基于消除失真系数的HPA非线性校正方法
改进算法的峰均比抑制联合预失真技术
改进算法的峰均比抑制联合预失真技术李诗雨;南敬昌;汪赫瑜;高明明【摘要】研究正交频分复用OFDM (orthogonal frequency division multiplexing)传输系统中高功率放大器HPA(High power amplifier)的自适应预失真方法.为了减少HPA非线性对OFDM传输系统的影响,通过改进的限幅法与自适应预失真技术相结合,降低OFDM信号的峰均比值,扩大HPA的线性化范围,从而补偿功放的非线性特性.提出一种基于变步长的最小均方LMS(Least mean square)算法,并将其应用到基于记忆多项式模型的数字预失真系统中.仿真结果表明:结合峰均比抑制技术与自适应预失真技术,其性能优于单独使用自适应预失真技术,而且新的算法能有效地改善放大器的非线性特性,带外频谱抑制达到28dB.【期刊名称】《计算机应用与软件》【年(卷),期】2013(030)007【总页数】5页(P38-42)【关键词】正交频分复用;数字预失真;峰均比;限幅;变步长LMS【作者】李诗雨;南敬昌;汪赫瑜;高明明【作者单位】辽宁工程技术大学电子与信息工程学院辽宁葫芦岛125105;辽宁工程技术大学电子与信息工程学院辽宁葫芦岛125105;辽宁工程技术大学电子与信息工程学院辽宁葫芦岛125105;辽宁工程技术大学电子与信息工程学院辽宁葫芦岛125105【正文语种】中文【中图分类】TP3;TN910 引言正交频分复用OFDM是一种高效的多载波调制技术,它将所要传输的数据流分解成若干个比特流,使得每一个子数据流具有低的多的比特传输速率,从而使抵御码间干扰或信道衰落的能力增强,达到改善系统性能的目的。
随着现代数字信号处理技术DSP(digital signal processor)和超大规模集成电路VLSI(very large scale integrated circuites)的迅速发展,解决了OFDM技术中繁琐的复数运算和高速存储器等问题。
基于FPGA的非线性校正设计方案
基于FPGA的非线性校正设计方案薛斌,曾志斌,樊小明,季昂,赵得斌中国传媒大学广播电视数字化工程中心,北京(100024)E-mail: binbin1997@摘要:OFDM非线性校正技术是现代通信系统广泛采用的调制方式,但其信号具有较高的信号峰均比而导致功率放大器HPA的非线性失真较为严重。
本文简单介绍了常用的非线性校正方法,重点针对现有的方法本文提出了采用了基于FPGA非线性校正方案的实现。
本方案具有集成度高、灵活性强、收敛速度快等优点。
这种硬件实现方案在DAB小功率实验发射系统中进行了实测并取得了较好的非线性校正效果。
关键词:OFDM(正交频分复用);HPA(大功率放大器); Nios软CPU;查找表;非线性校正中国分类号:TM830.3 文献标识码:A1. 引言OFDM能有效抑制多径信道引起的深度衰落、抵抗脉冲噪声和具有较高的频谱效率的特点。
但是OFDM的传输符号是多载波的QAM信号经过IFFT处理后得到的结果,由于这种处理是线性相加的关系,当IFFT的输入中存在相位一致的某些点时必然有较高的峰平比,对发射机线性度提出了非常高的要求[1]。
射频功率放大器是发射机系统中非线性最强的器件,特别是为了提高功率效率,射频功放基本工作在非线性状态,因此线性功率放大器设计技术己成为线性化发射机系统的关键技术。
为了既保证整个系统的效率,又避免信号由非线性造成的失真[2],非线性校正技术随着通信行业的发展变得日益重要。
2. 非线性校正方法介绍OFDM信号高的PAPR值引起系统非线性失真,主要体现在功率放大的过程中,这本身就是由大功率放大器(HPA)的非线性特性所决定的。
为了获得高效率和线性的HPA,必须消除其非线性失真,采用适当的外围电路对HPA 的非线性特性进行线性化纠正,使HPA和线性化电路在整体上呈现对输入信号的线性放大效果[11]。
目前,常用到的HPA线性化方法有功率回退法、负反馈法、前馈法和预失真法[7]。
基于HPA非线性的大规模MIMO预编码算法
基于HPA非线性的大规模MIMO预编码算法王军;戴建新;程崇虎;汪鹏;李莎【摘要】大规模MIMO具有较高的能量效率和频谱利用率等优点,但由于廉价的硬件使用也会带来一些问题,比如高功率放大器非线性等。
当高功率放大器工作在非线性区域时,放大后信号的幅度和相位都会产生误差,从而使得用户接收到的信号与期望信号产生误差,降低了系统的性能。
研究了当高功率放大器非线性时,传统预编码算法的不足之处。
然后,根据传统算法的不足与非线性的高功率放大器对信号的影响,提出一种改进的预编码算法。
通过仿真结果可以看出,该算法相对块对角化预编码算法和迫零预编码算法在误码率和容量性能上有着显著提高,尤其是在高信噪比的场景下优势更佳。
因此可以得出结论,该算法能够降低高功率放大器非线性对系统性能的影响。
%Large scale MIMO has the advantages of high energy efficiency and spectrum utilization,but it also brings some problems be-cause of cheap hardware use,such as high power amplifier nonlinearity,etc. . When the high power amplifier in the nonlinear regime,the amplitude and phase of amplified signal will produceerror,thereby leading to the errors of signal and the desired signal received by users and reduce the performance of the system. The deficiency of the traditional precoding algorithm is studied when the high power amplifier is nonlinear. An improved pre-coding algorithm is presented according to the impact of traditional algorithm and nonlinear high power amplifier on the signal. The simulation results show that the algorithm is improved significantly in bit error rate and capacity performance compared with block of diagonalization pre-coding algorithm and forced zero pre-codingalgorithm,especially better in the scene of high signal to noise ratio. So it is concluded the algorithm is able to reduce the influence of nonlinearity of high power amplifier on the per-formance of the system.【期刊名称】《计算机技术与发展》【年(卷),期】2017(027)001【总页数】5页(P34-38)【关键词】大规模MIMO;高功率放大器;预编码算法;误码率;非线性【作者】王军;戴建新;程崇虎;汪鹏;李莎【作者单位】南京邮电大学通信与信息工程学院,江苏南京 210003;南京邮电大学理学院,江苏南京 210023;南京邮电大学通信与信息工程学院,江苏南京210003;南京邮电大学通信与信息工程学院,江苏南京 210003;南京邮电大学通信与信息工程学院,江苏南京 210003【正文语种】中文【中图分类】TN929.5为了解决人们对服务质量和数据速率的需求不断提高的问题,提出了一些新的无线通信技术,其中大规模MIMO(Multiple-Input Multiple-Output,多输入多输出)技术扮演着重要角色。
基于FPGA的非线性校正设计方案
关键词 : F M( O D 正交频分复用 ) H A( ; P 大功率放大器) No 软 C U; ; is P 查找表 ; 非线性校正
中图分类号 : M 3 . 文献标识码 : 文章编号 :6 3— 7 3 2 0 )4— 0 1 4 T 803 A 17 4 9 ( 0 8 o 0 8 —0 .
nnier yf P hg o e m l e) T i p prit d cstew yt sp rs en ni ryo ol ai rH A( i pw ra pi r. hs a e r u e h a u pest o l ai f n t o h i f no o h e t
系 , IF 当 F T的输人 中存 在 相位 一致 的某 些点 时 必然 有 较高 的峰 平 比 , 发 射 机 线 性 度 提 出 了非 常 高 的 对 要求 。射频 功 率 放 大 器 是 发 射 机 系 统 中非 线 性
本工作在非线性状态 , 因此线性功率放大器设计 技 术 已成 为线 性化 发射 机 系统 的关键 技 术 。为 了既保 证整个系统 的效率 , 又避免信号 由非线性造成 的失 真 , 非线性校正技术随着通信行业 的发展变得 日
Ke y wor ds: OFDM ; A ; o CPU; HP Nis; LUT; n i e r; r d so to no ln a p e it rin
1 引 言
OD F M能有效抑制多径信道引起 的深度衰 落、 抵抗脉冲噪声和具有较高的频谱效率的特点。但是 OD F M的传输符号是多载波的 Q M信号经过 I兀’ A F 处 理后 得 到 的结 果 , 于这 种 处 理 是 线 性 相 加 的关 由
( C A C m nct nU ie i f hn ,B in 0 0 4 E D V, o mu i i nvr t o ia e i 10 2 ) ao sy C jg
OFDM系统中基于压缩感知恢复由限幅和HPA产生的非线性失真研究
OFDM系统中基于压缩感知恢复由限幅和HPA产生的非线性失真研究杨霖;宋坤【摘要】正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing,OFDM)系统的主要缺点之一就是有较高的峰均功率比(Peak to Average Power Ratio,PAPR),降低了功率放大器(High Power Amplifier,HPA)的工作效率,同时HPA引入的非线性失真,恶化了系统的误比特率(Bite Error Rate,BER)性能.本文所提算法将限幅和HPA引入的非线性失真视为一个整体来考虑,利用与限幅噪声在时域上的近似稀疏性,对整个非线性过程进行建模.发送端通过限幅降低了OFDM信号的PAPR,在接收端,选取受噪声干扰小的可靠性观测向量,最小化信道噪声的影响,基于非线性模型计算得到的参数,利用压缩感知(Compressive Sensing,cS)算法能有效地恢复总的非线性失真信号,提升了系统的BER性能.【期刊名称】《电子学报》【年(卷),期】2018(046)005【总页数】6页(P1078-1083)【关键词】正交频分复用;峰均功率比;限幅;非线性失真恢复;压缩感知【作者】杨霖;宋坤【作者单位】电子科技大学通信抗干扰技术国家级重点实验室,四川成都611731;中国电子科技集团公司第五十四所通信网信息信传输与分发技术重点实验室,河北石家庄050081;电子科技大学通信抗干扰技术国家级重点实验室,四川成都611731【正文语种】中文【中图分类】TN919.31 引言正交频分复用(Orthogonal frequency division multiplexing,OFDM)技术由于其对抗多径衰落的鲁棒性,高的频谱效率和易于实现性而被广泛地应用于大量的无线通信系统中,例如DAB,WiMAX,3GPP LTE和IEEE 802.11等.然而,OFDM信号较高的峰均功率比(peak-to-average power ratio,PAPR)会使得发送端的高功率放大器(high power amplifier,HPA)进入饱和区,产生带内失真和带外辐射.带内的非线性失真会恶化系统的误比特率(bit error rate,BER)性能,带外辐射会干扰相邻信道的频谱.为了避免非线性失真,较高的PAPR要求HPA具有较大的线性动态范围,或者较大的输入回馈(input backoff,IBO),这样会降低HPA的工作效率.因此,为了降低OFDM信号的非线性失真,提升系统的BER性能,发送端的PAPR抑制技术和接收端的非线性失真恢复或消除技术一直以来都是研究的重点.文献[1]中大量的PAPR抑制技术已经被提出来,这些PAPR抑制技术大体上可以划分为三大类:信号失真技术[2,3],多信号和概率性技术[4~6]和编码技术.其中,限幅[7,8]是最简单的信号失真类技术.限幅引起的OFDM信号失真,可以称之为限幅噪声.为了提升系统的BER性能,一些消除限幅噪声的方法[9,10]被提出,其中文献[9]在接收端重建限幅过程和迭代地对限幅后的信号进行最大似然估计(maximum likelihood,ML),再从原始接收信号中消去每次迭代产生的限幅失真,以这样的方式来重构发送端产生的限幅噪声.由于限幅只是消去OFDM信号一部分高幅度值的信号点,这样得到的限幅噪声在时域具有一定的稀疏性.随着稀疏信号处理研究理论的发展,压缩感知(compressed sensing,CS)[11]技术使得稀疏信号可以从其压缩的观测向量值中恢复出来.因此,接收端基于CS的算法[12~15]被提出,文献[12]中提出了基于预留空子载波和导频子载波的CS算法,预留空子载波降低了数据传输率,导频子载波易受到信道噪声的干扰从而影响CS算法的恢复性能.文献[13]提出了改进CS算法,该算法选取接收信号数据中受信道噪声影响较小的子载波作为可靠性观测向量,克服了CS算法对于信道噪声的易损性,且不需要预留空子载波,不会降低数据传输率.但该算法只考虑了限幅方法的引入的非线性失真,没有考虑到HPA带来的非线性影响.而处理HPA非线性失真,最简单的方法就是增加输入回馈,使得HPA工作在线性区,但这会大大降低HPA的工作效率.另一方面,发送端采用HPA预失真方法即HPA线性化技术,或者接收端采用HPA非线性失真补偿技术,均可以有效地降低HPA带来的失真影响.文献[16]中提出了改进的基于HPA逆模型的非线性失真补偿算法,该方法根据限幅门限来确定HPA逆模型补偿器的门限,补偿HPA的非线性失真后再通过CS来抵消限幅引入的噪声影响.然而HPA逆模型补偿器本身就具有非线性,接收的信号会受到信号噪声的干扰,在经过HPA逆模型补偿器后能够有效恢复的原始非线性失真有限,因此该方法在较低信噪比未能有效地改善的系统BER性能.本文结合文献[13]中的CS恢复算法,同时考虑了限幅和HPA引入的非线性失真,利用限幅和HPA引起的总的非线性失真在时域上具有一定的稀疏性,对整个非线性过程进行建模,再在接收端通过CS算法恢复总的非线性失真,提升系统的BER性能.2 系统模型介绍2.1 OFDM和PAPR令N维向量X=[X(0),X(1),…,X(N-1)]T表示一个OFDM符号序列,向量中的每个元素来自于M进制矩形QAM星座调制.在奈奎斯特率下采样得到的离散时间OFDM复信号可以表示为:n=0,1,…,N-1(1)假设X(k)是统计独立且同分布的,服从零均值和方差E[|X(k)|2]=E[|x(n)|2]=2σ2,则由中心极限定理有:对于较大的子载波数N,x(n)近似服从复高斯分布,其幅度服从瑞利分布.OFDM信号序列的PAPR定义如下:(2)2.2 限幅和功率放大器原始OFDM信号x(n)经过限幅器后得到的限幅信号可以表示为:(3)其中A是由限幅率γ决定的限幅门限,限幅率γ定义为:(4)接着我们考虑将限幅后的信号通过HPA进行功率放大.一般而言,对HPA建模的常用方法是无记忆非线性模型.假设HPA的输入信号为:x(n)=|x(n)|ej∠x(n)(5)则输出信号y(n)可以表示为:y(n)=G[|x(n)|]ej{∠x(n)+P[|x(n)|]}(6)其中G[|x(n)|],P[|x(n)|]分别是幅度/幅度(AM/AM)响应和幅度/相位(AM/PM)响应,表示了HPA对于输入信号的幅度和相位的非线性特性.这里我们选取常用的固态功率放大器(Solid State Power Amplifier,SSPA),Rapp模型[17]常用来模拟SSPA的非线性特征,限幅信号经过SSPA的输出响应如下:(7)则SSPA的输出信号可以表示成:(8)其中g0是放大器的增益,xsat是SSPA的最大饱和输入,p是控制饱和区的AM/AM响应平滑度的因子.SSPA的AM/AM特性曲线如图1所示,这里放大器的增益g0=1,SSPA的最大饱和输入xsat=1,可以看出当p→∞时,AM/AM特性曲线将会类似于软限幅器的非线性特性.输入回馈(IBO)是描述了HPA工作点的重要系统参数,其联系了HPA的饱和功率和输入信号的平均功率.用dB形式表示,IBO定义如下:IBO(9)其中Psat,Pin分别表示HPA的最大输入饱和功率和输入信号的平均功率.为了确保放大后的信号峰值不会超过HPA的饱和水平,引入过多的非线性失真,IBO至少应该等于PAPR.考虑到在奈奎斯特采样率下,限幅后信号的PAPR接近于限幅预定的门限值.因此考虑到HPA非线性的影响,在之后的推导和仿真过程中HPA 的输入回馈(IBO)均与当前预定的限幅率保持一致.3 改进的非线性失真恢复算法3.1 非线性失真的统计模型分析从HPA的非线性特性曲线可以看出,当平滑因子p→∞时,AM/AM特性曲线将会类似于软限幅器的非线性特性.因此,HPA引入的非线性失真在时域上具有类似于限幅噪声一样的稀疏特性.在这里我们将限幅和HPA引入的非线性失真视为一个整体,在HPA的IBO不小于当前输入信号的PAPR情况下,限幅和HPA两者引入的总的非线性失真在时域上可以近似地看作是稀疏的.在只对OFDM信号进行限幅的情况下,限幅率的大小决定了限幅噪声稀疏度的水平,限幅率越低,非零元素个数越多,稀疏水平越低.在奈奎斯特采样率下,若只考虑限幅的影响,限幅噪声非零元素的平均个数满足N·e-γ2[13].由于HPA引入了新的失真,总的非线性失真在时域上非零元素的个数大于N·e-γ2,其非零元素的个数不仅与限幅率有关,还与HPA的平滑因子p和输入回馈(IBO)有关.然而在整个过程中,限幅引入的非线性失真占主导地位,因此在接收端采用CS算法恢复失真信号时,不需要准确地恢复出失真信号的所有非零元素值.从后面的仿真结果可以看出,采用N·e-γ2去近似量化总的失真信号的稀疏性,仍然能够有效地提升系统的BER性能.由于对于较大的子载波数N,输入信号x(n)近似服从于复高斯分布.根据Bussgang理论,我们将经过限幅和HPA后的输出信号表示成不相关的两部分[18],即:n=0,1,…,N-1(10)其中c(n)表示为限幅和HPA引入的总的非线性失真在时域的表现形式,K表示x(n)信号的线性衰减因子,d(n)是与x(n)无关的失真项,服从E[d(n)]=0和E[d(n)x*(n)]=0.式(10)在频域的形式可以写作:(k)=X(k)+C(k)=KX(k)+D(k),k=0,1,…,n-1(11)线性衰减因子K可以由下面的推导得到:K(12)其中s为信号的包络|x(n)|,ρx(s)为信号包络|x(n)|的概率密度函数(PDF),服从瑞利分布对于较大的N值,其表示如下:(13)输出信号的平均功率由下面的推导可以计算得到:=G2[s]ρx(s)ds+G2[A]ρx(s)ds(14)结合式(12),(13)和(14)我们可以计算得到失真项d(n)的功率推导如下:=E[|(k)|2]-|K|2·2σ2(15)再结合式(15),可以得到总的非线性失真C(k)的方差E[|C(k)|2],推导如下:(16)从以上的推导结果可以看出,线性衰减因子和E[|C(k)|2]的值的计算取决于限幅率的大小和SSPA的模型参数.因此,在限幅率和HPA的模型已确定的情况下,线性衰减因子和E[|C(k)|2]的值均可以提前计算好存储起来.3.2 基于CS的非线性失真信号恢复在接收端,接收信号y(n)经快速傅里叶变换(FFT)后在频域可以表示为:Y(k)=H(k)(k)+W(k), k=0,1,…,N-1(17)其中H(k)表示频域信道响应,W(k)表示加性高斯白噪声(AWGN)且方差为在信道响应已知和准确同步的前提下,采用迫零信道量化后可以得到:H-1(k)Y(k)=(k)+H-1(k)W(k)(18)将式(11)代入式(18),我们可以得到原始信号X(k)的最大似然估计值(Maximum likelihood,ML),即:(19)其中Q表示信号星座点集合.从式(18)中减去式(19)结合式(11),写成矩阵形式,我们可以得到:H-1Y-Xe=C+X-+H-1W(20)令θ=X-+H-1W即观测噪声项,基于文献[13]中给出θ的MMSE估计值结合上面的推导结果,可以改写成如下的形式:(21)接着选取观测噪声水平小于失真信号c的平均功率的可靠性观测值,选取的标准如下:(22)如果R的基数是M,则从单位矩阵IN选择对应的M行组成选取矩阵S.接着由选取矩阵S得到观测向量和观测矩阵V:=S(H-1Y-Xe)=S(Fc+X-+H-1W)=Vc+S(X-+H-1W)(23)其中C=Fc,V=SF,F是N×N维的单位离散傅里叶变换矩阵.通过使用正交匹配算法(Orthogonal Matching Pursuit,OMP),我们可以从可靠性的观测向量中恢复出总的失真信号c,恢复出的信号记为频域上有将恢复出的失真信号从接收到的H-1Y中减去,可以得到最终的信号估计值为:(24)考虑到正交匹配算法(OMP)[19]对于稀疏信号的恢复性能,选取的观测向量的维数在超过一定的门限值Mmin才能有效地恢复出稀疏失真信号.因此,考虑到总的失真信号的近似稀疏性,结合文献[13]中选取的门限,这里我们将Mmin修改为:Mmin=min(N·e-γ2·lnN,0.8N)(25)3.3 计算复杂度分析由于在限幅率和HPA的模型已确定的情况下,线性衰减因子和E[|C(k)|2]的值均可以提前计算好存储起来,因此,在接收端我们主要考虑求解式(23)的CS问题和执行IFFT/FFT操作两部分的计算复杂度.采用OMP算法来恢复式(23)中的稀疏信号的计算复杂度为O(KMN)[20],执行一次IFFT/FFT相应的计算复杂度为O(Nlog2N),因此,接收端整个过程的总的复杂度大致可以表示成O(KMN+Nlog2N).再者,对于文献[16]中提出的HPA逆模型失真补偿算法而言,除了要求解类似的CS恢复问题和执行同样的IFFT/FFT操作外,为了消除HPA带来的非线性失真,接收信号需要先经过HPA失真补偿逆模型,从而增加了额外的计算复杂度.因此,所提算法相比于文献[16]的算法而言,都是基于CS恢复稀疏失真信号,不需要额外引入HPA失真补偿模型,从而降低了计算的复杂度.4 仿真结果与分析为了验证所提改进非线性失真恢复算法的有效性,我们仿真了在AWGN和瑞利衰落信道下,不同的限幅率时算法的BER性能.OFDM符号的子载波N=256,采用16QAM星座调制.SSPA的平滑因子p=2,放大器增益g0=1,IBO的值与当前的限幅率γ保持一致.4.1 AWGN信道图2比较了高斯信道中不同限幅率下所提算法与文献[16]中算法的BER性能,如图所示,本文所提的算法的BER性能均优于文献[16]中的HPA逆模型失真补偿算法.在低信噪比下,信道噪声对于HPA逆模型失真补偿算法影响比较大,对应选取的补偿上门限未能达到最佳值,感知准确度较低,因此只有在较高的信噪比下,该算法才能有效地提升系统的BER性能.而本文所提算法将限幅和HPA引入的非线性失真统一起来考虑,利用总的非线性失真信号在时域上的近似稀疏性,接收端选取受信道噪声较小的可靠性观测值,最小化了信道噪声的影响,因此在中等的信噪比(6-8dB)段,所提算法已经能够有效地提升系统的BER性能,而HPA逆模型失真补偿算法在10dB时才开始起作用.在信噪比为16dB时,当发送端的限幅率分别为3dB,4dB和5dB时,文献[16]中的算法的BER分别为2.79×10-3,2.16×10-4和6.99×10-5;而本文所提算法的BER分别为7.17×10-4,1.07×10-4和3.17×10-5.由此可知,在考虑的HPA影响的情况下,本文基于限幅和HPA总的非线性失真信号的恢复算法,可以获得较优的BER性能.此外,可以看出,在限幅率较低时,所提算法对于BER性能的提升较为明显.4.2 瑞利衰落信道图3比较了瑞利衰落中不同限幅率下所提算法与文献[16]中算法的BER性能,如图所示,当信噪比为25dB时,当发送端的限幅率分别为3dB,4dB时,文献[16]中的算法的BER分别为3.064×10-3,1.764×10-3,而本文所提算法的BER分别为和1.961×10-3,1.673×10-3相比之下,所提算法的BER分别降低了1.103×10-3,0.091×10-3;尤其在低限幅率时,所提算法能明显改善了系统的BER性能.5 总结本文在仅有限幅噪声的基础上,将限幅和HPA引入的非线性失真视为一个整体来考虑,利用与限幅噪声在时域上类似的稀疏性,对整个非线性过程建立模型来进行计算.发送端通过限幅降低了OFDM信号的PAPR,提高了HPA的工作效率,而在接收端,不需要额外地引入补偿器来补偿HPA的非线性失真,降低了接收端的计算复杂度,只需要对整个非线性模型的参数重新进行计算,选取受噪声干扰小的可靠性观测向量,最小化了信道噪声的影响,利用CS算法有效地恢复了总的非线性失真信号,提高了系统的BER性能.参考文献【相关文献】[1]Rahmatallah B,Mohan S.Peak-to-average power ratio reduction in OFDM system:a survey and taxonomy[J].IEEE Communications Surveys and Tutorials,2013,15(4):1567-1592.[2]Vangala S K,Anuradha S.Analysis and comparison of clipping techniques forOFDM/OQAM peak-to-average power ratio reduction[A].Proceedings of the International Conference on Applied and Theoretical Computing and CommunicationTechnology[C].Davangere:BIET,2015.791-795.[3]Mazahir S,Sheikh S A.On companding schemes for PAPR reduction in OFDM systems employing higher order QAM[J].IEEE Transactions on Broadcasting,2016,64(3):716-726.[4]Lee K-S,et al.Low-complexity PTS schemes using OFDM signal rotation and pre-exclusion of phase rotating vectors[J].IET Communications,2016,10(5):540-547.[5]Wang S-H,Lee K-C,Li C-P.A low-complexity architecture for papr reduction in OFDM systems with near-optimal performance[J].IEEE Transactions on Vehicular Technology,2016,65(1):169-179.[6]杨霖,胡武君,何向东.SFBC MIMO-OFDM系统中基于循环移位和盲检测的低复杂度SLM算法[J].电子学报,2015,43(8):1637-1641.YANG Lin,HU Wu-jun,HE Xiang-dong.Low compl-exity SLM algorithm based on cyclic shift and blind detection in SFBC MIMO-OFDM system[J].Acta Electronica Sinica,2015,43(8):1637-1641.(in Chinese)[7]Mhatre K P,Khot U P.The combined scheme of selective mapping and clipping for PAPR reduction of OFDM[A].Proceedings of 3rd International Conference on Computing for Sustainable Global Development[C].New Delhi:BVICAM,2016.1448-1452.[8]Wu Y,Wang J.Maximum PAPR reduction by combining optimum SLM withclipping[A].Proceedings of 10th International Symposium on Communication Systems,Networks and Digital Signal Processing[C].Prague:IEEE,2016.1-5.[9]Chen H,Haimovich A M.Iterative estimation and cancellation of clipping noise for OFDM signals[J].IEEE Communications Letters,2003,7(7):305-307.[10]Cheng G,Lv Q,Li S,et al.Reduction of the clipping noise for OFDM/OQAMsystem[J].Communications and Network,2013,5(03):394.[11]Donoho D pressed sensing[J].IEEE Transactions on information theory,2006,52(4):1289-1306.[12]Ghassemi A,Ghasemnezad H,Gulliver T pressive sensing based estimation of OFDM nonlinear distortion[A].Proceedings of IEEE International Conference on Communications[C].Sydney:Academic Press,2014.5055-5059.[13]Kim K H,Park H,No J S,et al.Clipping noise cancelation for OFDM systems using reliable observations based on compressed sensing[J].IEEE Transactions on Broadcasting,2015,61(1):111-118.[14]Yang F,Gao J,Liu S,et al.Clipping noise elimination for OFDM systems by compressed sensing with partially aware support[J].IEEE Transactions on Broadcasting,2017,63 (1):103-110.[15]Azizipour M J,Mohamed-pour K.Modified compressive sensing reconstruction algorithm for clipping noise estimation in OFDM systems[A].Proceedings of 24th Iranian Conference on Electrical Engineering[C].Shiraz:IEEE,2016.224-228.[16]杨霖,何向东.OFDM系统中基于限幅和压缩感知的非线性失真补偿算法[J].电子学报,2016,44(9):2051-2056.YANG Lin,HE pensation method for nonlinear distortion based on clipping and compressive sensing in OFDM system[J].Acta Electronica Sinica,2016,44(9):2051-2056.(in Chinese)[17]Rapp C.Effects of HPA-nonlinearity on a 4-DPSK/OFDM-signal for a digital sound broadcasting signal[A].Proceedings of Second European Conference on Satellite Communications (ECSC-2)[C].Liège:ESA,1991.179-184.[18]Banelli P,Cacopardi S.Theoretical analysis and performance of OFDM signals in nonlinear AWGN channels[J].IEEE Transactions on Communications,2000,48(3):430-441.[19]Tropp J A,Gilbert A C.Signal recovery from random measurements via orthogonal matching pursuit[J].IEEE Transactions on Information Theory,2007,53(12):4655-4666.[20]Wang J,Kwon S,Shim B.Generalized orthogonal matching pursuit[J].IEEE Transactions on Signal Processing,2012,60(12):6202-6216.。
基于小波神经网络的功放自适应数字预失真算法
基于小波神经网络的功放自适应数字预失真算法李爱红;肖山竹;张尔扬【摘要】在卫星通信中,高速数据传输系统要求使用频谱利用率高的高阶调制技术,但高阶调制对高功率放大器(HPA)的非线性非常敏感,会造成码间干扰和邻信道间干扰.提出一种基于小波神经网络的自适应预失真算法,以实现HPA的线性化,同时推导了自适应算法的迭代公式.仿真结果表明,该算法不仅能明显改善信号星座图,并与基于RBF神经网络的自适应预失真算法相比能提高收敛速度,同时HPA线性化性能也有所提高.【期刊名称】《现代电子技术》【年(卷),期】2007(030)024【总页数】4页(P23-26)【关键词】小波神经网络;高功率放大器;非线性;预失真【作者】李爱红;肖山竹;张尔扬【作者单位】国防科技大学,电子科学与工程学院,湖南,长沙,410073;国防科技大学,电子科学与工程学院,湖南,长沙,410073;国防科技大学,电子科学与工程学院,湖南,长沙,410073【正文语种】中文【中图分类】TN919.721 引言随着计算机技术的不断发展,人工神经网路的理论和应用在经过半个多世纪的曲折历程后得到了迅猛发展。
应用神经网络技术解决卫星通信系统中的问题变得非常方便和有效,而利用神经网络的学习能力来逼近非线性函数是神经网络最为广泛的应用之一。
已经证明神经网络能以任意精度逼近任意非线性函数,只要隐藏层中有足够多的神经元可用,本文将利用神经网络的学习逼近能力解决卫星通信中高功率放大器非线性问题。
在卫星通信中,高速数据传输系统数据传输率越来越高,从而频谱利用率高的高阶线性调制技术如8PSK,16QAM或更高阶的调制技术得到越来越多的使用,但高阶线性调制技术对高功率放大器(HPA)的非线性非常敏感。
HPA的非线性对信号的影响主要有以下2方面:一是信号星座图发生变形,造成码间干扰;二是频谱再生,造成邻信道间干扰。
因此,在卫星通信系统设计时,必须要对HPA的非线性特性进行线性化处理。
一种基于神经网络的非线性卫星HPA预失真器
摘
要 : 星通信 中放 大 器使 用 的行 波 管( wT) 引起 信号 的 非 线性 畸 变 , 通 信质 量 造 成较 大影 响 。为 卫 T 会 对
解 决这种 不利影 响 , 放 大器前 端采 用非线性 预 失真 , 在 能较理 想地 消除放 大 器的非 线性 。 由于神 经 网络 能够 对非 线性 函数进行 较好 地拟 合 , 以将 其 引入 预 失 真 器的 设 计 。为 简化 神 经 网络 中的 L 算 法 , 出 了一 可 M 提 种采 用 L MS算 法的 系统模 型 , 并建 立新 的 自适应 预 失 真 器的 结 构模 型 , 大 降低 计 算 复 杂度 , 利 于 系统 大 有
第1 2卷 第 6期
21 0 1年 1 2月
解放 军理 工 大学 学报 ( 自然科 学版)
Junlf L n e i f c ne n e nl y( a r c ne d i ) o r A U i rt o Si c adTc o g N t aSi c E i n aoP v sy e h o ul e t o
X U Yo g n , TON G Xi- a , LI Y a nh i U un
( .n ttt fC mmu iain gn eig LA i.o i 1 Isiueo o nc t sEn ie r ,P o n Unv fS .& Teh ,Najn 1 0 7,Chn ; c c. n ig2 0 0 ia 2 I siueo e clDee s fPL . n t t fCh mia fn eo A,Be ig 1 2 0 , h n ) t in 0 2 5 C ia j
Ke rs e r ln t r y wo d :n u a ewo k;p edso t n HPA ( i h p we mpiir ; r— it ri ; o hg — o ra l e ) TW TA ( r v l v -u ea pi f ta e— wa et b m l —
基于HPA特性曲线拟合的自适应预失真技术
基于HPA特性曲线拟合的自适应预失真技术
杨文考;刘小平;周尚波;朱维乐
【期刊名称】《系统工程与电子技术》
【年(卷),期】2004(026)002
【摘要】提出了一种用于正交频分复用(OFDM)系统中补偿由大功率放大器引起的非线性失真的基带自适应预失真方法.自适应预失真器是基于对大功率放大器的非线性特性进行分段估计,由曲线拟合逐段取逆变换来训练大功率放大器的预失真器的非线性参数,以达到预失真补偿的目的.计算机仿真结果表明,该方法具有收敛速度快、需要动态存储器(RAM)少、补偿效果好等特点.
【总页数】4页(P167-169,202)
【作者】杨文考;刘小平;周尚波;朱维乐
【作者单位】电子科技大学电子工程学院,四川,成都,610054;湖南省南岳电视调频发射台,湖南,南岳,421001;电子科技大学电子工程学院,四川,成都,610054;电子科技大学电子工程学院,四川,成都,610054
【正文语种】中文
【中图分类】TN914
【相关文献】
1.基于RBF神经网络的HPA自适应预失真算法 [J], 李爱红;肖山竹;张尔扬
2.基于Chebyshev正交多项式滤波器实现HPA自适应预失真 [J], 姜波;朱江;张尔扬
3.基于BPNN的OFDM系统的HPA预失真 [J], 崔华
4.基于自适应扩展卡尔曼滤波与神经网络的HPA预失真算法 [J], 吴林煌;苏凯雄;郭里婷;吴子静
5.一种基于神经网络的非线性卫星HPA预失真器 [J], 徐勇;童新海;刘渊
因版权原因,仅展示原文概要,查看原文内容请购买。
基于消除失真系数的HPA非线性校正方法
基于消除失真系数的HPA 非线性校正方法李漪丽,耿玉龙中国传媒大学信息工程学院,北京 (100024)E-mail :ripply3@摘 要:本文提出一种高功率放大器非线性校正方法。
它通过预校正技术,消除HPA 的 Taylor 级数表达式中产生非线性的失真系数,实现HPA 的非线性校正。
仿真结果表明,较好地补偿了HPA 的非线性失真。
关键词:高功率放大器(HPA ),非线性,Taylor 级数,预失真中图分类号:TN934.11.引言高功率放大器(HPA )在数字调幅广播(DRM )信号发射系统中起着重要的作用。
DRM 采用编码正交频分复用(COFDM )的传输方法,具有很高的信号峰均值功率比(PAPR )。
当高峰均比的信号经过HPA 时,就会产生严重的非线性失真,引起谐波、互调(Inter modulation ,IM )和交调(Cross modulation ,CM )干扰。
因此,就有必要对HPA 进行非线性校正。
减少HPA 非线性失真的方法,目前主要有功率回退法,它通过减小放大器的输入信号功率,使其工作在线性放大区,其缺点是放大器的利用率低。
另一种方法是补偿放大器的非线性,先对输入信号进行预失真处理,然后与HPA 的非线性失真相互抵消。
这样既可以满足COFDM 传输方法对发射信号线性的要求,又可以提高HPA 的工作效率。
本文采用的预失真方法,作用在基带数字域,通过对信号的预失真处理,减小放大器多项式中高阶次失真系数对信号非线性失真产生的影响,实现对SSPA 型HPA 的非线性补偿[4]。
2.理论分析我们可以利用Taylor 级数,对无记忆功率放大器非线性进行分析。
当信号通过一个无记忆非线性系统后的输出信号可以表示为23123()()()()o i i i s t c s t c s t c s t =+++K (2.1) 其中()i s t 和()o s t 分别表示非线性系统的输入和输出信号,表示放大器增益、和表示二次、三次失真系数。
一种基于泰勒级数的HPA失真模型的非线性校正方法
A n i a e it r i n M e h d Ba e n No l ne r Pr d so to t o sd o Ta l r S re f HPA so to o l y o e is o Dit r i n M de
U - ,S N X a grn, EN Z ibn,L u S o -u Yi i U in - l a Z G h —i i h u x n
既可以满足 O D 传输 方法对 发射信号线性 的要 FM
求, 又能 提高 H A的效 率 。 P 本文 采 用 的补 偿放 大 器 非 线性 的校 正方 法 , 作
字广播 电视 系统 采用高 效 的调制 方 式 , O D 它 如 F M,
具有很高的信号峰均值功率 比( A R 。当高峰均 PP ) 比的信 号经 过 H A时 , 产 生 严 重 的非 线 性 失 真 , P 会
维普资讯
第 2期
李漪丽等 : 一种基于泰勒级数 的 H A失真模 型的非线性校正方法 P
Ke o d :i o e m lirHP ; r i o i ; al r s o dodrcu tr t n yw rs hg p w r pie( A) pe s ro T yo s i ; d re o nea i h a f d tt n ree co
线性 放 大区 , 缺点 是 放 大 器 的利 用 率 低 。另一 种 方
(n r t nE g er gSho, o m n a o nvrt o C i ,e ig0 04 C ia I omi ni ei col C m u i t nU ie i f hn B in10 2 , hn ) f o n n ci sy a j
Abta tT i pp r rsn e o l erpei ot n m t do i o e a pie ( P .I s c :hs ae ee t an w nni a rds ro e o fh hp w r m lir H A) t r p s n t i h g f
基于2阶低频互调干扰信号的HPA预失真法
基于2阶低频互调干扰信号的HPA预失真法
石海霞
【期刊名称】《攀枝花学院学报》
【年(卷),期】2005(022)001
【摘要】提出一种基于2阶低频互调干扰信号的一种预失真线性化器.该法利用非线性放大器的2阶低频互调干扰信号,通过混频产生3阶和5阶互调干扰信号,并且能够独立地控制3阶和5阶互调干扰信号的幅度和相位,从而可以使HPA的非线性得到很好的补偿.通过该预失真法,可以使Im3和Im5的功率电平分别下降22dB 和13dB.
【总页数】3页(P95-96,92)
【作者】石海霞
【作者单位】电子科技大学电子与信息工程学院,成都,610054
【正文语种】中文
【中图分类】TN91
【相关文献】
1.GSM二次谐波和二阶无源互调IM2与三阶无源互调IM3的研究 [J], Brendan Horsfield;徐东洋
2.基于自适应扩展卡尔曼滤波与神经网络的HPA预失真算法 [J], 吴林煌;苏凯雄;郭里婷;吴子静
3.一种基于神经网络的非线性卫星HPA预失真器 [J], 徐勇;童新海;刘渊
4.通信电台电磁辐射2阶互调低频阻塞效应与作用机理 [J], 魏光辉;赵凯;任仕召
5.用频设备二阶互调低频阻塞效应建模评估方法 [J], 魏光辉;郑建拥;赵宏泽;李媚;杜雪
因版权原因,仅展示原文概要,查看原文内容请购买。
HPA非线性对高阶调制的影响分析与仿真
HPA非线性对高阶调制的影响分析与仿真
肖潇;乔波;罗旭
【期刊名称】《信息化研究》
【年(卷),期】2012(38)5
【摘要】文章基于经典的功放Saleh非线性模型,研究信道非线性对不同高阶调制方式的影响,应用Matlab仿真软件,对通过非线性功放后的在不同输入功率回退条件下,信号的星座图、功率谱、误码率进行仿真。
结果表明,多进制幅相键控(M-ary amplitude phase keying,MAPSK)相对多进制正交幅度调制(Multiple quadrature amplitude modulation,MQAM)、多进制相移键控(Multiple phase shiftkeying,MPSK)具有更好的抗HPA非线性的性能。
【总页数】6页(P73-78)
【关键词】高功率放大器;非线性;输入功率回退;高阶调制
【作者】肖潇;乔波;罗旭
【作者单位】湖南农业大学信息科学技术学院
【正文语种】中文
【中图分类】TN911
【相关文献】
1.高阶调制LDPC码在水声信道中的仿真分析 [J], 李玉祥;梁国龙;张光普;付进;殷敬伟
2.卫星高阶调制信号通信下非线性误差修正均衡方法 [J], 唐成凯;张玲玲;廉保旺
3.高阶色散和高阶非线性对零色散光纤调制不稳定的影响 [J], 罗青
4.色散缓变光纤中高阶色散和高阶非线性下的交叉相位调制不稳定性 [J], 胡涛平;张贵清
5.高阶色散和高阶非线性对交叉相位调制不稳定的影响 [J], 胡涛平;罗青
因版权原因,仅展示原文概要,查看原文内容请购买。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。
基于消除失真系数的HPA 非线性校正方法
李漪丽,耿玉龙
中国传媒大学信息工程学院,北京 (100024)
E-mail :ripply3@
摘 要:本文提出一种高功率放大器非线性校正方法。
它通过预校正技术,消除HPA 的 Taylor 级数表达式中产生非线性的失真系数,实现HPA 的非线性校正。
仿真结果表明,较好地补偿了HPA 的非线性失真。
关键词:高功率放大器(HPA ),非线性,Taylor 级数,预失真
中图分类号:TN934.1
1.引言
高功率放大器(HPA )在数字调幅广播(DRM )信号发射系统中起着重要的作用。
DRM 采用编码正交频分复用(COFDM )的传输方法,具有很高的信号峰均值功率比(PAPR )。
当高峰均比的信号经过HPA 时,就会产生严重的非线性失真,引起谐波、互调(Inter modulation ,IM )和交调(Cross modulation ,CM )干扰。
因此,就有必要对HPA 进行非线性校正。
减少HPA 非线性失真的方法,目前主要有功率回退法,它通过减小放大器的输入信号功率,使其工作在线性放大区,其缺点是放大器的利用率低。
另一种方法是补偿放大器的非线性,先对输入信号进行预失真处理,然后与HPA 的非线性失真相互抵消。
这样既可以满足COFDM 传输方法对发射信号线性的要求,又可以提高HPA 的工作效率。
本文采用的预失真方法,作用在基带数字域,通过对信号的预失真处理,减小放大器多项式中高阶次失真系数对信号非线性失真产生的影响,实现对SSPA 型HPA 的非线性补偿[4]。
2.理论分析
我们可以利用Taylor 级数,对无记忆功率放大器非线性进行分析。
当信号通过一个无记忆非线性系统后的输出信号可以表示为
23123()()()()o i i i s t c s t c s t c s t =+++K (2.1) 其中()i s t 和()o s t 分别表示非线性系统的输入和输出信号,表示放大器增益、和表示二次、三次失真系数。
实验表明,对于适度的非线性系统,当时,足够小,为简化研究可将其忽略,(2.1)简化为
1c 2c 3c 3i >i c 20123()()()()i i i 3s t c s t c s t c s t =++ (2.2) 设输入信号是频率为双音信号1()(cos(2)cos(2))i 2s t A f t f t ππ=+,则根据(2.2)式
201122123
312223322121311333231232121()(cos 2cos 2)[(cos 2cos 2)][(cos 2cos 2)]99cos 2()()cos 2()cos 244
33cos 2(2)cos 2(2)cos 2(44
s t c A f t f t c A f t f t c A f t f t c A c A f f t c A c A f t c A c A f t c A f f t c A f f t c A f πππππππππππ=++++
+=+−+++++−+−+2π222321223123333213132)113cos(22)cos(22)cos 2(2)224
311cos 2(2)cos(23)cos(23)444
f t c A f t c A f t c A f f t c A f f t c A f t c A f t ππππππ++⋅+⋅+++++⋅+⋅ 由式中划线部分可以看出影响输入信号的非线性。
于是,设想只要对输入信号进行预失真处理,使其经过HPA 后等高次项系数的值趋近0,就可以减少HPA 的非线性失真,从而提高信号的线性度3c 3c [1][2]。
3.系统仿真与分析
3.1 SSPA 型放大器预失真系数的推导
为验证所提的预失真方法的可行性和有效性,我们采用固态功率放大器(SSPA ),对DRM 系统进行仿真。
SSPA 的相位失真相对较小,几乎达到可以忽略的程度,只需考虑其幅度AM/AM 失真,令其响应函数为
21/2()(1)p p r
f r r =+ (3.1)
其中的是光滑因子,为输入信号的幅度,p r ()f r 为输出信号的幅度。
仿真中选取=1,则(3.1)式变为p 21/2()(1)r f r r =+,其Taylor 展开式为3513()28
f r r r r =−+ 采用预失真技术,将输入信号变形为
2342345()p r r a r a r a r a r =++++5再代入2345234521/2234521/22345()(1)(1())
r a r a r a r a r p f p p r a r a r a r a r ++++==++++++。
为达到抑制信号非线性的目的,要求 ()()f p f r r =≈。
将()f p 进行Taylor 展开,消除展开式中的2次以上的高次项,可得当2345130,,0,28
a a a a ==
==时,()f p r =,输出信号呈线性[3]。
3.2系统仿真
具有预失真的DRM 基带系统Matlab 仿真框图如图3.1所示。
随机产生4QAM 调制信号,进行串并变换后被调制在228路子载波上,进行IFFT 变换后形成OFDM 基带信号,分别对I 、Q 分量进行预失真处理,最后经并串转换、滤波、上变频、HPA 后形成射频的发射信号。
在接收端进行下变频、滤波、串并转换、FFT 还原为数字基带信号,通过星座图检验预校正的效果。
仿真示意图如图3.1所示[4]。
图3.1 DRM仿真示意图
3.3仿真结果
图3.2为无预失真和有预失真时HPA输出信号的功率谱和接收端信号星座图的比较。
从图中可以看出使用预失真技术比不使用预失真技术较好地补偿了HPA的非线性失真。
(a)射频信号功率谱密度(b)接收信号星座图
图3.2 有无预失真的信号功率谱密度和星座图比较
4.结论
本文提出了一种采用预校正技术,消除HPA的 Taylor级数表达式中产生非线性的失真系数的方法,实现HPA的非线性校正。
该方法不仅适用于DRM发射系统的HPA非线性校正,也适用于OFDM调制技术的数字音视频广播系统(DAB和DVB)中。
参考文献
[1]JOHN TSIMBINOS,KENNETH V.LEVER.Nonlinear system compensation based on orthogonal polynomial inverses[J].IEEE Transactions on circuits and systems,2001,48(4):406-417
[2]KONRAD MIEHLE.A New linearization method for cancellation of third order distortion[D].Charlotte USA: The University of North Carolina, 2003
[3]王炬.利用预失真技术降低功放的非线性[J].线电工程,2005年第34卷第4期:23-24
[4]李栋.数字声音广播[M].北京:北京广播学院出版社,2001.7
A Nonlinear Predistortion Method of HPA based on
Distortion Coefficient
Li Yili, Geng Yulong
Communication University of China, Information Engineering School (100024)
Abstract
This paper presents a new nonlinear predistortion method of high power amplifier(HPA).It uses preditortion technique to counteract the odd the distortion coefficients of Taylor series, which cause the nonlinear distortion in HPA,in order to achieve nonlinear corrective change. Simulation shows that it effectively compensates the nonlinear distortion of HPA.
Keywords: high power amplifier(HPA); nonlinear; Taylor series; predistortion。