一種短波功率放大器預失真技術

和謙

（廣州海格通信集團股份有限公司，廣東廣州，510000）

0 引言

近些年來，短波通信屬于達到中遠距離無線通信的關鍵策略。短波通信系統中的功率放大器，可以對于系統性能指標產生明顯的影響。功率放大器的線性度指標，影響到了短波通信系統性能，而且功率放大器的非線性問題，屬于導致互調失真、降低系統工作質量的關鍵因素。鑒于此，急需科學的短波功率放大器預失真技術作為支持。

1 短波功率放大器預失真技術的需求

功率放大器屬于數字通信系統的信號發射中的關鍵構成，應用過程中，為將系統效率有效的提升，功率放大器一般是在接近飽和區的非線性區域上進行工作。高頻放大器的非線性特性，很容易導致將諧波成分引入，諧波分量產生各種負面的影響，包括減小信噪比、引發信道間的串擾、產生信號畸變以及失真等等。為了得到較高的利用碼率、頻帶的效率，現代數字通信系統會應用到很多的線性調制技術，常見的就是QPSK以及64QAM等。其可以對功放的非線性特性較高的敏感讀，也可以看成是非線性會嚴重的影響到信號的畸變。所以，予以功放的線性指標做出的要求標準更高。

數字預失真技術的應用功效就是，將功放效率提升、將功放成本降低。采取了數字預失真技術以后，可以有效的改善功放的線性化程度，讓其處于更高的功率工作環境中。所以，可以取代高功耗、高花費的功放，實現功耗降低、減少成本的目標。而且線性化的功放工作臨近飽和區時，會明顯的提升其效率。針對峰/平功率更大的多載波應用而言，數字預失真價值更大。多載波系統要進行多信道的處理，予以信道間交叉調制要求比較特殊。在此環境中所應用到的RF功率放大器，應該回退更多的dB，也可以實施線性化技術。多載波、多信道的功率放大器，采取多通道舉措，運用到了輸入以及輸出多工器。各通道的線性化指標適中，工作效率較高，采取數字預失真技術，能夠對于多信道系統功率放大器IMD指標進行有效改善。

2 國內外現狀與發展趨勢分析

在二十世紀的九十年代的后期階段，數字移動通信技術發展速度不斷的加快，為將通信容量有效的提升，產生一些包括頻分多路、時分多路、碼分多路等在內的體制，并且在現代通信中進行應用。當前衍生了其他的體制，例如多載波碼分多路以及正交頻分體制、新型調制QAM等，特征就是多載波或基帶信號譜中，峰或者是平功率比較大，由此放大器的線性度具備更高的要求標準。

通信系統的功率放大器的應用，通常就是在ldB壓縮點PldB附近、大信號狀態，就會提升非線性嚴重程度，形成的表現就是交調失真、諧波失真以及調幅調相轉移失真等等。為確保功率放大器的線性度，處理的舉措就是在遠離 P1dB的部位進行設置放大器輸出，但是輸出功率較低，而且效率較低，因此應該加強研究放大器非線性。

放大器中的非線性影響緊密的關聯于應用情況，尤其是針對相異的調制體制，予以放大器非線性指標提出的要求不盡統一。為了把放大器的線性提升，可實施前饋、負反饋和預失真技術等線性化技術。其實預失真技術即為形成預先的失真，對于RF功率放大器的失真特性展開精確補償，雙方進行級聯后，系統所形成的輸入輸出失真更小。前饋技術可以把二階非線性、三階非線性有效消除，具備良好的平穩度。負反饋比較簡單，但是并不容易在高頻段有效的控制反饋環路的相移。另一種建立在反饋概念基礎上的線性化技術，其屬于預失真，為開環設計，校準精度優勢就是具備更寬的頻帶。

圍繞輸入信號的預失真技術，包括以下幾方面，即：RF預失真，預失真元件工作在最終載頻；IF預失真，預失真元件工作在中頻；基帶預失真，預失真工作在基帶。新一代無線通信系統的發展，線性化功率放大器屬于重要的發展趨勢，相較于傳統發信機而言，工作效率相同時線性性能更強。當前最有效的一種最有效的線性化手段就是基帶預失真技術。

3 短波功率放大器預失真技術發展的目標

短波發射機上，基于提升功率放大器線性化的前提下，促進將發射機效率的增強，而且減小功率消耗，將發射機體積重量降低。可以在允許的空間以及功率資源環境下促使將利用設備的效率提升，通過裝設更多設備提升設備的冗余，實現發射機功率等級的提升，增強可靠度，而且將通信的成效有效提高。

功率庫建設上，將功率放大器線性化提升以后，指標滿足功率庫條件時，為了將系統的應用效率提升，功率庫合成之后再進行放大。

系統建設上，將功率放大器線形化指標提升，讓系統實施新型技術體制，使得短波通信中應用到各種新型的正交頻分(OFDM)、QAM調制等技術，將短波通信、數據通信速率切實提升。

4 一種短波功率放大器預失真技術研究分析

4.1 技術方案

預失真發信機的構成中，主要是包括了預失真激勵器、功放等。預失真發信機，達到的目標就是自適應基帶線性化預失真，如下圖1。實際的預失真功能的實現，是通過數字信號處理模塊、預失真模塊完成。

圖1 預失真發信機原理框圖

數字信號處理模塊，主要是進行調制音頻信號，而且控制預失真模塊操作以后，進行預失真模塊的采樣時鐘信號的提供。數字信號處理模塊的構成部分就是上變頻電路、低通濾波電路以及A／D、DSP、FPGA等。A／D進行音頻信號的采樣，采樣以后由DSP把信號進行數字調制，再將I、Q 信號給FPGA傳遞，通過FPGA對于預失真模塊進行控制，形成新I、Q信號，給上變頻電路及時的傳送，射頻信號通過上變頻電路輸出，低通濾波器把超過30MHz的干擾信號進行濾除。

預失真模塊，落實自適應基帶數字預失真處理，放大功放，然后耦合，之后所得射頻信號被I、Q信號進行解調，跟原始信號對比，按照形成的誤差，對于預失真量計算結果。另外可以實時的調整預失真量，滿足發射功率、工作環境不同的情況下，信道非線性特性改變的問題。構成的部分就是低噪聲放大器、30MHz低通濾波器、A／D和DSP模塊。低通濾波器把超過30MHz的干擾信號濾除，低噪聲放大器放大信號，提升靈敏度，A／D采樣2MHz-30MHz 射頻信號，DSP解調數字信號，把信號向著數字信號處理模塊的FPGA電路進行輸送。

4.2 關鍵技術

關鍵技術中，需要實現的就是預失真模塊（采樣射頻信號、同步解調VQ信號、對比補償處理I／Q信號）、高效率功率放大器、零中頻激勵器。

4.3 效能評估

首先，通過采取預失真技術，可以促進將發射機的效率提升，基于輸出功率相同的基礎上，將設備的功耗降低。而且處于相同線性環境中，促進最大化的輸出功率。

其次，應用功率庫應用方面，能夠把功率庫交互調的影響有效的處理，設計的方案就是單信道功率放大器，一方面減少成本，另一方面將效率提高。

另外，系統應用上，促進將系統線性指標增強，應用最優調制方式、最合理的通信體制，增強通信速率。

5 結語

功率放大器線性化技術中,短波功率放大器預失真技術屬于應用較多的舉措，而且未來具備廣闊的應用前景。本文中，進行研究一種新型的短波功率放大器預失真技術,具備可靠的穩定度，較高的應用效率和應用質量，另外其調試和系統升級也更加便捷。應用這種技術能夠促進減少互調失真的問題,積極改善短波大功率放大器的線性度。很多實踐研究顯示，此項技術能夠對于設備發射的失真系數進行改善，值得推廣運用。