[发明专利]功率放大器及其预失真器

说明书

技术领域

本发明一般地涉及非线性系统，特别是非线性功率放大器，尤其是无线通信系统 的发射机(比如基站和移动台)中使用的非线性功率放大器。更具体地说，本发明涉及用于 非线性功率放大器的预失真器以及使用预失真器的功率放大设备，其主要利用数字技术在 基带实现预失真，以弥补非线性功率放大器的无记忆非线性特性和记忆特性。

背景技术

作为非线性系统的典型代表，功率放大器是很多电子设备的重要组成部分，它可 以将微弱的电信号放大，以满足远程传输的需要。其中，放大的能量来自于直流电源，即功 率放大器可以将直流能量转化为交流信号，使得交流信号的功率强度满足需要。功率放大 器将直流能量转换为交流能量的比例被称作功率放大器的效率。

根据功率放大器的物理特性，随着输入信号的功率由小到大，反映功率放大器的 输入信号与输出信号的功率关系的特性曲线可以分为线性区、非线性区和饱和区。图1示出 功率放大器的非线性输入输出信号特性。在输入信号V_IN幅度较小的区域，功率放大器PA的 输出V_OUT几乎是输入信号V_IN的线性放大，但是随着输入信号V_IN幅度的增大，功率放大器的 非线性特性逐渐明显直到最后饱和。该非线性表现为在时域上，输出信号不是输入信号的 理想放大；该非线性表现为在频域上，由于交调作用，被放大的信号的带外出现频谱展宽 (旁瓣升高)，带内则出现畸变(主瓣畸变)，如图2所示，显示了由非线性功率放大器所引起 的频谱展宽。频谱展宽会影响工作于相邻信道的其它设备的正常运行。

理想情况下，希望功率放大器仅仅起到线性放大的作用，即输出信号只是输入信 号的简单线性放大，因此让功率放大器工作在线性区。但是此时功率放大器将直流信号转 换为交流信号的效率非常低，造成大量能量的浪费，并且需要增加额外的散热设备。由于物 理上的原因，当输入信号的包络波动深入至非线性区，功率放大器的效率将会远高于仅在 线性区波动时的情形。而随着新式调制方式的出现，信号包络的动态范围越来越大，因此发 生非线性畸变不可避免。

因此，一方面为了提高功率放大器的效率，另一方面由于很多现代通信系统中的 信号都有很大的动态范围(峰均功率比)，所以功率放大器往往需要在非线性区工作，从而 导致输出信号的畸变(在频域上，带内出现畸变，带外则出现频谱展宽)。在功率放大器领 域，通常将这种当前输出仅受当前输入影响的非线性功率放大器的畸变称作功率放大器的 无记忆非线性特性。

在众多克服功率放大器非线性特性的方法中，基带预失真是一种备受关注的方 法。如图3所示，示出用于抵消图1所示的非线性特性的用于功率放大器的预失真器的输入 输出信号特性的示意图。基带预失真技术通过使用预失真器PD模拟功率放大器的逆特性， 使原始输入信号V_IN在输入到功率放大器之前发生预畸变，从而补偿功率放大器的非线性， 并在功率放大器的输出端获得没有畸变的放大输出信号V_OUT。具有预失真处理功能的功率 放大器的输入输出信号特性直到接近饱和区之前均表现出非常好的线性特性，如图4所示， 示出设置有预失真器的功率放大器的输入输出信号特性的示意图。

但是，很多工作良好的预失真器都针对单音信号或者窄带频率信号。也就是说，大 都用于补偿上面所提到的功率放大器的无记忆非线性。然而，随着信号的带宽越来越宽，功 率放大器又表现出一定的记忆特性(频率选择性)，即当前的输出信号不仅与当前的输入信 号有关，还与之前的输入信号有关，如图5所示，示出具有记忆特性的非线性功率放大器的 输入输出信号特性的示意图。功率放大器的记忆特性在其输出上表现为载波附近的非对称 频谱，如图6所示，示出由具有记忆特性的非线性功率放大器所放大的信号的频谱示意图。 也就是说，失真所导致的频谱对于中心载波来说是非对称的。

因此，为了准确地模拟具有上述记忆特性的功率放大器的逆特性，就必须采用更 加复杂的结构和方法来对功率放大器的逆特性进行建模和参数估计，以便实现预失真。目 前用于同时补偿功率放大器的无记忆非线性特性和记忆特性两者的技术主要包括记忆多 项式模型和查询表方法。