削峰算法的介紹

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1、面向多載波基站應(yīng)用的波峰因子降低(CFR)引擎作者：：：溫得敏博士，，，IEEE高級會員，，，賽靈思公司無線基礎(chǔ)設(shè)施垂直市場系統(tǒng)架構(gòu)師，賽靈思公司無線基礎(chǔ)設(shè)施垂直市場系統(tǒng)架構(gòu)師引言賽靈思的FPGA在業(yè)內(nèi)被廣泛應(yīng)用于基帶協(xié)處理領(lǐng)域里的蜂窩射頻基站設(shè)計以及其它先進的基帶功能中。除了信道卡應(yīng)用之外，賽靈思的FPGA還支持成本效益高的射頻卡功能的實現(xiàn)，如數(shù)字上變頻(DUC)和數(shù)字下變頻(DDC)，包括波波波峰因子降低(CFR)和數(shù)字預(yù)失真(DPD)等先進技術(shù)。除了擁有用于WCDMA和WiMAX的射頻卡解決方案之外，賽靈思最近還向市場

2、[1]推出了能夠?qū)崿F(xiàn)多載波和多天線配置的TD-SCDMA數(shù)字前端解決方案。本文將介紹賽靈思用于波峰因子降低(CFR)的最新參考解決方案，又被稱為峰值對消波峰因子降低(PC-CFR)。本文將首先回顧使用與射頻功率放大器(RFPA)效率有關(guān)的CFR技術(shù)的目的，然后簡要回顧各種CFR技術(shù)，包括對用于多載波TD-SCDMA標(biāo)準(zhǔn)的各種解決方案之間的性能比較。本文還將討論用于實現(xiàn)特定TD-SCDMA多載波系統(tǒng)配置的FPGA資源要求。振幅因子與與與射頻功率放大器與射頻功率放大器效率因其對OPEX和CAPEX的重要作用，射頻功率放大器(RF

3、PA)的功率效率在蜂窩射頻基站設(shè)計中起到非常重要的作用。高效的射頻功率放大器(RFPA)解決方案會降低CAPEX，因為較小的功率放大器可用于相同的期望輸出功率值，或者需要較少的冷卻基礎(chǔ)設(shè)施。另一方面，因消耗的功率較少，它還可降低OPEX。對射頻功率放大器更高效率的需求已經(jīng)使得基站架構(gòu)從單載波功率放大器(SCPA)輸出的無源組合向基于多載波功率放大器(MCPA)方法的中頻(IF)載波的數(shù)字組合演進。后一種方法還允許采用CFR技術(shù)以及包括DPD的數(shù)字線性化技術(shù)。Wilson頁112/27/2010然而，載波信號的線性組合會出現(xiàn)高

4、峰值平均功率比(PAPR)。這不僅僅適用于3GCDMA載波，而且適用于多載波Edge和GSM信號。由于在生成單個CDMA和OFDM載波過程中對獨立的波形進行了線性組合，因此，即使單載波CDMA或OFDM信號也會顯示高振幅因子(CF)。當(dāng)CF被用于測量PAPR時，可由下列方程定義和計算：2max(x)CF=10log()102E[x]方程(1)其中，x是上變頻帶通信號的真值。高的波峰因子要求常用的AB類RFPA在某些輸出回退電平(OutputBackOffLevel)上運作，以防高峰值信號把RFPA驅(qū)動到非線性工作區(qū)之中。我們

5、首先考察一下CF和RFPA效率之間的關(guān)系。RFPA的效率被定義為在某一個工作點上平均輸出功率與直流(DC)功率之比，如方程(2)所給出：POUTh=Pdc方程(2)這意味著為了實現(xiàn)更高的效率，RFPA輸出應(yīng)該被驅(qū)動至接近飽和點(超過飽和點將出現(xiàn)非線性效果)。然而，在實際運作中，輸出功率要回退，這不僅僅是為了解決輸入信號對RFPA存在的CF問題，同時還為了解決在RFPA中存在的其它弱非線性問題。Wilson頁212/27/20101圖1說明了輸入功率回退(IPBO)和輸出功率回退(OPBO)之間的關(guān)系。為了實現(xiàn)預(yù)期的OPBO電

6、平，必須提高IPBO。因為工作點維持相同，在方程中的分母將保持不變，但是，分子將減小，因此，較大的OPBO會導(dǎo)致效率的下降。飽和輸出功率OPBO平均輸出功率CF/IPBO工作點輸入功率平均輸入功率峰值輸入功率圖圖圖1射頻功率放大器的功效曲線在圖2中描述了具有強跨導(dǎo)[5]非線性的不同類型放大器的典型RFPA的效率，是以dB表示OPBO函數(shù)。請注意，對具有12dBOPBO的AB類RFPA來說，隨著回退的增加，效率從70%減至約10%。1OPBO是最大輸出(飽和度)功率與實際輸出功率之間的比例。Wilson頁312/27/2010

7、圖圖圖2：：：RFPA的效率性能[5]考慮到信號的高CF，有兩種方式可以解決因OPBO增加導(dǎo)致的效率下降問題。你可以采用一種有效的波峰因子降低(CFR)方案來減小多載波輸入信號的PAPR，或者/并且采用數(shù)字預(yù)失真(DPD)來擴展RFPA的線性工作范圍。通過減小到RFPA的組合輸入信號的PAPR，IPBO可以被縮減，從而使得OPBO更低，從而獲得效率提升。與不采用CFR實現(xiàn)8%(效率提升)的情形相比，利用CFR方案可以實現(xiàn)大約16%的典型效率(提升)。下面我們將回顧所提議的常用技術(shù)，并就TD-SCDMA多載波應(yīng)用在性能和資源利

8、用率方面詳細討論賽靈思公司的峰值對消波峰因子降低(PC-CFR)方案。各種CFR技術(shù)目前，許多建議的波峰因子降低方案涵蓋編碼選擇、I&Q或基帶極性限幅、峰值加窗CFR(PW-CFR)、噪聲成形CFR(NS-CFR)和脈沖注入CFR(PI-CFR)范疇提出的，參見文獻[4]對各種技術(shù)的回顧。