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宽带无线通信数字预失真关键技术

刘颖  
【摘要】:为满足高速增长的无线通信业务需求,移动通信系统从第一代演进到了现在的第四代,信号实时带宽也从25kHz增大到了100MHz,信号的峰值功率与平均功率之比(简称峰均比)也越来越大,对射频功率放大器在高效率、高功率输出时的线性度指标提出了更高的要求。为提高射频功率放大器的线性度,本文研究聚焦于大带宽、高峰均比信号条件下的宽带无线通信数字预失真技术,具体贡献包括:第一,提出了一种直接求取射频功率放大器逆传递函数的宽带数字预失真方法。对具体的广义记忆多项式模型函数进行求逆运算,得到以输入信号为参数的预失真函数;构造一个以该参数为自变量的一元高次方程,通过求根运算得到其精确估计值,从而降低传统直接学习方法预失真参数的估计误差。对于20MHz~100MHz带宽的LTE-A信号,所提方法的带外泄漏抑制性能优于传统间接学习方法3dB、优于传统求逆型方法2.2dB。第二,提出一种降低反馈通路带宽的宽带数字预失真技术。在预失真反馈通路带宽低于功率放大器输出信号带宽的情况下,所提技术在传统非线性模型辨识过程中引入带宽限制:通过设计滤波器使非线性模型及其输入和输出信号带宽小于等于实际反馈通路带宽,以抵消反馈通路中的带宽限制对非线性参数辨识的影响。利用辨识出的参数可以估计完整带宽的反馈信号和宽带数字预失真参数。对于20MHz~100MHz宽带信号,所提技术可以降低72%反馈通路带宽并保持优于-45dBc的带外频谱泄漏抑制性能,其中对于100MHz LTE-A信号,该技术可将反馈通路带宽从500MHz降低至140MHz。第三,提出一种可扩展反馈通路动态范围的数字预失真架构。在反馈信号动态范围超出反馈通路的ADC动态范围情况下,所提架构通过射频对消来抵消反馈信号的线性分量,以降低其动态范围;在数字域利用ADC采集的部分信号重建出完整的反馈信号并估计数字预失真参数。通过精确射频对消和基带重建,所提架构可以大幅度降低数字预失真对动态范围需求:对于100MHz LTE-A信号,该架构能以低于传统方案26.3 dB动态范围的ADC实现相同的数字预失真性能。本文研究了功率放大器模型函数求逆型数字预失真方法、窄带反馈数字预失真技术和可扩展动态范围的预失真架构等三个方面的宽带数字预失真关键技术,研究成果可应用于卫星通信、宽带无线局域网和下一代移动通信系统中,以提高大带宽和高峰均比信号条件下射频功率放大器效率,抑制非线性失真,降低带外频谱泄漏。


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