功率放大器(power amplifier,簡(jiǎn)稱功放)作為發(fā)射機(jī)前端核心模塊之一,被廣泛應(yīng)用于無線通信領(lǐng)域,如短波功放、超短波功放、超高頻功放以及微波功放等。而功放與生俱來的非線性不僅會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的帶外干擾,還會(huì)對(duì)帶內(nèi)信號(hào)產(chǎn)生不可濾除的干擾,降低信號(hào)的信噪比,從而影響自身的信息傳輸品質(zhì)。此外,隨著無線通信系統(tǒng)對(duì)大容量、快速率的需求不斷提高,非恒包絡(luò)信號(hào)調(diào)制方式已經(jīng)成為無線通信中最廣泛的調(diào)制方式,并且調(diào)制度越來越高,如64QAM,256QAM甚至1024QAM調(diào)制。高的調(diào)制度必然對(duì)功放的線性度提出更苛刻的要求。因此,必須對(duì)功放進(jìn)行線性化矯正處理。本文首先從功放非線性特性分析開始,然后對(duì)功放非線性的矯正方法及典型的功放行為模型進(jìn)行了分析和討論。接著,文章在第三章對(duì)短波功放的非線性進(jìn)行了研究,并采用查找表(Look-Up Table,簡(jiǎn)稱LUT)、改進(jìn)型Hammerstein (Augmented Hammerstein,簡(jiǎn)稱AH)和記憶多項(xiàng)式(Memory Polynomial,簡(jiǎn)稱MP)三個(gè)模型分別對(duì)短波功放進(jìn)行了行為建模和建模性能比較。并最終比較了基于這三個(gè)模型建立的預(yù)失真器對(duì)短波功放的非線性矯正能力。比較結(jié)果顯示,MP預(yù)失真器能夠改善短波功放的互調(diào)失真超過12dB,優(yōu)于AH和LUT兩種預(yù)失真器。此外第三章還以微波回傳系統(tǒng)發(fā)射機(jī)為例,對(duì)微波功放非線性及其矯正進(jìn)行了分析和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,并采用指數(shù)加權(quán)移動(dòng)平均算法建立LUT模型和預(yù)失真器。實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證發(fā)現(xiàn),簡(jiǎn)單的LUT預(yù)失真器就能夠使微波發(fā)射機(jī)的互調(diào)失真改善超過15dB。最后,為了降低現(xiàn)有功放模型的計(jì)算復(fù)雜度和面向4G以及后4G移動(dòng)通信系統(tǒng)功放建立精確的行為模型,本文分別在第四章和第五章提出了兩種新型的功放模型,一個(gè)是廣義串聯(lián)兩廂式(Generalized Two Box Cascaded model,簡(jiǎn)稱GTBC)模型；另一個(gè)是對(duì)現(xiàn)有AH模型的擴(kuò)展,即廣義改進(jìn)型Hammerstein (Generalized Augmented Hammerstein,簡(jiǎn)稱GAH)模型。這兩個(gè)模型的特點(diǎn)均是在模型的動(dòng)態(tài)非線性模塊(用來仿真功放記憶效應(yīng))中考慮了滯后記憶效應(yīng)和超前記憶效應(yīng)。在增加了滯后項(xiàng)和超前項(xiàng)后,模型的建模精度得到了顯著提升,基于這兩個(gè)模型的預(yù)失真器線性化能力也明顯增強(qiáng)。為了驗(yàn)證本文提出的GTBC和GAH兩種模型,文中采用歸一化均方誤差(Normalized Mean Square Error,簡(jiǎn)稱NMSE)和浮點(diǎn)運(yùn)算數(shù)(Floating Operations,簡(jiǎn)稱FLOPs)以及記憶效應(yīng)強(qiáng)度(Memory Effect Intensity,簡(jiǎn)稱MEI)分別對(duì)比模型的建模精度、計(jì)算復(fù)雜度以及對(duì)功放記憶效應(yīng)的仿真能力。實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證結(jié)果顯示,GTBC模型比傳統(tǒng)的LUT、AH和EH三種模型具有更強(qiáng)的建模和線性化能力；GTBC模型的建模精度和非線性矯正能力與GMP模型相近,但其計(jì)算復(fù)雜度僅是GMP模型的三分之GAH模型的建模精度和非線性補(bǔ)償能力遠(yuǎn)超過傳統(tǒng)的LUT、AH、MP以及FMP四種模型。雖然該模型的建模精度和線性化能力比GMP模型稍弱,但其更低的計(jì)算復(fù)雜度是最大的優(yōu)勢(shì)。綜上所述,不同頻段的功放均可以采用數(shù)字預(yù)失真技術(shù)進(jìn)行有效地非線性矯正。只是,由于不同功放的非線性特性不同,在選擇行為模型前,必須先對(duì)功放的非線性特性進(jìn)行認(rèn)真研究和分析。
【學(xué)位單位】：寧波大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2015
【中圖分類】：TN722.75
【文章目錄】：
引言
1 緒論
    1.1 背景意義
    1.2 功放非線性及矯正技術(shù)研究現(xiàn)狀
        1.2.1 功放非線性特性研究現(xiàn)狀
        1.2.2 功放非線性矯正技術(shù)研究現(xiàn)狀
        1.2.3 DPD技術(shù)國外研究現(xiàn)狀
        1.2.4 DPD技術(shù)國內(nèi)研究現(xiàn)狀
    1.3 文章創(chuàng)新點(diǎn)
    1.4 文章組織結(jié)構(gòu)
2 功率放大器非線性特性、行為模型以及非線性矯正技術(shù)
    2.1 功放的非線性特性
        2.1.1 功放的靜態(tài)非線性特性
        2.1.2 功放的動(dòng)態(tài)非線性特性及度量方法
    2.2 功放行為模型
        2.2.1 查找表模型
        2.2.2 記憶多項(xiàng)式模型
        2.2.3 分?jǐn)?shù)階記憶多項(xiàng)式模型
        2.2.4 廣義記憶多項(xiàng)式模型
        2.2.5 Hammerstein模型
        2.2.6 Wiener模型
        2.2.7 改進(jìn)型Hammerstein模型
        2.2.8 增強(qiáng)型Hammerstein模型
    2.3 功放非線性矯正技術(shù)
    2.4 本章小結(jié)
3 短波功放和微波功放非線性特性及DPD線性化
    3.1 短波功放非線性特性
        3.1.1 短波功放非線性特性
        3.1.2 短波功放測(cè)試平臺(tái)
        3.1.3 短波功放建模
        3.1.4 模型參數(shù)識(shí)別
        3.1.5 短波功放預(yù)失真器
        3.1.6 數(shù)字預(yù)失真非線性矯正結(jié)果
    3.2 微波功放非線性特性及非線性矯正
        3.2.1 微波功放非線性特性
        3.2.2 微波功放模型
        3.2.3 LUT模型提取算法EWMA
        3.2.4 微波功放預(yù)失真器
        3.2.5 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證平臺(tái)
        3.2.6 數(shù)字預(yù)失真測(cè)試結(jié)果
    3.3 本章小結(jié)
4 GTBC行為模型及功放非線性矯正應(yīng)用
    4.1 GTBC模型
        4.1.1 GTBC-H和GTBC-W模型
        4.1.2 靜態(tài)非線性參數(shù)識(shí)別
        4.1.3 動(dòng)態(tài)非線性參數(shù)識(shí)別
    4.2 實(shí)驗(yàn)平臺(tái)
    4.3 模型驗(yàn)證
        4.3.1 模型的時(shí)域性能
        4.3.2 模型的頻率特性
    4.4 GTBC-H和GTBC-W模型功放線性化應(yīng)用
        4.4.1 GTBC-H和GTBC-W預(yù)失真器參數(shù)識(shí)別
        4.4.2 GTBC-H和GTBC-W預(yù)失真器的線性化能力驗(yàn)證
    4.5 本章小結(jié)
5 GAH行為模型及功放線性化應(yīng)用
    5.1 廣義改進(jìn)型Hammerstein模型
    5.2 GAH模型參數(shù)辨識(shí)
    5.3 模型驗(yàn)證
        5.3.1 模型時(shí)域特性
        5.3.2 模型頻域特性
    5.4 GAH模型適用性分析
    5.5 GAH模型的功放線性化應(yīng)用
        5.5.1 GAH預(yù)失真器參數(shù)識(shí)別
        5.5.2 GAH預(yù)失真器線性化結(jié)果
    5.6 本章小結(jié)
6 全文總結(jié)與展望
參考文獻(xiàn)
在學(xué)研究成果
致謝
摘要
Abstract

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