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

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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[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)。

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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。

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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)。

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