什么是OFDM峰均比与削峰?

什么是OFDM峰均比与削峰?

什么是波峰因子减少CFR?

波峰系数削减CFR (Crest Factor Reduction),简称削峰,是目前无线通信系统中最基本的构建块之一。 什么是“削峰”, 或者说削什么峰? 这需要从OFDM调制的时域基带波形说起。 如果是OFDM调制的时域基带波形。

 

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从上述时域信号的波形可以看出,信号的最高峰值与平均幅度之间有巨大的差距,用专业术语说,就是峰均比(峰值/均值)比较高。

“削”的就是信号中的峰值,尽量是信号均匀分布,峰均比(峰值与均值)要尽量小。

峰均比C:PAR(Peak to Average Rate

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为什么要削峰?

(1)这与OFDM调制有关,OFDM多址调制技术,有内在的峰均比较高的特点。

至于为什么会出现这种现象,主要是由于OFDM的时域信号,是所有子载波时域信号的叠加,如果某一时刻,正好是所有子载波的时域信号值都为正或都为负,这时候的峰值就比较大,而大部分时间,各个子载波的幅度有正有负,基本上稳定在一定的数值上,这个数值就是均值。

(2)峰均比高容易信号的峰值工作在功率放大器的非线性区域,“削峰”可以使基带信号调制后,工作在功率放大器的线性区域。

(3)通过削峰,使得信号,尽可能的工作在功率放大器接近非线性的区域,提高功率放大器的效率。CFR 可用于缩小一个传输信号的动态范围,以便用于传输该信号的放大器能够尽可能的工作在其线性区间。

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打个比方,南京早晚高峰在路上行驶的车辆为120万辆,夜间在路上行驶的车辆为10万辆,全天平均上路行驶的车辆为40万辆。那么,南京车辆的峰均比就是3倍。 那么这就带来一个问题: 如果我们建设道路按照满足峰值的需求来建设,则会带来很大的资源浪费,因为在大部分时间是用不到这么多道路资源的。 如果按照均值来建设道路,则在早晚高峰的时候会带来很大的拥堵。 到底使用哪种方案来建设道路,则需要在这两种情况之间进行trade off(折中、平衡)。 在LTE通信中,过高的峰均比同样会带来问题,功放(PA:Power Amlifer)有一定的线性区域,发送信号需要工作在线性区域之内。 选用功率大的PA会造成功率浪费, 而选用功率小的PA会使得峰值状态工作在非线性区域,带来信号的失真和带外泄露(产生带外的高频谐波分量),带外泄露可通过添加滤波器来进行处理。 降低信号的峰值是一种折中方案,会对信号的质量有一定的影响,但比信号进入功率放大器的非线性区的带来的负面影响要小得多。

波峰因子减少CFR在RRU中的位置

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在典型商业无线系统中,这将与数字上变频 (DUC) 和数字预失真 (DPD) 组合使用。CFR处于DUC与DPD之间。削峰的的对象是中频数字信号!因此也数字信号处理的一部分。

谁可以做CFR?

1、设备厂家

(1)一般传统大型设备厂家大厂都有自己的DPD技术,包括华为、中兴、爱立信、诺基亚、三星等。 (2)小型公司小厂一般都没有自己的CFR技术,因为没有相应技术积累,无法实现CFR硬件化,一般找学校或者直接购买FPGA公司的提供IP core。

2、芯片厂家

FPGA芯片厂家能够提供了高性能 CFR解决方案,并且这是IP核的参数是可调的,无需手动定制,从而缩短了实现时间。

3、CFR 有很多不同算法

峰值窗口 (PW: Peak Window)

噪声成形 (NS: Noise Shaping)

峰值削减 (PC:Peak ),这种方法不仅比其它方法灵活应变,同时性能提升还会实现更低的峰值至平均值之比 (PAR),而且在实现过程中外形极小、成本极低。

削峰的基本原理

(1)削峰的示意图

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CFR就是设定一定的门限(比如7dB),将PAR超过门限的峰值削掉。削峰后,输入信号始终工作在射频功率放大器的线性区间 。

在上图中,红线波形上方的虚线蓝色波形 ,就是削减掉的部分。

(2)削峰的对象

削峰的对象:并不是直流信号,也不是数字信号,而是交流信号,是OFDM调制后的时域、基带信号:

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削峰的对象的组成:是有无数个、幅度调制后的、正交的子载波叠加而成。

频域表示法为:

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常见的削峰算法

1、简单限幅法

简单限幅法就是设定一定的门限,将PAR超过门限的峰值削掉。

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但这种方法有一个比较大的缺陷,信号失真: (1)因为调制后的信号是各个子载波波的叠加,限幅后,有有可能子载波信号发送畸变,导致星QAM调制的星座图出现发散。 (2)增加了新的内生的谐波频率分量,导致信号干扰。

2、峰值加窗法 (PW: Peak Window)算法

 

3、噪声成形 (NS: Noise Shaping)

4、峰值削减 (PC:Peak )

削峰的的负面影响

带来信号的失真和带外泄露(产生带外的高频谐波分量),带外泄露可通过添加滤波器来进行处理。

 

 

 

posted @ 2024-01-13 12:26  麦子稗子  阅读(362)  评论(0编辑  收藏  举报