信號(hào)經(jīng)過(guò)射頻收發(fā)通道的時(shí)候，由于有加性噪聲和乘性噪聲引入，或多或少會(huì)對(duì)所傳信號(hào)有一定程度的歪曲，這種情況就是無(wú)線信號(hào)的失真。一般分為線性失真和非線性失真，下面介紹下各自的特點(diǎn)。

什么是線性失真

線性失真（Linear Distortion）是指在信號(hào)傳輸過(guò)程中，信號(hào)的幅度和相位發(fā)生了線性變化，導(dǎo)致信號(hào)的形狀、幅度和相位發(fā)生改變的一種失真形式。線性失真是無(wú)線通信系統(tǒng)中非常常見(jiàn)的一種失真形式，它會(huì)導(dǎo)致信號(hào)的質(zhì)量下降，從而影響系統(tǒng)的性能。

線性失真通常是由信號(hào)在傳輸過(guò)程中受到不同的衰減和延遲引起的。在信號(hào)傳輸?shù)倪^(guò)程中，信號(hào)會(huì)經(jīng)過(guò)一些介質(zhì)，如空氣、水或?qū)Ь€等，這些介質(zhì)對(duì)信號(hào)的傳播會(huì)產(chǎn)生不同的影響，例如折射、散射、反射等等。這些影響會(huì)導(dǎo)致信號(hào)的幅度和相位發(fā)生變化，從而引起線性失真。

在無(wú)線通信中，射頻器件輸出的幅值變化特性和相位偏移特性對(duì)不同頻率的輸入有很大的不同。很多射頻信號(hào)，由很多不同的頻率分量組成，輸出端的合成信號(hào)在幅值和相位上與輸入相比就會(huì)有一定程度的失真，類似下圖：

線性失真時(shí)，輸出信號(hào)中不會(huì)有輸入信號(hào)中所沒(méi)有的新的頻率分量，各個(gè)頻率的輸出波形也不會(huì)變化。這種幅度的失真或者相位的失真是由該電路的線性電抗元件對(duì)不同頻率的響應(yīng)不同而引起的，所以叫線性失真。由于是射頻器件對(duì)不同頻率的信號(hào)處理結(jié)果上的偏差，又叫頻率失真。線性失真主要是由濾波器等無(wú)源器件產(chǎn)生的。在設(shè)計(jì)或選擇無(wú)源射頻器件的時(shí)候，要重點(diǎn)關(guān)注它的頻率使用范圍，在這個(gè)范圍內(nèi)對(duì)不同頻率的信號(hào)輸入和輸出的線性關(guān)系應(yīng)盡量一致，以減小線性失真的影響。

什么是非線性失真

非線性失真（Nonlinear Distortion）是無(wú)線通信中一種常見(jiàn)的失真類型，它是指信號(hào)在傳輸過(guò)程中發(fā)生非線性變化而引起的失真。這種失真與線性失真不同，線性失真是指信號(hào)傳輸過(guò)程中的線性衰減或衰減，這可以通過(guò)信號(hào)補(bǔ)償來(lái)修復(fù)，而非線性失真則是無(wú)法通過(guò)簡(jiǎn)單的補(bǔ)償來(lái)修復(fù)的。

非線性失真通常發(fā)生在高功率下，當(dāng)信號(hào)的功率超過(guò)一定閾值時(shí)，非線性元件（如放大器或調(diào)制器）開(kāi)始出現(xiàn)飽和或壓縮現(xiàn)象，這會(huì)導(dǎo)致信號(hào)的波形發(fā)生扭曲或截?cái)?，從而引起信?hào)質(zhì)量的損失。

非線性失真產(chǎn)生的原因很多，其中一個(gè)重要的因素是系統(tǒng)中的非線性元件。放大器是一個(gè)常見(jiàn)的非線性元件，它會(huì)將輸入信號(hào)的幅度放大到較高的水平，但當(dāng)信號(hào)的幅度過(guò)高時(shí)，放大器就會(huì)進(jìn)入飽和區(qū)域，無(wú)法再繼續(xù)放大，這就導(dǎo)致了非線性失真。類似的，調(diào)制器等其他非線性元件也可能導(dǎo)致非線性失真。在設(shè)計(jì)和選擇有源射頻器件的時(shí)候，要注意器件的線性工作范圍，一定要避免輸入信號(hào)的正常波動(dòng)就導(dǎo)致輸出信號(hào)進(jìn)入了飽和區(qū)，引起非線性失真。

除了非線性元件，非線性失真還可能來(lái)自于信號(hào)傳輸路徑中的非線性因素，如非線性傳輸介質(zhì)或多徑效應(yīng)。在這些情況下，信號(hào)的波形也可能發(fā)生扭曲或截?cái)唷?/p>

為了減少非線性失真的影響，通信系統(tǒng)通常會(huì)采用多種技術(shù)來(lái)補(bǔ)償失真。其中一種常見(jiàn)的技術(shù)是預(yù)失真技術(shù)，它是一種逆向修復(fù)方法，通過(guò)在發(fā)送信號(hào)之前對(duì)信號(hào)進(jìn)行預(yù)先處理，使其與預(yù)期的非線性失真相抵消，從而減少非線性失真的影響。其他的技術(shù)還包括自適應(yīng)均衡器、數(shù)字預(yù)失真、線性化放大器等。

什么是三階交調(diào)

三階交調(diào)（Third-Order Intermodulation，簡(jiǎn)稱TOI）是指等幅雙音信號(hào)f1和f2輸入放大器后，由于放大器的非線性而產(chǎn)生的2f1-f2和2f2-f1的雜散分量。

交調(diào)干擾信號(hào)有三階、五階、七階或者更多階的分量，但是三階交調(diào)分量最大。假若兩個(gè)頻率f1和f2的頻率差為Δf =f2-f（1f2＞f1），三階交調(diào)的頻率一般在f2+Δf和f1-Δf的位置。三階交調(diào)是用來(lái)衡量射頻器件非線性的重要指標(biāo)，其大小用交調(diào)產(chǎn)物與主輸出信號(hào)的比來(lái)表示，單位是dBc。

在無(wú)線通信系統(tǒng)中，由于系統(tǒng)的非線性特性導(dǎo)致的一種失真現(xiàn)象，其表現(xiàn)為兩個(gè)或多個(gè)不同頻率的信號(hào)經(jīng)過(guò)放大器等非線性元件后，產(chǎn)生一個(gè)新的信號(hào)，其頻率為原始信號(hào)頻率之和或差，且該新信號(hào)的幅度與原始信號(hào)的幅度有關(guān)。

三階交調(diào)通常在無(wú)線通信系統(tǒng)中會(huì)對(duì)系統(tǒng)的性能產(chǎn)生一定的影響，其產(chǎn)生的交調(diào)產(chǎn)物會(huì)干擾到其他頻率的信號(hào)，導(dǎo)致接收端信號(hào)的質(zhì)量下降，影響通信質(zhì)量。因此，在無(wú)線通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和優(yōu)化中，需要考慮到非線性因素的影響，例如采用線性放大器、預(yù)失真等技術(shù)來(lái)抑制三階交調(diào)的產(chǎn)生，從而提高系統(tǒng)的性能和可靠性。

在選擇射頻器件時(shí)，三階交調(diào)指標(biāo)的絕對(duì)值越大越好。其值越大，說(shuō)明交調(diào)產(chǎn)物相對(duì)主信號(hào)來(lái)說(shuō)越小，對(duì)系統(tǒng)的干擾影響越小。

下圖就是三階交調(diào)的示意圖。

IMD：交調(diào)抑制（dBm）

OIP3：即三階截獲點(diǎn)，是指兩等幅信號(hào)（f1和f2）的輸出功率與三階交調(diào)抑制的一半之和。

即：OIP3=P0+1/2IMD

帶內(nèi)互調(diào)衰減：即三階交周產(chǎn)物電平IMP

測(cè)試單個(gè)器件的OIP3的步驟：

1. 用信號(hào)源輸入雙音信號(hào)；

1. 從頻譜儀讀取經(jīng)過(guò)DUT的輸出信號(hào)的功率值PO；
2. 從頻譜儀讀取經(jīng)過(guò)DUT產(chǎn)生的三階互調(diào)產(chǎn)物的功率值IMD；
3. 帶入公式計(jì)算OIP3。

什么是1dB壓縮點(diǎn)

1dB壓縮點(diǎn)（1dB Compression Point）是指在無(wú)線通信系統(tǒng)或其他電子系統(tǒng)中，當(dāng)輸入信號(hào)的功率達(dá)到一定水平時(shí)，輸出信號(hào)的功率開(kāi)始出現(xiàn)明顯的壓縮。1dB壓縮點(diǎn)是指在輸出信號(hào)功率下降1dB的情況下，輸入信號(hào)功率的水平，也稱為輸出端點(diǎn)壓縮點(diǎn)。

在無(wú)線通信系統(tǒng)中，1dB壓縮點(diǎn)通常用于衡量系統(tǒng)的非線性特性，即在輸入信號(hào)功率較高的情況下，系統(tǒng)的輸出信號(hào)會(huì)出現(xiàn)失真或非線性扭曲。因此，1dB壓縮點(diǎn)越高，代表系統(tǒng)能夠承受更高的輸入信號(hào)功率，從而提高系統(tǒng)的抗干擾能力和動(dòng)態(tài)范圍。

1dB壓縮點(diǎn)通常用dBm或dBW等單位表示，例如1dBm壓縮點(diǎn)表示當(dāng)輸入信號(hào)的功率為1dBm時(shí)，輸出信號(hào)的功率開(kāi)始出現(xiàn)1dB的壓縮。

在無(wú)線通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)和優(yōu)化中，1dB壓縮點(diǎn)是一個(gè)重要的參數(shù)，通常需要通過(guò)實(shí)驗(yàn)或仿真來(lái)確定系統(tǒng)的1dB壓縮點(diǎn)，并據(jù)此進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)和性能優(yōu)化。同時(shí)，在系統(tǒng)實(shí)際應(yīng)用中，也需要注意控制輸入信號(hào)的功率，以避免系統(tǒng)出現(xiàn)過(guò)度壓縮或失真的情況。在選擇射頻器件的時(shí)候，要使射頻器件的工作范圍盡量遠(yuǎn)離P1dB。

為什么寬帶信號(hào)要采用線性功放技術(shù)

如下圖所示：放大器在OA區(qū)域時(shí)，Pin與Pout成線性關(guān)系，即功率增益Gp基本保持不變。Pin繼續(xù)增加， Pout出現(xiàn)滯脹，Gp開(kāi)始減小，Pout達(dá)到最大后開(kāi)始下降，Gp進(jìn)一步減小。通常把增益Gp從Gpmax下降1dB的D點(diǎn)稱為1dB增益壓縮點(diǎn)，此點(diǎn)是線性和非線性的分界點(diǎn)。Pin超過(guò)Pin（1dB）后，放大器很快進(jìn)入飽和工作區(qū)，即非線性區(qū)。 Pin（1dB）越大，放大器線性度越高。

放大器在非線性區(qū)域時(shí)，輸出Pout中包含新的頻率分量。如果為單頻f1信號(hào)，輸出Pout中包含f1以及它的的高次諧波頻率成分；如果為兩個(gè)頻率f1及f2的組合信號(hào)，輸出中將包含mf1±nf2的頻率成分信號(hào)，其中m，n分別為0，1，2…，考慮到放大器負(fù)載的頻率是有限的，輸出的頻率成分中一般包含f1，f2和它們的組合分量2f1-f2、2f2-f1、3f1-2f2、3f2-2f1…。

下圖給出了輸入信號(hào)和輸出信號(hào)的頻譜，由于放大器輸出產(chǎn)生新的分量而導(dǎo)致的輸出信號(hào)失真，稱為放大器的非線性失真。

而傳統(tǒng)功率放大器線性化方法有一定的局限性，因?yàn)橐韵乱蛩兀?/p>

a、負(fù)反饋：應(yīng)用于低頻率較窄的頻段。

b、補(bǔ)償技術(shù)（back-off）：即降低輸入功率Pin，使放大器的工作點(diǎn)遠(yuǎn)離飽和區(qū)，用降低輸出功率的方法減小非線性失真。這種方法簡(jiǎn)單也可以保證線性。但是由于放大器的工作電流不變，使得效率降低，晶體管本身也“大材小用”，沒(méi)有發(fā)揮它的能力。當(dāng)需要大的輸出功率時(shí)，就需要輸出功率更大的放大管，這對(duì)器件提出了更高的要求。這些局限性限制了補(bǔ)償技術(shù)的廣泛應(yīng)用。

既要保證高功率，又要高線性，高效率，顯然在保證有良好的晶體管和選擇合理的工作狀態(tài)外，還要采用合理的線性化措施。

而最終需要使用寬帶信號(hào)要采用線性化技術(shù)。這是因?yàn)椋壳?a href="http://m.1cnz.cn/v/tag/9979/" target="_blank">4G和5G都是寬帶信號(hào)了，不像以前的2G時(shí)代的200KHz載波信號(hào)。寬帶信號(hào)是隨機(jī)包絡(luò)的寬帶通道，如果采用一般的高功放（通常工作于AB類）進(jìn)行信號(hào)放大，將由于交調(diào)失真的影響產(chǎn)生頻譜再生效應(yīng)，對(duì)相鄰的信道產(chǎn)生嚴(yán)重的干擾，為此3GPP規(guī)定了頻譜輻射屏蔽（Spectrum emission mask）的要求，而通常所說(shuō)的高功放是難以達(dá)到這個(gè)要求的，雖然采用A類功放可能會(huì)達(dá)到這個(gè)要求，但是它的效率太低，也難以把信號(hào)放大到幾十瓦的量級(jí)，為此，在高功放的基礎(chǔ)上必須對(duì)其進(jìn)行線性化的處理。把運(yùn)用了線性化技術(shù)的功放稱為線性功放，它可以較好的解決信號(hào)的頻譜再生問(wèn)題。

什么是預(yù)失真技術(shù)

預(yù)失真技術(shù)（pre-distortion technique）是依靠在功率放大器的輸入通道中插入預(yù)失真部件，造成輸入信號(hào)的預(yù)先岐變失真，由于預(yù)失真部件的失真特性與功率放大器的非線性失真特性正好相反，從而消除功率放大器輸出信號(hào)中的非線性失真產(chǎn)物，實(shí)現(xiàn)功率放大器線性化改善目標(biāo)的信號(hào)處理方案。

具體有以下預(yù)失真技術(shù)：

技術(shù)1：模擬預(yù)失真（RF和IF預(yù)失真）

如下圖所示：a是預(yù)失真線性器的輸入輸出曲線示意圖；b是微波晶體管放大器的輸入輸出曲線示意圖?？梢钥闯鼋?jīng)過(guò)預(yù)失真器件的輸出信號(hào)再經(jīng)過(guò)放大器進(jìn)行放大，從而補(bǔ)償了放大器的非線性特征，使放大器的非線性提高（如c）。

技術(shù)2：模擬預(yù)失真（RF和IF預(yù)失真）

下圖是一種預(yù)失真線性器的結(jié)構(gòu)，信號(hào)經(jīng)3dB電橋后相位相差90°，一路經(jīng)具有可調(diào)移相器和衰減器的“線性支路”，另外一路經(jīng)過(guò)由兩個(gè)反相并聯(lián)二極管組成的“非線性支路”，然后經(jīng)3dB電橋耦合器加和輸出。經(jīng)過(guò)“線性支路”的信號(hào)隨輸入信號(hào)的增加而增加，經(jīng)過(guò)“非線性支路”的信號(hào)，隨輸入信號(hào)的增加不呈現(xiàn)線性變化，根據(jù)微波二極管非線性特性，輸入信號(hào)小時(shí)，二極管衰減大，輸入信號(hào)大時(shí)，二極管衰減小。這樣具有90°相差的兩路信號(hào)再輸出3dB耦合器合成時(shí)，能獲得圖3c的曲線特征。

技術(shù)3：數(shù)字預(yù)失真

數(shù)字預(yù)失真是一種放大器線性化方法，能顯著提高多載波放大器的效率。其原理是：非線性失真功能內(nèi)置于數(shù)字、數(shù)碼基帶信號(hào)處理域中，其與放大器展示的失真功能數(shù)量相當(dāng)（“相等”），但功能卻相反。將這兩個(gè)非線性失真功能相結(jié)合，便能夠?qū)崿F(xiàn)高度線性、無(wú)失真的系統(tǒng)。這樣就可以在功率放大器（PA）內(nèi)使用簡(jiǎn)單的AB類平臺(tái)，從而可以消除制造前饋放大器（feed forward amplifier）的負(fù)擔(dān)和復(fù)雜性。此外，由于放大器不再需要誤差放大器失真矯正電路，因此可以顯著提高系統(tǒng)效率。

數(shù)字預(yù)失真系統(tǒng)的基本運(yùn)行原理如上圖所示。目標(biāo)是數(shù)字化生成非線性，以獲得放大器所展示的優(yōu)異特征。如果對(duì)基帶非線性進(jìn)行了正確建構(gòu)，那么對(duì)連續(xù)流經(jīng)基帶非線性層疊（cascade）及放大器的信號(hào)的總體系統(tǒng)響應(yīng)則為線性增益響應(yīng)。