高级射频功放设计之预失真技术

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1、大唐移动通信设备有限公司高级射频功放设计之预失真技术高级射频功放设计之预失真技术SteveC.Cripps翻译：安斌abmvp2000@126.com第21页共21页大唐移动通信设备有限公司高级射频功放设计之预失真技术5.1简介预失真是提高射频功放线形度的一种有效的方法。在功放的输入端放置一个很小的有魔力的盒子就可以提供比其他更复杂的方法，比如前馈更好的线性度，这是有竞争力也是可笑的。从根本上说，所有的预失真的方法都是开环的，因此它只能在有限的时间和有限的动态范围达到闭环系统的线性化程度。尽管如此，预失真方法还是成为了

2、最新研究和发展的焦点，主要是由于DSP提供的更新能力。但是预失真还只是前馈或者反馈系统的实验性质的补充技术。尤其是将在第六章分析的，前馈环中的主功放中精心设计的预失真器能够有效地减少伴随误差功放的功率需求，因此提高了整体效率。也有一些例子，比如移动发射机，预失真器的简单和近乎零成本，对有限的功率范围减少几个dB的ACP/IM是很值得的。预失真功放系统能够在MCPA应用中能够真正的和传统的前馈技术相抗衡，这是一个很活跃也是一个没有完成的领域。这章的主要目标是使预失真的设计成为一个更严格的初始设计，就像过去讲过的方法一样。

3、简单的模拟预失真器依靠经验调整，通常使用一两个二极管的简单电路，它对于压缩的（expanding）的增益特性进行上撬，这种方法比较粗糙。这种费劲的方法还可以在论文和论坛上见到，这种PD-PA组和特性在双载波的应用中，当驱动电平到达1dB压缩点的时候，IM3响应会出现很深的凹坑。对测量到的数据更仔细的分析可以发现更多不想看到的特性。在更高阶IM3提高很少（甚至在一些例子中出现恶化）；对于多载波和频谱扩展的信号，会出现大量的IM3凹坑的填充。这章中介绍的设计的方法是严格基于第三章中讨论的功放非线性模型的方法。为了建立PD特

4、性第一步是求出PA的Volterra级数的反函数。这个过程，得出了一些非常有用的关于PD性能极限的普遍法则，这也可以解释经常观察到的凹坑现象。第二步是考虑综合（synthesizing）PD的不同方法。模拟预失真和DSP预失真都使用在本章中第一部分相同的步骤。从概念上说，预失真器很简单，很吸引人，见图5.1。此图描述了典型的PA增益压缩特性，为了简单起见假设只有三阶非线性特性。预失真器的曲线（action）在任何输入信号电平都呈现出外推（extrapolated）的线性特性。如果输入信号是Vin，功放表现出压缩特性，输

5、出电平为Vo。为了得到线性的输出，预失真器的行为特性应该增加输入电Vin平到一个更高的电平Vp。从Vin与线性特性的焦点画一条水平直线与压缩的功放特性相交，从此焦点向下画垂线与水平轴相交，此点即为需要的PD输出电平Vp。在把这个简单的图形诠释（castinto）为翔实的数学概念之前，很值得研究（(bservation）一下贯穿整个章节中需要牢记的东西。1、第21页共21页大唐移动通信设备有限公司高级射频功放设计之预失真技术图1预失真典型特性曲线1、预失真从某种意义上来说，它自身是矛盾。当功放压缩的时候，它通过加大驱动电

6、平来减轻失真。2、当功放饱和的时候，这个过程显然就陷入（runinto）了困境。继续增加驱动电平也不能够使输出回到需要的线性点。这个问题很重要，因为在现代通信系统中，高峰均比（highPEPtoaveragepowertatios）使用。3、从预失真器出来的信号将被严重扭曲。实际上，用频谱仪可以看到，从PD中出来的信号呈现出与未经预失真的PA出来的信号有着相似的频谱失真。这个结论对PD的带宽和DSP电路的速度有着深刻的影响。当高速数据信号扩展到填满整个功放带宽的时候，一上结论也有着更为深远的应用。4、这里提到（show

7、n）的预失真器有增益。实际上，PD通常是无源器件，增益的获得是指PD衰减的减少。这并没有从根本上影响分析的结论，PD有增益的假设方便了分析，在后面的整个分析中将会继续使用。5.2三阶PA：预失真分析我们在适当的时候会回到上面的所有问题，但现在将对如图中的简单的三阶PA作分析。小写的电压符号表示时间函数vo=a1vp-a3vp3=a1vin于是vp3-(a1/a3)vp+(a1/a3)vin=0(5.1)于是输入信号vin和预失真输出vp是三次方程的根，当然这是假定功放为三阶的。我们很有必要回顾有关这种类型的三次方程的解

8、的形式的光辉历史，尽管简单的迭代算法可以艰难得到足够精度的解，但是仔细分析却可以得到更有意义的东西。通过以上迭代的方法可以得到需要的PD特性，如图所示。仔细研究可以发现驱动电平从压缩点回退了很多，需要的特性近似于补偿的增益扩展。PD提供的扩展增益就是PA压缩的增益。当功放进入更深的压缩区，需要更多的扩展增益才能补偿，这是由于给定的