[发明专利]一种实现自适应数字预失真线性化的射频功率放大系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种射频功率放大系统，尤其涉及一种通过设置数字预失真补偿模块，实现自适应数字预失真线性化功能的射频功率放大系统，属于无线通信技术领域。

背景技术

在无线通信系统中，无线通信基站及其配套设备的能耗约占总能耗的80％。其中，射频功率放大器(RF PA)是最主要的耗能器件之一。射频功率放大器的功率效率一般在10～15％，是降低通信设备耗电量的瓶颈。提高射频功率放大器的功率效率对于无线通信基站的节能环保意义重大。

对于射频功率放大器来说，其线性程度和功率效率为负相关关系，因此射频功率放大器容易出现非线性放大现象。目前，除了A类射频功率放大器，其他各类射频功率放大器都无法保证对输入信号的线性放大。如果输入信号过大，甚至连A类射频功率放大器也会饱和，无法保证对输入信号的线性放大。非线性放大会导致信道内信号失真和信道外频谱泄露，前者导致传输信号的误差向量(EVM)恶化，后者引起邻频干扰。一些频率效率较高的通信系统，如正交频分复用(OFDM)、码分多址复用(CDMA)等都具有很高的峰均值比，射频功率放大器非线性放大的影响更为突出。目前，常用的解决方案是将射频功率放大器的输入信号回退(Back-off)至线性区以保证系统性能，但此种解决方案牺牲了射频功率放大器的功率效率。

改善射频功率放大器的线性度和功率效率的方法有很多，其中最直接的方法是改进电路设计，采用更加高效率的电路设计方法，如Doherty射频功率放大器设计方案。动态偏置(Adaptive biasing)技术、射频包络消除与恢复(Envelope elimination and restoration，EER)技术、采用非线性元件的线性放大(Linear amplification with nonlinear components，LINC)等技术可以在不改变原有射频功率放大器线性化程度的条件下有效提高功率效率。然而在实现过程中，这些方法均存在其局限和困难，目前还停留在理论研究阶段。

改善射频功率放大器线性程度的另一个有效途径是采用线性化技术。射频功率放大器的线性化技术可以在较少的牺牲功率效率的条件下提高射频功率放大器的线性度。在理想情况下，经过线性化技术，射频功率放大器可以利用的线性化区域可以扩展到射频功率放大器的饱和区之下。与传统的射频功率放大器相比，线性化的射频功率放大器中输入信号可以使用的线性区大大扩展。在保证射频功率放大器效率的同时改善其线性度，使得信号失真度降低到可接受范围内。

典型的线性化技术包括负反馈(Feedback)、前馈(Feed forward)和预失真(Predistortion)等。其中预失真是指在输入端插入一个包含射频功率放大器逆特性曲线的数字预失真补偿模块，预先补偿射频功率放大器带来的失真。它既可以采用模拟预失真也可以采用数字预失真实现。在20世纪80年代，Nojima等学者使用模拟的二极管来实现一个数字预失真补偿模块，补偿射频功率放大器带来的三阶交调非线性。然而模拟预失真需要设计与射频功率放大器功能相反的组件，在精度上较难实现。到20世纪90年代中后期，随着现代制造工艺的飞速发展，DSP/FPGA等数字处理单元在速度、成本、面积、功耗上都有了质的飞跃，使自适应数字预失真成为可能。自适应数字预失真提供了一个优化的成本、功耗和线性化性能的解决方案，是射频功率放大器线性化的发展方向。

随着研究的深入，人们对射频功率放大器非线性特性的研究越来越透彻。从最早用三阶交调、五阶交调来描述过渡到用AM/AM、AM/PM变换(幅度-幅度、幅度-频移变换)来描述，再过渡到用有记忆性的非线性模型来描述。与此相对应的是算法的效果越来越好，但算法的复杂度越来越高。例如早期的算法使用查表法，采用多项式建模，后期采用Wiener模型、Volterra级数模型、记忆多项式等。中国发明专利ZL200410068728.4中提供了一个使用查表法实现数字预失真的技术方案。美国专利US7783263则给出了一种在时分复用系统中实现数字预失真的系统架构。但是，现有的预失真线性化技术仍然存在诸多的问题，例如多项式模型和Volterra级数模型等在参数估计时会产生数值不稳定现象，并没有从整体上提供完整、优化的射频功率放大器自适应数字预失真解决方案。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种具有自适应数字预失真线性化功能的射频功率放大系统。

为实现上述的发明目的，本发明采用下述的技术方案：

一种射频功率放大系统，其特征在于：