RF功率放大器的自适应前馈线性化技术

最小功率控制器，这种自适应性控制器是“最小功率”原理运用到前馈线性化技术中的典型代表。图2是最小功率控制器的框图。通过调整控制电压“I”和“Q”来最小化端口“P”的功率，端口P是信号抵消电路中误差信号的抽样。这种方法的缺点是在快到达最小值时，收敛慢且对测量噪声敏感。而功率测量不可避免的存在噪声，为了减少测量的变化，在每一步需要停留足够的时间。功率最小化原理也运用到误差抵消电路中，然而，端口P的输出信号既有放大信号也有残留的失真。因这些失真信号的幅度比放大信号小几阶，故最小化算法在每一步需要停留较长的时间。有2种方法用来减轻这个问题。一种方法是采用可调接收器来选择只包含失真的频带，且采用控制器来最小化这个频带。另一种方法是输出减去输入端的相位和增益的复制品，理想上就只剩下失真，这些失真反馈到端口P用于最小化算法。

梯度法是自适应性的另一个方法。信号抵消电路、误差抵消电路可采用复数基带相关器或带通相关器。最简单的迭代法是最速下降算法，在二次误差面的环境下，可以任选一个初始值α（定义在误差面的一些点），然后计算在那点的误差面梯度，并且相应地α被修正。二次误差面是经典的估计理论，基数vr（t）和估计误差ve（t）之间的相关等于误差面的梯度，这个相关用来驱动自适应性算法。最速下降法处理的随机梯度信号（ve（t）vm（t）＊）表明上述算法在调整α和β。当vr（t）和ve（t）不相关时，梯度为0，这表明误差信号只包含失真。梯度法比最小功率法收敛快，且不需要为了确定改变方向而不断地进行失调。然而，在混频器的输出端对DC偏置敏感。如最小功率法一样，基于同样的理由导致误差抵消电路中收敛时间较长，这可通过在相关前压缩输出信号线性部分来减轻。

4仿真过程及结果

性前馈线性器。这种方法主要是计算到达最小点的曲面的梯度，采用复相关器用来计算梯度。前馈线性器有2个环路：信号抵消电路和误差抵消电路。线性抵消电路目的是消除功率放大器输出信号中线性部分，只剩下失真。复系数α驱动直角坐标形式的复增益调节器，采用复相关器来优化复系数的相位，并衰减相位相反的上下支路，这样就抵消了功率放大器输出信号的线性部分，剩下的失真信号进入第二个环路。下支路的失真信号和功率放大器上支路的输出构成了误差抵消电路。系数β调整下行支路的复增益调节器，以便与上行支路的失真的相位相反。采用两路调制信号输入，间隔100 MHz，载波的频率取1．0 GHz，α取－0．1，β取－0．01，并采用迭代最小均方进行寻优，采用直角坐标向量调制器，为简化起见，采用理想无源元件。仔细选择适61应参数，最好的方法是确保信号抵消电路环（α适应系数）在误差抵消电路环（β适应系数）开始收敛前收敛到一个较小的范围内。

利用ADS2003进行系统级的仿真，在功率回退5 dB的情况下其仿真结果如图3～图8所示。图3表示自适应调整过程中α、β实部和虚部的变化情况，由图可以看出α的调整过程要先于β的调整。三阶、五阶交调总的变化趋势可以从图4看出，由图可知当调整继续进行下去三阶交调改善40 dBc，而五阶交调稳定后改善65 dBc。图5表示初始的误差频谱，图6表示调整后的误差频谱。图7表明功率回退5 dB的情况下产生较大的交调功率和谐波。图8表示经过自适应处理后前馈线性化器的输出。仿真结果表明经过自适应前馈处理，三阶交调和五阶交调均得到明显改善，功放的线性度明显提高。

5 结语

射频功率放大器的线性化技术可以明显地改善放大器的线性度，同时提高输出功率和效率。在负反馈、预失真和前馈这三种线性化技术中，前馈技术提供了反馈的优点，但没有不稳定和带宽受限的缺点。本文利用梯度法实现自适应性前馈线性器。仿真结果表明较之没有进行自适应前馈调整，在功率回退5dB的情况下，功放的三阶交调可以改善40dBc，五阶交调可以改善65dBc，功放的线性度得到明显的改善，从而实现了大功率、高线性的输出，他降低了对功率放大器末级器件的要求，提高功放的电效率。在多载波、高速度、大容量通信系统中，前馈放大器可以很好地解决邻近信道干扰，提高系统ACPR值，保证系统工作的有效、可靠性。