非线性多元无线通信系统建模与补偿

Multi-element wireless communication systems, including multi-mode, multi-frequency systems and MIMO systems, have become popular along with the development of communications industry. To improve the power efficiency of the systems, the radio frontends usually operate in the nonlinear region. Nonlinearity introduces in-band distortion, out-of-band spectral regrowth, as well as the interference among signals in different band. It is critical to improve the linearity of the radio frontends without sacrificing the power efficiency..In this project, we will firstly derive the general baseband nonlinear behavior model of the multi-element systems considering the physical constraint of the device with the modeling error less than -40 dB. Secondly, we will study the estimation and compensation algorithms based on the proposed nonlinear model. Reference signal design and data compression can be good approaches. Finally, we will construct a linearization testbed for the multi-element wireless communications system and verify the proposed algorithms with experiments. Through this project, the target is to improve the adjacent channel spectral regrowth by 5 dB and improve the power efficiency by 40% for the multi-element wireless communication systems.

多元无线通信系统包括多模多频系统和多通道系统已经成为通信产业的主要发展趋势。为提高系统的功率效率，其射频前端往往运行在非线性区间。而非线性失真对系统性能会产生较大影响，如带来频带内信号失真、信道外频谱泄露和不同频带信号之间的干扰。如何有效、低成本地补偿射频前端的非线性，提升其功率效率对多元无线通信系统提高能效的意义重大。本项目将首先结合射频前端器件的物理特性，推导通用的多元系统基带非线性失真模型，提高模型的准确度，使得模型误差小于-40 dB。然后研究射频前端非线性失真的补偿算法，包括设计参考信号和大数据降维处理等，较现有算法降低带外频谱抑制5 dB以上。最后，本项目将构建多元系统线性化测试试验平台，实现非线性失真补偿算法和非线性共存干扰方法的测试验证。通过本项目研究，预期提升非线性多元无线通信系统射频前端能效40%以上。

多元无线通信系统包括多模多频系统和多通道系统已经成为通信产业的主要发展趋势。为提高系统的功率效率，其射频前端往往运行在非线性区间。而非线性失真对系统性能会产生较大影响，如带来频带内信号失真、信道外频谱泄露和不同频带信号之间的干扰。如何有效、低成本地补偿射频前端的非线性，提升其功率效率对多元无线通信系统提高能效的意义重大。.本项目针对现有多模多频系统非线性失真建模研究中基带模型与通带非线性信号不匹配导致的模型适用性较差的问题，结合射频前端器件的物理特性，将其转化为模型的约束条件，推导了通用的多模多频系统基带非线性失真模型。典型场景下模型误差小于-43dB。.本项目针对多通道发射端串扰引起的非线性模型复杂度急遽上升的问题，结合多通道射频前端串扰发生的机理，将其转化为非线性模型的约束条件，推导简化的非线性串扰模型。更进一步，结合多元非线性系统离线校准的特点，设计特定的参考信号序列，在多通道或多频间引入额外的相关性，降低非线性模型的复杂度，从而降低参数估计算法的复杂度。在同样的误差向量幅值的要求下，与现有技术相比提高带外频谱抑制能力6dB；提升非线性多元无线通信系统射频前端能效50%。.针对多元非线性无线通信系统中参数估计算法计算量大，很难做到实时在线计算的问题，本项目引入数据压缩的思想，利用非线性缓慢变化的特点，将待处理数据降维处理，大幅度压缩数据量，同时保证参数估计算法的收敛性，适应多元非线性系统的实时计算要求。.本项目搭建了一个多元无线通信系统非线性失真测试平台，实现物理真实的多元无线通信链路。在此测试平台上，通过对发射信号的EVM、频谱泄露（Spectral regrowth）和射频前端的实际功率效率的测量，测试验证了本项目中提出的非线性模型及其补偿算法。.项目成果可以应用于移动通信、卫星通信、数字广播等领域。可以大幅度降低通信系统发射机功耗并提升发射机精度，提升系统性能。对于装备的成本、体积、能耗等均有明显改善。