摘 要:提出了一種將部分傳輸序列" title="部分傳輸序列">部分傳輸序列與遞歸" title="遞歸">遞歸最小二乘法相結(jié)合的OFDM非線性失真" title="非線性失真">非線性失真自適應(yīng)補(bǔ)償技術(shù)。利用部分傳輸序列降低OFDM信號的峰均比;使用遞歸最小二乘法擬合高功率放大器的幅度/幅度和幅度/相位特性曲線,對OFDM信號進(jìn)行預(yù)失真" title="預(yù)失真">預(yù)失真處理,以補(bǔ)償系統(tǒng)的非線性失真。仿真結(jié)果表明,所提出的方法收斂速度快,能對高功率放大器引入的非線性失真進(jìn)行有效的補(bǔ)償。
關(guān)鍵詞:正交頻分復(fù)用 非線性失真 部分傳輸序列 遞歸最小二乘法
無線通信業(yè)務(wù)的多媒體化是其未來發(fā)展的方向之一,而多媒體業(yè)務(wù)要求有高速的數(shù)據(jù)傳輸來支撐,因此寬帶傳輸是無線通信發(fā)展的必然趨勢。正交頻分復(fù)用[1]OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)技術(shù)可以有效地對抗信號波形間干擾,具有優(yōu)異的抗噪聲性能和抗多徑衰落的能力,頻譜利用率高,適合于存在多徑傳播和多普勒頻移的無線移動信道中高速傳輸數(shù)據(jù)。目前,OFDM技術(shù)憑借其固有的對抗時延擴(kuò)展的能力和較高的頻譜利用率迅速成為研究的焦點,成為下一代無線通信的核心技術(shù)。
眾所周知,OFDM信號具有很高的峰均功率比,對高功率放大器HPA(High Power Amplifier)的線性度要求很高,否則就會產(chǎn)生非線性失真,造成頻譜擴(kuò)展以及帶內(nèi)信號畸變,使系統(tǒng)的性能惡化,因此必須對系統(tǒng)的非線性失真進(jìn)行抑制。
本文提出了一種將部分傳輸序列PTS(Partial Transmit Sequences)與遞歸最小二乘法RLS(Recursive Least Squares)相結(jié)合的失真補(bǔ)償技術(shù),可以有效地減小高功率放大器的非線性失真。
1 傳輸系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
OFDM的基本思想是將高速率的數(shù)據(jù)流變換成多路數(shù)據(jù)子流,然后用相互正交的子載波對數(shù)據(jù)子流分別進(jìn)行調(diào)制。本文討論的發(fā)射系統(tǒng)框圖如圖1所示。由于重點分析OFDM信號的基帶自適應(yīng)補(bǔ)償技術(shù),為簡單起見,系統(tǒng)省略了加入保護(hù)間隔和上變頻部分。
OFDM發(fā)射機(jī)中普遍采用行波管(TWT)作為高功率放大器,它是一種無記憶的非線性器件[2],其AM/AM和AM/PM特性為:
2 自適應(yīng)補(bǔ)償技術(shù)
2.1部分傳輸序列
部分傳輸序列[3](PTS)先將每個OFDM符號分為V個子塊,給每個子塊乘上一個相位因子,得:
再對X′(k)進(jìn)行IFFT運算,得到x′(n)。相位因子bi的選取應(yīng)使x′(n)的峰均功率比最低,即:
2.2自適應(yīng)補(bǔ)償
假設(shè)x′(n)經(jīng)過預(yù)失真器的輸出為:
因此,幅度預(yù)失真通過對HPA的AM/AM特性曲線求逆實現(xiàn),相位預(yù)失真則通過從原始信號的相位中減去HPA的AM/PM響應(yīng)實現(xiàn)。
3 仿真結(jié)果分析
考慮子載波數(shù)N=256的OFDM系統(tǒng),子載波采用16QAM調(diào)制,PTS分塊數(shù)V=4,相鄰分割方式,采用4倍過采樣產(chǎn)生OFDM時域信號,δ=0.004,λ=1,ωA(0)=0,ωP(0)=0。
在通信系統(tǒng)中,預(yù)失真性能通常與多徑衰落無關(guān),因此假設(shè)信道為理想的加性高斯白噪聲信道,不存在符號間干擾,收發(fā)端時鐘精確同步。
為了描述不同的功率輸出水平,定義HPA的輸出功率回退為:
其中,Pmax表示放大器的最大輸出功率,P0表示放大器輸出信號的平均功率。圖2給出了不同的輸出功率回退條件下,無預(yù)失真和有預(yù)失真時接收端的信號星座圖。從中可以看出,預(yù)失真可以有效地補(bǔ)償功率放大器引起的非線性失真(圖2(a)、(b))。同時也可看到,隨著輸出功率回退的減小,高功率放大器進(jìn)入了限幅區(qū),這時,即使預(yù)失真也無法完全消除功率放大器引入的非線性失真(圖2(c)、(d))。
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在OBO=4.5dB時,有/無預(yù)失真系統(tǒng)的誤比特率曲線如圖3所示。要使高功率放大器最有效地工作,需要在放大器最大輸出功率與OFDM信號最小非線性失真之間進(jìn)行折中,為此,定義系統(tǒng)的總退化TD(Total Degradation)為:
其中, Eb/N0(HPA)表示在特定的誤碼率條件下,使用非線性功率放大器時所需的最低Eb/N0;Eb/N0(AWGN)表示在相同的誤碼率條件下,不使用非線性功率放大器時所需的最低Eb/N0。系統(tǒng)總退化隨輸出功率回退的改變而改變,存在一個最小值,對應(yīng)的OBO值稱為最優(yōu)功率回退,其值通常用來評估失真補(bǔ)償算法性能的好壞。圖4畫出了在誤比特率BER=10-3時系統(tǒng)總退化曲線圖。
本文提出了一種將部分傳輸序列與預(yù)失真相結(jié)合來補(bǔ)償OFDM系統(tǒng)非線性失真的方法。首先利用部分傳輸序列對OFDM信號的峰均功率比進(jìn)行控制,降低大峰值功率出現(xiàn)的概率,然后利用RLS算法對HPA的AM/AM和AM/PM特性進(jìn)行擬合。仿真結(jié)果表明,在誤比特率為10-3時,無預(yù)失真系統(tǒng)的最優(yōu)回退為10.3dB,總退化為11.8dB,經(jīng)過前置PTS自適應(yīng)預(yù)失真后,最優(yōu)回退為4.3dB,總退化為5.2dB。最優(yōu)回退減小了6dB,總退化減小了6.6dB,驗證了該方法能有效地補(bǔ)償高功率放大器引入的非線性失真。
參考文獻(xiàn)
1 Harvatin D T, Ziemer R E. Orthogonal frequency division multiplexing performance in delay and doppler spread chan-nels[J]. IEEE 47th vehicular technology conference, 1997;(3):1644~1648
2 Saleh A A M. Frequency-independent and frequency- dependent nonlinear models of TWT amplifiers[J]. IEEE transactions on communications, 1981;29(11):1715~1720
3 周 毅, 朱雪龍. OFDM系統(tǒng)中基于部分傳輸序列圓周移位最優(yōu)和的降低峰值平均功率比的算法[J]. 電子學(xué)報, 1999;27(8):108~110