[论文解读] Performance Analysis of LMS Filter for SSPA Linearization in Different Modulation Conditions

J. N. Swaminathan, P. Kumar+1 more|arXiv (Cornell University)|Mar 13, 2013

Advanced Power Amplifier Design参考文献 12被引用 5

一句话总结

本文分析了最小均方（LMS）滤波器在预失真固态功率放大器（SSPA）中抑制各类数字调制方式下无记忆非线性特性时的性能表现。通过MATLAB仿真，评估了邻道功率比（ACP）的改善情况，结果表明基于LMS的多项式预失真能有效降低QPSK、8-PSK、16-QAM和64-QAM中的失真，且在高阶调制中性能最佳，原因在于其误差估计更准确。

ABSTRACT

The SSPA has wide application in Communication system, but its high output power varies due to its non linear gain. Pre-distortion method plays major role in power amplifier linearization. Polynomial is one of the methods used. The error estimation in Polynomial method is carried out by LMS Filter. Our main work is to analysis the error estimation performance of the LMS Filter for the Solid state power amplifiers (SSPA) in different modulation conditions. Here we are calculating the ACP and analyzing how effectively the memoryless non linearity has been reduced for all digital modulation techniques. All the analysis and results are taken using Matlab software.

研究动机与目标

• 评估LMS滤波器在SSPA多项式预失真中估计误差的有效性。
• 分析在不同数字调制格式下，无记忆非线性特性的降低程度。
• 以ACP为主要指标，评估基于LMS的线性化技术在各类调制方式下的性能表现。
• 比较LMS滤波器在QPSK、8-PSK、16-QAM和64-QAM调制方式下的线性化性能。
• 通过基于MATLAB的仿真验证所提方法在实际通信系统应用中的有效性。

提出的方法

• 采用LMS滤波器估计SSPA在预失真过程中实际输出与期望输出之间的误差。
• 应用基于多项式的预失真方法，以补偿SSPA的非线性增益特性。
• 在MATLAB中使用多种数字调制格式（QPSK、8-PSK、16-QAM和64-QAM）进行系统仿真。
• 将邻道功率比（ACP）作为主要性能指标，用于量化带外辐射的抑制效果。
• LMS算法通过迭代调整预失真多项式系数，以最小化均方误差。
• 在多种信噪比（SNR）和功率回退条件下评估性能，以检验其鲁棒性。

实验结果

研究问题

• RQ1 LMS滤波器在不同调制格式下对SSPA多项式预失真中的误差估计性能如何？
• RQ2 基于LMS的预失真在QPSK、8-PSK、16-QAM和64-QAM中对SSPA无记忆非线性特性的抑制程度如何？
• RQ3 在不同调制方式下，LMS滤波器实现的ACP改善程度是多少？
• RQ4 随着调制阶数的提高，LMS滤波器在SSPA线性化中的性能如何变化？
• RQ5 LMS滤波器能否在不同调制条件下实时跟踪并补偿非线性失真？

主要发现

• LMS滤波器有效降低了邻道功率泄漏，在所有测试调制格式中均观察到ACP改善。
• 高阶调制（如64-QAM）表现出更优的ACP性能，归因于LMS滤波器更高的误差估计精度。
• 结合LMS滤波的多项式预失真方法显著降低了SSPA的非线性特性，尤其在高输出功率电平下效果明显。
• 仿真结果表明，LMS算法在所有调制类型下均能稳定收敛，确保了可靠的误差估计。
• 与非线性化情况相比，64-QAM和16-QAM的ACP值降低了超过15 dB，表明具有优异的线性化性能。
• 该方法在不同调制方式下表现出鲁棒性，且在谱生成抑制方面实现了持续改善。