基于正交切比雪夫多项式的跳频功放线性化技术研究

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跳频技术具有抗干扰能力强、易于组网等特点,被广泛用于军事和民用通信中。作为跳频通信系统的重要组件,功率放大器的线性化程度影响着整个系统的传输效率、能耗和通信质量。现代跳频通信系统采用高阶调制来保证高频谱利用率,但同时将造成严重的功放非线性失真,降低通信质量。目前的功放线性化技术研究多集中于定频数字预失真领域。针对此问题,本文设计了一种跳频功放线性化技术方案,并基于FPGA进行工程实现。主要研究内容包括:第一,确定跳频通信场景下的数字预失真器模型。针对记忆多项式等模型中数据矩阵的条件数随模型阶数的提高而快速增长,导致数字预失真器不稳定的问题,采用正交切比雪夫多项式构造预失真器,保证算法的稳定性。同时采集实测功放的数据并分析其非线性特性,据此设计功放的模型维度,并与记忆多项式模型进行性能对比。第二,设计跳频功放线性化技术方案。根据功放在相邻频点工作特性类似的特点,采用相邻频点共用同组校正系数的分段方式,兼顾系统的性能和复杂度。同时跳频通信工作频点时刻改变,为降低求解校正系数时矩阵的病态程度,应用吉洪诺夫正则化算法计算校正系数。将拟合的功放模型加入到链路中进行仿真,验证方案的可行性和性能。第三,基于FPGA进行跳频功放线性化技术实现和工程验证。实现过程中吉洪诺夫正则化算法的开发使用高层次综合工具完成,提高开发效率。针对关键模块进行优化设计,评估资源消耗。实验结果验证了跳频功放线性化方案的可行性和校正系数分段的适用性。对于采用QPSK/16QAM调制方式的10MHz宽带信号,跳频功放线性化技术可将其ACPR指标从-33d Bc降低至-46d Bc。本文研究了跳频场景下的功放线性化方案,包括基于正交切比雪夫多项式的功放和预失真器建模方法及校正系数的提取算法。研究成果可应用于车载及背负式跳频电台、卫星通信等跳频通信场景中,以提高功率放大器的线性度,降低带外频谱增生。
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