发布时间：2021-03-13所属分类：教育职称论文浏览：1次
摘 要： 摘要：为了使学生深入理解功率放大器(功放)的非线性特性对信号传输的影响，将共享功放线性化平台引入射频电路课程实验教学，将抽象难懂的非线性理论以及线性化过程转化为可视化实验，旨在提高学生的学习积极性，提升教学效果。该文对预失真模块、线性化系统
摘要：为了使学生深入理解功率放大器(功放)的非线性特性对信号传输的影响，将共享功放线性化平台引入射频电路课程实验教学，将抽象难懂的非线性理论以及线性化过程转化为可视化实验，旨在提高学生的学习积极性，提升教学效果。该文对预失真模块、线性化系统、共享平台搭建以及测量实例等进行了具体分析和讲解，希望有助于学生对射频电路实际应用的理解和掌握。
关键词：功率放大器;预失真建模;共享平台;教学实践
随着5G无线通信技术的发展，现代通信正在逐步实现大容量、高速度的数据传输。功率放大器(功放)是移动通信系统的核心组成元件，也是射频通信系统的首要耗能元件，其主要功能是将直流能量转化为高频能量，以放大发射信号的输出功率。在无线通信专业以及相关专业开设射频电路设计[1-2]课尤为重要。该课程的内容主要是射频电路元器件的理论分析和应用设计[3-6]，涵盖了传输线、射频滤波器、功放设计、谐振器和混频器等。在射频系统中，功放的耗能十分可观，为维持整个系统的能源利用率，功放一般工作在非线性饱和区。但这样虽然可以提高射频系统的工作效率，但同时也引入了严重的非线性问题。本课程教学实验环节的功放部分一般仅局限于硬件设计和性能观测，对于功放的非线性问题更多是停留在理论分析层面，学生不能直观了解非线性对实际信息传输的影响，也不能深入掌握此问题的有效解决方案。
目前，学术界以及工业界对于功放非线性矫正的研究和应用已经非常普遍。其中，(数字)预失真矫正方案[7-9]，在学术界和工业界得到了广泛认可。其原理相对简单易懂，适合本科生的知识水平。为了紧跟行业发展、加快知识更新，本文将功放的预失真线性化方法引入射频电路设计实验环节，目的是使学生对功放的非线性问题有更加深入的理解和认识，并与工业界的实际应用接轨，搭起理论与实际应用之间的桥梁。同时，考虑实验平台搭建的资金成本，本文提出了交互共享的功放线性化平台实验方案，通过远程操作访问功放测试平台，可做到多人分时收发数据。本文还将对预失真的模型构建、参数提取、实验平台组成等做具体介绍。最后，结合工业界指标对系统的性能进行测试和分析，使学生能够对所学内容进行系统化整合，更加透彻地认识和理解射频系统的工作原理和应用过程。
1数字预失真矫正基本原理
硬件的固有属性会导致功放出现严重的非线性特性。为矫正功放的非线性特性，首先需要构建功放的反函数，即数字预失真模块。而后，将预失真模块与功放级联，最终可以得到一条线性化输出特性曲线[10]。其原理如图1所示。
2数字预失真系统实验平台搭建及测试
模拟器件的非线性将导致无线信号失真，学生对于信号的失真以及非线性特性的矫正大多停留在理论层面，并不十分知晓工业界的具体应用和实际操作。为了让学生直观感受非线性特性的表象，并熟悉、掌握工业界对功放的线性化过程，本文提出共享功放线性化平台的课程教学实验构想，并对平台的具体搭建和实例测试进行描述。
2.1数字预失真系统实验平台搭建
共享实验平台包括射频发射接收区、MATLAB交互区以及远程用户区，如图3所示。射频发射区是实验的具体实施部分，传输信号由交互中心处理器发送到函数信号发生器。信号被上变频到射频域，再发射到功放。射频输出信号经过衰减器和频谱分析仪，下变频到基带域。基带信息被反馈回中心处理器，用于后续的数据处理和观测。为构建MATLAB交互区，需要通过MATLAB软件编写交互程序，此程序指令可为远程用户提供远程发射和接收数据的网络端口，进而实现远程数据传输。当用户数量较多时，交互处理器将按用户的先后顺序接收和发送传输数据。最后，远程用户(这里特指学生)可实现在用户端编写预失真参数提取模块以及预失真运行模块，继而实现功放的远程非线性矫正。
此共享平台的搭建可尽可能让所有远程用户访问同一个射频功放，从而可以对线性化结果做公平客观的比较。此外，共享平台可以大大减少教学实验平台的资金投入，从而有效缓解实验设备紧张等问题。
3结语
本文提出将共享功放线性化平台引入射频电路设计的实验环节，对预失真模型、参数提取、共享实验平台搭建以及实例测试进行了详细介绍，希望帮助学生更好地理解和掌握射频系统的实际应用。——论文作者：曹文慧1,3，蔡佳林1，陈世昌1，刘然彬2
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