高峰均比系统中放大器的高效高线性化技术

论文摘要

OFDM是下一代无线通信的核心技术之一,在对抗多径衰落及频谱利用率方面具有突出的优势,因而也得到了广泛的运用。但是OFDM技术同时存在明显的缺点,其中之一就是高峰均比问题。由于OFDM信号的包络服从瑞利分布,其峰值功率会比平均功率高出很多,造成了严重的高峰均比问题,导致OFDM信号对放大器的非线性失真和饱和性失真极其敏感;另一方面,当通信系统是一个宽带系统时,放大器的失真不再是单纯的非线性特性,还呈现出了一种记忆性的特性,此时的输出信号不仅与当前的输入信号相关,还与之前的输入信号相关。因此放大器有限动态范围和非线性放大特性的存在对高峰均比的OFDM系统来说造成严重的失真,并导致放大器功率效率很低,在极端的情况下可能完全无法正确传输信号。针对通信系统中的放大器记忆非线性失真问题,本论文首先基于OFDM的特殊调制生成方式,提出一种在频域实现的频域预失真器。由于放大器的记忆性失真等效为一种频率选择性失真,并且由于OFDM调制的特殊性,其各个子载波的频率互不相同,因此可以对每个子载波上的数据进行预失真处理,达到纠正放大器造成的记忆非线性失真的目的;其次,本文将频域预失真和时域预失真方法相结合,得到一种能够更精确的完成OFDM系统中放大器失真消除工作的时域-频域联合预失真器结构,解决了单纯使用频域预失真器性能受限于所使用的子载波数目和星座映射方式的问题;最后,在已有文献方法的基础上,本论文提出了一种新的时域预失真器—简化滤波查表法。该方法对已有的滤波查表法进行了简化,解决了原方法结构复杂、收敛速度慢的缺点,是一种更为通用的有效的预失真方案。针对通信系统中同时存在的放大器的饱和性失真问题,本论文提出一种使用多个小功率放大器并联并协同放大的方法来弥补放大器饱和性失真和非线性失真。首先从较为简单的B类放大器入手,提出一种基于双放大器结构的预失真器。该预失真器利用分配比将原始信号分段后分别送入两个放大器进行放大,以达到扩展放大器动态范围,对抗饱和性失真的目的;同时通过控制分配比参数,利用放大器自身的非线性特性互相弥补,达到消除放大器造成的非线性失真的目的。随后,在此基础上,将多放大器方法推广到更为常用的AB类放大器,提出了一种能够同时消除放大器饱和性,记忆性和非线性失真的预失真方法。由于放大器在通信系统中消耗了很大一部分的能量,因此降低放大器的能量消耗可以有效的降低整个通信网络的能源消耗。针对通信系统的节能问题,本文提出了一种信号分解放大的放大方法,能大大降低放大器消耗的能量,提高放大效率。该方法利用信号分解算法,将高峰均比信号分解为多个低峰均比的支路信号,并行地进行线性化处理并放大后传输,达到降低支路信号峰均比的目的;同时依据支路信号控制使用放大器的直流消耗,达到直接提升放大器功率效率的目的。仿真表明,该方法可以有效地提高峰均比系统中的放大器功率效率。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 主要缩略语对照表
• 主要数学符号汇总
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.1.1 无线通信的发展
• 1.1.2 4G 移动通信的特征
• 1.2 无线通信的前沿技术
• 1.2.1 OFDM 技术
• 1.2.2 放大器线性化技术
• 1.2.3 绿色无线电
• 1.3 论文的主要工作和安排
• 第二章 OFDM 系统及其峰均比问题
• 2.1 OFDM 系统
• 2.1.1 OFDM 系统简介
• 2.1.2 OFDM 符号样点的幅度分布
• 2.1.3 OFDM 符号样点的功率分布
• 2.2 OFDM 系统的峰均比问题
• 2.3 OFDM 系统中的放大器失真问题
• 2.3.1 饱和性失真
• 2.3.2 非线性失真
• 2.3.3 记忆性失真
• 2.4 总结
• 第三章 有记忆非线性系统中的预失真技术
• 3.1 OFDM 系统的频域预失真
• 3.1.1 频域预失真器的基本思想
• 3.1.2 查询表的更新策略
• 3.1.3 仿真结果
• 3.1.4 频域预失真存在的缺点
• 3.2 OFDM 系统中的时域频域二维联合预失真方法
• 3.2.1 滤波查表法结构
• 3.2.2 时频二维查表预失真器
• 3.2.3 仿真结果
• 3.3 简化滤波查表预失真方法
• 3.3.1 简化滤波查表法的基本原理
• 3.3.2 仿真结果
• 3.4 结论
• 第四章 放大器动态范围扩展方法
• 4.1 分段放大预失真技术
• 4.1.1 分段线性化技术
• 4.1.2 分配比自适应更新算法
• 4.1.3 仿真结果
• 4.2 放大器失真消除技术
• 4.2.1 放大器动态范围扩展技术
• 4.2.2 SFLUT 和 CA-2PA 级联结构
• 4.2.3 仿真
• 4.3 结论
• 第五章 放大器功率效率提高方法
• 5.1 基于信号统计特性的多放大器信号分解放大方法
• 5.2 对称均匀信号分解方法
• 5.2.1 对称均匀分段算法
• 5.2.2 基于信号统计特性的信号分解方法
• 5.2.3 支路信号峰均比分析
• 5.3 正交非均匀分解方法
• 5.3.1 正交非均匀分段算法
• 5.3.2 基于信号统计特性的信号分解方法
• 5.3.3 支路信号峰均比分析
• 5.4 放大器功率效率
• 5.5 仿真结果
• 5.5.1 支路放大器饱和功率相近时
• 5.5.2 支路放大器饱和功率不同时
• 5.6 结论
• 第六章 结论
• 致谢
• 参考文献
• 学术成果