[发明专利]基于瞬时与平均功率比的提高混合载波系统PA效率的线性尺度变换的信号发射和接收方法

说明书

技术领域

本发明涉及通信领域，具体涉及一种提高混合载波系统功率放大器效率的线性尺度变换方法。

背景技术

功率放大器(Power Amplifier,PA)是现代无线通信系统中的关键部件，其功能是将信号放大到一个足够大的功率值，再经天线发送出去，接收端才能获得足够大的信噪比以解调出原始信号。PA的性能指标主要集中于PA的效率和非线性失真。如果通信系统采用单载波恒包络调制方式，PA的非线性失真就会小。因为这种载波方式及调制方式产生的突发高峰值概率小，可以采用高效率的PA来放大信号，如丙类放大器。随着移动终端用户数量的飞速增长，客户对各类服务需求也已增大，如可视电话、多媒体服务等，这些服务对频谱效率提出了更高的要求。为此，现代无线通信系统采用了频谱效率更高的混合载波/多载波体制和非恒包络的线性调制方式。这就造成远大于发射信号平均功率的峰值功率出现概率增大，非线性失真发生概率也随之增大，这对功率放大器的线性度提出了很高的要求。

传统改善PA非线性失真问题的方法是使用线性度较好的甲类或甲乙类功率放大器结构，并使输入PA信号从饱和功率点回退足够的功率以防止非线性失真发生。但为了满足线性度的要求，PA的线性范围要很大，这类PA的价格昂贵且功率回退会造成功率效率低。本发明旨在解决功率放大器功率效率低的问题。

文献1：1996年，D.Wulich公开的《Peak factor in orthogonal multicarrier modulation with variable levels》；

文献2：2003年H.Ochiai公开的《Performance analysis of peak power and band-limited OFDM system with linear scaling》；

文献3：2005年R.Raich、Q.Hua和G.T.Zhou公开的《Optimization of SNDR for amplitude-limited nonlinearities》；

文献4：2007年R.J.Baxley和G.T.Zhou公开的《A comparison of SNDR maximization techniques for OFDM》；

均提出在信号进入PA前使用线性尺度(Linear Scaling)处理。文献1和文献2中的方法是根据每一个数据块中的峰值信号功率来确定线性尺度因子(Linear Scaling Factor)，以使PA输出的信号不发生非线性失真。这类方法可以理解为是根据每个数据块的信号峰值与平均功率比(Peak-to-Average Power Ratio，PAPR)来确定线性尺度因子。该方法的问题在于，当不同数据块的峰值功率不同时，信号在进入PA前有可能被放大或缩小。这会提高接收端对信道估计的复杂性，因为以数据块为单位的连续信号经历统计独立的线性尺度变化会加大基于时域插值的信道估计难度。

根据Bussgang定理，当输入信号是高斯分布时，PA输出的信号如果发生非线性失真，可以表示为两部分和：与输入信号线性相关部分以及非线性失真部分，且两部分不相关。文献[3、4]中使用该定理建模，提出使PA输出最大信号与非线性失真噪声功率比的线性尺度因子。但是，该模型对基于4-WFRFT的混合载波系统并不适用。因为混合载波信号(阶数不等于±1)并不服从高斯分布。

文献5：Q.Liu、X.Ma、G.T.Zhou和J.Wu 2005年公开的《Peak-to-average power ratio versus instantaneous-to-average power ratio for OFDM》；

文献5中对比了系统信号PAPR和瞬时与平均功率比(Instantaneous-to-Average Power Ratio，IAPR)两个参数在提高PA性能中的应用。当不允许发生非线性失真时，根据PAPR参数能够准确确定线性尺度因子。当允许发生非线性失真，为了得到较好的信号与非线性失真功率比时，IAPR更有参考意义。

文献6：2005年华为技术有限公司公开的《一种提高功率放大器效率的方法》；

文献6公开了一种通过将N链路功率放大器的工作范围划分为多于N个的工作区间来提高PA效率的方法。例如该方法需要两链路功率放大器，链路1功率放大器饱和功率小于链路2功率放大器饱和功率，实质上它是根据输入信号不同功率峰值来匹配具有不同饱和值的PA，该方法需要多个PA并行工作，提高了器件成本。