摘要：深入研究了短波發(fā)射機數(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)射機的基本原理和技術(shù)特點，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)射機數(shù)字線性化技術(shù)的實現(xiàn)方法，包括系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計、硬件平臺選擇與設(shè)計以及軟件算法設(shè)計與實現(xiàn)。通過對短波發(fā)射機數(shù)字線性化技術(shù)的研究和實踐，成功實現(xiàn)了對短波通信系統(tǒng)性能的顯著提升，并為短波通信技術(shù)的未來發(fā)展提供了有價值的參考。

關(guān)鍵詞：短波發(fā)射機數(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：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)射機在工作過程中會產(chǎn)生非線性失真，導(dǎo)致信號質(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)運而生。本文研究了短波發(fā)射機的數(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)射機中的應(yīng)用。通過系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計、硬件平臺選擇和軟件算法實現(xiàn)，旨在改善短波發(fā)射機的線性性能，提升信號質(zhì)量。

1短波發(fā)射機原理與技術(shù)概述

在原理上，短波發(fā)射機首先通過振蕩器產(chǎn)生一個穩(wěn)定的高頻載波信號。隨后，這個載波信號會經(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)制后的信號會經(jīng)過功率放大器進行放大，以增強信號的傳輸距離和穿透能力。最后，放大后的信號通過天線發(fā)射出去，完成信息的無線傳輸。

在技術(shù)上，短波發(fā)射機具有一系列顯著的特點。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，確保信號的可靠傳輸。其次，短波發(fā)射機采用高效的調(diào)制技術(shù)和功率放大技術(shù)，以提高信號的傳輸效率和質(zhì)量。此外，短波發(fā)射機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)字信號處理方法來補償通信系統(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)送端對信號進行預(yù)處理，引入一個與功率放大器非線性失真特性相反的特性，從而有效降低信號的失真程度，提升通信系統(tǒng)的線性度和信號質(zhì)量。

數(shù)字預(yù)失真技術(shù)的理論基礎(chǔ)主要包括對功率放大器非線性特性的建模和預(yù)失真算法的設(shè)計。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)計相應(yīng)的預(yù)失真算法，生成一個與功率放大器非線性失真特性相反的預(yù)失真信號。當(dāng)原始信號通過預(yù)失真處理后，再經(jīng)過功率放大器時，預(yù)失真信號與功率放大器的非線性失真會相互抵消，從而改善輸出信號的線性度[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，旨在通過反饋機制來優(yōu)化系統(tǒng)性能，特別針對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，會將其與原始發(fā)送的信息進行詳盡比對。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)了錯誤或失真，發(fā)送端便會迅速根據(jù)這些差異進行信息的重發(fā)或相應(yīng)調(diào)整。

這一技術(shù)的顯著特點在于其依賴雙向信道進行信息的傳輸與反饋，這與其他校正技術(shù)形成了鮮明對比。同時，它對實時性有較高要求，因為需要即時處理反饋信息。然而，這也帶來了一個挑戰(zhàn)，即額外的反饋環(huán)節(jié)可能會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)失真補償技術(shù)是一種廣泛應(yīng)用的技術(shù)，它通過實時更新線性補償器的參數(shù)，來最小化失真信號與非失真信號之間的誤差，從而實現(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)進行動態(tài)調(diào)整，以應(yīng)對各種復(fù)雜的失真情況。

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

查找表補償技術(shù)則通過建立查找表來存儲不同輸入信號對應(yīng)的補償值，實現(xiàn)快速、實時的失真補償。這種方法響應(yīng)速度快，實時性好，適用于對實時性要求較高的通信系統(tǒng)。同時，查找表的更新也相對簡單，方便進行調(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)字域中實現(xiàn)信號的頻率變換。這些技術(shù)不僅有助于實現(xiàn)信號的頻譜搬移和信道分離，還可以在一定程度上改善信號的線性度和傳輸質(zhì)量。通過數(shù)字上變頻，可以將基帶信號轉(zhuǎn)換為射頻信號進行傳輸；而數(shù)字下變頻則將接收到的射頻信號轉(zhuǎn)換為基帶信號進行處理。

3短波發(fā)射機數(shù)字線性化技術(shù)實現(xiàn)

3.1系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計

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

在信號處理完成后，系統(tǒng)通過數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器（DAC）將處理后的數(shù)字信號轉(zhuǎn)換回模擬信號，作為輸出信號。輸出控制系統(tǒng)則確保信號的穩(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)的實現(xiàn)，保證了信號在經(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，防止過熱對系統(tǒng)性能和穩(wěn)定性造成影響；監(jiān)控系統(tǒng)則實時監(jiān)控系統(tǒng)的運行狀態(tài)和性能參數(shù)，及時發(fā)現(xiàn)并處理潛在問題[4]。

3.2硬件平臺選擇與設(shè)計

在硬件平臺的選擇上，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)字信號處理器）以其強大的數(shù)字信號處理能力成為首選，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)對復(fù)雜的數(shù)字信號處理任務(wù)。同時，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），以確保模擬信號能夠準(zhǔn)確轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，并高質(zhì)量地還原回模擬信號。

在硬件平臺的設(shè)計上，采用模塊化的思路，將系統(tǒng)劃分為不同的功能模塊，如信號采集模塊、數(shù)字信號處理模塊、輸出控制模塊等。每個模塊負責(zé)特定的功能，降低了系統(tǒng)設(shè)計的復(fù)雜性，并提高了系統(tǒng)的可維護性和可擴展性。同時，注重高速接口的設(shè)計，采用PCI、PCIe等高速接口技術(shù)，實現(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)的高效運行。

此外，散熱設(shè)計、電源設(shè)計和監(jiān)控保護設(shè)計也是硬件平臺設(shè)計中不可忽視的方面。散熱設(shè)計旨在確保核心處理器等關(guān)鍵組件在高速運算時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)控保護設(shè)計則通過設(shè)計監(jiān)控電路和保護電路，實時監(jiān)測系統(tǒng)的運行狀態(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)計與實現(xiàn)

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

為了實現(xiàn)這些目標(biāo)，軟件算法的設(shè)計通常包括數(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)先對輸入信號進行非線性處理，以補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時監(jiān)測輸出信號，并根據(jù)輸出信號與期望信號之間的誤差來調(diào)整系統(tǒng)的參數(shù)，以實時補償系統(tǒng)中的非線性失真。數(shù)字濾波器算法則用于消除信號中的噪聲和干擾，提高信號的質(zhì)量[5]。

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

4結(jié)語

通過對短波發(fā)射機數(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)射機中的應(yīng)用，并提出了相應(yīng)的優(yōu)化與改進方案。實驗結(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)射機的線性性能，降低非線性失真，提高信號質(zhì)量。同時，通過算法優(yōu)化和系統(tǒng)性能提升，可以進一步提升短波發(fā)射機的整體性能。因此，本文的研究成果對于短波發(fā)射機的設(shè)計、制造和應(yīng)用具有重要的指導(dǎo)意義和實際應(yīng)用價值。未來，隨著技術(shù)的不斷進步和需求的不斷變化，短波發(fā)射機數(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。

參考文獻

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