高效射频功率放与优化关大器输键技术入信号度量

摘要

新一代无线通信信号展现出宽带包络大动态范围的特点，迫使射频功率放大器工作在低效的回退功率点上，造成能源浪费和系统成本增加。
　　针对这一问题，需要探索能够准确衡量功率放大器效率的输入信号度量方法。本文主要工作和创新性贡献包括：
　　一、提出衡量功率放大器效率的输入信号失真分量度量方法。采用多项式功率放大器模型，利用Gram-Schmidt正交化原理，将功放非线性放大过程分解为线性信号和非线性失真信号，发现功放非线性不仅引起非线性失真，还同时贡献于信号的线性放大。提出失真分量度量方法用来描述非线性失真信号功率。实验测试结果表明，相比于功率峰均比和立方度量，失真分量度量能更准确的预测功放输入信号满足系统性能要求所需的功率回退。对于QPSK调制20MHz LTE信号，失真分量度量预测误差相比功率峰均比和立方度量分别降低了86％和58%。
　　二、提出失真分量度量下功放输入信号无失真优化方法。分析了非线性传输中导致系统性能损失的关键因素，在无失真信号优化中最小化信号失真分量度量能够直接减少系统信噪比损失。采用具有代表性的无失真优化技术，预留子载波和多信号技术，优化信号失真分量度量。
　　(1)根据失真分量度量特性，将预留子载波技术最小化信号失真分量度量建模为D.C.（Difference of Convex Functions）规划问题，并设计D.C.迭代算法求解优化模型。该算法仅需2次D.C.迭代即可逼近最优解。在128载波QPSK调制OFDM系统中，当预留载波数为8时，算法失真分量度量降低性能为4.6dB。并且，在误比特率为10-3时，相比功率峰均比优化和立方度量优化能分别获得3dB和1.1dB的信噪比增益。
　　(2)将失真分量度量作为选择性映射和部分传输序列技术最优信号选择准则，并详细比较了不同优化策略的算法复杂度。数值与仿真结果显示，相比功率峰均比和立方度量优化，失真分量度量优化能够获得更大系统性能增益。在128载波OFDM系统中，失真分量度量优化计算复杂度分别增加10%和2%。
　　三、提出失真分量度量下功放输入信号有失真优化方法。将失真分量度量下功放输入信号有失真优化建模为功率放大器效率约束下最小化系统失真的优化模型，并定制内点法求解优化模型。数值与仿真结果显示，该算法与传统立方度量凸优化技术具有相同量级时间复杂度，但展现更大性能增益。在64载波QPSK调制OFDM系统中，该算法相比立方度量凸优化技术多获得4.54dB度量降低增益和1.94dB系统信噪比增益。
　　论文上述研究成果可用于无线通信系统设计，对通信系统功率效率优化及性能提升具有理论及现实意义。

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缩略词表

主要数学符号表

第一章 绪论

1.1 研究背景

1.2 研究内容与贡献

1.3 论文结构及内容安排

第二章 功率放大器输入信号度量与优化技术现状

2.1 引言

2.2 输入信号对功率放大器效率的影响

2.3 功率放大器输入信号度量方法

2.4 功率放大器输入信号优化

2.5 本章小结

第三章 功率放大器输入信号失真分量度量

3.1 引言

3.2 功率放大器模型

3.3 功放非线性对输入信号的影响

3.4 失真分量度量

3.5 度量性能测试

3.6 本章小结

第四章 失真分量度量下功率放大器输入信号无失真优化

4.1 引言

4.2 信号优化系统模型

4.3 非线性传输中的性能损失

4.4 预留子载波算法优化失真分量度量

4.5 SLM和PTS算法优化失真分量度量

4.6 本章小结

第五章 失真分量度量下功率放大器输入信号有失真优化

5.1 引言

5.2 最优失真算法

5.3 定制内点法

5.4 算法复杂度分析

5.5 数值与仿真结果

5.6 本章小结

第六章 全文总结

6.1 本文贡献

6.2 下一步工作的建议和未来研究方向

致谢

参考文献

作者已发表、录用及在审的文章

攻读博士期间参加的科研项目