基于預失真技術的短波功率放大器線性化系統設計

摘  要：本文提出了一種基于預失真技術的短波功率放大器線性化系統的設計方案，該方案采用查找表技術，且使用了一種獨特的放大特性測量方法，具有很強的實用性。

關鍵詞：預失真；功放線性化；查找表

引言

隨著通信技術的發展，線性調制技術和寬帶通信技術正得到越來越廣泛的應用。在多通道短波通信發射設備中，多個包絡變化很大的單邊帶調制信號經過疊加后，形成的寬帶信號通過非線性射頻功率放大器后會產生交調分量，因此，必須采用線性化技術以減少由此，產生的鄰道干擾。預失真技術是一種廣泛應用的線性化技術，其優點是方法靈活，相對復雜度較低。

系統結構

對于短波通信
而言，由于大多采用的是多載波單邊帶調制技術，信號對幅度敏感，而對相位不敏感，因此本文的假設前提是信號本身對相位不敏感，在此基礎上提出以下方法。
本文的預失真器是以查找表為基礎的，其結構如圖1所示。首先，根據功放特性測量的結果，按照某種算法建立預失真系數表。工作時，由輸入信號的幅度產生查找表的地址(因為功放特性一般為信號幅度值的函數)，并由此產生預失真系數，輸入信號與該系數相乘，得到預失真信號。

圖1  預失真器的結構                            

預失真技術的關鍵

查找表的建立
設理想功放的放大率為K，對應于信號xn的功放的放大系數為gn，預失真器的系數為fn。yn=Kxn為理想放大器對應于xn的響應。通過測量的功放特性曲線表，可以查到當輸出幅度ym=yn時對應的輸入xm，從而得到以下關系：
xmgm=Kxn=yn
若xn預失真后的信號滿足xnfn=xm,則
xnfngm=Kxn
從而，系統滿足理想功放的特征。
因此，預失真系數可由下式計算得到：
fn=xm/xn。
預失真系數表的創建過程為：根據輸入信號xn，計算其理想的響應yn，然后，通過功放特性表查找對應于響應yn的輸入信號xm，最后計算預失真系數fn=xm/xn。
功放特性的測量
對功率放大器非線性特性進行測定時，其輸出信號為一個具有非線性失真的正弦信號，其中心頻率設為f0。當然，它不是一個單一頻率的信號。對功放輸出信號不能進行窄帶濾波，否則就測不到其非線性失真特性。其次，也不能采用模擬幅度檢波的辦法來測定其幅度，因為模擬檢波器的效果不夠理想。
對功放輸出的信號只能通過A/D轉換，來測定功放失真特性參數，即其輸出信號最大值。
對功放失真特性的測量，具有兩個特點：一是其中心頻率可以選定，大概在10MHz~15MHz之間；二是只需測得其最大值。最大值不能通過積累或濾波的方法得到，因為功放輸出的是失真的正弦信號，對它進行信號處理會引起失真。
設采樣率足夠高，通過計算機模擬，得到ADC精度b=14和b=16時的兩組曲線(見圖2)，其它參數相同。

圖2  預失真系統仿真結果

可見，測量精度對預失真處理效果十分明顯，b=16時噪聲電平較b=14時小6dB。
受器件限制，當ADC精度較高時，其采樣率不易做高。
為敘述方便，設功放輸出為y(t)=cos(2筬0t)。
測定y(t)的最大值時，由于采樣率的原因，最大可能的誤差為error=

為充分利用ADC的精度，要求error＜1/2b-1，即
1-cos(?f0 / fs)＜1/2b-1
當b=16，f0=11MHz時，其相位偏差小于0.0087弧度(即0.5