基于递归多项式的射频功放行为宏模型

【摘要】：在现代无线通信系统中的系统分析、仿真和设计中，射频和微波功率放大器的行为建模一直是非常重要的课题。特别在3G、WiMAX和LTE等宽带通信系统中，由于记忆效应的存在使得射频功放的行为建模变得更为困难。以往在射频功放的建模方面已经有了大量研究。但是，精确地建立高峰均比、宽带信号激励下的射频功放的行为模型仍然是一项非常艰巨的任务。 宽带射频功放建模的主要困难是非线性和记忆效应的同时存在。为此，人们提出了很多建模方法。比较流行的方法有Volterra级数模型，记忆多项式模型和神经网络模型等。 本文首先介绍了射频功放的非线性特性及其引起的失真、记忆效应的产生、行为模型的构建等问题，然后介绍了目前常用的射频功率放大器建模方法，并进行了比较，说明了不同模型的优缺点。 文章的主题是基于递归多项式的射频功放行为模型构建。较之于Volterra级数模型、多项式模型，递归结构的模型具有更少的系数，克服了Volterra级数模型系数比较多的缺点，同时，与神经网络等模型相比，基于递归多项式的射频功放行为模型又继承了Volterra级数模型系数可由解线性方程直接得到的优点，避免了复杂的非线性优化和训练过程，减少了计算量。文章的主要贡献是引入了正交最小二乘法来求解基于递归多项式的射频功放行为模型。在基于递归多项式的射频功放行为模型中，不同的项对模型的贡献是不同的，本文采用正交最小二乘法来选择出最有用的项，删除不需要或贡献较小的项。通过递归结构和正交最小二乘法的运用，使得到的模型具备结构较为简单、复杂度低的优点。为了进一步改善模型求解的可靠性，还讨论了带静态特性（即AM/AM、AM/PM）约束的求解方法。 文章最后选取了几个不同的实际射频功放电路对模型进行验证。首先从实际电路提取各种信号数据，用我们编写的MATLAB程序求得模型。然后进行了各种对比测试，即将模型预测的结果和电路实际测试或仿真的结果进行了比较，其中包括了瞬态稳态响应，频谱特性分析，功率压缩特性曲线，包络波形等等。结果表明所建模型与电路的实际结果吻合较好，说明模型是正确有效的。