CN110198285B - 一种16apsk调制体制测控发射机效率提升方法 - Google Patents

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    • H04L27/32—Carrier systems characterised by combinations of two or more of the types covered by groups H04L27/02, H04L27/10, H04L27/18 or H04L27/26
    • H04L27/34—Amplitude- and phase-modulated carrier systems, e.g. quadrature-amplitude modulated carrier systems
    • H04L27/36—Modulator circuits; Transmitter circuits

Abstract

本发明公开了一种16APSK调制体制测控发射机效率提升方法，属于无线测控通信技术领域，包括以下步骤：a、实现16APSK调制体制星座映射；b、完成信号成型滤波；c、进行信号统计特征分析；d、实现Doherty功放效率曲线的优化设计；e、完成功放平均效率的分析计算；f、判断功放平均效率是否优于设计目标；若步骤e获得的功放平均效率优于设计目标，则完成发射机效率提升设计流程；否则返回到步骤d，对Doherty功放的效率曲线继续进行优化。本发明调制信号功率概率分布与功放效率曲线特征匹配度好，能够有效提高调制体制测控发射机的工作效率，降低发射机能耗。

Description

一种16APSK调制体制测控发射机效率提升方法
技术领域
本发明涉及到无线测控通信技术领域，尤其涉及一种16APSK调制体制测控发射机效率提升方法。
背景技术
发射机是航天及航空测控系统的重要组件。频谱效率和能量效率是衡量其性能先进性的重要指标。一方面，近年无线测控业务数据传输速率不断提升，这种业务需求与目前紧张的频谱资源之间的矛盾日益突显。为提高频谱利用率，需要采用高阶调制体制，同时尽量降低调制信号对非线性信道的敏感性及解调复杂度，因此星座图呈现圆形的MAPSK调制体制逐渐成为航天航空测控技术的发展趋势。16APSK的频谱利用率为4bit/s/Hz，同时具有较低的解调复杂度，目前已被第二代全球卫星数字视频广播系统DVB-S2标准采纳。此外国际空间数据系统咨询委员会发布的131.2-B-1:2012《适用于高速率遥测应用的灵活先进的编码调制技术》也推荐采用16APSK调制方式作为高速遥测系统的制式标准。另一方面，对于航天航空领域的中远距测控任务，发射机必须供给足够大的微波能量，直流能量转换为微波能量的效率是采用高阶调制体制的发射系统提升性能的重要制约因素。整机能量转换效率低下意味着系统需要提升电池容量和设备散热能力，这显然增大了空间需求。提高发射机工作效率可有效缩减系统散热体积，延长电池寿命，扩大测控距离。
现有测控发射机功率放大技术包括恒包络调制体制发射机和非恒包络调制体制发射机。
恒包络调制体制发射机：
功率放大器是发射机中的主要耗能组件，其工作效率直接影响整机的功耗。传统测控系统发射机大多采用恒包络调制体制。恒包络调制信号的幅度不携带信息，其功率分布比较集中，对功率放大器的非线性具有较好的适应能力，因此只需要提升功放饱和状态下的效率即可实现发射机整机效率的提升。目前有两种方法可提升功放饱和输出时的工作效率。一种方式是改变功放管的偏置状态，通过减小导通角实现C类功放模式，从而降低放大器的平均电流来实现效率提升。另一种方式是基于放大器波形设计思路，通过避免功放管漏极电压和电流波形重叠来降低功耗。各种开关类功放均是基于波形设计思路实现高效率功率放大。采用上述两种方法，可以使功放工作在饱和状态时获得高于80％的漏极效率。
恒包络调制体制发射机的缺点是：
功率放大器导通角减小至零，放大器可以实现无损耗，但是也无功率输出。对于C类功率放大器，由于导通角过小使得放大器的功率输出能力及功率增益受限，造成器件资源的浪费。因此这种提升效率的方式存在瓶颈；
开关类功放通过波形设计可以实现100％理论工作效率，但是其漏极电压或电流波形的峰值较高，增大了功放管器件击穿损坏的风险；同时开关类放大器需要复杂的谐波控制及匹配电路，这种需求在微波频段难于实现精准的设计，因此造成效率指标的恶化；
上述功放效率提升方法，仅用于提升功放饱和状态时的工作效率，可用来降低恒包络体制发射机的功耗。但是对于非恒包络体制，如16APSK调制体制发射机，功放工作在饱和状态会使调制信号线性度恶化，幅度信息严重受损。因此上述功放效率提升方法不适用于16APSK调制体制发射机。
非恒包络调制体制发射机：
非恒包络调制，如16APSK调制体制信号的幅度携带信息，其功率分布不集中，存在明显的峰均功率比。非恒包络调制体制发射机对功放的线性度存在一定的指标约束，因此需要功放工作在回退区。为了兼顾线性度指标，非恒包络调制体制发射机一般采用AB类功放实现功率放大。AB类功放饱和点理论工作效率低于78.5％，实际工作效率一般低于70％。
非恒包络调制体制发射机的缺点是：
非恒包络调制体制发射机的调制信号存在峰均功率比，因此该类发射机的工作效率与调制信号功率分布有直接关系。AB类功放在饱和点具有最高的工作效率，但是随着功率的回退，瞬时工作效率迅速降低。由于AB类功放回退区效率不高，所以导致其放大非恒包络调制信号时的平均效率降低。对于峰均比6dB左右的调制信号，采用AB类功放完成功率放大时的平均效率一般为30％—40％，存在较大能量损耗。
目前移动通信领域广泛采用高阶非恒包络调制体制。为了解决移动通信基站中非恒包络调制信号，如16QAM调制体制的高效率功率放大问题，通常采用Doherty功率放大器来提升功放功率回退区的效率。Doherty功率放大器一般采用两个功放管构成主功放与辅功放合成结构。在低功率状态下，辅功放关闭，仅由主功放提供功率输出；当输入电压使得功放整体输出功率达到临界回退值时，辅功放开启，并与主功放一起提供功率输出。
Doherty功率放大器的典型特征是具有双峰形式效率曲线。一般可依据调制信号峰均比来设计放大器效率双峰间隔。Doherty功率放大器可提升功率回退区效率，从而提升功放在放大非恒包络调制信号时的平均效率。然而移动通信领域中广泛采用的16QAM调制信号的功率概率分布具有单峰特征，该特征与Doherty功率放大器双峰效率曲线并未实现最佳匹配，即发射机工作效率未达最优化。
公开号为CN 101977076A，公开日为2011年02月16日的中国专利文献公开了一种产生多种16QAM码型光发射机，其特征在于：由数据源产生两路信号进行功分得到四路数据，然后用其中的两路信号驱动双并行调制器得到四个星座点，然后用另外两个信号叠加得到的四电平驱动相位调制器，最后通过简单的调节可以得到不同的QAM调制码型。
该专利文献公开的产生多种16QAM码型的发射机，采用基于双驱动调制DPMZM和一个级联相位调制器的发射机结构，可以产生三种不同的16QAM调制码型，具有很强的灵活性，可以使用于不同的传输系统。但是，针对无线测控通信领域16APSK调制体制，依然存在发射机能耗大的问题，调制信号功率概率分布与功放效率曲线特征匹配度差。
发明内容
本发明为了克服上述现有技术的缺陷，提供一种16APSK调制体制测控发射机效率提升方法，本发明调制信号功率概率分布与功放效率曲线特征匹配度好，能够有效提高调制体制测控发射机的工作效率，降低发射机能耗。
本发明通过下述技术方案实现：
一种16APSK调制体制测控发射机效率提升方法，其特征在于，包括以下步骤：
a、实现16APSK调制体制星座映射
16APSK调制体制的星座图由两个同心圆构成，每个同心圆上等间隔分布PSK信号点；
b、完成信号成型滤波
经过星座映射后的数字基带IQ信号为矩形脉形式，选择根升余弦滚降滤波器完成脉冲成型；经过成型滤波以压缩信号带宽，消除码间干扰；
c、进行信号统计特征分析
通过截取脉冲成型后的基带信号数据，统计出信号功率的概率分布直方图或拟合出信号功率概率分布曲线；
d、实现Doherty功放效率曲线的优化设计
依据步骤c获得的信号功率的概率分布直方图或拟合出信号功率概率分布曲线建立Doherty功放效率曲线的优化目标；
e、完成功放平均效率的分析计算
采用单音信号激励功放，描绘出不同输出功率下功放的效率曲线η(Pout)，采用非恒包络调制信号激励功放，功放的瞬时输出功率不断变化，功放平均效率根据式1计算；
Figure BDA0002063916740000041
其中，prob(Pout)为功放输出功率概率分布曲线，通过统计分析方式获得；ηavg为功放平均效率，Pout为功放输出功率，Pout-max为功放最大输出功率，η(Pout)为功放在不同输出功率下的瞬时效率曲线；
f、判断功放平均效率是否优于设计目标
若步骤e获得的功放平均效率优于设计目标，则完成发射机效率提升设计流程；否则返回到步骤d，对Doherty功放的效率曲线继续进行优化。
所述步骤a中，采用16APSK(8,8)调制方式完成星座映射；内圆上星座点的信号表达式为式2，外圆上星座点的信号表达式为式3；
Figure BDA0002063916740000042
Figure BDA0002063916740000043
其中，C1为内圆上星座点的信号表达式，C2为外圆上星座点的信号表达式，R1为内圆半径，R2为外圆半径，R1和R2的取值依据最大化最小欧式距离准则确定；ej为基带复信号表达形式,ik为第k个星座点相位计算参数,ik＝0,1,...,7。
所述步骤b中，选择根升余弦滚降滤波器完成脉冲成型是指设置星座映射后的数字基带信号码率为16Msps，根升余弦滚降滤波器滚降系数a设定为0.25，16APSK(8,8)调制信号经过成型滤波后带宽为20MHz，具有5.72dB峰均比。
所述步骤c中，进行信号统计特征分析是指对16APSK(8,8)调制信号进行统计特征分析，依据仿真数据拟合出16APSK(8,8)调制信号功率的概率分布曲线。
所述步骤d中，Doherty功放效率曲线的优化设计是指设计S频段，载波频率3.5GHz，饱和输出功率为20W的Doherty功放与AB类功放，搭建无线仿真系统，使用包络仿真器和谐波平衡仿真器协同完成16APSK
(8,8)调制体制及16QAM调制体制星座映射、基带数据流成型滤波、正交调制和功率放大。
所述步骤d中，Doherty功放的功率分配比设定为0.5，效率曲线双峰间隔为6dB，与16APSK(8,8)调制信号功率的概率分布曲线相匹配。
所述步骤e中，完成功放平均效率的分析计算是指分别完成Doherty功放与AB类功放对16APSK(8,8)调制体制及16QAM调制体制信号进行功率放大时的平均效率分析计算。
本发明所述PSK信号点即相移键控信号点。
本发明的有益效果主要表现在以下方面：
1、本发明，“a、实现16APSK调制体制星座映射；16APSK调制体制的星座图由两个同心圆构成，每个同心圆上等间隔分布PSK信号点；b、完成信号成型滤波；经过星座映射后的数字基带IQ信号为矩形脉形式，选择根升余弦滚降滤波器完成脉冲成型；经过成型滤波以压缩信号带宽，消除码间干扰；c、进行信号统计特征分析；通过截取脉冲成型后的基带信号数据，统计出信号功率的概率分布直方图或拟合出信号功率概率分布曲线；d、实现Doherty功放效率曲线的优化设计；依据步骤c获得的信号功率的概率分布直方图或拟合出信号功率概率分布曲线建立Doherty功放效率曲线的优化目标；e、完成功放平均效率的分析计算；采用单音信号激励功放，描绘出不同输出功率下功放的效率曲线η(Pout)，采用非恒包络调制信号激励功放，功放的瞬时输出功率不断变化，功放平均效率根据式1计算；f、判断功放平均效率是否优于设计目标；若步骤e获得的功放平均效率优于设计目标，则完成发射机效率提升设计流程；否则返回到步骤d，对Doherty功放的效率曲线继续进行优化”采用步骤a-f，能够使调制信号功率概率分布与功放效率曲线特征良好的匹配，使测控发射机获得61.4％的平均效率，参见实施例5中的表1；明显高于移动通信领域中采用Doherty功放设计的16QAM发射机平均效率指标51.4％以及采用AB类功放设计的测控发射机指标46.8％；较现有技术而言，能够有效提高调制体制测控发射机的工作效率，降低发射机能耗。
2、本发明，相较于现有技术中，使用高效率C类、开关类功放提升发射机效率的方案仅能用于恒包络调制体制测控发射机而言，不仅适用于恒包络调制体制测控发射机，而且适用于具有更高频谱效率的16APSK调制体制测控发射机，具有更宽泛的适用性。
3、本发明，相比现有技术中采用AB类功放实现16APSK调制体制信号功率放大的技术方案而言，能够获得更高的发射机工作效率指标，能够有效降低发射机能耗，缩减系统散热体积，提升测控系统性能。
4、本发明，移动通信领域中的16QAM发射机与测控通信领域中的16APSK发射机具有相同的频谱效率；现有的16QAM发射机利用Doherty功放提升功率回退区效率，但16QAM调制信号功率概率分布特征与Doherty功放效率曲线并不匹配，所以未能实现发射机效率的最优化；相比移动通信领域中的高效率16QAM发射机，本发明能够使Doherty功放的效率曲线双峰与16APSK调制信号功率概率分布特征达到最佳匹配，从而获得更高的发射机平均效率指标。
附图说明
下面将结合说明书附图和具体实施方式对本发明作进一步的具体说明：
图1为本发明的流程框图；
图2为本发明Doherty功放效率曲线优化结果示意图；
图3为本发明16APSK(8,8)调制体制星座图；
图4为本发明16APSK(8,8)调制体制信号功率概率分布曲线图；
图5为本发明选用16QAM调制体制时Doherty功放与AB类功放的效率曲线与输出信号功率的概率分布图；
图6为本发明选用16APSK(8,8)调制体制时Doherty功放与AB类功放的效率曲线与输出信号功率的概率分布图。
具体实施方式
实施例1
一种16APSK调制体制测控发射机效率提升方法，包括以下步骤：
a、实现16APSK调制体制星座映射
16APSK调制体制的星座图由两个同心圆构成，每个同心圆上等间隔分布PSK信号点；
b、完成信号成型滤波
经过星座映射后的数字基带IQ信号为矩形脉形式，选择根升余弦滚降滤波器完成脉冲成型；经过成型滤波以压缩信号带宽，消除码间干扰；
c、进行信号统计特征分析
通过截取脉冲成型后的基带信号数据，统计出信号功率的概率分布直方图或拟合出信号功率概率分布曲线；
d、实现Doherty功放效率曲线的优化设计
依据步骤c获得的信号功率的概率分布直方图或拟合出信号功率概率分布曲线建立Doherty功放效率曲线的优化目标；
e、完成功放平均效率的分析计算
采用单音信号激励功放，描绘出不同输出功率下功放的效率曲线η(Pout)，采用非恒包络调制信号激励功放，功放的瞬时输出功率不断变化，功放平均效率根据式1计算；
Figure BDA0002063916740000071
其中，prob(Pout)为功放输出功率概率分布曲线，通过统计分析方式获得；ηavg为功放平均效率，Pout为功放输出功率，Pout-max为功放最大输出功率，η(Pout)为功放在不同输出功率下的瞬时效率曲线；
f、判断功放平均效率是否优于设计目标
若步骤e获得的功放平均效率优于设计目标，则完成发射机效率提升设计流程；否则返回到步骤d，对Doherty功放的效率曲线继续进行优化。
“a、实现16APSK调制体制星座映射；16APSK调制体制的星座图由两个同心圆构成，每个同心圆上等间隔分布PSK信号点；b、完成信号成型滤波；经过星座映射后的数字基带IQ信号为矩形脉形式，选择根升余弦滚降滤波器完成脉冲成型；经过成型滤波以压缩信号带宽，消除码间干扰；c、进行信号统计特征分析；通过截取脉冲成型后的基带信号数据，统计出信号功率的概率分布直方图或拟合出信号功率概率分布曲线；d、实现Doherty功放效率曲线的优化设计；依据步骤c获得的信号功率的概率分布直方图或拟合出信号功率概率分布曲线建立Doherty功放效率曲线的优化目标；e、完成功放平均效率的分析计算；采用单音信号激励功放，描绘出不同输出功率下功放的效率曲线η(Pout)，采用非恒包络调制信号激励功放，功放的瞬时输出功率不断变化，功放平均效率根据式1计算；f、判断功放平均效率是否优于设计目标；若步骤e获得的功放平均效率优于设计目标，则完成发射机效率提升设计流程；否则返回到步骤d，对Doherty功放的效率曲线继续进行优化”，采用步骤a-f，能够使调制信号功率概率分布与功放效率曲线特征良好的匹配，使测控发射机获得61.4％的平均效率，明显高于移动通信领域中采用Doherty功放设计的16QAM发射机平均效率指标51.4％以及采用AB类功放设计的测控发射机指标46.8％；较现有技术而言，能够有效提高调制体制测控发射机的工作效率，降低发射机能耗。
实施例2
一种16APSK调制体制测控发射机效率提升方法，包括以下步骤：
a、实现16APSK调制体制星座映射
16APSK调制体制的星座图由两个同心圆构成，每个同心圆上等间隔分布PSK信号点；
b、完成信号成型滤波
经过星座映射后的数字基带IQ信号为矩形脉形式，选择根升余弦滚降滤波器完成脉冲成型；经过成型滤波以压缩信号带宽，消除码间干扰；
c、进行信号统计特征分析
通过截取脉冲成型后的基带信号数据，统计出信号功率的概率分布直方图或拟合出信号功率概率分布曲线；
d、实现Doherty功放效率曲线的优化设计
依据步骤c获得的信号功率的概率分布直方图或拟合出信号功率概率分布曲线建立Doherty功放效率曲线的优化目标；
e、完成功放平均效率的分析计算
采用单音信号激励功放，描绘出不同输出功率下功放的效率曲线η(Pout)，采用非恒包络调制信号激励功放，功放的瞬时输出功率不断变化，功放平均效率根据式1计算；
Figure BDA0002063916740000081
其中，prob(Pout)为功放输出功率概率分布曲线，通过统计分析方式获得；ηavg为功放平均效率，Pout为功放输出功率，Pout-max为功放最大输出功率，η(Pout)为功放在不同输出功率下的瞬时效率曲线；
f、判断功放平均效率是否优于设计目标
若步骤e获得的功放平均效率优于设计目标，则完成发射机效率提升设计流程；否则返回到步骤d，对Doherty功放的效率曲线继续进行优化。
所述步骤a中，采用16APSK(8,8)调制方式完成星座映射；内圆上星座点的信号表达式为式2，外圆上星座点的信号表达式为式3；
Figure BDA0002063916740000082
Figure BDA0002063916740000083
其中，C1为内圆上星座点的信号表达式，C2为外圆上星座点的信号表达式，R1为内圆半径，R2为外圆半径，R1和R2的取值依据最大化最小欧式距离准则确定；ej为基带复信号表达形式,ik为第k个星座点相位计算参数,ik＝0,1,...,7。
相较于现有技术中，使用高效率C类、开关类功放提升发射机效率的方案仅能用于恒包络调制体制测控发射机而言，不仅适用于恒包络调制体制测控发射机，而且适用于具有更高频谱效率的16APSK调制体制测控发射机，具有更宽泛的适用性。
实施例3
一种16APSK调制体制测控发射机效率提升方法，包括以下步骤：
a、实现16APSK调制体制星座映射
16APSK调制体制的星座图由两个同心圆构成，每个同心圆上等间隔分布PSK信号点；
b、完成信号成型滤波
经过星座映射后的数字基带IQ信号为矩形脉形式，选择根升余弦滚降滤波器完成脉冲成型；经过成型滤波以压缩信号带宽，消除码间干扰；
c、进行信号统计特征分析
通过截取脉冲成型后的基带信号数据，统计出信号功率的概率分布直方图或拟合出信号功率概率分布曲线；
d、实现Doherty功放效率曲线的优化设计
依据步骤c获得的信号功率的概率分布直方图或拟合出信号功率概率分布曲线建立Doherty功放效率曲线的优化目标；
e、完成功放平均效率的分析计算
采用单音信号激励功放，描绘出不同输出功率下功放的效率曲线η(Pout)，采用非恒包络调制信号激励功放，功放的瞬时输出功率不断变化，功放平均效率根据式1计算；
Figure BDA0002063916740000091
其中，prob(Pout)为功放输出功率概率分布曲线，通过统计分析方式获得；ηavg为功放平均效率，Pout为功放输出功率，Pout-max为功放最大输出功率，η(Pout)为功放在不同输出功率下的瞬时效率曲线；
f、判断功放平均效率是否优于设计目标
若步骤e获得的功放平均效率优于设计目标，则完成发射机效率提升设计流程；否则返回到步骤d，对Doherty功放的效率曲线继续进行优化。
所述步骤a中，采用16APSK(8,8)调制方式完成星座映射；内圆上星座点的信号表达式为式2，外圆上星座点的信号表达式为式3；
Figure BDA0002063916740000101
Figure BDA0002063916740000102
其中，C1为内圆上星座点的信号表达式，C2为外圆上星座点的信号表达式，R1为内圆半径，R2为外圆半径，R1和R2的取值依据最大化最小欧式距离准则确定；ej为基带复信号表达形式,ik为第k个星座点相位计算参数,ik＝0,1,...,7。
所述步骤b中，选择根升余弦滚降滤波器完成脉冲成型是指设置星座映射后的数字基带信号码率为16Msps，根升余弦滚降滤波器滚降系数a设定为0.25，16APSK(8,8)调制信号经过成型滤波后带宽为20MHz，具有5.72dB峰均比。
所述步骤c中，进行信号统计特征分析是指对16APSK(8,8)调制信号进行统计特征分析，依据仿真数据拟合出16APSK(8,8)调制信号功率的概率分布曲线。
相较于现有技术中，使用高效率C类、开关类功放提升发射机效率的方案仅能用于恒包络调制体制测控发射机而言，不仅适用于恒包络调制体制测控发射机，而且适用于具有更高频谱效率的16APSK调制体制测控发射机，具有更宽泛的适用性。
实施例4
一种16APSK调制体制测控发射机效率提升方法，包括以下步骤：
a、实现16APSK调制体制星座映射
16APSK调制体制的星座图由两个同心圆构成，每个同心圆上等间隔分布PSK信号点；
b、完成信号成型滤波
经过星座映射后的数字基带IQ信号为矩形脉形式，选择根升余弦滚降滤波器完成脉冲成型；经过成型滤波以压缩信号带宽，消除码间干扰；
c、进行信号统计特征分析
通过截取脉冲成型后的基带信号数据，统计出信号功率的概率分布直方图或拟合出信号功率概率分布曲线；
d、实现Doherty功放效率曲线的优化设计
依据步骤c获得的信号功率的概率分布直方图或拟合出信号功率概率分布曲线建立Doherty功放效率曲线的优化目标；
e、完成功放平均效率的分析计算
采用单音信号激励功放，描绘出不同输出功率下功放的效率曲线η(Pout)，采用非恒包络调制信号激励功放，功放的瞬时输出功率不断变化，功放平均效率根据式1计算；
Figure BDA0002063916740000111
其中，prob(Pout)为功放输出功率概率分布曲线，通过统计分析方式获得；ηavg为功放平均效率，Pout为功放输出功率，Pout-max为功放最大输出功率，η(Pout)为功放在不同输出功率下的瞬时效率曲线；
f、判断功放平均效率是否优于设计目标
若步骤e获得的功放平均效率优于设计目标，则完成发射机效率提升设计流程；否则返回到步骤d，对Doherty功放的效率曲线继续进行优化。
所述步骤a中，采用16APSK(8,8)调制方式完成星座映射；内圆上星座点的信号表达式为式2，外圆上星座点的信号表达式为式3；
Figure BDA0002063916740000112
Figure BDA0002063916740000113
其中，C1为内圆上星座点的信号表达式，C2为外圆上星座点的信号表达式，R1为内圆半径，R2为外圆半径，R1和R2的取值依据最大化最小欧式距离准则确定；ej为基带复信号表达形式,ik为第k个星座点相位计算参数,ik＝0,1,...,7。
所述步骤b中，选择根升余弦滚降滤波器完成脉冲成型是指设置星座映射后的数字基带信号码率为16Msps，根升余弦滚降滤波器滚降系数a设定为0.25，16APSK(8,8)调制信号经过成型滤波后带宽为20MHz，具有5.72dB峰均比。
所述步骤c中，进行信号统计特征分析是指对16APSK(8,8)调制信号进行统计特征分析，依据仿真数据拟合出16APSK(8,8)调制信号功率的概率分布曲线。
所述步骤d中，Doherty功放效率曲线的优化设计是指设计S频段，载波频率3.5GHz，饱和输出功率为20W的Doherty功放与AB类功放，搭建无线仿真系统，使用包络仿真器和谐波平衡仿真器协同完成16APSK(8,8)调制体制及16QAM调制体制星座映射、基带数据流成型滤波、正交调制和功率放大。
实施例5
参见图1-图6，一种16APSK调制体制测控发射机效率提升方法，包括以下步骤：
a、实现16APSK调制体制星座映射
16APSK调制体制的星座图由两个同心圆构成，每个同心圆上等间隔分布PSK信号点；
b、完成信号成型滤波
经过星座映射后的数字基带IQ信号为矩形脉形式，选择根升余弦滚降滤波器完成脉冲成型；经过成型滤波以压缩信号带宽，消除码间干扰；
c、进行信号统计特征分析
通过截取脉冲成型后的基带信号数据，统计出信号功率的概率分布直方图或拟合出信号功率概率分布曲线；
d、实现Doherty功放效率曲线的优化设计
依据步骤c获得的信号功率的概率分布直方图或拟合出信号功率概率分布曲线建立Doherty功放效率曲线的优化目标；
e、完成功放平均效率的分析计算
采用单音信号激励功放，描绘出不同输出功率下功放的效率曲线η(Pout)，采用非恒包络调制信号激励功放，功放的瞬时输出功率不断变化，功放平均效率根据式1计算；
Figure BDA0002063916740000121
其中，prob(Pout)为功放输出功率概率分布曲线，通过统计分析方式获得；ηavg为功放平均效率，Pout为功放输出功率，Pout-max为功放最大输出功率，η(Pout)为功放在不同输出功率下的瞬时效率曲线；
f、判断功放平均效率是否优于设计目标
若步骤e获得的功放平均效率优于设计目标，则完成发射机效率提升设计流程；否则返回到步骤d，对Doherty功放的效率曲线继续进行优化。
所述步骤a中，采用16APSK(8,8)调制方式完成星座映射；内圆上星座点的信号表达式为式2，外圆上星座点的信号表达式为式3；
Figure BDA0002063916740000131
Figure BDA0002063916740000132
其中，C1为内圆上星座点的信号表达式，C2为外圆上星座点的信号表达式，R1为内圆半径，R2为外圆半径，R1和R2的取值依据最大化最小欧式距离准则确定；ej为基带复信号表达形式,ik为第k个星座点相位计算参数,ik＝0,1,...,7。
所述步骤b中，选择根升余弦滚降滤波器完成脉冲成型是指设置星座映射后的数字基带信号码率为16Msps，根升余弦滚降滤波器滚降系数a设定为0.25，16APSK(8,8)调制信号经过成型滤波后带宽为20MHz，具有5.72dB峰均比。
所述步骤c中，进行信号统计特征分析是指对16APSK(8,8)调制信号进行统计特征分析，依据仿真数据拟合出16APSK(8,8)调制信号功率的概率分布曲线。
所述步骤d中，Doherty功放效率曲线的优化设计是指设计S频段，载波频率3.5GHz，饱和输出功率为20W的Doherty功放与AB类功放，搭建无线仿真系统，使用包络仿真器和谐波平衡仿真器协同完成16APSK(8,8)调制体制及16QAM调制体制星座映射、基带数据流成型滤波、正交调制和功率放大。
所述步骤d中，Doherty功放的功率分配比设定为0.5，效率曲线双峰间隔为6dB，与16APSK(8,8)调制信号功率的概率分布曲线相匹配。
所述步骤e中，完成功放平均效率的分析计算是指分别完成Doherty功放与AB类功放对16APSK(8,8)调制体制及16QAM调制体制信号进行功率放大时的平均效率分析计算。
不同情形下，功放的平均效率计算结果见表1：
Figure BDA0002063916740000133
表1
移动通信领域中的16QAM发射机与测控通信领域中的16APSK发射机具有相同的频谱效率；现有的16QAM发射机利用Doherty功放提升功率回退区效率，但16QAM调制信号功率概率分布特征与Doherty功放效率曲线并不匹配，所以未能实现发射机效率的最优化；相比移动通信领域中的高效率16QAM发射机，本发明能够使Doherty功放的效率曲线双峰与16APSK调制信号功率概率分布特征达到最佳匹配，从而获得更高的发射机平均效率指标。

Claims (5)

1.一种16APSK调制体制测控发射机效率提升方法，其特征在于，包括以下步骤：
a、实现16APSK调制体制星座映射
16APSK调制体制的星座图由两个同心圆构成，每个同心圆上等间隔分布PSK信号点；
b、完成信号成型滤波
经过星座映射后的数字基带IQ信号为矩形脉形式，选择根升余弦滚降滤波器完成脉冲成型；经过成型滤波以压缩信号带宽，消除码间干扰；
c、进行信号统计特征分析
通过截取脉冲成型后的基带信号数据，统计出信号功率的概率分布直方图或拟合出信号功率概率分布曲线；
d、实现Doherty功放效率曲线的优化设计
依据步骤c获得的信号功率的概率分布直方图或拟合出信号功率概率分布曲线建立Doherty功放效率曲线的优化目标；
e、完成功放平均效率的分析计算
采用单音信号激励功放，描绘出不同输出功率下功放的效率曲线η(Pout)，采用非恒包络调制信号激励功放，功放的瞬时输出功率不断变化，功放平均效率根据式1计算；
Figure FDA0003305758740000011
其中，prob(Pout)为功放输出功率概率分布曲线，通过统计分析方式获得；ηavg为功放平均效率，Pout为功放输出功率，Pout-max为功放最大输出功率，η(Pout)为功放在不同输出功率下的瞬时效率曲线；
f、判断功放平均效率是否优于设计目标
若步骤e获得的功放平均效率优于设计目标，则完成发射机效率提升设计流程；否则返回到步骤d，对Doherty功放的效率曲线继续进行优化；
所述步骤a中，采用16APSK(8,8)调制方式完成星座映射；内圆上星座点的信号表达式为式2，外圆上星座点的信号表达式为式3；
Figure FDA0003305758740000021
Figure FDA0003305758740000022
其中，C1为内圆上星座点的信号表达式，C2为外圆上星座点的信号表达式，R1为内圆半径，R2为外圆半径，R1和R2的取值依据最大化最小欧式距离准则确定；ej为基带复信号表达形式,ik为第k个星座点相位计算参数,ik＝0,1,...,7；
所述步骤c中，进行信号统计特征分析是指对16APSK(8,8)调制信号进行统计特征分析，依据仿真数据拟合出16APSK(8,8)调制信号功率的概率分布曲线；
所述功放平均效率优于设计目标是指测控通信16APSK(8,8)的Doherty功放平均效率大于测控通信16APSK(8,8)的AB类功放平均效率。
2.根据权利要求1所述的一种16APSK调制体制测控发射机效率提升方法，其特征在于：所述步骤b中，选择根升余弦滚降滤波器完成脉冲成型是指设置星座映射后的数字基带信号码率为16Msps，根升余弦滚降滤波器滚降系数a设定为0.25，16APSK(8,8)调制信号经过成型滤波后带宽为20MHz，具有5.72dB峰均比。
3.根据权利要求1所述的一种16APSK调制体制测控发射机效率提升方法，其特征在于：所述步骤d中，Doherty功放效率曲线的优化设计是指设计S频段，载波频率3.5GHz，饱和输出功率为20W的Doherty功放与AB类功放，搭建无线仿真系统，使用包络仿真器和谐波平衡仿真器协同完成16APSK(8,8)调制体制及16QAM调制体制星座映射、基带数据流成型滤波、正交调制和功率放大。
4.根据权利要求3所述的一种16APSK调制体制测控发射机效率提升方法，其特征在于：所述步骤d中，Doherty功放的功率分配比设定为0.5，效率曲线双峰间隔为6dB，与16APSK(8,8)调制信号功率的概率分布曲线相匹配。
5.根据权利要求3所述的一种16APSK调制体制测控发射机效率提升方法，其特征在于：所述步骤e中，完成功放平均效率的分析计算是指分别完成Doherty功放与AB类功放对16APSK(8,8)调制体制及16QAM调制体制信号进行功率放大时的平均效率分析计算。
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