基于F-OFDM系统的数字预失真设计与实现

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第4代移动通信系统(4G)中被广泛应用的正交频分复用技术因其旁瓣大、峰均功率比(PAPR)较高、频谱利用率低以及抗载波干扰能力差等缺点,不能很好的满足未来移动通信的需求。滤波正交频分复用(Filtered-OFDM, F-OFDM)作为第5代移动通信系统(5G)某些技术场景的候选技术之一,基本思想是将频谱带宽划分为若干个子带,各子带根据不同的场景需求配置适合各个子带的不同参数。它是传统OFDM的扩展,增加了子带滤波器,灵活地改变循环前缀长度、传输时间间隔和子载波间隔等参数,可以更好地利用频谱,但它也存在峰均功率比高的缺点。若输入信号具有较高的峰值平均功率比,则对功率放大器(Power Am-plifier,PA)的非线性较为敏感。为保证信号的质量,对PA线性度的要求也更高,因此线性化技术得到了很好的发展,而数字预失真技术因其优化性能好、高度的灵活性以及相对成本低逐渐成为线性化功放的主流技术。本文在F-OFDM信号的背景下,对数字预失真(Digital Predistortion, DPD)技术进行研究,同时结合波峰因子降低(Crest Factor Reduction, CFR)技术进行深入研究。主要工作以及研究内容如下:
  (1)提出了一种基于反馈项的数字预失真联合波峰因子降低技术的新结构对功率放大器的非线性特性进行补偿。所提出的数字预失真器模块采用基于反馈项的短期输出信息的自适应预失真技术,波峰因子降低技术采用部分传输序列和压扩变换(PTS&CT)的融合算法,最大限度的抑制信号的PAPR,使功放的工作点无限接近于饱和区域。最后实验结果表明,提出的新结构可以捕捉到PA的记忆效应以及非线性特性,有效地减少带外频谱扩展和非线性失真,缓解功率放大器的幅值和相位失真。
  (2)研究基于迭代限幅修正(Iterative Clipping Revision, ICR)算法的数字预失真系统设计和实现,并在MATLAB中验证其可行性。首先,利用迭代限幅修正算法严格控制超过设定的门限值的信号,然后经过多项式数字预失真模块,采用自适应模型参数求取算法调节模型系数,输出的信号进入与预失真模块级联的功放进行放大。该设计方案最终解决了通信系统中输入信号的峰均比过高的问题以及自适应预失真算法收敛速度较慢的问题。仿真结果表明,最终改善了信号的ACPR;利用二次限幅修正算法,使数字预失真器的输出信号的PAPR比原始信号的PAPR降低了1.1dB左右。
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