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基于正交頻分復(fù)用信號(hào)幅度特性的查找表預(yù)失真方法與流程

文檔序號(hào):12039049閱讀:368來源:國知局
基于正交頻分復(fù)用信號(hào)幅度特性的查找表預(yù)失真方法與流程
本發(fā)明涉及寬帶通信鄰域,特別是涉及一種基于正交頻分復(fù)用信號(hào)幅度特性的查找表預(yù)失真方法。

背景技術(shù):
射頻功率放大器(RFpoweramplifier,簡(jiǎn)稱RF功放)用于將已調(diào)信號(hào)放大到需要的功率,然后通過天線將信號(hào)發(fā)射出去,它是現(xiàn)代無線通信系統(tǒng)中不可或缺的關(guān)鍵部件,但RF功放本身具有非線性特性,特別是在寬帶通信中,RF功放又呈現(xiàn)出記憶效應(yīng)。依據(jù)維納(Wiener)模型,功放的記憶性失真可以表示為一個(gè)有限沖擊響應(yīng)(Finiteimpulseresponse,簡(jiǎn)稱FIR)濾波器串聯(lián)一個(gè)無記憶功放組成。非線性失真和記憶性失真都嚴(yán)重影響了通信信號(hào)的正常傳輸,可能會(huì)導(dǎo)致誤碼率(Biterrorrate,簡(jiǎn)稱BER)性能下降、擴(kuò)展頻譜、鄰道干擾(Adjacentchannelinterference,簡(jiǎn)稱ACI),因此,有必要采用一些方法來避免信號(hào)失真。為了解決這一問題,現(xiàn)有技術(shù)提出了功放的線性化技術(shù),通過展寬功放的線性區(qū)間,來達(dá)到避免失真的目的。其中,查詢表預(yù)失真法由于實(shí)施效果好,實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單,得到了廣泛的應(yīng)用。在處理功放的非線性失真時(shí),查詢表預(yù)失真法在構(gòu)建查找表時(shí)通過輸入信號(hào)的幅度作為索引,確定其對(duì)應(yīng)的索引地址,然后將對(duì)應(yīng)地址的修正數(shù)值取出,對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行預(yù)畸變處理,使處理后的畸變信號(hào)呈現(xiàn)功放的逆特性?;冃盘?hào)通過功放后,就能擴(kuò)展功放的線性放大區(qū)間,有效地彌補(bǔ)失真,與此同時(shí)根據(jù)反饋信號(hào)更新前述查找表?,F(xiàn)有技術(shù)的查找表預(yù)失真技術(shù)僅對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行均勻量化,忽略了功放輸入信號(hào)的統(tǒng)計(jì)特性。在無線寬帶通信系統(tǒng)中,作為系統(tǒng)發(fā)射機(jī)末端的功放其輸入信號(hào)是具有特定統(tǒng)計(jì)特性的,例如正交頻分復(fù)用(OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing,簡(jiǎn)稱OFDM)信號(hào)。OFDM技術(shù)有頻率利用率高、抗多徑、抗頻率選擇性衰落等多種優(yōu)勢(shì),因而廣泛地應(yīng)用于通信系統(tǒng)中。但是,OFDM信號(hào)存在嚴(yán)重的峰均比問題。由于功放存在非線性失真,高峰均比特性的OFDM信號(hào)對(duì)功放的失真特別敏感,峰值信號(hào)經(jīng)常會(huì)超出線性范圍,甚至超過飽和范圍,造成嚴(yán)重的失真影響。為了解決高峰均比造成的失真問題,在實(shí)際系統(tǒng)中往往需要把功放的輸出功率回退ibo,使大部分OFDM信號(hào)落入功放的線性區(qū)間,從而將OFDM信號(hào)的峰值壓回功放的飽和區(qū)以減小非線性失真,但這又造成了功放效率很低的問題,造成能量的極大浪費(fèi),達(dá)不到綠色無線電的需求。對(duì)于以輸入信號(hào)幅度作為查詢依據(jù)的查詢表來說,在構(gòu)建查找表時(shí),通常采用的查找表索引地址都是采用均勻索引,即:其中,x是輸入信號(hào)幅度,cap是查詢表的大小,max是設(shè)定的所允許的輸入信號(hào)的最大幅度。現(xiàn)有技術(shù)的線性索引方法與輸入信號(hào)的幅度統(tǒng)計(jì)特性無關(guān),能廣泛地應(yīng)用在任何系統(tǒng)之中。但線性索引方法不考慮信號(hào)統(tǒng)計(jì)特性,因此對(duì)于每個(gè)查詢表子區(qū)間來說,信號(hào)并不是以等概率落入的??紤]OFDM系統(tǒng)對(duì)于小信號(hào)和大信號(hào)對(duì)應(yīng)的區(qū)間,信號(hào)落入其中的概率較低;而對(duì)于中等信號(hào)對(duì)應(yīng)的區(qū)間,信號(hào)落入的概率較高。在自適應(yīng)查找表預(yù)失真系統(tǒng)中,會(huì)出現(xiàn)查詢表更新不同步的問題,影響最終的迭代結(jié)果,降低性能。此外,由于沒有參考OFDM信號(hào)的幅度統(tǒng)計(jì)特性,現(xiàn)有技術(shù)的線性索引方法需要查詢表項(xiàng)數(shù)目過大,且需要知道功放的飽和幅度,無法對(duì)抗功放飽和點(diǎn)漂移等問題。因此,業(yè)界急需一種針對(duì)OFDM信號(hào)的幅度分布特性的新的查找表預(yù)失真方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于提供一種基于正交頻分復(fù)用信號(hào)幅度特性的查找表預(yù)失真方法,其能夠結(jié)合正交頻分復(fù)用信號(hào)的固有特性高效準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)預(yù)失真處理。為解決上述問題,本發(fā)明提供一種基于正交頻分復(fù)用信號(hào)幅度特性的查找表預(yù)失真方法,其至少包括如下步驟:首先,獲取輸入信號(hào)的幅度;接著,根據(jù)所獲取輸入信號(hào)的幅度以及等概率條件得到對(duì)應(yīng)的查找表地址;最后,獲取所述對(duì)應(yīng)的查找表地址中存儲(chǔ)的預(yù)失真因子,并根據(jù)所述預(yù)失真因子對(duì)所述輸入信號(hào)進(jìn)行預(yù)失真處理。本發(fā)明的基于正交頻分復(fù)用信號(hào)幅度特性的查找表預(yù)失真方法針對(duì)正交頻分復(fù)用信號(hào)的幅度呈瑞利分布的特性,利用這一點(diǎn)來改進(jìn)現(xiàn)有技術(shù)的預(yù)失真方法。通過改進(jìn)從信號(hào)映射到查找表地址,使落入每個(gè)表項(xiàng)的概率相等,這樣便能充分地利用查找表,而不像現(xiàn)有技術(shù)中采用的均勻映射的方式導(dǎo)致一些表項(xiàng)被落入的概率極小造成了資源的浪費(fèi)。本發(fā)明的基于正交頻分復(fù)用信號(hào)幅度特性的查找表預(yù)失真方法經(jīng)仿真驗(yàn)證,適應(yīng)能力強(qiáng),收斂性好,對(duì)于OFDM系統(tǒng)有極佳的適用性。附圖說明以下通過對(duì)本發(fā)明的一些實(shí)施例結(jié)合其附圖的描述,可以進(jìn)一步理解本發(fā)明的目的、具體結(jié)構(gòu)身份和優(yōu)點(diǎn)。圖1所示為一種查詢表示意圖;圖2所示為本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的基于OFDM幅度特性的查找表預(yù)失真方法的流程示意圖;圖3所示為本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的基于OFDM幅度特性的查找表預(yù)失真方法以及現(xiàn)有技術(shù)的線性查找表預(yù)失真方法的輸入信號(hào)幅度-對(duì)應(yīng)查找表地址的映射關(guān)系示意圖;圖4所示為OFDM信號(hào)的幅度統(tǒng)計(jì)特性示意圖;圖5所示為用于仿真實(shí)驗(yàn)的功放模型示意圖;圖6所示為用于仿真實(shí)驗(yàn)的輸入信號(hào)星座圖;圖7a所示為在仿真實(shí)驗(yàn)中設(shè)定ibo=8、snr=’none’、cap=256時(shí),采用現(xiàn)有技術(shù)的線性查找表預(yù)失真方法循環(huán)1000次后獲得的輸出信號(hào)星座圖;圖7b所示為在仿真實(shí)驗(yàn)中設(shè)定ibo=8、snr=’none’、cap=256時(shí),采用本發(fā)明的基于OFDM幅度特性的查找表預(yù)失真方法循環(huán)1000次后獲得的輸出信號(hào)星座圖;圖8a所示為在仿真實(shí)驗(yàn)中設(shè)定ibo=8、snr=20、cap=256時(shí),采用現(xiàn)有技術(shù)的線性查找表預(yù)失真方法循環(huán)1000次后獲得的輸出信號(hào)星座圖;圖8b所示為在仿真實(shí)驗(yàn)中設(shè)定ibo=8、snr=20、cap=256時(shí),采用本發(fā)明的基于OFDM幅度特性的查找表預(yù)失真方法循環(huán)1000次后獲得的輸出信號(hào)星座圖;圖9a所示為在仿真實(shí)驗(yàn)中設(shè)定snr=’none’、cap=256時(shí),分別采用現(xiàn)有技術(shù)的線性查找表預(yù)失真方法以及本發(fā)明的基于OFDM幅度特性的查找表預(yù)失真方法得到的ibo-BER曲線示意圖;圖9b所示為在仿真實(shí)驗(yàn)中設(shè)定snr=20、cap=256時(shí),分別采用現(xiàn)有技術(shù)的線性查找表預(yù)失真方法以及本發(fā)明的基于OFDM幅度特性的查找表預(yù)失真方法得到的ibo-BER曲線示意圖;圖10a所示為在仿真實(shí)驗(yàn)中設(shè)定ibo=4、cap=256時(shí),分別采用現(xiàn)有技術(shù)的線性查找表預(yù)失真方法以及本發(fā)明的基于OFDM幅度特性的查找表預(yù)失真方法得到的snr-BER曲線示意圖;圖10b所示為在仿真實(shí)驗(yàn)中設(shè)定ibo=8、cap=256時(shí),分別采用現(xiàn)有技術(shù)的線性查找表預(yù)失真方法以及本發(fā)明的基于OFDM幅度特性的查找表預(yù)失真方法得到的snr-BER曲線示意圖;圖11所示為在仿真實(shí)驗(yàn)中設(shè)定ibo=4、snr=20時(shí),分別采用現(xiàn)有技術(shù)的線性查找表預(yù)失真方法以及本發(fā)明的基于OFDM幅度特性的查找表預(yù)失真方法得到的cap-BER曲線示意圖。具體實(shí)施方式以下將對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例給出詳細(xì)的參考。盡管本發(fā)明通過這些實(shí)施方式進(jìn)行闡述和說明,但需要注意的是本發(fā)明并不僅僅只局限于這些實(shí)施方式。相反,本發(fā)明涵蓋所附權(quán)利要求所定義的發(fā)明精神和發(fā)明范圍內(nèi)的所有替代物、變體和等同物。另外,為了更好的說明本發(fā)明,在下文的具體實(shí)施方式中給出了眾多的具體細(xì)節(jié)。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解,沒有這些具體細(xì)節(jié),本發(fā)明同樣可以實(shí)施。在另外一些實(shí)例中,對(duì)于大家熟知的方法、手段、元件和電路未作詳細(xì)描述,以便于凸顯本發(fā)明的主旨。圖1所示為一種查詢表示意圖。如圖所示,采用本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的基于OFDM幅度特性的查找表預(yù)失真方法中,信號(hào)以相同的概率落入所示查詢表的每個(gè)子區(qū)間(tN-1,tN)中。圖2所示為本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的基于OFDM幅度特性的查找表預(yù)失真方法的流程示意圖。如圖所示,本發(fā)明的基于OFDM幅度特性的查找表預(yù)失真方法進(jìn)一步包括如下步驟:步驟S10,獲取輸入信號(hào)的幅度Am;步驟S12,接著,根據(jù)所獲取輸入信號(hào)的幅度Am以及等概率條件得到對(duì)應(yīng)的查找表地址;步驟S14,最后,獲取所述對(duì)應(yīng)的查找表地址中存儲(chǔ)的預(yù)失真因子,并根據(jù)所述預(yù)失真因子對(duì)所述輸入信號(hào)進(jìn)行預(yù)失真處理。圖3所示為本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的基于OFDM幅度特性的查找表預(yù)失真方法以及現(xiàn)有技術(shù)的線性查找表預(yù)失真方法的輸入信號(hào)幅度-對(duì)應(yīng)查找表地址的映射關(guān)系示意圖。OFDM樣點(diǎn)幅度的概率密度函數(shù)為如下等式(1)所示:(1)其中,r為輸入樣點(diǎn)的幅度,而為OFDM信號(hào)的平均功率。根據(jù)等式(1),結(jié)合如前所述的步驟S12的等概率條件,使查詢時(shí)落入不同的幅度區(qū)域的概率相同。因此,輸入信號(hào)幅度與所對(duì)應(yīng)的查找表地址是不均勻的指數(shù)映射關(guān)系。相反地,現(xiàn)有技術(shù)的線性查找表預(yù)失真方法沒有考慮OFDM的幅度特性,其輸入信號(hào)幅度與所對(duì)應(yīng)的查找表地址是均勻的線性映射關(guān)系。更詳細(xì)地說,在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的基于OFDM幅度特性的查找表預(yù)失真方法中,為了獲取滿足前述等概率條件的正確的查找表地址,有如下等式(2):(2)其中,P是信號(hào)落入查找表每個(gè)子區(qū)間的概率,p(r)是樣點(diǎn)的幅度概率密度函數(shù),N是查詢表的總長(zhǎng)度,而tm(0<m<N-1)定義為對(duì)應(yīng)總長(zhǎng)度為N的查詢表、等概率情況出現(xiàn)的第m個(gè)斷點(diǎn)。顯然,對(duì)于滿足且幅度為Am的OFDM信號(hào)來說,其對(duì)應(yīng)的地址為m。圖4所示為OFDM信號(hào)的幅度統(tǒng)計(jì)特性示意圖。如圖所示,由于OFDM信號(hào)是多個(gè)子載波的疊加信號(hào),當(dāng)子載波足夠多的時(shí)候,可以視為一個(gè)高斯信號(hào),其幅度服從瑞利分布,而相位服從均勻分布。圖5所示為OFDM信號(hào)的幅度統(tǒng)計(jì)特性示意圖。根據(jù)等式(1)和等式(2)進(jìn)一步地計(jì)算可以得如下等式(3):(3)接著,對(duì)等式(3)求解可得如下等式(4):(4)按照相同的計(jì)算方法以此類推,可得如下等式(5):(5)并得到tm的計(jì)算等式(6)如下所示:(6)這樣,當(dāng)輸入信號(hào)為xm,且其幅度Am滿足條件時(shí),此時(shí)對(duì)應(yīng)xm的地址為m。由于地址m的分布是離散的,通常使用最接近Am的tm來定位其索引地址m,因此可以得到m滿足如下等式(7):(7)對(duì)等式(7)求解可得如下等式(8):(8)由等式(8)可知,本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的查找表預(yù)失真方法中,基于OFDM信號(hào)的幅度統(tǒng)計(jì)特性,在獲取查找表項(xiàng)時(shí),其幅度-地址映射關(guān)系不需要知道功率放大器的飽和輸入幅度,因此不受功率放大器飽和點(diǎn)漂移問題的影響;同時(shí),在獲取查找表項(xiàng)時(shí),其幅度-地址映射關(guān)系與OFDM信號(hào)平均功率(也即輸出功率回退ibo)密切相關(guān),因此采用本發(fā)明的查找表預(yù)失真方法能更真實(shí)有效地反映信號(hào)幅度的分布,大大減少查詢表的大小,還可以降低輸出功率回退ibo對(duì)性能造成的影響。結(jié)合硬件實(shí)現(xiàn)而言,由于等式(8)中使用輸入信號(hào)的功率代替幅度計(jì)算地址索引值,少了一個(gè)開方運(yùn)算,因此使用本發(fā)明的查找表預(yù)失真方法能有效地節(jié)約硬件資源。在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中,可以預(yù)先將指數(shù)exp()的函數(shù)值存儲(chǔ)在查找表中,依據(jù)輸入信號(hào)的幅度Am的不同,來求得對(duì)應(yīng)的指數(shù)函數(shù)exp()的值,亦即通過二次查表來確定最終的索引地址。本發(fā)明的技術(shù)效果可以通過以下的仿真實(shí)驗(yàn)條件進(jìn)一步說明。圖5所示為用于仿真實(shí)驗(yàn)的功放模型示意圖。圖6所示為用于仿真實(shí)驗(yàn)的輸入信號(hào)星座圖。如圖所示,星座點(diǎn)的分布分別為:-3+3i、-1+3i、1+3i、3+3i、-3+i、-1+i、1+i、3+i、-3-i、-1-i、1-i、3-i、-3-3i、-1-3i、1-3i、3-3i,每個(gè)星座點(diǎn)的概率相等,因此得到信號(hào)平均功率為(其中,仿真實(shí)驗(yàn)采用的是16QAM調(diào)制):圖7a所示為在仿真實(shí)驗(yàn)中設(shè)定ibo=8、snr=’none’、cap=256時(shí),采用現(xiàn)有技術(shù)的線性查找表預(yù)失真方法循環(huán)1000次后獲得的輸出信號(hào)星座圖。圖7b所示為在仿真實(shí)驗(yàn)中設(shè)定ibo=8、snr=’none’、cap=256時(shí),采用本發(fā)明的基于OFDM幅度特性的查找表預(yù)失真方法循環(huán)1000次后獲得的輸出信號(hào)星座圖。圖8a所示為在仿真實(shí)驗(yàn)中設(shè)定ibo=8、snr=20、cap=256時(shí),采用現(xiàn)有技術(shù)的線性查找表預(yù)失真方法循環(huán)1000次后獲得的輸出信號(hào)星座圖。圖8b所示為在仿真實(shí)驗(yàn)中設(shè)定ibo=8、snr=20、cap=256時(shí),采用本發(fā)明的基于OFDM幅度特性的查找表預(yù)失真方法循環(huán)1000次后獲得的輸出信號(hào)星座圖。圖9a所示為在仿真實(shí)驗(yàn)中設(shè)定snr=’none’、cap=256時(shí),分別采用現(xiàn)有技術(shù)的線性查找表預(yù)失真方法以及本發(fā)明的基于OFDM幅度特性的查找表預(yù)失真方法得到的ibo-BER曲線示意圖。如圖所示,由于當(dāng)ibo小于4的時(shí)候信號(hào)回退的較小,幅值較大,采用現(xiàn)有技術(shù)的線性查找表預(yù)失真方法不能收斂,所以現(xiàn)有技術(shù)的線性查找表預(yù)失真方法只畫出了ibo大于等于4的情況。而采用本發(fā)明的基于OFDM幅度特性的查找表預(yù)失真方法可以完全收斂。當(dāng)ibo大于4.5時(shí),兩種方法的平均誤碼率都等于0。由此可見,當(dāng)信號(hào)峰值超過功率放大器飽和點(diǎn)時(shí),采用本發(fā)明的基于OFDM幅度特性的查找表預(yù)失真方法的優(yōu)勢(shì)非常明顯。圖9b所示為在仿真實(shí)驗(yàn)中設(shè)定snr=20、cap=256時(shí),分別采用現(xiàn)有技術(shù)的線性查找表預(yù)失真方法以及本發(fā)明的基于OFDM幅度特性的查找表預(yù)失真方法得到的ibo-BER曲線示意圖。由圖上可很明顯地看出,當(dāng)ibo=4時(shí),兩種方法的差別很大,現(xiàn)有技術(shù)的線性查找表預(yù)失真方法的誤碼率非常高,而當(dāng)ibo接近8時(shí),兩者的誤碼率基本一樣。圖10a所示為在仿真實(shí)驗(yàn)中設(shè)定ibo=4、cap=256時(shí),分別采用現(xiàn)有技術(shù)的線性查找表預(yù)失真方法以及本發(fā)明的基于OFDM幅度特性的查找表預(yù)失真方法得到的snr-BER曲線示意圖。顯然,當(dāng)ibo=4時(shí),現(xiàn)有技術(shù)的線性查找表預(yù)失真方和本發(fā)明的基于OFDM幅度特性的查找表預(yù)失真方法的性能有很大的區(qū)別,也就是說,當(dāng)功率回退較小信號(hào)幅值較大時(shí),基于OFDM幅度特性的查找表預(yù)失真方法能夠得到更加理想的結(jié)果,適應(yīng)性更強(qiáng)。圖10b所示為在仿真實(shí)驗(yàn)中設(shè)定ibo=8、cap=256時(shí),分別采用現(xiàn)有技術(shù)的線性查找表預(yù)失真方法以及本發(fā)明的基于OFDM幅度特性的查找表預(yù)失真方法得到的snr-BER曲線示意圖。如圖所示,當(dāng)ibo=8時(shí),信號(hào)已經(jīng)基本被壓縮到功率放大器的線性范圍內(nèi),所以此時(shí),采用兩種查詢方法得到的誤碼率基本一樣。圖11所示為在仿真實(shí)驗(yàn)中設(shè)定ibo=4、snr=20時(shí),分別采用現(xiàn)有技術(shù)的線性查找表預(yù)失真方法以及本發(fā)明的基于OFDM幅度特性的查找表預(yù)失真方法得到的cap-BER曲線示意圖。由以上仿真實(shí)驗(yàn)可得,本發(fā)明的基于OFDM幅度特性的查找表預(yù)失真方法讓計(jì)算效率大大提高,適應(yīng)能力更強(qiáng),能在功率回退較小時(shí)完成預(yù)失真處理,能夠較好的彌補(bǔ)功放線性范圍小得缺陷,達(dá)到數(shù)字預(yù)失真的功能。此外,本發(fā)明能夠降低預(yù)失真器成本和復(fù)雜度?,F(xiàn)有技術(shù)的預(yù)失真器需要采用大型的查詢表容量,才能達(dá)到滿意的性能,而本發(fā)明只需要較小的查詢表容量就能達(dá)到同樣的性能,節(jié)約了硬件資源?,F(xiàn)有技術(shù)的預(yù)失真方法對(duì)輸入信號(hào)要求較為嚴(yán)格,功率回退比較大(一般大于6dB),如果小于一個(gè)閾值,性能就會(huì)急劇下降;而本發(fā)明可以降低這個(gè)閾值,等效于信號(hào)要求放松,功率回退較小(在大于3dB的情況下仍能收斂)。由于功率回退直接影響到功放的功率效率(在消耗能量不變的情況下,輸出信號(hào)的功率越大,功效越高;而功率回退實(shí)際是上起到降低輸出信號(hào)功率的目的,因此功率回退越小,輸出信號(hào)功率越大),因此,采用本發(fā)明可以提升功放的功率效率。在此使用之措辭和表達(dá)都是用于說明而非限制,使用這些措辭和表達(dá)并不將在此圖示和描述的身份之任何等同物或部分等同物排出在發(fā)明范圍之外,在權(quán)利要求的范圍內(nèi)可能存在各種修改。其他的修改、變體和替代物也可能存在。因此,權(quán)利要求旨在涵蓋所有此類等同物。
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