恒包络信号合路技术对比分析：基带侧与射频侧
一、引言
恒包络信号作为无线通信系统中的重要调制方式，其合路技术的选择直接影响着系统性能和实现成本。在基站架构设计中，基带侧合路（Digital Combining）与射频侧合路（RF Combining）呈现出截然不同的技术特征。
二、中频合路
中频合路由FPGA在数字域进行，将多路已调数字中频相加，通过DAC转换成模拟中频。
中频合路用一个通道实现整个发射机，结构简单，但射频指标会偏低。
假设单路恒包络信号多信道合路后，IF变为多载波、非恒包络信号，假设每路功率为Po，四路恒包络信号叠加后，若相位相同，峰值功率为(4)2=16Po，平均功率为4Po，故PAPR为6 dB。当相位随机时，实际PAPR可能较低，但理论最大值为6 dB。
% 参数设置
N = 1024; % 每个信号的样本数
numTrials = 1000; % 蒙特卡洛仿真次数
% 1. 单路恒包络信号（理论PAPR=0 dB）
single_PAPR = 0; % 所有情况均为0 dB
% 2. 四路同相信号（理论PAPR=6 dB）
four_same = ones(N, 4); % 四路同相信号（相位全为0）
combined_same = sum(four_same, 2); % 合路信号
peak_same = max(abs(combined_same).^2);
avg_same = mean(abs(combined_same).^2);
PAPR_same = 10*log10(peak_same / avg_same); % 计算PAPR（应为6 dB）
% 3. 四路随机相位信号（蒙特卡洛仿真）
PAPR_random = zeros(numTrials, 1);
for k = 1:numTrials
four_phases = 2 * pi * rand(N, 4); % 生成随机相位
four_sigs = exp(1j * four_phases); % 恒包络信号
combined = sum(four_sigs, 2); % 合路信号
peak = max(abs(combined).^2); % 峰值功率
avg = mean(abs(combined).^2); % 平均功率
PAPR_random(k) = 10*log10(peak / avg);
end
% 绘制图形对比
figure;
hold on;
% 四路随机相位PAPR分布（直方图）
histogram(PAPR_random, 50, 'Normalization', 'pdf', 'FaceColor', [0.7 0.7 0.7], 'EdgeColor', 'none');
% 单路和四路同相的理论值（垂直虚线）
xline(single_PAPR, 'b--', 'LineWidth', 2, 'Label', '单路恒包络 (0 dB)');
xline(PAPR_same, 'r--', 'LineWidth', 2, 'Label', '四路同相 (6 dB)');
% 图形标注
xlabel('峰均比 (PAPR/dB)');
ylabel('概率密度');
title('单路与四路恒包络信号合路PAPR对比');
legend('四路随机相位', 'Location', 'northeast');
grid on;
hold off;
由于RF放大器、混频器均具有非线性，多载波非恒包络信号之间会产生互调、交调。
中频合路由于信号变成了非恒包络，有峰均比，功放设计难度增大，三阶互调抑制及邻信道功率比难以满足要求，所以需要预失真或者采用前馈功放，使互调得以改善。
中频合路由数字基带单元完成，在数字域将4路信号相加，最后通过DAC转换为模拟中频输出。
三、射频合路
射频侧合路依赖模拟电路实现，采用3dB电桥或Wilkinson功分器等无源器件。射频合路器需要确保各路信号之间的隔离度，以避免信号之间的相互干扰。这要求合路器具有良好的隔离性能。
射频合路在功放输出之后，由合路器将多路独立的已调射频合为一路输出。射频合路用4个独立通道实现整个发射机，结构复杂。但每个通道只处理一路恒包络，RF为恒包络信号，几乎不存在互调问题和邻信道功率比恶化问题，不用预失真来补偿信道的非线性，所有放大器均可以工作在饱和状态，功放可以深饱和工作，效率高，各项指标均容易满足。
这种方案，每个通道的射频电路与中频合路的基本一样，放大器可以工作在饱和状态，大大降低了对器件的线性要求，有利于降低功耗。射频合路需要RF合路器，将4路合并。
由于各路载频的频率相近，不能采用频分合路的方法，应该采用同频合路，目前最成熟、最匹配的合路方法是3dB电桥，合路后输出功率损耗3dB，被50欧负载吸收。4路载频合路需要2阶3dB电桥，理论损耗6dB。
四、结论
恒包络信号合路在基带侧和射频侧各有其设计难点。基带侧合路主要面临信号同步、相位调整、算法复杂度和滤波器设计等挑战，而射频侧合路则需要解决功放线性化、信号隔离度、互调产物和频谱再生等问题。在实际应用中，应根据具体需求和场景，综合考虑各种因素，选择合适的合路方式，以实现最佳的系统性能和经济效益。
