射頻信號發(fā)生器中的預(yù)失真技術(shù)通過引入與功率放大器（PA）非線性失真特性相反的預(yù)失真信號，實現(xiàn)信號線性化處理，其核心實現(xiàn)方式可分為數(shù)字預(yù)失真（DPD）和模擬預(yù)失真兩大類，具體實現(xiàn)原理及技術(shù)細(xì)節(jié)如下：
一、數(shù)字預(yù)失真（DPD）技術(shù)實現(xiàn)
數(shù)字預(yù)失真通過數(shù)字信號處理（DSP）或現(xiàn)場可編程門陣列（FPGA）在基帶或中頻階段對信號進行預(yù)處理，其實現(xiàn)步驟如下：
- 非線性特性建模
- 數(shù)據(jù)采集：通過耦合器或定向耦合器采集PA的輸入/輸出信號，利用矢量信號分析儀（VSA）獲取幅度-幅度（AM-AM）和幅度-相位（AM-PM）失真數(shù)據(jù)。
- 模型選擇：采用多項式模型（如Volterra級數(shù)）、記憶多項式模型（MP）或廣義記憶多項式模型（GMP）擬合PA的非線性特性。例如，GMP模型通過引入交叉項參數(shù)（如Lead Order、Lag Order）修正PA的記憶效應(yīng)，適用于寬帶信號（>100MHz）的預(yù)失真。
- 參數(shù)優(yōu)化：使用最小二乘法（LS）或遞歸最小二乘法（RLS）等算法迭代優(yōu)化模型參數(shù)，使預(yù)失真信號與PA失真特性精確匹配。
- 預(yù)失真信號生成
- 查表法（LUT）：將PA的AM-AM/AM-PM曲線離散化為查找表，根據(jù)輸入信號幅度實時查詢預(yù)失真增益和相位補償值。該方法實現(xiàn)簡單，但無法修正PA的記憶效應(yīng)，適用于窄帶信號。
- 動態(tài)模型法：基于記憶多項式或GMP模型，通過實時計算生成預(yù)失真信號。例如，NI應(yīng)用級射頻半導(dǎo)體測試軟件RFIC支持通過設(shè)置非線性階數(shù)和記憶深度參數(shù)，直接生成預(yù)失真信號。
- 反饋與自適應(yīng)調(diào)整
- 閉環(huán)校正：將PA輸出信號反饋至數(shù)字預(yù)失真模塊，與原始輸入信號對比，動態(tài)調(diào)整預(yù)失真參數(shù)以補償溫度、偏壓變化或器件老化引起的性能漂移。例如，采用PLMS（Projected Least Mean Squares）算法可使自適應(yīng)收斂速度提升15倍，在60dB信噪比下實現(xiàn)5dB信號失真噪聲比增益。
- 硬件實現(xiàn)
- DSP/FPGA處理：將預(yù)失真算法部署在高速數(shù)字信號處理器或FPGA中，實現(xiàn)實時信號處理。例如，5G基站中DPD技術(shù)結(jié)合Doherty放大器，可將功率效率提升至50%，支持超200MHz帶寬。
二、模擬預(yù)失真技術(shù)實現(xiàn)
模擬預(yù)失真通過模擬電路在射頻（RF）或中頻（IF）階段對信號進行預(yù)處理，其核心實現(xiàn)方式如下：
- 非線性電路設(shè)計
- 二極管限幅器：利用二極管的非線性特性實現(xiàn)幅度擴展。例如，在高驅(qū)動電平時，二極管導(dǎo)通增加路徑衰減，補償PA的增益壓縮特性。
- 并行信號路徑：設(shè)計兩條并行路徑（線性增益路徑和非線性壓縮增益路徑），通過相減輸出實現(xiàn)增益擴展。例如，非線性路徑采用壓縮非線性放大器，其增益隨輸入信號幅度增加而降低，從而補償PA的增益衰減。
- 相位與幅度補償
- 相位移和衰減器：通過調(diào)整模擬預(yù)失真器的相位和幅度響應(yīng)，使其與PA的失真特性匹配。例如，基于二極管的預(yù)失真器電路中，并聯(lián)電容用于調(diào)整相位移，實現(xiàn)正幅度偏差和負(fù)相位偏差補償。
- 局限性
- 帶寬限制：模擬預(yù)失真受功放增益和相位平坦度限制，工作帶寬較窄，且難以控制附加模擬硬件的非線性特性。
- 精度不足：受器件參數(shù)漂移影響，模擬預(yù)失真性能穩(wěn)定性較差，通常僅適用于對線性度要求適中的場景（如移動無線電）。
三、技術(shù)對比與典型應(yīng)用
四、技術(shù)發(fā)展趨勢
- AI融合：結(jié)合機器學(xué)習(xí)算法（如神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)）實現(xiàn)更精準(zhǔn)的PA非線性特性預(yù)測和預(yù)失真參數(shù)優(yōu)化，提升系統(tǒng)適應(yīng)性。
- 高頻化：隨著6G和太赫茲通信發(fā)展，DPD技術(shù)需進一步優(yōu)化以支持更高頻段（>100GHz）和更寬帶寬（>1GHz）的信號處理。
- 集成化：將DPD算法與射頻前端芯片集成（如RPU射頻處理單元），降低系統(tǒng)成本和功耗，推動技術(shù)在消費電子領(lǐng)域的普及。
