维普资讯 http://www.cqvip.com
２００８年９月 湖南师范大学自然科学学报 Ｖｏ１．３１ Ｎｏ．３ 第３ｌ卷第３期 Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｎａｔｕｒａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ ｏｆ Ｈｕｎａｎ Ｎｏｒｍａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ Ｓｅｐ．，２００８ 一种数字基带直接预失真线性化技术方法 邬书跃 ，田新广 ，陈奕军 （１．湖南涉外经济学院电气与信息工程学部，中国长沙４１０２０５；２．国防科技大学电子科学与工程学院，中国长沙４１００７３） 摘要提出了一种功放线性度可调的数字基带直接预失真线性化技术方法．理论分析和仿真结果表明：当 仅仅考虑三阶互调时，可以达到理想的线性度改善；对于给定要求的线性度，改变功放线性度可得到功放输出功效 和三阶互调改善间的一个折衷． 关键词直接预失真；功率放大器；线性化 中图分类号ＴＮ８３０．６ 文献标识码Ａ 文章编号 １０００－２５３７（２００８）０３－００５６－０４ Ａ Ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ Ｌｉｎｅａｒｉｚａｔｉｏｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｆｏｒ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｂａｓｅｂａｎｄ Ｄｉｒｅｃｔ Ｐｒｅｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎ ＷＵ Ｓｈｕ—ｙｕｅ ，ＴＩＡＮＸｉｎ—ｇｕａｎｇ ，ＣＨＥＮ Ｙｉ－ｊｕｎ （１．Ｔｈｅ Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆＥｌｅｃｔｒｉｃ ａｎｄ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｈｕｎａｎ Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｅｃｏｎｏｍｉｅｓ，Ｃｈａｎｇｓｈａ４１０２０５，Ｃｈｉｎａ； ２．Ｔｈｅ ｃＳｈｏｏｌ ｆｏ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｆｏ Ｎａｔｉｏｎａｌ ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｄｅｆｅｎｃｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｃｈａｎｇｓｈａ ４１００７３，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ Ａ ｄｉｇｉｔａｌ ｄｉｒｅｃｔ ｐｒｅｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ ｗｉｔｈ ａ ｖａｒｉａｂｌｅ ｌｉｎｅａｒ ｄｅｇｒｅｅｓ ｏｆ ｐｏｗｅｒ ａｍｐｌｉｉｆｅｒｓ ｉｓ ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ． Ｔｈｅｏｒｉｔｉｃａｌ ａｎａｌｙｓｉｓ ａｎｄ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｉｎｄｉｃａｔｅ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｌｉｎｅａｒ ｄｅｇｒｅｅ ｃａｎ ｒｅａｃｈ ａｎ ｉｄｅａｌ ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ ｃｏｎｓｉｄｅｒｉｎｇ ｔｈｅ ｈｔｒｅｅ ｏｒｄｅｒ ｉｎｔｅｒ．ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ ｏｎｌｙ；ｔｈｅ ｃｈａｎｇｅ ｏｆ ｔｈｅ ｌｉｎｅａ￣ｄｅｒｇｅｅ ｃａｎ ｍａｋｅ ａ ｃｏｍｐｒｏｍｉｓｅ ｂｅｔｗｅｅｎ ｈｔｅ ｏｕｔｐｕｔ ｅｆｉｆ． ｃｉｅｎｃｙ ｏｆ ｐｏｗｅｒ ａｍｐｌｉｆｉｅｒｓ ａｎｄ ｔｈｅ ｔｈｒｅｅ ｏｒｄｅｒ ｉｎｔｅｒ—ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ ｄｉｒｅｃｔ ｐｒｅｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎ；ｐｏｗｅｒ ａｍｐｌｉｆｉｅｒｓ；ｌｉｎｅａｒｉｚａｔｉｏｎ 移动发射机中功率放大器的预失真线性化技术研究始于上世纪８Ｏ年代初期：，随着数字移动通信技术的 飞速发展，该技术的发展也极为迅速． ． 预失真线性化技术就是使功率放大器的输入信号在幅度和相位方面产生预定的反失真去抵消放大器内 的非线性失真，通常产生反失真的器件被称做线性化器件．目前该技术主要有基带预失真¨。 和射频预失 真－３ 两种基本类型．基带预失真线性化技术目前主要有两种实现方法，即查表法 和预失真函数拟合 法 引，由于该技术不涉及难度大的射频信号处理，只在低频部分对基带信号进行处理，因此该方法便于采用 现代数字信号处理技术．但查表法存在表长问题，而预失真表的长度决定预失真结果的精度，预失真函数拟 合就是求功放特性函数的逆函数，其参数优化不易控制，且两种方法都存在环路延迟补偿问题，延迟补偿不 准确将会造成错误的预失真结果．射频预失真线性化技术具有电源效率高、成本低等优点，是目前较有发展 前途的一种方法．不过这种方法仍然需要使用射频非线性有源器件，它们的控制和调整是一个不易处理的过 程． 本文在文献［３］的基础上提出了一种数字基带直接预失真线性化技术新方法，该方法避免了环路延时 收稿日期：２００８－０３－２６ ・ 基金项目：国家８６３高技术研究发展基金资助项目（８６３－３０７－７－５） 作者简介：邬书跃（１９６３一），男，湖南常德人，湖南涉外经济学院教授，主要从事数字通信和信息传输技术的研究． 维普资讯 http://www.cqvip.com 维普资讯 http://www.cqvip.com ５８ 湖南师范大学自然科学学报 第３１卷 将方程（５）代人方程（３）得到一非线性方程，如方程（６）所示． ｇ（ｖ）＝０．００６ １＋３．２４６ ２ｖ一０．６６９ ８ｖ ＋Ｏ．０４７ ８ｖ 一０．０００ ３１）４一Ｋ・ ＝Ｏ． （６） 应用Ｎｅｗｔｏｎ法对方程（６）进行求解．Ｎｅｗｔｏｎ法是解非线性方程的有效方法，基本思想是将非线性函数 线性化，以线性方程的解逐步逼进非线性方程的解，其迭代公式为： ｒ 、 ＋１＝ 一 ５＼ ｎ／ ， ＝０，１，２，… （７） Ｎｅｗｔｏｎ法具有收敛速度快的突出特点，但必须解决函数一阶求导问题和初始值选取问题．对于方程（５） 所给出的多项式特性函数，可直接给出其一阶导数形式，而对于初始值的选取问题，则有定理１． 定理１设在其取值区间［ｎ，ｂ］满足下面３个条件： ①ｇ”（ ）不变号； （醣 （口）≠Ｏ； ③ｇ（口）・ｇ（ｂ）＜０． 当选取初始值 ，使ｇ（ ）・ｇ”（％）Ｉ＞０，则Ｎｅｗｔｏｎ法一定收敛． 利用上述定理，当函数ｇ（ ）满足条件时，以取值区间左（右）端点值为初始值，则迭代收敛．当函数在整 个取值区问不满足条件时，可以在功放特性函数拟合之后，求出函数的驻点和拐点，以此划分子区间，使在每 一子区间都满足上述条件，并以子区间的左（右）端点值为初始值．对于方程（６），在进行计算机仿真时发现 该函数已经满足上述条件． ２ 系统仿真与结果分析 ２．１仿真条件 ●假设输人信号频率变化时功放的输人输出幅度关系不变（由于输人信号频带宽度相对功放的工作频 率小得多，因此可认为功放的输入输出幅度关系是不变的．）； ●假设输人信号的峰值功率为一１２ ｄＢｍ． ２．２仿真结果（输入两频率信号） 图３和图４为利用ＭＡＴＬＡＢ仿真平台所得到的系统未引人预失真和引人预失真时的功率谱．仿真结果 表明：对功放进行完全线性化改善后，三阶互调失真达到了近乎理想的改善程度（约３００ ｄＢ）；对于每一次直 接预失真所带来的延时，通过对功放特性函数取值区间的ｌＯ 个点进行分析，其最大延时不超过２ ｓ，这对 系统不会带来非实时ｌ生影响；由于对信号进行直接预失真，因此不存在环路延迟问题，预失真的精度则完全 由功放特性函数拟合精度所决定． 图３无顸失真时的频谱图 图４ 引入预失真时的频谱图 考虑到信号在大多数情况下不处于峰值附近，当改变方程（３）中的Ｋ值，使功放保持部分非线性时，可 以实现输出功效和三阶互调失真之间的一个折衷，其原理如图５所示．进一步仿真表明在三阶互调改善７ ｄＢ～ｌ５ ｄＢ的程度下，输出功效可提高６％～１２％． 维普资讯 http://www.cqvip.com 第３期 邬书跃等：一种数字基带直接预失真线性化技术方法 ５９ ｏ ０ ０．２ ０．４ ０．６ Ｖ ０．８ １ 图５线性度可变的功放特性函数图 ５结论 本文提出了一种数字基带直接预失真线性化技术新方法，理论分析和计算机仿真结果表明：由于在进行 预失真处理时不涉及反馈信号，因此不需要对环路延时进行估算；预失真值的精度，完全由功放特性函数拟 合的精度所决定；通过对功放特性函数拟合，可以动态地跟踪功放特性函数的变化．因此，这种直接预失真方 法是行之有效的． 参考文献： ［１］ ＳＵＮＤＳＴＲＯＭ Ｌ，ＦＡＵＬＫＮＥＲ Ｍ，ＪＯＨＡＮＳＳＯＮ Ｍ．Ｑｕａｎｔｉｚａｔｉｏｎ ａｎａｌｙｓｉｓ ａｎｄ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ａ ｄｉｇｉｔａｌ ｐｒｅｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎ ｌｉｎｅａｒｉｚｅｒ ｆｏｒ ＲＦ ｐｏｗｅｒ ａｍｐｌｉｉｆｅｍ［Ｊ］．ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ Ｖｅｈｉｃｕｌａｒ Ｔｅｃｈｎｄｏｇｙ，１９９６，４５（４）：７０７－７１９． ｍｕｌａｔｉｏｎ ａｎｄ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ａｎ ａｄａｐｔｉｖｅ ｐｒｅｄｉｓｔｏｒｔｅｒ ｕｔｉｌｉｚｉｎｇ ａ ｃｏｍｐｌｅｘ ｓｐｅｃ－ ［２］ ＳＴＡＰＬＥＴＯＮ Ｓ Ｐ，ＫＡＮＤＯＬＡ Ｇ Ｓ，ＣＡＶＥＲＳ Ｊ Ｋ．Ｓｉｔｒｌａ ｃｏｎｖｏｌｕｔｉｏｎ［Ｊ］．ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ Ｖｅｈｉｃｕｌａｒ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，１９９２，４１（４）：３８７—３９４． ［３］ ＳＴＡＰＬＥＴＯＮ Ｓ Ｐ，ＣＯＳＴＥＳＣＵ Ｆ Ｃ．Ａｎ ａｄａｐｔｉｖｅ ｐｒｅｄｉｓｔｏｒｔｅｒ ｏｒｆ ａ ｐｏｗｅｒ ａｍｐｌｉｉｆｅｒ ｂａｓｅｄ ｏｎ ａｄｊａｃｅｎｔ ｃｈａｎｎｅｌ ｅｍｉｓｓｉｏｎ［Ｊ］．ＩＥＥＥ Ｔｒｎｓａ Ｖｅｈｉｃｕｌａｒ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，１９９２，４１（１）：４９－５６． ［４］ 赵洪新，陈忆元，洪４３． 伟．一种基带预失真ＲＦ功率放大器线性化技术的模型仿真与实验［Ｊ］．通信学报，２０００，２１（５）：４２． ［５］ 邬书跃，路军，田新广，等．自适应预失真线性化技术新方法［Ｊ］．通信技术，２００１，（１）：６—８． ［６］ 邓洪敏，何松柏，虞厥邦．基于ＢＰ神经网络的功放自适应预失真［Ｊ］．通信学报，２００３，２４（１１）：１４２—１４３． ［７］ 丁丽娟．数值计算方法［Ｍ］．北京：北京理工大学出版社，１９９７．
