OFDM系統(tǒng)非線性失真自適應補償技術(shù)

1、    OFDM系統(tǒng)非線性失真自適應補償技術(shù)        劉應廷， 黃 煒， 張忠培 時間:2008年06月18日     字 體: 大 中 小        關(guān)鍵詞:        摘要：關(guān)鍵詞：正交頻分復用 非線性失真 部分傳輸序列 遞歸最小二乘法無線通信業(yè)務的多媒體化是其

2、未來發(fā)展的方向之一，而多媒體業(yè)務要求有高速的數(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。正交頻分復用1OFDM(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

3、則就會產(chǎn)生非線性失真，造成頻譜擴展以及帶內(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信號的基帶自適應補償技術(shù)，為簡單起見，系統(tǒng)省略了加入保護間隔和上變頻部分。OFDM發(fā)射機中普遍采用

4、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 自適應補償技術(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)進行IFFT運算，得到x(n)。相位因子bi的選取應使x(n)的峰均功率比最低，即：2.2自適應補償假設x(n)經(jīng)過預失真器的輸出為：因此，幅度預失真通過對HPA的AM/AM特性曲線求逆實現(xiàn)，相位預失真則通過從原始信號的相位中減去HPA的AM/PM響應實現(xiàn)。3 仿真結(jié)果分析考慮子載波數(shù)N256的OFDM系統(tǒng)，子載波采用16QAM調(diào)制，PTS分塊數(shù)V4，相鄰分割方式

5、，采用4倍過采樣產(chǎn)生OFDM時域信號，0.004，1，A(0)0，P(0)0。在通信系統(tǒng)中，預失真性能通常與多徑衰落無關(guān)，因此假設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，無預失真和有預失真時接收端的信號星座圖。從中可以看出，預失真可以有效地補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，高功率放大器進入了限幅區(qū)，這時，即使預失真也無法完全消除功率放大器引入的非

6、線性失真(圖2(c)、(d)。?在OBO4.5dB時，有/無預失真系統(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，對應的OBO值稱為最優(yōu)功率回退，其值通常用來評估失真補償算法性能的好壞。圖4畫出了在誤比特率B

7、ER=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失真相結(jié)合來補償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特性進行擬合。仿真結(jié)果表明，在誤比特率為10-3時，無預失真系統(tǒng)的最優(yōu)回退為10.3dB，總退化為11.8dB，經(jīng)過前置PTS自適應預失真后，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償高功率放大器引入的非線性失真。參考文獻1 Harvatin D T, Ziemer R E. Orthogonal frequency division multiplexing performance in delay and doppler spread chan-nelsJ. IEEE 47th vehicular technology conference, 1997;(3):164416482 Saleh A A M. Frequency-independent and frequency- dependent nonlinear models of TWT amplifiersJ. IEEE transactions on communica