Blog Name

Keysight TS

четверг, 25 июня 2015 г.

Методы укрощения OFDM


Недавно я объяснил, почему модуляция OFDM получила столь широкое распространение в беспроводных приложениях, но почти ничего не сказал о её недостатках. Как радиоинженер, вы, наверное, догадываетесь, что их будет немало, и они создают проблемы при практической реализации изделий и при измерениях. Настало время взглянуть на парочку из них.
Близко расположенные поднесущие требуют малых фазовых шумов в процессе преобразования частоты, а широкая полоса сигналов означает, что важную роль играет АЧХ системы и канала передачи. К счастью, можно пожертвовать несколькими поднесущими, используемыми для передачи опорных и пилот-сигналов, и использовать их для непрерывной компенсации, в том числе фазового шума, АЧХ и погрешностей синхронизации.

Усилитель OFDM сигнала

Однако отслеживание пилот-сигнала не повышает линейности усилителя, которая очень важна в системах OFDM. Из центральной предельной теоремы следует, что большое число независимо модулируемых поднесущих OFDM создаёт результирующий сигнал, очень похожий на белый гауссовский шум, который в радиочастотном мире славится своей «непокорностью».
Стандартной мерой «непокорности» ВЧ сигналов является отношение пиковой мощности к средней (PAPR или PAR). Значение PAPR сигналов OFDM приближается к его значению для белого шума, которое равно примерно 10-12 дБ. Это значительно больше, чем для большинства сигналов с одной несущей, поэтому большая стоимость и низкий КПД высоколинейных усилителей, которые нужны, чтобы справиться с этой проблемой, могут свести на нет все преимущества OFDM.
Для снижения PAPR и реабилитации OFDM применялись разные методы, которые получили общее название «снижение пик-фактора» (CFR). Эти методы простираются от простого ограничения пиков, селективного сжатия и масштабирования до методов, требующих значительных вычислительных ресурсов, таких как активное расширение сигнального созвездия и резервирование тональных сигналов. Эффективность применения этих методов для снижения PAPR лучше всего демонстрируется комплементарной интегральной функцией распределения (CCDF):

Комплементарная интегральная функция распределения сигнала LTE-Advanced с полосой 20 МГц до и после применения алгоритма CFR. Сдвиг кривой влево снижает требования к линейности усилителя мощности LTE.
Ограничение пиков и сжатие особого успеха не имеют, поскольку являются нелинейными преобразованиями. Их врожденная нелинейность может создать те же проблемы, которые мы пытаемся преодолеть.
Как можно предположить, лучшее снижение PAPR без чрезмерного снижения качества модуляции или вредного влияния на соседние каналы обеспечивается методами, требующими более тщательной обработки цифрового сигнала. Это ещё один пример применения мощных современных сигнальных процессоров для повышения эффективности аналоговых схем, которые сами по себе прогрессируют значительно медленнее.
В методе резервирования тонального сигнала, подгруппа информационных поднесущих OFDM приносится в жертву или резервируется для CFR. Эти тональные сигналы модулируются индивидуально, но не данными. Вместо этого на лету рассчитываются соответствующие значения I/Q для подавления максимальных отклонений I/Q (пиковых значений ВЧ мощности), вызванных добавлением других поднесущих.
Поскольку все поднесущие по определению ортогональны, можно свободно манипулировать резервными поднесущими, не оказывая влияния на пилотные или информационные поднесущие. Таким образом, за CFR приходится расплачиваться в первую очередь вычислительной мощностью, а также потерей информационной ёмкости канала за счет принесения в жертву нескольких поднесущих.
На практике полная картина компромиссов более сложна, но один из примеров обсуждается в документе IEEE: “Пожертвовав для резервирования 11 из 256 тональных сигналов OFDM (4,3%), можно снизить аналоговый PAR беспроводных систем более чем на 3 дБ”. [1]
Это достаточно выгодная, но не единственно доступная сделка. Выше я упоминал активное расширение сигнального созвездия. Другие подходы включают селективное распределение и цифровые предыскажения. Все они имеют свои достоинства и недостатки, и я рассмотрю их в будущих публикациях.

[1] Применение метода активного набора для снижения PAR в OFDM путём резервирования тональных сигналов, документ доступен на сайте IEEE.org.

Комментариев нет:

Отправить комментарий