基于記憶多項(xiàng)式功放模型的數(shù)字預(yù)失真算法研究與實(shí)現(xiàn)
發(fā)布時間：2020-12-10 23:39
功率放大器是無線信號發(fā)射系統(tǒng)中的重要器件,但其自身存在非線性以及記憶特性,會導(dǎo)致發(fā)射信號頻帶產(chǎn)生擴(kuò)展,使得信號在傳輸過程中產(chǎn)生失真,影響接收端對信號的接收。因此解決功放非線性問題是無線通信發(fā)射系統(tǒng)研究中的熱點(diǎn)問題,而數(shù)字預(yù)失真技術(shù)以其數(shù)字化、自適應(yīng)性強(qiáng)、集成化程度高等優(yōu)勢成為了功放非線性技術(shù)研究的重點(diǎn)。功率放大器按照有無記憶效應(yīng)分為無記憶功放和有記憶功放兩大類,在實(shí)際工程中有著不同的應(yīng)用場合。因此,本文分別對無記憶類功放和記憶類功放展開了數(shù)字預(yù)失真算法的研究,旨在解決不同場合下,不同類型功放所產(chǎn)生的失真效應(yīng)。本文運(yùn)用了現(xiàn)有的非線性模型理論知識,結(jié)合了信號處理領(lǐng)域相關(guān)的自適應(yīng)濾波技術(shù),圍繞數(shù)字預(yù)失真器設(shè)計這一主題,具體開展了如下研究工作:1.針對無記憶類功放,研究了一種基于RASCAL（Rotate and Scale）算法的數(shù)字預(yù)失真器,仿真分析了該預(yù)失真器對功放靜態(tài)失真的校正效果。在此基礎(chǔ),結(jié)合了分段線性插值的理論知識,提出設(shè)計了一種基于改進(jìn)RASCAL算法的數(shù)字預(yù)失真器。通過仿真的手段,從圖形、性能指標(biāo)等多個方面驗(yàn)證改進(jìn)后的數(shù)字預(yù)失真器對功放有著更好的線性化效果。仿真結(jié)果表明,改進(jìn)...
【文章來源】：電子科技大學(xué)四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校
【文章頁數(shù)】：77 頁
【學(xué)位級別】：碩士
【部分圖文】：
記憶功放的AM-AM、AM-PM失真（b）AM-PM失真效應(yīng)曲線圖
電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文14?(a)(b)圖2-6Saleh模型失真特性曲線圖。(a)AM-AM失真特性曲線圖；(b)AM-PM失真特性曲線圖2.4.1.2無記憶多項(xiàng)式模型無記憶多項(xiàng)式模型[32]是無記憶功放行為模型的通用模型，結(jié)構(gòu)相對簡單，因此應(yīng)用廣泛。該模型就是將功放的輸出等效成以輸入信號為基地的函數(shù)展開，其通用表達(dá)式如下：0()()Kkpakinkvncvn(1-7)其中()invn和()pavn分別為當(dāng)前時刻功放的輸入輸出信號，K為無記憶功放模型的階數(shù)，kc為加權(quán)系數(shù)，可以為實(shí)數(shù)也可以為復(fù)數(shù)。理論上無記憶功放模型的階數(shù)K越高，功放模型的精度就越高，擬合效果也越好，但是當(dāng)階數(shù)K較高時也會影響擬合計算數(shù)值上的穩(wěn)定性，因此可以根據(jù)功放的實(shí)際情況選擇合適的K值。2.4.2記憶功率放大器模型2.4.2.1Volterra級數(shù)功放模型Volterra級數(shù)[33]模型是一種泰勒級數(shù)的推廣模型，最早由19世紀(jì)末的意大利數(shù)學(xué)家Volterra所提出。該模型是一種通用的具有記憶效應(yīng)的非線性模型，能夠全面、準(zhǔn)確的描述功放的非線性特性，其表達(dá)式[34]如下：
電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文26疏時，預(yù)失真效果的優(yōu)越性更加明顯。3.3仿真結(jié)果分析本節(jié)針對傳統(tǒng)的基于RASCAL算法的數(shù)字預(yù)失真器的仿真以及基于改進(jìn)RASCAL算法的數(shù)字預(yù)失真器的仿真，均基于2.4.1.1節(jié)介紹的Saleh模型作為功放的模型。Saleh模型通常用來描述行波管（TWTA）功率放大器的非線性特性，而行波管也是當(dāng)今被廣泛運(yùn)用于雷達(dá)、電子對抗、通信等領(lǐng)域，作為微波功率放大的核心器件。Saleh模型的參數(shù)選擇使用2.4.1.1節(jié)中提及的經(jīng)典參數(shù)，該參數(shù)下Saleh模型的AM-AM、AM-PM響應(yīng)曲線圖已在圖2-5（a）和圖2-5（b）給出。首先在MATLAB中生成基帶四音信號[41]作為整個數(shù)字預(yù)失真器的輸入信號，其形式為1234()0.2[sin(2)sin(2)sin(2)sin(2)]invnfnfnfnfn(2-15)其中歸一化頻率分別為1234f0.1,f0.2,f0.3,f0.4，并且為這個四音信號加上均值為0、最大幅度為0.1的白噪聲。對應(yīng)信號的功率譜密度圖如圖3-5所示。圖3-5四音信號功率譜密度圖如果不對該基帶信號做預(yù)失真處理，使其直接通過功率放大器，由于功率放大器的非線性特性，會使得四音信號發(fā)生互調(diào)失真。未經(jīng)DPD處理的四音信號直接通過功放的功率譜密度圖如圖3-6所示。
【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]一種基于直接學(xué)習(xí)結(jié)構(gòu)的數(shù)字預(yù)失真方法[J]. 張月,黃永輝. 電子設(shè)計工程. 2018(11)
[2]廣義記憶型神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)射頻功放數(shù)字預(yù)失真器[J]. 尹思源,劉太君,葉焱,許高明,楊東旭. 微波學(xué)報. 2018(02)
[3]一種新的基于反饋的數(shù)字預(yù)失真器模型（英文）[J]. 趙霞,李瞻寧. 北京郵電大學(xué)學(xué)報. 2017(05)
[4]AD9371射頻收發(fā)器比前代性能更高[J]. 迎九. 電子產(chǎn)品世界. 2016(08)
[5]Volterra級數(shù)理論研究進(jìn)展與展望[J]. 彭志科,程長明. 科學(xué)通報. 2015(20)
[6]基于自適應(yīng)模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的功放預(yù)失真新方法[J]. 南敬昌,周丹,高明明. 計算機(jī)工程與應(yīng)用. 2016(07)
[7]改進(jìn)BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的功放有記憶行為模型[J]. 陳慶霆,王成華,朱德偉,龔琳,劉冰. 微波學(xué)報. 2012(02)
[8]有記憶效應(yīng)的功放實(shí)數(shù)延時模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型[J]. 翟建鋒,周健義,洪偉,張雷. 微波學(xué)報. 2009(05)
博士論文
[1]先進(jìn)數(shù)字預(yù)失真理論及應(yīng)用[D]. 王昊禹.中國科學(xué)技術(shù)大學(xué) 2017
[2]功放數(shù)字預(yù)失真模型與處理算法研究[D]. 孔瀟維.電子科技大學(xué) 2013
[3]射頻功放數(shù)字預(yù)失真線性化技術(shù)研究[D]. 詹鵬.電子科技大學(xué) 2012
碩士論文
[1]基于記憶多項(xiàng)式的數(shù)字預(yù)失真算法研究[D]. 李信.華中科技大學(xué) 2016
[2]自適應(yīng)基帶數(shù)字預(yù)失真算法研究及FPGA實(shí)現(xiàn)[D]. 李金政.電子科技大學(xué) 2012
[3]功放數(shù)字基帶預(yù)失真算法研究及硬件實(shí)現(xiàn)[D]. 劉寧.電子科技大學(xué) 2011
[4]數(shù)字預(yù)失真理論與算法實(shí)現(xiàn)[D]. 杜春慧.電子科技大學(xué) 2010
本文編號：2909492
【文章來源】：電子科技大學(xué)四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校
【文章頁數(shù)】：77 頁
【學(xué)位級別】：碩士
【部分圖文】：
記憶功放的AM-AM、AM-PM失真（b）AM-PM失真效應(yīng)曲線圖
電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文14?(a)(b)圖2-6Saleh模型失真特性曲線圖。(a)AM-AM失真特性曲線圖；(b)AM-PM失真特性曲線圖2.4.1.2無記憶多項(xiàng)式模型無記憶多項(xiàng)式模型[32]是無記憶功放行為模型的通用模型，結(jié)構(gòu)相對簡單，因此應(yīng)用廣泛。該模型就是將功放的輸出等效成以輸入信號為基地的函數(shù)展開，其通用表達(dá)式如下：0()()Kkpakinkvncvn(1-7)其中()invn和()pavn分別為當(dāng)前時刻功放的輸入輸出信號，K為無記憶功放模型的階數(shù)，kc為加權(quán)系數(shù)，可以為實(shí)數(shù)也可以為復(fù)數(shù)。理論上無記憶功放模型的階數(shù)K越高，功放模型的精度就越高，擬合效果也越好，但是當(dāng)階數(shù)K較高時也會影響擬合計算數(shù)值上的穩(wěn)定性，因此可以根據(jù)功放的實(shí)際情況選擇合適的K值。2.4.2記憶功率放大器模型2.4.2.1Volterra級數(shù)功放模型Volterra級數(shù)[33]模型是一種泰勒級數(shù)的推廣模型，最早由19世紀(jì)末的意大利數(shù)學(xué)家Volterra所提出。該模型是一種通用的具有記憶效應(yīng)的非線性模型，能夠全面、準(zhǔn)確的描述功放的非線性特性，其表達(dá)式[34]如下：
電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文26疏時，預(yù)失真效果的優(yōu)越性更加明顯。3.3仿真結(jié)果分析本節(jié)針對傳統(tǒng)的基于RASCAL算法的數(shù)字預(yù)失真器的仿真以及基于改進(jìn)RASCAL算法的數(shù)字預(yù)失真器的仿真，均基于2.4.1.1節(jié)介紹的Saleh模型作為功放的模型。Saleh模型通常用來描述行波管（TWTA）功率放大器的非線性特性，而行波管也是當(dāng)今被廣泛運(yùn)用于雷達(dá)、電子對抗、通信等領(lǐng)域，作為微波功率放大的核心器件。Saleh模型的參數(shù)選擇使用2.4.1.1節(jié)中提及的經(jīng)典參數(shù)，該參數(shù)下Saleh模型的AM-AM、AM-PM響應(yīng)曲線圖已在圖2-5（a）和圖2-5（b）給出。首先在MATLAB中生成基帶四音信號[41]作為整個數(shù)字預(yù)失真器的輸入信號，其形式為1234()0.2[sin(2)sin(2)sin(2)sin(2)]invnfnfnfnfn(2-15)其中歸一化頻率分別為1234f0.1,f0.2,f0.3,f0.4，并且為這個四音信號加上均值為0、最大幅度為0.1的白噪聲。對應(yīng)信號的功率譜密度圖如圖3-5所示。圖3-5四音信號功率譜密度圖如果不對該基帶信號做預(yù)失真處理，使其直接通過功率放大器，由于功率放大器的非線性特性，會使得四音信號發(fā)生互調(diào)失真。未經(jīng)DPD處理的四音信號直接通過功放的功率譜密度圖如圖3-6所示。
【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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[5]Volterra級數(shù)理論研究進(jìn)展與展望[J]. 彭志科,程長明. 科學(xué)通報. 2015(20)
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博士論文
[1]先進(jìn)數(shù)字預(yù)失真理論及應(yīng)用[D]. 王昊禹.中國科學(xué)技術(shù)大學(xué) 2017
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碩士論文
[1]基于記憶多項(xiàng)式的數(shù)字預(yù)失真算法研究[D]. 李信.華中科技大學(xué) 2016
[2]自適應(yīng)基帶數(shù)字預(yù)失真算法研究及FPGA實(shí)現(xiàn)[D]. 李金政.電子科技大學(xué) 2012
[3]功放數(shù)字基帶預(yù)失真算法研究及硬件實(shí)現(xiàn)[D]. 劉寧.電子科技大學(xué) 2011
[4]數(shù)字預(yù)失真理論與算法實(shí)現(xiàn)[D]. 杜春慧.電子科技大學(xué) 2010
本文編號：2909492
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