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[2013B题优秀论文] 功率放大器非线性特性及预失真建模

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发表于 2014-8-30 18:08 |只看该作者 |正序浏览

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摘要：
随着现代微波电路仿真技术与数字预失真技术的发展，功率放大器行为模型的研究
已经成为功率放大器研究领域的重要方向之一，而采用多项式结构描述放大器的特性是
行为模型研究中最主要的方法。本文主要研究了无记忆功率放大器和有记忆功率放大器
的多项式结构的系统建模，放大器的预失真处理技术，以及非线性放大器对输出信号频
谱的影响。
本文的主要工作及创新可概括如下。
1. 构建无记忆功率放大器基于一般多项式及和多项式的正交、非正交模型，利用
最小二乘(LS)算法求解模型参数。通过数据仿真可知，和多项式及正交和多项
式模型优于一般多项式模型，当多项式为12 阶时，其归一化均方误差(NMSE)
达到-100dB；并且在阶数较大时，正交和多项式模型性能优于和多项式模型，
具有更高的稳定性。
2. 建立无记忆功率放大器的和多项式预失真模型，通过系统逆辨识获取预失真处
理器输出端的理想信号，将整体系统简化为预失真模块处理过程。利用最小均
方（LMS）和LS 算法求解预失真模型参数，并对预失真补偿效果进行评价。
实验结果表明，本文构建的预失真模型能够使功放整体输出具有较好的线性特
性，且逼近理想特性曲线。随着多项式阶数的增加，通过本文正交和多项式预
失真模型处理后，功放输出的归一化均方误差（NMSE）和误差矢量幅度（EVM）
2
逐渐减小，当阶数大于 10 时，正交和多项式模型 NMSE NMSE小于 -61 dB ，EVM 低于 0.1% 。
3. 构建有记忆功率放大器和多项式模型，并利用 LS 算法求解模型参数。仿真结果表明，随着多项式阶数和系统记忆深度的增加模型精越高果表明，随着多项式阶数和系统记忆深度的增加模型精越高果表明，随着多项式阶数和系统记忆深度的增加模型精越高果表明，随着多项式阶数和系统记忆深度的增加模型精越高；当多项式大于 5阶，系统记忆深度系统记忆深度大于 5时，系统的时，系统的 NMSE NMSE低于 -45dB 45dB，而传统多，而传统多项式模型仅为 -34 dB 。
4. 建立有记忆功率放大器的预失真和多项式模型，根据线性约束、输出幅度限制建立有记忆功率放大器的预失真和多项式模型，根据线性约束、输出幅度限制建立有记忆功率放大器的预失真和多项式模型，根据线性约束、输出幅度限制建立有记忆功率放大器的预失真和多项式模型，根据线性约束、输出幅度限制和功率最大化约束，获取预失真处理器想输出信号，通过 LS 算法解其参数。通过 NMSE NMSE和 EVM 分析可知，当给定功率放大器的阶数为 5，记忆深度为 5时，解算得预失真器的多项式阶数等于时，解算得预失真器的多项式阶数等于 5，记忆深度等于，记忆深度等于 3时的系统最优，此时的 NMSE NMSE等于 -45dB 45dB ，EVM 为 0.3% 。为了使预失真系统能够应对实际运。为了使预失真系统能够应对实际运用中放大器特性随着环境变化导致的预失真效问题，本文提出一种基于功用中放大器特性随着环境变化导致的预失真效问题，本文提出一种基于功用中放大器特性随着环境变化导致的预失真效问题，本文提出一种基于功用中放大器特性随着环境变化导致的预失真效问题，本文提出一种基于功放逆辨识的自适应预失真处理模块，模块求解采用最小均方算法 (LMS)(LMS)(LMS)(LMS)(LMS)。
5. 通过周期图法估计信号的功率谱密度，算输入出相邻道比通过周期图法估计信号的功率谱密度，算输入出相邻道比 (ACPR) (ACPR)(ACPR)(ACPR)(ACPR)。输入信号的输入信号的输入信号的输入信号的输入信号的 ACPR ACPR等于 -78.4687 dB ，未经预失真处理的预失真处理的预失真处理的预失真处理的预失真处理的预失真处理的功放系统功放系统功放系统功放系统输出信号的输出信号的输出信号的输出信号的输出信号的 ACPR ACPR等于 -37.2605 dB ，预失真处理后的功放输出信号，预失真处理后的功放输出信号ACPR ACPR等于 -51 .9625dB 。
关键词：正交多项式模型，系统逆辨识最小二乘算法，最小均方算法，自适应预失真系统