LINC发射机的线性特性研究与支路不平衡补偿

论文摘要

LINC（Linear Amplification With Nonlinear Components）技术的基本原理是把输入信号转换成两路恒包络信号,然后再通过功放进行放大,这样就避免了由功放的非线性所带来的不利影响,可以大幅提升发射机的线性度及效率。这对于高频谱利用率的非恒包络调制技术的应用也是有着极其重要的意义。尽管这种技术很有发展前景,但是目前还没有得到市场的广泛认可,主要的原因是LINC对两个放大器支路之间的匹配要求非常苛刻,只有在两路完全对称的情况下输出信号才能达到理想的线性度。而在实际应用中,由于器件工艺和电路设计结构的非理想性,两支路间必然会存在不匹配现象。本文正是针对该问题,以实际LINC系统中两支路间的不匹配为主要研究对象。深入分析了影响LINC发射机线性性能的各种因素,并给出了有针对性的矫正方案和算法。本文的主要工作和贡献如下:1.结合实际电路研究LINC发射机的线性性能,并分析了引起支路不匹配的几种主要因素。其中包括两个功放支路之间的增益和相位不平衡,正交调制误差以及由数字信号分离产生的量化误差。最后还对Chireix-outphasing合成器的非线性失真做了一定分析。2.重点研究了两种矫正支路不平衡的方法,并进行了理论研究、仿真验证和实验测试。其中第一种方法是通过发送一组测试信号,在得到输出信号的包络之后,采用闭合表达式求解出两路的增益和相位不匹配值。这种方法只考虑了系统的支路增益和相位不平衡参数,因此在实际应用中受到一定的限制。为此本文又研究了另一种新的算法,它通过在反馈支路上增加信号的ACPR估算模块,采用算法自适应搜索系统输出信号的ACPR最佳值。并且在FPGA上实现了ACPR估算模块的硬件设计方案。3.本文从分析LINC发射机的线性性能出发,通过对系统的其中一路基带信号进行增益和相位补偿,抑制了由于支路不平衡所带来的线性度恶化,在保持传统LINC发射机高效率的基础上,提高了发射机的线性度,为LINC发射机的工程应用提供了理论支撑。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 射频功率放大器线性化技术的研究背景
• 1.2 LINC 发射机概述及其支路不平衡研究现状
• 1.2.1 LINC 发射机的原理
• 1.2.2 支路不平衡矫正的研究现状
• 1.3 本文的研究内容安排
• 第二章 LINC 发射机的线性特性
• 2.1 引言
• 2.2 增益和相位不平衡分析
• 2.2.1 基于双音信号的分析
• 2.2.2 增益和相位不平衡对系统ACI 影响
• 2.2.3 增益和相位不平衡对系统EVM 影响
• 2.3 正交调制器不平衡分析
• 2.4 信号分离精度的影响
• 2.4.1 源信号的量化
• 2.4.2 正交信号的量化
• 2.5 Chireix 功率合成器的非线性失真
• 2.6 本章小结
• 第三章 基于自检模式的支路不平衡检测与补偿方法研究
• 3.1 引言
• 3.2 增益和相位不平衡矫正算法研究
• 3.2.1 算法原理推导
• 3.2.2 算法的灵敏度分析
• 3.2.3 带有幅度和相位补偿的LINC 系统仿真
• 3.3 开环搜索系统的增益和相位平衡点
• 3.3.1 实验测试平台
• 3.3.2 系数扫描原理
• 3.3.3 实验步骤及实验结果
• 3.3.4 实验分析和结论
• 3.4 增益和相位不平衡补偿方法的实验验证
• 3.4.1 增益和相位不平衡检测
• 3.4.2 增益和相位不平衡补偿
• 3.4.3 实验结果分析
• 3.5 本章小结
• 第四章 基于ACPR 估算的自适应搜索算法研究
• 4.1 引言
• 4.2 基于ACPR 估算的自适应搜索算法理论
• 4.2.1 ACPR 估算算法提出
• 4.2.2 算法的原理介绍
• 4.2.3 算法的仿真验证
• 4.3 ACPR 估算算法的硬件实现
• 4.3.1 FFT 算法模块
• 4.3.1.1 基-4 FFT 算法的硬件框图
• 4.3.1.2 主要功能模块的设计
• 4.3.1.3 仿真验证与结果分析
• 4.3.2 对数模块设计
• 4.3.2.1 硬件实现方法
• 4.3.2.2 仿真结果
• 4.3.3 模块级联测试
• 4.4 本章小结
• 第五章 结论与展望
• 5.1 全文总结及主要贡献
• 5.2 后续工作展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录A ΔG 和Δφ的闭合表达式推导
• 攻硕期间取得的研究成果