基于Volterra级数的射频功率放大器记忆效应表征与建模研究-信息与通信工程专业论文.docxVIP

Classified Index: TN98 U.D.C: 621.3 Dissertation for the Master Degree in Engineering CHARACTERIZATION AND MODELING OF MEMORY EFFECTS OF RF POWER AMPLIFIERS BASED ON VOLTERRA SERIES Candidate： Sun Jinlong Supervisor： Prof. Wu Zhilu Academic Degree Applied for： Master of Engineering Speciality： Information and Communication Engineering Affiliation： School of Electronics and Information Engineering Date of Defence： June, 2014 Degree-Conferring-Institution： Harbin Institute of Technology 摘 要 现代无线通信体制中普遍采用了非恒定包络的线性调制方式，要求射频功率 放大器在保持合适的功率和效率同时，保证一定的线性度。研究发现，传统的线 性化电路由于设计过程所参考的放大器模型没有考虑记忆效应影响，其工程表现 往往不如理论预期。随着宽带通信系统的迅速发展，研究放大器记忆效应，并进 一步建立更真实而实用的射频功率放大器模型，显得十分必要。以矢量网络分析 为依据的射频器件多端口行为模型，是目前射频领域的研究趋势；以是否包含记 忆效应为判断标准，可将这种行为模型分为静态模型和动态模型两类。如何从静 态模型逐步过渡到动态模型构成了本课题的研究路线。 在静态非线性行为模型方面。本文从经典 Volterra 级数理论出发，总结并提出 了包络域 Volterra 算法，它是一个比经典 X 参数模型更一般化的静态行为模型。包 络域 Volterra 算法完美地包含了射频器件的三个非线性来源，即谐波非线性映射、 互调非线性映射和 AM-AM 变换。算法的关键在于明确各端口入射各次谐波及其 交互项到各端口各次谐波输出的映射关系。实验结果显示出该算法在预测无记忆 效应射频器件行为特性时的能力。 针对记忆效应本身，遵循从内部物理机理到外化了的特性表征这一研究思路。 前者的研究对象集中在电学记忆效应、热学记忆效应和基带效应三方面，分别通 过理论推导和实验验证了三类因素是如何作用于放大器的。实验表明，陷阱时间 常数、热时间常数、输入信号包络幅度和包络频率都直接或间接影响着器件的记 忆特性。本文提出利用特征 Volterra 系数描述三阶互调非对称性，继而表征记忆效 应的方法。实验结果揭示出记忆特性随着双音激励的频率间隔发生变化；结合对 三阶截断 Volterra 级数的分析，推导出记忆特性随双音频率间隔变化的数学模型， 模型拟合曲线吻合了之前的表征结果。 从静态行为模型到包含记忆效应的动态行为模型，本文完成了三个创新工作： 提出包络域记忆 Volterra 算法，该算法中的 Volterra 记忆核与现有动态 X 参数理论 中的记忆核相比，具有更普遍的意义；提出离散化动态 X 参数模型，实验结果显 示该模型可以更真实地预测包含记忆效应的放大器行为，平均记忆核和记忆时间 窗口概念的提出和应用，使算法更加简洁实用；提出针对双音大信号激励的互调 X 参数模型理论，实验显示，测量平台提取得到的互调 X 参数可以直接用于 ADS 电 路仿真。 关键词：Volterra 级数；记忆效应；行为模型；包络域；互调失真；X 参数 I - Abstract Linear modulation with non-constant envelope has been widely used in modern wireless communication, thus, RF power amplifier is asked to keep appropriate power and efficiency, at the same time guarantee the linearity. Research found that due to the reference amplifier model reckoning without memory effects, traditional linearization circuits’ engineering performance are not as good as theories expected. With the rapid developm