在無線系統(tǒng)中,，功放(PA)線性度和效率常是必須權(quán)衡的兩個(gè)參數(shù),。工程師都在尋找一種有效而靈活的基于Volterra的自適應(yīng)預(yù)失真技術(shù),，可用于實(shí)現(xiàn)寬帶RF功放的高線性度,。本文將概述不同數(shù)字預(yù)失真技術(shù)，介紹一種創(chuàng)新性DPD線性化電路特有的自適應(yīng)算法,。

在無線系統(tǒng)中,，功放(PA)線性度和效率常是必須權(quán)衡的兩個(gè)參數(shù)。幸運(yùn)的是,，基于Volterra的自適應(yīng)數(shù)字預(yù)失真(DPD)線性化電路可以使無線系統(tǒng)中的射頻PA達(dá)到高線性度高效率,。這種自適應(yīng)數(shù)字預(yù)失真方案擴(kuò)展了功放的線性范圍，同時(shí)波峰因數(shù)有降低,，可以更強(qiáng)力驅(qū)動(dòng)射頻PA，而且效率更高,，同時(shí)滿足傳輸譜效率要求及調(diào)制精度要求,。

這種新型數(shù)字前置補(bǔ)償器已經(jīng)集成到了德州儀器公司的GC5322型集成發(fā)射方案中。幾百萬門專用信號(hào)處理器(ASSP)采用0.13微米CMOS工藝制造,，并且包含了數(shù)字上轉(zhuǎn)換,、振幅因數(shù)降低以及數(shù)字預(yù)失真。這種“調(diào)制不可知”處理器支持30 MHz信號(hào)帶寬,。對(duì)第三代(3G)手機(jī)信號(hào),，可以降低峰值功率與平均功率之比(PAR)達(dá)6dB。對(duì)正交頻分復(fù)用技術(shù)(OFDM),，可以改進(jìn)4 dB,，同時(shí)滿足鄰近信道功率比(ACPR)和誤差矢量幅值特性?？梢孕拚哌_(dá)11階的非線性并達(dá)到200 ns的PA存儲(chǔ)效應(yīng),。對(duì)多種射頻PA拓?fù)洌话憧筛纳艫CPR 超過20dB,，并且功率效率提高4倍以上,，對(duì)一般基站，靜態(tài)功率損耗可降低60%之多,。這種靈活的基于Volterra的預(yù)處理器可以為多種射頻架構(gòu),、調(diào)制標(biāo)準(zhǔn)和信號(hào)帶寬而優(yōu)化。

像用在3G和其它新興空中接口標(biāo)準(zhǔn)中的非恒定包絡(luò)調(diào)制方案在譜上更高效,，但峰均信號(hào)比更高,，PA的回退必然更高。這樣就降低了PA效率并增加了基站的冷卻和運(yùn)行成本,。功效低一些的射頻PA一般占總基站系統(tǒng)成本的30%,，對(duì)環(huán)境影響相當(dāng)顯著。隨著向“綠色”的不斷發(fā)展,，能源效率高的技術(shù)與不斷增加的能源成本,、以及目前不斷提高的譜效率和及信號(hào)帶寬要求,，還有正在發(fā)展的標(biāo)準(zhǔn)結(jié)合起來，使功放線性度成為下一代基站的關(guān)鍵設(shè)計(jì)問題,。多年來,，提出并實(shí)施了大量的功放線性化技術(shù)，如射頻前饋,、射頻后饋以及RF/IF預(yù)失真和后失真,。其中，與傳統(tǒng)模擬/射頻線性化技術(shù)相比,，自適應(yīng)DPD方案已證明效率最高并且最有成本效益,。DSP/ASSP計(jì)算能力的不斷增加使數(shù)字預(yù)失真成為越發(fā)吸引人的選項(xiàng)。

GC5322發(fā)射方案將數(shù)字上變換(DUC),、振幅因數(shù)降低(CFR)以及DPD結(jié)合在高度集成的ASSP中,，采用德州儀器公司C67x型DSP內(nèi)置軟件提供的實(shí)時(shí)自適應(yīng)控制。這種發(fā)射器件可以為多種射頻架構(gòu)優(yōu)化,，支持多種空中接口標(biāo)準(zhǔn),，包括CDMA2000、WCDMA,、TD-SCDMA,、MC- GSM、WiMAX和長(zhǎng)期演進(jìn)(LTE)手機(jī)標(biāo)準(zhǔn),。這種靈活的前置補(bǔ)償器可以與多種功率拓?fù)湟黄鹩行褂?，如A/B類或Doherty放大器，設(shè)計(jì)為支持信號(hào)帶寬達(dá)30 MHz的通信系統(tǒng),。此文章分為兩篇,，集中說明DPD方案的硬件實(shí)現(xiàn)。

基于3G CDMA的無線通信系統(tǒng)以及采用像OFDM方法的多載波系統(tǒng)?？梢蕴幚砀逷AR或振幅因數(shù)信號(hào),。非恒定包絡(luò)調(diào)制技術(shù)，如這些系統(tǒng)中使用的正交調(diào)幅具有嚴(yán)格的誤差矢量幅度(EVM)要求,。因?yàn)橛羞@些要求,，所以需要PA為高線性幅度和相位響應(yīng)。PA的線性工作范圍一般有限,。PA非線性會(huì)引起發(fā)射信號(hào)互調(diào)失真,，導(dǎo)致譜?裂和鄰信道功率比(ACPR)的下降。這一問題的一種簡(jiǎn)單解決方法是把輸入信號(hào)水平回退到PA,，這樣得到的信號(hào)就完全處于放大器的線性工作區(qū),。遺憾的是，PA功率效率在較低輸入功率下下降相當(dāng)大，使這種方法比最佳方法要遜色,。此外,，更加高級(jí)有效的放大器拓?fù)?如Doherty PA)甚至在回退功率水平下也出現(xiàn)相當(dāng)大的非線性，導(dǎo)致EVM和ACPR性能變差,。

在回退狀態(tài)下工作時(shí),，目前使用的傳統(tǒng)AB類功放的效率在5%～10%之間。但使用了振幅因數(shù)降低和自適應(yīng)DPD技術(shù)后,，效率可以提高3～5倍,。更新型的PA拓?fù)洌鏒oherty放大器,，或者甚至動(dòng)態(tài)包絡(luò)軌跡與DPD 結(jié)合起來的AB類放大器,，以及更新型的器件技術(shù)，如氮化鎵(GaN)或砷化鎵(GaAs)功率晶體管,，可以用于獲得接近50%的效率,。

本文下一部分將討論線性化方案對(duì)于前置補(bǔ)償器具有高度精確模型的需求。

在無線系統(tǒng)中,，功放(PA)線性度和效率常是必須權(quán)衡的兩個(gè)參數(shù)。工程師都在尋找一種有效而靈活的基于Volterra的自適應(yīng)預(yù)失真技術(shù),，可用于實(shí)現(xiàn)寬帶RF功放的高線性度,。本文將概述不同數(shù)字預(yù)失真技術(shù)，介紹一種創(chuàng)新性DPD線性化電路特有的自適應(yīng)算法,。

本文第一部分主要介紹了德州儀器公司的GC5322型集成發(fā)射方案,。下面我們將繼續(xù)討論線性化方案對(duì)于前置補(bǔ)償器具有高度精確模型的需求。

當(dāng)前的DPD實(shí)現(xiàn)大多數(shù)采用無記憶線性化技術(shù),，其中采用瞬間非線性(預(yù)失真)來補(bǔ)償PA的瞬間非線性行為,。無記憶性功率放大器的特點(diǎn)是其幅度和相位傳輸特性，此特性一般指AM到AM(即增益壓縮)和AM到PM特性,。對(duì)這種無記憶性功放,，可以采用一種通用查詢表(LUT)做前置補(bǔ)償器增益/相位校正。圖1示意了一種典型Doherty PA的增益壓縮和AM-PM特性,。因?yàn)镻A的增益和相位特性隨溫度,、電壓、元件老化而變化,，要達(dá)到真正高效和有效的線性化,，就需要自適應(yīng)控制查詢表。

對(duì)于PA必須支持更高射頻調(diào)制帶寬的通信系統(tǒng),，無記憶模式證明還不夠,，因?yàn)樗灰蕾囉诜龋皇且蕾囉陬l率。必須支持大信號(hào)帶寬的PA表現(xiàn)出明顯的記憶效應(yīng),，這是由于DC偏置網(wǎng)絡(luò)中元件的時(shí)間常數(shù)大,，以及有源器件的快速熱效應(yīng)。這樣造成PA特性隨早先輸入水平而變,，因此需要使用能降低記憶效應(yīng)的預(yù)失真結(jié)構(gòu),。

任何高效的線性化方案都要求前置補(bǔ)償器有高度精確的模型，如果PA采用直接學(xué)習(xí)自適應(yīng)架構(gòu),，則也要求有高度精確的模型,。文獻(xiàn)中提出了大量具有記憶性的非線性系統(tǒng)模型化技術(shù)，沒有一種方法能是一個(gè)普遍的解決方案,。因此,，模型選擇很難，并且依賴于應(yīng)用,。有效的PA模型必須能以合理的精度表示不同類型的非線性和記憶效應(yīng),。

Volterra數(shù)列是一種更普遍的具有記憶性的時(shí)變非線性系統(tǒng)模型。包括多維卷積之和,，分立時(shí)間因果形式下可以寫成式1,，式A詳細(xì)給出條件，其中多維矩陣h1,、h2,、… hn為模型化非線性的n階Volterra系數(shù)，Mn為非線性的有限記憶長(zhǎng)度,。鑒于RF PA考慮到長(zhǎng)記憶深度(達(dá)1微秒)和非線性級(jí)(達(dá)11級(jí)),，上述模型在數(shù)學(xué)上無法處理。必須采用簡(jiǎn)化方案以得到實(shí)際的前置補(bǔ)償器產(chǎn)品,。這些簡(jiǎn)化可以分為兩種基本方法：算術(shù)法和模型簡(jiǎn)化法,。對(duì)第一種，式1中的一般Volterra模型具有許多吸引人的算術(shù)特征,，可以用于得到高效實(shí)現(xiàn)方案,。對(duì)于模型簡(jiǎn)化法，雖然需要完整的一般Volterra(或者某些其它一般模型),，如大家所知,，RF功率放大器模型一般有大量Volterra項(xiàng)，這些項(xiàng)在實(shí)施中沒有意義,。這些項(xiàng)可以丟棄,，不會(huì)造成線性性能出現(xiàn)可測(cè)量的惡化。