宽带射频功率放大器非线性及行为模型的研究

随着无线通信系统的带宽越来越宽，对无线通信系统的设计要求也越来越高。为了设计性能良好的宽带无线射频收发系统，同时加速系统设计的进程，通常采用系统仿真软件来仿真整个射频系统，而仿真性能的好坏取决于构成系统模块的行为模型算法。射频功率放大器作为射频系统最核心的模块，不仅具有非线性特性，而且在宽频带情况下具有较强的记忆效应，其建模算法是影响系统仿真性能好坏的关键因素。本项目将采用实际设计并测试数据、行为模型算法的理论分析和比较、模型建立和系统应用等方法，提出不同带宽系统基于Volterra级数或神经网络等的功率放大器行为模型算法，建立各种应用场合下功率放大器模型数据库应用于系统仿真中，进而推广到射频电路其他非线性模块，同时利用所构建的不同带宽射频功率放大器行为模型对宽带射频系统的数字基带预失真系统进行研究，以达到射频系统线性化，降低非线性失真的目的。

随着无线通信系统的带宽扩展，信号峰均比的提高，功率放大器的非线性严重影响通信系统的性能。基于本项目所研制的四款功率放大器，对功放的行为模型和非线性电路的分析方法进行了研究，并研究了预失真算法，取得了一定的成果。. 本项目设计了四款功率放大器，即WCDMA基站、TD-LTE基站、共时双频的基站和TD-SCDMA基站系统的功率放大器，测试结果满足系统设计要求，为基站系统设计提供参考，为非线性功放建模提供数据支持；提出了三种新颖等分双频Wilkinson功分器结构，即：输入、输出端并联开路线结构和新颖改进型Wilkinson功分器结构并进行实物制作，可用于双频基站和Doherty功放设计。高峰均比调制信号通信系统非线性功放产生记忆效应，本项目在ADS环境下证实了电记忆效应的存在，同时构建了温度模型，验证热耗散而引起的结温所产生的热记忆效应，分析了记忆效应对系统性能的影响。. 鉴于神经网络对非线性函数具有良好的逼近能力和BP网络的局限性，本项目提出了基于PSO_BP、PSO_SVM、BP-RBF、GRNN及GAPSO_BP等算法的神经网络功放建模方法，较传统BP等建模方法精确度更高，尤其适用于强非线性功放建模。由于Volterra级数能够更清晰准确地描述非线性系统的物理意义，本项目提出了三种简化Volterra级数模型：分裂增强型Hammerstein模型，LMEC模型及双分支Hammerstein-Wiener模型，所提模型精度比传统的功放模型有较大改进。对所提模型构建了功放模型库，用于系统级仿真，对系统性能评估和实际网络设计有重要理论指导意义。在研究谐波平衡分析方法的基础上，提出了拟牛顿粒子群算法对谐波平衡方程的改进解法，提高了系统的收敛速度。. 在预失真自适应算法方面提出了三种改进算法：改进的RLS_LMS算法，改进的Sigmoid算法和改进的VSS-LMS算法，所提算法与一般算法（LMS,RLS）相比功放线性化效果更好（邻信道功率比改善最高可达28dB，EVM指标最小可达1.7%）；提出了预失真技术与峰均比抑制技术的联合方法，使线性性能进一步改善；提出了预失真系统的半实物仿真方案，利用WCDMA信号和CDMA2000信号进行了频谱仿真和其他参数仿真。