射频功率放大器数字预失真技术及其发展趋势-沈小虎.doc

电信科学 2010 年第 8 期 研究与开发 射频功率放大器数字预失真技术及其发展趋势 * 沈小虎，金 浩，王德苗 （浙江大学 杭州 310027） 3G 无线通信系统对功率放大器的设计提出了更加严格的要求。 为了有效地利用宝贵的频谱资源，功 摘 要 率放大器既要保证高线性度以减小带外发射功率以及误码率， 又要有较高的效率以减少电源消耗。 在众多功放线性化高效率技术中，数字预失真技术被认为是最有效的解决方案，受到越来越多的关 注。 本文对数字预失真技术作了详细介绍，结合实例分析了当前主要的几种预失真模型和对应的预 失真方案，并展望了 Doherty 放大器技术与数字预失真结合的应用方向。 关键词 数字预失真 ；Doherty 功率放大器 ；记忆效应 ；非线性效应  引言 率放大器作为现代通信系统中必不可少的部分，其 性对收发机的整体性能有重要影响。 WiMAX（worldwide interoperability for microwave access， 全球微波互联接入 ）、 WCDMA（wideband code division multiple access， 宽带码分多址）等现代高速无线通信系统的广泛应用，对设计高效宽带发射机提出了更高要求，这些宽带通信系统使用的非恒包络调制方案一般都具有高峰均功率比。 为了对这些信号进行放大而不至于失真，功率放大器不得不采用较大的回退来保持放大信号的线性。 然而，这么做的结果是造成放大器的功率效率低下。 另外，放大器的输出还与之前的输入有关，这种记忆效应的存在也是导致信号失真的重要 因素[1]。 为了使工作在非线性区域的功率放大器仍能满足通信系统对线性化的要求，各种线性化技术被提出并应用于 * 浙江省教育厅科研资助项目（No.Y200805433）  发送机上，如前馈[2～3]、反馈[4～5]和预失真[6]。 鉴于良好的可控性和灵活性，数字预失真技术在这些技术中脱颖而出。 由 于采用了数字化的实现方式， 预失真操作易于管理和操控，有良好的适应性， 对温度、 电压甚至器件的改变不敏感。 数字预失真技术能从数字集成电路技术的不断发展中受益，不仅预失真器的成本可以降低，一些原来难以实现的复杂功放模型和自适应算法变为可能。 因此，数字预失真技术是最有前景的功放线性化技术。 此外，3G 通信市场的发展要求基站技术进一步改进。 3G 移动网络经过几年的发展 ，网络规模越来越大 、网络的可靠性要求越来越高、网络部署的难度越来越大。 市场发展特点要求 3G 基站具有体积更小、更省电、成本更低、可 靠性更高的特点。 基站功率放大器线性化程度更高， 可以降低功耗，减 少成本并提高可靠性。 数字预失真处理技术(DPD)成功用于 WCDMA 基站， 使得功放效率从传统基站功放效率的 9%提高到 19%。 更高效率的 Doherty 功放技术在 WCDMA 基站应用方面已经获得突破，Doherty 功率放大器采用载  59 研究与开发  波放大器和峰值放大器分别对宽带信号的载波部分和峰值部分放大，可以把功放效率提高 27.6%[7]。 目前， 国内对这一领域的研究较少， 一般是单独对 DPD 算法的改进和仿真 [8]，或者 Doherty 放大器的设计 [9]， 未见有把两者结合的应用。 本文对目前功率放大器数字预失真技术和 Doherty 放 大器的研究成果作一个总结，介绍了各种放大器预失真结构，并针对不同的非线性模型，讨论了各种模型的应用以及对应的自适应方法，同时分析了两者结合的发展趋势。 数字预失真器基础 失真系统基本结构如图 1 所示，预失真器在功率放 器之前对输入信号先做预处理，它的传输特性刚好是放 器特性的反函数，这样最后由放大器输出的信号就只有线性的增益了。 这一过程在图 2 中已画出，其中图 2（b）中间曲线表示了放大器的传输曲线，而图 2（a）是预失真器的传输曲线， 两个模块组合的结果刚好把非线性部分抵消，于是最后整个系统的特性曲线是一条直线。 图 1 预失真系统示意  3 间接学习结构 真器广泛采用[10，11]，这种结构最先被用在消除扬声器的非线性上。 在这种结构中，我们首先提取出后置滤波器的系数，这个滤波器作为非线性放大器模型的反函数，因此通常被称为后置反向滤波器（post-inverse filter）。 然后，这 一系数被直接复制到前置的预失真滤波器。 Sch