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射频功放中基带数字预失真算法研究与实现

作　者: 陈胜康
导　师: 张福洪；孔宪正
学　校: 杭州电子科技大学
专　业: 通信与信息系统
关键词: 数字电视非恒包络调制功放线性化自适应数字预失真
分类号: TN722.75
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

在现代通信系统中,由于受到高速率数据传输需求和有限频谱资源的双重压力,非恒包络调制技术得到了广泛的应用。对于数字电视地面广播信号也采用了非恒包络调制方式,如64QAM、TDS-OFDM、COFDM等方式,其发射信号具有很高的峰均比和较宽的带宽,对功率放大器的非线性失真非常地敏感。当这些非恒包络高峰均比发射信号通过非线性大功率放大器时,信号将会产生失真,系统性能将受到两方面的影响,即带内失真和带外噪声。带内失真主要表现为信号的幅度和相位产生失真,使星座图产生偏移,降低系统的抗误码能力;带外噪声主要表现为信号的频谱扩展,产生邻道干扰,减小了系统的频带利用率。为了系统获得较高的功率效率,功率放大器通常工作在饱和点附近,此处的非线性问题最为严重。因此我们必须对功率放大器进行线性化处理,来提高它的工作效率。功率放大器的线性化技术包括功率回退法、前馈法、反馈法、模拟及数字预失真等方法,其中功率回退法是指功率放大器工作在远离饱和区的功率点上,进入线性工作区。它是以牺牲功率放大器的效率为代价,并且存在成本高、体积大、功耗大以及散热困难等缺点,因此无法在数字电视发射机及其转发设备中使用。基于自适应数字预失真的有记忆功率放大器线性化技术结合了实用性、经济性、稳定性和灵活性,被业内视为最有前途的一种功率放大器线性化技术,是今后一段时间内的研究热点。它采用了数字信号处理技术来实现,并且利用自适应跟踪补偿功率放大器因环境因素改变而造成的误差,性能优良,十分适合于在数字电视发射机的功率放大器中使用。本文首先介绍了数字电视及其信号的特点,概述了国内外功放线性化的研究状况及发展趋势。其次分析了功率放大器的非线性特性及其影响,详细介绍了功率放大器模型及常用的线性化方法,并重点分析了预失真方法。然后,根据实际方案,提出了一种基于多项式查找表的数字预失真算法。接着,介绍了一种基于ADS软件的功放数字预失真联合仿真技术,进行软、硬件联合调试,利用实际功放实现其最优线性化,从而验证了预失真算法的可行性。最后,依据方案进行基带板的FPGA部分设计,包括预失真算法的实现和自适应算法的实现,主要采用的软件开发平台为Xilinx公司的ISE软件。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-11
第1章绪论  11-15
  1.1 论文的研究背景及意义  11-12
  1.2 功率放大器线性化技术综述  12-13
  1.3 本文的主要工作及内容安排  13-15
第2章功率放大器的技术指标以及线性化方法  15-34
  2.1 功率放大器的非线性  15-19
    2.1.1 谐波失真  15-16
    2.1.2 互调失真  16-17
    2.1.3 交调失真  17
    2.1.4 幅度失真和相位失真  17-19
  2.2 功率放大器的技术指标  19-21
    2.2.1 P1dB 压缩点  19
    2.2.2 IP3 截断点和IM3  19-20
    2.2.3 邻信道功率比（ACPR）  20
    2.2.4 误差矢量幅度（EVM）  20-21
  2.3 功率放大器模型  21-27
    2.3.1 无记忆功放模型  21-24
    2.3.2 有记忆功放模型  24-27
  2.4 功率放大器的线性化方法  27-33
    2.4.1 功率回退技术  27
    2.4.2 前馈线性化技术  27-28
    2.4.3 负反馈线性化技术  28-29
    2.4.4 EER 技术  29
    2.4.5 LINC 技术  29-30
    2.4.6 预失真技术  30-33
  2.5 峰均比抑制技术  33
  2.6 小结  33-34
第3章自适应数字预失真方案的设计及理论仿真  34-44
  3.1 自适应数字预失真的概念  34
  3.2 自适应数字预失真的结构设计  34-35
    3.2.1 直接预失真结构  34-35
    3.2.2 间接学习结构  35
  3.3 自适应算法设计  35-37
    3.3.1 LMS 自适应算法  36
    3.3.2 RLS 自适应算法  36-37
  3.4 基于查找表技术的预失真系统研究  37-38
  3.5 基于多项式查找表的自适应预失真算法设计  38-41
  3.6 实验仿真结果分析  41-43
    3.6.1 仿真说明  41
    3.6.2 仿真结果  41-43
  3.7 小结  43-44
第4章基于ADS 的功放数字预失真联合仿真  44-49
  4.1 使用软件和设备介绍  44-45
    4.1.1 ADS 软件  44-45
    4.1.2 VSA89600 系列软件  45
    4.1.3 PSA4445A 频谱分析仪  45
    4.1.4 ESG4438C 矢量信号发生器  45
  4.2 功放测试  45-46
  4.3 系统仿真测试  46-48
    4.3.1 系统仿真流程图  46-47
    4.3.2 系统仿真结果  47-48
  4.4 小结  48-49
第5章基带数字预失真方案的FPGA 设计  49-56
  5.1 数字预失真器总体思路  49-50
  5.2 开发环境  50-52
    5.2.1 硬件开发平台  50-51
    5.2.2 软件开发平台  51-52
  5.3 FPGA 总体设计与实现  52-55
    5.3.1 自适应预失真算法的FPGA 实现  52-54
    5.3.2 多项式系数更新算法的FPGA 实现  54-55
  5.4 小结  55-56
第6章结束语  56-58
  6.1 工作总结  56
  6.2 下一步计划  56-58
致谢  58-59
参考文献  59-62
附录  62

射频功放中基带数字预失真算法研究与实现

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