短波發(fā)射機(jī)數(shù)字線性化技術(shù)研究

摘要：深入研究了短波發(fā)射機(jī)數(shù)字線性化技術(shù)，旨在提高短波通信系統(tǒng)的性能和質(zhì)量。首先，概述了短波發(fā)射機(jī)的基本原理和技術(shù)特點(diǎn)，為后續(xù)的數(shù)字線性化技術(shù)研究提供了理論基礎(chǔ)。接著，詳細(xì)闡述了數(shù)字線性化技術(shù)的理論基礎(chǔ)，包括數(shù)字預(yù)失真技術(shù)、數(shù)字反饋校正技術(shù)以及其他相關(guān)數(shù)字線性化技術(shù)。在此基礎(chǔ)上，探討了短波發(fā)射機(jī)數(shù)字線性化技術(shù)的實(shí)現(xiàn)方法，包括系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)、硬件平臺(tái)選擇與設(shè)計(jì)以及軟件算法設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。通過對(duì)短波發(fā)射機(jī)數(shù)字線性化技術(shù)的研究和實(shí)踐，成功實(shí)現(xiàn)了對(duì)短波通信系統(tǒng)性能的顯著提升，并為短波通信技術(shù)的未來發(fā)展提供了有價(jià)值的參考。

關(guān)鍵詞：短波發(fā)射機(jī)數(shù)字線性化技術(shù)數(shù)字預(yù)失真短波通信技術(shù)

中圖分類號(hào)：TN83

ResearchonDigitalLinearizationTechnologyforShort-WaveTransmitters

HUANGZeming

491ChannelofNationalRadioandTelevisionAdministration，Beijing，100024China

Abstract：ThisarticledelvesintoDigitalLinearizationtechnologyofshor-wavetransmitters，aimingtoimprovetheperformanceandqualityofshort-wavecommunicationsystems.Firstly，thebasicprinciplesandtechnicalcharacteristicsofshort-wavetransmitterswereoutlined，providing atheoreticalbasisforsubsequentresearchonDigitalLinearizationtechnology.Next，thetheoreticalbasisofDigitalLinearizationtechnologywaselaboratedindetail，includingDigitalPre-Distortiontechnology，DigitalFeedbackCorrectiontechnology，andotherrelateddigitallinearizationtechnologies.Onthisbasis，theimplementationmethodsofDigitalLinearizationtechnologyforshort-wavetransmitterswereexplored，includingsystemarchitecturedesign，hardwareplatformselectionanddesign，andsoftwarealgorithmdesignandimplementation.ThroughtheresearchandpracticeofDigitalLinearizationtechnologyforshort-wavetransmitters，significantimprovementshavebeenachievedintheperformanceofshort-wavecommunicationsystems，providingvaluablereferencesforthefuturedevelopmentofshort-wavecommunicationtechnology.

KeyWords：Short-wavetransmitter;DigitalLinearizationtechnology;DigitalPre-Distortion;Short-WaveCommunicationtechnology

短波發(fā)射機(jī)在無線通信領(lǐng)域中占有重要地位，其性能和質(zhì)量直接影響通信效果。但短波發(fā)射機(jī)在工作過程中會(huì)產(chǎn)生非線性失真，導(dǎo)致信號(hào)質(zhì)量下降，影響通信穩(wěn)定性。為提升短波通信系統(tǒng)的性能和質(zhì)量，數(shù)字線性化技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。本文研究了短波發(fā)射機(jī)的數(shù)字線性化技術(shù)，探討了數(shù)字預(yù)失真和數(shù)字反饋校正技術(shù)在短波發(fā)射機(jī)中的應(yīng)用。通過系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)、硬件平臺(tái)選擇和軟件算法實(shí)現(xiàn)，旨在改善短波發(fā)射機(jī)的線性性能，提升信號(hào)質(zhì)量。

1短波發(fā)射機(jī)原理與技術(shù)概述

在原理上，短波發(fā)射機(jī)首先通過振蕩器產(chǎn)生一個(gè)穩(wěn)定的高頻載波信號(hào)。隨后，這個(gè)載波信號(hào)會(huì)經(jīng)過調(diào)制器，將需要傳輸?shù)男畔ⅲㄈ缭捯簟?shù)據(jù)等）以某種方式（如幅度調(diào)制、頻率調(diào)制或相位調(diào)制）加載到載波上。調(diào)制后的信號(hào)會(huì)經(jīng)過功率放大器進(jìn)行放大，以增強(qiáng)信號(hào)的傳輸距離和穿透能力。最后，放大后的信號(hào)通過天線發(fā)射出去，完成信息的無線傳輸。

在技術(shù)上，短波發(fā)射機(jī)具有一系列顯著的特點(diǎn)。首先，它能夠在較寬的頻率范圍內(nèi)穩(wěn)定地工作，并輸出額定功率，確保信號(hào)的可靠傳輸。其次，短波發(fā)射機(jī)采用高效的調(diào)制技術(shù)和功率放大技術(shù)，以提高信號(hào)的傳輸效率和質(zhì)量。此外，短波發(fā)射機(jī)還配備了多種安全裝置和故障診斷系統(tǒng)，以確保設(shè)備的安全運(yùn)行和可靠性[1]。

2數(shù)字線性化技術(shù)理論基礎(chǔ)

2.1數(shù)字預(yù)失真技術(shù)

數(shù)字線性化技術(shù)，尤其是數(shù)字預(yù)失真技術(shù)，在無線通信領(lǐng)域中扮演了至關(guān)重要的角色。這種技術(shù)旨在通過數(shù)字信號(hào)處理方法來補(bǔ)償通信系統(tǒng)中由非線性設(shè)備，特別是功率放大器，引入的失真。數(shù)字預(yù)失真技術(shù)通過在發(fā)送端對(duì)信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理，引入一個(gè)與功率放大器非線性失真特性相反的特性，從而有效降低信號(hào)的失真程度，提升通信系統(tǒng)的線性度和信號(hào)質(zhì)量。

數(shù)字預(yù)失真技術(shù)的理論基礎(chǔ)主要包括對(duì)功率放大器非線性特性的建模和預(yù)失真算法的設(shè)計(jì)。首先，通過測量或數(shù)學(xué)建模的方式，獲得功率放大器在不同輸入功率下的輸出特性，包括幅度失真和相位失真。然后，基于這些特性，設(shè)計(jì)相應(yīng)的預(yù)失真算法，生成一個(gè)與功率放大器非線性失真特性相反的預(yù)失真信號(hào)。當(dāng)原始信號(hào)通過預(yù)失真處理后，再經(jīng)過功率放大器時(shí)，預(yù)失真信號(hào)與功率放大器的非線性失真會(huì)相互抵消，從而改善輸出信號(hào)的線性度[2]。

2.2數(shù)字反饋校正技術(shù)

數(shù)字反饋校正技術(shù)，作為通信系統(tǒng)中的重要技術(shù)手段，旨在通過反饋機(jī)制來優(yōu)化系統(tǒng)性能，特別針對(duì)存在非線性失真或外部干擾的情況。其核心工作原理在于利用雙向信道，使得接收端能夠?qū)⒔邮盏降男畔⒃瓨踊貍髦涟l(fā)送端。發(fā)送端在接收到反饋信息后，會(huì)將其與原始發(fā)送的信息進(jìn)行詳盡比對(duì)。一旦發(fā)現(xiàn)任何差異，即意味著在信息傳輸過程中可能出現(xiàn)了錯(cuò)誤或失真，發(fā)送端便會(huì)迅速根據(jù)這些差異進(jìn)行信息的重發(fā)或相應(yīng)調(diào)整。

這一技術(shù)的顯著特點(diǎn)在于其依賴雙向信道進(jìn)行信息的傳輸與反饋，這與其他校正技術(shù)形成了鮮明對(duì)比。同時(shí)，它對(duì)實(shí)時(shí)性有較高要求，因?yàn)樾枰磿r(shí)處理反饋信息。然而，這也帶來了一個(gè)挑戰(zhàn)，即額外的反饋環(huán)節(jié)可能會(huì)在一定程度上降低系統(tǒng)的整體傳輸效率[3]。

2.3其他相關(guān)數(shù)字線性化技術(shù)

自適應(yīng)失真補(bǔ)償技術(shù)是一種廣泛應(yīng)用的技術(shù)，它通過實(shí)時(shí)更新線性補(bǔ)償器的參數(shù)，來最小化失真信號(hào)與非失真信號(hào)之間的誤差，從而實(shí)現(xiàn)線性化處理。這種技術(shù)具有高度的靈活性和適應(yīng)性，能夠根據(jù)不同的環(huán)境和設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整，以應(yīng)對(duì)各種復(fù)雜的失真情況。

其次，多項(xiàng)式失真補(bǔ)償技術(shù)利用多項(xiàng)式函數(shù)來模擬和補(bǔ)償系統(tǒng)中的非線性失真。通過調(diào)整多項(xiàng)式的系數(shù)，可以精確地?cái)M合失真特性并進(jìn)行補(bǔ)償。雖然這種方法計(jì)算簡單、易于實(shí)現(xiàn)，但對(duì)于復(fù)雜的失真特性可能需要使用高階多項(xiàng)式，從而增加計(jì)算復(fù)雜度和資源消耗。

查找表補(bǔ)償技術(shù)則通過建立查找表來存儲(chǔ)不同輸入信號(hào)對(duì)應(yīng)的補(bǔ)償值，實(shí)現(xiàn)快速、實(shí)時(shí)的失真補(bǔ)償。這種方法響應(yīng)速度快，實(shí)時(shí)性好，適用于對(duì)實(shí)時(shí)性要求較高的通信系統(tǒng)。同時(shí)，查找表的更新也相對(duì)簡單，方便進(jìn)行調(diào)整和優(yōu)化。

數(shù)字上變頻與下變頻技術(shù)則用于在數(shù)字域中實(shí)現(xiàn)信號(hào)的頻率變換。這些技術(shù)不僅有助于實(shí)現(xiàn)信號(hào)的頻譜搬移和信道分離，還可以在一定程度上改善信號(hào)的線性度和傳輸質(zhì)量。通過數(shù)字上變頻，可以將基帶信號(hào)轉(zhuǎn)換為射頻信號(hào)進(jìn)行傳輸；而數(shù)字下變頻則將接收到的射頻信號(hào)轉(zhuǎn)換為基帶信號(hào)進(jìn)行處理。

3短波發(fā)射機(jī)數(shù)字線性化技術(shù)實(shí)現(xiàn)

3.1系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)架構(gòu)的核心在于信號(hào)的采集和處理。通過高性能的模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器（ADC）將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，確保了信號(hào)的準(zhǔn)確性和完整性。數(shù)字信號(hào)隨后進(jìn)入數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)，利用先進(jìn)的數(shù)字信號(hào)處理算法，如查找表算法、多項(xiàng)式擬合算法等，對(duì)信號(hào)進(jìn)行非線性校正和優(yōu)化。這些算法能夠精確地補(bǔ)償短波發(fā)射機(jī)中的非線性失真和噪聲，顯著提高信號(hào)的信噪比和頻譜效率。

在信號(hào)處理完成后，系統(tǒng)通過數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器（DAC）將處理后的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換回模擬信號(hào)，作為輸出信號(hào)。輸出控制系統(tǒng)則確保信號(hào)的穩(wěn)定性和可靠性，并具備適應(yīng)不同環(huán)境和需求的調(diào)整能力。這一環(huán)節(jié)的實(shí)現(xiàn)，保證了信號(hào)在經(jīng)過數(shù)字線性化技術(shù)處理后能夠準(zhǔn)確、穩(wěn)定地傳輸出去。

除了信號(hào)的采集、處理和輸出控制外，系統(tǒng)架構(gòu)還包括支持系統(tǒng)，如電源系統(tǒng)、散熱系統(tǒng)和監(jiān)控系統(tǒng)。電源系統(tǒng)為整個(gè)系統(tǒng)提供穩(wěn)定、可靠的電力支持；散熱系統(tǒng)有效管理系統(tǒng)的散熱，防止過熱對(duì)系統(tǒng)性能和穩(wěn)定性造成影響；監(jiān)控系統(tǒng)則實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)和性能參數(shù)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并處理潛在問題[4]。

3.2硬件平臺(tái)選擇與設(shè)計(jì)

在硬件平臺(tái)的選擇上，聚焦于核心處理器和轉(zhuǎn)換器兩大關(guān)鍵組件。核心處理器方面，DSP（數(shù)字信號(hào)處理器）以其強(qiáng)大的數(shù)字信號(hào)處理能力成為首選，特別是那些具有高性能、高主頻和豐富指令集的DSP芯片，能夠輕松應(yīng)對(duì)復(fù)雜的數(shù)字信號(hào)處理任務(wù)。同時(shí)，F(xiàn)PGA（現(xiàn)場可編程門陣列）以其靈活性和可定制性，為系統(tǒng)提供了額外的硬件邏輯支持和并行處理能力。轉(zhuǎn)換器方面，注重選擇高分辨率、低噪聲的ADC（模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器）和DAC（數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器），以確保模擬信號(hào)能夠準(zhǔn)確轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，并高質(zhì)量地還原回模擬信號(hào)。

在硬件平臺(tái)的設(shè)計(jì)上，采用模塊化的思路，將系統(tǒng)劃分為不同的功能模塊，如信號(hào)采集模塊、數(shù)字信號(hào)處理模塊、輸出控制模塊等。每個(gè)模塊負(fù)責(zé)特定的功能，降低了系統(tǒng)設(shè)計(jì)的復(fù)雜性，并提高了系統(tǒng)的可維護(hù)性和可擴(kuò)展性。同時(shí)，注重高速接口的設(shè)計(jì)，采用PCI、PCIe等高速接口技術(shù)，實(shí)現(xiàn)核心處理器之間以及與其他模塊之間的高速數(shù)據(jù)傳輸，確保系統(tǒng)的高效運(yùn)行。

此外，散熱設(shè)計(jì)、電源設(shè)計(jì)和監(jiān)控保護(hù)設(shè)計(jì)也是硬件平臺(tái)設(shè)計(jì)中不可忽視的方面。散熱設(shè)計(jì)旨在確保核心處理器等關(guān)鍵組件在高速運(yùn)算時(shí)能夠保持適宜的溫度，防止過熱導(dǎo)致系統(tǒng)性能下降或損壞。電源設(shè)計(jì)則注重選擇穩(wěn)定可靠的電源模塊，為系統(tǒng)提供穩(wěn)定的電力支持，并考慮電源噪聲對(duì)系統(tǒng)性能的影響，采用適當(dāng)?shù)碾娫礊V波技術(shù)。監(jiān)控保護(hù)設(shè)計(jì)則通過設(shè)計(jì)監(jiān)控電路和保護(hù)電路，實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)和性能參數(shù)，防止系統(tǒng)因過流、過壓等異常情況而損壞。

3.3軟件算法設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

軟件算法的設(shè)計(jì)需緊密圍繞短波發(fā)射機(jī)的數(shù)字線性化需求展開。這些算法旨在通過先進(jìn)的數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)，精確地識(shí)別并補(bǔ)償系統(tǒng)中的非線性失真，以確保信號(hào)的純凈度和準(zhǔn)確性。在設(shè)計(jì)過程中，必須充分考慮硬件平臺(tái)的性能限制、實(shí)時(shí)性要求以及系統(tǒng)的整體架構(gòu)，以確保算法的有效性和可行性。

為了實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)，軟件算法的設(shè)計(jì)通常包括數(shù)字預(yù)失真算法、數(shù)字反饋校正算法以及數(shù)字濾波器算法等關(guān)鍵部分。數(shù)字預(yù)失真算法通過預(yù)先對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行非線性處理，以補(bǔ)償功率放大器等非線性器件產(chǎn)生的失真，從而提高系統(tǒng)的線性度。數(shù)字反饋校正算法則通過實(shí)時(shí)監(jiān)測輸出信號(hào)，并根據(jù)輸出信號(hào)與期望信號(hào)之間的誤差來調(diào)整系統(tǒng)的參數(shù)，以實(shí)時(shí)補(bǔ)償系統(tǒng)中的非線性失真。數(shù)字濾波器算法則用于消除信號(hào)中的噪聲和干擾，提高信號(hào)的質(zhì)量[5]。

在算法實(shí)現(xiàn)階段，需要充分利用DSP、FPGA等高性能硬件平臺(tái)的計(jì)算能力，將算法高效地轉(zhuǎn)化為可執(zhí)行代碼。實(shí)現(xiàn)過程中，需要關(guān)注算法的執(zhí)行效率、穩(wěn)定性以及實(shí)時(shí)性等方面，確保算法能夠在硬件平臺(tái)上高效運(yùn)行，并滿足系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性要求。

4結(jié)語

通過對(duì)短波發(fā)射機(jī)數(shù)字線性化技術(shù)的研究，深入探討了數(shù)字預(yù)失真技術(shù)和數(shù)字反饋校正技術(shù)在短波發(fā)射機(jī)中的應(yīng)用，并提出了相應(yīng)的優(yōu)化與改進(jìn)方案。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，采用數(shù)字線性化技術(shù)可以顯著改善短波發(fā)射機(jī)的線性性能，降低非線性失真，提高信號(hào)質(zhì)量。同時(shí)，通過算法優(yōu)化和系統(tǒng)性能提升，可以進(jìn)一步提升短波發(fā)射機(jī)的整體性能。因此，本文的研究成果對(duì)于短波發(fā)射機(jī)的設(shè)計(jì)、制造和應(yīng)用具有重要的指導(dǎo)意義和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。未來，隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和需求的不斷變化，短波發(fā)射機(jī)數(shù)字線性化技術(shù)將繼續(xù)得到優(yōu)化和發(fā)展，為無線通信領(lǐng)域的發(fā)展做出更大的貢獻(xiàn)。

參考文獻(xiàn)

• 王磊.大功率中短波發(fā)射機(jī)控制系統(tǒng)防干擾問題研究[J].電視技術(shù)，2024，48（4）：99-102.
• 石珺磊，張軍磊.考慮功率反饋的短波發(fā)射機(jī)波束自動(dòng)控制方法[J].無線互聯(lián)科技，2024，21（5）：16-18.
• 李歡.大功率短波發(fā)射機(jī)維護(hù)工作的數(shù)據(jù)管理[J].廣播電視信息，2024，31（2）：72-74.
• 唐可正.短波發(fā)射機(jī)線性化技術(shù)研究[D].桂林：電子科技大學(xué)，2023.

[5]武晶.大功率PSM短波發(fā)射機(jī)自動(dòng)調(diào)諧系統(tǒng)的研究與實(shí)現(xiàn)[D].呼和浩特：內(nèi)蒙古大學(xué)，2020.