CN103051588A - 一种提升射频放大器能量效率的极化状态-幅度-相位联合调制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种提升射频放大器能量效率的极化状态-幅度-相位联合调制方法，适用于无线发射终端。所述方法包括：将发射信息分为两部分，用其中一部分信息对载波的幅度相位进行调制，用另一部分信息对载波的极化状态进行调制，接收端通过识别接收信号的极化状态、幅度和相位解调出发射信息。通过该方法无线发射终端可以在保证有效传输效率的前提下显著提高放大器的效率。

Description

一种提升射频放大器能量效率的极化状态-幅度-相位联合调制方法

技术领域

本发明属于无线通信领域，特别涉及无线发射终端射频放大器能量效率的提升方法。 

背景技术

随着无线通信的飞速发展，人们对数据速率的要求也越来越高，大量高数据速率的技术已得到广泛的应用，如多载波技术、高阶调制技术等。由于这些传统调制技术得到的调制信号具有较高的峰均比，通常要求无线终端的射频功率放大器工作在线性区以避免非线性失真。然而工作在线性区的放大器效率仅为5％～10％，其能耗却占终端能耗的50％～70％。放大器的高能耗低能效导致了极高的终端耗能，极大限制了绿色通信的发展。本专利提出的极化状态-幅度-相位联合调制方法，可以使放大器工作在非线性区获得较高的放大器转换效率，而且通过极化状态承载信息还可以在传统调制的基础上提高数据速率，从而提升放大器能量效率。 

发明内容

为了解决射频放大器工作在线性区带来的低效率高能耗问题，本发明实例提供了一种提升射频放大器能量效率的极化状态-幅度-相位联合调制方法，应用于无线终端发射机，所述技术方案如下： 

一种提升射频放大器能量效率的极化状态-幅度-相位联合调制方法，包括： 

将发射信息分为两部分，分别用于极化状态调制和传统幅度相位调制； 

用其中一部分信息对载波的幅度相位进行调制； 

用另一部分信息对载波的极化状态进行调制； 

接收端识别接收信号的极化状态、幅度和相位； 

根据识别出的极化状态、幅度和相位解调出发射信息。 

本发明实施例提供的技术方案的有益效果是： 

通过极化状态-幅度-相位联合调制方法可显著提升放大器的能量效率。 

附图说明

图1：本发明实施例提供的提升射频放大器能量效率的极化状态-幅度-相位联合调制方法流程图； 

图2：本发明实施例提供的极化状态调制流程图； 

图3：本发明实施例提供的极化状态星座映射流程图； 

图4：本发明实施例提供的信号极化状态、幅度和相位识别流程图； 

图5：本发明实施例提供的信息解调流程图； 

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作一步地详细描述。 

参见图1，本发明实施例提供了一种基于极化状态-幅度-相位联合调制的放大器效率提升方法，包括： 

发送信息100：经信源编码和信道编码之后得到的二进制数字序列。 

分为两部分200：将发送信息100分为两部分。 

传统幅度相位调制300：用分出的第一部分发送信息对载波进行传统幅度相位调制。 

极化状态调制400：用分出的第二部分发送信息对载波进行极化状态调制。 

正交双极化天线发射500：将经过极化状态调制和幅度相位调制的载波通过一对垂直水平极化天线发射出去； 

需要说明的是，本发明实施例所提出的技术方案对任意相互正交的双极化发射天线均适用。 

正交双极化天线接收600：通过一对垂直水平极化天线接收信号。 

需要说明的是，本发明实施例所提出的技术方案对任意相互正交的双极化接收天线均适用； 

识别信号的极化状态、幅度和相位700：从接收到的信号中识别信号的极化状态、幅度和相位； 

解调发送信息800：根据识别信号的极化状态、幅度和相位解调出发送信息。 

在本发明实施例中，传统幅度相位调制300包括：采用低阶的幅度相位调制方式对载波进行调制，并通入工作在弱非线性区的射频放大器。 

由于信号的幅度和相位只承载部分发射信息，可采用低阶的调制方式，产生的调制信息具有低峰均比特性且星座点之间距离大，信号的幅度和相位遭受放大器产生的弱非线性失真后仍然可被识别，因此可使射频放大器工作在弱非线性区。 

在本发明实施例中，如图2，极化状态调制400包括： 

第二部分发送信息401：为200输出的第二部分发送信息； 

码速变换402：对200输出的第二部分发送信息进行码速变换，使其速率与射频放大器输出信号速率匹配； 

极化状态星座映射403：按照设定的映射规则，将码速变换得到的二进制符号映射成单位庞加莱球上的极化状态星座点； 

单位极化星座图中每个星座点可用极化相位描述子(δ_i，φ_i)(

φ_i∈[0，2π])来描述。 

调整功分网络404：根据映射得到的极化状态星座点，调整功分网络的幅度比值，将传统幅度相位调制产生的信号分成两部分，而且这两部分信号的幅度比值满足功分网络的幅度比值； 

根据映射得到的极化相位描述子(δ_i，φ_i)，调整功分网络传递函数F_i为(1)，从而使其满足幅度比值tan δ_i

$F_i=\left[\begin{array}{c}\cos {\mathrm{\δ}}_i\\ {\sin \mathrm{\δ}}_i\end{array}\right]---\left(1\right)$

由于放大器工作在弱非线性区，传统幅度相位调制放大后的信号为失真信号，该信号包括原子载波上的频率分量，失真生产的交调和谐波分量。如公式(2)，将该信号表示为E_i； 

$E_i=\underset{k=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{A}_k{e}^{j({\mathrm{\ω}}_k+{\mathrm{\θ}}_k)}---\left(2\right)$

其中，N为E的频率分量数，A_k、ω_k、θ_k分别为每个频率分量的幅值，频率和相位。经功分网络处理之后，输出信号为(3) 

$E_i^{\′}=F_i{E}_i$

$=\underset{k=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{A}_k\left[\begin{array}{c}{\cos \mathrm{\δ}}_i{e}^{j{\mathrm{\θ}}_k}\\ {\sin \mathrm{\δ}}_i{e}^{j{\mathrm{\θ}}_k}\end{array}\right]e^{j{\mathrm{\ω}}_k}---\left(3\right)$

调整移相网络405：根据映射得到的极化状态星座点，设定移相网络的相位差值，使功分网络分出的两部分信号的相位差值满足设定的相位差值； 

根据映射得到的极化相位描述子(δ_i，φ_i)，调整移相网络传递函数G_i为(4)，从而使其满足相位差值φ_i

$G_i=\left[\begin{array}{cc}1& 0\\ 0& e^{{\mathrm{j\φ}}_i}\end{array}\right]---\left(4\right)$

经移相网络处理之后，输出信号为(5) 

$E_i^{\′\′}=G_i{E}_i^{\′}$

$=\underset{k=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{A}_k\left[\begin{array}{c}{\cos \mathrm{\δ}}_i{e}^{{\mathrm{j\θ}}_k}\\ {\sin \mathrm{\δ}}_i{e}^{j({\mathrm{\φ}}_i+{\mathrm{\θ}}_k)}\end{array}\right]e^{{\mathrm{j\ω}}_k}---\left(5\right)$

$=\left[\begin{array}{c}{E}_H\\ E_V\end{array}\right]$

E_H和E_V即为移相网络输出的两个信号分量，而且E_H和E_V两分量的幅度比和相位差分别为tanδ_i和φ_i，从而使混合信号E_i中的每个频率分量都具有相同的极化状态(δ_i，φ_i)。 

在本发明实施例中，如图3，极化状态星座映射403包括： 

建立星座结构403a：根据误码率最小原则.在单位庞加莱球上建立不同调制阶数所对应的极化状态星座结构； 

确定极化状态调制阶数403b：根据当前信道质量，确定采用的极化状态调制阶数。 

选择星座图403c：按照所需极化状态的调制阶数选择应的极化状态星座图； 

映射403d：按照格雷星座图映射规则将码速变换输出的二进制符号映射成相应的极化星座点。 

需要说明的是，本发明实施例所提出的技术方案对当前无线通信调制技术中的各种星座映射规则均适用。 

在本发明实施例中，如图4，识别信号的极化状态、幅度和相位700包括： 

分成相同的两部分701：将正交双极化天线接收到的两路正交极化信号分成相同的两部分； 

虚拟极化合并702：利用虚拟极化原理，合并701分出的第一部分两路正交极化信号，从而获得完全分集增益； 

幅度相位识别703：识别702合并信号的幅度和相位； 

求幅度比及相位差704：根据701分出的第二部分两路正交极化信号，计算两路信号的幅度比和相位差。 

极化状态识别705：根据704得到的幅度比及相位差，识别信号的极化状态。 

在本发明实施例中，如图5，解调信息800包括： 

幅度相位调制星座点判决801：根据703得到的信号幅度和相位判决所对应的幅度相位调制星座点； 

幅度相位调制星座逆映射802：根据801判决得到的幅度相位调制星座点，按照幅度相位调制星座逆映射规则解调幅度和相位所承载的发射信息； 

极化状态星座点判决803：根据705得到的极化状态判决所对应的极化状态星座点； 

极化状态星座逆映射804：根据803判决得到的极化状态星座点，按照极化状态星座逆映射规则解调极化状态所承载的发送信息； 

恢复发送信息805：对802和804识别得到的发送信息进行组合，恢复发送信息。 

Claims (6)

1.一种提升射频放大器能量效率的极化状态-幅度-相位联合调制方法，应用于无线发射终端，其特征在于，包括： 

将发射信息分为两部分，分别用于极化状态调制和传统幅度相位调制； 

用其中一部分信息对载波的幅度相位进行调制； 

用另一部分信息对载波的极化状态进行调制； 

接收端识别接收信号的极化状态、幅度和相位； 

根据识别出的极化状态、幅度和相位解调出发射信息。 

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述用其中一部分信息对载波的幅度相位进行调制，包括： 

将经过幅度相位调制的信号通入工作在非线性区的射频放大器。 

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述用另一部分信息对载波的极化状态进行调制，包括： 

对分出的第二部分发送信息进行码速变换，使其速率与射频放大器输出信号速率匹配； 

按照设定的映射规则，将码速变换得到的二进制符号映射成单位庞加莱球上的极化状态星座点(δ_i，φ_i)(

φ_i∈[0，2π])； 

根据映射得到的极化状态星座点(δ_i，φ_i)，调整相应功分网络的传递函数F_i为(1)； 

将传统幅度相位调制产生的信号分成两部分，而且这两部分信号的幅度比值满足功分网络的幅度比值； 

根据映射得到的极化状态星座点(δ_i，φ_i)，调制相应移相网络的传递函数G_i为(2)； 

使功分网络分出的两部分信号的相位差值满足设定的相位差值。 

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述按照设定的映射规则，将码速变换得到的二进制符号映射成单位庞加莱球上的极化状态星座点(δ_i，φ_i)(

φ_i∈[0，2π])， 包括： 

根据误码率最小原则，在单位庞加莱球上建立不同调制阶数所对应的极化星座结构； 

根据当前信道质量确定采用的极化状态调制阶数； 

按照所需极化状态的调制阶数选择应的极化状态星座图； 

按照星座图映射规则将码速变换输出的二进制符号映射成相应的极化星座点。 

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述接收端识别接收信号的极化状态、幅度和相位，包括： 

将正交双极化天线接收到的两路正交极化信号分成相同的两部分； 

利用虚拟极化原理，合并第一部分两路正交极化信号，从而获得完全分集增益； 

识别合并信号的幅度和相位； 

根据分出的第二部分两路正交极化信号，计算两路信号的幅度比和相位差； 

根据得到的幅度比及相位差，识别信号的极化状态。 

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据识别出的极化状态、幅度和相位解调出发射信息，包括： 

根据信号的幅度和相位判决所对应的幅度相位调制星座点； 

根据判决得到的幅度相位调制星座点，按照幅度相位调制星座逆映射规则解调幅度和相位所承载的发射信息； 

根据得到的极化状态判决所对应的极化状态星座点； 

根据判决得到的极化状态星座点，按照极化状态星座逆映射规则解调极化状态所承载的发送信息； 

对识别得到的发送信息进行组合，恢复发送信息。 

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