非线性功率放大器对QAM传输BER性能的影响及补偿

1、非线性功率放大器对传输性能的影响

    为表述非线性功率放大器对传输性能的影响，以Saleh模型进行观察。具体来说，在QAM调制器之后添加一个非线性模块，使调制后的波形经历AM / AM和AM / PM转换。 在Saleh模型中，转换用四个参数表示，即AM / AM转换为????a和????a，AM / PM转换为????p和????p。 在Saleh模型中，AM / AM和AM / PM方程以输入电压u的大小表示为：

式中，FAM / AM是AM / AM转换的输出电压与输入电压的关系，而FAM / PM是AM / PM转换的输出相位与输入电压的关系。

如图，基于Saleh模型的使用64-QAM在有无非线性PA的情况下的BER仿真。Saleh模块参数设置为：

    在QAM调制器和解调器中选择峰值功率，????b = 15 dB，仿真时间= 100,000 s。 不使用非线性器件的BER为0.014，使用非线性器件的BER为0.165，因此表明非线性器件会产生很大的损失。

  如图给出了Saleh非线性输入和输出的散点图。 输出处的信号星座图显示矩形64-QAM星座图的散射和扭曲，从而导致BER差。

2、预失真模块补偿和抵消非线性失真

    由于Saleh模型是直至饱和点的理想单调函数，因此可以实现理想的预失真设备，通过计算非线性特征的反函数来精确补偿失真。 具体而言，此处介绍的S函数可实现精确的补偿，并且是理想的线性化器。 标记为nlinvd.m的S函数在MATLAB中实现。 m函数定义如下：

% 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

    如图，在QAM调制器输出和Saleh非线性之间加入了预失真块。不带非线性器件且带有预失真块的BER为0.014，带非线性器件的BER为0.165。 现在很明显，预失真设备可以精确补偿Saleh非线性效应。

    如图所示，在预失真块的输入以及Saleh非线性的输入和输出处的散点图也表明，输入信号星座图和Saleh输出星座图相同。 注意，预失真模块将会使BER性能比理想情况下变差一些。