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
【技术领域】
[0001] 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】
[0002] 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。
[0003] 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。
[0004] 文献 1 :1996 年，D. Wulich 公开的《Peak factor in orthogonal multicarrier modulation with variable levels))；
[0005] 文献 2 :2003 年 H. Ochiai 公开的《Performance analysis of peak power and band-limited OFDM system with linear scaling》；
[0006] 文献 3 :2005 年 R. Raich、Q. Hua 和 G. T. Zhou 公开的《Optimization of SNDR for amplitude-limited nonlinearities))；
[0007]文献 4 :2007 年 R. J. Baxley 和 G. T. Zhou 公开的《A comparison of SNDR maximization techniques for OFDM))；
[0008] 均提出在信号进入PA前使用线性尺度（Linear Scaling)处理。文献I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。
[0009] 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。
[0010] 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))；
[0011] 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。
[0012] 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》；
[0013] 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。
[0014] 文献7 :2003年三星电子株式会社公开的《提高在大的峰值对平均功率比下运行 的功率放大器的效率的装置和方法》；
[0015] 文献7公开了一种提高PA功率效率的方法，具体为：检测输入信号峰值并将其降 低；对峰值降低信号进行放大；对信号峰值差进行放大并与之前已经放大信号求和。可以 看出该方法通过两次放大与一次求和来提高PA的功率效率，这会加大器件工作复杂度与 运算时间。
【发明内容】
[0016] 本发明是为了解决功率放大器的功率效率低的问题，从而提出一种基于瞬时与平 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。
[0017] 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，
[0018] 它的信号发射方法为：
[0019]步骤一、将离散时间信号经过数字基带映射得到数据Xtl(Ii)，其中Xtl(Ii)具有N个 子载波；N为正整数；
[0020] 步骤二、将步骤一获得的数据X。(n)进行a阶WFRFT变换，得到经N点4-WFRFT调 制后的离散时间信号Y(n);对该离散时间信号Y(n)插入循环前缀、并进行D/A变换，获得 变换后数据；a为实数；
[0021] 步骤三、根据基带映射方式与4-WFRFT的变换阶数得到信号的平均功率Pav;
[0022] 步骤四、根据基带映射方式、4-WFRFT的变换阶数、设定的信号非线性失真概率Ptl, 应用瞬时与平均功率比IAPR的互补累计分布函数CCDF定义得到对应概率P tl的IAPR阀值 IAPR0;
[0023] 步骤五、将步骤三中得到的Pav和步骤四中得到的IAPRtl以及PA的线性区饱和阀 值A sat通过公式：
[0025] 获得线性尺度因子0 ;
[0026] 步骤六、将步骤二中获得的变换后数据与步骤五中得到的尺度因子0相乘，获得 相乘结果；
[0027] 步骤七、将步骤六中获得的相乘结果经过发射前端处理和功率放大后发射至信 道；
[0028] 它的信号接收方法为：
[0029] 步骤八、从信道接收发射端发射的信号，进行A/D变换和去循环前缀处理，获得处 理后的数据；
[0030] 步骤九、将步骤八获得的处理后的数据进行N点-a阶4-WFRFT变换，获得变换后 的数据；
[0031] 步骤十、将步骤九获得的变换后的结果经过基带反映射处理，获得恢复后的数据 并输出。
[0032] 步骤四中，瞬时与平均功率比IAPR的互补累计分布函数CXDF定义为：
[0033] CCDF(IAPRci) = P(IAPR 彡 IAPR0)
[0034] P为概率。
[0035] 本发明提出基于IAPR的线性尺度变换方法来改善PA的功率效率，该方法能够在 功率效率与非线性失真两项指标中寻求折中，以可接受的非线性失真为代价来提高PA功 率效率，通过仿真证明该方法与传统方法使用峰值与平均功率比（Peak-to-Average Power Ratio, PAPR)指标相比能够更有效、更准确的确定线性尺度因子以提高PA功率效率。
【附图说明】
[0036] 图1是本发明的信号发射和接收原理示意图；
[0037] 图2是当a = 〇. 5时，4-WFRFT信号IAPR与PAPR的CCDF仿真曲线对比示意图； 图中：Probability为概率；其中曲线21表示IAPR ;曲线22表示PAPR ;
【具体实施方式】
【具体实施方式】 [0038] 一、