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随着现代无线通信的快速发展，数据业务不断激增，对数据传输速率的要求越来越高，需要的频谱资源急剧扩张。根据国际电信联盟(ITU)的要求，第四代移动通信标准LTE-Advanced享有100MHz的信号带宽，要求在高速移动状态下提供100Mbps的下行峰值速率，低速通信时达到1Gbps。伴随着无线通信的发展，通信标准不断演进，出现了第二代、第三代以及第四代通信制式并存的市场现状，下一代无线通信系统需要工作在多制式多频段下提供多种用户业务，原本稀缺的频谱资源将变得更加拥挤。提高频谱效率，在有限的频谱资源内提供更快的传输速率将是下一代移动通信追求的目标。 在此背景下，本文开展了宽带高效率无线发射机的研究工作，设计了工作在1.7GHz～2.7GHz的宽带高效率功率放大器，可以覆盖国内第三代和第四代商用无线通信的多个制式，验证分析了双频段数字预失真的性能，研制完成了支持LTE-A系统100MHz信号带宽的低成本高性能的带有预失真功能的宽带发射机。针对第四代移动通信系统的应用，研制完成了4G MIMO TD-LTE宽带无线发射机子系统。设计研制的64×64规模的3D MIMO宽带发射机子系统，为探索5G移动通信的关键技术提供了验证平台。 论文的具体内容如下: 1)对发射机系统最关键的部件一射频功率放大器做了相应的研究。设计了基于谐波阻抗控制的宽带高效率功率放大器，宽带功放在1.7GHz～2.7GHz的带宽内，实现了63％～73％的漏极效率以及39dBm～41 dBm的最大输出功率，工作频段涵盖了目前国内商用的WCDMA、CDMA2000、TD-SCDMA以及LTE等多个制式的网络，对于多模多频的宽带无线发射机具有非常大的吸引力。针对窄带F类功放和研制的宽带功放，分别进行了单频段和双频段的数字预失真试验，试验验证了影响线性化性能的因素，线性化后的两种功放均已达到基站通信中频谱扩散的指标要求。研制完成的基于谐波阻抗控制的功放，带宽宽、效率高、线性化后的性能优越，不仅适合宽带多频段无线发射机系统的应用，在下一代移动通信的宽带载波聚合网络中也具有广阔的应用前景。 2)研制了国内首套支持500Msps采样速率、带有FIFO缓存可完成预失真功能的低成本高性能宽带发射机系统。在预失真功放五次谐波的情况下，最高可以支持100MHz的信号带宽。反馈回路选取带有FIFO功能的模数转换芯片，采用高速采样低速传输的架构，在不影响线性化性能的基础上大大降低了电路的成本和布线的复杂度。宽带发射机系统中的基带和射频子电路通过可插拔的高速连接器实现电气互联，允许不同架构的射频子电路接入，对比不同发射机架构的线性化性能，具有很高的灵活度。研制完成的带有预失真功能的宽带发射机搭载不同带宽的功放，均取得了不错的性能效果，为带有预失真功能的宽带高效率发射机在LTE-A系统中的应用提供了参考。双路独立的数模转换模块设计支持平台扩展成双频段发射机系统或包络跟踪极坐标发射机系统，为研制多频带高效率的发射机提供了一种设计架构。 3)从发射机基带和射频一体化设计的角度，总结了几种发射机的系统设计架构，分析了每种架构的设计难点和应用场景。介绍了三种基于光纤传输的分布式组网方式:射频光纤传输、中频光纤传输和基带光纤传输，并分析了三种分布式网络的特点。针对国家科技重大专项“新一代宽带无线移动通信网”的子课题“IMT-Advanced多天线增强技术研发”，研制了应用于4G移动通信系统的分布式MIMO TD-LTE宽带发射机子系统，包括射频收发信机和基带前端两部分，MIMO校准和数字预失真等算法可以在子系统的基带处理器中完成。本文研制完成的远端宽带发射机子系统与上海贝尔公司研制的近端数据处理子系统，首次成功组建了基于基带光纤传输技术的分布式MIMO TD-LTE宽带无线通信试验网络且运行良好。 4)3D MIMO网络可以提供更大的系统容量、更高的频谱利用率以及更稳定的数据传输，是5G通信系统的关键技术之一。在国家重大专项子课题“3D MIMO技术研究与验证”的支持下，与上海贝尔公司合作，在国内首次研制面向5G移动通信的支持64个独立通道的3D MIMO TD-LTE宽带无线通信系统。3D MIMO发射机子系统由16个电路板级模块组建构成，每个模块集成4路独立的基带射频单元，具有很高的集成度和可扩展性。本文详细介绍了宽带子系统的总体架构和基带子电路的电路设计，以及研制完成的子系统模块测试结果，与上海贝尔公司研发的后端数据处理子系统的联合调试也将在后续逐步展开。