基于預(yù)失真技術(shù)的短波功率放大器線性化系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘  要：本文提出了一種基于預(yù)失真技術(shù)的短波功率放大器線性化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，該方案采用查找表技術(shù)，且使用了一種獨(dú)特的放大特性測(cè)量方法，具有很強(qiáng)的實(shí)用性。

關(guān)鍵詞：預(yù)失真；功放線性化；查找表

引言

隨著通信技術(shù)的發(fā)展，線性調(diào)制技術(shù)和寬帶通信技術(shù)正得到越來越廣泛的應(yīng)用。在多通道短波通信發(fā)射設(shè)備中，多個(gè)包絡(luò)變化很大的單邊帶調(diào)制信號(hào)經(jīng)過疊加后，形成的寬帶信號(hào)通過非線性射頻功率放大器后會(huì)產(chǎn)生交調(diào)分量，因此，必須采用線性化技術(shù)以減少由此，產(chǎn)生的鄰道干擾。預(yù)失真技術(shù)是一種廣泛應(yīng)用的線性化技術(shù)，其優(yōu)點(diǎn)是方法靈活，相對(duì)復(fù)雜度較低。

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

對(duì)于短波通信
而言，由于大多采用的是多載波單邊帶調(diào)制技術(shù)，信號(hào)對(duì)幅度敏感，而對(duì)相位不敏感，因此本文的假設(shè)前提是信號(hào)本身對(duì)相位不敏感，在此基礎(chǔ)上提出以下方法。
本文的預(yù)失真器是以查找表為基礎(chǔ)的，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。首先，根據(jù)功放特性測(cè)量的結(jié)果，按照某種算法建立預(yù)失真系數(shù)表。工作時(shí)，由輸入信號(hào)的幅度產(chǎn)生查找表的地址(因?yàn)楣Ψ盘匦砸话銥樾盘?hào)幅度值的函數(shù))，并由此產(chǎn)生預(yù)失真系數(shù)，輸入信號(hào)與該系數(shù)相乘，得到預(yù)失真信號(hào)。

圖1  預(yù)失真器的結(jié)構(gòu)                            

預(yù)失真技術(shù)的關(guān)鍵

查找表的建立
設(shè)理想功放的放大率為K，對(duì)應(yīng)于信號(hào)xn的功放的放大系數(shù)為gn，預(yù)失真器的系數(shù)為fn。yn=Kxn為理想放大器對(duì)應(yīng)于xn的響應(yīng)。通過測(cè)量的功放特性曲線表，可以查到當(dāng)輸出幅度ym=yn時(shí)對(duì)應(yīng)的輸入xm，從而得到以下關(guān)系：
xmgm=Kxn=yn
若xn預(yù)失真后的信號(hào)滿足xnfn=xm,則
xnfngm=Kxn
從而，系統(tǒng)滿足理想功放的特征。
因此，預(yù)失真系數(shù)可由下式計(jì)算得到：
fn=xm/xn。
預(yù)失真系數(shù)表的創(chuàng)建過程為：根據(jù)輸入信號(hào)xn，計(jì)算其理想的響應(yīng)yn，然后，通過功放特性表查找對(duì)應(yīng)于響應(yīng)yn的輸入信號(hào)xm，最后計(jì)算預(yù)失真系數(shù)fn=xm/xn。
功放特性的測(cè)量
對(duì)功率放大器非線性特性進(jìn)行測(cè)定時(shí)，其輸出信號(hào)為一個(gè)具有非線性失真的正弦信號(hào)，其中心頻率設(shè)為f0。當(dāng)然，它不是一個(gè)單一頻率的信號(hào)。對(duì)功放輸出信號(hào)不能進(jìn)行窄帶濾波，否則就測(cè)不到其非線性失真特性。其次，也不能采用模擬幅度檢波的辦法來測(cè)定其幅度，因?yàn)槟M檢波器的效果不夠理想。
對(duì)功放輸出的信號(hào)只能通過A/D轉(zhuǎn)換，來測(cè)定功放失真特性參數(shù)，即其輸出信號(hào)最大值。
對(duì)功放失真特性的測(cè)量，具有兩個(gè)特點(diǎn)：一是其中心頻率可以選定，大概在10MHz~15MHz之間；二是只需測(cè)得其最大值。最大值不能通過積累或?yàn)V波的方法得到，因?yàn)楣Ψ泡敵龅氖鞘д娴恼倚盘?hào)，對(duì)它進(jìn)行信號(hào)處理會(huì)引起失真。
設(shè)采樣率足夠高，通過計(jì)算機(jī)模擬，得到ADC精度b=14和b=16時(shí)的兩組曲線(見圖2)，其它參數(shù)相同。

圖2  預(yù)失真系統(tǒng)仿真結(jié)果

可見，測(cè)量精度對(duì)預(yù)失真處理效果十分明顯，b=16時(shí)噪聲電平較b=14時(shí)小6dB。
受器件限制，當(dāng)ADC精度較高時(shí)，其采樣率不易做高。
為敘述方便，設(shè)功放輸出為y(t)=cos(2筬0t)。
測(cè)定y(t)的最大值時(shí)，由于采樣率的原因，最大可能的誤差為error=

為充分利用ADC的精度，要求error＜1/2b-1，即
1-cos(?f0 / fs)＜1/2b-1
當(dāng)b=16，f0=11MHz時(shí)，其相位偏差小于0.0087弧度(即0.5