支持载波聚合的高效多频功率放大器及线性化研究

In order to meet the rapid growth of broadband wireless communication services, carrier aggregation has been trusted as a promising technique for bandwidth enhancement in the next generation wireless communications, this project will focus on the high-efficiency multi-band RF power amplifiers and related linearization techniques for carrier aggregation in LTE-Advanced systems. In carrier aggregation technology, the RF front-ends are required to have the capabilities of concurrent multi-band transmission, since the traditional method of signal combination at high power stage leads to a significant loss. Thereby, this project will study multi-band high efficient asymmetrcial Doherty amplifiers. To achieve the power added efficiencies at backoff region from the saturated power,a joint optimization scheme of the power division rate and gate bias voltages will be carried out for efficiency enhancement.Due to co-existance of the signals at different frequencies in the multi-band PAs, the distortions of PA will include intra-band modulation and inter-band modulation. To accommodate these nonlinear terms, a multi-dimension model will be proposed to accurately model the nonlinearities, and we will also provide solutions to compress the increasing model complexity induced by the new architecture. Considering the sparsity of the signals in carrier aggregation system, we will invent a low-cost predistortion platform based on compressive sampling, and the corresponding observation matrix and reconstrction algorithm will be studied.

为了满足移动宽带业务的快速增长，载波聚合技术已成为下一代无线通信系统拓展带宽的有效手段，本课题着重研究支持载波聚合的高效多频功率放大器及其线性化技术。载波聚合技术需要射频前端具备多频段并行传输的能力，传统多个单频功放在大功率级进行信号合成的方法会带来较大损耗，导致整机效率下降。因此，本课题将研究支持载波聚合的多频段Doherty功放的设计方法，对主辅路功率分配比和栅极偏置电压进行联合优化，改善传统Doherty功放中回退区效率偏低的问题。多频功放中由于同时放大多个频段信号，其非线性特性将包含带内互调和带间交调，为了表征这些新出现的非线性分量，需采用多维非线性行为模型可对其精确建模，并解决由于频带间交叉调制引起的模型复杂度迅速增加问题。考虑到载波聚合信号的稀疏特性，本课题拟研究基于压缩采样的预失真技术，通过设计观测矩阵和信号恢复算法，实现低采样率的数字预失真平台，降低系统成本。

为了拓展无线通信系统带宽和满足移动宽带业务快速增长，载波聚合技术已成为下一代无线通信关键技术。载波聚合技术需要射频前端具备多频段并行传输的能力，而传统在大功率上进行信号合成的方法会带来很大损耗，导致整机效率下降。因此，本课题研究支持载波聚合的多频段和宽带Doherty 功放的设计方法，解决多频信号激励时功放输出性能下降问题。为了应对多频功放中带内互调和带间交调等非线性分量，采用多维非线性行为模型对其精确建模，解决由于频带间交叉调制引起的模型复杂度迅速增加问题。考虑到载波聚合信号的稀疏特性，本课题拟研究基于压缩采样的预失真技术，通过设计观测矩阵和信号恢复算法，实现低采样率的数字预失真系统，降低系统成本。.本课题提出了双频功放交调匹配理论和连续型宽带Doherty功放结构，解决了双频功放同时激励性能下降和传统Doherty功放带宽瓶颈问题，设计实现了双频和宽带Doherty功放，在公开报道中性能指标处于国际领先水平。提出了基于误差排序模型削减的简化二维功放非线性行为模型，解决了双频功放非线性模型复杂度过高和计算占用资源太大的问题；同时还提出了基于压缩感知的数字预失真技术，极大程度降低了输出信号反馈通道采样率要求过高问题，算法性能处于业界领先水平。.课题共发表SCI论文9篇（包含IEEE Transactions汇刊论文4篇），国际会议论文10篇，申请国家发明专利4项，完成课题的预期目标。中国电子学会组织、中国航天科工集团黄培康院士担任鉴定委员会主任的成果鉴定会对研究成果给予了“项目核心技术在该领域具有首创性，部分成果达到国际领先水平”的高度评价，获得中国电子学会科技二等奖，并在中兴通讯F+A双频基站开发中获得成功应用。在国际合作与交流方面，受邀在iNNMiC 2014、APMC 201 和2015年全国微波毫米波会议做邀请报告。邀请IEEE Fellow、加拿大两院院士Fadhel Ghannouchi教授和IEEE Fellow IEEE Transactions on MTT主编Dominique Scherus教授来校进行学术访问。在人才培养方面，课题负责人2015年获得优秀青年基金、2014 URSI青年科学家奖，2013年教育部新世纪优秀人才支持计划。指导研究生获得清华大学优秀硕士学位论文、北京市优秀硕士毕业生等奖励。