功率放大器自适应数字预失真技术研究

论文摘要

随着无线用户的增加和宽带通信业务的发展,在现代通信中,对信道的非线性失真都有很严格的要求。射频功放是发射机系统中最强的非线性源,当信号经过非线性放大器后,会产生带内失真和带外频谱扩散,从而造成带内误码率上升,带外对邻信道产生干扰,严重影响通信系统的性能。因此,研究功率放大器的线性化技术是非常必要的。本文研究了功率放大器的非线性特性及其对通信系统的影响,主要研究了自适应数字预失真技术的原理和实现方案。本文首先讨论功率放大器的分类及线性化指标,详细分析功率放大器的非线性特性及其对通信系统的影响,简单介绍放大器线性化常用方法并进行分析比较。然后,详细分析功放的数学模型和数字预失真实现方法,并介绍一种基带自适应数字预失真方法。通过深入研究自适应算法,提出一种基于无记忆功放的变步长LMS自适应算法,该算法能够很好的解决基本LMS算法无法兼顾收敛速度和稳态误差的问题。针对OFDM等宽带通信系统中必须考虑功放记忆效应的问题,介绍一种基于OFDM系统的自适应数字预失真方法。并且提出一种基于训练序列的LMS算法和RLS算法的组合自适应算法。理论分析和仿真结果表明,该算法实现结构简单,能够很好的改善预失真器的效果,从而很好的补偿了OFDM功率放大器的非线性失真。为满足数字光纤直放站项目的需求,本文研究了数字光纤直放站原理及其技术指标,并结合WCDMA数字光纤直放站功放的特点,提出一种基于数字光纤直放站的射频功放预失真实现方案。采用基于查找表的记忆多项式的算法,有效降低了算法复杂度,节约了硬件资源。经测试表明,邻信道干扰有较大的改善。

论文目录

• 论文摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景和意义
• 1.2 国内外研究进展
• 1.3 论文的主要研究内容及结构安排
• 1.4 本章小节
• 第二章 功率放大器指标及线性化分析
• 2.1 功率放大器的非线性特性
• 2.1.1 谐波分量
• 2.1.2 互调失真
• 2.1.3 交调失真
• 2.1.4 AM-AM AM-PM 特性
• 2.2 功率放大器非线性特性的指标
• 2.2.1 P1dB 增益压缩点（1dB power compression point）
• 2.2.2 峰均比（PAR）
• 2.2.3 三阶互调系数（IM3）
• 2.2.4 三阶截止点（IP3）
• 2.3 功率放大器的非线性影响
• 2.3.1 非线性对信号星座的影响
• 2.3.2 非线性对信号功率谱的影响
• 2.4 功率放大器的线性化方法
• 2.4.1 前馈法
• 2.4.2 负反馈法
• 2.4.3 EER 法
• 2.4.4 LINC 法
• 2.4.5 预失真法
• 2.5 本章小节
• 第三章 无记忆功放的自适应数字预失真系统
• 3.1 功率放大器的无记忆模型
• 3.1.1 极坐标下的功放模型
• 3.1.2 笛卡尔坐标下的功放模型
• 3.1.3 幂级数模型
• 3.1.4 Saleh 模型
• 3.1.5 神经网络模型
• 3.2 数字预失真的实现方法
• 3.2.1 LUT 法
• 3.2.1.1 映射预失真技术
• 3.2.1.2 极坐标预失真技术
• 3.2.1.3 复增益预失真技术
• 3.2.1.4 表项索引技术
• 3.2.2 多项式法
• 3.3 一种基于变步长 LMS 算法的自适应数字预失真方法
• 3.3.1 最小均方（LMS Least mean square）算法
• 3.3.2 基于变步长LMS 算法的自适应预失真方法
• 3.3.2.1 自适应数字预失真系统
• 3.3.2.2 变步长自适应算法
• 3.3.2.3 仿真实验和结果分析
• 3.4 本章小节
• 第四章 OFDM 系统功放自适应数字预失真研究
• 4.1 OFDM 系统中放大器的非线性
• 4.1.1 OFDM 系统基本原理
• 4.1.2 OFDM 系统中功放非线性的分析
• 4.2 功率放大器的有记忆模型
• 4.2.1 Volterra 级数模型
• 4.2.2 记忆多项式模型
• 4.2.3 Wiener 模型
• 4.2.4 Hammerstein 模型
• 4.2.5 Wiener-Hammerstein 模型
• 4.3 记忆预失真器的自适应学习结构及算法
• 4.3.1 自适应学习结构
• 4.3.2 递归最小二乘（RLS）自适应算法
• 4.4 一种自适应算法在 OFDM 系统中的应用
• 4.4.1 带预失真器的OFDM 系统
• 4.4.2 自适应数字预失真系统
• 4.4.2.1 基于记忆多项式的预失真结构
• 4.4.2.2 预失真器系数自适应更新算法
• 4.4.3 仿真实验和结果分析
• 4.5 本章小节
• 第五章 功率放大器预失真方案设计
• 5.1 数字光纤直放站基本原理及技术指标
• 5.1.1 数字光纤直放站基本原理
• 5.1.2 WCDMA 光纤直放站主要技术指标
• 5.2 预失真放大器方案设计
• 5.2.1 记忆多项式的查找表方法
• 5.2.2 功放非线性特性的提取
• 5.2.3 实验结果及分析
• 5.3 本章小节
• 第六章 结束语
• 参考文献
• 作者在攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢