宽带MIMO-OFDM系统数字预失真关键技术研究

摘要

本文研究适用于多输入输出（Multiple Input Multiple Output,MIMO）正交频分复用（Orthogonal Frequency Division Multiplexing,OFDM）系统发射机的宽带数字预失真关键技术。针对现有宽带无线MIMO-OFDM数字预失真技术面临的关键难点问题与挑战，重点研究了两类MIMO数字预失真实现方法：补偿串扰（Crosstalk）型MIMO系统数字预失真方法，以及补偿IQ不平衡（IQ Imbalance）型MIMO系统数字预失真方法。
　　首先，论文总结了现有MIMO数字预失真技术的发展演进及其存在的关键问题；基于典型的MIMO-OFDM系统发射机架构，介绍了功放非线性模型及模型辨识结构等关键技术，给出衡量MIMO数字预失真方法性能的评价指标；随后，重点分析了MIMO系统预失真技术面临的两种主要干扰效应：串扰效应和IQ不平衡效应，着重分析了这两种干扰效应产生的原因、描述模型及其对MIMO系统综合性能的影响；进一步，分析评价了现有的几种典型MIMO系统预失真方法，对其各自技术的优缺点和性能指标，如带外功率谱密度（PSD）、误差矢量幅度（EVM）和归一化均方误差（NMSE）等方面进行了分析对比。
　　以此为基础，本文针对现有MIMO数字预失真方法大多仅补偿串扰效应而未考虑IQ不平衡效应的缺陷，提出了一种带IQ补偿器的交叉式数字预失真（Crossover Digital Predistorter，CO-DPD）改进方法，通过在CO-DPD方法的反馈链路上增加IQ补偿器，可对由正交解调器所引起的IQ不平衡加以补偿；同时，该交叉结构还能有效抑制功放输入的串扰效应。给出了该方法详尽的信号处理流程和算法步骤，并从功率谱密度、邻近信道功率比、误差矢量幅度、归一化均方误差等方面分析了该方案的可行性。理论分析和仿真结果表明，在2×2的MIMO-OFDM系统发射端预失真器中，若存在3％的幅度不平衡、3°相位不平衡及-20dB串扰，相较于传统CO-DPD预失真技术，该改进方法可以有效抑制带外频谱的再生，将信号的EVM降低10dB，将信号的NMSE降低15dB，达到同时补偿IQ不平衡和串扰效应的目的。
　　进一步，针对现有的MIMO数字预失真技术大多采用最小二乘(Least Squares，LS)算法提取预失真系数所导致的高计算复杂度问题，提出了一种联合补偿串扰和IQ不平衡的自适应MIMO预失真方法。该方法在预失真器之后增加一个串扰预消除模块，同时在反馈链路上增加一个IQ不平衡补偿器，利用自适应学习算法估计串扰系数和预失真器系数。理论分析和仿真结果表明，与传统CTC-DPD方法相比，所提方法能同时高效抑制串扰和IQ不平衡效应，提高MIMO系统预失真器的抗干扰能力；而且，由于采用了自适应的学习算法，可获得更低的计算复杂度，利于实际应用。

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第一章 绪论

1.1研究背景、目的与意义

1.2 MIMO预失真技术的发展与研究现状

1.3本文创新点及篇章结构

第二章 MIMO系统预失真模型及其理论基础

2.1 MIMO系统预失真模型

2.2 MIMO系统预失真技术存在的主要干扰效应

2.3现有的MIMO系统预失真方法

2.4本章小结

第三章 带IQ补偿器的CO-DPD预失真模型改进方法

3.1现有补偿串扰型MIMO预失真方法对比

3.2带IQ补偿器的CO-DPD改进方法

3.3本章小结

第四章 联合补偿串扰和IQ不平衡的自适应预失真方法

4.1自适应辨识算法

4.2联合补偿串扰和IQ不平衡的自适应新方法

4.3算法仿真与分析

4.4本章小结

第五章 总结与展望

5.1全文工作总结

5.2进一步研究展望

参考文献

致谢

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