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電阻加熱器

QAM調(diào)制的峰均比(PAR)估算

發(fā)布日期：2022-10-18 點(diǎn)擊率：171

QAM是一種矢量調(diào)制，將輸入比特先映射（一般采用格雷碼）到一個(gè)復(fù)平面（星座）上，形成復(fù)數(shù)調(diào)制符號(hào)，然后將符號(hào)的I、Q分量（對(duì)應(yīng)復(fù)平面的實(shí)部和虛部，也就是水平和垂直方向）采用幅度調(diào)制，分別對(duì)應(yīng)兩個(gè)在時(shí)域上正交的載波。QAM應(yīng)用在很多通信系統(tǒng)中，如WIFI，LTE等通信系統(tǒng)。QAM是由I和Q路信號(hào)組成，如下表達(dá)式所示。 
 
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最簡(jiǎn)單的如BPSK，QPSK也屬于QAM調(diào)制，BPSK可以稱之為2QAM，QPSK可稱之為4QAM, 另外如高階調(diào)制16QAM，64QAM等，最新的wifi6標(biāo)準(zhǔn)需要支持1024QAM，越高階的QAM調(diào)制帶寬效率越高，但對(duì)transceiver設(shè)計(jì)越不友好，如引入更高的PAR，解調(diào)需要更高的SNR等。
 
PAR即peak-to-average ratio，峰均比可用功率的概念來(lái)定義，即傳輸信號(hào)（電壓或電流）的最大值平方和信號(hào)平方的平均值之比，計(jì)算dB的話是10log, 如果定義均方根之比的話，計(jì)算dB就是20log。
 
通常來(lái)說(shuō)峰均比越大，越不利于射頻transceiver設(shè)計(jì)，比如需設(shè)計(jì)更大動(dòng)態(tài)范圍DAC和ADC，PA需回退更多的功率等。PAR有大小，通常需要通信算法仿真得到，如以下表格，是3G和LTE信號(hào)統(tǒng)計(jì)結(jié)果，高于均值多少dB的可能性，如果定義可能性低于0.1%的值定義為峰值，那3G和LTE信號(hào)的PAR是3.2dB和6.4dB.
 
QAM調(diào)制的峰均比(PAR)估算
 
這篇筆記對(duì)QAM調(diào)制的PAR進(jìn)行簡(jiǎn)單的估算，可以有個(gè)大概的認(rèn)識(shí)。
 
單個(gè)載波的PAR估算
 
BPSK可以稱之為2QAM，QPSK可稱之為4QAM，如圖所示分別是BPSK和QPSK的星座圖：
 
QAM調(diào)制的峰均比(PAR)估算
QAM調(diào)制的峰均比(PAR)估算
 
可以看出，BPSK和QPSK是恒幅度調(diào)制，因此峰均比PAR=1，下圖是16QAM，假設(shè)每個(gè)星座點(diǎn)出現(xiàn)的可能性是一樣的，并假設(shè)二個(gè)相鄰的星座點(diǎn)相距2。
 
QAM調(diào)制的峰均比(PAR)估算
 
那么均方根：
 
QAM調(diào)制的峰均比(PAR)估算
 
那么 
 
QAM調(diào)制的峰均比(PAR)估算
 
對(duì)于b bit QAM ，星座圖上有M=2^b個(gè)symbol，如前面提到的16QAM的b=4,M=16, 其峰均比也可以簡(jiǎn)單估算，仍然假設(shè)星座圖上的每個(gè)點(diǎn)出現(xiàn)的概率是相同的，并且假設(shè)相鄰的二個(gè)點(diǎn)相距d，同時(shí)b是偶數(shù)（通信系統(tǒng)中b通常是偶數(shù)），則星座圖上的點(diǎn)具有以下幅度大小：
 
QAM調(diào)制的峰均比(PAR)估算
 
均方根的幅度為：
 
QAM調(diào)制的峰均比(PAR)估算
 
最大信號(hào)幅度為：
 
QAM調(diào)制的峰均比(PAR)估算
 
因此峰均比為：
 
QAM調(diào)制的峰均比(PAR)估算
 
這里的PARc代表的是載波具有的峰均比，對(duì)于正弦波PARc=1.4, M和PAR的關(guān)系如下圖，PAR的極限是 ，換算成dB為20log2.45=7.78dB。
 
QAM調(diào)制的峰均比(PAR)估算
 
以下列表出具體QAM對(duì)應(yīng)的PAR，這里區(qū)分基帶信號(hào)和上變頻后的射頻信號(hào)，上變頻后PAR增大1.4倍。
 
QAM調(diào)制的峰均比(PAR)估算
 
多載波的PAR估算
 
實(shí)際的通信系統(tǒng)，如WIFI，LTE等采用OFDM技術(shù)，使用很多相互正交的載波來(lái)傳輸信號(hào)，每個(gè)載波之間相互正交，這樣可以讓速率更快，但多個(gè)載波帶來(lái)的問(wèn)題是信號(hào)的PAR變高，更具相關(guān)文獻(xiàn)，如有N個(gè)子載波，PAR大約可增大2lnN倍。實(shí)際當(dāng)中，這么大的PAR是不可容忍的，由于出現(xiàn)峰值或接近峰值的概率是比較小的，需要通過(guò)仿真來(lái)確定低于某個(gè)概率下的值是多大來(lái)確定PAR, 同時(shí)在數(shù)字基帶處理的過(guò)程中，需要加CFR算法，CFR就是設(shè)定一定的門(mén)限，將PAR超過(guò)某個(gè)值的峰值削掉，可以大大的降低PAR，這在實(shí)際通信中會(huì)經(jīng)常用到，但如果CFR設(shè)定的門(mén)限過(guò)低，會(huì)造成信號(hào)旁邊的頻譜起來(lái)，影響通信，因此CFR削峰的能力是有限的。
 

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