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(hào)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(duì)OFDM信號(hào)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(duì)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(shì)。正交頻分復(fù)用[1]OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)技術(shù)可以有效地對(duì)抗信號(hào)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(dòng)信道中高速傳輸數(shù)據(jù)。目前，OFDM技術(shù)憑借其固有的對(duì)抗時(shí)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(diǎn)，成為下一代無線通信的核心技術(shù)。
眾所周知，OFDM信號(hào)具有很高的峰均功率比，對(duì)高功率放大器HPA(High Power Amplifier)的線性度要求很高，否則就會(huì)產(chǎn)生非線性失真，造成頻譜擴(kuò)展以及帶內(nèi)信號(hào)畸變，使系統(tǒng)的性能惡化，因此必須對(duì)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(duì)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(diǎn)分析OFDM信號(hào)的基帶自適應(yīng)補(bǔ)償技術(shù)，為簡(jiǎn)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(gè)OFDM符號(hào)分為V個(gè)子塊，給每個(gè)子塊乘上一個(gè)相位因子，得：
再對(duì)X′(k)進(jìn)行IFFT運(yùn)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(duì)HPA的AM/AM特性曲線求逆實(shí)現(xiàn)，相位預(yù)失真則通過從原始信號(hào)的相位中減去HPA的AM/PM響應(yīng)實(shí)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(shí)域信號(hào)，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(hào)間干擾，收發(fā)端時(shí)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(hào)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(shí)接收端的信號(hào)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(shí)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(shí)，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(shí)，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(hào)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(shí)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(shí)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(gè)最小值，對(duì)應(yīng)的OBO值稱為最優(yōu)功率回退，其值通常用來評(píng)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(shí)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(duì)OFDM信號(hào)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(duì)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(shí)，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(yàn)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)
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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(bào), 1999;27(8):108～110