近年来,无线通信数据业务的爆炸性增加,促进了无线通信技术的迅猛发展。无线通信系统的宽带信号,要求射频前端具有更大的带宽;非恒包络的射频宽带信号,要求射频前端具有更高的线性度;绿色化无线通信系统,要求射频前端具有更高的功率效率。本文针对射频前端的效率、带宽和线性这三项关键技术进行研究,主要创新点和贡献包括:第一,宽带负载调制高效率多合体功率合成放大器性能提升改进。由于射频信号具有更宽的频带,多合体功率合成放大器负载调制性能恶化,宽带范围内效率下降。针对此问题,优化了多合体功率合成放大器的宽带匹配和阻抗变换设计,提出了一种宽带非对称多合体功率合成放大器的设计方法。在2.50GHz~2.70GHz频段内,瞬时带宽100MHz,功率回退7dB的条件下,所设计的非对称多合体功率合成放大器,实测效率不小于42%。结合放大器的物理模型,推导了宽带非对称多合体放大器的失真模型。第二,峰值对消法降低宽带信号峰均比。降低信号峰均比的最优化限幅滤波法,需要最优化求解,其计算复杂度与信号的子载波总数的立方成正比。针对此问题,提出了一种峰值对消的降低PAPR的方法:在峰值对消前,先将对消信号通过一个零相位滤波器,滤除带外泄漏信号;然后将原始信号与滤波后的对消信号相减,降低信号的峰均比。理论分析表明,该方法的计算复杂度与信号的子载波总数成正比。数值仿真结果表明,该方法的PAPR性能,只比最优化限幅滤波法的性能差0.06dB。第三,功率放大器逆传递函数精确求解的数字预失真方法。间接学习型数字预失真,使用训练函数代替预失真器的传递函数,其性能较差。针对此问题,提出了一种解决方法:使用观测值,精确求解功率放大器传递函数的逆,作为预失真函数。分析和仿真结果表明,该方法性能比已有间接学习型方法提高4dB。第四,提出了一种降低反馈通道带宽影响的数字预失真方法。分析了反馈通道带宽对数字预失真性能的影响。针对该问题,在反馈通道上加上一个已知传递函数的带通滤波器,降低反馈通道的带宽。在数字域进行反卷积运算,恢复出宽带反馈信号,再进行数字预失真运算。分析和仿真结果表明,在损失功率邻道泄露比5.6dB的条件下,能够将反馈通道的带宽从5倍信号带宽以上缩减到2倍信号带宽。最后,实现了信号带宽为100MHz的LTE-Advanced射频验证平台,验证了上述各项关键技术。实测结果表明,在频率范围2.50GHz~2.70GHz、瞬时信号带宽100MHz的条件下,射频验证平台输出功率大于40dBm、效率大于42%、ACLR优于–45dBc。本文研究成果可应用于卫星通信、微波接力通信、军用无线通信数据链路、宽带无线局域网、下一代公众移动通信网中。