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预失真射频功率放大器的研究

冯永生  
【摘要】: 现代通信系统的信息传输技术正朝着多载波、多电平、宽频带和高峰均比方向飞速发展,新的宽带数字传输技术(如OFDM、MC-CDMA和WCDMA等)和高频谱效率的调制方式(如QPSK和M-QAM等)正获得越来越广泛的应用。但这些基于非恒定包络的高效的多载波/多信道数字调制传输技术对于射频功率放大器的线性度具有很高的要求,经过非线性射频功率放大器放大后会产生众多的互调失真分量,从而导致功率放大器输出信号频谱的扩展,形成对邻近信道的干扰。现代无线通信系统对于邻道干扰都有严格的限制,例如依照3GPP WCDMA规范,邻近信道功率高于-50dBm时,ACPR应分别高于33dBc@5MHz和43dBc@10MHz。此外,现代无线通信还要求功率放大器兼顾高效率,因此对功率放大器线性化处理的需求呼之欲出。 本论文的研究主要涉及功率放大器电记忆效应和热记忆效应、自适应RF预失真系统和射频预失真功率放大器设计等方面,主要创新工作体现在以下四个方面: 1.对射频功率放大器的电记忆效应展开理论研究、建模和仿真分析,分析其对放大器性能的影响,揭示了电记忆效应是由于频带内阻抗的变化而产生,并且电记忆效应主要受基带阻抗的影响,RF阻抗对其影响不大。保持偏置电路基带阻抗响应的恒定能够减小电记忆效应。这些研究成果为减小功率放大器的电记忆效应提供了理论依据。提出了功率放大器电记忆效应最小化的阻抗设计方法,并且已经将此设计思想运用于实际放大器的设计中。 2.对射频功率放大器的热记忆效应展开理论研究、建模和仿真分析,分析其对放大器性能的影响,揭示了有源功率器件对于温度的敏感性是热记忆效应产生的本质原因。提出了最小化热记忆效应的诸多功率放大器电路设计方法,并已经付诸于实践中。 3.对于自适应线性化技术中所涉及的自适应算法进行了系统的分类整理,明确了各种算法间的内在联系及其适用条件。在此基础上提出了一种适用于射频预失真功率放大器的高效的自适应优化算法,核心思想是提取功率放大器输出信号的带外互调分量作为自适应的优化目标,运用具有全局稳定收敛性的多方向搜索算法对预失真系数进行优化调节最终使带外IMD功率达到最小。仿真结果表明该算法的自适应收敛速度比传统自适应优化算法有明显提高,带外IMD分量可以获得15dB的改善。 4.基于自适应预失真理论,提出了一种预失真射频功率放大器的设计方案,设计方案已经付诸实施并已部分完成设计制作工作,此套预失真系统的性能还有待进一步验证。


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