0FDM系统非线性失真自适应补偿技术

众所周知，OFDM信号具有很高的峰均功率比，对高功率放大器HPA(High Power Amplifier)的线性度要求很高，否则就会产生非线性失真，造成频谱扩展以及带内信号畸变，使系统的性能恶化，因此必须对系统的非线性失真进行抑制。

本文提出了一种将部分传输序列PTS(Partial Transmlt Sequences)与递归最小二乘法RLS(Recursive Least Squares)相结合的失真补偿技术，可以有效地减小高功率放大器的非线性失真。

1 传输系统结构

OFDM的基本思想是将高速率的数据流变换成多路数据子流，然后用相互正交的子载波对数据子流分别进行调制。本文讨论的发射系统框图如图l所示。由于重点分析OFDM信号的基带自适应补偿技术，为简单起见，系统省略了加入保护间隔和上变频部分。

OFDM发射机中普遍采用行波管(TWT)作为高功率放大器，它是一种无记忆的非线性器件，其AM／AM和AM／PM特性为：

 

2 自适应补偿技术

2．1 部分传输序列

部分传输序列（PTS）先将每个OFDM符号分为V个子块，给每个子块乘上一个相位因子，得：

 

再对X′(k)进行IFFT运算，得到x′(n)。相位因子bi的选取应使x′(n)的峰均功率比最低，即：

 

2．2 自适应补偿

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因此，幅度预失真通过对HPA的AM／AM特性曲线求逆实现，相位预失真则通过从原始信号的相位中减去HPA的AM／PM响应实现。

3 仿真结果分析

考虑子载波数N=256的OFDM系统，子载波采用16QAM调制，PTS分块数V=4，相邻分割方式，采用4倍过采样产生OFDM时域信号，δ=0．004，λ=l，ωA(O)=0，ωP(0)=0。在通信系统中，预失真性能通常与多径衰落无关，因此假设信道为理想的加性高斯白噪声信道，不存在符号间干扰，收发端时钟精确同步。

为了描述不同的功率输出水平，定义HPA的输出功率回退为： 

其中，Pmax表示放大器的最大输出功率，Po表示放大器输出信号的平均功率。图2给出了不同的输出功率回退条件下，无预失真和有预失真时接收端的信号星座图。从中可以看出，预失真可以有效地补偿功率放大器引起的非线性失真(图2(a)、(b))。同时也可看到，随着输出功率回退的减小，高功率放大器进入了限幅区，这时，即使预失真也无法完全消除功率放大器引入的非线性失真(图2(c)、(d))。

在OBO=4．5dB时，有，无预失真系统的误比特率曲线如图3所示。要使高功率放大器最有效地工作，需要在放大器最大输出功率与OFDM信号最小非线性失真之间进行折中，为此，定义系统的总退化TD(TotalDegTadation)为：

 

其中，Eb/No（HPA）表示在特定的误码率条件下，使用非线性功率放大器时所需的摄低Eb/No；Eb/No(AWGN)表示在相同的误码率条件下，不使用菲线性功率放大器对所需的最低Eb/No。系统总退化随输出功率回退的改变而改变，存在一个最小值，对应的OBO值称为最优功率回退，其值通常用来评估失真补偿算法性能的好坏。图4画出了在误比特率BER=10-3时系统总退化曲线图。

本文提出了一种将部分传输序列与预失真相结合来补偿OFDM系统非线性失真的方法。首先利用部分传输序列对OFDM信号的峰均功率比进行控制，降低大峰值功率出现的概率，然后利用RLS算法对HPA的AM/AM和AM/PM特性进行拟合。仿真结果表明，在误比特率为10-3时，无预失真系统的最优回退为10．3dB，总退化为11．8dB，经过前置PTS自适应预失真后，最优回退为4．3dB，总退化为5．2dB。最优回退减小了6dB．总退化减小了6．6dB．验证了该方法能有效地补偿高功率放大器引入的非线性失真。