摘要：功率放大器（PA）线性化技术对于未来无线移动通信技术的发展和实现有着十分重大的实际意义：①频谱资源日益紧张的今天，需要寻求具有高频谱利用率的调制方式；②多载波调制技术因具有很多优点，已被多个标准采纳[1~2]，被公认为是3G+ /B3G、4G的核心技术，但其高的PAPR特性对PA的要求也很高；③便携式移动设备中的PA是耗电较大的部分，提高PA功效对延长移动设备的使用时间意义重大。PA线性化技术所要解决的主要问题是：降低邻道干扰（ACI）（带外失真）；减小带内损耗，提高系统BER性能及放大器功效。
关键词：功率放大器；线性化；失真
1 PA线性化技术
目前关于PA的线性化有许多方法：功率回退技术、包络消除和恢复技术、笛卡尔环路后馈技术、前馈线性化技术、非线性器件线性化技术以及数字预失真技术等，各种技术都有其优缺点，分别适用于不同情况。目前，关于数字基带自适应预失真主要有两大类技术：基于查询表和基于多项式的方法，这两大类方法各有优势，适用于不同应用场合。
2 基于查询表的基带自适应预失真
2.1 查询表形式
查询表可以是一维表或二维表。二维表使用输入信号的两个正交分量Ｉ、Ｑ作为表的查询索引地址，并以此来初始化或输出相应的输出信号。相对于一维表，其优点是可以省去对信号进行的直角坐标和极坐标间的相互转换，这有利于减小数字信号处理器（DSP）的运算量。
2.2 查询表的指针方式
功率法和幅度法是查询表常见的索引方法。功率法结构相对简单，计算快速，硬件实现较为容易，主要计算单元只是乘法器和加法器。幅度法同功率法相比，在单元分配问题上的效率更高，分配更合理；而硬件实现上需要更多的计算单元，计算量较大。
2.3 查询表地址索引方式
地址索引的量化可以采用均匀量化，也可以采用非均匀量化。在均匀量化时，以输入信号幅度为指针的方式对大、小信号分配均匀；非均匀量化的目的是为了减小信号的量化误差，提高信号信噪比以及减小查询表的尺寸。
2.4 查询表自适应算法
综合考虑计算复杂度与预失真性能，无论是基于LUT还是基于多项式的预失真技术通常都采用基于最小均方的自适应算法。
2.5 查询表预失真方法的不足
在查询表的位数足够大的情况下，基于LUT的预失真性能要大大优于基于多项式的方法。但无论无记忆还是有记忆查询表预失真，其主要不足就在于较慢的收敛速度。对于一维表的LUT方法，若表的位数采用n位，则其所占RAM大小为：2×2ｎ，对于有记忆预失真[32，33]，占用RAM资源为2×2ｎ×Ｙ（Ｙ为第二维地址索引）；这样，在对表的内容进行更新时，势必会引起很慢的收敛速度。尽管有文献提出了利用OFDM符号分布特性或利用训练序列的方法来提高查询表收敛速度，但在实时性要求较高的场合，如：手提移动设备的PA预失真系统中，不建议采用基于LUT的方法（或可以采用表位数较少的方法，使在收敛速度与预失真效果之间有一个折衷），基于LUT的方法适用于基站、广播系统。
3.1 多项式模型
无记忆的PA常用的模型有：针对行波管功率放大器的Saleh模型，针对固态功率放大器的Rapp模型。很多关于SSPA模型的文献都认为相位失真可以忽略，相关文献指出了这种相位失真是不能忽略的，并分析了相位失真对系统性能的影响。
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对于有记忆多项式法也提出了很多相关模型，Volterra级数是通常用来描述非线性特性的模型。为降低计算复杂度，又提出了Weiner模型，该模型的最大优点在于：其逆是一个Hammerstein系统，这就确保预失真器可以做到是放大器精确的反函数。此外，还有许多其它PA模型，如并行Weiner模型等。
3.2 多项式自适应算法
与基于LUT预失真的方法类似，综合考虑到计算复杂度与预失真性能，基于多项式的预失真技术通常也都采用基于最小均方（LMS）的自适应算法。通常采用的无记忆多项式方法。鉴于多项式方法的基本思想是：通过调节多项式系数拟合PA逆的复增益曲线，因此，无记忆多项式方法[22，23]对于特性曲线较为光滑的PA来讲，具有较好地预失真效果，但对于特性曲线不平滑的PA，其预失真效果差。有记忆多项式方法能较好解决PA记忆性问题，但计算复杂度也随之升高。在基于多项式的自适应算法中，存在两种自适应控制结构：直接控制方式和间接控制方式。间接控制方式的最大益处在于：它可以不用先为PA设定模型、估计出此模型参数、再求出其反函数，最终得到预失真器参数；间接控制方式在获得PA输入、输出一组数据后可直接得到预失真器的参数。
3.3 多项式预失真方法的不足
多项式预失真方法相对于LUT方法而言，可以省去大量的RAM存储单元，它只需调节多项式的若干阶系数，而且有较快的收敛速度。但当预失真器所用多项式阶数较高时，系统复杂度也大大增加。其预失真效果并不十分理想，尤其当PA的复增益曲线起伏较大时。基于多项式的基带预失真方法可多用于手提移动系统中。
4 前景及展望
国外关于PA非线性特性及线性化技术的理论研究起步较早，先后提出了一系列技术，我国相关研究领域目前基本都是上述技术的沿用或简单改进。在产品实现方面，国外关于PA预失真技术研究的专利中相当一部分是针对单载波系统；我国在这方面起步较晚，目前只有少数单位在开展这方面工作，关于这方面发明专利也很少。
（1）鉴于目前PA模型中对SSPA未考虑相位失真的不足，我们可以通过试验测试数据，建立新的SSPA模型，充分考虑相位失真对系统性能的影响；
（2）收敛速度慢是基于LUT方法的最大不足，尤其当考虑到PA记忆性时。目前相关文献所给出的方法中，并未从根本上解决这一问题，因此，应设计新的算法提高该类技术的收敛速度；
（3）目前国内、外关于基带数字自适应预失真技术的研究中，其自适应算法过程都是在时域完成。而对一些反映功放典型非线性特征的频域量，如三阶、五阶互调、交调产物的估计及抑制会更加完善时域估计，得到更精确的估计效果。所以，可以考虑将两者结合起来，即在时域和频域联合进行估计和校正；
（4）实质上，PAPR降低技术也可从一定程度上提高PA的功率效率，而目前的国内、外文献很少提及，文献涉及到这一方面，但核心还是在谈论关于PAPR的降低问题，我们的前期研究成果中较深入地讨论涉及到这一问题，但还有待进一步深入研究；
（5）由于神经网络有许多良好特性，如快速计算、较好的近似能力，已广泛应用于自适应均衡、多用户检测、语音处理等领域。近年来，它也被应用于PA预失真系统中，但还应设计新的算法、方案，使得在系统复杂度适中的前提下，能进一步提高预失真效果及自适应性能。
5 结论
本文分析总结了PA线性化各种技术的优点与不足，讨论了最有应用前景的数字基带自适应预失真技术，针对基于LUT及基于多项式的方法，给出了目前国内外的最新研究进展情况，并通过对大量相关文献的研究指出了可以进一步深入探讨的方向，该综述对于PA线性化技术研究具有一定的参考价值。
参考文献：
[1]刘翠芳.数字通信中的基带与频带传输技术及其最新研究进展[J].科技创新导报，2008，22：37.
[2]高天宝，王敬超，张春，李永明，王志华.便携式RFID读写器的设计与实现[J].电子技术应用，2008，05：56-58.
论文作者:赵云锋,常海龙
论文发表刊物:《基层建设》2017年第31期
论文发表时间:2018/1/23
标签：多项式论文; 方法论文; 线性化论文; 技术论文; 自适应论文; 模型论文; 基带论文; 《基层建设》2017年第31期论文;