射频功率放大器数字预失真与包络追踪协同及多频多模终端线性度优化

分享到:

多频多模终端中的功率放大器需要在不同的频段与调制格式下保持高线性度,同时维持可接受的能效水平。数字预失真技术在基带对输入信号施加与放大器非线性相反的畸变,抵消放大器产生的交调与谐波分量。包络追踪技术根据输入信号的包络幅度动态调整放大器的供电电压,使放大器在不同的输出功率水平下接近饱和工作区以提高效率。两种技术的协同运行体现在包络追踪改变放大器的偏置状态后,放大器的非线性特性随之变化,预失真器需要同步更新其矫正系数以匹配新的非线性曲线。预失真系数的更新速度需跟上包络追踪调制器对偏置电压的调整速度,更新滞后会导致预失真与放大器实际特性之间的失配。线性度优化在多频段场景下的复杂度在于不同频段的放大器具有不同的相位失真特性,预失真器需要为每个频段维护独立的系数表。
 
2d0f5913c3fdda1f32bb01b154a358c9
 
数字预失真器的模型结构选择影响其对放大器记忆效应的补偿能力。无记忆模型仅基于当前输入信号的幅度计算矫正量,适用于窄带信号或记忆效应较弱的放大器。记忆效应在宽带信号与高频段放大器中较为明显,表现为放大器的输出不仅取决于当前输入,还受到过去数个符号周期内输入信号的影响。记忆多项式模型在无记忆模型的基础上增加了延迟项的交叉项,延迟深度由放大器记忆效应的时间常数决定。模型阶数的选择在精度与计算复杂度之间折中,阶数较高时拟合精度提高但系数估计所需的样本数增加。系数估计算法采用最小二乘或递归最小二乘,递归算法在放大器的非线性特性随时间缓慢变化时能够跟踪系数的漂移。系数量化与查找表存储的位数需足够以捕捉非线性畸变的细节,位数不足时预失真后的残余失真仍可能导致带外辐射超标。
 
包络追踪调制器的带宽直接影响其对高速率信号的跟踪能力。包络信号的频谱宽度约为调制信号带宽的数倍,调制器需具备相应的带宽以不失真地放大包络信号。带宽不足时包络追踪电压的变化滞后于实际包络,放大器在部分时间内工作在偏置电压与输出功率不匹配的状态,效率提升幅度减小。调制器的拓扑结构包括线性放大级与开关转换级的组合,线性级提供低噪声与高速响应,开关级提供高效率与功率输出。两级的偏置电流分配对整体效率有影响,线性级偏置电流较高时响应速度较快但静态功耗增加,开关级偏置电流较高时输出阻抗降低但转换损耗增加。调制器输出电压的纹波需控制在放大器的电源抑制比允许的范围内,纹波过大时将电源噪声调制至射频输出端,产生额外的带外分量。
 
预失真与包络追踪的协同在系统层级表现为系数更新与偏置电压调节的时序配合。包络追踪调制器在检测到信号包络变化时调整偏置电压,偏置电压的调整延迟由调制器的群延迟决定。预失真器在获得更新后的偏置电压值之前无法精确计算矫正系数,因为放大器的非线性曲线在偏置电压变化后改变。同步机制将偏置电压的调整信息以数字格式传送至预失真器的系数更新模块,模块根据偏置电压值从系数表中读取对应的预失真系数。系数表在放大器校准阶段测量不同偏置电压下的非线性特性并存储,测量点的间隔需确保插值误差小于量化噪声。校准阶段的测量工作量随频段数量与偏置电压点数的增加而增加,缩短校准时间的技术包括基于模型的参数外推与自动测量流程优化。
 
多频段场景下的预失真系数管理需要处理频段切换时的系数加载时间。终端在不同频段间切换时,预失真器需要加载目标频段的系数表并验证其有效性。系数表的尺寸随模型阶数与记忆深度的乘积增长,大尺寸系数表的加载可能延迟切换完成的时间。压缩存储技术通过将系数表分解为基函数与权重系数的组合来减少存储空间,基函数表征放大器非线性的通用形状,权重系数表征特定频段下的幅度缩放与相位偏移。加载时只需读取权重系数即可重建预失真器,重建的计算时间取决于基函数的实现复杂度。频段切换的间隙预留足够的加载时间,加载时间的估算需覆盖最坏情况下的存储器访问延迟。
 
多频多模终端的线性度验证通过误差矢量幅度与邻近信道泄漏比两项指标进行。误差矢量幅度测量调制精度,邻近信道泄漏比测量带外发射。两项指标在不同频段与输出功率水平下的测量值需满足标准规范的要求。测量过程中放大器的温度变化影响非线性特性,预失真器的系数需根据温度传感器读数进行补偿。温度补偿系数的来源为出厂前在全温度范围内的测试数据,测试数据拟合为温度的多项式函数。温度变化较快的场景中补偿系数的更新频率需提高,更新频率过高时引入数字信号处理器的额外负载。从预失真模型到包络追踪调制器再到系数管理,射频功率放大器的线性度优化正在通过预失真与包络追踪的协同在多个频段与调制格式之间保持性能一致,这种一致性依赖于对放大器非线性状态的多维度感知与补偿。
 
更多资讯内容,详见文章
相关资讯
GaN射频功率放大器数字预失真与包络追踪协同优化及多频多模终端线性度提升

氮化镓功放非线性与记忆效应需数字预失真补偿,包络追踪则动态调整供电电压提升效率。两者协同将电压纳入预失真模型,实现联合优化。多频多模下采用分频段系数与场景自适应参数管理,在嵌入式平台完成闭环校准,兼顾宽带信号线性度与效率。

射频功率放大器数字预失真与包络追踪协同及多频多模终端线性度优化

数字预失真器模型阶数由记忆效应时间常数决定,递归最小二乘跟踪系数漂移。包络追踪调制器带宽匹配信号包络频谱,线性级提供高速响应,开关级输出功率。系数表在放大器校准阶段测量不同偏置电压下非线性特性并存储。压缩存储将系数表分解为基函数与权重系数以减少频段切换加载时间。温度补偿系数基于全温度范围测试数据拟合。

射频功率放大器线性优化在多频多模终端中的应用实践

针对多频多模终端中射频功率放大器的非线性失真问题,采用数字预失真与自适应偏置协同优化方案,结合包络跟踪与互调抑制技术,在保持较高功率效率的同时有效抑制互调干扰,保障多制式多频段下的发射信号质量。

5G时代射频功率放大器:如何满足高频通信的适配要求与性能优化?

5G时代射频功率放大器面临高频、高效率、高线性度的多重适配要求。采用氮化镓材料与分布式电路结构可应对频率提升挑战,结合多尔蒂与包络跟踪技术优化效率,通过数字预失真补偿非线性,配合先进封装与热管理保障可靠性,从而满足5G高频通信的严苛需求。

宽禁带半导体材料在射频功率放大器中的应用

基于氮化镓与碳化硅的宽禁带半导体材料,凭借高临界击穿场强与出色热导率,成为射频功率放大器的核心选择。其在第五代移动通信基站、有源相控阵雷达及工业科学领域的应用中展现出高效率与高功率密度优势。尽管面临成本与可靠性挑战,该技术正深刻推动射频系统的革新。

精彩活动