OFDM系统中功率放大器的预失真技术研究

论文摘要

正交频分复用(OFDM)系统通过正交子载波实现多载波调制,具有很强的灵活性,抗快衰落能力强,频谱利用率高,在高速通信系统中得到了广泛的应用。然而,OFDM信号峰值平均功率比(峰平比)较大,易受非线性失真,对功率放大器的线性度要求较高。功率放大器的非线性失真是降低OFDM系统性能的主要因素之一。为了减小功率放大器的非线性失真,提高OFDM的系统性能,需要对OFDM信号进行预失真处理,以补偿功率放大器的非线性失真。本文介绍了功率放大器的常见非线性模型,从理论上分析了非线性功率放大器对OFDM系统的影响。并总结了改善功率放大器非线性失真的已有技术,从功率效率,自适应性和实现成本上进行了对比,明确了预失真技术是解决放大器非线性问题最有效的技术。然后结合基于查找表和基于多项式的预失真技术的优点,研究了一种新的数字预失真技术。该技术将非线性放大器的非线性函数分为若干段,每段分别用一个阶数较低的多项式来拟合,再利用幅度变换和相位变换补偿放大器的非线性,使输出为线性输出。仿真结果表明,该算法能使功率放大器的综合性能提高4.3dB。为了减少直接反馈所需的射频元件,本文提出了间接反馈预失真的概念。即先在接收端估计放大器的非线性,然后将非线性参数通过反向链路反馈给发射端,再在发射端进行预失真处理。然而,放大器的非线性和无线信道混叠在一起,使非线性参数估计变得更为困难,不能采用常规方法来估计。本文将非线性与无线信道看作一个非线性信道,提出了一种基于多电平PN序列估计非线性信道的方法。该方法通过多电平PN序列构造范德蒙矩阵,将非线性信道分离为线性和非线性部分,再分别对线性部分和非线性部分进行估计,可以同时估计出放大器的非线性响应和无线信道的脉冲响应。最后,利用接收端的非线性估计结果,在发射端对发射链路的非线性进行了间接反馈预失真处理。仿真结果表明,间接反馈预失真在衰落信道下能有效改善放大器的非线性失真。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 前言
• 1.1 移动通信的发展概况
• 1.2 论文的研究背景和意义
• 1.3 国内外研究状况和进展
• 1.4 论文的主要研究工作及结构安排
• 第二章 OFDM 系统概述
• 2.1 引言
• 2.2 OFDM 的基本原理
• 2.3 OFDM 符号的峰平比
• 2.4 OFDM 的特点
• 第三章 功率放大器的非线性特性分析
• 3.1 引言
• 3.2 功率放大器的非线性模型
• 3.2.1 行波管功放大器模型
• 3.2.2 固态功率放大器模型
• 3.2.3 其他非线性模型
• 3.3 非线性对OFDM 系统的影响的数学分析
• 3.4 线性化方法概述
• 3.4.1 功率回退法
• 3.4.2 前馈线性化技术
• 3.4.3 负反馈线性化技术
• 3.4.4 预失真技术
• 3.5 本章 小结
• 第四章 基于分段线性化的数字预失真技术研究
• 4.1 引言
• 4.2 数字预失真技术概述
• 4.3 基于分段线性化的预失真技术
• 4.3.1 基于分段线性化的预失真技术原理
• 4.3.1.1 幅度函数分段估计与相位函数分段估计的方法
• 4.3.1.2 幅度变换与相位变换
• 4.3.2 LMS 自适应算法的收敛条件
• 4.3.3 数字仿真结果与分析
• 4.4 本章 小结
• 第五章 间接反馈预失真技术研究
• 5.1 引言
• 5.2 非线性信道估计方法概述
• 5.3 基于多电平PN 序列的非线性信道估计
• 5.3.1 无线信道的估计方法
• 5.3.2 非线性参数的估计方法
• 5.4 间接反馈预失真技术
• 5.4.1 基于反函数的间接反馈预失真
• 5.4.2 基于数值分析的间接反馈预失真
• 5.5 数字仿真结果与分析
• 5.5.1 AWGN 信道下的仿真
• 5.5.2 慢衰落信道下的仿真
• 5.5.3 快衰落信道下的仿真
• 5.6 本章 小结
• 第六章 全文总结
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• 硕士期间取得的成果
• 个人简历