[发明专利]一种OFDM系统中的自适应预失真器及预失真方法

说明书

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，具体的涉及一种OFDM系统中的自适 应预失真器及预失真方法。

背景技术

OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing正交频分复用)多 载波调制技术与传统的通信技术相比，具有频谱效率高，带宽扩展性强，抗 多径衰落，频谱资源灵活分配，实现MIMO技术较简单的优势。因此，OFDM 作为一种能够节省频带资源并提供高质量数据通信服务的技术，几乎被所有 固定无线装置的制造商和运营商看中，而其良好的技术性能使得它在很多领 域得到了广泛的应用。例如在欧洲的DAB、DVB-T系统，广电的CMMB系 统和中国数字电视地面广播DTMB系统等数字广播领域中，以及无线局域 网领域中等等，其传输所采用的调制技术均为OFDM。

但是OFDM系统内由于存在有多个正交子载波，而且其输出信号是多 个子信道信号的叠加，因此，OFDM系统对频率偏移和相位噪声比较敏感； 另外，OFDM技术最主要的缺点是具有较大的峰值平均功率比(PAR)。

OFDM信号的这种高PAR特性对发送端前置高功率放大器(HPA)的线 性度提出了很高的要求。由于一般的功率放大器都不是线性的，而且其动态 范围也是有限的，所以为了提高放大器的功率效率，提供足够高的输出功率 和实现最大输出，一般采用AB类功率放大器，允许放大器工作于非线性区 甚至饱和区的附近，而此时功率放大器会呈现出一定的非线性失真。当 OFDM系统内这种变化范围较大的信号通过放大器的非线性区域时，信号就 会产生非线性失真，产生谐波，造成较明显的频谱扩展干扰以及带内信号畸 变，导致整个系统性能的下降，而且同时还会增加A/D和D/A转换器的复 杂度并且降低它们的准确性。若功率放大器必须线性工作，就意味着可能要 降低效率，使发射机变的昂贵。因此，针对放大器设计存在线性度和效率之 间的矛盾的问题，放大器线性化技术出现了。所谓放大器的线性化，是指在 不降低功放效率的情况下，采用适当的外围电路对放大器的非线性进行补 偿，从而在整体上呈现对输入信号线性放大的效果。

线性化技术发展中非常重要的一步是预失真技术的出现。预失真技术是 在信号放大之前对信号按照一定的规律进行“预先失真”，以便最终输出信号 中的失真分量尽可能地小，对功率放大器的线性化起到很好的效果。预失真 技术在电路中表现为增加了一个预失真器。这个预失真器的作用就是产生与 原信号相对应的失真信号。因为这种失真是在信号被放大之前，故称之为“预 失真信号”。预失真器可以放在功率放大器的后面，但由于一些不可避免的 缺点，目前被广泛采用的是把预失真部分放在放大器之前。预失真器根据在 发射机系统中的位置可以分为射频、中频和基带预失真。射频和中频预失真 方法是利用模拟电路信号处理方式进行，虽然电源效率高，成本低，但对非 线性的改善有限且对其控制和调整都相对困难。而基带预失真技术不涉及难 度较大的射频信号处理，由于工作频率低，适合用数字电路实现，便于采用 目前发展迅速的数字信号处理技术，适应性强，而且可以通过增加采样率和 增大量化阶数的办法来抵消高阶互调失真。因此与射频和中频预失真相比， 基带预失真具有很大优势。

但由于放大器的特性会随着时间、温度、环境、以及信号本身的变化发 生一定的变化，如果能从放大器的输出端把待发射的射频信号提取一部分反 馈回来，再经下变频、正交解调，然后A/D变换成数字基带信号，并与经过 一定延迟的原输入信号进行比较，采用自适应算法来调整预失真器的参数， 使得预失真器能够实时地自适应跟踪放大器特性的变化，这样就能够更好地 克服放大器特性变化这一问题，提高校正的精度，使放大器有更好线性输出。 这也恰恰正是自适应数字预失真技术优于其他线性化方法的一个重要方面。

近年来人们对预失真技术进行了深入研究，出现了一些基带自适应预失 真方案，这些方案大多数都是针对无记忆功率放大器的线性化技术。所谓无 记忆功率放大器，就是指放大器当前的输出值只依赖于放大器当前的输入 值，而与其历史输入成分没有关系。TWTA(Traveling Wave Tube Amplifier： 行波管功率放大器)和SSPA(Solid State Power Amplifier：固态功率放大器) 就是OFDM发射机中常用的无记忆功率放大器，因此对无记忆功放的线性 化工作是十分有必要的。本发明后面所涉及的各种方案均是基于无记忆功率 放大器。