)具備廣闊的應(yīng)用前景。本文中，進(jìn)行研究一種新型的短波功率放大器預(yù)失真技術(shù),具備可靠的穩(wěn)定度，較高的應(yīng)用效率和應(yīng)用質(zhì)量，另外其調(diào)試和系統(tǒng)升級(jí)也更加便捷。應(yīng)用這種技術(shù)能夠促進(jìn)減少互調(diào)失真的問(wèn)題,積極改善短波大功率放大器的線性度。很多實(shí)踐研究顯示，此項(xiàng)技術(shù)能夠?qū)τ谠O(shè)備發(fā)射的失真系數(shù)進(jìn)行改善，值得推廣運(yùn)用。