信號經(jīng)過射頻收發(fā)通道的時候，由于有加性噪聲和乘性噪聲引入，或多或少會對所傳信號有一定程度的歪曲，這種情況就是無線信號的失真。一般分為線性失真和非線性失真，下面介紹下各自的特點。

什么是線性失真

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

線性失真通常是由信號在傳輸過程中受到不同的衰減和延遲引起的。在信號傳輸?shù)倪^程中，信號會經(jīng)過一些介質(zhì)，如空氣、水或?qū)Ь€等，這些介質(zhì)對信號的傳播會產(chǎn)生不同的影響，例如折射、散射、反射等等。這些影響會導(dǎo)致信號的幅度和相位發(fā)生變化，從而引起線性失真。

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

線性失真時，輸出信號中不會有輸入信號中所沒有的新的頻率分量，各個頻率的輸出波形也不會變化。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。由于是射頻器件對不同頻率的信號處理結(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源器件產(chǎn)生的。在設(shè)計或選擇無源射頻器件的時候，要重點關(guān)注它的頻率使用范圍，在這個范圍內(nèi)對不同頻率的信號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）是無線通信中一種常見的失真類型，它是指信號在傳輸過程中發(fā)生非線性變化而引起的失真。這種失真與線性失真不同，線性失真是指信號傳輸過程中的線性衰減或衰減，這可以通過信號補(bǔ)償來修復(fù)，而非線性失真則是無法通過簡單的補(bǔ)償來修復(fù)的。

非線性失真通常發(fā)生在高功率下，當(dāng)信號的功率超過一定閾值時，非線性元件（如放大器或調(diào)制器）開始出現(xiàn)飽和或壓縮現(xiàn)象，這會導(dǎo)致信號的波形發(fā)生扭曲或截斷，從而引起信號質(zhì)量的損失。

非線性失真產(chǎn)生的原因很多，其中一個重要的因素是系統(tǒng)中的非線性元件。放大器是一個常見的非線性元件，它會將輸入信號的幅度放大到較高的水平，但當(dāng)信號的幅度過高時，放大器就會進(jìn)入飽和區(qū)域，無法再繼續(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)計和選擇有源射頻器件的時候，要注意器件的線性工作范圍，一定要避免輸入信號的正常波動就導(dǎo)致輸出信號進(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自于信號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，信號的波形也可能發(fā)生扭曲或截斷。

為了減少非線性失真的影響，通信系統(tǒng)通常會采用多種技術(shù)來補(bǔ)償失真。其中一種常見的技術(shù)是預(yù)失真技術(shù)，它是一種逆向修復(fù)方法，通過在發(fā)送信號之前對信號進(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，簡稱TOI）是指等幅雙音信號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)物與主輸出信號的比來表示，單位是dBc。

在無線通信系統(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)為兩個或多個不同頻率的信號經(jīng)過放大器等非線性元件后，產(chǎn)生一個新的信號，其頻率為原始信號頻率之和或差，且該新信號的幅度與原始信號的幅度有關(guān)。

三階交調(diào)通常在無線通信系統(tǒng)中會對系統(tǒng)的性能產(chǎn)生一定的影響，其產(chǎn)生的交調(diào)產(chǎn)物會干擾到其他頻率的信號，導(dǎo)致接收端信號的質(zhì)量下降，影響通信質(zhì)量。因此，在無線通信系統(tǒng)的設(shè)計和優(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，三階交調(diào)指標(biāo)的絕對值越大越好。其值越大，說明交調(diào)產(chǎn)物相對主信號來說越小，對系統(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，是指兩等幅信號（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

測試單個器件的OIP3的步驟：

1. 用信號源輸入雙音信號；

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

什么是1dB壓縮點

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

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

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

在無線通信系統(tǒng)設(shè)計和優(yōu)化中，1dB壓縮點是一個重要的參數(shù)，通常需要通過實驗或仿真來確定系統(tǒng)的1dB壓縮點，并據(jù)此進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計和性能優(yōu)化。同時，在系統(tǒng)實際應(yīng)用中，也需要注意控制輸入信號的功率，以避免系統(tǒng)出現(xiàn)過度壓縮或失真的情況。在選擇射頻器件的時候，要使射頻器件的工作范圍盡量遠(yuǎn)離P1dB。

為什么寬帶信號要采用線性功放技術(shù)

如下圖所示：放大器在OA區(qū)域時，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開始減小，Pout達(dá)到最大后開始下降，Gp進(jìn)一步減小。通常把增益Gp從Gpmax下降1dB的D點稱為1dB增益壓縮點，此點是線性和非線性的分界點。Pin超過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，輸出Pout中包含新的頻率分量。如果為單頻f1信號，輸出Pout中包含f1以及它的的高次諧波頻率成分；如果為兩個頻率f1及f2的組合信號，輸出中將包含mf1±nf2的頻率成分信號，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和輸出信號的頻譜，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，因為以下因素：

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”，沒有發(fā)揮它的能力。當(dāng)需要大的輸出功率時，就需要輸出功率更大的放大管，這對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要采用線性化技術(shù)。這是因為，目前4G和5G都是寬帶信號了，不像以前的2G時代的200KHz載波信號。寬帶信號是隨機(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)行信號放大，將由于交調(diào)失真的影響產(chǎn)生頻譜再生效應(yīng)，對相鄰的信道產(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，而通常所說的高功放是難以達(dá)到這個要求的，雖然采用A類功放可能會達(dá)到這個要求，但是它的效率太低，也難以把信號放大到幾十瓦的量級，為此，在高功放的基礎(chǔ)上必須對其進(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的頻譜再生問題。

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中的非線性失真產(chǎn)物，實現(xiàn)功率放大器線性化改善目標(biāo)的信號處理方案。

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。可以看出經(jīng)過預(yù)失真器件的輸出信號再經(jīng)過放大器進(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)過由兩個反相并聯(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“線性支路”的信號隨輸入信號的增加而增加，經(jīng)過“非線性支路”的信號，隨輸入信號的增加不呈現(xiàn)線性變化，根據(jù)微波二極管非線性特性，輸入信號小時，二極管衰減大，輸入信號大時，二極管衰減小。這樣具有90°相差的兩路信號再輸出3dB耦合器合成時，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。將這兩個非線性失真功能相結(jié)合，便能夠?qū)崿F(xiàn)高度線性、無失真的系統(tǒng)。這樣就可以在功率放大器（PA）內(nèi)使用簡單的AB類平臺，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。如果對基帶非線性進(jìn)行了正確建構(gòu)，那么對連續(xù)流經(jīng)基帶非線性層疊（cascade）及放大器的信號的總體系統(tǒng)響應(yīng)則為線性增益響應(yīng)。