OFDM anten yükselticisinin tepe noktasında kırpılmasını önlemek için AMAPR çerçeve ağırlıklandırma yöntemi
Taraftar Xiaojing 1, Zhang Shen 2
(1. Mühendislik Eğitim Merkezi, Hefei Teknoloji Üniversitesi, Hefei 230601, Anhui; 2. Huawei Software Technology Co., Ltd., Nanjing 21001, Jiangsu)
: OFDM sistemi, çok sayıda alt taşıyıcıya, geniş bir dinamik sinyal aralığına ve çok yüksek bir tepe-ortalama güç oranına (PAPR) sahiptir, bu genellikle doğrusal olmayan distorsiyona ve anten amplifikatörünün tepe noktasında kırpılmasına neden olur ve böylece sistemin bit hata oranını artırır. Daha gelişmiş bir algoritma, giriş sinyalini ağırlıklandırmak için tepe faktörü PAR'ı kullanır, bu da tepe / ortalama güç oranını PAPR'yi azaltır, ancak bu algoritma, giriş sinyalini büyük ölçüde zayıflatır, sinyal-gürültü oranını hızla azaltır ve bit hata oranını artırır. Yukarıdaki problemlere dayanarak, AMAPR (sinyal tepe noktasının maksimum anten yükselticisine oranı) kullanarak çerçeve ağırlığının hesaplanması için yeni bir yöntem önerilmektedir Bir çerçevenin maksimum gücü, amplifikatörün doğrusal aralığından daha büyük olduğunda, çerçeve için bir doğrusal dengeleme yöntemi uygulanmaktadır. Giriş sinyalinin sinyal-gürültü oranını mümkün olduğunca iyileştirmek için ağırlık katsayılarını çerçeve çerçeve hesaplayın. Simülasyon yoluyla, AMPR çerçeve ağırlıklandırma algoritmasının tepe kesmeyi önleyebildiği, bit hata oranı performansını iyileştirebildiği, büyük sinyal zayıflamasını önleyebildiği ve düşük maliyetli anten amplifikatörlerinin doğrusal dengelemesini sağlayabildiği doğrulanmıştır.
: TP84; TN802 Belge tanımlama kodu: ADII: 10.19358 / j.issn.1674-7720.2017.08.019
Alıntı biçimi : Fan Xiaojing, Zhang Shen. OFDM anten amplifikatörünün pik kırpılmasını önlemek için AMAPR çerçeve ağırlıklandırma yöntemi J. Mikrobilgisayar ve Uygulama, 2017,36 (8): 60-62,66.
0 Önsöz
Ortogonal frekans bölmeli çoğullama çoklu taşıyıcı modülasyon teknolojisi (OFDM) [1] oldukça yüksek spektral verimlilik, çok yollu gecikme yayılımı, anti-frekans seçici solma kanalları ve güç verimliliği sağlar. Bu nedenle, OFDM teknolojisi yüksek veri hızlı iletişim için kullanılır ve dijital video yayını (DVB) [2] ve kablosuz mobil alanlar gibi birçok kablosuz iletişim standardında yaygın olarak kullanılmaktadır. Çok sayıda alt taşıyıcı nedeniyle, OFDM sistemi geniş bir dinamik sinyal aralığına ve çok yüksek bir Pik-Ortalama Güç Oranına (PAPR) sahiptir [3]. Modern kablosuz iletişim sistemlerinde, yüksek PAPR genellikle doğrusal olmayan distorsiyona ve anten amplifikatörünün tepe noktasında kırpılmasına neden olarak sistemin bit hata oranını artırır.
Bu sorunu çözmenin yaygın yöntemi, doğrusal bölgede çalışmasını sağlamak için daha karmaşık ve pahalı güç amplifikatörleri kullanmak ve antenleri iletmek gibi donanımı iyileştirmektir. Ne yazık ki, bu çözüm, geniş bir doğrusal özellikler yelpazesi elde etmek ve yeterli alan kapsamı sağlamak için genellikle yüksek güçlü amplifikatörler ve yüksek güçlü antenler gerektirir, bu da terminal minyatürleştirmesini sağlamayı zorlaştırır ve sistem maliyetlerini büyük ölçüde artırır.
Maliyetlerden tasarruf etmek ve antenlerin minyatürleştirilmesini sağlamak için yazılım geliştirme algoritmaları bir araştırma odağı haline geldi. Şu anda, yeni algoritmalar çoğunlukla PAPR'yi azaltma amacına ulaşan amplifikatörün giriş sinyalini ağırlıklandırmak için tepe faktörü PAR (Tepe-Ortalama Oranı) [4] kullanarak PAPR'ye dayanmaktadır [5]. Bununla birlikte, gerçek uygulama sürecinde, tepe faktörü PAR çok büyükse [6], ağırlıklı giriş sinyali tepe kesilmesinin oluşumunu önleyemez ve amplifikatör giriş sinyalinin doğrusal aralığını garanti edemez. Getirdiği olumsuz etki, giriş sinyalini yapar. Belirgin zayıflama, sinyal-gürültü oranı hızla azalır [7], bu da çıkışta büyük ölçüde artan bir bit hata oranı ile sonuçlanır.
Giriş sinyalinin amplifikatörün doğrusal aralığında çalışmasını sağlamak ve aynı zamanda sinyal-gürültü oranındaki hızlı düşüş çelişkisini çözmek için, bu makale yaratıcı bir şekilde sinyal tepe / anten amplifikatörü doğrusal maksimum oranına (AMAPR) dayalı bir çerçeve ağırlıklandırma algoritması önermektedir. Çerçevenin maksimum gücü, amplifikatörün doğrusal aralığından daha büyük olduğunda, çerçeve için doğrusal kompanzasyon yöntemi uygulanır ve giriş sinyalinin doğrusal aralıkta çalışmasını sağlamak için ağırlık katsayısı çerçeve [8] olarak hesaplanır, böylece giriş sinyalinin sinyal-gürültü oranını iyileştirir ve tepe kırpılmasını önler. Sinyalin büyük ölçüde zayıflamasını önleyin.
1 AMAPR'yi tanımlayın - sinyal tepe noktasının anten yükselticisinin doğrusal maksimumuna oranı
Şekil 1, güç amplifikatörünün giriş ve çıkış özelliklerini göstermektedir. Giriş gücü PMax'tan büyük olduğunda, amplifikatörün çıkışı doğrusal olmayan bölgeye girer ve çıkış bozulur.
Anten yükselticisinin yazılım aracılığıyla doğrusallaştırılmasını gerçekleştirmek ve iletilen sinyalin tepe noktasının kırpılmasını önlemek için yeni bir hesaplama parametresi olan AMAPR tanımlanmıştır:
2 PMAPR'yi OFDM sistemine uygulayın
Amplifikatörün doğrusal aralık içinde çalışmasını sağlamak için, amplifikatöre sinyal x (t) girişi, anten amplifikatörü güç oranına sinyal tepe değeri kullanılarak ağırlıklandırılır.
2.1 Vericinin uygulama adımları
Tepe işleme modülünün takılı olduğu OFDM aktarım modeli Şekil 2'de gösterilmektedir.
Vericinin belirli adımları aşağıdaki gibidir:
(1) Çerçevenin uzunluğunu x (t) olarak N olarak ayarlayın, örneğin 0,5 s'yi bir çerçeve olarak ayarlayın;
(2) Her çerçevenin sinyal tepe değerini bulun:
| x | tepe = max0tNTx t (5)
(3) Çerçeve ağırlık katsayısını formül (4) 'e göre hesaplayın;
(4) Yeni bir çerçeve oluşturmak için çerçeve üretecini kullanın ve çerçeve başlığı çerçeve başlangıç tanımlama kodunu ve çerçeve ağırlık katsayısını içerir;
(5) x [n] kare dizisini hesaplayın:
Bunlar arasında: N, çerçevenin uzunluğudur.
2.2 Alıcı taraftaki uygulama adımları
Tepe işleme modülüne sahip OFDM alıcı modeli Şekil 3'te gösterilmektedir.
Şekil 3, tepe işleme modülünün takılı olduğu OFDM alıcı modeli
Alıcı tarafın spesifik uygulama adımları aşağıdaki gibidir:
(1) Çerçeve başlığını ve çerçeve ağırlıklandırma katsayısı C'yi bulmak için çerçeve başlangıç tanımlama kodunu kullanın;
(2) Çerçeve parametrelerini geri yüklemek için çerçeve ağırlık katsayısını kullanın:
(3) Sinyali hesaplamak ve geri yüklemek için geleneksel OFDM'yi kullanın.
3 Deneysel simülasyon
3.1 Simülasyon deneyi bir
Bu sistem, simülasyon yazılımı aracılığıyla OFDM'yi gerçekleştirir ve Şekil 4'te gösterildiği gibi doğrusal olmayan bir amplifikatörü simüle etmek için doğrusal olmayan bir işlev ekler.
Şekil 4'teki amplifikatör tepe kırpmasının simülasyon fonksiyonu f (x):
Yanlış sonuç Şekil 5'te gösterilmektedir.
3.2 Simülasyon Deneyi 2
Bu sistem, Şekil 6'da gösterildiği gibi tepe işleme modülünü ekleyen simülasyon deneyine dayanmaktadır. Simülasyon sonucu Şekil 7'de gösterilmektedir.
3.3 Deneysel sonuçların analizi
İlk simülasyon deneyinde, OFDM giriş sinyali, amplifikatör girişine ulaşmadan önce IFFT tarafından dönüştürülür. Amplifikatör tepe kırpma simülasyon fonksiyonunun etkisine bağlı olarak, OFDM alıcı ucu OFDM iletim ucu ile karşılaştırılır, tepe değeri kırpılır, bu da OFDM kurtarma sinyalinde büyük bir distorsiyona neden olur Bu deneydeki bit hata oranı% 27,35 kadar yüksektir.
İkinci simülasyon deneyinde, PMAPR tabanlı çerçeve ağırlıklandırma teknolojisi amplifikatörden önce ve sonra eklenir ve amplifikatörün giriş pik sinyali yeniden ağırlıklandırılır, böylece giriş sinyalindeki piki içeren çerçeveler amplifikatörün lineer aralığına düşer ve diğerleri amplifikatörün lineer aralığını aşmaz. Sinyal değişmeden kalır ve bu da sinyalin sinyal-gürültü oranını etkili bir şekilde iyileştirir. Çerçeve ağırlıklı sinyal amplifikatör tepe kırpma simülasyon işlevi tarafından işlendikten sonra, geri yüklenen OFDM sinyali, OFDM'nin bozulma önleme performansını büyük ölçüde geliştiren yalnızca% 1.58'lik bir bit hata oranına sahiptir.
3.4 Algoritmanın FPGA uygulaması
Bu algoritmanın yüksek hızlı çalışması FPGA aracılığıyla gerçekleştirilebilir. FPGA yongası, saat sinyaline göre veri akışı üzerinde iki seviyeli seri dönüştürme ve dönüştürme gerçekleştirir, veri akışındaki çerçeve başlık sinyalini bulur, çerçeve başlığını algılamak, yakalamak ve doğrulamak için programdaki durum makinesini kullanır ve kodlama ilkesine göre verilerin kodunu çözer [ 9], bu algoritmanın yüksek hızlı çalışmasını FPGA yongası üzerinde etkin bir şekilde gerçekleştirebilir.
Yumuşak ağırlıklı haritalamanın [10] yerel küme vektörü gösterimi yöntemi ile birleştirilirse, codec bileşeninin tanıma oranı iyileştirilebilir.
4. Sonuç
Simülasyon deneyinde OFDM kurtarma sinyalini karşılaştırarak, ayrıca AMAPR ağırlıklandırma algoritmasının veri radyo frekansı iletiminin bozulmasını iyi bir şekilde önleyebildiği kanıtlanmıştır. Bu yazıda önerilen ağırlık hesaplama yöntemi, OFDM amplifikatörünün doğrusallaştırılmasını etkili bir şekilde gerçekleştirir, pik kırpılmasını önler, amplifikatörün maliyetini düşürür ve antenin minyatürleştirilmesini gerçekleştirir. Bu yazıda önerilen AMPR ağırlıklandırma algoritması, diğer alanlarda amplifikatör doğrusal olmayan kompanzasyonunun tasarımı için iyi bir referans değerine sahiptir.
Referanslar
[1] Luo Tao Uzay-zaman kodlama teorisi ve onun OFDM mobil iletişim sistemindeki uygulaması üzerine araştırma D Pekin: Posta ve Telekomünikasyon Pekin Üniversitesi, 2002.
[2] Luo Tao, Le Guangxin Çok taşıyıcılı geniş bant kablosuz iletişim teknolojisi [M] Pekin: Pekin Posta ve Telekomünikasyon Yayınları Üniversitesi, 2004.
[3] WONG K T, WANG B, CHEN J C. Boş alt taşıyıcıları ve veri alt taşıyıcılarını değiştirerek OFDM PAPR azaltma J. Electronics Letters, 2011, 47 (1): 62-63.
4 THOMPSON S C. Sabit zarf OFDM faz modülasyonu C. Askeri İletişim Konferansı, 2005, 2: 1129-1135.
5 MULLER S H, HUBER J B. Kısmi iletim dizilerinin optimum kombinasyonu ile düşürülmüş tepe ila ortalama güç oranı ile OFDM J. Electronic Letters, 1997,33: 368-369.
6 WUNDER G, BOCHE H. OFDM iletiminde tepe faktörünün istatistiksel dağılımının üst sınırları C. IEEE İşlemleri Bilgi Teorisi, 2003,49: 488-494.
