试论查询法下的QAM数字预失真技术

减小字体 增大字体 作者:张家铭  来源:www.zhonghualunwen.com  发布时间:2012-08-04 12:26:18

 1.QAM调制原理
  通常在有线电视的下行信号中则可采用64QAM或256QAM调制.其传输效率较高,在光纤和电缆的传输环境中干扰要比卫星通信小得多。正交振幅调制(Quadrature Amplitude Modulation),这是近年来被国际上移动通信技术专家十分重视的一种信号调制方式。QAM是数字信号的一种调制方式,在调制过程中,同时以载波信号的幅度和相位来代表不同的数字比特编码,把多进制与正文载波技术结合起来,进一步提高频带利用率。
  在2ASK系统中,其频带利用率是(1/2)bit/s/Hz。若利用正交载波技术传输ASK信号,可使频带利用率提高一倍。如果再把多进制与正交载波技术结合起来,还可进一步提高频带利用率。
  QAM信号采取正交相干解调的方法解调,其数学模型图1所示。解调器首先对收到的QAM信号进行正交想干解调。低通滤波器LPF滤除乘法器产生的高频分量。LPF输出经抽样判决可恢复出m电平信号x(t)和y(t)。根据多进制码元与二进制码元之间的关系,经m/2转换,可将m电平信号转换为二进制基带信号x'(t)和y'(t)。
  图1 QAM信号解调
  2.线性化技术发展现状
  在通信系统中,为达到发射的要求,信号需要具有较高的功率,因此需要通过高功率放大器对射频信号进行放大,功率放大器有线性区和非线性区,为了获得高的功放效率,放大器一般工作的饱和点附近,这就不可避免的产生信号的失真。因此为了获得高的线性度,必须采用功放线性化技术,其中数字预失真技术属于功放线性化技术。
  为了应对由于射频功放非线性带来的线性化问题,目前普遍采用的都是预失真技术来解决信号的失真问题。预失真技术包括射频预失真、中频预失真和基带预失真三种方法。神品预失真需要使用射频非线性有源器件,对其控制和调整都比较困难,频谱再生分量改善较少,高阶频谱分量抵消困难,线性指标低。中频预失真的核心部分采用数字部件进行非线性和自适应控制,而采用模拟电路在中频部分实现预失真。基带预失真在基带处理,通过DSP实现预失真器,相对于中频系统,硬件电路简单且便于数字信号处理,是目前广泛使用的预失真技术。
  3.基于查询表的16QAM数字预失真算法研究
  查找表法的基本原理是,将适当的预失真值存储在表格中,以输入信号的大小作为地址,借助DSP,使用迭代算法自动更新LUT中的内容。基于查询表的预失真技术研究内容主要包括了:查询表采取的形式查询表的指针方式、地址索引方式及查询表内容更新所采用的自适应算法。
  3.1查询表形式
  查询表预失真技术是把放大器的输入功率作为查询表的索引指标,把功率放大器的复增益预调整值作为指针对应内容存储在RAM表中,工作时根据输入信号的功率或幅度信息查找对应预调整值,并将其输出给后继电路,达到线性化的目的。查询表可以是一维或是二维表。其中一维查找表的结构如图所示。考虑到记忆效应,实际中采用的是二维查找表方法。
  3.2查询表的指针方式
  功率法和幅度法是查询表常见的索引方式。功率法采用信号的功率,即信号幅度的平方来索引表的内容。这种方法不等间隔地分配查询表的存储单元,对大信号分配的查询表单元密度高,对小信号分配的单元相对稀疏,其结构相对简单,计算快速,硬件实现较为容易,主要计算单元只是乘法器和加法器。然而,功率法有一个显著的缺点,即表的单元在分配时按照信号的平方,这样,对小信号分配表的单元多余稀疏。幅度法用信号的幅度作为表的索引,对大小信号等间隔平均分配表上的单元。两种方法对比,业界大多数专业技术人员还是比较认可幅度法。
  3.3查询表地址索引方式
  查询表的地址索引是查询表的一个重要组成部分,直接关系到查询表的大小和预失真效果的好坏,地址索引的量化可以采用均匀量化,也可以采用非均匀量化。在均匀量化时,以输入信号幅度为指针的方式对大小信号分配均匀。查询表的地址索引也可以采用非均匀量化形式。非均匀量化的目的是减小信号的量化误差,提高信号信噪比以及减小查询表的尺寸。在研究过程发现,利用最优扩展函数得到的非均匀地址索引查询表产生的误差会对均匀量化为地址索引查询表产生的好1-4dB。但由于输入信号的幅度概率分布会受到输入回退的影响,当求出的非均匀地址索引在IBO中变化时,平均只比均匀量化方式性能好1dB左右。
  3.4查询表自适应算法
  计算复杂度与预失真性能相比,无论是基于查询表还是基于多项式的预失真技术,通常都采用基于最小均方(least mean square,LNS)的自适应算法。根据是否考虑记忆型,又可以分为无记忆和有记忆两种预失真。引起记忆性的原因树妖在于放大器固有的电特性和电热特性,这种记忆型导致功率放大器成为频率选择性函数,使得其输出值不仅与当前输入值有关系,而且还和过去时刻的输入值有关系。
  3.5查询表预失真方法的不足
  在查询表的位数足够大的情况下,基于查询表的预失真性能要大大优于基于多项式的方法。但无论无记忆还是有记忆查询表预失真,其主要不足就在于较慢的收敛速度。对于一维表的查询表方法来讲,若表的位数采用n位,则其所占RAM大小为2×2,对于有记忆预失真,占用RAM资源为2×2×Y(Y为第二维地址索引);这样对表的内容进行更新时,势必会造成很慢的收敛速度。查询表的一大缺点是整个查询表项内容的调整需要大量的递归,收敛速度慢。
  4.总结
  在数字电视

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