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    峰值抵消CFR算法設(shè)計(jì)及FPGA實(shí)現(xiàn)

    2014-09-01 15:48:43徐鐵喜
    新媒體研究 2014年12期

    摘要目前比較先進(jìn)的無線通信系統(tǒng),其信號(hào)峰均比較高,為保證信號(hào)不失真,必須要進(jìn)行功放回退,從而導(dǎo)致功放效率下降。鑒于此問題,文章首先對(duì)波峰因子降低(CFR)算法進(jìn)行了介紹,根據(jù)不同CFR算法性能對(duì)比,選擇性能較好的峰值抵消CFR(PC_CFR)算法,然后對(duì)PC_CFR算法進(jìn)行了MATLAB仿真及分析,最后對(duì)該算法進(jìn)行了設(shè)計(jì),并在FPGA上進(jìn)行了實(shí)現(xiàn)。通過對(duì)Modelsim仿真結(jié)果的分析和硬件平臺(tái)的實(shí)際測(cè)試,在保證EVM指標(biāo)的條件下,可以獲得降低PAPR約2.5 dB的效果,對(duì)提高功放效率具有重要的實(shí)用價(jià)值。

    關(guān)鍵詞削峰;峰值抵消削峰;峰均比;功率放大器

    中圖分類號(hào):TN929.5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B 文章編號(hào):1671-7597(2014)12-0052-03

    目前先進(jìn)的WCDMA、OFDM系統(tǒng)都存在多載波的應(yīng)用,而該類系統(tǒng)的信號(hào)有一個(gè)共性是存在較高的峰均比(PAPR)。然而對(duì)于功率放大器而言,其線性工作區(qū)域是有限的,為了保持系統(tǒng)信號(hào)不失真,對(duì)于較高峰均比的信號(hào),功率放大器就要進(jìn)行一定的回退,這就造成了射頻功率放大器效率的下降。

    鑒于此問題,目前通常采用CFR技術(shù)對(duì)進(jìn)行功率放大器前的信號(hào)進(jìn)行削峰,以到達(dá)有效降低系統(tǒng)信號(hào)的峰均比的效果,通過降低信號(hào)的峰均比,來減少功率放大器的回退,從而提供功率放大器的效率。因此CFR算法對(duì)提高功率放大器的效率具有重要作用。

    1CFR技術(shù)介紹

    目前對(duì)CFR算法[1]的研究主要集中在限幅類算法、編碼類算法和概率類算法三個(gè)方面。限幅類算法的相對(duì)成熟、簡單,比較易于實(shí)現(xiàn),修改及維護(hù)較為靈活,但因采用非線性的處理方法,在獲得一定抑制峰均比的同時(shí),會(huì)帶來頻譜泄露和帶外干擾,造成EVM和ALCR指標(biāo)的惡化。

    編碼類算法和概率類算法均從信源進(jìn)行處理,前者通過對(duì)信息碼源進(jìn)行特殊的編碼,使調(diào)制后的信號(hào)峰均比得到控制,后者是通過特殊的映射打破子載波相位的一致性,降低同相位信號(hào)的出現(xiàn)概率,從而達(dá)到降低峰均比的效果。編碼類算法和概率類算法的特點(diǎn)是在保證信號(hào)不失真的情況下,可以得到有效的峰均比抑制,但其計(jì)算復(fù)雜度高,對(duì)系統(tǒng)資料要求較高,冗余信息造成傳輸效率較低,接收機(jī)也將針對(duì)信源的處理方式做相應(yīng)逆處理,實(shí)現(xiàn)不靈活。因此實(shí)際應(yīng)用中基本都采用限幅類算法。

    圖1限幅類CFR算法的主要區(qū)別

    1)限幅類CFR算法的原理。對(duì)限幅類CFR算法研究最多的是峰值加窗法、噪聲成型法和峰值對(duì)消法。該類算法的基本思想是基于一個(gè)預(yù)定的削峰門限值,對(duì)超過門限值的信號(hào)進(jìn)行處理。三種算法的主要區(qū)別如圖1所示。

    根據(jù)圖1中的對(duì)比可知,限幅類CFR算法的只要區(qū)別就是如何對(duì)超出門限的信號(hào)進(jìn)行處理,就處理結(jié)果而言,最佳的限幅類CFR算法應(yīng)該具有能有效地降低信號(hào)的峰均比,同時(shí)又能保證最大程度減少信號(hào)失真的性能。

    2)限幅類CFR算法性能對(duì)比。根據(jù)限幅類CFR算法的處理方法,可以對(duì)CFR進(jìn)行多次迭代,以確保最終的削峰效果,防止有超過門限的信號(hào)漏過,Xilinx提供的三種限幅類CFR算法的性能仿真結(jié)果[2]如圖2所示。

    圖2限幅類CFR算法的性能仿真對(duì)比

    從圖2的仿真結(jié)果可以看出,在EVM指標(biāo)要求相同的情況下,實(shí)現(xiàn)削峰能力PC_CFR>NS_CFR>PW_CFR,其中PC_CFR可以獲得最佳的削峰效果;對(duì)于迭代的次數(shù),其兩次迭代和三次迭代的效果基本一致,考慮到算法實(shí)現(xiàn)所需要的FPGA資源和信號(hào)時(shí)延問題,實(shí)際應(yīng)用中一般采樣兩次迭代就可以達(dá)到指標(biāo)要求。綜合以上分析,本文選擇峰值對(duì)消法(PC_CFR)算法作為研究和實(shí)現(xiàn)對(duì)象。

    2PC_CFR算法設(shè)計(jì)

    PC_CFR算法[2]的基本原理是將超過門限的信號(hào)峰值減去與輸入信號(hào)頻譜相匹配的譜狀脈沖,從而實(shí)現(xiàn)降低信號(hào)峰均比的目的。

    1)PC_CFR算法的原理。PC_CFR的基本原理框圖如圖3所示。

    圖3PC_CFR算法的原理框圖

    圖3為PC_CFR算法實(shí)現(xiàn)削峰的過程,峰值檢測(cè)模塊檢測(cè)輸入信號(hào)的幅度,提供每個(gè)峰值位置指示信號(hào)以及對(duì)應(yīng)峰值的幅度和相位信息;峰值縮放模塊根據(jù)峰值幅度和門限值產(chǎn)生幅度差值,幅度差與相位信息結(jié)合產(chǎn)生復(fù)數(shù)加權(quán),用來縮放削峰脈沖的系數(shù),在進(jìn)行峰值縮放的同時(shí),分配器將為檢測(cè)到的峰值信號(hào)分配一個(gè)削峰脈沖產(chǎn)生器進(jìn)行削峰,削峰后的信號(hào)再乘以縮放削峰脈沖的系數(shù),最后進(jìn)行求和得到削峰后的信號(hào)。

    PC_CFR算法的主要功能模塊有峰值檢測(cè)、峰值縮放、分配器、削峰脈沖產(chǎn)生器(Cancellation pulse generation:CPG)。其中削峰脈沖產(chǎn)生器為PC_CFR算法的核心部分,濾波器系數(shù)的設(shè)計(jì)關(guān)系到削峰對(duì)EVM指標(biāo)的影響,其長度及個(gè)數(shù)決定了削峰的效率。

    2)峰值檢測(cè)。峰值檢測(cè)模塊首先要計(jì)算輸入信號(hào)的幅度和相位,然后將超出門限的幅度和相位指示出來。計(jì)算信號(hào)的幅度和相位用坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)算法(CORDIC)來實(shí)現(xiàn);對(duì)于信號(hào)峰值,則以超過門限一定區(qū)間為范圍,找出該區(qū)間內(nèi)的最大峰值作為檢測(cè)到的峰值。

    在檢測(cè)到峰值信號(hào)后,該模塊要給出峰值信號(hào)的指示信號(hào),并給出指示脈沖與峰值信號(hào)的時(shí)延,指示信號(hào)和時(shí)延信息供后續(xù)模塊使用。該方法的優(yōu)點(diǎn)在于可避免連續(xù)檢測(cè)出超過門限的峰值,減少削峰后信號(hào)的頻譜再生效應(yīng)。

    3)峰值縮放。峰值檢測(cè)到的峰值和相位作為該模塊的輸入,該模塊決定復(fù)數(shù)縮放,其縮放幅度等于信號(hào)峰值與門限值之差,相位就是峰值信號(hào)的相位信息。其數(shù)學(xué)表達(dá)式如下:

    (1)

    式中,:復(fù)數(shù)縮放值,:信號(hào)的峰值幅度,:消峰門限值,:為峰值信號(hào)的相位。該功能可以利用復(fù)數(shù)乘法器來實(shí)現(xiàn)。

    4)分配器。分配器包括峰值分配器和CPG分配器。其中峰值分配器根據(jù)提供的峰值時(shí)延和設(shè)定允許最大時(shí)延,計(jì)算出峰值縮放后的指示信號(hào),該指示信號(hào)對(duì)應(yīng)與縮放系數(shù)。

    CPG分配器控制著整個(gè)削峰運(yùn)算中的CPG的資源分布。當(dāng)?shù)谝粋€(gè)峰值到來時(shí),分配器分配第一CPG進(jìn)行削峰,同時(shí)標(biāo)注第一個(gè)CPG被占用,整個(gè)削峰脈沖長度內(nèi)均被占用,當(dāng)?shù)诙€(gè)峰值到來時(shí),分配器檢測(cè)各個(gè)CPG的狀態(tài),分配一個(gè)閑置的CPG進(jìn)行削峰,如所有的CPG均被占用,則本次不進(jìn)行削峰,該峰值將在第二次迭代時(shí)在進(jìn)行削峰處理。

    在實(shí)際應(yīng)用中會(huì)出現(xiàn)高密度的峰值過門限,這將導(dǎo)致CPG的分配達(dá)不到最優(yōu),造成峰值再生,惡化EVM指標(biāo),為減少這個(gè)影響,在CPG分配器中引入分配器間隔參數(shù),距離一個(gè)已分配峰值小于該參數(shù)的峰值將不進(jìn)行削峰,對(duì)小于分配器間隔的峰值安排在第二次迭代中進(jìn)行削峰處理。

    5)削峰脈沖產(chǎn)生器。削峰脈沖產(chǎn)生器[3]的設(shè)計(jì)是PC_CFR算法的核心。削峰脈沖要求設(shè)計(jì)成與輸入信號(hào)具有相同的頻帶,削峰脈沖的系數(shù)可以通過濾波器設(shè)計(jì)的方法得到。首先要設(shè)計(jì)一個(gè)與單載波頻譜相匹配的原型濾波器,如果輸入信號(hào)是單載波,則原型濾波器的系數(shù)就是削峰脈沖所需要的系數(shù)。對(duì)于多載波配置,要在原型濾波器的基礎(chǔ)上進(jìn)行頻率搬移,搬移后的原型濾波器復(fù)制品要求放置在每路載波的中心頻點(diǎn)處,然后將這些原型濾波器的復(fù)制品相加求出一個(gè)復(fù)合的多頻帶濾波器,該復(fù)合多頻帶濾波器的系數(shù)就是削峰要求的系數(shù)。以WCDMA單載波為例,其原型濾波器的頻譜如圖4所示。

    圖4WCDMA單載波原型濾波器幅頻響應(yīng)

    在設(shè)計(jì)原型濾波器時(shí),要在削峰脈沖長度與頻率響應(yīng)之間做折中,在頻域中要得到過渡頻帶陡峭的濾波器就需要加長濾波器的長度,對(duì)PC_CFR來說這樣限制了處理峰值的密度。反之,濾波器長度較小,其對(duì)應(yīng)的過渡頻帶較寬。在允許一定的帶外泄露,同時(shí)滿足ACLR的指標(biāo)的情況下,這樣的濾波器就可以了。

    endprint

    利用FPGA實(shí)現(xiàn)PC_CFR算法,其削峰脈沖的原型濾波器系數(shù)可以預(yù)先計(jì)算好,對(duì)于多載波配置的削峰也利用MATAB預(yù)先計(jì)算好,然后根據(jù)載波配置,通過外圍處理器ARM來將對(duì)應(yīng)的系數(shù)配置到FPGA來實(shí)現(xiàn)削峰,這樣設(shè)計(jì)既可以靈活方便地修改削峰脈沖系數(shù),又可以節(jié)省FPGA資源,降低實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度。

    3PC_CFR算法的MATLAB仿真及FPGA設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

    1)PC_CFR算法的MATAB仿真結(jié)果。為驗(yàn)證PC_CFR算法,本文以WCDMA單載波為例,用MATALB進(jìn)行仿真,PC_CFR算法采用兩次迭代,設(shè)定的削峰后的峰均比為7 dB,其兩次迭代的時(shí)域仿真結(jié)果結(jié)果如圖5所示,經(jīng)過PC_CFR算法前后的頻譜及CCDF曲線如圖6所示。

    圖5PC_CFR輸入輸出時(shí)域圖

    圖6WCDMA單載波削峰效果

    從圖5的時(shí)域信號(hào)幅度可以看出經(jīng)過兩次迭代WCDMA的峰值得到了有效的降低,基本都在設(shè)定門限之下。從圖6可知,其輸入WCDMA單載波的峰均比為9.9 dB;經(jīng)過PC_CFR算法后得到的峰均比為7.11 dB。使信號(hào)的峰均比降低了約2.8 dB,消峰后的EVM指標(biāo)約為4.32%。

    2)PC_CFR算法的FPGA實(shí)現(xiàn)與實(shí)現(xiàn)。根據(jù)PC_CFR算法設(shè)計(jì),其FPGA的頂層設(shè)計(jì)如圖7所示。

    圖7PC_CFR頂層框圖

    PC_CFR算法經(jīng)過FPGA實(shí)現(xiàn)后,利用Modelsim SE進(jìn)行仿真,將PC_CFR算法輸出的數(shù)據(jù)導(dǎo)入到MATALB進(jìn)行分析,其MATLAB時(shí)域分析結(jié)果如圖8所示,同時(shí)Modelsim SE的時(shí)序仿真結(jié)果如圖9所示。

    圖8FPGA仿真數(shù)據(jù)MATALB分析結(jié)果

    圖9PC_CFR算法FPGA實(shí)現(xiàn)仿真結(jié)果

    從圖8、圖9的仿真結(jié)果可以看出,F(xiàn)PGA的實(shí)現(xiàn)仿真結(jié)果和PC_CFR算法的MATLAB仿真結(jié)果是一致的,這可以從仿真上說明PC_CFR算法在FPGA內(nèi)的實(shí)現(xiàn)是完全正確的。

    4PC_CFR算法硬件測(cè)試結(jié)果

    從仿真結(jié)果已可以證明算法的正確性,但是為進(jìn)一步驗(yàn)證算法的正確性,以WCDMA單載波為例,將FPGA的燒寫文件下載到硬件平臺(tái)進(jìn)行驗(yàn)證,用頻譜儀測(cè)試了WCDMA削峰前后的CCDF曲線和頻譜密度,并對(duì)WCDMA信號(hào)削峰后的EVM指標(biāo)進(jìn)行了測(cè)試。其測(cè)試結(jié)果分別如圖10、圖11和圖12所示。

    圖10WCDMA單載波削峰前后的頻譜密度

    圖11WCDMA單載波削峰前后的CCDF曲線

    圖12WCDMA單載波削峰后的EVM指標(biāo)

    從圖10可以看出,削峰前后對(duì)ACLR的指標(biāo)基本沒有影響,從圖11和圖12可知,WCDMA單載波削峰前的信號(hào)峰均比為9.94 dB,削峰后的信號(hào)峰均比為7.25 dB,大約削了2.7 dB,削峰后的EVM指標(biāo)為5.22%,而3GPP標(biāo)準(zhǔn)要求的指標(biāo)為小于8%,EVM指標(biāo)滿足要求。硬件實(shí)際測(cè)試結(jié)果證明PC_CFR算法的實(shí)現(xiàn)結(jié)果基本和MATLB仿真結(jié)果一致,達(dá)到了預(yù)期的效果。

    本文研究了PC_CFR算法,并進(jìn)行了MATLAB算法仿真和設(shè)計(jì),最后在FPGA上進(jìn)行了算法實(shí)現(xiàn),實(shí)際測(cè)試結(jié)果表明PC_CFR算法具有良好的性能,削峰前后頻譜基本沒有惡化,減少了鄰道干擾[4],且EVM指標(biāo)也滿足3GPP標(biāo)準(zhǔn)要求[5]。信號(hào)峰均比的降低,可降低功放動(dòng)態(tài)線性范圍的要求,有效的提高了功放的效率,因此PC_CFR算法具有良好的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

    參考文獻(xiàn)

    [1]喬溫蔚OFDM系統(tǒng)峰均比抑制技術(shù)研究與FPGA實(shí)現(xiàn)[D].西安:電子科技大學(xué),2011.

    [2]Xilinx Application Note XAPP1033,"Peak Cancellation Crest Factor Reduction Reference Design",December 2007.

    [3]Xilinx,LogiCORE IP Peak Cancellation Crest Factor Reduction v3.0,DS846,2011.

    [4]孫煜,吳曉芳.降峰均比技術(shù)在WCDMA技術(shù)中的應(yīng)用[J].電子測(cè)量技術(shù),2011,34(5):12-14.

    [5]KIMWJ,CHOKJ,STAPLETONSP,etal.An efficient crest factor reduction technique for wideband applications[J]. Analog Integrated Circuits and Signal Processing,2007,51(1):19-26.

    作者簡介

    徐鐵喜(1982-),男,工程師,主要從事無線通信技術(shù)研究及相關(guān)FPGA設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。

    endprint

    利用FPGA實(shí)現(xiàn)PC_CFR算法,其削峰脈沖的原型濾波器系數(shù)可以預(yù)先計(jì)算好,對(duì)于多載波配置的削峰也利用MATAB預(yù)先計(jì)算好,然后根據(jù)載波配置,通過外圍處理器ARM來將對(duì)應(yīng)的系數(shù)配置到FPGA來實(shí)現(xiàn)削峰,這樣設(shè)計(jì)既可以靈活方便地修改削峰脈沖系數(shù),又可以節(jié)省FPGA資源,降低實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度。

    3PC_CFR算法的MATLAB仿真及FPGA設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

    1)PC_CFR算法的MATAB仿真結(jié)果。為驗(yàn)證PC_CFR算法,本文以WCDMA單載波為例,用MATALB進(jìn)行仿真,PC_CFR算法采用兩次迭代,設(shè)定的削峰后的峰均比為7 dB,其兩次迭代的時(shí)域仿真結(jié)果結(jié)果如圖5所示,經(jīng)過PC_CFR算法前后的頻譜及CCDF曲線如圖6所示。

    圖5PC_CFR輸入輸出時(shí)域圖

    圖6WCDMA單載波削峰效果

    從圖5的時(shí)域信號(hào)幅度可以看出經(jīng)過兩次迭代WCDMA的峰值得到了有效的降低,基本都在設(shè)定門限之下。從圖6可知,其輸入WCDMA單載波的峰均比為9.9 dB;經(jīng)過PC_CFR算法后得到的峰均比為7.11 dB。使信號(hào)的峰均比降低了約2.8 dB,消峰后的EVM指標(biāo)約為4.32%。

    2)PC_CFR算法的FPGA實(shí)現(xiàn)與實(shí)現(xiàn)。根據(jù)PC_CFR算法設(shè)計(jì),其FPGA的頂層設(shè)計(jì)如圖7所示。

    圖7PC_CFR頂層框圖

    PC_CFR算法經(jīng)過FPGA實(shí)現(xiàn)后,利用Modelsim SE進(jìn)行仿真,將PC_CFR算法輸出的數(shù)據(jù)導(dǎo)入到MATALB進(jìn)行分析,其MATLAB時(shí)域分析結(jié)果如圖8所示,同時(shí)Modelsim SE的時(shí)序仿真結(jié)果如圖9所示。

    圖8FPGA仿真數(shù)據(jù)MATALB分析結(jié)果

    圖9PC_CFR算法FPGA實(shí)現(xiàn)仿真結(jié)果

    從圖8、圖9的仿真結(jié)果可以看出,F(xiàn)PGA的實(shí)現(xiàn)仿真結(jié)果和PC_CFR算法的MATLAB仿真結(jié)果是一致的,這可以從仿真上說明PC_CFR算法在FPGA內(nèi)的實(shí)現(xiàn)是完全正確的。

    4PC_CFR算法硬件測(cè)試結(jié)果

    從仿真結(jié)果已可以證明算法的正確性,但是為進(jìn)一步驗(yàn)證算法的正確性,以WCDMA單載波為例,將FPGA的燒寫文件下載到硬件平臺(tái)進(jìn)行驗(yàn)證,用頻譜儀測(cè)試了WCDMA削峰前后的CCDF曲線和頻譜密度,并對(duì)WCDMA信號(hào)削峰后的EVM指標(biāo)進(jìn)行了測(cè)試。其測(cè)試結(jié)果分別如圖10、圖11和圖12所示。

    圖10WCDMA單載波削峰前后的頻譜密度

    圖11WCDMA單載波削峰前后的CCDF曲線

    圖12WCDMA單載波削峰后的EVM指標(biāo)

    從圖10可以看出,削峰前后對(duì)ACLR的指標(biāo)基本沒有影響,從圖11和圖12可知,WCDMA單載波削峰前的信號(hào)峰均比為9.94 dB,削峰后的信號(hào)峰均比為7.25 dB,大約削了2.7 dB,削峰后的EVM指標(biāo)為5.22%,而3GPP標(biāo)準(zhǔn)要求的指標(biāo)為小于8%,EVM指標(biāo)滿足要求。硬件實(shí)際測(cè)試結(jié)果證明PC_CFR算法的實(shí)現(xiàn)結(jié)果基本和MATLB仿真結(jié)果一致,達(dá)到了預(yù)期的效果。

    本文研究了PC_CFR算法,并進(jìn)行了MATLAB算法仿真和設(shè)計(jì),最后在FPGA上進(jìn)行了算法實(shí)現(xiàn),實(shí)際測(cè)試結(jié)果表明PC_CFR算法具有良好的性能,削峰前后頻譜基本沒有惡化,減少了鄰道干擾[4],且EVM指標(biāo)也滿足3GPP標(biāo)準(zhǔn)要求[5]。信號(hào)峰均比的降低,可降低功放動(dòng)態(tài)線性范圍的要求,有效的提高了功放的效率,因此PC_CFR算法具有良好的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

    參考文獻(xiàn)

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    [2]Xilinx Application Note XAPP1033,"Peak Cancellation Crest Factor Reduction Reference Design",December 2007.

    [3]Xilinx,LogiCORE IP Peak Cancellation Crest Factor Reduction v3.0,DS846,2011.

    [4]孫煜,吳曉芳.降峰均比技術(shù)在WCDMA技術(shù)中的應(yīng)用[J].電子測(cè)量技術(shù),2011,34(5):12-14.

    [5]KIMWJ,CHOKJ,STAPLETONSP,etal.An efficient crest factor reduction technique for wideband applications[J]. Analog Integrated Circuits and Signal Processing,2007,51(1):19-26.

    作者簡介

    徐鐵喜(1982-),男,工程師,主要從事無線通信技術(shù)研究及相關(guān)FPGA設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。

    endprint

    利用FPGA實(shí)現(xiàn)PC_CFR算法,其削峰脈沖的原型濾波器系數(shù)可以預(yù)先計(jì)算好,對(duì)于多載波配置的削峰也利用MATAB預(yù)先計(jì)算好,然后根據(jù)載波配置,通過外圍處理器ARM來將對(duì)應(yīng)的系數(shù)配置到FPGA來實(shí)現(xiàn)削峰,這樣設(shè)計(jì)既可以靈活方便地修改削峰脈沖系數(shù),又可以節(jié)省FPGA資源,降低實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度。

    3PC_CFR算法的MATLAB仿真及FPGA設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

    1)PC_CFR算法的MATAB仿真結(jié)果。為驗(yàn)證PC_CFR算法,本文以WCDMA單載波為例,用MATALB進(jìn)行仿真,PC_CFR算法采用兩次迭代,設(shè)定的削峰后的峰均比為7 dB,其兩次迭代的時(shí)域仿真結(jié)果結(jié)果如圖5所示,經(jīng)過PC_CFR算法前后的頻譜及CCDF曲線如圖6所示。

    圖5PC_CFR輸入輸出時(shí)域圖

    圖6WCDMA單載波削峰效果

    從圖5的時(shí)域信號(hào)幅度可以看出經(jīng)過兩次迭代WCDMA的峰值得到了有效的降低,基本都在設(shè)定門限之下。從圖6可知,其輸入WCDMA單載波的峰均比為9.9 dB;經(jīng)過PC_CFR算法后得到的峰均比為7.11 dB。使信號(hào)的峰均比降低了約2.8 dB,消峰后的EVM指標(biāo)約為4.32%。

    2)PC_CFR算法的FPGA實(shí)現(xiàn)與實(shí)現(xiàn)。根據(jù)PC_CFR算法設(shè)計(jì),其FPGA的頂層設(shè)計(jì)如圖7所示。

    圖7PC_CFR頂層框圖

    PC_CFR算法經(jīng)過FPGA實(shí)現(xiàn)后,利用Modelsim SE進(jìn)行仿真,將PC_CFR算法輸出的數(shù)據(jù)導(dǎo)入到MATALB進(jìn)行分析,其MATLAB時(shí)域分析結(jié)果如圖8所示,同時(shí)Modelsim SE的時(shí)序仿真結(jié)果如圖9所示。

    圖8FPGA仿真數(shù)據(jù)MATALB分析結(jié)果

    圖9PC_CFR算法FPGA實(shí)現(xiàn)仿真結(jié)果

    從圖8、圖9的仿真結(jié)果可以看出,F(xiàn)PGA的實(shí)現(xiàn)仿真結(jié)果和PC_CFR算法的MATLAB仿真結(jié)果是一致的,這可以從仿真上說明PC_CFR算法在FPGA內(nèi)的實(shí)現(xiàn)是完全正確的。

    4PC_CFR算法硬件測(cè)試結(jié)果

    從仿真結(jié)果已可以證明算法的正確性,但是為進(jìn)一步驗(yàn)證算法的正確性,以WCDMA單載波為例,將FPGA的燒寫文件下載到硬件平臺(tái)進(jìn)行驗(yàn)證,用頻譜儀測(cè)試了WCDMA削峰前后的CCDF曲線和頻譜密度,并對(duì)WCDMA信號(hào)削峰后的EVM指標(biāo)進(jìn)行了測(cè)試。其測(cè)試結(jié)果分別如圖10、圖11和圖12所示。

    圖10WCDMA單載波削峰前后的頻譜密度

    圖11WCDMA單載波削峰前后的CCDF曲線

    圖12WCDMA單載波削峰后的EVM指標(biāo)

    從圖10可以看出,削峰前后對(duì)ACLR的指標(biāo)基本沒有影響,從圖11和圖12可知,WCDMA單載波削峰前的信號(hào)峰均比為9.94 dB,削峰后的信號(hào)峰均比為7.25 dB,大約削了2.7 dB,削峰后的EVM指標(biāo)為5.22%,而3GPP標(biāo)準(zhǔn)要求的指標(biāo)為小于8%,EVM指標(biāo)滿足要求。硬件實(shí)際測(cè)試結(jié)果證明PC_CFR算法的實(shí)現(xiàn)結(jié)果基本和MATLB仿真結(jié)果一致,達(dá)到了預(yù)期的效果。

    本文研究了PC_CFR算法,并進(jìn)行了MATLAB算法仿真和設(shè)計(jì),最后在FPGA上進(jìn)行了算法實(shí)現(xiàn),實(shí)際測(cè)試結(jié)果表明PC_CFR算法具有良好的性能,削峰前后頻譜基本沒有惡化,減少了鄰道干擾[4],且EVM指標(biāo)也滿足3GPP標(biāo)準(zhǔn)要求[5]。信號(hào)峰均比的降低,可降低功放動(dòng)態(tài)線性范圍的要求,有效的提高了功放的效率,因此PC_CFR算法具有良好的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

    參考文獻(xiàn)

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    作者簡介

    徐鐵喜(1982-),男,工程師,主要從事無線通信技術(shù)研究及相關(guān)FPGA設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。

    endprint

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