数字预失真技术详解：模型、失真与评价指标

"数字预失真技术是针对功率放大器（PA）的非线性特性进行的一种补偿技术，主要用于提高通信系统的效率和性能。它通过在发射端预先应用一个逆模型来抵消功放的非线性失真，从而使得在功放输出端的信号尽可能接近线性，减少对系统性能的负面影响。本资源适合数字预失真领域的初学者学习。" 数字预失真主要涉及以下几个关键概念： 1. 功放模型： - 无记忆功放模型：这类模型假设功放的输出只取决于当前的输入信号，不考虑过去信号的影响。常见的无记忆模型包括Saleh模型、Rapp模型和无记忆多项式模型。此外，查找表（LUT）模型也是一种常用的无记忆模型，通过事先存储不同输入信号对应的输出结果来进行预失真。 - 有记忆功放模型：考虑了输入信号的历史信息对输出的影响，如Voleterra模型、多项式模型（Winer模型）、Hammerstein模型以及神经网络模型。这些模型能够更好地模拟实际功放中的记忆效应。 2. 失真类型： - 谐波失真：由于功放的非线性导致输出信号中出现原始信号频率的整数倍，即谐波成分，这些谐波可能干扰通信系统的正常工作。 - 互调失真（IMD）：当两个或更多频率成分通过非线性功放后，会产生新的频率分量，这些新的频率成分称为互调分量，对通信系统的干扰称为互调失真。 - 交调失真：由于调制过程中系统转换的非线性，可能会产生原信号频率的非整数倍成分，即交调产物。 3. 静态非线性与动态非线性： - 静态非线性：随着输入信号的增大，输出信号的增益呈现压缩现象，即增益不再线性增加。静态非线性不考虑时间变化的影响。 - 动态非线性：除了依赖当前输入信号的幅度，还受到之前信号值的影响，涉及到功放的记忆效应。记忆效应可以分为电记忆效应和电热记忆效应。 4. 功放非线性评价指标： - 功放增益：衡量输出功率与输入功率的比例，是评价功放性能的基本指标。 - 1dB压缩点：当功放的实际输出功率相比于理想线性情况下降1dB时的输入功率，压缩点越高，表明功放的线性化程度和工作效率越好。 - 动态非线性：例如，通过计算均方误差（NMSE）评估模型的拟合精度，NMSE越小，模型精度越高。负值表示模型输出与实际信号之间的差异，负值越小，模型越精确。 - ACPR（Adjacent Channel Power Ratio）或ACLR（Adjacent Channel Leakage Ratio）：衡量功放输出信号对相邻信道的干扰程度，ACPR越大，干扰越严重，线性化性能越差。 5. 延时估计：功放引入的信号延时会影响模型参数的提取。延时估计通常通过计算信号的相关性来完成，通过插值处理减少延时对模型的影响。 通过理解这些基本概念和技术，初学者可以逐步掌握数字预失真技术，并应用于实际的通信系统设计中，以优化功率放大器的性能，减少失真，提高系统效率。