0FDM系统非线性失真自适应补偿技术

2007-05-18 10:51:54来源: 电子技术应用
无线通信业务的多媒体化是其未来发展的方向之一,而多媒体业务要求有高速的数据传输来支撑,因此宽带传输是无线通信发展的必然趋势。正交频分复用OFDM(0rthogonM Frequency Division Multiplexing)技术可以有效地对抗信号波形间干扰,具有优异的抗噪声性能和抗多径衰落的能力,频谱利用率高,适合于存在多径传播和多普勒频移的无线移动信道中高速传输数据。目前,OFDM技术凭借其固有的对抗时延扩展的能力和较高的频谱利用率迅速成为研究的焦点.成为下一代无线通信的核心技术。

众所周知,OFDM信号具有很高的峰均功率比,对高功率放大器HPA(High Power Amplifier)的线性度要求很高,否则就会产生非线性失真,造成频谱扩展以及带内信号畸变,使系统的性能恶化,因此必须对系统的非线性失真进行抑制。

本文提出了一种将部分传输序列PTS(Partial Transmlt Sequences)与递归最小二乘法RLS(Recursive Least Squares)相结合的失真补偿技术,可以有效地减小高功率放大器的非线性失真。

1 传输系统结构

OFDM的基本思想是将高速率的数据流变换成多路数据子流,然后用相互正交的子载波对数据子流分别进行调制。本文讨论的发射系统框图如图l所示。由于重点分析OFDM信号的基带自适应补偿技术,为简单起见,系统省略了加入保护间隔和上变频部分。

OFDM发射机中普遍采用行波管(TWT)作为高功率放大器,它是一种无记忆的非线性器件,其AM/AM和AM/PM特性为:

 

2 自适应补偿技术

2.1 部分传输序列

部分传输序列(PTS)先将每个OFDM符号分为V个子块,给每个子块乘上一个相位因子,得:

 

再对X′(k)进行IFFT运算,得到x′(n)。相位因子bi的选取应使x′(n)的峰均功率比最低,即:

 

2.2 自适应补偿

??

因此,幅度预失真通过对HPA的AM/AM特性曲线求逆实现,相位预失真则通过从原始信号的相位中减去HPA的AM/PM响应实现。

3 仿真结果分析

考虑子载波数N=256的OFDM系统,子载波采用16QAM调制,PTS分块数V=4,相邻分割方式,采用4倍过采样产生OFDM时域信号,δ=0.004,λ=l,ωA(O)=0,ωP(0)=0。在通信系统中,预失真性能通常与多径衰落无关,因此假设信道为理想的加性高斯白噪声信道,不存在符号间干扰,收发端时钟精确同步。

为了描述不同的功率输出水平,定义HPA的输出功率回退为: 

其中,Pmax表示放大器的最大输出功率,Po表示放大器输出信号的平均功率。图2给出了不同的输出功率回退条件下,无预失真和有预失真时接收端的信号星座图。从中可以看出,预失真可以有效地补偿功率放大器引起的非线性失真(图2(a)、(b))。同时也可看到,随着输出功率回退的减小,高功率放大器进入了限幅区,这时,即使预失真也无法完全消除功率放大器引入的非线性失真(图2(c)、(d))。

在OBO=4.5dB时,有,无预失真系统的误比特率曲线如图3所示。要使高功率放大器最有效地工作,需要在放大器最大输出功率与OFDM信号最小非线性失真之间进行折中,为此,定义系统的总退化TD(TotalDegTadation)为:

 

其中,Eb/No(HPA)表示在特定的误码率条件下,使用非线性功率放大器时所需的摄低Eb/No;Eb/No(AWGN)表示在相同的误码率条件下,不使用菲线性功率放大器对所需的最低Eb/No。系统总退化随输出功率回退的改变而改变,存在一个最小值,对应的OBO值称为最优功率回退,其值通常用来评估失真补偿算法性能的好坏。图4画出了在误比特率BER=10-3时系统总退化曲线图。

本文提出了一种将部分传输序列与预失真相结合来补偿OFDM系统非线性失真的方法。首先利用部分传输序列对OFDM信号的峰均功率比进行控制,降低大峰值功率出现的概率,然后利用RLS算法对HPA的AM/AM和AM/PM特性进行拟合。仿真结果表明,在误比特率为10-3时,无预失真系统的最优回退为10.3dB,总退化为11.8dB,经过前置PTS自适应预失真后,最优回退为4.3dB,总退化为5.2dB。最优回退减小了6dB.总退化减小了6.6dB.验证了该方法能有效地补偿高功率放大器引入的非线性失真。

关键字:功率  多普勒  频移

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