淺談逆TDNN模型線性化功率放大器

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　　本文在抽頭延時神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(TDNN)的基礎(chǔ)上，提出了一種可用于高功率放大器的數(shù)據(jù)捕獲、分析、建模和線性化的有效數(shù)字預(yù)畸變過程。利用基帶信號分析，對大功率RF放大器的記憶效應(yīng)進行了識別與建模。

　　當前研究工作越來越多地關(guān)注大功率放大器線性化中的記憶效應(yīng)，尤其是在蜂窩基站收發(fā)系統(tǒng)中的應(yīng)用。盡管對功率放大器線性化已經(jīng)進行了很多研究，具有惡化線性電路性能的長記憶強非線性系統(tǒng)的線性化，仍然存在許多具有挑戰(zhàn)性的課題，這些問題是與記憶引起的復(fù)雜非線性畸變相關(guān)。

　　利用許多不同的函數(shù)或算法，已經(jīng)開發(fā)出多種RF功率放大器性能建模方法。最近，研究人員開始應(yīng)用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進行RF大功率放大器的基帶性能建模，甚至將其應(yīng)用于數(shù)字預(yù)畸變技術(shù)，這是由于在快速非線性分析，高可復(fù)用性以及任意非線性系統(tǒng)通用性上取得的進展。由于基本的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)并不能充分反映建模中的記憶效應(yīng)，因此引入了帶有延遲抽頭的加強型神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。

　　本文開發(fā)了一種有效的線性化過程，該過程采用TDNN來進行精確的性能建模和功率放大器的線性化過程。另外，使用相同的TDNN結(jié)構(gòu)，選擇間接學習過程來提取一個功率放大器逆模型。此逆TDNN模型直接用作功率放大器預(yù)畸變器。針對WCDMA下行鏈路信號，對帶和不帶延時抽頭的線性化結(jié)果進行了比較分析。使用WCDMA下行鏈路信號對模型結(jié)構(gòu)和線性電路的正確性進行了驗證。

　　用于測試的硬件配置

　　功率放大器，簡稱“功放”。很多情況下主機的額定輸出功率不能勝任帶動整個音響系統(tǒng)的任務(wù)，這時就要在主機和播放設(shè)備之間加裝功率放大器來補充所需的功率缺口，而功率放大器在整個音響系統(tǒng)中起到了“組織、協(xié)調(diào)”的樞紐作用，在某種程度上主宰著整個系統(tǒng)能否提供良好的音質(zhì)輸出。

　　利用三極管的電流控制作用或場效應(yīng)管的電壓控制作用將電源的功率轉(zhuǎn)換為按照輸入信號變化的電流。因為聲音是不同振幅和不同頻率的波，即交流信號電流，三極管的集電極電流永遠是基極電流的β倍，β是三極管的交流放大倍數(shù)，應(yīng)用這一點，若將小信號注入基極，則集電極流過的電流會等于基極電流的β倍，然后將這個信號用隔直電容隔離出來，就得到了電流(或電壓)是原先的β倍的大信號，這現(xiàn)象成為三極管的放大作用。經(jīng)過不斷的電流及電壓放大，就完成了功率放大。

　　為了獲得功率放大器的動態(tài)AM-AM和AM-PM特性，圖(1)所示測試配置采用Agilent Technology公司的電子信號發(fā)生器(ESG)樣機E4438C ，矢量信號分析儀(VSA)軟/硬件樣機89641A和高級設(shè)計系統(tǒng)(ADS)仿真軟件。在測試中用ESG 生成WCDMA 信號，并加于放大器。對從功率放大器輸出的WCDMA信號進行下變頻后，VSA 將基帶I和Q路信號收集起來。通過將輸出I/Q信號與輸入信號相比較，可以確認動態(tài)基帶AM-AM和AM-PM特性。ADS數(shù)字包通過GPIB和IEEE1394接口控制測試系統(tǒng)。ESG為VSA 提供了用于同步的外部觸發(fā)和參考信號。功率放大器最末級由Freescale的 170 W-PEP LDMOSFET組成的兩個推挽放大器并行連接來實現(xiàn)，具有340 W-PEP。 圖(2)給出了放大器最末級的圖片，其中包括輸出端的隔離器和偏置網(wǎng)絡(luò)。最末級由MRF9045，45W-PEP LDMOSFET驅(qū)動。整個放大器鏈路具有49 dB 的功率增益和54 dBm的飽和輸出功率。

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　　圖(1)獲取輸入與輸出基帶I/Q信號的 測試裝置

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　　圖(2)放大器的最后形態(tài)