W-CDMA模拟预失真功率放大器设计

　　0 引 言

　　随着无线通信技术的发展，各种用于射频功率放大器的线性化技术被进一步研究和应用。尤其是窄带CDMA和第三代移动通信等技术的发展，对功放的线性度提出了更高的要求。在W-CDMA等无线通信系统中，如果采用一般的高功率放大器，由于功率放大器的交调失真，将会出现频谱再生效应，从而干扰相邻信道，甚至产生误码。因而，功率放大器的线性化技术越来越受到关注。目前常用的三种技术分别是：前馈技术(Feedforward)、反馈技术(Feedback)和预失真技术(Pre-Distortion)。

　　在这些线性化技术中，前馈法可以得到很高的线性度，但结构复杂而且昂贵。反馈法有其致命的缺陷，如不稳定，带宽有限。预失真技术中，基带信号中预失真系统需要正确对比源信号和反馈信号，对环路延时补偿有很高的要求，同时系统结构比较复杂;而模拟预失真技术有其结构简单，成本低，线性度较好等优点，因而已成为中小功率放大器进行线性化的理想技术。

　　针对W-CDMA直放站下行链路的线性度要求，利用预失真技术设计了一个平均发射功率为41 dBm的功率放大器。该设计采用一对反向并联的二极管产生非线性失真分量，并利用这个非线性分量补偿功放的非线性失真。

　　1 放大器的非线性

　　如图1所示，理想线性放大器的输入和输出关系可以表示为Vout=K1Vin，其中K1为放大倍数。但是作为半导体器件，当功率放大器的输入信号较大时，管子出现饱和现象，于是导致了输出信号压缩，产生高次谐波，引起失真。所以输出应该包括平方律项和三次项等高次分量，它的输出可以用幂级数式(1)表述：

　　从式(2)可以看出，由于系统的非线性特性，在输出信号中，除了有输入信号的频率外，还会出现新的直流分量和如同2ωi，3ωi，…等的谐波分量。如果输入的信号为双频信号Vin=A1cos(ω1t)+A2cos(ω2t)，通过同样的分析可以发现，最终输出口的成分由支流成分、基波ω1和ω2、二次和三次谐波2ω1，2ω2及3ω1，3ω2、二阶互调分量ω1±ω2、三阶互调分量2ω1±ω2及ω1±2ω2等分量组成。一般情况下，仅2ω1-ω2和2ω2-ω1落在通带内。双音三阶互调是非线性中三次方项产生的，由于落在带内，故主要考虑的是非线性产物。这些非线性产物都会干扰载波信号，造成交调失真、谐波失真等非线性失真。当多载波输入时，影响较严重的是三阶交调失真。

　　2 模拟预失真原理

　　从原理上看，预失真线性化技术是改进线性特性的一项最简单的技术，其原理如图2所示，即在RF放大器的前面加入预失真器，预失真器的特性与RF放大器的特性精确匹配，当信号经过预失真器和RF放大器组成的级联系统时。由于预失真器与RF放大器的特性相互补偿效果，使得输出信号为完全无失真信号，从而达到线性化目的。这种补偿原理如图3所示，图3(a)与图3(b)曲线互相补偿，得到图3(c)完全无失真的输出信号。