非线性射频功率放大器行为模型的分析与比较
其后的非线性函数模块 N(⋅) 组成。表示为[1]：
∑ y(l)
=
N
[
H
(q)
x(l
)]
=
N
⎡M −1 ⎢⎣ m=0 bm
x(l
−
m)⎤⎥⎦
=
∑ ∑ ∑ K
h2k −1
⎡ ⎢
M
−1
bm
x(l
−
m)
2(k −1)
⋅
M
−1
bm
x(l
−
⎤ m)⎥
（7）
k =1
⎢⎣ m=0
m=0
⎥⎦
M −1是所考虑的之前抽样个数，也代表模型的记
Key words：Behavioral models, Power amplifier, Nonlinearity, Memoryless, Linear memory, Nonlinear memory
引言
无线通信电路与系统级仿真时，需要建立功率 放大器的模型。建立精确的模型对无线系统仿真， 尤其是对预失真放大器系统的设计与仿真有着非 常重大的意义。
频信号之间的关系如下[4]：
忆深度。这里使用有限冲击响应滤波器(FIR)表示
xRF (t) = Re[ x(t) exp( jωct)]
yRF (t) = Re[y(t) exp( jωct)]
（1） （2）
ωc 代表载波频率， xRF (t) 和 yRF (t) 分别是射频输
入输出信号。
传统的准静态无记忆模型的离散形式为：
如下[4]：
∑ y(l) = K H2k−1(q) x(l) 2(k−1) x(l) = k =1
∑ ∑ K
M −1
bm,2k −1
x(l − m) 2(k−1)
x(l − m)
（9）
k =1 m=0
其中，子下标 2k −1与该阶相对应的非线性项线性系
统的系数。PH 模型的复系数数量为 MK −1。PH 模
型的结构如图 1 所示。其中和标准 Hammerstein 模
型之间的差别是不同阶的贡献，比如三阶和五阶，
分别用不同的滤波器 Hi (q) 来滤波。由 Hammerstein 到 PH 模型的扩展是为了模型具有非线性记忆效应 的功率放大器。从测试上来看，非线性记忆效应可
以看成为上下边带失真的不平衡性。
2. Beijing University of Posts and Telecommunications, Beijing 100876, China)
Abstract ： In order to design and optimize high-linearity radio frequency (RF) power amplifier (PA) and communication subsystem, it is very necessary to build correct PA behavioral model in system-level simulation. This paper introduces concept and classification of behavioral models, gives model algorithm of a few reported behavioral models, analyzes and compares with the performances of these models, and meanwhile, two kinds of improved models is proposed. By analysis and comparison, we can draw conclusion: when specifying types of input signal, signal bandwidth, and operating frequency, a suitable behavioral model can be specified to model PA according to model performance and complexity. Finally, a universal rules of choosing PA behavioral models is given.
本文主要讨论功率放大器的各种行为模型，并 对它们进行了比较，得出应用各种行为模型的适用 条件及其性能特点。
1 行为模型算法
在讨论功放行为模型算方法之前，首先区分两 种不同模型类别是必要的：处理射频信号的通带功 放模型和处理包络信息的基带功放模型。因为仅仅 包络携带了有用信息，因此功放通常采用基带模
型。这种模型将输入复包络信号 x(t) 直接映射到输 出复包络信号 y(t) 上。输入输出的复包络信号和射
[ ] ∑ y(t) = f (x(t) = K a2k−1 x(t) 2(k−1) x(t) k =1
和 saleh 模型
A(t)
+ β A [A(t
)]2
φ
y
[A(t
)]
=
1
αφ A(t)2
+ βφ [A(t)]2
（4） （5） （6）
(2)和(3)是考虑线性记忆的行为模型；(4)、(5)、(6)、 (7)、(8)是考虑了非线性记忆效应的行为模型。
就射频功率放大器的非线性行为模型来说，主 要分为两类：无记忆行为模型和有记忆行为模型。
* 收稿日期：2007-10-08
基金项目：国家自然科学基金（60573111）；高等学校博士学科点专项科研基金（20030013010）
第 24 卷增刊
南敬昌等：非线性射频功率放大器行为模型的分析与比较
171
在给定温度和直流偏置情况下，窄带功率放大器可 1.1 无记忆模型
摘 要：为了设计和优化高线性功率放大器和通信子系统，系统级仿真中，构建功率放大器精确的行为模型是 必要的。这篇文章阐述了功率放大器行为模型的概念与类型，详细给出了各种行为模型的算法，分析和比较了这些 行为模型的适用情况和性能，同时提出了两种改进模型。通过分析和比较得出：当指定输入信号的类型、带宽和工 作频率时，根据模型性能及其复杂度，能够选择一种合适的行为模型来表示功率放大器的特性；最后给出了射频功 率放大器行为模型选择的原则。
y(l) = H (q)N [x(l)] =
∑ ∑ M −1 bm
K
h2k −1
x(l − m) 2(k−1) x(l − m) （8）
m=0 k =1
Hammerstein 模 型 的 复 系 数 的 数 量 为
172
微波学报
2008 年 10 月
M + K = M + (O + 1) / 2 。Hammerstein 和 Wiener 模型 是描述考虑记忆效应的功率放大器和预失真器非
x(t) = A(t)e jφ(t) ,α A 、β A 、αφ 、βφ 是功放 AM/AM
特性 Ay [ A(t)] 和 AM/PM 特性φy [ A(t)] 的拟合参数。
无记忆模型适合于窄带输入信号和温度不变的功
放系统。
1.2 Wiener 模型
Wiener 模型（H-N）是由线性滤波器 H (q) ，和
uk (l) = Fk (x(l)) = x(l) 2(k−1) x(l)
F1(x) u1(l) H1(z) y1(l)
x(l )
F2 (x) u2 (l) H 2 ( z) y2 (l)
y (l )
Fk (x) uk (l) H k (z) yk (l) 图 1 并联 Hammerstein 模型方框图
1.5 并联多级 Wiener 模型 并联多级 Wiener 模型（PCWM）是并联在一
起的多个线性滤波器和非线性模块串联组成，如图 2 所示[5，6]。
PCWM 模型输出可以表示为：
P
y(l) = ∑ yp (l) = p =1
H p (z) u p (l) Fp (u)
y p (l)
图 2 并联 Wiener 模型方框图
率放大器，但是当功放系统具有大量的非线性记忆 效应时，这对模型就降低的模型误差来说，和无记
x (l )
H 2 (z) u2 (l ) F2 (u) y2 (l )
y(l )
... ...
... ...
忆模型相比没有明显的优势。
1.4 并联 Hammerstein（PH）模型 PH 模型是 Hammerstein 模型的扩展，其表达式
广义上讲，功率放大器模型可分为两类：用于 电路仿真的物理模型和用于系统级仿真的行为模 型。功放的物理模型描述了组成功放各要素之间的 物理关系，它们之间如何相互影响，通常根据功放 内部工作的物理机理表示为等效电路形式或者 Volterra 多项式模型。行为模型主要用于模拟通信
子系统或模块的特性，完全取决于一组输入输出测 试数据。这种模型能够模拟出功放的非线性和记忆 效应，其缺点是该模型通常是模拟已存在的功率放 大器，而对新设计的功放无能为力。为了获得功放 系统的行为模型，测量功放输入输出数据，并根据 预先定义的模型结构或算法抽取模型参数从而获 得放大器的行为模型。这种模型在通信系统分析和 预失真线性器的设计中可以看作是一种功放非线 性的数学表达，其精度和复杂度主要取决于所采用 的模型结构和参数抽取过程。
值的数量。
H(q) 。 Wiener 模 型 复 系 数 的 数 量 为
M + K = M + (O + 1) / 2 ，其中 O 是该模型的非线性
阶。 1.3 Hammerstein 模型
Hammerstein 模型是非线性模块 N (⋅) 和其后的 线性滤波器 H (q) 组成。除了 FIR 外，有时也使用 无限冲击相应滤波器(IIR)。其表达式可以表示为[1]：
射频功率放大器线性化技术分析
射频功率放大器线性化技术分析摘要：在射频功率放大器应用中，将面临非线性失真的问题，导致通信质量下降。
因此为提升通信质量，满足社会需求，本文将射频功率放大器作为切入点，对其存在的非线性失真进行分析，并围绕线性化技术的应用展开研究，以期可以为从业人员提供相应启示。
关键词：射频功率放大器；通信质量；线性化技术引言：在无线通信技术持续发展的背景下，群众开始追求高功率效率和高频谱利用。
基于此，射频功率放大器的应用率正不断增加。
但射频功率放大器在应用过程中很可能出现非线性失真的问题，从而造成不良后果。
因此为应对上述问题，需要加大研究，认识到线性化技术的重要性，并对其进行规范使用，以满足社会需求，该点对推动通信领域发展具有重要意义。
1.射频功率放大器的特征和非线性失真1.1.特征在分析无线发射机的使用后，可发现射频功率放大器在其中具有重要作用。
在发射机前级电路内，合理调控振荡电路后，将获取射频功率放大器信号，但该种信号的能量相对较低。
在信号功耗较低的情况下，其必须通过相应处理，以此才能形成可以使用的信号，而该种信号可以通过天线传输。
此外，在发送上述信号的过程中，必须针对信号采取有效的管控措施，防止相邻的信道受到不良影响。
在使用射频功率放大器时，需要对输出功率和效率进行充分结合，依照其具有的差异，以实施种类的区分，并依据具体种类，以此对主要特性进行确定，提高射频功率放大器的应用效果。
1.2.非线性失真在理论层面上分析射频功率放大器后，可发现其属于线性，群时延和可以放大的倍数均具有固定性，但在实际应用中，可发现其性能属于非线性。
在非线性系统内，若放大的频率较高，则其将与线性产生一定程度的偏差，而该种偏差即非线性失真。
在射频功率放大器内，非线性失真属于常见问题。
通常情况下，其常见的形式主要有谐波失真和互调失真，由于其处在运行状态时将保持高信号状态，故而其出现非线性失真的可能性较大。
此外，射频功率放大器不具有可靠的运行状况，且非线性和线性放大将随时发生工作状态的转变。
基于多项式模型的功率放大器非线性特性和预失真分析
建 立 了功 放 模 型 后 ， 我们利用 归一化均方误差 Ｎ ＭＳ Ｅ来 评
价 所 建 模 型 的 准确 度 。其 中 ：
∑ｌ 一 ｚ （ ， １ ） Ｉ
ＮＭＳＥ＝ １ ０ １ ｏ ｇｌ ｏ Ｌ ＿ ～
ｚ （ ｔ ） ＝ Ｇ（ Ｉ ｘ （ ｔ ） Ｉ ） ｘ （ ｔ ） ＝ （ ｈ Ｉ ｘ （ ｔ ） ｌ …） ｘ （ ｔ ） ， ｔ ｅ［ ０ ，
证 预失真器 的特性与功放 的特性互 逆 ， 则 输入信 号 Ｘ （ ｔ ） 经 过 预
１ ７ ３
将研究有记忆的功放模型和预失真模型。 ２ ． １ 有 记 忆 功放 模 型 的建 立 对于有记忆功放模型 ， 本 文 采 用 的有 记 忆 多 项 式 模 型 ］ ：
Ｋ ｏ
ｚ （ ｎ ） ＝ ∑ ∑ｈ ｋ ｑ Ｉ ｘ （ ｎ — ｑ ） ｉ ｋ － ， ｘ （ ｎ — ｑ ） ， ｎ ＝ Ｑ ＋ １ ， Ｑ ＋ ２ ， …， Ｎ （ ７ ）
其 中 Ｎ 为采 样 点 ， Ｉ ｘ ｎ ｌ 、
分别 为 Ｘ 的幅值和共轭转置。ｚ 、 分别表示第 ｎ样本 的输出数
据 和 预 失 真 处 理 后 的数 据 ， Ｚ （ ｎ ） 、 ｙ （ ｎ ） 分 别 表 示 输 出 信 号 和 预 失
真处理后 的信号 ， ｘ ＝ （ ｘ － － ， Ｘ Ｎ ） Ｔ ｚ ＝ （ ｚ 一， ｚ Ｎ ） 则为输入样本 的
数据 向量 和输 出信 号 向量 。文章 后 续 部分 用 到 ， 故 此做 出解 释 。
（ ｔ ）
夏 ～
ｚ （ 亡 ）
于 是 问题 转 化 为 ： 已 知 一 组 输 入／ 输 出（ Ｘ ｎ ， ｚ ） ， 确 定 系 数 集 ｛ ｈ ｋ １ 。我 们 采 用 最 小 二乘 法 来 进 行 求 解 。 误 差 函数 为 ｅ ＝ ｙ （ ｎ ）
功率放大器非线性技术分析及解决方法
。 ＋ ｋｖ）。 ， ｖ （ ｖ＋ ３ ｃｓ ＋ ￣
１
ｖ 。 ２ ｆ ，ｃ ｓ 哆 ＋ １ ２
ｃ ｓ 哆ｆ 。 ３ ＋…
（） ３
由（） ３ 式可知 ， 由于放 大器的 非线性 ， 出 输
２功率放大器非线性 的表现形式及其产 生 信号 中除输 入信号频 率外 ， 还出现 了新的直流
１引言
功 率放 大器 广泛 应用于 对 微波功 率 有一 定要 求 的各种微 波设备 中 ， 如电子对 抗设 备 、 微波测量设 备 、 动基站等 。 移 对于微波功率 放 大 器 ， 了 有一定 的功 率 输 出和增 益指 标 以 除 外， 线性 度也是一 个十分重要 的指标 。例 如在 电子 对抗设 备中 ， 了有效 压制敌 方通信 ， 为 达 到较 好 的干扰效 果 ， 必须使 用高功率 放大 器。 但 高功率 放大 器的非 线性 会形 成交调 和互 调 干扰 ， 产生 不必要 的频率分 量 ， 成带 内信 号 造 的失 真 ， 互调 失真将 严重分 散干扰功 率 ， 降低 系统 的干 扰效率 ， 不仅影响 了对敌方通信 的干 扰效果 ， 甚至有 可能影响 己方通信 。在微波 测 试设备 中 ， 由于 功率放大器 的非线性失真所 产 生的 谐波往 往影响 了测试精 度 ； 通信 中 ， 在 功 率放大 器的非线性 失真往往会产生邻 道干扰 ， 从而 引起信 号失真 。因此 ， 这些设备 中对功 在 率放 大 器的线性 度提 出 了很 高 的要求 。虽 然 采用 Ａ 类功放 可能会达 到要求 ， 它的效 率 但 太低 。因此 ， 高功放的基础上 必须对其进行 在 线性化 处理 ， 这样 可以较好地 解决 信号的频谱
号产生 了失真 ， 因此系统对功 率放人器提 出 了 线性度要求 ， 从而产 生 ＿ 『 提高功率 放大器线性 度的不同方法 。
射频功率放大器的研究与设计
射频功率放大器的研究与设计一、本文概述随着无线通信技术的飞速发展，射频功率放大器作为无线通信系统中的关键组件，其性能对整体系统的性能具有重要影响。
本文旨在深入研究射频功率放大器的设计原理、优化方法以及实现技术，旨在提升功率放大器的效率、线性度和可靠性，以满足现代无线通信系统对高性能功率放大器的迫切需求。
本文首先介绍了射频功率放大器的基本原理和分类，分析了不同类型功率放大器的优缺点及适用场景。
随后，详细阐述了功率放大器的设计流程和关键参数，包括增益、效率、线性度等，并探讨了影响这些参数的主要因素。
在此基础上，本文重点研究了功率放大器的线性化技术和效率提升方法，包括预失真、反馈控制、功率合成等，旨在通过优化电路设计、材料选择和工艺实现等手段，提高功率放大器的整体性能。
本文还关注功率放大器的可靠性问题，分析了功率放大器在工作过程中可能出现的失效模式和原因，并提出了相应的改进措施。
通过对功率放大器可靠性设计的探讨，本文旨在为工程师提供实用的设计指导，以提高功率放大器的稳定性和可靠性。
本文总结了射频功率放大器的研究现状和发展趋势，展望了未来功率放大器可能的技术创新和应用领域。
通过本文的研究与设计，希望能够为射频功率放大器的发展和应用提供有益的参考和借鉴。
二、射频功率放大器的基本原理射频功率放大器是无线通信系统中的关键组件，其主要功能是将低功率的射频信号放大到足够高的功率水平，以便在无线信道中进行有效的传输。
射频功率放大器的基本原理可以从线性放大器和非线性放大器两个方面来阐述。
线性放大器在放大信号时，保持输入信号与输出信号之间的线性关系。
这意味着放大器的增益在输入信号的整个动态范围内是恒定的。
线性放大器通常用于需要低失真度和高线性度的应用，如调制和解调过程。
线性放大器的设计需要考虑增益平坦度、噪声系数和线性度等关键指标。
非线性放大器则允许输出信号与输入信号之间存在一定的非线性关系。
这种非线性特性可能会导致信号失真，但在某些应用中，如通信系统中的功率放大，非线性放大器能够提供更高的效率。
基于射频功放的非线性动态模型性能比较
内容纳更多的信道， 要求采用频谱利用率更高的传输技术，
因此线性调制技术如 Ｑ Ｍ、 Ｐ Ｋ等在现代无线通信系统 Ａ Ｑｓ
中被 广泛采用 。
表现 出频率选择特性。如图 １这 类器件模型通 常由两个滤 ， 波器及 央在它们中间的无记忆非线性器组成 。 中 ， 其 滤波器
决定 了有记忆非线性模型的频率选 择特性 。
系统 的唯一可用 的方 法… 。一个射频 功放的线性 性能 的好 坏， 主要取决 于模 型选 择的是否准确 、 高效 。
个带通信号， 但是 Ｙ ｔ也可能含有直流项以及输入信号 （）
的谐 波分量 。
２ １ 基带非线性模型 ．
１ 非线 性动 态模 型 的分类
大多数的通信 系统 功能模块 是线性 的或者可 以用线性
人 的限幅值 ，是“ ｓ 成形 ” 参数。对 于不 同的 ｓ ， 幅器的归 值 限
—
限幅器是一个基带非线性器件， 而射频功放就是一个带通非
线性 器件 。带通非线性 模型的输 入频 率集 中在 ｆ， ｃ而输出的
化输人 一输 出关 系如 图 ２所 示 。注 意 ， ＝ｏ 对应 的 是 ｓ ｏ
“ 限幅器 ， 软” ｍ＝０对应的是“ 限幅器 。 硬”
关键词 ： 线性 ； 态模型 ； 忆效应 非 动 记 中图分类号 ： ９ ４ ＴＮ １ 文献标识码 ： Ａ
随着无线通信和宽带通信业务的飞速发展 ， 通信频段变 得越 来越拥挤 。在 此 前提 下形 成 了一个 重要 的观 点 ， 那就
带 的边缘 以内或附近的分量通 过。 １ ２ 记忆和 无记忆模型 是非线 性的 ， 中有些 其
基带非线性模型输入是实信号 （ ）其输出也是实信 ｔ，
号 Ｙ ｔ ， 以建模为 Ｙ ｔ ＝Ｆ（ ｔ ） （ ）可 （） ｘ（ ） 。最常用 的基带非线 性模 型是幂级数模型和限幅器 模型。幂级数模型的定义为 ：
功率放大器非线性测量和设计的新范例
功率放大器非线性测量和设计的新范例— NVNA非线性矢量网络仪和ADS基于X参数的功放设计非线性测量和设计的创新技术— X参数频率覆盖10MHz-13.5/26.5/43.5/50GHz我很清楚我所设计的放大器增益随着负载的变化而变化，但是传统的“Hot S22”在非线性条件下并不能帮我解决问题。
当我将各级功率放大器级联时，总的输出结果并没有像我所想象的那样。
不知道到底是怎么回事? 因此我需要新的工具，能让我深入了解器件的非线性特性。
如果我能够获得器件基波及谐波的幅度和相位信息，将大大节省我花在功率合成放大器的匹配电路设计上的时间。
半导体厂家提供的管芯的小信号S参数对我设计放大器几乎没有作用，我需要大信号激励下管芯的非线性参数。
我真希望有一种测量工具能让我提取出完全表征器件非线性特性的参数。
传统的负载牵引系统并不能帮我解决大信号模型问题，因此我需要新方法帮我快速提取出器件的大信号模型，从而让我使用ADS软件有效而且快速地设计出满足指标的功率放大器。
安捷伦科技非线性矢量网络分析仪(NVNA)荣获《电子产品世界》2008年度产品奖, 2008年EDN创新奖,并被选为射频和微波年度最佳产品2众所周知，功率放大器是每个发射机系统的核心部件，随着雷达应用、卫概述星通信及无线通信的迅速发展，要求研发工程师和科学家们不断地研究和设计出具有更高的输出功率、更高的功率附加效率以及更高的线性度等指标的功率放大器，以满足更快的数据通信、更宽的雷达信号等需求。
这就需要不断提高半导体功率管的性能，并把对半导体功率管的应用扩展到其性能的极限，经常使其进入到半导体功率管的非线性工作区域甚至饱和状态。
器件的非线性特性非常容易给雷达系统、卫星系统及通信系统造成严重问题，往往是信息之间互相干扰、系统有效带宽下降的最主要原因。
如何更深刻地了解并掌握器件与电路的非线性特性是每个射频工程师每天所面临的棘手难题，急需解决。
而现有的工具和手段并不能有效地帮助工程师解决这些问题。
射频功率放大器的非线性研究
项 ， 因此 Ｇｊｆ 可 以 写成 ： ［） （］ Ｇ ｆ ＝ ｊ（ ｉ Ｏ １２ ［（］ ∑ ｆ ） ） ＝ ，，…
１０ ＝
… …
Ｅ
ｌ
ｔＯ ＝
／ ＼
ｉ０ ＝
…
吒 ￣ｉ ２１ ＋
） ／ ］ ｌ ｆ
（ ５）
…
率 放 大 器 的 非 线 性 带 通 模 型 ； 并
ｔ ｅ ＲＦ ｐ ｈ ｏｗｅｒａ ｐ ｉ ｅ ｓ ａ ａｌｓ ｄ ｗ ｈ ｃ ａ ｉ ｉｃ ｎ ｅ ｎ ｎ ｎ ｔ ｓ ｇ ｆｔ ｍ ｌ ｒ ｉ ｎ ｙ ｅ ． ｉ ｈ ｈ ｓ ａ ｓｇｎｆ ａ ｔ ｍ ａ ｉ ｇ ｉ ｈｅ ｄｅ ｉ ｎ ｏ ｈｅ ＲＦ ｐｏ ｉ ｆ ｉ ｗｅ ｒ ａ ｐ讯ｅ ｄ ｓ ｕ ｙ ｏ ｓｄｉ ｏ ｔ ｎ ｍ ｌ ｒ ａｎ ｔ ｄ ｆ ｔ ｓ ｒｉ ． ｉ ｔ ｏ Ｋ ｅｙ ｏｒｄｓ： ｗ ＲＦ Ｐｏｗｅｒ ｉｒＮｏ ｌ ｅ ｒＰ ｗ ｅ ｒ ｓ ｅ ； ｎｉ ａ ；ｏ ｎ ｒ Ｓｅ ｉ ｅ
法 ）… 、 Ｖｏ１ｔｅｒｒａ 级 数 法 、 神
其 中 ，ａ是 功 率 级 数 系 数 ，
由 放 大 器 的 自身 特 性 决 定 。
在 功 率 放 大 器 中 由 于 谐 波 平 衡 电 路 的 存 在 ， 偶 次 谐 波 往 往 受
到 很 好 的 抑 制 ， 一 般 不 考 虑 偶 阶
３． 于 带 通 非 线 性 模 型 的 仿 真 基
和 分 析
设 输 入 信 号 的 复 包 络 为 ｊ（ ， ｔ ）
的 效 率 。 但 由 于 功 率 放 大 器 的 工
作 特 性 总 是 非 线 性 的 ， 限 带 信 号 通 过 射 频 放 大 器 后 会 产 生 非 线 性 失真 ， 造 成频 谱 再 生 ， 干 扰 相 邻 信 道 ， 导 致 通 信 系 统 的 性 能 的 恶 化 。 因 此 ，对 信号 谱 的 扩 散 进 行
模拟电子技术基础知识功率放大器的线性度与效率分析
模拟电子技术基础知识功率放大器的线性度与效率分析模拟电子技术基础知识：功率放大器的线性度与效率分析功率放大器是模拟电子技术中常用的一种电子器件，旨在将输入信号的功率放大到所需的输出功率水平。
在功率放大器设计过程中，线性度与效率是两个重要的考虑因素。
本文将深入分析功率放大器的线性度与效率，并探讨它们之间的关系。
一、功率放大器的线性度分析线性度是指输出信号与输入信号之间的关系是否是线性的。
在功率放大器中，线性度说明了输入信号与输出信号的比例关系是否保持不变。
线性度通常用增益非线性度来表示。
增益非线性度（nonlinear distortion）是指放大器输出信号中，除了输入信号对应的基波外，还包含了其他频率的谐波成分或者交调成分。
这些附加成分的出现会导致放大器输出信号失真，影响到信号的质量。
在功率放大器设计中，需要考虑以下几个常见的线性失真类型：1. 线性失真：在放大器输出信号中，输入信号的幅度与相位保持不变。
2. 噪声失真：由于放大器本身的噪声而引起的输出信号中的失真成分。
3. 利用度失真：由于电路不完美的传输特性而引起的输出信号中的失真成分。
4. 线性区域限制：放大器的输出受到输入信号幅度的限制，超出该范围会导致失真。
为了评估功率放大器的线性度，常用的方法是通过输入输出特性曲线和传输曲线来确定。
传输曲线显示了放大器的输入和输出信号之间的关系。
二、功率放大器的效率分析功率放大器的效率是指其输入功率与输出功率之间的比值。
在实际应用中，功率放大器的效率非常重要，因为它直接关系到电力的利用和功耗。
功率放大器的效率主要受到以下几个因素的影响：1. 电源效率：电源对功率放大器提供的能量利用效率。
2. 正向功率传输效率：指放大器输出信号中有效功率与输入信号的功率之比。
3. 反向功率传输效率：指功率放大器输出信号中的反射功率与输入信号的功率之比，反射功率会导致功率损耗。
需要注意的是，功率放大器的效率与其线性度之间存在一定的折衷关系。
基于矢量测量的射频微波器件非线性参数化行为建模技术评述
法继续支持对 大功率 、 高效率 、 复频谱利用 率和超宽带等众多射 频电子产 品高效快 速的研发 ， 也不 能满足无线 系统前端——射
频功率放大器 、 混频器 、 调制解调器和振荡 器等部件的精确表征 、 建模 、 仿真 、 设计和应 用 的迫 切要求 ， 正是在这种 大背景 下 ， 基 于矢量测量 的射频／ 微波器件非线 性参数化行为建模技术 也就应运而 生。本 文首先 阐述非线性 器件表 征技术 的发展 背景与 迫 切性 ； 然后 介绍 了该领域 内逐渐成 熟的两种矢量测量方案 与核心技术 的原 理 ， 并 分析 比较 了两种方 案的性能优 劣 ； 最后 重点对
三种 非线 性参数化行为模 型的数学形式作 了详 细推演 ， 介绍 了参数提取 方法 和应 用实例 ， 展望 了基 于矢量测量 的非 线性 行为建
模技 术的未来发展研究方 向。 关键 词 ： 非线性 表征技术 ； 矢量 测量 ； 参数 化行 为模型
中图分类号 ： Ｔ Ｎ ９ ８ 文献标识码 ： Ａ 国 家 标 准 学 科 分 类 代码 ： ４ ７ ０ ． ４ ０ １ ７
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功率放大器行为模型及多载波通信系统效能分析
题目功率放大器行为模型及多载波通信系统效能分析摘要近些年，我国无线技术得到了快速的发展，并且被广泛的应用在各个领域中，取得了一定的成绩，OFDM技术是非常重用的一种无线通信技术。
其主要原因是因为OFDM技术的误码性能低，频谱利用率高，架设成本低等。
被数字视频广播(Digital Video Broadcasting, DVB)、非对称数字用户线(Asymmetrical Digital Subscriber Line, ADSL)等无线通信设备所采用。
OFDM能够有效的对于多载波的传输的一种方式，能够有效的对于信息信号进行高效率的传播，减少了信息信号之间的干扰。
并且能够将高速数据进行分流，加快了数据传播的时效性，被广泛的应用在无线通信中。
在OFDM系统中，为了达到良好的传输效果，OFDM系统的发射功率需要达到一定的要求，因此在发射端末端需要增加功率放大器。
然而，OFDM信号的较高峰值平均功率比(Peak to Average Power Ratio, PAPR)问题限制了其功率的放大，由于功率放大器具有非线性特性，过高的输入峰值会导致信号失真，影响系统性能。
因此，尽可能的降低OFDM系统的PAPR以及合理地设计线性放大器也就成为OFDM系统的重点技术。
本文基于Saleh模型对行波管放大器进行建模，并使用部分传输序列(Partial Transmit Sequence, PTS)来降低OFDM系统的PAPR，观察了信号经过行波管放大器后各项指标的变化。
研究PAPR减小以及行波管放大器的非线性对OFDM系统的影响，对部分传输序列算法进行了调整，并在优化算法的基础上研究了OFDM系统的性能。
关键词：正交频分复用；峰值平均功率比；行波管放大器建模；部分传输序列ABSTRACTIn recent years, China's wireless technology has been rapidly developed, and has been widely used in various fields, with certain achievements. OFDM technology is a very reusable wireless communication technology. The main reason is that OFDM technology has low error code performance, high spectrum utilization and low erection cost. By Digital Video broadcast (Digital Video Broadcasting had, DVB), asymmetric Digital Subscriber Line (Asymmetrical Digital Subscriber Line, ADSL) and other wireless communication equipment.OFDM is an effective way for multi-carrier transmission, which can effectively spread information signals efficiently and reduce the interference between information signals. Moreover, it can distribute high-speed data and accelerate the timeliness of data transmission, which is widely used in wireless communication.In an OFDM system, in order to achieve good transmission effect, the transmitting power of the OFDM system needs to meet certain requirements, so it is necessary to add power amplifiers at the end of the transmitting end. However, the high Peak to Average Power Ratio (PAPR) of OFDM signals limits its Power amplification. Due to the nonlinear characteristics of Power amplifiers, too high input Peak will lead to signal distortion and affect the system performance. Therefore, reducing the PAPR of OFDM system as much as possible and designing the linear amplifier reasonably have become the key technologies of OFDM system. In this paper, the Partial transmission Sequence (PTS) is used to reduce the PAPR of OFDM system, and the changes of various indexes after the signal passes through the TWT amplifier are observed. The influence of PAPR reduction and the nonlinearity of travelling-wave tube amplifier on OFDM system is studied. Some transmission sequence algorithms are adjusted, and the performance of OFDM system is studied on the basis of optimization algorithm.Key words: OFDM; PAPR; Amplifier Mathematical Model; PTS目录第一章绪论 (1)1.1课题的背景与研究意义 (1)1.2 OFDM峰均比问题和功率放大器建模 (2)1.2.1 OFDM峰均比问题 (2)1.2.2功率放大器模型 (3)1.3本文的章节安排 (4)第二章OFDM系统 (6)2.1 OFDM系统概述 (6)2.1.1 OFDM基本原理 (6)2.1.2 OFDM调制和解调 (7)2.1.3 OFDM保护间隔 (8)2.1.4 OFDM的误比特率 (10)2.2 OFDM的PAPR问题 (10)2.2.1峰均比的定义 (11)2.2.2 OFDM信号的分布 (13)2.2.3峰均比和过采样 (14)2.3峰均比减小技术 (15)2.3.1峰均比降低方法概述 (15)2.3.2部分传输序列 (16)2.4本章小结 (18)第三章行波管功率放大器建模 (19)3.1行波管放大器的主要特性参数 (19)3.1.1工作频率与带宽 (19)3.1.2功率增益 (19)3.1.3三阶截断点 (19)3.1.4行波管功率放大器的效率 (20)3.2行波管的非线性特性 (21)3.2.1幅度调制转移失真(AM-AM) (21)3.2.2调幅调相转移失真(AM-PM) (21)3.3建模Saleh模型 (22)3.4本章小结 (24)第四章：OFDM信号功率放大建模与仿真 (25)4.1原始OFDM信号功率放大建模 (25)4.2 PAPR降低后OFDM信号功率放大建模 (25)4.3本章小结 (27)第五章总结 (28)结束语 (29)致谢 (30)参考文献 (31)南京邮电大学通达学院2019届本科生毕业设计（论文）第一章绪论1.1课题的背景与研究意义电话系统最先是由美国研发出来的，并且改变了人们的生活的方式。