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数字预失真 (DPD)
数字预失真是一种数字信号处理技术，用于线性化功率放大器 (PA)。
PA 在高功率
等级下工作时会产生非线性失真，导致信号失真和频谱效率降低。
DPD 的原理
DPD 的基本原理是预失真输入信号，以补偿 PA 的非线性。
这可以通过以下步骤实现：
1.建模PA 非线性：测量PA 的幅度和相位响应，以创建其非线性特性的模型。
2.反演非线性：使用模型的逆函数预失真输入信号。
这将抵消 PA 的非线性，
产生线性化后的输出。
3.自适应调整：随着温度、功率水平和其他因素的变化，PA 的非线性特性会
发生变化。
DPD 算法必须不断调整，以确保持续的线性化。
DPD 算法类型
有各种不同的 DPD 算法，包括：
•模型参考 DPD：使用 PA 的详细物理模型。
•行为模型 DPD：使用更简单的数学模型，捕获 PA 的主要非线性。
•波形记忆 DPD：存储 PA 的过去输出，以预测和补偿非线性。
•神经网络 DPD：使用神经网络来近似 PA 的非线性。
优点
DPD 提供以下优点：
•降低信号失真
•提高频谱效率
•提高功率放大器的线性度
•延长 PA 的使用寿命
应用
DPD 广泛应用于各种无线通信系统，包括：
•移动电话
•基站
•雷达
•卫星通信
结论
数字预失真是一种强大的技术，用于线性化功率放大器。
它通过预失真输入信号来补偿 PA 的非线性，从而提高系统性能并延长 PA 的使用寿命。
各种 DPD 算法可提供不同的复杂度和性能权衡，使其适用于各种无线通信应用。
功率放大器的数字预失真——固定预失真或自适应预失真？Konstantin N.Tarasov;Eric J.Mc Donald;Eugene Grayver【期刊名称】《通信对抗》【年(卷),期】2010(0)4【摘要】实践已经证明,射频线性化技术和数字预失真技术都可以有效地抵消大功率放大器工作在饱和点附近时由非线性特性产生的失真.由于数字预失真器成本低、实现简单.这使之成为昂贵的、高功耗射频线性化器的一种非常有希望的备选方案.数字预失真器根据输入信号的大小调整信号幅度和进行移相.其调整系数取决于放大器的非线性特性,这些系数既可以直接通过网络分析仪测量放大器的特性而获取,也可以藉由自适应调整初始估计值获得,从而使得误差减少到最小.误差通常是指发射信号和取样信号之间的差异.自适应可使用标准的梯度下降算法,如最小均方(LMS)来完成.本文比较了两种方法的测试结果,这些测试是针对航天级行渡管放大器(TWTA)进行的.结果表明自适应方法具有更好的频域特性(肩部减小),然而在改善信噪比和误码率方面,这两种方法的性能几乎是一样的.【总页数】6页(P55-60)【作者】Konstantin N.Tarasov;Eric J.Mc Donald;Eugene Grayver【作者单位】The Aerospace Corporation El Segundo,CA;The Aerospace Corporation El Segundo,CA;The Aerospace Corporation El Segundo,CA【正文语种】中文【相关文献】1.一种改进的功率放大器数字预失真自适应算法 [J], 孙黎明;邓昌良2.基于并行演化计算的记忆非线性功率放大器数字预失真研究 [J], 刘钊;胡力3.基于数字预失真的线性功率放大器研究 [J], 汪琳娜;杨新;4.数字预失真在高功率放大器中的应用 [J], 孙寒涛;李世伟;韩军;杨作成5.是德科技推出PXIe测量加速器,测量速度提升百倍新的能力使功率放大器数字预失真测试成为业界领先 [J],因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
华中科技大学硕士学位论文用于数字音频放大器的预失真算法姓名：陈源申请学位级别：硕士专业：微电子学与固体电子学指导教师：应建华20080524华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文摘要D类放大器近几年的使用越来越广，尤其是全数字D类放大器，不同于以往的使用模拟脉宽调制来驱动功率级，而是直接对数字音频信号进行数字脉宽调制，即UWPM(Uniformly-Sampled Pulse Width Modulation，归一化脉冲宽度调制)。
UPWM 最大的缺点在于会引入严重的信号谐波失真，常用的消除该谐波失真的方法为LPWM(Linearizing Pulse Width Modulation，线性插值)。
本文创新提出了一种用于消除UPWM产生的信号谐波失真的方法，应用于UADS(二级单边沿归一化脉冲宽度调制)调制结构，基于LPWM，在其基础上添加一个适当的抖动信号，在幅值域修正PCM(Pulse Code Modulation，脉冲编码调制)数据流和调制载波的交点，从而使UPWM调制的脉冲沿接近NPWM(Naturally-Sampled pulse width modulation，自然脉冲宽度调制)调制的脉冲沿。
并尝试对该预失真算法进行了拓展，包括UADD和混合频率载波。
采用了数字音频放大器系统结构作为算法应用的载体，解决了多比特UPWM调制所需系统时钟频率过高的问题，该系统为32倍插值，5阶4比特SD调制(Sigma-Delta Modulation)。
仿真环境为Simulink，输入信号为48000Hz采样的数字正弦信号，分别在3KHz、6.67KHz、9KHz频率下对本文提出的算法进行了仿真，并分别应用与UADS、UADD、变频率载波。
在UADS下对所有信号谐波失真的抑制程度达到了-110dB以下下，优于传统LPWM的-100dB，仿真结果表明本算法在性能上有较大程度的提升。
关键词： NPWM，UPWM，预失真，Sigma Delta调制，过采样。
1安捷伦数字预失真(DPD)算法研发工具和验证方案-不依赖于特定厂商芯片组的方案技术背景：在无线通信系统全面进入3G 并开始迈向 4G 的过程中，使用数字预失真技术（Digital Pre-distortion ，以下简称DPD ）对发射机的功放进行线性化是一门关键技术。
功率放大器是通信系统中影响系统性能和覆盖范围的关键部件，非线性是功放的固有特性。
非线性会引起频谱增长(spectral re-growth)，从而造成邻道干扰，使带外杂散达不到协议标准规定的要求。
非线性也会造成带内失真，带来系统误码率增大的问题。
为了降低非线性，功放可以工作在较低的输入工作条件下(或称为回退)，即功放工作曲线的线性部分。
但是，对于新的传输体制，诸如宽带码分复用(WCDMA)以及正交频分复用(OFDM ，3GPP LTE)等，具有非常高的峰值功率和平均功率比(PAPR)，也就是说信号包络的起伏非常大。
这意味着功放要从其饱和区回退很多才能满足对信号峰值的线性放大，而峰值信号并不经常出现，从而导致功放的效率非常低，通常会低于10%。
90% 的功放直流功率被丢掉了，或被转换为了热量。
稳定性和持续运行能力都会下降。
为了保证功放的线性性和效率，可以使用多种方法对功放进行线性化处理，如反馈，前馈及数字预失真等方法。
在所有这些线性化技术中，数字预失真是性价比最高的一种技术。
同反馈法和前馈法相比，数字预失真技术具有诸多优势：优异的线性化能力，保证总体效率以及充分利用数字信号处理器/变换器的优势。
数字预失真在基带上加入预失真器，将输入信号扩展为非线性信号，而这种非线性特性正好和功放的压缩特性互补 (见图1)。
理论上讲，预失真器和功放级联后成为线性系统，原有的输入信号被恒增益地放大。
加入预失真器之后，功放可以工作到近饱和点而同时仍然保持良好的线性，从而大大提升了功放的效率。
从图1中可以看出，DPD(数字预失真器)可以看作是功放响应的”反”响应， 数字预失真算法需要对功放的特性进行高效和精确地建模以保证成功地开发数字预失真器算法。
第17卷第4期Vol.17No.42009年4月Apr.2009电子设计工程Electronic Design Engineering自适应数字预失真放大器的算法研究王胜水，鲍景富，李红宝（电子科技大学电子工程学院，四川成都610054）摘要：由于功率放大器特性随温度，供电电压等因素的变化而改变，为了保证预失真功率放大器稳定工作，预失真系统的自适应性能就显得非常重要。
基于查找表的预失真放大器广泛采用最小均方（least-mean-square,LMS）自适应算法。
介绍了基于查找表的预失真放大器的基本结构，并根据步长参数和误差之间的非线性关系提出了一个新的变步长LMS算法。
最后用MATLAB搭建了一个自适应预失真器的仿真系统。
仿真表明，在迭代500次时，该算法对预失真放大器失真效果的改进明显优于以前的算法。
关键词：LMS;预失真;自适应;放大器;步长中图分类号:TN3文献标识码：A文件编号：1006-6977（2009）04-0121-02 Research of algorithm in the adaptive digital predistortion amplifierWANG Sheng-shui，BAO Jing-fu，LI Hong-bao（School of Electronic Engineering,University of Electronic Science and Technology，Chengdu610054，China）Abstract:In general,the characteristic of the radio frequency power amplifier varies with many kinds of factors,such as the environment temperature,power supply,etc.In order to guarantee the steady operation of the predictor-tion power amplifier, the adaptive performance of the predistortion system seems very important.Least Mean Square（LMS）adaptive algorithm is widely used in the predistortion amplifier based on the Look-Up-Table（LUT）.In this paper,the structure of the predistortion power amplifier based on LUT is introduced,a new function of variable step size is proposed,according to the non-line relation ship between the step size and the error.A simulation system of predistortion power amplifier is made with MALAB. The results shows this algorithm has a more perfect effect in improve the distortion of the predistortion amplifier when iterative computations run500times.Key words:LMS;predstortion;adaptive;amplifier;step size1引言在基于查找表的自适应预失真放大器中，最小均方LMS （least-mean-square）算法广泛采用文献[1-5]所提出的观点。
初始收敛速度、时变系统跟踪能力及稳态失调是衡量自适应滤波算法优劣的最重要技术指标。
LMS算法的缺点是收敛速度慢。
为了提高LMS算法的收敛速度，文献[6]提出改进的两个方法：输入信号去相关和尽可能增大步长参数。
对于输入信号去相关方面，研究了分块LMS算法，DCT-LMS算法，归一化LMS算法。
而增大步长参数方面，发现子带自适应LMS算法[7],SVSLMS算法[8],改进的SVSLMS算法[9]。
根据以前的研究：固定步长的自适应滤波算法在收敛速度、时变系统跟踪速度与收敛精度方面对算法步长因子的要求是相互矛盾的。
为解决这一矛盾，提出LMS算法的步长调整原则:在初始收敛阶段或未知系统参数发生变化时,步长应较大,以便有较快的收敛速度和对时变系统的跟踪速度;而在算法收敛后,应保持很小的步长以达到很小的稳态失调噪声。
在深入研究自适应算法的基础上，提出一个新的变步长LMS算法并与以前算法相对比仿真。
新算法已用于预失真放大器仿真并取得良好效果。
2数字预失真放大器图1为数字预失真放大器的基本结构，预失真器包括查找表和自适应预失真参数估计，反馈的输出信号V out和输入信号V in经自适应算法计算更新查找表中的增益系数，此增益系数与输入信号做乘法运算得到预失真信号V pd。
一般而言，预失真器要补偿的是由放大器非线性带来的幅度非线性失真和相位非线性失真。
预失真器的输入输出关系表示为：V pd=V in F（V in）（1）式中：F（·）为预失真器的增益函数。
功率放大器的输出：V out=V pd G（V pd）（2）式中，G（·）为功率放大器的增益函数。
式（2）代入式（1），则有：V out=V in F（V in）G{V in F（V in）}（3）收稿日期：2008-12-02稿件编号：200812006基金项目：浙江省电路与系统重中之重学科资助基金项目（ZZ050103-11）作者简介：王胜水（1984-），男，山东德州人，硕士研究生。
研究方向：射频微波通讯。
-121-信号经过自适应预失真放大器之后其输出为：V out =KV in（4）所以有：K =F （V in ）G {V in F （V in ）}（5）3查找表的自适应算法LMS 算法中，令R in （n ）为输入信号的自相关矩阵。
W （n ）为抽头权向量，那么有：e （n ）=d （n ）-W H （n ）R in （n ）（6）W （n +1）=W （n ）+μ（n ）R in （n ）e *（n ）（7）式中：d （n ）为期望信号；e （n ）为期望信号与输出信号的误差信号；μ为步长参数，μ（n ）=β（1-exp （-αe （n ）2））。
LMS 算法收敛的条件为:0<μ<1/λmax ,λmax 是输入信号自相关矩阵的最大特征值。
提出改进的SVSLMS 算法，从而提高LMS 算法的收敛速度。
4新的自适应算法新的自适应算法为e （n ）=d （n ）-W H （n ）R in （n ）（8）μ（n ）=α*e （n ）2/N（当α*e （n ）2/N<1/λmax ,N >2）1/λmax（当α*e （n ）2/N>1/λmax ,N >2!）（9）W （n +1）=W （n ）+μ（n ）R in （n ）e*（n ）（10）式（9）中μ（n ）要满足0<μ（n ）<1/λmax 。
由于α是人为指定，所以可由试验手段取得，e （n ）是未知变量，其初始值无法估计，所以首先要判断α*e （n ）2/N是否小于1/λmax 。
但是这会增加时间复杂度，如果能够确认α*e （n ）2/N<1/λmax ，比如第一次迭代的e （n ）<1，则可直接设定α为小于1/λmax 的值计算，以便减少时间复杂度。
5仿真结果用MATLAB 搭建了一个自适应预失真放大器的模型，放大器使用saleh 模型。
输入信号为256QAM 信号，分别对SVSLMS 改进型算法和该新算法进行仿真对比，其中SVSLMS 改进型算法的参数取值为β=1，α=10，该新算法参数取值为α=2,N =5。
迭代500次的结果如图2~图5。
其中，图2是理想的功放输出星座图；图3是未经预失真器的功放输出星座图；图4是采用改进的SVSLMS 算法的预失真放大器的输出星座图；图5是采用新算法的预失真放大器的输出星座图。
通过仿真可知，该新算法对预失真放大器的改进明显优于SVSLMS 改进型算法。
6结论提出一个新的变步长LMS 算法，通过误差的平方函数控制步长的变化，有很好的收敛特性，用MATLAB 搭建了预失真放大器的仿真系统。
仿真表明：在进行500次迭代计算时该新算法对预失真放大器非线性特性的改进明显优于改进的SVSLMS 算法。
参考文献：[1]Hsin -Hung Chen,Chih -Hung Lin,Po -Chium Huang.Jointpoly -nomial and look -up -t able predistortion power amplifier lin -earization [J].IEEE Transaction on Circuits and Systems,2006，53（8）：612-616.（下转第125页）图1基于LUT 的预失真放大器的结构图图3未经预失真器的星座输出图图2理想的星座输出图图4SVSLMS 改进型算法预失真放大后的星座图图5本文算法预失真放大后的星座图《电子设计工程》2009年第4期－122－图5强对流方式对LED器件最大功率的影响王静，等改善大功率LED散热的关键问题0000000000000000000000000000000000（上接第122页）[2]Kathleen J Muhonen,Mohsen Kavehrad.Look-up table tech-niques for adaptive digital predistortion:a development and comparison[J].IEEE Transactions on Vehicular Technology, 2000，49（5）：1999-2002.[3]Ernesto G Jeckeln,Fadhel M Ghannouchi.A new adaptivepredistortion technique using software-defined radio and DSP technologies suitable for base station3G power amplifiers[J].IEEE Transactions On Microwave Theory and Techniques, 2004,52（9）:2139-2147.[4]Shinichirou Takabayashi,Masayuki Orihashi,Takashi Mat-suoka.Adaptive predistortion linearizer with digital quadra-ture modem[J].Vehicular Technology Conference Proceed-ings2000.2000，3（5）：2237-2241.[5]John W Wusenberg,Helen J Xing,J R plex gainand fixed-point digital predistorters for CDMA power ampli-fiers[J].IEEE Transactions on Vehicular Technology，2004，49（5）：469-478.[6]谷源涛.LMS算法收敛性能研究及分析[D].北京：清华大学，2003.[7]Sristi P Lu W-S，Antoniou A.A new variable-step-size LMSalgorithm and its application in subband adaptive filter for e-cho cancellation[J].IEEE International Symposium on Circuits and Systems，2001，2（5）：721-724.[8]覃景繁,欧阳景正.一种新的变步长自适应滤波算法[J].数据采集与处理.1997，12（3）:171-194.[9]高鹰，谢胜利.一种变步长LMS自适应滤波算法及分析[J].电子学报.2001，（8）:1094-1097.数对最大功率的影响如图5所示。
