【功放的数字预失真技术与功率削峰技术的联合分析4100字】

功放的数字预失真技术与功率削峰技术的联合分析目录TOC\o"1-3"\h\u13634功放的数字预失真技术与功率削峰技术的联合分析 1294651.1削峰技术 1252971.1.1限幅类 2274891.1.2概率类 341601.1.3编码类 4217341.2削峰技术与数字预失真内在关系 4246661.2.1削峰技术对功放线性度的影响 562001.2.2预失真对信号峰值的影响 5283171.3削峰技术与数字预失真技术的联合新结构 71.1削峰技术削峰技术即波峰因子降低技术，主要原理是通过将输入信号的峰峰值减小,从而可以使峰均百分比大大下降,信号的峰均百分比大大下降后输出功率被放置于平均工作频率的各个工作点上,对于需要输出较大功率的信号回退值也可以因此得到明显降低,从而也就能够有效地大大提高输出功放工作效率。峰均功率值之比即是一个信号的峰值功率和其平均功率之比,峰均功率比的基本信息，它可以通过波峰功率因子中的公式计算来进行表征,由此对下式进行计算可以得到:CF上式中，PAPR：邻信道功率比，max(|x|)：信号峰值，E[p(x)]：均方根幅值，对邻信道功率比的分布状态情况进行更有效地定义的方法为应用互补累积分函数来表示:P上式可以代表邻信道功率比超过一个门限A的概率,其值为β。下图以削峰前信号进行峰均比下降处理的时域波形来表示,图中分别显示了削峰前原始信号的波形、削峰后信号的波形和门限。目前主要采用有限幅类型、概率类型和编码类型三种处理方法。在此篇论文中主要采用了限幅类型的削峰处理技术。图1.1峰均比降低信号时域波形图1.1.1限幅类限幅类型的削峰处理技术就是利用非线性的手段对峰峰值进行处理，来大大减少信号的峰均百分比。尽管其系统复杂性相对较低,但是当整个系统的峰均比不断下降时,其主要参数诸如和邻信道功率比和误差矢量幅度等重要指标的系统性能也将因此受到一定的程度影响。限幅类型的削峰处理技术主要类型有直接对峰值限幅的方法、对峰峰值加窗的方法和峰峰值相互抵消的方法。a、最直接有效地降低邻信道功率比的一种方法,是直接对峰值限幅的方法,此种方法只是对于信号幅值中远远大于设置阈值的部分进行限幅,不对幅值在设置阈值区间内的部分进行限幅。b、对峰峰值加窗的方法的主要原理是为了有效减少由直接对峰值限幅的方法所引起的频带外部谐波干扰而进行设计并首次提出的一种处理波峰的技术,它也可以认为是直接对峰值限幅的方法的一种扩展。通过选择使用适当的非矩形窗计算函数乘以较大的频谱信号特征峰值来实现可以获得良好的频谱信号特征,这里目前所广泛应用的窗计算函数一般具有特征带宽比较狭窄的特点,如具有hamming窗、cosine窗和hakaiser窗等。c、最后一种限幅类的削峰方法,也就是峰值的抵消方法,其中所有的输出信号通过以下式计算得到:y上式中x(t)和y(t)分别指的是峰值抵消法对于输入和输出的信号,h(t)则指的是经过加权后的一个削峰脉冲函数,其表达式定义为:h式中r(t)为参照的函数，Wh为加权的因子,表达式如下：Wht为设定门限的值。峰值抵消法基本上可以对带外的频谱延迟扩展，进行全面的抑制,但是由于在时域上它的参考信号宽度相对较阔,导致误差矢量幅度的性能相对较差。1.1.2概率类概率类技术的特点是致力于降低信号在峰值时间内所出现的概率,主要包括部分传输序列和选择映射等技术,但是概率类技术的最大缺点之一就是可能会造成一定程度的信息冗余。以部分传输序列的方法为代表的概率类技术基本原理结构如下图所示。图1.1.2基于部分传输序列的概率类削峰原理图1.1.3编码类编码型技术仅能够将OFDM信号中峰峰值比较小的数据进行传递,在传递过程中已经排除了一些码字集合,从而避开了这个信号的峰值。由于高峰均比产生的频率相对较小,所以我们在进行传输信号的同时,只需要在编码过程中加入恰当的冗余量,即可以实现降低峰均比的目标。常见的编码方法主要有格雷互补序列编码法和线性分组编码法。1.2削峰技术与数字预失真内在关系在目前现代网络无线通信技术的应用实现中,峰均比减小的技术已经被广泛集成到线性的系统中,如下面框图所示的系统就是预失真技术与削峰技术之间的一个级联转换结构。图1.2削峰技术与预失真技术的传统级联结构上图中的信号x(n)首先经过削峰模块进行处理，输出信号为xclip(n)，然后将得到的信号送到预失真模块继续处理，最后通过功率放大器进行放大。其中功率放大模块用的是间接式学习结构。1.2.1削峰技术对功放线性度的影响根据功率放大器的类型及其初始效率的不同,当输入信号的峰均比下降3~4db时,将可能导致各种功率放大器输出的功率返回值的减小,同时其工作效率通常也会随之增加5%~10%。所以在我们应用削峰技术之后,功放的输入信号的效果有了明显的提高,并且这样可以让功放的输出变得更接近饱和地带。在对信号进行削峰后,接受端被数字化后信号的信噪比变化量应该等于波峰因子下降的平均值，然而削峰技术的引入可能会对功放线性化的特点产生影响。1.2.2预失真对信号峰值的影响在处理功率放大器的线性化问题中,应用削峰技术不但可能会直接影响系统输入输出信号不同频谱的带外失真,而且还可能会造成系统输出输入信号的带内失真,使得系统输出输入信号的领信道功率比和误差矢量幅度的性能大大降低。下图是削峰技术与数字预失真技术之间的关系图，根据下图可以得出，功率放大器的工作区域有线性区域和非线性区域两种，若在功率放大器的前面加入预失真器时，输出功率将会提高；如果在前面的基础上，再引入削峰技术，其输出功率将会更进一步提高。图1.2.2削峰技术与数字预失真技术之间的关系图预失真技术对输入信号进行改善，实际上是对其峰峰值的一个处理。主要是对幅度和相位的失真情形的处理。图（a）表示对输入信号进行削峰技术处理后的情形，削峰后的峰峰值明显比削峰前的低很多。图(b)是对输入信号进行预失真处理前后信号峰值的情形，从图中可以看出预失真处理后的峰峰值明显比处理前低很多。图1.2.2(a)削峰技术对信号峰值的改变图1.2.2(b)预失真对信号峰值的改变1.3削峰技术与数字预失真技术的联合新结构在功放线性化预失真系统中,当引入削峰技术后会使得对于信号的频率带内误差矢量幅度的性能造成严重破坏,而且对于信号的邻信道功率比也可能受到这个因素的影响。针对上面所存在的优势和缺点,又根据削峰技术与数字预失真技术之间具有一定的可互逆性,在削峰技术和数字预失真技术的传统级联结构基础上,增加一个补偿模块，这样可以在降低峰值比的前提下,兼顾了邻信道功率比和误差矢量幅度的各项指标需求,并且大大提高了功放的效率。1.1.1联合结构和理论分析为了有效地解决这种传统中的削峰技术与数字预失真技术间的缺点,下面提出了一种全新的削峰技术与数字预失真技术间的联合新结构。通过增加一个补偿模块，这样可以在降低峰值比的前提下,兼顾了邻信道功率比和误差矢量幅度的各项指标需求,并且大大提高了功放的效率。下图是提出的削峰技术与数字预失真技术联合的新结构示意图，该结构包括削峰模块、预失真模块和补偿模块三个主要部分，采用了间接式的学习方式。首先信号x(n)经过削峰模块进行处理，其中有一部分信号会通过补偿模块进行处理在被送到削峰模块，输出的信号到达预失真模块，这里同样也有一部分信号会通过补偿模块处理，在送回预失真模块处理，最后将输出的信号经过功率放大器放大处理。通过以上一系列的处理，可以有效的减小信号的失真情况。削峰信号的平均输出功率Pclip表达式描述如下:P上式中,γ：峰值限制率，计算表达式为：γ其中A表示削峰的设置阈值，δ代表输入信号的平均功率：δE[]：期望值，输出信号xclip由下面的一个式子计算获得，并且这个削峰后的信号也是通过对输入信号和有限制非线性信号的干扰进行叠加形成,计算公式如下。xxclip其中α：复衰减系数，dn：一个具有零均值和独立同分布的随机变量，α的计算表达式和dn的方差分别如下所示：α=E在提出的削峰技术与数字预失真技术的联合结构中，对预失真的参数分类辨识可以采用间接式学习结构和mp模型等方式进行系数选择,计算公式如下所示:yx(n)：mp模型的输入，y(n)：mp模型的输出，K：模型非线性阶数，M：有限记忆深度，hkm：模型系数，根据数字预失真原理，预失真技术与功率放大器的特性刚好是相反的，即预失真器的线性度较高而功率放大器的非线性度较高，两者刚好互补，预失真技术可以减小功放的非线性程度。因此，当引入削峰模块并对数字预失真构建模型时有下面的表达式成立：x这里的xDPD也可以写成如下所示。x上式中，q：预失真器输入信号的复衰减系数，Sn：预失真器产生的非线性失真，q的计算式以及输入信号和预失真处理后的信号之间关系如下所示，其中可以把削峰模块、预失真模块和参数补偿模块分别看成一个个的小的系统进行参数辨识。q=x上式中，η：衰减系数，gn：局部子系统的干扰，η可以表示为：η=E在提出的数字预失真技术和削峰技术联合的新结构中，削峰的控制参数一般是由一个自动补偿控制模块进行控制设定,这里所说的削峰控制参数主要指的是用于测量目标信号的邻信道功率比、设定阈值和误差矢量幅度的指标等。通过以下过程对削峰模块和数字预失真模块进行参数补偿：根据实际要求设置各削峰参数值；根据削峰模块和预失真模块的特性，由补偿模块对它们的参数进行分配。（3）削峰