利用非线性放大器用于量化线性放大的装置制造方法及图纸

一种利用非线性放大器进行量化线性放大的装置，基于其复包络的采样和量化形式，对可变包络单载波(SC)或多载波(MC)带通信号进行线性放大，其中量化器生成N

A device for quantizing linear amplification using nonlinear amplifier

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】利用非线性放大器用于量化线性放大的装置
本专利技术涉及用于电信系统的功率放大装置。更具体地，本专利技术涉及一种适用于具有包络波动的单载波(SC)调制和/或多载波(MC)调制的放大装置，其避免了非线性效应，而不管量化器输入处的信号的包络波动如何。功率放大装置对采样进行量化并利用将量化信号分解成Nm≤Nb恒定包络分量和具有并联的Nm≤Nb放大器的架构，放大恒定包络分量，同时避免生成的信号中的非线性失真效应。
技术介绍
现代的有线和无线通信系统需要严格满足关于频谱和功率效率的要求。这对于其中可通过基于大星座的MC或SC调制来实现频谱效率的高比特率和非常高比特率的通信系统是尤其重要的。这对于需要高频谱效率(即，大星座)的系统尤为重要，这些系统不仅具有更高的功率要求，而且还与具有更高的包络波动和更高的峰均功率比(PAPR)的信号相关联，这导致较低的放大效率[l]。因此，有效的功率放大对于当前和下一代高比特率通信系统(诸如5G[2，3])至关重要。与宽带通信相关的另一个问题在于信道的频率选择性。正交频分复用(OFDM)因其基于快速傅立叶变换算法(FFT)和在频域中执行的简单均衡[4]的低复杂度实现而变得流行。然而，OFDM也具有诸如高PAPR[5]的缺点，该缺点阻碍了它在功率受限应用中的使用。随着子载波数量的增加，在时域中具有高振幅峰值的信号的可能性也增加。如果这样生成的信号通过非线性高功率放大器(HPA)传输，如在Wi-Fi设备、调制解调器和移动电话中使用的非线性高功率放大器，则高振幅峰值将导致失真和子载波之间的正交损失。结果是载波间干扰(ICI)[6]和高带外(OOB)辐射。ICI可导致误码率(SER)性能下降和相邻信道干扰增加[7]。提高输入功率回退(IBO)降低非线性失真，但代价是降低了功率效率，这显然不能应用于能量受限设备[8]。近年来已经提出多种PAPR降低算法。这些方案可以分为两大组：i)具有信号失真，以及；ii)具有信号加扰。第一组算法通过在放大之前在OFDM信号中引入已知且可控的失真来降低PAPR。最常见的信号失真算法是削波和滤波[9-12]和压扩[13-16]。信号失真算法可以显著降低OFDM符号的PAPR，但它们也会引入可能降低整体系统性能的带内和OOB干扰。另一方面，信号加扰算法在没有以更高的发射器和接收器复杂度为代价来使OFDM信号失真的情况下降低PAPR。选择性映射(SLM)[17-19]，部分传输序列(PTS)[20-22]和Walsh-Hadamard变换(WHT)[5，23-25]是该类别中最熟知的算法。与OFDM类似的其他多载波系统具有信号的高PAPR作为基本缺点，其会降低功率放大效率。例如，滤波器组多载波偏移正交振幅调制(FBMC-OQAM)中的高PAPR可显著降低功率效率和性能。然而，与OFDM信号相比，FBMC-OQAM信号具有完全不同的信号结构。因此，应该应用其他PAPR降低技术，诸如滑动窗口载波预留主动星座扩展(SW-TRACE)技术[26]。PAPR降低技术仍然不能实现恒定包络信号，并且PAPR降低还可能在生成的信号中引入失真，削波就是这种情况。由于较低的PAPR，单载波频域均衡(SC-FDE)适用于严重时间分散信道和严重的功率限制的宽带通信[27，28]。尽管使用SC-FDE的PAPR问题不如MC方案严重，但是仍然需要准线性功率放大器，已知D级或E级放大器可以具有非常高的放大效率以及低成本实现。然而，由于这些放大器是强非线性的，因此它们应当仅应用于具有恒定或准恒定包络的信号。在文献[29-30]中公开了非线性元件的线性放大(LINC)。该技术将两个恒定包络分支中的输入信号分开，以由两个高效的严重非线性(NL)放大器(例如D级和E级放大器)分别放大。LINC发射器方案受其输入信号的包络特性的限制。由于频带受限信号的振幅信息嵌入在LINC分量的相位中，因此高度波动的包络生成具有高相位含量的恒定包络LINC分量，这是导致LINC分量的频谱扩展的原因。与LINC相反，在Nm≤Nb的分量中没有频谱扩展，因为它们的带宽仅取决于每个调制器中采用的脉冲形状。频带受限信号的振幅信息都不嵌入在Nm≤Nb分量的相位中，因为它们被定义为量化星座的量化符号的函数，其对于每个信号根据MC信号或SC信号的时域样本的动态范围和预期的量化误差εQT定义。文献[31]公开了一种LINC发射器，其采用基于查找表(LUT)的环型振幅调制(RMM)方法来限制馈送到两个指定边界之间的LINC结构的偏移正交相移键控(OQPSK)信号的包络。它表明通过减小包络的动态范围，宽的LINC分量的频谱显著变窄，从而允许使用无源组合器有效地组合LINC分量，这保证了频带受限的重建的信号。与[31]中公开的方法不同，本申请公开的放大装置不需要减小模拟信号的时域样本的动态范围，因为量化的放大信号的频谱不取决于时域样本的动态范围。只有量化星座的大小可能取决于量化器输入的动态范围，因为量化字母表的大小可根据动态范围和预期的εQT来调整。在[32]中，公开了一种方法，该方法允许将与大星座相关联的可变包络信号表示为由大规模多输入多输出(MIMO)方案内的单独的天线放大和发送的多个极性分量的总和。本申请中提出的功率放大装置遵循一不同的方法，因为它被应用于信号包络的时域样本的量化值。因此，在量化处理中，量化的星座应根据时域信号样本的动态范围和最大预期量化误差εQT来定义。由于在MC调制中，包络的动态范围取决于子载波的数量和针对每个子载波采用的调制，并且在SC中取决于采用的调制，量化字母表符号σ{s0，s1，…，sM-1}可能会随着子载波的数量和所采用的调制而变化，并且字母表的大小仅取决于量化比特的数量。因此，量化星座和应用于其时域样本被量化的信号的调制之间没有直接关系。因此，本文公开的放大处理通过将时域样本的值转换为量化星座并且将量化的符号输出分解为可由非线性放大器放大的恒定包络信号的总和，来实现具有变量包络的信号的线性放大。此外，由于量化器输入是信号的包络的时域样本，因此该分解可应用于任何信号并且不具有特定星座作为目标。在[33]中，公开了一种基于使用非线性放大器具有线性放大的M-QAM调制来传输数据的方法。本申请中提出的功率放大装置不限于特定调制或星座，并且可以应用于MC和SC信号两者，因为它使用将被分解成被分别放大的Nm≤Nb极性分量的这些信号的样本的个量化值。在本申请公开的放大方法中还根据信号的样本的动态范围、量化误差εQT和量化比特的数量Nb定义了极性分量的数量。在[34]中公开了基于两个非线性OQPSK信号的用于非线性编码的16-OQAM方案的方法，这两个非线性OQPSK信号专门设计为由于其对非线性失真的鲁棒性而允许更高的放大效率。本申请中公开的功率放大装置通过将信号的包络的时域样本的值转换为来自量化星座的符号，然后将量化的符号分解为可由非线性放大器放大的恒定包络信号的总和，来实现具有变量包络的SC或MC信号的线性放大。因此，由于它可以用于SC信号的任何样本集合或来自MC信号的任何IFFT本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种利用非线性放大器进行量化线性放大的装置，包括：/n-采样器，生成从单载波(SC)或多载波(MC)输入信号的复包络获得的时域样本；/n-至少一个量化器，生成与所述输入信号的所述时域样本的量化值对应的量化比特；/n-至少一个映射器，生成具有载波频率的频率相同且恒定振幅不同的一组周期信号，在所述一组周期信号中，量化的振幅值能被分解，并且所述至少一个映射器将从所述量化器接收的量化比特转换成控制分量信号的相位的极性序列，其中，在所述分量信号中，量化符号被分解；/n-至少一组并联的放大分支，分支数量至少等于所述量化比特的一半，每个分支都具有使用从量化比特获得的极性序列的调制器、移相器和放大器，所述放大器放大量化信号被分解的信号中的每一者；/n-对经放大的所述信号进行组合的一个组合器，连接到一个换能器，或一组N

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170301 US 15/446,2861.一种利用非线性放大器进行量化线性放大的装置，包括：
-采样器，生成从单载波(SC)或多载波(MC)输入信号的复包络获得的时域样本；
-至少一个量化器，生成与所述输入信号的所述时域样本的量化值对应的量化比特；
-至少一个映射器，生成具有载波频率的频率相同且恒定振幅不同的一组周期信号，在所述一组周期信号中，量化的振幅值能被分解，并且所述至少一个映射器将从所述量化器接收的量化比特转换成控制分量信号的相位的极性序列，其中，在所述分量信号中，量化符号被分解；
-至少一组并联的放大分支，分支数量至少等于所述量化比特的一半，每个分支都具有使用从量化比特获得的极性序列的调制器、移相器和放大器，所述放大器放大量化信号被分解的信号中的每一者；
-对经放大的所述信号进行组合的一个组合器，连接到一个换能器，或一组Nm个换能器直接连接到生成所述量化信号的放大形式的每个放大分支。


2.根据权利要求1所述的利用非线性放大器进行量化线性放大的装置，其中，所述复包络的每个样本s(n)以Nb个量化比特量化，所述Nb个量化比特对应于从个潜在的量化符号的有限字母表获取的量化值sn，QT，量化值sn，QT被分解为具有不同的恒定振幅的Nm≤Nb极性分量，每个极性分量被调制为BPSK信号，该BPSK信号被专门设计成在降低的包络波动和紧凑频谱(例如，GMSK(高斯最小频移键控)信号)之间具有良好的折衷，并且该BPSK信号由一组Nm个非线性放大器放大。


3.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：波罗·米格尔·德·阿林助·博尔热斯·蒙特祖马·德·卡瓦略，鲁伊·米格尔·恩里克斯·迪亚斯·莫尔加多·迪尼斯，马尔科·贝科，若昂·弗朗西斯科·马蒂纽·莱多·格雷罗，佩德罗·米格尔·杰尔马诺·维埃加斯，
申请(专利权)人：波罗·米格尔·德·阿林助·博尔热斯·蒙特祖马·德·卡瓦略，鲁伊·米格尔·恩里克斯·迪亚斯·莫尔加多·迪尼斯，马尔科·贝科，若昂·弗朗西斯科·马蒂纽·莱多·格雷罗，佩德罗·米格尔·杰尔马诺·维埃加斯，
类型：发明
国别省市：葡萄牙;PT