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峰均比,PAR( Peak-to-Average Ratio) (转)

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峰均比,PAR( Peak-to-Average Ratio)  

2011-11-15 22:55:58|  分类: 工作相关技术 |举报|字号 订阅
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概念引入:无线信号从时域上观测是幅度不断变化的正弦波,幅度并不恒定,一个周期内的信号幅度峰值和其他周期内的幅度峰值是不一样的,因此每个周期的平均功率和峰值功率是不一样的。在一个较长的时间内,峰值功率是以某种概率出现的最大瞬态功率,通常概率取为0.01%。在这个概率下的峰值功率跟系统总的平均功率的比就是峰均比。在概率为0.01%处的PAR,一般称为峰值因子(CF CREST Factor,CF)。

PAPR=E{max(y^2)/E(y^2)};
其中y为多载波叠加在一起的波形信号,假设载波数较多,可将其看做高斯信号,根据高斯分布函数,可以导出PAPR与载波数的关系。
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影响系统峰均比的主要有4个因素
1.基带信号的峰均比(比如QAM调制的基带信号,峰均比就不为0,QPSK调制的基带信号为0(???评:这样说对吗?))。
2.由于基带滤波器造成的振铃现象,也就是过冲带来的峰均比。
3.多载波功率叠加带入的峰均比(这个比如OFDM的10*logN)。
4.载波本身带来的峰值因子(3dB)。对于正弦波来说,电压峰均比为1.414/1,那么功率峰均比就是2,10*log2 = 3dB。(???评:这样说对吗?)

 
        峰均比是度量空中接口信号的包络起伏程度的一个值。一般而言,未调制载波包络本身无起伏,所以“包络的最大值”与“包络的平均值”处处相等,峰均比为1的对数,值肯定为零。另外,所有恒包络调制,峰均比都为零。WCDMA与TDSCDMA为QPSK调制,如不加滤波,他们是恒包络调制,峰均比自然为零,但因为加了均方根升余弦滤波,包络不恒定了,峰均比自然就不为零了。(???评:这样说对吗?)
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描述:比较好的对PAR的描述是CCDF。
PAR:峰值功率与均值功率的比。

crest factor:(波峰因素):波形之峰值除以有效值。

PAR针对功率而言。比如在频谱仪里面测量的显示结果
crest factor针对波形(电压)。比如在基带信号处理里面用的CFR (crest factor reduction)

采用PAR还是crest factor,取决于表示或测量的方便而以。

 

OFDM中,N载波的峰均比最大值是单载波的N倍。

 

理解峰均比的概念是需要注意以下几点:
1.由于功率的峰均比是电压的峰均比的平方,PAR一般是指功率的峰均比,但也有书上把他当做电压的峰均比来用。
2.如果功率幅值随时间没有变化,即“包络的最大值”与“包络的平均值”处处相等,即“恒包络”信号的峰均比为1或者是0dB。
3.如果只考虑一个周期的无线信号纯正弦波,功率峰均比就是2,即3dB;而其电压的峰值因子CF就是功率峰均比的平方根1.414。但一般情况下,峰均比很少是指这种情况。
4.调制技术、多载波技术都可能带来较大的峰均比,峰均比过大不是什么好事,会影响很多射频器件的应用效率。

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        在扩频通信中,如CDMA,WCDMA,TD-SCDMA都存在峰均比,由于调制信号的不同如QPSK、QAM等,其峰均比也有差异,CDMA信号单载波在所有通道都开满的的情况下为13dB,WCDMA信号单载波为10.26dB,TD-SCDMA为12dB。理论上每增加一个载波峰均比提高一倍(加上10log2=3dB),即CDMA信号两载波为16dB, WCDMA信号两载波为13.26dB,TD-SCDMA两载波为15 dB 。但是实际上我们知道在多载波的情况下出现峰值会非常小,因此我们用AGLENT的信号源E4432,E4436,E4437,EEE38,观看CCDF,多载波情况下的峰均比都会比理论值小。由于峰均比和统计的定义相关因此不同型号,不同公司的仪表也略有不同。
        峰均比对基站功放设计的意义很大,因为对峰均比要求不同,对载波数要求不同将直接影响功放成本效率和设计难度。国内外很多大公司如西门子、爱立信、华为、中兴都在为提高功放效率,成本,降低设计难度作了很多工作,例如他们进行基站设计的时候,在基带信号进行Cliping(削峰),目的是提高功放效率,降低成本。在Cliping(削峰)的同时会影响EVM适量调制误差,因此各公司在满足3GPP中EVM适量调制误差12%的要求基础上进行Cliping(削峰)处理。随着技术水平的不断发展各公司都在Cliping(削峰)有很大的发展。综观世界各基站厂家,均能实现Cliping(削峰)后峰均比为7dB以下,载波数也不断提高。对于基站的下游设备商也就不用将峰均比设计太高,以最差来算,峰均比实现8dB就已经够用,当然根据公司要求不同可以提出特殊要求,只是在可实现性和成本效率上进行取舍。
        在WCDMA功放系统指标中往往会对峰均比和Cliping及几载波同时提出要求,目的是更好地在设计中满足客户要求。

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