F-OFDM系统的功率放大器非线性失真优化设计

卿敏杰，罗志年

(湖南大学信息科学与工程学院，湖南 长沙410082)

1 引言

增强型移动宽带(eMBB)，大规模机器类型通信(mMTC)和超可靠低延迟通信(uRLLC)定义为第5代(5G)无线通信的三大主要应用场景[1]。为符合5G通信的严格要求，从物理层角度看，与基于正交频分复用(OFDM)的LTE系统[2]相比，最基本和关键的挑战是新的波形设计需实现多业务信号的多路复用和分离[3]。因此，候选F-OFDM技术的设计提供未来应用所需的灵活性，并被认为是类OFDM(OFDM-like)调制。OFDM调制系统中循环前缀将占用数据流中的一些空间，而F-OFDM系统将滤波器添加到系统中，使滤波器长度大于循环前缀长度，则F-OFDM波形可以实现期望的频率定位带宽，其窄至几十个子载波，同时将符号间干扰(Inter-symbol Interference，ISI)或载波间干扰(Inter-carrier Interference，ICI)保持在可接受的限度内[4]。两者的PAPR值不同，但它们之间的差异并不显著。因此，两种调制方案中使用的波峰因子降低技术不会出现显著的性能差异，但F-OFDM波形在低功率谱密度(Power Spectral Density，PSD)旁瓣方面表现出优异的性能。

高峰均比信号通过非线性功率放大器(Power Amplifier，PA)传输时，会产生频谱展宽，增加数模转换器的动态范围，降低了PA的工作效率。而波峰因子降低(Crest Factor Reduction，CFR)技术是降低PAPR的有效方法，旨在减少饱和点以上的饱和区域中产生的非线性失真。波峰因子降低技术包括传统的限幅、限幅滤波(Clipping and Filtering，CAF)以及一些不存在带内失真的方法，如部分传输序列(Partial Transmit Sequence，PTS)和选择性映射(SeLective Mapping，SLM)等，但它们需要发送边信息，以便接收机能够恢复出调制信号，从而降低吞吐量[5]。PA是RF电信系统不可或缺的设备之一，具有高功率效率的工作点总是接近饱和区域，会产生严重的非线性效应和带外辐射，引起带内失真，这可能干扰相邻频带中的其他信号传输。……