基于RS频谱与信号分析仪的数字预失真原理

Doherty功率放大器虽然效率较高，但是其线性度通常较差，需要采用数字预失真技术对其线性化。为了满足越来越高的通信速率，Doherty功放的工作带宽也越来越宽。因此，为了评估Doherty功放的线性化性能，搭建宽带的数字预失真平台很有必要。本文采用基于R&S信号与频谱分析仪（FSW26）的数字预失真平台，对实验室的宽带Doherty功放进行了线性化实验。实验表明，无论是单频，并发双频，还是并发多频工作模式，宽带Doherty功放搭配数字预失真技术后都可获得较好的线性度。

1. 引言

随着通信速率变得越来越高，信号带宽也越来越宽，特别是载波聚合技术的采用，使得发射机所需支持的带宽也显著增加。面对载波聚合技术的挑战，一种较经济的发射机方案是并发多频发射机。这种场景下，一条发射通道既要能支持传统的单载波的通信信号，同时也需要能支持并发多频的载波聚合信号，因此，即发射通道的带宽也显著增加。发射通道上功率发大器的带宽是发射通道带宽的主要瓶颈，特别是Doherty功率放大器，虽然其效率明显优于传统的AB类功率放大器，但是典型的Doherty功率放大器的相对带宽只有10%左右。为了面对并发多频发射机的挑战，近几年来，宽带Doherty功放的设计成了功放研究领域的关注重点。

Doherty功率放大器的线性度较差，通常需要搭配数字预失真技术（DPD）才能在基站中使用。因此， 宽带Doherty功放除了效率、带宽指标需要关注外，能否线性化也是目前业内比较关注的话题。Doherty功放设计完成后，需要测试其DPD后的线性度性能，以完成对所设计的功放的整体性能评估。

2. 数字预失真原理

通常情况下，功率放大器在饱和工作状态下，效率更高，以Doherty功率放大器为例，在回退功率点，主路功放工作于饱和状态，在峰值功率点，主路功放和辅路功放均处于饱和状态，因此，Doherty功放在峰值和回退点都能获得较高的效率。然而，饱和状态下的功放由于增益压缩，会表现出非线性失真，即输出信号的带宽会比原始输入信号更宽。

图1、数字预示真原理示意图

为了消除功放的这种失真，数字预失真技术的思路是在数字域对输入信号进行预先处理，相当于在基带信号上叠加了与功放失真信号大小相等，相位相反的分量，最终预先叠加的分量与功放自身产生的失真分量相互抵消，达到了线性化的目的。图1则是从增益的角度解释了数字预失真技术的原理，从中可看出，功放的增益(曲线的斜率) 在输入信号较大时会降低，而预失真模块的增益(曲线的斜率) 则是在输入信号较大时增益升高，最终二者级联，使得输入输出曲线为一条直线(增益平坦)。