多频多模终端已成为当前移动通信设备的基本形态。一部终端需要同时支持多种通信制式，并覆盖从低频到高频的多个频段。射频功率放大器是发射链路中消耗能量最多且非线性失真最严重的器件。在多频多模工作条件下，放大器需要处理不同频率、不同带宽、不同峰均比的信号，其非线性行为更为复杂。多个频段的信号同时放大时会产生互调失真与交调干扰，这些失真分量可能落在接收频带内，导致终端自身的灵敏度恶化。同时高阶调制方式对放大器的线性度提出严格要求，非线性失真会使信号质量指标超标，最终影响上行数据的解调成功率。因此对射频功率放大器进行线性优化，成为多频多模终端设计中不可回避的工程任务。线性优化的目标是在保持较高功率效率的前提下，抑制放大器产生的各类失真分量，使终端能够在不同频段与不同制式下输出符合协议要求的信号。
多频多模终端中功率放大器非线性失真的来源可以分为三个方面。放大器晶体管的固有传输特性使得输入与输出之间无法保持理想的线性关系，当信号幅度接近饱和区时增益出现压缩。偏置网络与匹配网络中的电抗成分带来了记忆效应，放大器的当前输出不仅取决于当前输入，还与过去一段时间内的输入信号有关。多频段同时工作时，不同频率信号进入同一放大器会产生丰富的互调产物，这些产物的数量随频段数量增加而急剧增长。在多频多模终端中，上述非线性机制相互叠加，形成复杂的失真频谱。线性优化的首要任务是识别主要失真来源并针对性地采取抑制措施。静态非线性可以通过功率回退来改善，即让放大器工作在线性区而非饱和区，但这种方法会显著降低效率，终端发射相同功率时需要消耗更多电池电量。记忆效应无法通过功率回退彻底消除，需要采用专门的补偿技术。多频互调则要求在放大器设计阶段就考虑各频段之间的隔离度与谐波抑制能力，从电路层面减少互调产物的生成。
数字预失真技术是目前多频多模终端中最广泛采用的线性优化方法。该技术在数字基带侧对输入信号进行预处理，加入一个与放大器非线性特性相反的失真分量，使得经过放大器后的整体输出恢复为原始信号的线性放大版本。与功率回退相比，数字预失真的优势在于可以在放大器工作于高效率饱和区的同时获得良好线性度。多频多模终端对数字预失真提出了特殊要求。不同频段的功率放大器具有不同的非线性特性，同一个频段内在不同输出功率等级下的特性也存在差异。因此终端的数字预失真模块必须具备自适应能力。终端在发射业务数据的同时会周期性发送训练序列，接收端的反馈回路将放大器的输出信号耦合回来，与原始发射信号进行比较，计算出当前的非线性误差，并实时更新预失真系数。这个过程需要在短时间内完成，以跟踪放大器因温度变化或电源电压波动引起的特性漂移。在多频段同时发射的场景下，数字预失真还面临反馈回路带宽不足的问题。多个频段的失真分量会扩展出较宽的频谱，要求反馈接收机的带宽覆盖所有互调产物的频率范围，这增加了终端的设计难度。模拟线性化技术作为数字预失真的补充，在多频多模终端中也得到大量应用。模拟线性化在射频或模拟域对放大器进行偏置调节或电路结构优化，不需要复杂的数字计算与反馈回路。自适应偏置电路是常见的模拟线性化方法。该电路检测输入信号的包络幅度，当输入信号较大时动态提高放大器的静态工作电流，使得放大器在大信号条件下的增益压缩得到补偿。自适应偏置的响应速度需要足够快以跟随信号包络的变化，多频多模终端的信号包络变化速率较高，这对偏置电路的带宽提出要求。反馈结构也是一种常用的模拟线性化方法，将放大器的输出信号按比例反馈到输入端，通过负反馈机制降低非线性失真。反馈结构实现简单，但可能会引起放大器的不稳定，且在高频段反馈深度有限。前馈结构将放大器的输出信号与输入信号进行对比提取失真分量，然后将该失真分量的反相形式注入到主信号路径中。前馈结构线性化效果优异，但需要额外的辅助放大器与延迟线，硬件开销较大，在空间受限的终端设备中应用较少。多频多模终端的模拟线性化主要采用自适应偏置与简单反馈的组合方式。
多频多模终端的功率放大器线性优化还需要考虑不同制式之间的共存干扰。当终端同时进行蜂窝网络的上行传输与无线局域网络的上行传输时，两个发射信号会共用同一功率放大器或者分别经过不同的放大器后通过天线开关合成。无论是哪种情况，两个信号都会在末级产生互调产物。某些互调分量的频率恰好落在蜂窝接收频段或卫星定位接收频段内，导致终端自干扰现象。线性优化在此场景下的任务是抑制这些互调分量的电平。包络跟踪技术是一种有效的工程手段。包络跟踪根据信号的瞬时包络调节放大器的供电电压，使放大器始终工作在峰值效率点附近，同时改善线性度。包络跟踪对多频信号的互调抑制也有积极作用，因为供电电压随包络变化消除了部分低频互调分量。另一种手段是在数字预失真算法中增加多频互调抑制功能，在预失真模型中计入两个频段信号的高阶互调项，通过系数辨识算法主动产生补偿分量。这种增强型数字预失真能够将关键互调产物抑制较高水平，有效缓解终端自干扰问题。在实际产品设计中，这些技术需要与射频前端的天线调谐器、滤波器以及开关共同优化，形成线性度与效率之间的最优折中。
从工程验证与产品落地的角度来看，射频功率放大器线性优化已经在多款多频多模终端芯片组中得到批量化应用。量产终端的射频传导测试结果表明，采用数字预失真配合自适应偏置的方案，在最大发射功率条件下，各频段的信号质量指标可以控制在较低水平，远优于协议规定的门限值。同时功率效率相比单纯功率回退方案有显著提升，对应整机发射功耗下降较为明显。在多频段同时工作的场景下，经过线性优化后的终端在接收频段的互调干扰电平低于接收灵敏度的恶化门限，基本不对接收性能产生可测量的影响。这些成果的取得依赖于线性优化技术的工程化落地，包括数字预失真系数的快速收敛算法、自适应偏置电路的片上集成以及包络跟踪与功率放大器的协同设计。线性优化不再是射频设计完成后的补救措施，而是与放大器晶体管选型、匹配网络设计以及基带算法开发并行推进的环节。当前已形成的技术体系与工程方法为多频多模终端的大规模生产提供了可靠的基础，保证了终端在各种工作场景下的发射性能与功耗表现。
