LTE-A射频高效率功率放大器中频技术研究

论文摘要

截至2012年2月底，包括亚洲、欧洲、中东和南美洲在内，全球已正式建立了5张TD-LTE商用网络。巴西、美国、澳大利亚、印度等国的10余家运营商也明确了商用机计划，2012年TD-LTE商用即将席卷全球。作为TD-LTE的演进标准，TD-LTE-Advanced由我国主导，不仅被确定为4G技术标准，而且得到世界各大运营商的广泛支持。LTE在全球大规模建设中，数百万新一代基站需要部署，并保证能够向LTE-A平滑演进。射频功率放大器作为基站中能耗最大的器件，效率普遍不到20%。这不仅增加了运营成本，还消耗了大量资源并污染环境。为此，本文采用数字上变频、峰均比降低、数字预失真和高速数据采集技术，完成了LTE-A射频功率放大器中频设计与实现，以提高射频功率放大器的效率。首先，介绍了射频功率放大器特征和数字中频理论、峰均比降低、数字预失真和高速ADC/DAC技术，为下文中频技术设计奠定基础，分析了LTE-A物理层下行链路资源和信号处理流程，构建下行仿真链路，为下文测试做准备。其次，根据LTE-A射频高效率功率放大器的需求，提出了中频关键技术与速率设计，包括：数字上变频多级采样、脉冲对消法峰均比降低（PC-CFR）、简化辐射削减（SRPV）模型的数字预失真和中频速率设计，并详细分析了SRPV模型原理。再次，对中频设计进行FPGA验证，依次给出了PC-CFR和SRPV模型的功能定义与详细设计，然后利用高速ADC/DAC进行数据采集设计，给出了详细配置说明与接口设计。最后，结合多合体放大器，对中频设计与功率放大器整体性能进行测试与分析，测试结果表明：PC-CFR使信号PAPR降低了3.2dB，基于SRPV模型的数字预失真对ACLR改善量达到20dB，功率放大器效率达到41%。本文结合PC-CFR、DPD以及合适的中频设计开发LTE-A射频高效率功率放大器是可行的，这对新一代基站中高效率功率放大器的研究与开发具有参考意义，对加快其商用具有重要价值。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 研究意义
• 1.3 研究内容与安排
• 第二章 射频功率放大器中频技术现状
• 2.1 引言
• 2.2 射频功率放大器特征
• 2.2.1 非线性失真
• 2.2.2 记忆效应
• 2.2.3 失真度量
• 2.3 数字中频理论
• 2.3.2 采样理论
• 2.3.3 采样率转换
• 2.3.4 数字滤波器
• 2.4 数字辅助关键技术
• 2.4.1 峰均比降低技术
• 2.4.2 数字预失真技术
• 2.5 高速数据采集技术
• 2.5.1 高速 ADC
• 2.5.2 高速 DAC
• 2.6 小结
• 第三章 LTE-A 下行物理层信号模型
• 3.1 引言
• 3.2 LTE-A 帧结构
• 3.2.1 FDD 帧结构
• 3.2.2 TDD 帧结构
• 3.3 LTE-A 下行链路物理过程
• 3.3.1 下行链路物理资源
• 3.3.2 下行链路信号处理
• 3.4 性能指标与仿真
• 3.4.2 性能指标
• 3.4.3 仿真结果
• 3.5 小结
• 第四章 LTE-A 射频功率放大器中频技术研究
• 4.1 引言
• 4.2 射频功率放大器中频架构设计
• 4.2.1 需求分析
• 4.2.2 射频功率放大器硬件平台
• 4.2.3 射频功率放大器中频设计
• 4.3 数字上变频多级采样方案
• 4.3.1 算法设计
• 4.3.2 仿真结果
• 4.4 脉冲对消法的峰均比降低技术
• 4.4.1 算法设计
• 4.4.2 仿真结果
• 4.5 记忆多项式模型的数字预失真技术
• 4.5.1 记忆多项式模型
• 4.5.2 简化辐射削减模型
• 4.5.3 SRPV 模型实现
• 4.6 小结
• 第五章 硬件实现与验证
• 5.1 引言
• 5.2 峰均比降低技术 FPGA 实现
• 5.2.1 顶层设计与资源
• 5.2.2 峰值检测单元
• 5.2.3 脉冲分配单元
• 5.2.4 脉冲缩放单元
• 5.2.5 脉冲对消单元
• 5.3 数字预失真技术 FPGA 部分实现
• 5.3.1 顶层设计与资源
• 5.3.2 查找表地址计算单元
• 5.3.3 参数更新单元
• 5.3.4 预失真计算单元
• 5.4 高速数据采集接口设计
• 5.4.1 高速 ADC 接口
• 5.4.2 高速 DAC 接口
• 5.5 小结
• 第六章 性能测试与分析
• 6.1 引言
• 6.2 测试平台
• 6.3 接口性能测试
• 6.3.1 高速 ADC 接口
• 6.3.2 高速 DAC 接口
• 6.4 LTE-A 发射信号测试
• 6.4.1 PAPR 和 EVM
• 6.4.2 结果分析
• 6.5 数字预失真性能分析
• 6.5.1 测试结果
• 6.5.2 结果分析
• 6.6 射频功率放大器测试
• 6.7 小结
• 第七章 结束语
• 7.1 本文总结及主要贡献
• 7.2 下一步工作的建议和未来研究方向
• 致谢
• 参考文献
• 个人简历
• 攻读硕士学位期间的研究成果