利用数字预失真技术实现宽带功率放大器的线性化

在无线系统中，功放(PA)线性度和效率常是必须权衡的两个参数。工程师都在寻找一种有效而灵活的基于Volterra的自适应预失真技术，可用于实现宽带RF功放的高线性度。本文将概述不同数字预失真技术，介绍一种创新性DPD线性化电路特有的自适应算法。

在无线系统中，功放(PA)线性度和效率常是必须权衡的两个参数。幸运的是，基于Volterra的自适应数字预失真(DPD)线性化电路可以使无线系统中的射频PA达到高线性度高效率。这种自适应数字预失真方案扩展了功放的线性范围，同时波峰因数有降低，可以更强力驱动射频PA，而且效率更高，同时满足传输谱效率要求及调制精度要求。

这种新型数字前置补偿器已经集成到了德州仪器公司(www.ti.com)的GC5322型集成发射方案中。几百万门专用信号处理器(ASSP)采用0.13微米CMOS工艺制造，并且包含了数字上转换、振幅因数降低以及数字预失真。这种“调制不可知”处理器支持30 MHz信号带宽。对第三代(3G)手机信号，可以降低峰值功率与平均功率之比(PAR)达6dB。对正交频分复用技术(OFDM)，可以改进4 dB，同时满足邻近信道功率比(ACPR)和误差矢量幅值特性。可以修正高达11阶的非线性并达到200 ns的PA存储效应。对多种射频PA拓扑，一般可改善ACPR 超过20dB，并且功率效率提高4倍以上，对一般基站，静态功率损耗可降低60%之多。这种灵活的基于Volterra的预处理器可以为多种射频架构、调制标准和信号带宽而优化。

像用在3G和其它新兴空中接口标准中的非恒定包络调制方案在谱上更高效，但峰均信号比更高，PA的回退必然更高。这样就降低了PA效率并增加了基站的冷却和运行成本。功效低一些的射频PA一般占总基站系统成本的30%，对环境影响相当显著。随着向“绿色”的不断发展，能源效率高的技术与不断增加的能源成本、以及目前不断提高的谱效率和及信号带宽要求，还有正在发展的标准结合起来，使功放线性度成为下一代基站的关键设计问题。多年来，提出并实施了大量的功放线性化技术，如射频前馈、射频后馈以及RF/IF预失真和后失真。其中，与传统模拟/射频线性化技术相比，自适应DPD方案已证明效率最高并且最有成本效益。DSP/ASSP计算能力的不断增加使数字预失真成为越发吸引人的选项。

GC5322发射方案将数字上变换(DUC)、振幅因数降低(CFR)以及DPD结合在高度集成的ASSP中，采用德州仪器公司C67x型DSP内置软件提供的实时自适应控制。这种发射器件可以为多种射频架构优化，支持多种空中接口标准，包括CDMA2000、WCDMA、TD-SCDMA、MC-GSM、WiMAX和长期演进(LTE)手机标准。这种灵活的前置补偿器可以与多种功率拓扑一起有效使用，如A/B类或Doherty放大器，设计为支持信号带宽达30 MHz的通信系统。此文章分为两篇，集中说明DPD方案的硬件实现。

基于3G CDMA的无线通信系统以及采用像OFDM方法的多载波系统常可以处理高PAR或振幅因数信号。非恒定包络调制技术，如这些系统中使用的正交调幅具有严格的误差矢量幅度(EVM)要求。因为有这些要求，所以需要PA为高线性幅度和相位响应。PA的线性工作范围一般有限。PA非线性会引起发射信号互调失真，导致谱分裂和邻信道功率比(ACPR)的下降。这一问题的一种简单解决方法是把输入信号水平回退到PA，这样得到的信号就完全处于放大器的线性工作区。遗憾的是，PA功率效率在较低输入功率下下降相当大，使这种方法比最佳方法要逊色。此外，更加高级有效的放大器拓扑(如Doherty PA)甚至在回退功率水平下也出现相当大的非线性，导致EVM和ACPR性能变差。

在回退状态下工作时，目前使用的传统AB类功放的效率在5%～10%之间。但使用了振幅因数降低和自适应DPD技术后，效率可以提高3～5倍。更新型的PA拓扑，如Doherty放大器，或者甚至动态包络轨迹与DPD 结合起来的AB类放大器，以及更新型的器件技术，如氮化镓(GaN)或砷化镓(GaAs)功率晶体管，可以用于获得接近50%的效率。