（計算機應(yīng)用技術(shù)專業(yè)論文）射頻預(yù)失真功率放大系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn).pdf

射頻預(yù)失真功率放大系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn) 摘要 無線通信的發(fā)展對射頻發(fā)射系統(tǒng)尤其是射頻功率放大器的線性 化提出了更高的要求。對于射頻大功率放大器結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)的設(shè)計方 法，國內(nèi)國外各大通信公司和高校在這方面都在著手進行研究與開 發(fā)。 本文所討論的射頻預(yù)失真放大系統(tǒng)的設(shè)計正是為更好的實現(xiàn)射 頻大功率放大器的線性化而進行研制和開發(fā)，特別是針對w c d m a 基站 中的應(yīng)用。 本課題首先通過分析和論證，闡明了設(shè)計預(yù)失真功放系統(tǒng)的意 義，并比較多種主流線性化技術(shù)的結(jié)構(gòu)和優(yōu)缺點，然后根據(jù)w c d m a 標 準要求和功放的指標，提出射頻預(yù)失真放大系統(tǒng)的設(shè)計方案，其目標 是通過制作一個完整的射頻預(yù)失真線性化實現(xiàn)系統(tǒng)，完成對射頻功率 放大器的自適應(yīng)線性化和相關(guān)器件的研究。經(jīng)過仔細的器件選型和系 統(tǒng)分析，完成整個系統(tǒng)原理圖的設(shè)計，之后進行p c b 制板。最后給出 了系統(tǒng)測試方案。 關(guān)鍵詞：射頻預(yù)失真線性化自適應(yīng)預(yù)失真系統(tǒng)數(shù)?；?合電路 d e s i g na n dr e a l i z a t i o n o ft h er fp r e d i s t o r t i o np o w e r a m p l i n e rs y s t e m a b s t r a c t w i t ht h ed e v e l o p m e n to fw i r e l e s sc o m m u n i c a t i o n s ，t h ed e s i g no ft h e r ft r a n s m i ts y s t e me s p e c i a l l yr fh i g hp o w e ra m p l i f i e rl i n e a r i z a t i o na r e m o r ea n dm o r ed i f f i c u l t y m a n yd o m e s t i ca n df o r e i g nc o m p a n i e sa n d u n i v e r s i t i e sa r em a k i n gr e s e a r c ho nt h ea r c h i t e c t u r ea n ds y s t e mo fr f p o w e ra m p l i f i e r t h ed e s i g no ft h er f p r e d i s t o r t i o na m p l i f ys y s t e md i s c u s s e di nt h i s p a p e ri su s e df o rb e t t e rr e a l i z et h el i n e a r i z a t i o no ft h er fh i g hp o w e r a m p l i f i e r , e s p e c i a l l yf o rt h ea p p l i c a t i o no fw c d m a b a s es t a t i o n t h r o u g ha n a l y s i s a n d a r g u m e n t ，t h i sp a p e r i l l u s t r a t e s t h e s i g n i f i c a t i o no fd e s i g n i n gp r e d i s t o r t i o np o w e ra m p l i f i e rs y s t e m ，a n d c o m p a r e st h ea r c h i t e c t u r ea n dd o m i n a n c eo fv a r i o u sl e a d i n gl i n e a r i z a t i o n t e c h n o l o g i e s ，t h e nb a s e do nt h er e q u i r e m e n to fw c d m a s t a n d a r d sa n d p o w e ra m p l i f i e ri n d e x ，p u t sf o r w a r dt oaf e a s i b l ea r c h i t e c t u r eo fr f p r e d i s t o r t i o na m p l i f ys y s t e m t h r o u g hm a e n gac o m p l e t es y s t e mf o rr f p r e d i s t o r t i o nl i n e a r i z a t i o n ，r e a l i z et h ea d a p t i v el i n e a r i z a t i o nr e s e a r c ho f r f p o w e ra m p l i f i e r a f t e rs e r i o u s l yd e v i c e ss e l e c t i o na n ds y s t e ma n a l y s i s ， t h i sp a p e rf i n i s h e st h ed e s i g no fs y s t e mp r i n c i p l ed i a g r a ma n dm a k e st h e p c bb o a r d t h et e s ts c h e m ei sb r o u g h to u ti nt h el a s tp a r to ft h i sp a p e r k e yw o r d s ：r f p r e d i s t o r t i o n l i n e a r i z a t i o n a d a p t i v e p r e d i s t o r t i o ns y s t e m a n a l o g d i g i t a lm i x e d - s i g n a lc i r c u i t 獨創(chuàng)性( 或創(chuàng)新性) 聲明 本人聲明所呈交的論文是本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進行的研究工作及 取得的研究成果。盡我所知，除了文中特別加以標注和致謝中所羅列 的內(nèi)容以外，論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果，也 不包含為獲得北京郵電大學(xué)或其他教育機構(gòu)的學(xué)位或證書而使用過 的材料。與我一同工作的同志對本研究所做的任何貢獻均已在論文中 作了明確的說明并表示了謝意。 申請學(xué)位論文與資料若有不實之處，本人承擔一切相關(guān)責任。 本人簽名：查避 日期： 趔8 = 幺上 一 關(guān)于論文使用授權(quán)的說明 學(xué)位論文作者完全了解北京郵電大學(xué)有關(guān)保留和使用學(xué)位論文的 規(guī)定，即：研究生在校攻讀學(xué)位期間論文工作的知識產(chǎn)權(quán)單位屬北京 郵電大學(xué)。學(xué)校有權(quán)保留并向國家有關(guān)部門或機構(gòu)送交論文的復(fù)印件 和磁盤，允許學(xué)位論文被查閱和借閱；學(xué)?？梢怨紝W(xué)位論文的全部 或部分內(nèi)容，可以允許采用影印、縮印或其它復(fù)制手段保存、匯編學(xué) 位論文。( 保密的學(xué)位論文在解密后遵守此規(guī)定) 保密論文注釋：本學(xué)位論文屬于保密在一年解密后適用本授權(quán) 書。非保密論文注釋：本學(xué)位論文不屬于保密范圍，適用本授權(quán)書。 本人簽名：到繼 導(dǎo)師簽名： e l 期：絲! 星：絲上 日期：壟墮：生蘭： 北京郵電大學(xué)碩士學(xué)位論文射頻預(yù)失真功率放大系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn) 1 1 研究背景及意義 第一章引言 隨著歷史的巨輪不斷的推進，無線通信技術(shù)和電子技術(shù)在過去的近十年中以 驚人的速度蓬勃發(fā)展著，不僅改變了人們的通信方式，還從某種程度上改變了人 們的生活方式。如今，無線通信已經(jīng)成為人們生產(chǎn)和生活中必不可少的一部分， 并且作為信息產(chǎn)業(yè)的一個重要部分，發(fā)揮著不可替代的作用，成為社會經(jīng)濟飛速 發(fā)展的強勁推動力。 第一代移動通信系統(tǒng)采用模擬制式，無線傳輸中的信號調(diào)制方式是恒定包絡(luò) 的，第二代移動通信主要技術(shù)之一的g s m ，采用g m s k 調(diào)制方式，也是具有恒 定包絡(luò)的調(diào)制信號，恒定包絡(luò)調(diào)制技術(shù)的一個優(yōu)點在于這類信號對功率放大器線 性度的要求不是那么嚴格，但其最大缺陷，就是其頻帶資源的利用效率低。隨著 社會的發(fā)展，對現(xiàn)代通信提出了更高的要求，特別是第三代移動通信技術(shù)，其核 心業(yè)務(wù)不再局限于語音、圖像，而是更高要求的多媒體業(yè)務(wù)。這就要求通信系統(tǒng) 的容量不斷擴大，信息的可靠性和安全性不斷提高，致使通信頻段越來越擁擠。 頻帶資源越來越緊張，為了改變這種局面，實現(xiàn)更高的頻譜利用密度和更廣泛的 信道空間分配，人們采用了許多新的寬帶數(shù)字傳輸技術(shù)( 如o f d m 、m c c d m a 和w c d m a 等) 和高頻譜效率的調(diào)制方式( 如q p s k 和m q a m 等) 1 1 1 ，。這些 高效的數(shù)字調(diào)制傳輸技術(shù)與前兩代的通信技術(shù)的關(guān)鍵不同在于這些幾乎都是基 于非恒定包絡(luò)的。 一直以來，在移動通信系統(tǒng)中，對鄰信道干擾的要求是非常嚴格的。通常要 求基站輸出的已調(diào)信號在鄰信道的輻射功率( 帶外發(fā)射功率) 與所需功率之比應(yīng) 低于- 6 0 d b ，即與帶內(nèi)信號功率相比，帶外發(fā)射功率應(yīng)小于- 6 0 d b 到- 7 0 d b 。為了 避免對w l a n 的干擾，3 g - w c d m a 規(guī)范要求帶外輻射信號在2 2 0 0 b f l - l z 以上頻帶內(nèi)小 于一4 0 d b c 10 0 k h z t 2 1 。 對于早期采用f m ( f r e q u e n c ym o d u l a t i o n ) 、m s k ( m i n i m u m s h i f tk e y i n g ) 等恒包絡(luò)調(diào)制方式的無線通信系統(tǒng)，可以采用濾波技術(shù)來消除諧波干擾。然而對 于非恒包絡(luò)的調(diào)制技術(shù)，濾波并不能消除互調(diào)產(chǎn)物，如果將其直接作為功率放大 器的輸入信號，必將產(chǎn)生非常嚴重的互調(diào)失真，使得功率放大器輸出信號頻譜擴 展，產(chǎn)生對鄰信道的干擾，因此提高發(fā)射系統(tǒng)，特別是系統(tǒng)中射頻功率放大器的 線性度就成為現(xiàn)代射頻系統(tǒng)構(gòu)建的關(guān)鍵。 北京郵電大學(xué)碩士學(xué)位論文 射頻預(yù)失真功率放大系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn) 1 2w c d m a 系統(tǒng)概要 u m t s 包括有國際電信聯(lián)盟( i t u ) 指定的兩個空中接口協(xié)議，這兩個協(xié)議 都是滿足國際移動通信( i m t - 2 0 0 0 ) 要求的建議方案，且都采用直接序列寬帶 c d m a ( d s w c d m a ) 。一個解決方案用頻分復(fù)用( f d d ) 技術(shù)，而另一個則采 用時分復(fù)用( t d d ) 技術(shù)。 第三代合作伙伴項目( 3 g p p ) 分析這些提議的技術(shù)的結(jié)果是，w c d m a 成 為了3 g 系統(tǒng)最傾向于采用的技術(shù)。3 g p p 技術(shù)規(guī)范中的2 5 1 0 1 章包括了w c d m a 移動終端r f 硬件部分的核心性能要求。另外，3 g p p 還定義了w c d m a 終端兩 種可選擇的工作模式：頻分復(fù)用模式 f d d - 與時分復(fù)用模式 t o o l 。 3 g p p 規(guī)范了f d d 終端使用僅6 0 m h z 帶寬，雙工間隔為1 9 0 m h z ： 2 1 1 0 m h z 2 1 7 0 m h _ z 用于移動r x ，1 9 2 0 m h z 1 9 8 0 m h z 用于移動t x 。 在f d d 方案中，在上行和下行鏈路中用的是5 m h z 帶寬的載波，而且上行 鏈路分配的頻段為1 9 2 0 1 9 8 0 m h z ，下行鏈路分配的頻段為2 1 1 0 2 1 7 0 m h z 。這 樣，用f d d 方式的工作模式運行時，上行鏈路和下行鏈路之間就有1 9 0 m h z 的 頻率間隔。盡管5 m i - i z 是正常的載波間隔，但在載波間隔4 4 m h z 一5 m h z 之間的 頻帶間隙中可有幾個2 0 0 k h z 的間隔。這些間隔可以用來避免相鄰信道之間產(chǎn)生 相互干擾，尤其是當下一個5 m h z 寬帶分配做其它載波時。 對于t d d 方案，確定的頻率包括1 9 0 0 1 9 2 0 m h z 和2 0 1 啦2 0 2 5 m h z 。當然， 對于t d d ，一個確定的載波要同時用于上行鏈路和下行鏈路，因此也就沒有載 波問隔的存在。 按照3 g p p 標準( t s 2 5 1 0 4 ) ，在歐洲和亞洲的大多數(shù)地區(qū)，為w c d m a - f d d 分配的是1 9 2 0 1 9 8 0 m h z 和2 1 1 0 - 2 1 7 0 m h z 帶寬。實際的帶寬為4 0 9 6 m l - l z ，碼 片速率為3 8 4 m c h i p s ，一般的頻道間隔選擇為5 m h z ，但是可以根據(jù)需要進行調(diào) 整，中心頻率可以以2 0 0 k h z 為最小單位進行調(diào)整。w c d m a 的載頻頻率信道號 稱為絕對無線頻率信道序號( u a r f c n ) 。 1 3 射頻功率放大器線性化技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀 功率放大器的線性化技術(shù)研究始于到上個世紀二十年代。美國人h a r o l d s b l a c k 通過在放大器設(shè)計中應(yīng)用前饋和負反饋技術(shù)【州，從而有效地減少了放大 器失真，可以認為是功放線性化技術(shù)研究的開端。但那時主要是從器件本身的角 度來提高功率放大器的線性度，所研究的功率放大器頻率也較低。 第2 代移動通信系統(tǒng)g s m 采用的高斯最小頻移鍵控( g m s k ) 調(diào)制方式，允許采 2 北京郵電大學(xué)碩士學(xué)位論文射頻預(yù)失真功率放大系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn) 用具有極高效率的非線性功率放大器，功率放大級可以進入壓縮狀態(tài)。因此，g s m 基站中功率放大器通常具有較高的效率。 第2 5 代移動通信系統(tǒng)g s m e d g e 采用更高帶寬效率的3 兀8o f f s e t8 p s k 調(diào)制技術(shù)來實現(xiàn)三倍于g s m 的數(shù)據(jù)傳輸率。由于這種調(diào)制技術(shù)不具有恒定包絡(luò)， 因此出于成本和復(fù)雜性考慮，e d g e 基站中功率放大器一般采用功率回退技術(shù)來 滿足g s m 標準線性要求。 第3 代和第4 代移動通信采用寬帶高頻譜利用率的數(shù)字多電平線性調(diào)制技 術(shù)，這些調(diào)制技術(shù)產(chǎn)生的信號具有相當大的包絡(luò)變化，同時支持多載波發(fā)射，此 時簡單的功率回退技術(shù)已經(jīng)不可能滿足這些新的要求，射頻功率放大器線性度成 了主要問題，因此必須采用復(fù)雜的線性化技術(shù)如自適應(yīng)前饋、自適應(yīng)預(yù)失真等。 由上述無線通信系統(tǒng)和基站功放的發(fā)展可以看出，射頻功率放大器作為無線 通信系統(tǒng)最為關(guān)鍵的組件之一，其線性度與功率效率由于對于系統(tǒng)的效能與效率 有決定性的影響，故隨著無線通信系統(tǒng)的發(fā)展在不同時期有著不同的技術(shù)要求， 并且要求越來越嚴格。 近年來國外大的通信公司與研究單位和高校都積極投入到功率放大器線性 化技術(shù)的研究中，并且有各種線性化技術(shù)及產(chǎn)品的成功實現(xiàn)，國內(nèi)一些大型通信 設(shè)備提供商和高校也在積極開展這方面的研究工作并取得不少成果1 5 錒，但無線 通信的快速發(fā)展不斷地對線性化技術(shù)提出了更高的要求，需要我們不斷的進行積 極深入研究。 1 4 主要工作 本論文計劃采用技術(shù)路線及實施方案，并對其的應(yīng)用前景作了預(yù)測。主要工 作有如下幾方面： a ) 研究w c d m a 系統(tǒng)的基本原理。詳細介紹w c d m a 收發(fā)系統(tǒng)的特點。分析常 用的r f 功率放大器的線性化技術(shù)及各自特點。重點研究預(yù)失真技術(shù)，包 括射頻預(yù)失真和基帶預(yù)失真的基本原理，并闡述了自適應(yīng)法的基本原理。 b ) 詳細介紹本課題射頻預(yù)失真放大系統(tǒng)方案的基本設(shè)計原理、實現(xiàn)方法， 擬采用數(shù)字信號處理( d s p ) 為代表的數(shù)字電路技術(shù)與射頻模擬電路相結(jié) 合，實現(xiàn)自適應(yīng)線性化，以改善功率放大器的線性度，滿足工程需要。 c ) 在實施過程中，準備首先對各射頻模塊進行認真的設(shè)計，對其選用的器 件進行仔細的篩選和比較，盡量使用現(xiàn)有的成熟穩(wěn)定的器件，以達到既 保證質(zhì)量又節(jié)約成本的目的。對于一些數(shù)字邏輯電路，則先通過仿真軟 件進行仿真分析，然后進行調(diào)試和完善。 3 北京郵電大學(xué)碩士學(xué)位論文射頻預(yù)失真功率放大系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn) d ) 設(shè)計完成后，對設(shè)計的原理圖進行p c b 布板，采用各模塊逐一布局的方 式，對于布線中會出現(xiàn)的問題加以慎重考慮，對于電源層和地層的分割， 根據(jù)電路和器件的位置進行仔細劃分，最后完成制板工作并給出系統(tǒng)的 測試方案。 1 5 論文基本架構(gòu) 論文的基本架構(gòu)如下： 第一章引言 簡述本論文研究背景和研究意義，引入本課題所基于的環(huán)境- w c d m a 系統(tǒng)， 介紹其概要和射頻指標，在此基礎(chǔ)上介紹了射頻預(yù)失真功率放大器的發(fā)展現(xiàn)狀， 以闡明射頻預(yù)失真功放設(shè)計的必要性，最后說明了主要工作和論文基本架構(gòu)安 排。 第二章功率放大器線性化技術(shù) 針對本課題的研究目標，著重分析了當前功率放大器線性化的三種主流技 術(shù)，并比較其各自優(yōu)缺點，闡明射頻預(yù)失真的可行性。另外介紹了自適應(yīng)基本原 理。 第三章射頻預(yù)失真放大系統(tǒng)概述 從這章開始進入論文主體部分，先闡述了本射頻預(yù)失真放大系統(tǒng)設(shè)計的目標 和意義，給出了系統(tǒng)設(shè)計目標的基本考慮并簡單介紹了系統(tǒng)的測試項目。之后總 述了放大系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能，列出系統(tǒng)的指標。 第四章射頻預(yù)失真放大系統(tǒng)設(shè)計 根據(jù)技術(shù)指標要求設(shè)計出射頻預(yù)失真放大系統(tǒng)的總體方案，分射頻、模擬和 數(shù)字三部分，詳細介紹了設(shè)計目標、步驟、器件選型依據(jù)和原理圖方案。最后對 整個系統(tǒng)電源部分的設(shè)計進行了說明。 第五章系統(tǒng)電路硬件實現(xiàn)與測試 對射頻預(yù)失真放大系統(tǒng)進行p c b 制板，闡述了制板原則，研究了制板中會遇 到的一些問題，介紹了系統(tǒng)板圖設(shè)計情況，給出系統(tǒng)的實物照片。最后設(shè)計系統(tǒng) 測試方案。 第五章結(jié)論及展望 對整個設(shè)計進行總結(jié)，并給出工作展望。 4 北京郵電大學(xué)碩士學(xué)位論文 射頻預(yù)失真功率放大系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn) 第二章功率放大器線性化技術(shù) 射頻功率放大器的非線性失真會使其產(chǎn)生新的頻率分量，如對于二階失真會 產(chǎn)生二次諧波和雙音拍頻，對于三階失真會產(chǎn)生三次諧波和多音拍頻。這些新的 頻率分量如落在通帶內(nèi)，將會對發(fā)射的信號造成直接干擾，如果落在通帶外將會 干擾其他頻道的信號。為此要對射頻功率放大器的進行線性化處理，這樣可以較 好地解決信號的頻譜再生問題。 線性化技術(shù)，即采用適當?shù)耐鈬娐?，對放大器的非線性特性進行線性化糾 正，從而在電路整體上呈現(xiàn)對輸入信號的線性放大效果。對放大器進行線性化的 方法很多，而主要的方法有負反饋法、前饋法、e e & r 法( 包絡(luò)消除與恢復(fù)法) 、 l i n c 法( 非線性器件的線性放大法) 和預(yù)失真法等【。 理論上，前饋能夠消除二階和三階非線性，并且穩(wěn)定性比較好。但是，前饋 線性化器的實際實現(xiàn)比較困難，因為前饋環(huán)中需要精確的相位平衡及幅度補償。 負反饋比較簡單，也很穩(wěn)定，但在高頻反饋中，反饋環(huán)路的相移很難控制。預(yù)失 真在功率放大器的線性化中是成本較低的一種選擇，其最主要的優(yōu)點是預(yù)失真的 頻帶較寬，電路相對比較簡單。通過簡單的預(yù)失真電路，使功率放大器輸出功率 提高，從而提高通信系統(tǒng)的信息處理能力及微波電視發(fā)射機系統(tǒng)的發(fā)射能力，帶 來更大的經(jīng)濟效益。而使用非線性器件的線性放大技術(shù)( l i n c ) 和動態(tài)偏置技術(shù)等 特殊的線性化技術(shù)基本沒有廣泛應(yīng)用到無線和微波通信中。下面對提到的三種主 要線性化技術(shù)進行簡單地介紹。 2 1 負反饋技術(shù) 負反饋法是改善放大器線性度的一種較早的方法，在線性化系統(tǒng)中，負反饋 對失真也有很好的抑制作用。負反饋法是將放大器的非線性失真信號反饋到輸入 端，與原輸入信號一起作為功放的輸入信號，以減少功率放大器的非線性的一種 方法。負反饋系統(tǒng)基本框圖如圖2 - 1 所示，反饋增益表達式為：, 4 w - , 4 o + , 4 b ) ，保 證是負反饋的條件是：a b 為正數(shù)，其中，a 為放大器的開環(huán)增益，8 為反饋系數(shù)。 通常情況下，a l l 遠遠大于1 ，這時放大器的反饋增益僅依賴于反饋網(wǎng)絡(luò)的反饋系 數(shù)，而與放大器的開環(huán)增益無關(guān)，反饋網(wǎng)絡(luò)可由高準確度的線性無源元件構(gòu)成。 從功放線性化的角度考慮，負反饋系統(tǒng)是犧牲功放增益來達到壓縮失真信號的目 的。 5 北京郵電大學(xué)碩士學(xué)位論文射頻預(yù)失真功率放大系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn) 反饋網(wǎng)絡(luò) 圖2 - 1 負反饋原理圖 負反饋法可以控制功放輸入輸出阻抗，減小噪聲的影響，減小功放對電路元 件特性變化的敏感性，通常是溫度變化的敏感性。 由于基于反饋原理，負反饋法受反饋網(wǎng)絡(luò)延遲的限制，帶寬有限，這種技術(shù) 使得放大器帶寬很窄，不適合寬頻帶放大。若相位控制不好，容易產(chǎn)生正反饋而 引起不穩(wěn)定，因此穩(wěn)定性問題是其主要缺點。當系統(tǒng)頻率較高時，必須減小環(huán)路 增益，否則系統(tǒng)的穩(wěn)定性則很難保證。但減小環(huán)路增益又影響到失真的抑制。為 了使系統(tǒng)工作在低頻狀態(tài)，一般不采用直接的r f 反饋，而是采用調(diào)制反饋技術(shù)。 利用負反饋改善放大器線性的方法很多，常用的反饋方式有：包絡(luò)負反饋1 1 2 1 ， 極坐標負反饋1 1 3 l 、笛卡爾負反例1 鯽。不同反饋系統(tǒng)的復(fù)雜度相差很大，主要區(qū) 別是反饋信號取得的方式不同。 包絡(luò)負反饋技術(shù)是極坐標負反饋的一種簡化技術(shù)，不考慮相位負反饋因而系 統(tǒng)相對簡單。它能夠減小幅度非線性引起的失真，它既可以應(yīng)用到發(fā)射機中也可 以應(yīng)用到單個放大器中。耦合器抽樣射頻輸入信號，檢測輸入抽樣的包絡(luò)。然后 產(chǎn)生的包絡(luò)反饋到差分放大器的一個輸入端口上，并和射頻輸出抽樣相減。代表 輸入輸出信號包絡(luò)誤差的差分信號被用于驅(qū)動主射頻路徑上的調(diào)制器上，該調(diào)制 器改變射頻信號的包絡(luò)并輸入到射頻功率放大器。因此，產(chǎn)生輸出信號的包絡(luò)能 夠被線性化，其線性化程度由反饋處理環(huán)路增益所決定。 極坐標負反饋可以達到較好的互調(diào)抑制性能，但是系統(tǒng)相對于比較復(fù)雜。克 服了包絡(luò)反饋的不穩(wěn)定，通過將鎖相環(huán)增加到包絡(luò)反饋系統(tǒng)達到糾正伽m 失 真的目的。包絡(luò)檢測和相位比較通常在中頻進行。這種技術(shù)其包絡(luò)帶寬至少是射 頻帶寬的兩倍，相位帶寬至少是射頻帶寬的十倍。 笛卡爾反饋技術(shù)相對于極坐標反饋結(jié)構(gòu)易于實現(xiàn)并且利用d s p 技術(shù)使得互 調(diào)失真得到極大改善，其通過采用l 和q 路( 笛卡爾) 的調(diào)制反饋，克服了信號 相位引起寬帶寬所涉及的問題。由于i 、q 分量是現(xiàn)代d s p 的實際輸出信號，因 此，笛卡爾環(huán)廣泛應(yīng)用到移動射頻系統(tǒng)中。在c 類功放放大一個i s 1 3 6 ( d a m p s ) 信號，采用笛卡爾反饋能夠改善a c p r 達到3 5 d b ，而效率能達到6 0 。 6 北京郵電大學(xué)碩士學(xué)位論文 射頻預(yù)失真功率放大系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn) 2 2 前饋技術(shù) 早在2 0 世紀2 0 年代，貝爾室驗室的h s b l a c k 就提出了減小放大器失真的 兩種方法：前饋【1 9 - 2 6 1 和負反饋。由于前饋技術(shù)的缺點是要求兩路信號通路的幅度 和相位特性完全匹配，所以最簡單的前饋系統(tǒng)也遠比負反饋系統(tǒng)復(fù)雜，導(dǎo)致在接 下來的幾十年中負反饋技術(shù)得到廣泛應(yīng)用，而前饋技術(shù)遭到冷落。后來，到1 9 6 0 年，貝爾實驗室的s e i d e l 和他的同事發(fā)現(xiàn)負反饋會造成放大器固有的群時延， 它受條件穩(wěn)定和抑制互調(diào)失真有限等限制，他們才開始研究前饋在放大器中的用 途。目前，前饋技術(shù)已經(jīng)成為一種主要的線性化技術(shù)，在寬帶和多載波系統(tǒng)中得 到廣泛應(yīng)用1 2 7 - 2 9 1 。 前饋線性放大器由兩個放大器( 主放大器和誤差放大器) ，通過耦合器、衰 減器、合成器、延時線、功分器等組成兩個環(huán)路，其中一個為由幅度和移相網(wǎng)絡(luò) 組成的環(huán)路控制網(wǎng)絡(luò)。射頻信號輸入后，經(jīng)功分器分成兩路，其中一路到高功率 主放大器，另一路到延遲單元。主放大器輸出信號包括理想信號和失真，這個信 號被抽樣、衰減，然后和經(jīng)延遲后的輸入信號合成，這個過程稱為誤差消除過程。 產(chǎn)生的誤差信號僅僅包含主放大器輸出的誤差信號。然后這個誤差信號被低功 率、高線性的誤差放大器所放大，再和延遲后的主放大器輸出合成。第二次合成 消除了主放大器的失真分量，而僅僅留下理想的信號，從而了改善功放的線性度。 圖2 2 為前饋線性化原理圖。 信號抵消環(huán) 失真抵消環(huán) 圖2 - 2 前饋線性化原理圖 前饋線性化技術(shù)能夠提供了較高校準精度的線性度，又不存在不穩(wěn)定和帶寬 受限這些缺點，但有比較差的效率和較高的成本，同時它受限于復(fù)雜而昂貴、性 能較難控制模擬器件，要求輔助放大器本身的失真特性應(yīng)處在前饋系統(tǒng)的指標之 上。 前饋功放的抵消要求是很高的，需獲得幅度、相位和時延的匹配，由于前饋 7 北京郵電大學(xué)碩士學(xué)位論文射頻預(yù)失真功率放大系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn) 技術(shù)固有的開環(huán)處理進程，隨時間、溫度、電壓和信號電平而變化的器件特性及 器件老化等均會造成抵消失靈，增加了發(fā)射輸出的失真。另外在末級大功率合路 器處構(gòu)成自適應(yīng)環(huán)路具有一定的技術(shù)難度，所以一般在功率合成級不便采用自適 應(yīng)技術(shù)。此外，該方法效率低而且設(shè)備很復(fù)雜。 2 3 預(yù)失真技術(shù) 預(yù)失真是目前補償功率放大器非線性最好的技術(shù)之一。其基本思想是：通過 在輸入信號和p a 之間插入產(chǎn)生“反向p a 特性響應(yīng)的預(yù)失真模塊( p d ) 對輸入信 號先進行預(yù)處理再饋入p a 中以補償由非線性p a 產(chǎn)生的a m a m 、a m p m 失真， 最終使整個p d 和p a 級聯(lián)電路的輸入輸出呈現(xiàn)線性關(guān)系。這種技術(shù)的實質(zhì)就是 預(yù)先使放大器的輸入信號在幅度和相位方面產(chǎn)生預(yù)定的反失真去抵消放大器內(nèi) 的非線性失真。預(yù)失真線性化原理框圖如圖2 3 所示，其實現(xiàn)機理如圖2 4 所示。 圖中，瞰) 為預(yù)失真模塊的傳遞函數(shù)。g 為功率放大器傳遞函數(shù)，a f f ( x ) 為預(yù) 失真系統(tǒng)總的輸入輸出傳遞函數(shù)。預(yù)失真函數(shù)與功率放大器的傳輸函數(shù)呈反相關(guān) 系，即功率放大器的失真特性為增益壓縮時，預(yù)失真器的失真特性應(yīng)該是增益擴 張。 k。夕 l 只k ) 、 少 ，r ，- _ 圖2 - 3 預(yù)失真線性化原理框圖 k 預(yù)失真模塊 傳遞函數(shù) 功率放大器 傳遞函數(shù) k 預(yù)失真系統(tǒng) 傳遞函數(shù) 圖2 - 4 預(yù)失真技術(shù)實現(xiàn)機理 預(yù)失真技術(shù)的優(yōu)點在于不存在穩(wěn)定性問題，有更寬的信號頻帶，能夠處理含 多載波的信號。根據(jù)預(yù)失真處理信號的頻段不同，可以把預(yù)失真技術(shù)分為射頻預(yù) 8 北京郵電大學(xué)碩士學(xué)位論文射頻預(yù)失真功率放大系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn) 失真和基帶預(yù)失真兩種基本類型 射頻預(yù)失真一般采用模擬電路來實現(xiàn)，具有電路結(jié)構(gòu)簡單、成本低、易于高 頻、寬帶應(yīng)用等優(yōu)點，缺點是頻譜再生分量改善較少、高階頻譜分量抵消較困難。 數(shù)字基帶預(yù)失真由于工作頻率低，可以用數(shù)字電路實現(xiàn)，適應(yīng)性強，而且可 以通過增加采樣頻率和增大量化階數(shù)的辦法來抵消高階互調(diào)失真，是一種很有發(fā) 展前途的方法。 2 3 i 射頻預(yù)失真技術(shù) 射頻預(yù)失真在微波頻段實現(xiàn)，直接處理射頻已調(diào)信號。優(yōu)點是具有電路結(jié)構(gòu) 簡單、電源效率高、成本低、易于高頻、寬帶應(yīng)用，是目前較有發(fā)展前途的一種 方法 3 0 - 3 6 1 。 射頻預(yù)失真實現(xiàn)原理圖見圖2 5 ，其工作原理是：預(yù)失真模塊的復(fù)數(shù)增益調(diào) 制器根據(jù)工作函數(shù)的輸出參數(shù)調(diào)整r f 輸入信號的幅度和相位，預(yù)失真處理后的 信號饋入功率放大器。輸入信號的包絡(luò)作為工作函數(shù)的輸入變量，反饋回路采用 邊帶帶通濾波器對需要抑制的頻譜( 鄰道頻率) 取樣，并借助d s p 算法調(diào)整工 作函數(shù)的輸出參數(shù)最終使得功率放大器輸出鄰道功率最小。 圖2 - 5r f 預(yù)失真實現(xiàn)原理圖 射頻預(yù)失真通常采用工作函數(shù)、查詢表( l u t ) 和模擬器件等三種方式實現(xiàn)。 工作函數(shù)使用低階多項式來擬合功率放大器的a m - a m 和a m p m 特性；查詢表 技術(shù)對于功率放大器特性的擬合具有更高準確性，但需要復(fù)雜的自適應(yīng)算法；模 擬器件預(yù)失真一般采用二極管預(yù)先生成互調(diào)失真分量i m d ，此i m d 正好與功率 放大器所生成的i m d 成反相關(guān)系，達到抵消功放輸出i m d 的目的。 9 北京郵電大學(xué)碩士學(xué)位論文 射頻預(yù)失真功率放大系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn) 2 3 2 基帶預(yù)失真技術(shù) 基帶預(yù)失真由于不涉及難度大的射頻信號處理，只在低頻部分利用數(shù)字信號 處理器r ( d s p ) 技術(shù)對放大器輸出反饋的基帶信號數(shù)據(jù)進行計算、處理，用軟件來 實現(xiàn)非線性補償，適應(yīng)性強，而且可以通過增加采樣率和增大量化階數(shù)的辦法來 抵消高階互調(diào)失真【3 7 4 5 1 。 基帶預(yù)失真線性化系統(tǒng)框圖見圖2 6 所示。主要包含兩條路徑：一條為信號 路徑，一條為控制路徑。信號路徑中預(yù)失真器首先對基帶輸入信號進行預(yù)失真， 輸出信號經(jīng)d a 轉(zhuǎn)換成模擬信號，再通過正交調(diào)制上載頻至無線頻率，最后到 功率放大器?？刂坡窂街饕糜陬A(yù)失真器的自適應(yīng)調(diào)整，使得預(yù)失真器的輸出能 完全補償p a 產(chǎn)生的非線性失真。圖中，已調(diào)射頻信號均以其基帶復(fù)包絡(luò)的形式 表示。數(shù)字域的信號變換過程全部由數(shù)字信號處理器軟件完成。輸入端的信號經(jīng) 過a d 變換后得到數(shù)字域中的等價信號，記為，對其進行預(yù)失真d s p 信號處 理之后，得到數(shù)字域中的預(yù)失真信號，記為，在經(jīng)過d a 變換后輸出預(yù)失真 信號，此預(yù)失真信號通過線性調(diào)制器( 正交調(diào)制器) 調(diào)制到載頻上并進行功率放 大，功放p a 的輸出信號記為k 。k 送往天線輸出，其中的- d , 部分輸出功率通 過耦合器送往線性解調(diào)器( 正交解調(diào)器) ，解調(diào)器經(jīng)過a d 變換后得到的反饋信 號記為此信號用于提供給誤差比較模塊和自適應(yīng)算法模塊作為參考信號，從 而決定正確的預(yù)失真特性。 i 圖2 - 6 基帶預(yù)失真電路框圖 定義誤差函數(shù)為e = 珞a ，其中a 為期望的解調(diào)信號波形，a 為常數(shù)， 表示系統(tǒng)的線性增益。當誤差為零時，預(yù)失真線性化系統(tǒng)達到理想的收斂狀態(tài)。 解調(diào)信號所將與的波形相同，只是在幅度上相差常數(shù)增益。 由于功率放大器的非線性特性主要由輸入信號的幅度i v o l 決m ，與輸入信號 的相角a r g ( v d ) 幾乎無關(guān)，所以其增益函數(shù)可以等價為輸入信號幅度的復(fù)值函數(shù)。 1 0 北京郵電大學(xué)碩士學(xué)位論文 射頻預(yù)失真功率放大系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn) 表征預(yù)失真其特性的預(yù)失真函數(shù)雕) ( 即預(yù)失真器的增益) 可用如下的數(shù)學(xué)形式 表示： f ( 邑) 一e ( x ) e x p ( f o ( 以) ) 式( 2 1 ) 其中以一i e 1 2 ，為輸入信號的幅度的平方；，和p 分別表示模值和相角。 設(shè)放大器的復(fù)增益為 g ( 局) = g ，( 蜀) e x p ( j a , ( 蜀) ) 式( 2 2 ) 其中x 。- 憶1 2 則功放的輸出信號模值和相角分別為 k i 一阢i 掌o r ( i v 毒c ( 瞻1 2 ) j 2 ) 式( 2 - 3 ) 鶘( 圪) o o ( 1 i v i e ( i 屹1 2 ) | 2 ) + 磊( i l 以卜c ( i 圪1 2 ) 1 2 ) + 鶘( 屹) 式( 2 。4 ) 對幅度而言，系統(tǒng)收斂時必須滿足g ，( 工) 1a ，其中a 為常數(shù)；對相位而言， 系統(tǒng)收斂時必須滿足q ( z ) + e ( x ) 一o 。 系統(tǒng)自適應(yīng)的目標是，選擇最優(yōu)的復(fù)增益函數(shù)，佩) ，使得系統(tǒng)的增益為一r 線性常數(shù)a ，即： 圪，屹幸f ( k 1 2 ) 事g ( k ，( 畋1 2 ) 1 2 ) = 彳屹 式( 2 5 ) ， 理論分析表明，采用數(shù)字基帶預(yù)失真線性化技術(shù)對微波功率放大器進行線性 化補償，可以大大提高微波功率放大器的線性度，從而達到減d x - 、三次諧波和 互調(diào)分量的目的。因此，數(shù)字預(yù)失真線性化技術(shù)不失為一種l 珂功率放大器線性 化技術(shù)的新方法，完全有可能滿足現(xiàn)代通信信號電磁環(huán)境對諧波和互調(diào)失真的技 術(shù)指標要求。 基帶預(yù)失真技術(shù)從原理框圖上來看，和調(diào)制反饋線性化技術(shù)有一定的相似 性，都存在反饋回路，但它和反饋線性化存在根本的不同。反饋線性化是信號的 實時反饋，反饋信號直接影響放大器的輸出，因此存在穩(wěn)定性問題。而基帶頂失 真的反饋，是對輸出輸入信號的采樣進行比較，然后通過自適應(yīng)算法進行運算， 當算法收斂后才周期性改變預(yù)失真器的輸出，反饋控制行為是非實時的，反饋信 號小不會直接影響放大器的輸出，因此不存在穩(wěn)定性問題。 2 4 線性化技術(shù)的比較 在各種線性化技術(shù)中，前饋線性化同時能夠提供寬帶寬和良好的互調(diào)失真壓 縮，但是具有較差的效率，加入提高性能的自適應(yīng)技術(shù)會使它成為復(fù)雜而昂貴的 北京郵電大學(xué)碩士學(xué)位論文 射頻預(yù)失真功率放大系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn) 解決方案。負反饋方法具有不穩(wěn)定和帶寬受限的嚴重問題，比如笛卡爾負反饋盡 管復(fù)雜度不高也能提供合適的互調(diào)失真壓縮，但穩(wěn)定性限制了帶寬僅僅在幾百 k h z 。l i n c 系統(tǒng)對器件漂移比較敏感。預(yù)失真技術(shù)能夠提供穩(wěn)定、高效、寬帶 寬與自適應(yīng)等優(yōu)勢。預(yù)失真系統(tǒng)的射頻預(yù)失真系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低和線性 度較好和帶寬適中等優(yōu)點，然而，和前饋技術(shù)一樣，射頻預(yù)失真的工作帶寬受限 于預(yù)失真器本身和射頻功率放大器的增益和相位平坦度，另外，功率放大器和預(yù) 失真器的記憶效應(yīng)限制了消除的程度。基帶預(yù)失真技術(shù)顯得更為復(fù)雜，但這種技 術(shù)提供了更好的互調(diào)失真壓縮和自適應(yīng)性能，。 由以上分析，在各種線性化技術(shù)中，基帶預(yù)失真是性價比較高的一種，這種 預(yù)失真結(jié)構(gòu)使用少量的模擬器件，其高效性不依賴于系統(tǒng)的工作頻率，且自適應(yīng) 技術(shù)能容易地應(yīng)用到基帶預(yù)失真結(jié)構(gòu)中。射頻預(yù)失真抵消性能較低主要受放大器 記憶效應(yīng)的限制所致，如果配合采用記憶效應(yīng)最小化設(shè)計方法，則其抵消性能可 以大幅提高。 預(yù)失真由于功放本身的記憶效應(yīng)使得帶寬和改善量都受到影響。記憶效應(yīng)又 可以分成熱記憶效應(yīng)和電記憶效應(yīng)兩種，在實際線性化補償時需要加以考慮，以 及由于依賴環(huán)境線性度變化的問題。因此，自適應(yīng)控制方法在改善預(yù)失真功放性 能方面是需要的。 2 5 自適應(yīng)技術(shù) 2 5 1 基本原理 現(xiàn)代通信系統(tǒng)采用的都是多載波信號進行通信，信號的峰均比變化很大，一 般在3 d b - 1 0 d b 之間，多載波和峰均比的信號對于功率放大器的非線性特性是非 常敏感的：峰均比大，說明功率放大器會工作在更深的飽和區(qū)( 強非線性區(qū)) ， 這樣就會產(chǎn)生功率電平更高的互調(diào)失真產(chǎn)物；而多載波通信方式則會產(chǎn)生更豐富 的互調(diào)失真產(chǎn)物。因此，在現(xiàn)代通信的體制下要使得功率放大器有良好的線性性 能，又要保證放大器的效率沒有下降。此外功率放大器的特性會隨環(huán)境溫度、供 電電壓、器件老化、信道切換發(fā)生改變，導(dǎo)致通信系統(tǒng)性能下降。為保證預(yù)失真 系統(tǒng)的穩(wěn)定工作，要求預(yù)失真模塊的補償特性具有隨功率放大器特性變化而自適 應(yīng)調(diào)節(jié)的能力。既能夠靈活地對功率放大器進行線性化，又能夠較好的解決放大 器系統(tǒng)的穩(wěn)定性問題，同時還要保證具有較高的非線性性能改善程度，自適應(yīng)線 性化技術(shù)隨之出現(xiàn)。該技術(shù)能夠隨著上述諸因素的變化作自適應(yīng)的補償。顯然， 要實現(xiàn)自適應(yīng)的補償就要求系統(tǒng)具有記憶功能( 即存儲功能) 和自適應(yīng)算法。隨 1 2 北京郵電大學(xué)碩士學(xué)位論文射頻預(yù)失真功率放大系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn) 著d s p 技術(shù)的飛速發(fā)展，其能夠快速完成各種運算量較大、復(fù)雜的算法，同時 也能提供大容量的存儲空間。因此，采用自適應(yīng)線性化技術(shù)能夠有效的改善功率 放大器的非線性性能，滿足許多現(xiàn)代通信的高指標要求。 運用d s p 技術(shù)，必須把射頻信號下變頻到基帶信號，然后經(jīng)過a ，d 變換器 把模擬信號變換成數(shù)字信號，通過d s p 處理后再經(jīng)d a 和上變頻處理，把信號 恢復(fù)為射頻信號。d s p 芯片中的算法能夠提供動態(tài)的或自適應(yīng)的線性化功能。隨 著各種性能優(yōu)良的數(shù)字信號處理算法的涌現(xiàn)，特別是d s p 技術(shù)的飛速發(fā)展，其 處理的功能越來越強大，體積越來越小，而價格卻越來越低廉，使得自適應(yīng)線性 化技術(shù)成為一種前景倍受人們看好的方法。前面小節(jié)所介紹的模擬線性化技術(shù)， 如負反饋法，前饋法和預(yù)失真法等，采用自適應(yīng)算法后，功率放大器的線性性能 均得到明顯的提高，系統(tǒng)的穩(wěn)定性問題也得到較好的解決。而且自適應(yīng)線性化技 術(shù)也適用于寬帶信號的系統(tǒng)，這對采用擴頻通信的現(xiàn)代通信系統(tǒng)來說是很有意義 的。 2 5 2 自適應(yīng)預(yù)失真 自適應(yīng)預(yù)失真線性化方法屬于預(yù)失真方法的一種，也即它是在預(yù)失真線性化 的基礎(chǔ)上加入了自適應(yīng)技術(shù)而形成的一種綜合性的線性化方法。 由于功率放大器的特性在實際工作環(huán)境下會隨溫度、供電電壓、器件老化、 信道切換的原因發(fā)生改變，因此為保證功率放大器的穩(wěn)定工作，就要求預(yù)失真模 塊具有隨功率放大器的非線性特性改變而自動調(diào)節(jié)自身響應(yīng)特性的功能，即實現(xiàn) 預(yù)失真模塊的自適應(yīng)功能。 自適應(yīng)預(yù)失真線性化技術(shù)的實現(xiàn)方法有很歲餓w 7 1 ，主要有三類，第一類是復(fù) 增益映射查詢表技術(shù)；第二類是復(fù)增益查詢表技術(shù)；第三類是多項式技術(shù)。 復(fù)增益映射查詢表采用二維表形式，可以達到非常好的性能，主要缺點是二 維表太大需要幾兆比特的存儲空間，自適應(yīng)過程太長。 復(fù)增益查詢表采用一維表方式，使用一個笛卡爾形式的復(fù)增益表，其基本步 驟都是將放大器的輸入功率( 或幅度等) 作為查詢表的索引指針，功率放大器的復(fù) 增益預(yù)調(diào)整值作為指針對應(yīng)內(nèi)容。復(fù)增益查詢表相對復(fù)增益映射查詢表極大減小 了存儲空間，因此只需要較少的運算就可對輸入信號進行預(yù)失真。查詢表技術(shù)可 用來擬合任何形式的增益，性能可通過增加或減少表尺寸來調(diào)節(jié)，缺點是在低輸 入功率時性能有所下降并且實現(xiàn)上較困難，一般在基帶預(yù)失真系統(tǒng)中較多采用。 多項式技術(shù)主要是采用多項式方程來擬合理想的復(fù)增益曲線，通過計算的方 法來求出輸入信號需要預(yù)失真的復(fù)增益值，來達到預(yù)失真線性化的目的。此方式 1 3 北京郵電大學(xué)碩士學(xué)位論文 射頻預(yù)失真功率放大系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn) 只有很少參數(shù)，參數(shù)的初始化和更新都較查詢表方式宣于實現(xiàn)，因此在射頻預(yù)失 真系統(tǒng)中普遍采用多項式擬和方式。本課題所設(shè)計的放大系統(tǒng)即采用這種自適應(yīng) 技術(shù)與射頻預(yù)失真相結(jié)合的方法實現(xiàn)對功率放大器的線性化。 2 6 本章小結(jié) 本章分析了當前功率放大器線性化采用的各種技術(shù)，對于預(yù)失真技術(shù)做了詳 細闡述，然后對這些技術(shù)做了比較分析，最后對自適應(yīng)技術(shù)的基本原理和自適應(yīng) 預(yù)失真做了介紹。 1 4 北京郵電大學(xué)碩士學(xué)位論文射頻預(yù)失真功率放大系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn) 第三章射頻預(yù)失真放大系統(tǒng)概述 3 1 射頻預(yù)失真放大系統(tǒng)設(shè)計目標和意義 前兩章分別概述了射頻功率放大器線性化技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀以及當前發(fā)展成 熟的線性化關(guān)鍵技術(shù)等問題，從本章起將進入論文的主體部分，構(gòu)建一個用于完 成功率放大器線性化的射頻預(yù)失真放大系統(tǒng)，結(jié)合系統(tǒng)本身的技術(shù)指標，對當前 芯片硬件的性能水平、射頻預(yù)失真放大系統(tǒng)部分結(jié)構(gòu)模塊機器功能進行綜合分析 和研究。 射頻預(yù)失真功率放大系統(tǒng)的設(shè)計目標是設(shè)計制作一個完整的射頻預(yù)失真線 性化實現(xiàn)系統(tǒng)，利用該系統(tǒng)完成對射頻功率放大器的自適應(yīng)線性化和相關(guān)器件的 研究。其關(guān)鍵技術(shù)包括系統(tǒng)架構(gòu)的設(shè)計、各類器件的選型和系統(tǒng)原理圖以及硬件 電路的實現(xiàn)。 3 1 1 設(shè)計射頻預(yù)失真放大系統(tǒng)的意義 功放線性化技術(shù)是順應(yīng)了實際需求而發(fā)展起來的，既要滿足高速復(fù)雜數(shù)字調(diào) 制技術(shù)的要求，又要滿足大容量、低成本的要求。在移動通信系統(tǒng)中，為保證一 定范圍的信號覆蓋，我們通常使用功率放大器進行信號放大。在c d m a 或 w - c d m a 基站中，即使是單載頻，也需要采用線性功放，這是因為c d m a 技 術(shù)是隨機包絡(luò)的寬帶信道，如果采用一般的大功率放大器( 通常工作于a b 類) ， 將由于互調(diào)失真的影響產(chǎn)生頻譜再生效應(yīng)，有趣的是頻譜再生盡管對本信道的影 響不大甚至毫無影響，但它將會干擾相鄰信道。所以，功放線性化技術(shù)在移動通 信系統(tǒng)中具有很重大的意義，它可以很好的解決頻譜再生問題。同樣，線性功放 對于衛(wèi)星通信系統(tǒng)的改善頻譜泄露、減小信號傳輸失真也具有很重要的作用。 對于射頻大功率放大器結(jié)構(gòu)的設(shè)計方法，國內(nèi)國外各大通信公司在這方面都 在著手進行研究與開發(fā)，并做不懈的努力。本文討論的射頻預(yù)失真放大系統(tǒng)的設(shè) 計正是為更好的實現(xiàn)射頻大功率放大器的線性化而進行研制和開發(fā)，特別是針對 w c d m a 中的應(yīng)用。一方面目前w c d m a 正在得到越來越廣泛的應(yīng)用，w c d m a 基站中大功率放大器的設(shè)計是今后放大器設(shè)計的主流方向，其對線性化的高要求 使得線性化技術(shù)的研究具有很大的價值，另一方面對于預(yù)失真線性化系統(tǒng)的實現(xiàn) 情況的介紹在國內(nèi)未見到具體報道，使得本論文的預(yù)失真放大系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn) 具有獨到和創(chuàng)新之處。 北京郵電大學(xué)碩士學(xué)位論文射頻預(yù)失真功率放大系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn) 3 1 2 系統(tǒng)的設(shè)計目標基本考慮 放大系統(tǒng)的設(shè)計有以下基本考慮： 一、系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計： 射頻預(yù)失真功率放大系統(tǒng)在設(shè)計過程中采用模塊化設(shè)計，分別設(shè)計解調(diào)器、 a d c 和矢量調(diào)制器，這些模塊正是我們需要研究和分析的內(nèi)容。 二、系統(tǒng)應(yīng)具有通用性： 射頻預(yù)失真放大系統(tǒng)能夠提供良好的連接性和通用的數(shù)據(jù)傳輸接口，能夠方 便更改各個模塊的硬件設(shè)計，適用于不同增益的放大器需求和不同種類的預(yù) 失真算法實現(xiàn)需要。 三、系統(tǒng)具有可用性 射頻預(yù)失真放大系統(tǒng)能夠保證預(yù)失真算法能夠得以良好的實現(xiàn)，該系統(tǒng)本身 應(yīng)該具有良好的性能，其各項指標應(yīng)能夠保證其與放大器和數(shù)字信號處理部 分一起工作時能夠流暢的傳輸和進行預(yù)失真矯正。 四、系統(tǒng)應(yīng)設(shè)計簡單、使用方便 本射頻預(yù)失真放大系統(tǒng)盡量采用成熟的高集成度的芯片，并對外圍電路進行 簡化設(shè)計，保證在完成系統(tǒng)功能的同時最大程度的簡化電路。在設(shè)置輸入輸 出端口的位置時，考慮了實際操作和連接的使用方便性。 3 1 3 系統(tǒng)的測試項目 射頻預(yù)失真放大系統(tǒng)中設(shè)計的主要模塊有解調(diào)器、a d c 和矢量調(diào)制器等， 主要是對這幾個模塊的功能指標以及性能進行測試，另外還要進行系統(tǒng)的電源系 統(tǒng)性能的測試，輔助完成這些測試的電路板有放大器板和數(shù)字信號處理板。具體 可以描述為： 1 對電源系統(tǒng)性能的測試 對于系統(tǒng)中的各個電源芯片和各器件工作電壓用萬用表進行逐點測量，保證 各個電源芯片工作正常，各器件工作電壓在要求范圍內(nèi)。 2 對解調(diào)器性能的測試 由數(shù)字信號處理板提供控制信號和時鐘信號，用w c d m a 信號發(fā)生器提供 輸入信號，解調(diào)器輸出信號用示波器和頻譜分析儀直接進行測試。 3 對a d c 性能的測試 由數(shù)字信號處理板提供控制信號和時鐘信號，輸入解調(diào)器的輸出信號，a d c 輸出信號用示波器和頻譜分析儀直接進行測試。 1 6 北京郵電大學(xué)碩士學(xué)位論文射頻預(yù)失真功率放大系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn) 4 對矢量調(diào)制器性能的測試 對d a c 、乘法器的輸入輸出信號用示波器和頻譜儀進行測量，對矢量調(diào)制 器的輸入輸出信號用頻譜分析儀進行測試。