论文研究-OFDM-ROF系统中峰均比抑制及预失真技术的研究.pdf

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针对OFDM-ROF链路中各器件非线性分别分析的复杂性, 就OFDM-ROF系统提出了基于MATLAB的联合仿真系统分析, 采用了峰值抵消法和记忆多项式预失真技术; 最终的AM/AM特性、频谱、星座图和收敛误差仿真结果显示该系统较原来的系统有很大的改进, 说明了对OFDM-ROF系统采用峰均比抑制以及预失真技术的可行性。
2612 计算机应用研究 第29卷 以通过其传输方程反映出来,为 中、采用自适应方法可不用过多考虑系统中各器作具体参数的 H()=em(-0) (2)变化,只需关注系统的输入输出关系,并根据反馈数据进行实 其中:α是色散系数;代表光纤长度,是调制无线频率:是时调整,仿真证明非线性补偿效果良好。 光载波频率。 2.2峰值抵消法结构分析 3)光电二极管接收器( photodiode reciver 为了提高系统的线性度,在数字预失真模块前,对于高峰 高速光电管中的光电敏感区较小。虽然其敏感度较低,在 采用直接调制的HO链里,擺时光功率受限于激光器的非均比的输入信号,采用峰均比抑制技术,在保证定性能指标 线性,所以光电二级管会在线性区内1作。在传统的ROF链的前提下,适当地减小峰均比值,再经过预失真处理整个系统 路中,光电二极管本身的非线性并不是决定整个链路非线性的 的性能将有更大的改善。峰值抵消法是一种基于直接削峰思 主要因素。相比之下,光电二极管的额定功率( power-handling 想的改进型峰均比抑制技术。相比直接削峰法,在保留其算法 capability)是一个更值得关注的参数,它和其他器件的线性简单、易于实现的优点的同时,更为有效地减小了直接削峰引 特性同等重要,共同决定整个ROF链路的动态范围。 起的带内失真和带外频谱扩散。 4)功率放大器( power amplifier,PA) 峰值抵消法原理如图5所示。该算法的具体操作是:首先 釆用直接调翎的ROF链路中仅光电转换、电光转換两个对输入的复信号进行极坐标削峰,并记录原始信号的 sirtos 过程就引人了高达30dB的损耗,这一方面是因为LD的转換值来保留信号的相位信息然后对一次削峰后产生的误差脉冲 效率低下;另一方面光纤和连接器的使用都会产生插入损耗 信号,使用跟输入信号相同频带的低通滤波器成形,滤除由十 在发送端,调制激光器的输人信号出于保护器件考虐及避免其直接削峰引起的带外频谱扩散;之后反向叠加在相应的输入信 产生广泛非线性失真,输入功率被限制不能太高典型的调制号上:,达到峰倌抵消的效果。由于叠加的误差脉冲具有限带特 深度大概在10%~-30%左右。所以,实际基站中接收终转换性,因而随机叠加后对信号的频谱影响集中在带内,不会破坏 得到的射频信号功率很低,为达到天线发射要求在光电二极信号原有的频谱特性。引入了二次极坐标削峰,是为了避免低 管完成光电转换后必须使用功放。功放是ROF非线性链路的通滤波可能会带来的峰均比回升。 主要组成器件,其非线性也是系统必须考虑的一部分 输人 极坐标削 2联合仿真系统分析 延时 2.1自适应预失真结构 延时 从以上的分析可以看出,构成OFDM-ROF系统非线性的 图5峰值抵消法原理 因素很多,试图针对每一项分别精确补偿的方法将很困难,因2.3联合仿真系统仿真结果 为:首先, OFDM-ROF系统的配置参数过多,且很多参数都跟 联合仿真系统框图如图6所示,输入信号为64QAM信号, 器件相关。说明对每个OFDM-ROF系统,需详勘共每个带宽为7.56MH,经过4倍内插采样,再经升余弦成形滤波 配詈参数。其次,OFDⅥROF系统中对其非线性构成影响的滤波系数为0.05。在预失真前,引进了功率回退技术,由于信 参量因素是变化的。这些因素的变化大致来自于两方面:a)号峰均比为7.5501,对于回退量一般取信号峰均比的一半,因 影响系统非线性的时变囚素,如器件老化及温度、湿度等工作此输入信号回退4dB。在功率回退后,采用峰值抵消技术,对 环境的变化;)OFDM-ROF系统工作时的无线接入用户数量信号进行峰均比扣制1.5dB,再经基于多项式的自适应预失真 是随机的,且每个移动用户的接人信号功率也会因衰减影响而系统。其中自适应算法釆用LMS算法,步长为0.35。功放模 动态变化,用户的上线、离线或攴持多业务系统中服务功能的型采用具有5阶非线性,2阶记忆性的 Wiener模型,由线性时 切换等操作都会对系统传输射频信号功率产生影响,从而改变不交系统H(x)级联无记忆非线性系统F(v),如图7所示 整个系统非线性。最后,针对每一个非线性因素精确补偿需要 隆均出 抑制气预失真 DAC 多种补偿机制,其间协调和同步也是一大问题,会大大增加系 e(n) 统集成化难度。 本据Q 本文采用了引入反馈回路的自适应数字预失真方法来完 正交解 成系统的线性化。其结构框图如图4所示。 中心站 R线性链路 图6联合仿真系统框图 真器 强度调 激光器Q↓电二极功享放大 单甕光 z(n)+Dmm)N、y() 白适应算法 基站 图7 Wiener.功放模型 图4 OFDM-ROF系统白适应预失真框图 本文的预失真器采用记忆多项式模型来模拟非线性功放 在此方案中,将 OFDM-ROF系统的非线性链路视做一个的逆特性。记忆多项式模型的数学表述为 黑盒(图4虚线框部分),只需考虑其输入输出特性,通过对负 u(n)=∑∑mr(n-l)lr(n-1)|4-1 (3) 反馈的信号和参考信号的对比,通过自适应算法不断更新预失 真器屮的参数,使其特性逐渐逼近 OFDM-ROF非线性特性的 仿真中釆用7阶非线性和10阶记忆效应的记忆多项式模 逆特性,以达线性化的日的。 型,即非线性阶数K=7,记忆深度L=10。最终得出了仿真结 本方案引入自适应反馈回路的好处在于:未知系统环境果,其中的功放的AMAM特性如图8所示 第7期 毛陆虹,等: OFDM-ROF系统中峰均比抑制及预失真技术的研究 2613 0.25 0.7 满足人们对当今社会高速率、高保真度的通信需求具有极其重 06}-----1---- 要的作用。针对OFDⅥ-ROF系统中存在的非线性特性,本文 出0.15 曲04-- 哩0.3-- 就整个系统的非线性进行分析,提高了改进系统非线性的能 0.05 0.2 力,简化∫系统的分析过程,使系统的预失真性能较单独针对 00.10.20.3040.5060.70010.20.3040.50607统非线性器件和因素进行预失真有更大提高,并且节约了成 输入幅度 输入幅度 本。通过对系统的M/AM、频谱、星座图和收敛误差仿真结 (a)无预失真的功放幅度特性 (b)有预失真的功放幅度特性 果显示,该系统较原来未加入预尖真和削峰的系统在各项性能 图8有无预失真的功放幅度特性 由图8可知,系统在无预失真处理前AMAM特性很差、 指标上有了很大的改进,说明了对 OFDM-ROF系统采用峰均 点很分散,而经过预失真后,AMAM特性有了显著的改善,基比抑制以及预失真技术的可行性,对从事该方面研究的人员有 木上成一条直线,可以满足系统要求。 重要的参考价值。 图9为系统星座仿复图。由图9可知经顶失真和极坐标参考文献 削峰后的星座图与原星座图相差不大,无太大的柑位偏差和发1吴伟陵,牛凯。移动通信原理[M].北京:电子工业出版社,2005 散,而直接经过非线性系统的星座图相移很大,发散严重。 16-72 1 [2 FERNANDO X, SESAY A. Nonlinear distortion compensation of m 0.8 0.8 0.6 crowave fiber optic links with asymmetric adaptive filters[C]//P 0---++-4-·+ 0.6 0.4 of IEEE International Microwave Symposium. 2000: 1821-1824 +--1 [3. JIAN Wei, YT. Chong-xiu, WANG Jiar-xin, et (l. a digital adaptive -0.2 0,4 predistortion method of OFDM power amplifier C//Proc of Interna -0.6 -0.6 0.8 0.8 tional Conference on Networks Security, Wireless Communications and 10.50D.5 Trusted Computing. Washington DC: IEEE Computer Society, 2009 (a)原始信号星座图 (b峰值抵消后信号星座图 623-626 0.8 验时:: [4 FERNANDO X N, SESAY A B Adaptive asy mmelrie linearizat ion 0.4 y radio over fiber links for wireless access[ J]. IEEE Trans on vehi 0.2 0}-:-黑 ular Technology,2002,51(6):1576-1586 -0.2 024 [5 HEKKALA A, LASANEN M, HARJULA I, et al. Analysis of and 0.6 -0.6 compensation for non-ideal ROF links in DAS[J. IEEE Wireless 0.8 Communications,2010,17(3):52-59 1-0.5 0.500.5 (c)直接进功放信号星座图 (d预失真处理后功放输山星座图 [6 HEKKALA A, LASANEN M, VIEIRA L C, et al. Architectures for 图9星座仿真图 joint compensation of ROF and PA with nonideal feedback [C]//Proc 图10是 OFDM-ROF系统频谱图,分别进行了无预失真、 of the 71 st Vehicular 'lechnology Conference, 2010: 1-5 预失真后、削峰后等仿真,并与原始信号进行了对比,最终的频7 VIEIRA LC, GOMES N J, NKANSAH A,eat, Behavioral modeling 谱对比如图9所刀 of radio-over-fiber links using memory polynomials [C //Proc of 由图10可知,OHD)M-ROF系统频谱图中无预失真频谱;输 IEEE Topical Meeting on Microwave Photonics. 2010: 85-88 入信号的PAPR=7.5501,邻信道干扰非常严重,如①所示;而 [8 FERNANDO X N, SESAY A B Characteristies of directly modulated 经过预尖真后的信号有了改善,如②所示;而经过极坐标削峰 ROF link for wireless access[ C]//Proc of Canadian Conferenee on E 后的信号线性度非常好,削峰后的信号PAPR=6.0659,如③所 lectrical and Computer Engineering. 2004: 2167-2170 小;④4为原始信号 [9 ANDREA D AN, LOTTICI V, REGGIANNINI R Efficient digital pre distortion in radio relay links with nonlinear power amplifiers J T 图11为最终的收敛误差幅度曲线。以下分别为削峰后、 直接经过功放和预失真后的上VM值,可知,加入削峰和预失真 IEEP Proceedings Communications, 2000, 147(3): 175-179 [10 ASSIMAKOPOULOS P, VIEIRA L C, NKANSAH A, et al. Modelling 后的系统效果改善显著。EⅤM1=1.0976(削峰后的EVM) of a DFB laser at low bias directly modulated with an OFDM signal for EVM2=54.28029(直接经过功放的EVM),EⅤM3=1.7610(预 RoF applications[ C]//Proc of International Topical Meeting on Mi- 失真之后的EVM)。 crowave Photonics. 2009: 1-4 0. [11 VIFIRA CL, GOMES N J, NKANSAH A. An Experimental sludy on 倒 100 锂0.15 digital pre-distortion for radio-over-fiber links[C //Proc of IEEE -110 Communications and Photonics Conference and Exhibition 2010:126 -120 127. 1.5-1-0.5 0 0.5 1 15 00.5 1 1.52 2.5 33.5 [12] ISLAM A H MR, SHAFIK R A, RAHMAN M S, et al. On the non- 频率/H2 10 迭代点数 ①1无预失真②预失真处理后 inear distortion effects in an OFDM-ROF link[c//Proe of the 2th ⑧削峰后④烺始信 图11收敛误差幅度曲线 temational Conference on Emerging 'Technologics. 2006: 20-26 图10 OFDM-ROF系统频谱图 [13]龚珉杰,数字预失真技术在ROF系统屮应月研究[D].北京:北 3结束语 京邮电大学,2010 [14]张福洪,孔庆浩,栾慎吉.宽带系统中有记忆大功率功放的数字预 ODM-RO}系统是多媒体通信中的一种重要技术,对于 失真器研究[J].电子器件,2008,31(6):1903-1906

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