1. 引言

OFDM能有效抑制多徑信道引起的深度衰落、抵抗脈沖噪聲和具有較高的頻譜效率的特點(diǎn)。但是OFDM的傳輸符號(hào)是多載波的QAM信號(hào)經(jīng)過(guò)IFFT處理后得到的結(jié)果，由于這種處理是線性相加的關(guān)系，當(dāng)IFFT的輸入中存在相位一致的某些點(diǎn)時(shí)必然有較高的峰平比，對(duì)發(fā)射機(jī)線性度提出了非常高的要求[1]。射頻功率放大器是發(fā)射機(jī)系統(tǒng)中非線性最強(qiáng)的器件，特別是為了提高功率效率，射頻功放基本工作在非線性狀態(tài)，因此線性功率放大器設(shè)計(jì)技術(shù)己成為線性化發(fā)射機(jī)系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)。為了既保證整個(gè)系統(tǒng)的效率，又避免信號(hào)由非線性造成的失真[2]，非線性校正技術(shù)隨著通信行業(yè)的發(fā)展變得日益重要。

2. 非線性校正方法介紹

OFDM信號(hào)高的PAPR值引起系統(tǒng)非線性失真，主要體現(xiàn)在功率放大的過(guò)程中，這本身就是由大功率放大器（HPA）的非線性特性所決定的。

為了獲得高效率和線性的HPA，必須消除其非線性失真，采用適當(dāng)?shù)耐鈬娐穼?duì)HPA的非線性特性進(jìn)行線性化糾正，使HPA和線性化電路在整體上呈現(xiàn)對(duì)輸入信號(hào)的線性放大效果[11]。目前，常用到的HPA線性化方法有功率回退法、負(fù)反饋法、前饋法和預(yù)失真法[7]。無(wú)論何種方法，其目的都是為了在保持較高發(fā)射效率的同時(shí)，獲得較好的線性輸入輸出特性。

2.1 傳統(tǒng)非線性校正技術(shù)

在線性化技術(shù)出現(xiàn)以前，為了避免由于功率放大器非線性引起的信號(hào)失真，系統(tǒng)設(shè)計(jì)者通常選用功率回退法，即把功率放大器的信號(hào)輸入功率降低，使功率放大器工作在線性工作區(qū)內(nèi)，遠(yuǎn)離非線性飽和區(qū)，從而改善功率放大器的互調(diào)失真[12]。功率回退法原理簡(jiǎn)單且易實(shí)現(xiàn)，不需要任何附加設(shè)備，但這樣做的同時(shí)會(huì)使功率放大器的效率大為降低，從而影響整個(gè)系統(tǒng)的效率。

為了既保證整個(gè)系統(tǒng)的效率，又避免信號(hào)由非線性造成的失真，線性化技術(shù)成為通信領(lǐng)域的一種重要技術(shù)。一般而言，傳統(tǒng)的線性化技術(shù)分為開(kāi)環(huán)和閉環(huán)兩類(lèi)，閉環(huán)（例如笛卡爾環(huán)和極性環(huán)）實(shí)際上是一種反饋技術(shù)，可以獲得較高的線性度，但穩(wěn)定性差，且只能處理窄帶數(shù)據(jù)，不適合多載波系統(tǒng)。而開(kāi)環(huán)的校準(zhǔn)精度不如閉環(huán)，但處理帶寬大，穩(wěn)定性高。前饋技術(shù)作為另一類(lèi)線性化技術(shù)，具有閉環(huán)的精度和開(kāi)環(huán)的穩(wěn)定性和處理帶寬，但實(shí)現(xiàn)復(fù)雜，成本很高，而且調(diào)試?yán)щy。

2.2 數(shù)字基帶預(yù)失真技術(shù)

線性化技術(shù)發(fā)展中非常重要的一步是預(yù)失真技術(shù)的出現(xiàn)，預(yù)失真技術(shù)最初應(yīng)用于模擬通信系統(tǒng)中的射頻部分，后來(lái)隨著數(shù)字信號(hào)處理（DSP）技術(shù)的發(fā)展，預(yù)失真線性化技術(shù)也可以在數(shù)字域內(nèi)實(shí)現(xiàn)，形成數(shù)字預(yù)失真技術(shù)。數(shù)字預(yù)失真技術(shù)主要應(yīng)用于基帶或中頻，極少應(yīng)用處理速率要求極高的射頻。

數(shù)字基帶預(yù)失真是根據(jù)HPA的非線性失真曲線,找出其反向特性函數(shù),對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行相反方向的預(yù)失真,這樣通過(guò)HPA后的總的傳輸特性呈線性，基本原理如圖1所示。

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基帶預(yù)失真的優(yōu)點(diǎn)是：電路相對(duì)簡(jiǎn)單，經(jīng)過(guò)精心的調(diào)整后，能達(dá)到很好的校正效果；穩(wěn)定性強(qiáng)，處理帶寬大，適合單載波和多載波系統(tǒng)，即與系統(tǒng)的調(diào)制方式無(wú)關(guān)；與HPA的類(lèi)型無(wú)關(guān)[13]；

基帶預(yù)失真技術(shù)可以通過(guò)查詢表方式來(lái)實(shí)現(xiàn)，即構(gòu)造一個(gè)預(yù)失真查詢表，根據(jù)查詢表對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)處理，這種方法可以應(yīng)用于任何增益波形圖的功率放大器，線性化效果好，但是需要占用較大的存儲(chǔ)空間。

3. 基于FPGA 的非線性校正方法的實(shí)現(xiàn)方案

有兩種對(duì)OFDM基帶信號(hào)實(shí)現(xiàn)非線性校正的方案。一種是基于FPGA，一種是基于DSP?；贔PGA方案的優(yōu)點(diǎn)在于集成度高，而基于DSP在算法實(shí)現(xiàn)和調(diào)試方面更為方便[6]。因?yàn)橹懈叨说腇PGA支持軟CPU內(nèi)核（典型的如Nios），可以用高級(jí)語(yǔ)言（如C語(yǔ)言）進(jìn)行非線性校正算法的編程和調(diào)試，所以我們采用基于FPGA的校正方案。

數(shù)字基帶矢量信號(hào)通常分解為I（實(shí)部）和Q（虛部）兩路正交分量信號(hào)的形式傳輸。

我們?cè)O(shè)計(jì)的基于FPGA的非線性校正方案的系統(tǒng)框圖如下：

其中，I 'Q'為原始基帶輸入信號(hào)IQ經(jīng)預(yù)失真后得到的信號(hào)，I ''Q''為射頻解調(diào)后得到的基帶信號(hào)。

本校正系統(tǒng)主要包括三個(gè)部分：
查找表模塊：以輸入信號(hào)功率值為索引，動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)自適應(yīng)預(yù)校正算法計(jì)算得到的復(fù)數(shù)值。原始輸入基帶信號(hào)與其對(duì)應(yīng)索引項(xiàng)中的值進(jìn)行復(fù)數(shù)乘法[4]，即得到預(yù)失真后的基帶信號(hào)。