駱 希，黃榮鑫，顏 宏，張 舟

（重慶金美通信有限責(zé)任公司，重慶400030）

0 引 言

隨著信息技術(shù)與無人升空平臺的不斷發(fā)展，偵察、干擾、察打一體等無人機戰(zhàn)術(shù)應(yīng)用成為主流?；跓o人機升空平臺爭奪空域、信息域控制權(quán)，已成為新的重要戰(zhàn)略制高點。國內(nèi)軍用無人機測控系統(tǒng)在裝備上已初具規(guī)模，“一點對多點”測控系統(tǒng)逐漸成為主流發(fā)展趨勢?！耙稽c對多點”測控系統(tǒng)需實現(xiàn)一個地面測控終端設(shè)備同時與多個機載測控終端設(shè)備遙控、遙測傳輸。多通道的波形合并會導(dǎo)致輸出波形存在較大的峰均比特性。功率放大器通常有一個極限的線性區(qū)域。當(dāng)信號超出功放的動態(tài)范圍不能被線性放大時，將會導(dǎo)致嚴重的信號失真。目前，主流的處理方式是功放回退。功放回退會造成系統(tǒng)傳輸增益的降低，影響測控鏈路裕量。傳輸高峰均比波形對通道的動態(tài)范圍、線性度提出了較高的要求，尤其對射頻放大器的設(shè)計提出了挑戰(zhàn)。

1 “一點對多點”的波形特性

為滿足測控系統(tǒng)”一點對多點”同空協(xié)同飛行多個無人機的技術(shù)要求，設(shè)計多址接入的技術(shù)體制實現(xiàn)“一點對多點”的測控數(shù)據(jù)鏈。系統(tǒng)選擇碼分多址的方案實現(xiàn)上行遙控鏈路，僅適度增加數(shù)字處理的復(fù)雜度，通過公用射頻發(fā)通道、載波頻率，實現(xiàn)最大規(guī)?！耙稽c對多點”的鏈路傳輸。

“一點對多點”測控系統(tǒng)在多通道同時發(fā)送時，多路波形疊加后出現(xiàn)高峰均比波形特性。峰均比PARR的定義為：

其中x(t)是調(diào)制后的時域連續(xù)信號，NT表示有效數(shù)據(jù)塊的長度。低階調(diào)制波形通常峰均比較低，其中恒包絡(luò)調(diào)制具備類似單音信號的低波峰因子特性，而常規(guī)的CPM、QPSK、8PSK、16QAM隨著低階至高階調(diào)制的演進，波峰因子成單調(diào)遞增趨勢。

通常采用互補累計概率分布函數(shù)（CCDF）衡量一個發(fā)送數(shù)據(jù)塊的峰均比超過給定門限值的概率。當(dāng)設(shè)計L波段的大功率功放時，考慮設(shè)計難度及整機功耗效率。通常，16QAM調(diào)制波形經(jīng)功放時將回退至不大于30 dBm的輸出功率狀態(tài)。本項目使用FPGA[1-4]實現(xiàn)，采用矢量擴頻調(diào)制，波形特性為準恒包絡(luò)，均有較優(yōu)良的峰均比特性?；凇耙稽c對多點”的應(yīng)用模式，多通道的載波聚合后波形峰均比將顯著提高。

圖1、圖2是單通道和多通道發(fā)端星座圖。采用CCDF對比分析16QAM與多通道載波聚合后的波形的峰均比特性，結(jié)果如圖3所示。圖3中X軸一格表示2 dBm，展示了16QAM、多通道合并、白噪聲的CCDF曲線。

圖1 單通道發(fā)端星座圖

圖2 多通道發(fā)端星座圖

圖3 16QAM與多通道CCDF對比

2 時域脈沖抵消峰均比抑制

主流的峰均比抑制（CFR[5-7]）技術(shù)可分為：信號預(yù)畸變類、編碼類和概率類。其中，信號預(yù)畸變類會引入袋內(nèi)信號失真、帶外頻譜泄露，需要嚴格控制削波的畸變程度。但是，相對編碼類、概率類的降峰均比方式，信號預(yù)畸變不需引入冗余信息，不需占用傳輸帶寬，接收端在出現(xiàn)錯碼時也不引入誤碼擴散。“一點對多點”測控系統(tǒng)選擇采用Xilinx、IT公司均推薦的PC-CFR峰均比抑制算法。

PC-CFR是脈沖發(fā)生器產(chǎn)生時域波形抵消OFDM調(diào)制時域信號中高峰均比的波形。抵消脈沖發(fā)生器的幅頻特性是基于信號頻譜的帶寬而設(shè)計，可保證峰值抵消后帶外頻譜泄漏和帶內(nèi)的非線性失真。峰值檢測與脈沖分配器實現(xiàn)脈沖抵消的同步定位。信號處理的原理，如圖4所示。

在PC-CFR方案中，由頻譜成形而再生的信號是基于峰值采樣點的。這一信號在經(jīng)過合適的延遲處理后，被用于削減超過閥值的原始峰值信號。圖5為削波門限、削波前、削波后的數(shù)據(jù)波形對比。

圖4 PC-CFR原理

圖5 削波前后波形對比

作為只用峰值采樣點進行消減的簡化方法，它的失真度較小，且需更少的計算開銷。

在每一個PC-CFR過程中，包含高達4個消除脈沖發(fā)生器（CPG），并具有涉及復(fù)雜縮放的峰值縮放功能。

PC-CFR算法具有以下幾個特點：

（1）時域抵消脈沖嚴格按照傳輸信號幅頻特性設(shè)計生成，時域相減后可充分保證對頻譜帶外泄漏的抑制；

（2）針對時域調(diào)制波形進行削波，基帶信號和帶通信號均可采用；

（3）一次削波后可能引入新的高峰值波形，至少需要進行2次的迭代運算；

（4）抵消脈沖濾波器可采用查找表設(shè)計，硬件資源消耗量較??；

（5）時域削波無法精確控制每個子載波的EVM[8]，從概率上存在超過EVM門限的子載波信號。

3 建模仿真與實測應(yīng)用

建模采用MATLAB軟件進行浮點仿真，發(fā)現(xiàn)一次削波后可能引入新的高峰值波形，而脈沖抵消需進行2～3次迭代運算。綜合削波性能、處理延時、實現(xiàn)代價等因素，最終選定2次迭代的脈沖抵消方案。編程設(shè)計PC-CFR模塊的VHDL程序，通過Modelsim軟件進行語法檢查、功能性仿真，采用Xilinx公司ISE14.4軟件對硬件描述語言進行綜合、布線，生產(chǎn)目標程序下載至型號為XC7K160T的FPGA芯片進行上電調(diào)試。仿真信源為地面測控終端多通道合并后的基帶調(diào)制信號，利用R&S儀器測試其性能。削波前后的CCDF如圖6所示。

圖6 多通道削波前后CCDF對比

其中，X軸一格表示2 dBm。圖6代表了削波前、削波后、白噪聲的CCDF。可以看出，脈沖抵消峰均比抑制技術(shù)有效較低了基帶調(diào)制波形的波峰因子。但是，削波會引入一定程度的發(fā)送端波形信噪比惡化。削波門限將折中選取，在保證接收靈敏度不下降的前提下，進行削波抑制處理。

對比測試加載峰均比抑制技術(shù)后對系統(tǒng)傳輸增益的影響。系統(tǒng)傳輸增益由發(fā)射功率、收/發(fā)天線增益、接收靈敏度等共同決定。設(shè)備連接如圖7所示，將發(fā)射機功放設(shè)置為最大功率輸出狀態(tài)，分別測試加載峰均比抑制模塊前后接收機可正常接收（誤碼率≤10-5）的最大衰減值。實測結(jié)果：加載峰均比抑制后可發(fā)射機輸出功率增加3 dBm（功率計測量），且極限衰減值可多承受3 dB。

圖7 效果驗證設(shè)備連接圖

4 結(jié) 語

經(jīng)實測，本測控系統(tǒng)加載峰均比抑制技術(shù)后，可實現(xiàn)不影響接收靈敏度的前提下提高信號發(fā)射功率3 dBm，最終系統(tǒng)傳輸增益增加3 dB，顯著提升了鏈路傳輸抗衰落的能力。

參考文獻：

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