基于高效功放的调制技术研究

摘要

射频(Radio Frequency,RF)功率放大器(Power Amplifiers,PA)是无线通信系统中发射机后端部分最重要的部件。同时也是无线通信系统中能耗最高的器件，其工作效率在很大程度上决定了整个通信系统的能耗。因此，在提倡节约能源与保护环境的背景下，研究基于高效功率放大器的信号调制技术具有很重要的理论与实践意义。 本文首先介绍了研究背景和意义，分析了关于提升功率放大器效率的研究现状。从信号的调制技术及功率放大器的工作特性出发，本文研究了两种基于高效功率放大器的信号调制方案。两种信号调制方案都能提升功率放大器的工作效率，从而降低整个通信系统的功耗。 本文的具体工作如下： 第一章阐述论文研究背景和意义，分析了关于提升功率放大器效率的研究现状，简要介绍了射频功率放大器，并给出了本文的主要研究内容和结构安排。 第二章研究了基于开关型功放(Switching ModePower Amplifiers,SMPA)的信号调制技术。本章首先分别介绍了正交调制及脉冲宽度调制（Pulse Width Modulation,PWM）的原理。通过将两种调制方式结合，使得功率放大器的输入信号是方波信号，这样就可以利用效率较高的开关型功放，提升功率放大器的能量效率。本章给出了这种信号调制方案的系统框图，并对其信号频谱特性及误比特率（Bit Error Rate，BER）性能进行了仿真分析。 第三章研究了应用于MIMO系统的多维超球面相位调制（Phase Modulation on the Hypersphere，PMH）技术。本章首先给出了单射频MIMO系统中PMH调制的系统框图，信号特点。PMH调制的信号星座图位于多维超球面上，因此中心射频功放的输入信号是恒包络的。根据功率放大器的工作特性可知，低峰均比（Peak-to-Average Power Ratio，PAPR）的输入信号能够保证更高的工作效率。本章给出了基于K均值（K-means）聚类算法的码本生成算法，类格雷码的星座图映射算法。研究了常见的几种MIMO信号检测方案，并对比了他们的性能。 第四章针对PMH调制解调系统中的最大似然（Maximum Likelihood，ML）检测算法复杂度很高的问题，提出了两种改进方案。其中两级码本及其迭代检测算法虽然能够降低计算复杂度，但是有一定的性能损失，且对信道条件要求苛刻。基于KD树(k-dimension Tree)的信号检测方案能够在不损失性能的情况下降低计算量，只要求信道是平稳的。本章详细介绍了两种算法的原理，分析了两种算法的计算复杂度，通过仿真的方式与ML算法对比了性能及计算量。 第五章对全文进行了全面的总结，说明了本文的主要贡献及创新点，并对以后的工作给出了建议。

目录

声明

缩略词表

主要数学符号表

第一章 绪论

1.1研究背景

1.2研究现状

1.3射频功率放大器简介

1.4.1本文研究内容和创新点

1.4.2本文的结构安排

第二章 基于开关型功放的调制技术研究

2.1正交调制

2.2脉冲宽度调制

2.3脉冲宽度调制与正交调制的结合

2.4系统仿真及分析

2.5 PWM载波频率对系统性能的影响

2.6本章总结

第三章 MIMO系统中的超球面相位调制技术研究

3.1系统模型

3.2 k-Means码本生成算法

3.3类格雷码星座图映射算法

3.4信号检测算法

3.4.1.1 最大似然检测算法

3.4.2 ZF信号检测算法

3.4.3 MMSE信号检测算法

3.5仿真结果与分析

3.6本章总结

第四章 超球面相位调制的低复杂度信号检测算法研究

4.1两级码本设计及其迭代检测算法

4.1.1算法介绍

4.1.2算法仿真与分析

4.2基于KD树的信号检测算法

4.2.1算法介绍

4.2.2算法分析与仿真

4.2.3盲信道下的KD树检测算法

4.3本章小结

第五章 结束语

5.1本文主要贡献

5.2下一步工作建议及未来研究方向

致谢

参考文献