记忆功放的预失真线性化方案
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记忆功放的BP神经网络分离预失真方法
ｐ ｅ ｉｔ ｒｉｎ ｆ ｒ ＮＨＰＡＭ ｎｏ ｍｅ ｒ ， ＡＭ ／ ｒｄｓｏ ｔｏ ｏ ｉｔ ｍｏ ｙ ＡＭ ｎ ａ ｄ ＡＭ ／ Ｍ ｒｄｓｏ ｔ ｎ ｓ ｂ ｙ ｔｍｓ Ｔｈ ｎ ｔ ｅ Ｐ ｐ ｅ ｉｔ ｒｉ ｕ ｓ ｓｅ ． ｏ ｅ ｈ
ｔ ｅ Ｎ ｐｒ ｄｉｔ ｔ ｒ ａ ｅ ｄ ｎｔｆｅ ｂ ｔ Ｉｅ ｎｂ ｒ — ａｒ ｕａ ｄ ｈｒ ｅＮ ｅ ｓ ｏｒｅ ｓ ｒ ｉ ｅ ｉｉ ｄ ｙ ｈｅ ｖｅ ｅ ｇ Ｍ ｑ ｒ ｔ ＢＰ ａｇｏ ｉｈｍ ｓ ｄ ｏｎ ｈｅ ｎｄｉｅ ｔ ｌ ｒｔ ｂａ ｅ ｔ ｉ ｒ ｃ
２１ ０ ０年 ６月 第 ３ ７卷 第 ３期
西 安 电子 科 技 大 学 学 报 （ 自然 科 学 版 ）
ＪｏＵ Ｒ Ｎ Ａ Ｌ ０Ｆ Ｘ Ｉ Ｉ Ｎ Ｕ Ｎ Ｉ Ｄ Ａ ＶＥ Ｒ ＳＩ Ｙ Ｔ
Ｊ ｎ． ０ ０ ｕ ２ １
Ｖｏ ． ７ ＮＯ ３ １３ ．
ｄ ｉ１ ３ ６ ／ ．ｓ ｎ． ０ １ ２ ０ ． ０ ０． ３． ３ ｏ ： ０． ９ ９ ｊ ｉｓ １ ０ — ４ ０ ２ １ ０ ０ ２
（ ＮＨＰＡＭ ） ｉ ｎ ＯＦ ＤＭ ｏ ｍｕ ｉａ ｉ ｎ ｓ ｓｅ ｓ ａ ｓ ｐ ｒ ｔ ＰＮＮ （ ａ ｋ ｐ ｏ ａ ａ ｉｎ ｎ ｕ ａ ｅ ｗｏ ｋ） ｃｍ ｎｃ ｔ ｙ ｔｍ ， ｅ ａ ａｅ Ｂ ｏ ｂ ｃ ｒ ｐ ｇ ｔ ｅ ｒｌｎ ｔ ｒ ｏ
ｐｒ ｄｉｔ ｔｏ ｅ ｈｏ ｔ ｔ ｔ ｕ ｔ ｅ ａ ｌ ｉｈ ｄ ｔ ｉ ｉ ｉ ｅｓ ｓ ｐｒ ｏｓ ｄ ｂｙ ｃ ｅ ｓｏｒｉ ｎ ｍ ｔ ｄ ｗｉｈ ｉｓ ｓ ｒ ｃ ｕｒ ｎｄ ａｇｏｒｔ ｍ ａｎ ｈｅｒ ｐｒｎｃｐｌ ｉ ｏｐ ｅ ｏｎｓｄ ｒｎｇ ｔ ｅ ｉｅ ｉ ｈ ｄｉｔ ｔｏ ｃ ｒ ｔ ｒｓ ｉ ａ ｓ ｒ ｔ ｅ ｆ ａ ｕｒ ｓ ｏ Ｎ Ｈ ＰＡ Ｍ ． Ｔ ｈ ｓ ｍ ｅ ｈｏｄ ｓ ｐ ｒ ｔ ｓ ｔ ｗ ｈ ｅ ｓ ｏｒｉ ｎ ｈａ ａｃ ｅ ｉｔｃｓ ｎｄ ｔｕｃ ｕｒ ｅ ｔ ｅ ｆ ｉ ｔ ｅ ａ ａ ｅ ｈｅ ｏｌ
有记忆功放的非线性测试及其预失真器设计
失真器最多可抵消7 阶非线性， 在功放线性化测试中，
M H z 较为合适。
z( n)
-
F [x ( n )]KLeabharlann X=~ ^ \
Q -l
X
k = l q =0
a^ y ^ n
y ( n - q ) \k l
2
预失真器参数辨识
采用记忆多项式模型模拟功放行为是因为非线性
1 . 2 功放预失真平台及内部功能框图 搭 建 的 功 放 预 失 真 器 仿 真 平 台 如 图 2 所 示 # 主机 上 安 装 ADS ( Advanced Design System ) 仿 真 软 件 、 M a tla b 软 件 和 矢 量 信 号 分 析 软 件 （型 号 为 VSA89600 ) 。需 要 说 明 的 是 ， 功放激励信号和功放输 出信号都保存在主机上， 可 以 方 便 地 由 M atlab 处理能 够得到预失真器系数。 功放预失真器仿真平台内部功能框图如图3 所 示 。用 户 可 以 在 A D S 软 件 中 直 接 调 用 库 中 已 有 的 组 件 定 义 测 试 信 号 或 者 在 DSP D esign 模 块 中 自 行 设 计 测 试 信 号 。A D S 能 够 直 接 将 产 生 的 测 试 信 号 通 过
G P IB 接 口 导 人 至 矢 量 信 号 发 生 器 （ 型 号 为 E4438C ) ，
控 制 VSA89600 读 取 功 放 下 变 频 后 的 信 号 ， 并支持将 数 据 导 人 到 M atlab 中处理。在 E 4 4 3 8 C 中完成基带调 制、 数模转换、 上 变 频 等 信 号 发 射 链 路 功 能 。反馈链路 由 频谱分析仪（ 型 号 为 E 4440A ) 完 成 射 频 至 中 频 的 变 换、 A / D 采 样 并 数 字 下 变 频 至 基 带 信 号 。下变频后的 数 据 经 网 线 传 输 至 VSA89600 。功 放 的 输 入 、 输出数据 可 由 Matlab 进 一 步 处 理 后 得 到 功 放 的 非 线 性 阶 数 、 记 忆 阶 数 及 相 应 的 系 数 。发射链路和接收链路的同步可 由 E 4 4 3 8 C 的 10 提供。
无线通信中有记忆功率放大器的一种预失真方法_金哲
第23卷 第1期2008年2月 电 波 科 学 学 报CH INESE JO URNAL OF RADIO SCIENCEVol.23,No.1Feb ruary,200885文章编号 1005-0388(2008)01-0085-05无线通信中有记忆功率放大器的一种预失真方法*金 哲1 宋执环1 何加铭2(1.浙江大学信息科学与工程学院,浙江杭州310027;2.宁波大学通信技术研究所,浙江宁波315211)摘 要 在WCDM A等宽带通信系统中,射频功率放大器记忆效应明显,传统的无记忆预失真技术无法达到理想的线性化效果。
分析功放的记忆效应,并提出一种适合于有记忆射频功率放大器的预失真方法。
该方法首先基于记忆多项式构造预失真器,然后采用间接学习结构设计预失真系统,并运用限定记忆递推最小二乘算法更新预失真器参数,以跟踪放大器特性的变化。
仿真结果表明,该方法能较好地补偿射频功放的非线性失真和记忆效应。
关键词 射频功率放大器;记忆效应;预失真;记忆多项式;线性化中图分类号 TN929 5 文献标识码 AA predistortion method for power amplifiers with memoryin wireless communicationsJIN Zhe1 SONG Zh-i huan1 HE Jia-ming2(1.College of I nf o S cience and Engineer ing,Zhej iang Univ er sity,H angz hou Zhej iang310027,China;2.I ns titute of CommunicationT echnologies,N ingbo Univ er sity,N ingbo Zhej iang315211,China)Abstract In br oadband com munication sy stem s,such as WCDM A,memo ry effectsof RF pow er am plifiers(PAs)are significant and memor yless predistortion tech-niques cannot linearize PAs effectiv ely.In this paper,PA memory effects are inves-tig ated and a predisto rtio n method is pr opo sed for the linear ization o f RF PAs w ithmemo ry effects.The pr edistorter is constructed based o n memory po lynomial.T heindirect learning architecture is adopted to design the pr edistortion system and therecursiv e least squares algo rithm w ith a sliding rectang ular w indow is applied to-identify the predistorter.T herefore,the linearization system can track variation ofthe PA characteristics.Simulation results show that the proposed m ethod can effec-tiv ely compensate the nonlinear distortion and m em ory effects of RF PAs.Key words RF pow er am plifiers;memor y effects;predistortion;m em ory polyno-mial;linearization1 引 言为了在有限的频谱范围内容纳更多的通信信道,现代无线通信系统中广泛采用了QAM、QPSK 等高频谱利用率的线性调制方式。
无线通信中有记忆功率放大器的一种预失真方法
无线通信中有记忆功率放大器的一种预失真方法
金哲;宋执环;何加铭
【期刊名称】《电波科学学报》
【年(卷),期】2008(023)001
【摘要】在WCDMA等宽带通信系统中,射频功率放大器记忆效应明显,传统的无记忆预失真技术无法达到理想的线性化效果.分析功放的记忆效应,并提出一种适合于有记忆射频功率放大器的顸失真方法.该方法首先基于记忆多项式构造预失真器,然后采用间接学习结构设计预失真系统,并运用限定记忆递推最小二乘算法更新预失真器参数,以跟踪放大器特性的变化.仿真结果表明,该方法能较好地补偿射频功放的非线性失真和记忆效应.
【总页数】5页(P85-89)
【作者】金哲;宋执环;何加铭
【作者单位】浙江大学信息科学与工程学院,浙江,杭州,310027;宁波大学通信技术研究所,浙江,宁波,315211;宁波大学通信技术研究所,浙江,宁波,315211
【正文语种】中文
【中图分类】TN929.5
【相关文献】
1.一种基于双查找表自适应预失真结构的射频功率放大器线性化方法 [J], 毛文杰;冉立新;陈抗生
2.一种有效的基于宽带功率放大器强记忆效应特性的PMEC预失真方法 [J], 都天
骄;于翠屏;刘元安;高锦春;黎淑兰
3.无记忆功率放大器预失真数学模型 [J], 吴正佳;何海洋;曾德学;黄梅
4.非记忆性功率放大器非线性特性的预失真建模 [J], 马露露;于志安
5.功率放大器记忆效应分析及有记忆预失真技术 [J], 胡莉莉;艾渤
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
Wiener功率放大器的简化预失真方法_钱业青
( M −1) / 2
∑
j =0
a2 j +1 x(n) x(n)
2j
(8)
显然，上式和无记忆预失真器的模型具有相同 的形式。因此，可以把无记忆预失真器模型看成记 忆预失真器模型的特例，这更有利于实际中预失真 器的统一实现。
(6)
4
仿真结果
其中，M 为多项式的阶数，N 为抽头延时数或称为 记忆长度。即，得到： 转换步骤 2：利用高阶的 FIR 滤波器可表示 IIR 滤波器的特性， 将式(5)变换成式(6)对应的模型形式。 所得式（6）可视为非线性多项式和抽头延时线 的组合， 如图 2 所示， 图中， Z−1 表示抽头延时， Cig(xn−i) （Ci=[ai1, ai2,…,aiM]，g(xn−i)=[xn−i, x2n−i,…, xMn−i]）表 示对应第 i 个抽头延时的无记忆多项式， 因此称为非 线性抽头延时线（NTDL）模型。这里，采用 NTDL 模型作为记忆预失真器模型。
收稿日期：2006-04-24；修回日期：2007-08-27 基金项目：科技部国际合作重点项目计划基金资助项目（2005DFA10100） Foundation Item: The Science and Technology Department International Cooperation Accented Term (2005DFA10100)
最优两步辨识算法即先估计出式 (5) 中的系数 ap 和 cqj， 然后根据式(4)的关系利用奇异值分解求得 Hammerstein 模型系数 bq 和 rj。 3.2 一种简化的记忆预失真模型 考虑预失真技术的目的在于对放大器的非线
第 10 期
钱业青等：Wiener 功率放大器的简化预失真方法
∑
j =0
a2 j +1 x(n) x(n)
2j
(8)
显然，上式和无记忆预失真器的模型具有相同 的形式。因此，可以把无记忆预失真器模型看成记 忆预失真器模型的特例，这更有利于实际中预失真 器的统一实现。
(6)
4
仿真结果
其中，M 为多项式的阶数，N 为抽头延时数或称为 记忆长度。即，得到： 转换步骤 2：利用高阶的 FIR 滤波器可表示 IIR 滤波器的特性， 将式(5)变换成式(6)对应的模型形式。 所得式（6）可视为非线性多项式和抽头延时线 的组合， 如图 2 所示， 图中， Z−1 表示抽头延时， Cig(xn−i) （Ci=[ai1, ai2,…,aiM]，g(xn−i)=[xn−i, x2n−i,…, xMn−i]）表 示对应第 i 个抽头延时的无记忆多项式， 因此称为非 线性抽头延时线（NTDL）模型。这里，采用 NTDL 模型作为记忆预失真器模型。
收稿日期：2006-04-24；修回日期：2007-08-27 基金项目：科技部国际合作重点项目计划基金资助项目（2005DFA10100） Foundation Item: The Science and Technology Department International Cooperation Accented Term (2005DFA10100)
最优两步辨识算法即先估计出式 (5) 中的系数 ap 和 cqj， 然后根据式(4)的关系利用奇异值分解求得 Hammerstein 模型系数 bq 和 rj。 3.2 一种简化的记忆预失真模型 考虑预失真技术的目的在于对放大器的非线
第 10 期
钱业青等：Wiener 功率放大器的简化预失真方法
功放线性化的基带数字预失真方案及其测量电路的实现
telecommunicationengineeringv0149no9sep200932测量电路的设计dspbuilder适用于要求高水平算法和硬件描述语言相结合的数字信号处理dsp系统的设计可以将madab函数simulink模块与altemdspbuilder模块ip核结合起来实现dsp算法的开发而且可以将设计转换成硬件描述语言编译下载到fpga芯片中运行一j
式中, 0 V IN V Isat , k 为定值。 预失真查找表的系数计算方法如图 2 所示。若 输入的电压为 VI1 , 则预失真表输出的增益值应为 VI1 ' f ( VO 1 ') f ( kVI 1 ) = = ( 3) V I1 V I1 V I1 通过对不同频率的输入电压逐点进行预失真 , = 就可以实现窄带信号的包络预失真。 2 . 3 系统实现方案 系统的实现方案如图 3 所示, 该系统有通信和 68
2 2
如图 2 所示, H PA 的输入可以在动态范围 ( 0 , VIsat ) 间变化, V Isat为饱和输入电压。输入电压 VIN与 输出电压 V OUT 关系如下 : VOUT = f ( VIN ), 0 V IN VIsat ( 1) 当 V IN 较小时, f 为定值 ; 当 V IN逐渐增大时, f 呈现非线性特性。预失真技术就是要在 V IN的动态 范围内实现 H PA 的线性化 , 即实现 : VOUT = kVIN ( 2)
图 5 F IR 幅频曲线
调试中反复编译, 耗费大量时间。通过 S ignal Com p iler工具可以将设计直接转成 硬件电路。该测量 电路还可以作为单独的模块加入 N io sII系统中实现 自适应数 字基带预失真
Baseband D igital Predistortion for Power Amplifiers Linearization and R ealization ofM easurem ent C ircuit
式中, 0 V IN V Isat , k 为定值。 预失真查找表的系数计算方法如图 2 所示。若 输入的电压为 VI1 , 则预失真表输出的增益值应为 VI1 ' f ( VO 1 ') f ( kVI 1 ) = = ( 3) V I1 V I1 V I1 通过对不同频率的输入电压逐点进行预失真 , = 就可以实现窄带信号的包络预失真。 2 . 3 系统实现方案 系统的实现方案如图 3 所示, 该系统有通信和 68
2 2
如图 2 所示, H PA 的输入可以在动态范围 ( 0 , VIsat ) 间变化, V Isat为饱和输入电压。输入电压 VIN与 输出电压 V OUT 关系如下 : VOUT = f ( VIN ), 0 V IN VIsat ( 1) 当 V IN 较小时, f 为定值 ; 当 V IN逐渐增大时, f 呈现非线性特性。预失真技术就是要在 V IN的动态 范围内实现 H PA 的线性化 , 即实现 : VOUT = kVIN ( 2)
图 5 F IR 幅频曲线
调试中反复编译, 耗费大量时间。通过 S ignal Com p iler工具可以将设计直接转成 硬件电路。该测量 电路还可以作为单独的模块加入 N io sII系统中实现 自适应数 字基带预失真
Baseband D igital Predistortion for Power Amplifiers Linearization and R ealization ofM easurem ent C ircuit
基于记忆效应的射频功放建模和线性化研究的开题报告
基于记忆效应的射频功放建模和线性化研究的开题报告一、研究背景和意义射频功放广泛应用于通信、雷达、导航等领域，是无线通信系统中的重要元器件。
传统的射频功放存在许多问题，如效率低、非线性失真、带宽不足等，这些问题不仅影响了系统的性能和可靠性，还限制了系统的发展潜力。
因此，射频功放的建模和线性化研究具有重要的理论和应用价值。
本课题的研究目的是建立一种基于记忆效应的射频功放建模和线性化方法，用于提高射频功放的效率和线性度。
该方法不仅可以有效地解决传统射频功放存在的问题，而且可以为无线通信系统的高速、高频、高可靠性发展提供技术支持，具有较高的实用价值。
二、研究内容和方法1. 射频功放的建模方法研究：在考虑单项和交叉项的情况下，研究各种材料中的电介质常数如何准确地计算，并提出基于记忆效应的射频功放的建模方法。
2. 射频功放的线性化方法研究：考虑到传统线性化方法会引入噪声并使功率效率降低，本研究将结合固态回路和信号处理，提出一种基于记忆效应的高效低噪声线性化方法。
3. 射频功放的实验验证：建立基于记忆效应的射频功放实验平台，对比传统方法的性能差异，评估新技术的可行性和实用性。
三、研究预期结果通过研究基于记忆效应的射频功放建模和线性化方法，预期结果如下：1. 提出一种新型的射频功放建模和线性化方法，具有较高的效率和线性度。
2. 通过实验验证，证明该方法可以有效地提高射频功放的性能和可靠性。
3. 为无线通信系统的高速、高频、高可靠性发展提供技术支持，具有较高的实用价值和经济效益。
四、可行性分析本研究涉及的技术和理论基础较为成熟，已有许多相关的研究成果。
在现有的基础上，本研究将结合理论分析和实验验证相结合，提出一种新型的射频功放建模和线性化方法，具有较高的可行性。
五、研究进度安排1. 前期准备（2022年1月-2022年6月）：阅读文献、了解相关理论和技术，并编写开题报告和选题方案。
2. 研究方案设计（2022年7月-2022年12月）：根据研究目标和研究内容，设计详细的研究方案和实验方案，并进行相关验证。
利用RF预失真实现功放线性化
利用RF预失真实现功放线性化
线性是多模多载波无线网络的一个关键性能，这些网络包括宽带第三
代(3G)和第四代(4G)蜂窝系统，包括减小了覆盖区域并且采用低发射功率架
构的小型蜂窝基站。
其亮点在于射频/微波功率放大器(PA)能以低成本和低系
统功耗提供所需的性能。
遗憾的是，功放的操作通常不是线性的，可工作在
平均输出功率0.5W至60W的线性化功放的高性价比方案还没有实现。
但有种解决方案已经浮出水面，即Scintera公司的射频功放线性器(RFPAL)系统级芯片(SoC)解决方案。
该方案采用预失真技术来改善输出功率
电平在60W以下的功放线性度。
特别是在10W以下时(这种情况下，大多数
功放都是基于A类或AB类偏置电路)，RFPAL电路提供了极具吸引力的回
退替代方案。
为更好地理解这些RFPAL解决方案的用途和射频预失真(RFPD)技术的使用，本文将该方法与数字预失真(DPD)和回退等用于改善功放线性度
的传统方法进行了比较。
没有功放是完美的。
当馈入多频输入信号时，功放将提升有用信号，
但也会产生无用的互调(IM)项(图1a)。
当功放接近饱和时，这种非线性行为
会愈加明显。
为了在没有采取预失真技术的条件下获得可接受的线性度，功
放通常要从饱和点(图2a中的PSAT(3dB))回退。
遗憾的是，当放大器的工作
点回退时，放大器的直流效率将下降(图1b)。
对于已经进入回退模式以适应。
功率放大器记忆效应分析及有记忆预失真技术
功率放大器记忆效应分析及有记忆预失真技术2.1Volterra预失真技术Volterra级数通常用来描述非线性系统，被称为“有记忆的Taylor级数”。
非线性的Volterra级数展开是用一个无穷级数表示的。
截短离散Volterra模型中，信号通过有记忆非线性系统后的输出信号可以表示为：Volterra级数的优点是可以准确地表述非线性系统。
缺点随着PA非线性程度的增加、级数参数的增多，会导致计算量非常庞大；也使得求PA逆模型困难。
当功率放大器的记忆性比较弱的时候，通过将级数截短，牺牲级数展开的精度，以此达到降低其计算复杂度的目的。
在截短的Volterra级数模型中，如果只考虑对角项及奇数次，则参数数目会大幅度减少，表达式为：这就是PA的有记忆多项式模型。
此模型可以很好地模拟记忆功率放大器，采用记忆多项式结构的记忆预失真器，可以较好补偿记忆非线性失真。
但是，对于具有深度记忆效应的功率放大器，需要提取大量的系数，这是该模型的主要缺点。
Volterra预失真技术就是用Volterra级数方法把功率放大器的模型估计出来，然后再把该模型求逆来获得预失真器的模型。
由于Volterra级数的运算量非常庞大，一种较为简便，较为合理的求Volterra预失真模型方法是采用自适应学习结构。
自适应学习系统存在两种结构：直接学习结构和非直接学习结构，其框图如图1所示。
2.2Hammerstein预失真在有记忆的PA，有一种模型是Wiener和Hammerstein模型。
它们都是用一个线性滤波器级联一个无记忆非线性系统构成。
线性滤波器用来补偿记忆效应，这种模型的好处是结构简单，容易硬件实现。
Wiener模型是滤波器与一个无记忆非线性系统串联；而Hammerstein模型的结构正好相反，是将上述两个子函数交换位置得到。
如图2和图3所示：所以，用Wiener模型很好地模拟地记忆功率放大器，同时采用Hammetstein模型的记忆预失真器，可以很好的补偿记忆非线性失真。
一种基于记忆多项式射频功放的直接MP模型预失真方案
一种基于记忆多项式射频功放的直接MP模型预失真方案胡杰;李迟生;潘杰【摘要】For the problem of nonlinear distortion and memory effect distortion of shortwave radio frequency ampli?fier,a new MP model pre-distortion scheme based on direct learning method is proposed,in which the scheme uses the Filtered-X LMS(NFxLMS)algorithm to train and identify the pre-distortion model. Simulating the model,the results show under the conditional of MP model high power amplifier ,the design scheme can improve the third-order inter-modulation distortion by 52.2 dB and the fifth-order inter-modulation distortion by 48.85 dB. Compared with the existing IIR Wiener pre-distorter,MP model pre-distorter can greatly improve the linearity of the amplifier output. Meanwhile,doing the actual testing for MP model pre-distortion on the DSP+FPGA platform,the results show that the pre-distortion can effectively improve the actual power amplifier nonlinear distortion.It can bring better linear effects.%针对短波射频功放的非线性失真及记忆效应失真问题,提出了一种直接学习结构的MP 模型预失真方案,采用Fil?tered-X LMS(NFXLMS)算法对建立的预失真模型进行训练辨识.仿真分析,针对MP模型高功率放大器,预失真后的三阶互调分量改善了52.2 dB,五阶互调分量改善了48.85 dB,与现有的IIR Wiener预失真器相比较,进一步提高了功放输出的线性度.同时,在DSP+FPGA平台上对MP模型预失真算法进行实测,结果表明,该预失真器能有效改善实际功放的非线性失真,具有较好的线性化效果.【期刊名称】《电子器件》【年(卷),期】2016(039)006【总页数】6页(P1369-1374)【关键词】功率放大器;预失真;直接学习法;记忆多项式;行为模型【作者】胡杰;李迟生;潘杰【作者单位】南昌大学信息工程学院电子系,南昌330031;南昌大学信息工程学院电子系,南昌330031;南昌大学信息工程学院电子系,南昌330031【正文语种】中文【中图分类】TN830.6在短波无线通信中，由于射频功率放大器存在固有非线性失真和记忆效应失真，使得功放系统中的输出信号频谱出现较大的非线性失真，带来不同程度的邻道信号干扰以及带内失真［1］。
有记忆功放的数字基带预失真实现方案
有记忆功放的数字基带预失真实现方案
郝禄国;余嘉池
【期刊名称】《广东通信技术》
【年(卷),期】2009(29)7
【摘要】随着无线通信技术的发展,高功率放大器的应用越来越广泛.但受到功放的非线性特点的限制,使功放的效率大大降低.因此,数字预失真是多种功放线性化技术研究中的热点之一.本文提出了一种基于有记忆多项式的数字自适应预失真方案,整个方案所需要的硬件资源较少,而且实现难度不高,可以实现数字预失真的目的.【总页数】4页(P17-20)
【作者】郝禄国;余嘉池
【作者单位】广东工业大学信息工程学院;广东工业大学信息工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】TN91
【相关文献】
1.OFDM系统中记忆非线性功放基带预失真技术 [J], 谭水;王光明;梁建刚
2.功放线性化的基带数字预失真方案及其测量电路的实现 [J], 何纯全;高俊;娄景艺
3.功放的数字基带预失真技术研究 [J], 王佳涛;郭裕顺
4.功放的数字基带预失真系统研究与仿真 [J], 刘影;南敬昌;梁立明
5.带记忆效应的射频功放数字基带预失真 [J], 虞强;沈海根
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一种模拟预失真的功率放大器线性化方案
一种模拟预失真的功率放大器线性化方案随着现代通信系统的发展，模拟预失真的功率放大器（PA）的使用越来越普遍，它能够在有限的电源范围内满足多种不同的应用。
然而，PA的一个主要缺陷是它的输出信号的可调范围有限，这就是所
谓的“线性化”问题。
为了解决这个问题，研究者们开发出了几种不同的线性化技术，例如功率限幅（PAL）、端到端（ETE）和双调制（DM）。
其中，功率限幅技术通过从放大器电路中移除部分非线性元件，以获得所需的线性性能。
例如，一种流行的PA线性化技术可以通过
使用恒流源和恒压源来实现线性化，这也被称为双源线性化技术。
然而，这种技术的缺点是它需要在系统中添加大量元件，以提供所需的功率。
另一方面，端到端（ETE）技术可以解决双源线性化技术中所面
临的元件耗尽问题。
它是一种以微秒为最小时间单位的功率放大器线性化技术，可以处理输入信号的非线性行为。
它的优点是它能够在每一段时间内调节放大器的输出功率，从而实现线性性能。
此外，还有另外一种双调制技术可用于实现功率放大器的线性化。
双调制技术使用一种电路，可以将一个较高的输入功率信号转换为两个较小的低功率信号，从而获得一个更好的线性特性。
它的优点是它不需要额外的元件，并具有较低的实现成本。
总之，模拟预失真的功率放大器线性化是一个较为复杂的问题，其常用技术有功率限幅（PAL）、端到端（ETE）和双调制（DM）。
这些技术具有各自的优缺点，处理后的信号能够实现较好的线性特性。
此
外，这些技术也有一定的局限性，因此在实际应用中应当进行合理的选择。
射频功率放大器的预失真线性化
记忆效应与预失真的关系
在存在记忆效应的条件下，预失真线性化的效果只能做到对某一个频 率点最优； 在存在记忆效应的条件下，如果输入信号是窄带的，则记忆效应通常 不会造成太严重的影响，但是，如果输入信号是宽带的，则记忆效应 的影响不容忽视，它往往是限制预失真的线性化效果的主要因素； 如果采取某种方法消除了放大器的记忆效应，则放大器在各个频率点 的失真情况都是一样的，这时只要做到了在一个频率点的补偿最优， 也就是在整个频带上的补偿最优。
计入记忆效应方法（1）
PMC 7815
计入记忆效应方法（1）（cont’d）
PMC 7815
PMC-7815 原理分析
这是 PMC-7815 采取的方案；
通过功率积分（过去）与功率微分（变化率）的地址指标寻址来计入记忆效应的 影响（这可理解为时变的非线性）； 引入平方、三次方、四次方……非线性 FIR 滤波器来计入非线性效应的影响； 存储体中每一个单元储存有一组完整的 FIR 参数； FIR 中的参数是实时更新的； 每隔一段时间，用一组己知的训练序列来校正放大器，更新存储体中所有的 FIR 参数 但是这样整个系统会变得十分复杂，为补偿非线性，计算开销与存储开销会非常大； 自适应校正的时间也会非常长，有时会因此导致不能满足系统的要求； DCSP (数字补偿信号处理单元) 需要专门设计（ASIC），以保证计算速度，因为 补偿信号的带宽是基带信号带宽的3－5倍，所以对 DCSP 的计算能力的要求非常 高（时钟频率：80－100 MHz）；
High Power (40W) 3-Sector Multi-carrier (4 W-CDMA) BTS PALADIN Cost Advantage: $12,393 per BTS
一种具有普适性的功放线性化预失真方案
第２ ９卷 第 ５期
２１ ０ ２年 ５月
计 算 机 应 用 研 究
Ａｐ ｌ ａ ｉｎ Ｒｅ ｅ ｒ ｈ ｏ ｏ ｕ ｅ ｓ ｐ ｉ ｔ ｓ ａ ｃ ｆＣ ｍｐ ｔｒ ｃ ｏ
Ｖ０ ＿ ９ Ｎｏ ５ ｌ２ ．
Ｍａ ２ ２ ｙ ０１
一
种 具 有 普适 性 的功 放线 性 化 预 失真 方 案 木
ａｔｒｐ ｅ ｓｏｔｏ ｆｅ ｒ ｄｉｔ ｒｉｎ． Ｔｈ ｅ ｕ ｔ ｈ ｗ ｈ ｔｔ ｉ ｒ ｐ ａ ａ ｅ ｏ ｄ ｐｅ ｏｍ ａ ｃ ｓ ｅ ｒ ｓ ｌｓ ｓ ｏ ｔ ａ ｈ ｓｐ ｏ ｏｓｌｃ ｎ ｇ ｔｇ ｏ ｒ ｒ ｎ ｅ ．ｐｒｖ ｎ ｔ ｏ ｕｓ ｓｗｅ１ ｆ ｏ ｉ ｇ ｉｓｒ ｂ ｔａ ｌ．
功率放大器是通信系统 中不可或缺的组成 部件 ， 由于构成 放大器 的各种有源器件 的特性都是非线性的 ， 以功放总是会 所 表现 出一定程度 的非线性 。传统 的恒 包络调制 可 以工作 于功
目前很 多预失真设计都是基于单一 的非记忆 或记忆功放模 型， 普适性较差 。基 于此点考虑 ， 本文 提出了一种能够应用于多种 类型功放的间接结构 多项式预失真方案 。
如 果 定 义 式 （ ） ７：
，ｎ ｇｌ —） ， —） （ ｇ （ ｙ
（ ）
ｇｌ， ， ｕ ｑ２ ｑ３
其中： 线性项 和三 次项 系数 分别 为 ｛ 。 ｑ ） ：和 ｛， ｑ ，： ｈ （ ｝ 。 ｈ （ ，ｇ ， ｑ ） ｝ 。这些系数共 同决 定 了非线性 系统 的特 性 。如 果 ，
Ｔ ｋ ｎ ｈ ｍｏｙ ｐ ｌｎ ｍｉｌｍｏ ｅ ｓ ｐ ｅ ｉｔｒ ｒ ｔ ｏ ｌ ｉ ｅ ｒｚ ｒ ｈ ｎ ｏ ｅ ｃ ｒ ｉ Ａ．Ａｎ ｈ ｒ ｖ ｄ Ｎ ｗ ｏ ’ ａ ｉｇ ｔ ｅ ｍｅ ｒ ｏｙ ｏ ａ ｄ ｌａ ｒ ｄｓｏｔ ．ｉ ｃ ｕｄ ｌ ａｉｅ ｍｏ ｅｔ ａ ｎ ｅ ｔ ｎ Ｐ ｅ ｎ ａ ｄ ｔｅ ｉ ｏ ｅ ｅ ｔ ｎ ｍｐ
２１ ０ ２年 ５月
计 算 机 应 用 研 究
Ａｐ ｌ ａ ｉｎ Ｒｅ ｅ ｒ ｈ ｏ ｏ ｕ ｅ ｓ ｐ ｉ ｔ ｓ ａ ｃ ｆＣ ｍｐ ｔｒ ｃ ｏ
Ｖ０ ＿ ９ Ｎｏ ５ ｌ２ ．
Ｍａ ２ ２ ｙ ０１
一
种 具 有 普适 性 的功 放线 性 化 预 失真 方 案 木
ａｔｒｐ ｅ ｓｏｔｏ ｆｅ ｒ ｄｉｔ ｒｉｎ． Ｔｈ ｅ ｕ ｔ ｈ ｗ ｈ ｔｔ ｉ ｒ ｐ ａ ａ ｅ ｏ ｄ ｐｅ ｏｍ ａ ｃ ｓ ｅ ｒ ｓ ｌｓ ｓ ｏ ｔ ａ ｈ ｓｐ ｏ ｏｓｌｃ ｎ ｇ ｔｇ ｏ ｒ ｒ ｎ ｅ ．ｐｒｖ ｎ ｔ ｏ ｕｓ ｓｗｅ１ ｆ ｏ ｉ ｇ ｉｓｒ ｂ ｔａ ｌ．
功率放大器是通信系统 中不可或缺的组成 部件 ， 由于构成 放大器 的各种有源器件 的特性都是非线性的 ， 以功放总是会 所 表现 出一定程度 的非线性 。传统 的恒 包络调制 可 以工作 于功
目前很 多预失真设计都是基于单一 的非记忆 或记忆功放模 型， 普适性较差 。基 于此点考虑 ， 本文 提出了一种能够应用于多种 类型功放的间接结构 多项式预失真方案 。
如 果 定 义 式 （ ） ７：
，ｎ ｇｌ —） ， —） （ ｇ （ ｙ
（ ）
ｇｌ， ， ｕ ｑ２ ｑ３
其中： 线性项 和三 次项 系数 分别 为 ｛ 。 ｑ ） ：和 ｛， ｑ ，： ｈ （ ｝ 。 ｈ （ ，ｇ ， ｑ ） ｝ 。这些系数共 同决 定 了非线性 系统 的特 性 。如 果 ，
Ｔ ｋ ｎ ｈ ｍｏｙ ｐ ｌｎ ｍｉｌｍｏ ｅ ｓ ｐ ｅ ｉｔｒ ｒ ｔ ｏ ｌ ｉ ｅ ｒｚ ｒ ｈ ｎ ｏ ｅ ｃ ｒ ｉ Ａ．Ａｎ ｈ ｒ ｖ ｄ Ｎ ｗ ｏ ’ ａ ｉｇ ｔ ｅ ｍｅ ｒ ｏｙ ｏ ａ ｄ ｌａ ｒ ｄｓｏｔ ．ｉ ｃ ｕｄ ｌ ａｉｅ ｍｏ ｅｔ ａ ｎ ｅ ｔ ｎ Ｐ ｅ ｎ ａ ｄ ｔｅ ｉ ｏ ｅ ｅ ｔ ｎ ｍｐ
带记忆效应的射频功放数字基带预失真
邮局订阅号：８２－９４６３６０元／年技术创新电子设计《ＰＬＣ技术应用２００例》您的论文得到两院院士关注１引言作为无线通信系统中的主要模块，射频功放的非线性特性和效率是人们关注的焦点。
射频功放的非线性所引起的频谱扩展会对邻道信号产生干扰，而且带内失真也会增加误码率。
随着新业务的发展（如ＷＣＤＭＡ、ＷＩＭＡＸ，无线ＩＰ网络等，采用ＭＰＳＫ、ＯＦＤＭ等调试方式），具有多载波、宽频带、高峰均比等特性，对于射频功放的线性度提出了更高的要求。
因此，功放预失真器设计的优劣对无线通信系统发射机整体性能的影响是非常大的。
本文详细阐述了射频功放的记忆效应产生的原因及其对数字预失真系统的影响，介绍了可用于描述带记忆效应的功放模型，并提出了可用于带记忆效应功放的数字预失真算法。
通过计算机仿真和实验应用，论证了该算法能有效改善射频功放记忆效应的影响，大大提高了数字预失真系统的准确性和实用性，从而改善无线通信系统发射机的整体性能。
２带记忆效应的数字预失真技术功放的记忆效应主要是由于传输时延、器件特性随温度变化以及器件的频率响应所产生，即功放当前的输出信号不仅与当前的输入信号相关而且与过去的输入信号相关。
对于ＯＦＤＭ等宽频带信号，功放的记忆效应对于信号传输影响变得很大。
发射机功放从本质上来说是一种强记忆效应的功放，对于这种强记忆效应功放，仅仅使用不带记忆效应的预失真器进行补偿的话效果非常有限。
因此，为了更加好的补偿记忆功放的非线性，发射机功放预失真器的设计也必须考虑记忆效应。
２．１功放记忆模型在非线性系统理论中，经常采用Ｗｉｅｎｅｒ模型、Ｈａｍｍｅｒｓｔｅｉｎ模型、Ｖｏｌｔｅｒｒａ级数模型建模记忆性非线性系统，论文论述了以上模型的等效性。
Ｗｉｅｎｅｒ模型和Ｈａｍｍｅｒｓｔｅｉｎ模型的参数最少而且最容易通过数字器件来实现，但是准确有效的识别其模型参数依然非常艰巨的任务。
如图１，Ｈａｍｍｅｒｓｔｅｉｎ模型是由一个无记忆的非线性系统（ＮＬ）级联一个线性时不变系统（ＬＴＩ），Ｗｉｅｎｅｒ模型其实和Ｈａｍｍｅｒｓｔｅｉｎ模型相似，只不过是把后者的两个子系统交换了。
记忆功放的预失真线性化方案
ｋ＝ １
（ ６）
预失真 器输 出为
Ｑ Ｋ
际 的记忆 功放 一般 都 是 高 阶非 线 性 系 统 ， 辨识 其 逆 模 型很 困难 ， 算很 复 杂 。（ ） 失真器 参数 的 自适 计 ２预 应 调整 困难 。 当放 大 器 特 性 发 生变 化 时 ， 系统 性 能
会 迅速 下降 。 因此 本文 采用 间接 学 习结 构 。 图 ６为基 带 预失真 系统框 图 。该 系统需 要设 置
第 ３ ５卷 第 ５期
２１ ０ １年 ｌ Ｏ月
南 昌大 学 学报 （ 科 版 ） 理
Ｊ ｕ ｎ ｌｏ ｎ ｈ ｎ ｉ ｅ ｓｔ （ ｔ ｒ ｌＳ ｉ ｎ ｅ ｏ ｒ ａ ｆＮａ ｃ ａ ｇ Ｕｎ ｖ ｒ ｉ Ｎａ ｕ ａ ｃｅ ｃ ） ｙ
Ｖｏ ｜ ５ ＮＯ ５ ｌ３ ．
０ｃ ．２ １ ｔ Ｏ１
文 章 编 号 ： ０ ６０ ６ （ ０ １ ０ — ４ ００ １ ０ －４ ４ ２ １ ） ５ ０ ９ — ５
记 忆 功 放 的预 失真 线性 化 方 案
赵庆敏 ， 万 亮
（ 昌大 学 信 息 工 程 学 院 ， 西 南 昌 ３ ０ ３ ） 南 江 ３０ １
摘 要 ： 多 载 波 宽 带 发 射 机 中 ， 频 功 放 存 在 固有 的非 线 性 特 性 与 记 忆 效 应 在 功 放 输 出产 生 了 ＡＭ／ 在 射 ＡＭ 与 ＡＭ／ Ｐ 失 真 ， 而 带 来 了 频谱 扩 展 与 带 内 失 真 问 题 ， 重 影 响 了通 信 质 量 。为 了能 同时 补 偿 功 放 的非 线 性 失 真 与 记 忆 Ｍ 进 严 效 应 ， 建 了基 于 间 接 学 习 结 构 的 预 失 真 系 统 ， 结 合 Ｌ 构 并 Ｓ算 法 辨识 预失 真器 的参 数 。仿 真 结 果 表 明 该 预 失 真 系 统 能很 好地 补偿 功放 的 非 线性 失 真 及记 忆效 应 失 真 ， 高 了功 放 的线 性 度 与 效 率 。 提 关键 词 ： 率放大器 ； 忆效应 ； 失真 ； 功 记 预 间接 学 习结 构
（ ６）
预失真 器输 出为
Ｑ Ｋ
际 的记忆 功放 一般 都 是 高 阶非 线 性 系 统 ， 辨识 其 逆 模 型很 困难 ， 算很 复 杂 。（ ） 失真器 参数 的 自适 计 ２预 应 调整 困难 。 当放 大 器 特 性 发 生变 化 时 ， 系统 性 能
会 迅速 下降 。 因此 本文 采用 间接 学 习结 构 。 图 ６为基 带 预失真 系统框 图 。该 系统需 要设 置
第 ３ ５卷 第 ５期
２１ ０ １年 ｌ Ｏ月
南 昌大 学 学报 （ 科 版 ） 理
Ｊ ｕ ｎ ｌｏ ｎ ｈ ｎ ｉ ｅ ｓｔ （ ｔ ｒ ｌＳ ｉ ｎ ｅ ｏ ｒ ａ ｆＮａ ｃ ａ ｇ Ｕｎ ｖ ｒ ｉ Ｎａ ｕ ａ ｃｅ ｃ ） ｙ
Ｖｏ ｜ ５ ＮＯ ５ ｌ３ ．
０ｃ ．２ １ ｔ Ｏ１
文 章 编 号 ： ０ ６０ ６ （ ０ １ ０ — ４ ００ １ ０ －４ ４ ２ １ ） ５ ０ ９ — ５
记 忆 功 放 的预 失真 线性 化 方 案
赵庆敏 ， 万 亮
（ 昌大 学 信 息 工 程 学 院 ， 西 南 昌 ３ ０ ３ ） 南 江 ３０ １
摘 要 ： 多 载 波 宽 带 发 射 机 中 ， 频 功 放 存 在 固有 的非 线 性 特 性 与 记 忆 效 应 在 功 放 输 出产 生 了 ＡＭ／ 在 射 ＡＭ 与 ＡＭ／ Ｐ 失 真 ， 而 带 来 了 频谱 扩 展 与 带 内 失 真 问 题 ， 重 影 响 了通 信 质 量 。为 了能 同时 补 偿 功 放 的非 线 性 失 真 与 记 忆 Ｍ 进 严 效 应 ， 建 了基 于 间 接 学 习 结 构 的 预 失 真 系 统 ， 结 合 Ｌ 构 并 Ｓ算 法 辨识 预失 真器 的参 数 。仿 真 结 果 表 明 该 预 失 真 系 统 能很 好地 补偿 功放 的 非 线性 失 真 及记 忆效 应 失 真 ， 高 了功 放 的线 性 度 与 效 率 。 提 关键 词 ： 率放大器 ； 忆效应 ； 失真 ； 功 记 预 间接 学 习结 构
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１ ２］ 。近年来基于神经 网 络 的 自 适 应 预 失 器的研究 ［
。 在宽带应用 时 ， 功放的特性随着工作频率的
但是神经网络预失真器计算 真器得到一定的发 展 ，
１ ３］ 。有记忆预失真技 复杂 ， 精度 不 够 高 ， 实 现 困 难［
不同而变化 。 这种功放的非线性特性带宽依赖现象 称为记忆效应 ， 因此 ， 这种情况下的功率放大器是存
第３ ５ 卷第 ５ 期 ２ ０ １ １年１ ０月
南昌大学学报 （ 理科版 ） （ ） Ｊ ｏ ｕ ｒ ｎ ａ ｌ ｏ ｆ Ｎ ａ ｎ ｃ ｈ ａ ｎ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ Ｎ ａ ｔ ｕ ｒ ａ ｌ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ｇ ｙ
Ｖ ｏ ｌ ． ３ ５Ｎ ｏ ． ５ Ｏ ｃ ｔ ． ２ ０ １ １
（ ） ５
２ 预失真线性化原理
数字预失真的基本原理是在功率放大器之前插 入预失真器 ， 预失真 器 具 有 与 功 率 放 大 器 非 线 性 相 反的特性 ， 从而使两 个 非 线 性 系 统 的 级 联 整 体 呈 现 ） 。 这方法的实质 是 利 用 预 失 真 为线性特性 （ 见图 ４ 器预先产生一个失真信号在幅度与相位上与功放失 真特性相抵消 。
［ １］
］ ８－１ ０ 。文献［ ］ 项式预失 真 器 形 式 ［ 采用非线性抽 １ １
头延 时 多 项 式 模 型 的 预 失 真 器 ， 并 采 用 基 于 ＱＲ 分 解的 Ｒ Ｌ Ｓ 算 法 计 算 预 失 真 器 的 系 数 。Ｖ ｏ ｌ ｔ ｅ ｒ ｒ ａ级 神经网络等可以用于表示 数， Ｈ ａ ｍｍ ｅ ｒ ｓ ｔ ｅ ｉ ｎ 模 型， 都被用于记忆预失真 记忆非线性特点的 数 学 形 式 ，
Ｑ Ｋ
（ ） ２ｋ １ ｚ ｎ）＝ ∑ ∑ ａ ｚ（ ｎ－ｑ） ｎ－ｑ） ｜ － ｚ（ １（ ２ ｋ １， － ｑ｜
ｑ＝０ ｋ＝１
（ ） ｎ） Ａ ８ ＝ Ｚ（ ）中 ： 式（ ８ Ｋ 为非线 性 的 阶 数 ， Ｑ 为记 忆 深 度， ａ ２ ｋ １， － ｑ 为预失真器的系数 。
图 ６ 自适应预失真系统框图
。 数字预失真是 一 种 有 广 阔 发 展 前 景 的 功 放
线性化技术 ， 它与放 大 器 的 模 型 有 着 十 分 密 切 的 关 系 。 数字预失真技术指在功放之前插入同功放相反 特性的预失真器 ， 使得预失真器和功放级联后的系
４］ 。 早期的数字预失真技术多 统总体呈现线性特性 ［
采用查询表方式 ， 但随着传输信号带宽的不断增加 ， 功放的记忆效应显 著 增 加 ， 使得查询表不能准确表 示宽带功放的 记 忆 非 线 性 特 性 。 在 宽 带 应 用 时 ， 若 仍然沿用无记忆预 失 真 技 术 ， 则线性化效果急剧下
３． ２ 预失真器模型 一般用于构建预 失 真 器 的 有 记 忆 模 型 有 Ｖ ｏ ｌ ｔ － 及Ｖ ｅ ｒ ｒ ａ级数模型 ， ｏ ｌ ｔ ｅ ｒ ｒ ａ级数模型的简化形式如 ： Ｗ ｉ ｅ ｎ ｅ ｒ模 型 ， Ｈ ａ ｍｍ ｅ ｒ ｓ ｔ ｅ ｉ ｎ 模 型， Ｗ ｉ ｅ ｎ ｅ ｒ－ Ｈ ａ ｍ－ 并联 Ｈ 记忆多项 ｍ ｅ ｒ ｓ ｔ ｅ ｉ ｎ模 型， ａ ｍｍ ｅ ｒ ｓ ｔ ｅ ｉ ｎ 模 型， 。 式模型等 Ｖ ｏ ｌ ｔ ｅ ｒ ｒ ａ级数能以任意地精度逼近一个 因果的非线性动态 系 统 ， 它是描述功率放大器的非 线性及记 忆 效 应 的 通 用 模 型 。 但 Ｖ ｏ ｌ ｔ ｅ ｒ ｒ ａ核参数 的数目会随着功放系统的记忆深度和阶次的增加而 使得系统辨识计算量很大 ， 从而降低了该 迅速增长 ， 模型的实用性 。 因此实际中一般采用其简化模型 。 图７为 记 忆 多 项 式 模 型 框 图。 该 模 型 形 式 简 单， 参 数 少， 辨 识 简 单， 实 用 性 强。因 此 可 采 用 记 忆 多项式模型作为功放与预失真器的行为模型 。
［ ３， ５］
１ 功放的记忆效应
记忆效应在时域上指功放当前时刻的输出信号 而且还与之前时 不仅与当前时刻的 输 入 信 号 有 关 ， 刻的输入信号有关 ， 在频域上指放大器的幅度和相 位特性依赖于输入 信 号 的 包 络 频 率 ， 随着包络频率 变化而变化 。 功放 记 忆 效 应 主 要 表 现 在 两 个 方 面 ： ／ ／ 一是功 放 ＡＭ ＡＭ 和 ＡＭ ＰＭ 失 真 特 性 曲 线 呈 现 （ ） ； 模糊或发散的现象 图 １ 二是双音 测 试 时 ， 功放输 ） 。 出信号的频谱出现上下边带不对称的现象 （ 图２ ／ ／ 图 １ 显示了 放 大 器 的 ＡＭ ＡＭ， ＡＭ ＰＭ 特 性 曲线呈现发散状态 。 图 ２ 显示双音测试输出信号的
图 ５ 三阶多项式预失真器结构 Nhomakorabea３ 预失真系统实现方案
（ ） ａ
３． １ 预失真系统 自适应预失真系统一般分为直接学习结构和间
·４ ９ ２·
南昌大学学报 （ 理科版 ）
２ ０ １ １年
接学习结构 。 直接学 习 结 构 缺 点 是 （ 需要先辨识 １） 出功放的模型 ， 再求其逆模型作为预失真器的参数 。 当功放模型比较 简 单 时 ， 这 种 方 法 是 可 行 的。但 实 际的记忆功放一般 都 是 高 阶 非 线 性 系 统 ， 辨识其逆 ） 模型很困难 ， 计算很复杂 。（ 预失真器参数的自适 ２ 应调整困难 。 当放 大 器 特 性 发 生 变 化 时 ， 系统性能 会迅速下降 。 因此本文采用间接学习结构 。 图 ６ 为基带预失真系统框图 。 该系统需要设置 利用预失真器输出与反馈信号 一个自适应估计器 ， 的误差来调整自适应估计器的参数值 。 自适应估计 器和预失 真 器 结 构 完 全 相 同 。 当 自 适 应 算 法 收 敛 后， 将估计器的参数值复制到预失真器 ， 然后断开估 计器 。 采用间接学习结构优点是可以不需要辨识出 功率放大器的模型 就 可 以 直 接 得 到 预 失 真 器 参 数 ， 结构简单 ， 易于实现 。
）代入式 （ ）得到式 （ ） ： 将式 （ ２ １ ３
ａ ｘ＋ （ ｂ ａ ｂ ａ ｘ ＋（ ｂ ａ ｂ ａ ａ ｙ ＝ｂ １ １ １ ２＋ ２ １） １ ３ ＋２ ２ １ ２ ３ ３ ） （ ） ａ ３ ＋ｂ ３ １ ｘ 如果预失真器收敛 ， 功放输入输出呈线性关系 ，
２ ２
即有 ：
ｂ ａ １ １ ＝Ｇ 烄 ２ ｂ ａ ｂ ａ １ ＝０ １ ２＋ ２ 烅 ３ ｂ ａ ｂ ａ ａ ｂ ａ １ ３ ＋２ １ １ ２＋ ３ １ ＝０ 烆 ） ， ： 求解式 （ 得到预失真器参数为 ４
Ｋ
２ｋ １ － Ａｋ（ ｘ）＝ ａ ２ ｋ １ － ∑ ｜ｘ｜ ｘ （ ）
（ ） ６
ｋ＝１
预失真器输出为
Ｑ Ｋ
（ ） ２ｋ １ ｎ）＝ ∑ ∑ ａ ｘ（ ｎ－ｑ） ｎ－ｑ） ｜ － ｘ（ ｙ（ ２ ｋ １， － ｑ｜
ｑ＝０ ｋ＝１
（ ） ７ ）中 ： 式（ 输出信号 。 ７ ｘ（ ｎ）和 ｙ（ ｎ）分别表示输入 、 Ｋ 为模型的阶数 ， Ｑ 为模型的记忆深度 。 ３． ３ Ｌ Ｓ 算法 图６中将ｙ（ 与自适应估计器输出ｚ 进行 ｎ） ｎ） １（ （ ， （ 比较 ， 得残差ｅ 用ｅ ｎ）＝ ｙ（ ｎ） ｎ） ｎ）调 整自 －ｚ １（ 适应估计器参数 。 当自适应算法收敛后 ， 将自适应估 计器参数复制到预失 真 器 中 ， 这时认为功率放大器 输出 ｚ（ ｎ）是输入信号 ｘ（ ｎ）的线性放大 。 自适应估计器的输出为
， ） ， …， ， …， Ｚ（ ｎ） ｚ（ ｎ） ｚ（ ｎ－１ ｚ（ ｎ－Ｑ） ｚ（ ｎ） ＝［ ２（ Ｋ－ １） ２（ Ｋ－ １） ， …， ］（ ） ｚ（ ｎ） ｚ（ ｎ－Ｑ） ｚ（ ｎ－Ｑ） ９ ｜ ｜ ｜ ｜ …， …， …， Ａ ＝ ［ ａ ａ ａ ａ ａ １， ０， １， １， １， Ｑ， ２ Ｋ－ １， ０， ２ Ｋ－ １， １，
输入信号功率／ ｄ Ｂ ｍ 图 ３ 宽带信号激励下功放增益特性曲线
（ ） ４
Ｇ 烄 ａ １ ＝ ｂ １ ｂ Ｇ２ ２ ａ ２ ＝－ ３ 烅 ｂ １
２ ２ ｂ Ｇ３ （ ２ ａ －ｂ ３ ＝ ３） ４ ｂ １ １ ｂ 烆 ）的预失真器的结构 。 图 ５ 为对应于式 （ ５
图 １～ 图 ３ 表明功放在宽带 应 用 时 存 在 明 显 的 非线性失真及记忆效应 。 下面内容将构建预失真线 性化系统补偿功放的非线性失真与记忆效应 。
频谱出现了奇阶互调分量 ， 其中三阶 ， 五阶互调上下 边频出现明显的不对称性 。 图３ 显示宽带信号激励下， 功放的增益曲线呈 现明显的离散状态 。
预失真器特性也用三阶多项式模型描述 ：
２ ３ （ ） ｘ ｘ ＋ａ ｘ ｘ ２ ＋ａ １ ２ ３ ｐ ＝ａ ）中 ： 式（ 为待求参数 。 ２ ａ ａ ａ １， ２， ３ 为预失真器参数 ，
Ｔ ａ ２ Ｋ－ １， Ｑ］
（ ） １ ０
∧
（ 自适应估计的误差为ｅ ｎ） （ ｅ ｎ）＝ ｙ（ ｎ） ｎ）＝ ｙ（ ｎ） ｎ） Ａ －ｚ －Ｚ（ １（
∧
（ ） １ １
自适应 估 计 器 的 参 数 ａ 最优估计ａ ２ ｋ １， ２ ｋ １， － － ｑ， ｑ， 可以通过最小化均方误差 Ｊ（ ｎ）计算得到 ：
２］ 。在 宽 带 应 用 时， 功放的记忆效应 在记忆效应 的 ［
因此需要针对有记忆功放系统研 术研究不够深入 ，
］ １ ４－１ ５ 。 究记忆预失真技术 ［
／ ／ 显著 ， 其 ＡＭ ＡＭ、 ＡＭ ＰＭ 特 性 曲 线 都 呈 发 散 状 态， 随着信号带宽的增加 ， 功放的记忆效应会显著增 强
。 收稿日期 ： ２ ０ １ ０ １ ０ ２ ０ － － ， 作者简介 ： 赵庆敏 （ 女， 副教授 。 １ ９ ６ ４ －）
第 ５ 期
赵庆敏等 ： 记忆功放的预失真线性化方案
·４ ９ １·
图 ４ 数字预失真的基本原理
。 在宽带应用 时 ， 功放的特性随着工作频率的
但是神经网络预失真器计算 真器得到一定的发 展 ，
１ ３］ 。有记忆预失真技 复杂 ， 精度 不 够 高 ， 实 现 困 难［
不同而变化 。 这种功放的非线性特性带宽依赖现象 称为记忆效应 ， 因此 ， 这种情况下的功率放大器是存
第３ ５ 卷第 ５ 期 ２ ０ １ １年１ ０月
南昌大学学报 （ 理科版 ） （ ） Ｊ ｏ ｕ ｒ ｎ ａ ｌ ｏ ｆ Ｎ ａ ｎ ｃ ｈ ａ ｎ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ Ｎ ａ ｔ ｕ ｒ ａ ｌ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ｇ ｙ
Ｖ ｏ ｌ ． ３ ５Ｎ ｏ ． ５ Ｏ ｃ ｔ ． ２ ０ １ １
（ ） ５
２ 预失真线性化原理
数字预失真的基本原理是在功率放大器之前插 入预失真器 ， 预失真 器 具 有 与 功 率 放 大 器 非 线 性 相 反的特性 ， 从而使两 个 非 线 性 系 统 的 级 联 整 体 呈 现 ） 。 这方法的实质 是 利 用 预 失 真 为线性特性 （ 见图 ４ 器预先产生一个失真信号在幅度与相位上与功放失 真特性相抵消 。
［ １］
］ ８－１ ０ 。文献［ ］ 项式预失 真 器 形 式 ［ 采用非线性抽 １ １
头延 时 多 项 式 模 型 的 预 失 真 器 ， 并 采 用 基 于 ＱＲ 分 解的 Ｒ Ｌ Ｓ 算 法 计 算 预 失 真 器 的 系 数 。Ｖ ｏ ｌ ｔ ｅ ｒ ｒ ａ级 神经网络等可以用于表示 数， Ｈ ａ ｍｍ ｅ ｒ ｓ ｔ ｅ ｉ ｎ 模 型， 都被用于记忆预失真 记忆非线性特点的 数 学 形 式 ，
Ｑ Ｋ
（ ） ２ｋ １ ｚ ｎ）＝ ∑ ∑ ａ ｚ（ ｎ－ｑ） ｎ－ｑ） ｜ － ｚ（ １（ ２ ｋ １， － ｑ｜
ｑ＝０ ｋ＝１
（ ） ｎ） Ａ ８ ＝ Ｚ（ ）中 ： 式（ ８ Ｋ 为非线 性 的 阶 数 ， Ｑ 为记 忆 深 度， ａ ２ ｋ １， － ｑ 为预失真器的系数 。
图 ６ 自适应预失真系统框图
。 数字预失真是 一 种 有 广 阔 发 展 前 景 的 功 放
线性化技术 ， 它与放 大 器 的 模 型 有 着 十 分 密 切 的 关 系 。 数字预失真技术指在功放之前插入同功放相反 特性的预失真器 ， 使得预失真器和功放级联后的系
４］ 。 早期的数字预失真技术多 统总体呈现线性特性 ［
采用查询表方式 ， 但随着传输信号带宽的不断增加 ， 功放的记忆效应显 著 增 加 ， 使得查询表不能准确表 示宽带功放的 记 忆 非 线 性 特 性 。 在 宽 带 应 用 时 ， 若 仍然沿用无记忆预 失 真 技 术 ， 则线性化效果急剧下
３． ２ 预失真器模型 一般用于构建预 失 真 器 的 有 记 忆 模 型 有 Ｖ ｏ ｌ ｔ － 及Ｖ ｅ ｒ ｒ ａ级数模型 ， ｏ ｌ ｔ ｅ ｒ ｒ ａ级数模型的简化形式如 ： Ｗ ｉ ｅ ｎ ｅ ｒ模 型 ， Ｈ ａ ｍｍ ｅ ｒ ｓ ｔ ｅ ｉ ｎ 模 型， Ｗ ｉ ｅ ｎ ｅ ｒ－ Ｈ ａ ｍ－ 并联 Ｈ 记忆多项 ｍ ｅ ｒ ｓ ｔ ｅ ｉ ｎ模 型， ａ ｍｍ ｅ ｒ ｓ ｔ ｅ ｉ ｎ 模 型， 。 式模型等 Ｖ ｏ ｌ ｔ ｅ ｒ ｒ ａ级数能以任意地精度逼近一个 因果的非线性动态 系 统 ， 它是描述功率放大器的非 线性及记 忆 效 应 的 通 用 模 型 。 但 Ｖ ｏ ｌ ｔ ｅ ｒ ｒ ａ核参数 的数目会随着功放系统的记忆深度和阶次的增加而 使得系统辨识计算量很大 ， 从而降低了该 迅速增长 ， 模型的实用性 。 因此实际中一般采用其简化模型 。 图７为 记 忆 多 项 式 模 型 框 图。 该 模 型 形 式 简 单， 参 数 少， 辨 识 简 单， 实 用 性 强。因 此 可 采 用 记 忆 多项式模型作为功放与预失真器的行为模型 。
［ ３， ５］
１ 功放的记忆效应
记忆效应在时域上指功放当前时刻的输出信号 而且还与之前时 不仅与当前时刻的 输 入 信 号 有 关 ， 刻的输入信号有关 ， 在频域上指放大器的幅度和相 位特性依赖于输入 信 号 的 包 络 频 率 ， 随着包络频率 变化而变化 。 功放 记 忆 效 应 主 要 表 现 在 两 个 方 面 ： ／ ／ 一是功 放 ＡＭ ＡＭ 和 ＡＭ ＰＭ 失 真 特 性 曲 线 呈 现 （ ） ； 模糊或发散的现象 图 １ 二是双音 测 试 时 ， 功放输 ） 。 出信号的频谱出现上下边带不对称的现象 （ 图２ ／ ／ 图 １ 显示了 放 大 器 的 ＡＭ ＡＭ， ＡＭ ＰＭ 特 性 曲线呈现发散状态 。 图 ２ 显示双音测试输出信号的
图 ５ 三阶多项式预失真器结构 Nhomakorabea３ 预失真系统实现方案
（ ） ａ
３． １ 预失真系统 自适应预失真系统一般分为直接学习结构和间
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南昌大学学报 （ 理科版 ）
２ ０ １ １年
接学习结构 。 直接学 习 结 构 缺 点 是 （ 需要先辨识 １） 出功放的模型 ， 再求其逆模型作为预失真器的参数 。 当功放模型比较 简 单 时 ， 这 种 方 法 是 可 行 的。但 实 际的记忆功放一般 都 是 高 阶 非 线 性 系 统 ， 辨识其逆 ） 模型很困难 ， 计算很复杂 。（ 预失真器参数的自适 ２ 应调整困难 。 当放 大 器 特 性 发 生 变 化 时 ， 系统性能 会迅速下降 。 因此本文采用间接学习结构 。 图 ６ 为基带预失真系统框图 。 该系统需要设置 利用预失真器输出与反馈信号 一个自适应估计器 ， 的误差来调整自适应估计器的参数值 。 自适应估计 器和预失 真 器 结 构 完 全 相 同 。 当 自 适 应 算 法 收 敛 后， 将估计器的参数值复制到预失真器 ， 然后断开估 计器 。 采用间接学习结构优点是可以不需要辨识出 功率放大器的模型 就 可 以 直 接 得 到 预 失 真 器 参 数 ， 结构简单 ， 易于实现 。
）代入式 （ ）得到式 （ ） ： 将式 （ ２ １ ３
ａ ｘ＋ （ ｂ ａ ｂ ａ ｘ ＋（ ｂ ａ ｂ ａ ａ ｙ ＝ｂ １ １ １ ２＋ ２ １） １ ３ ＋２ ２ １ ２ ３ ３ ） （ ） ａ ３ ＋ｂ ３ １ ｘ 如果预失真器收敛 ， 功放输入输出呈线性关系 ，
２ ２
即有 ：
ｂ ａ １ １ ＝Ｇ 烄 ２ ｂ ａ ｂ ａ １ ＝０ １ ２＋ ２ 烅 ３ ｂ ａ ｂ ａ ａ ｂ ａ １ ３ ＋２ １ １ ２＋ ３ １ ＝０ 烆 ） ， ： 求解式 （ 得到预失真器参数为 ４
Ｋ
２ｋ １ － Ａｋ（ ｘ）＝ ａ ２ ｋ １ － ∑ ｜ｘ｜ ｘ （ ）
（ ） ６
ｋ＝１
预失真器输出为
Ｑ Ｋ
（ ） ２ｋ １ ｎ）＝ ∑ ∑ ａ ｘ（ ｎ－ｑ） ｎ－ｑ） ｜ － ｘ（ ｙ（ ２ ｋ １， － ｑ｜
ｑ＝０ ｋ＝１
（ ） ７ ）中 ： 式（ 输出信号 。 ７ ｘ（ ｎ）和 ｙ（ ｎ）分别表示输入 、 Ｋ 为模型的阶数 ， Ｑ 为模型的记忆深度 。 ３． ３ Ｌ Ｓ 算法 图６中将ｙ（ 与自适应估计器输出ｚ 进行 ｎ） ｎ） １（ （ ， （ 比较 ， 得残差ｅ 用ｅ ｎ）＝ ｙ（ ｎ） ｎ） ｎ）调 整自 －ｚ １（ 适应估计器参数 。 当自适应算法收敛后 ， 将自适应估 计器参数复制到预失 真 器 中 ， 这时认为功率放大器 输出 ｚ（ ｎ）是输入信号 ｘ（ ｎ）的线性放大 。 自适应估计器的输出为
， ） ， …， ， …， Ｚ（ ｎ） ｚ（ ｎ） ｚ（ ｎ－１ ｚ（ ｎ－Ｑ） ｚ（ ｎ） ＝［ ２（ Ｋ－ １） ２（ Ｋ－ １） ， …， ］（ ） ｚ（ ｎ） ｚ（ ｎ－Ｑ） ｚ（ ｎ－Ｑ） ９ ｜ ｜ ｜ ｜ …， …， …， Ａ ＝ ［ ａ ａ ａ ａ ａ １， ０， １， １， １， Ｑ， ２ Ｋ－ １， ０， ２ Ｋ－ １， １，
输入信号功率／ ｄ Ｂ ｍ 图 ３ 宽带信号激励下功放增益特性曲线
（ ） ４
Ｇ 烄 ａ １ ＝ ｂ １ ｂ Ｇ２ ２ ａ ２ ＝－ ３ 烅 ｂ １
２ ２ ｂ Ｇ３ （ ２ ａ －ｂ ３ ＝ ３） ４ ｂ １ １ ｂ 烆 ）的预失真器的结构 。 图 ５ 为对应于式 （ ５
图 １～ 图 ３ 表明功放在宽带 应 用 时 存 在 明 显 的 非线性失真及记忆效应 。 下面内容将构建预失真线 性化系统补偿功放的非线性失真与记忆效应 。
频谱出现了奇阶互调分量 ， 其中三阶 ， 五阶互调上下 边频出现明显的不对称性 。 图３ 显示宽带信号激励下， 功放的增益曲线呈 现明显的离散状态 。
预失真器特性也用三阶多项式模型描述 ：
２ ３ （ ） ｘ ｘ ＋ａ ｘ ｘ ２ ＋ａ １ ２ ３ ｐ ＝ａ ）中 ： 式（ 为待求参数 。 ２ ａ ａ ａ １， ２， ３ 为预失真器参数 ，
Ｔ ａ ２ Ｋ－ １， Ｑ］
（ ） １ ０
∧
（ 自适应估计的误差为ｅ ｎ） （ ｅ ｎ）＝ ｙ（ ｎ） ｎ）＝ ｙ（ ｎ） ｎ） Ａ －ｚ －Ｚ（ １（
∧
（ ） １ １
自适应 估 计 器 的 参 数 ａ 最优估计ａ ２ ｋ １， ２ ｋ １， － － ｑ， ｑ， 可以通过最小化均方误差 Ｊ（ ｎ）计算得到 ：
２］ 。在 宽 带 应 用 时， 功放的记忆效应 在记忆效应 的 ［
因此需要针对有记忆功放系统研 术研究不够深入 ，
］ １ ４－１ ５ 。 究记忆预失真技术 ［
／ ／ 显著 ， 其 ＡＭ ＡＭ、 ＡＭ ＰＭ 特 性 曲 线 都 呈 发 散 状 态， 随着信号带宽的增加 ， 功放的记忆效应会显著增 强
。 收稿日期 ： ２ ０ １ ０ １ ０ ２ ０ － － ， 作者简介 ： 赵庆敏 （ 女， 副教授 。 １ ９ ６ ４ －）
第 ５ 期
赵庆敏等 ： 记忆功放的预失真线性化方案
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图 ４ 数字预失真的基本原理