非線性功率放大器對QAM傳輸BER性能的影響及補償

1、非線性功率放大器對傳輸性能的影響

    爲表述非線性功率放大器對傳輸性能的影響,以Saleh模型進行觀察。具體來說,在QAM調製器之後添加一個非線性模塊,使調製後的波形經歷AM / AM和AM / PM轉換。 在Saleh模型中,轉換用四個參數表示,即AM / AM轉換爲𝛼a和𝛽a,AM / PM轉換爲𝛼p和𝛽p。 在Saleh模型中,AM / AM和AM / PM方程以輸入電壓u的大小表示爲:

式中,FAM / AM是AM / AM轉換的輸出電壓與輸入電壓的關係,而FAM / PM是AM / PM轉換的輸出相位與輸入電壓的關係。

如圖,基於Saleh模型的使用64-QAM在有無非線性PA的情況下的BER仿真。Saleh模塊參數設置爲:

    在QAM調製器和解調器中選擇峯值功率,𝛾b = 15 dB,仿真時間= 100,000 s。 不使用非線性器件的BER爲0.014,使用非線性器件的BER爲0.165,因此表明非線性器件會產生很大的損失。

  如圖給出了Saleh非線性輸入和輸出的散點圖。 輸出處的信號星座圖顯示矩形64-QAM星座圖的散射和扭曲,從而導致BER差。

2、預失真模塊補償和抵消非線性失真

    由於Saleh模型是直至飽和點的理想單調函數,因此可以實現理想的預失真設備,通過計算非線性特徵的反函數來精確補償失真。 具體而言,此處介紹的S函數可實現精確的補償,並且是理想的線性化器。 標記爲nlinvd.m的S函數在MATLAB中實現。 m函數定義如下:

% Inverese Saleh AM/AM & AM&PM
function inl = nlinvd(u)
% u2 = u^2;
% fam = 2.1587*u/(1+1.1517*u2);
% fpm = 4.0033*u2/(1+9.1040*u2);
% aa = .8*2.1587;
% ba = .8*1.1517;
aa = 2.1587;
ba = 1.1517;
ap = 4.0033;
bp = 9.1040;
magam = abs(u);
xu = aa/magam;
nu = (xu-(xu^2-4*ba)^.5)/(2*ba);
nu2 = nu^2;
nang = ap*nu2/(1+bp*nu2);
nuang = angle(u)-nang;
inl = nu*exp(j*nuang);
end

    如圖,在QAM調製器輸出和Saleh非線性之間加入了預失真塊。不帶非線性器件且帶有預失真塊的BER爲0.014,帶非線性器件的BER爲0.165。 現在很明顯,預失真設備可以精確補償Saleh非線性效應。

    如圖所示,在預失真塊的輸入以及Saleh非線性的輸入和輸出處的散點圖也表明,輸入信號星座圖和Saleh輸出星座圖相同。 注意,預失真模塊將會使BER性能比理想情況下變差一些。

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