【经验】智多晶FPGA上实现LTE削峰算法PC-CFR

时间： 2020-09-19 来源：西安智多晶

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如今的4G LTE以及5G NR下行信号都是OFDM调制，OFDM符号是由多个独立的子载波调制而成，当各个载波的相位相近时，各个调制符号的功率进行叠加，使得瞬时功率较大，导致较高的峰均比(PAPR)。一般的功率放大器的动态范围是有限的，当信号的功率超过了放大器的线性范围，将导致信号的非线性失真和系统性能下降。我们用一个图来阐述：

当输入PA的信号功率逐渐加大，在线性区范围内，其输出也是线性的，当输出开始出现非线性时，即达到PA的1dB压缩点，传统的做法是进行功率回退，保证PA工作在线性区内，那么功放效率就变低了，原因是OFDM信号的高PAPR特性，使得部分峰值进入PA的饱和点，LTE信号的PAPR实际会达到12dB。

CFR算法

CFR(Crest Factor Reduction)算法是一种直接在数字域上面处理的方法，对于超出设定门限值的信号，直接在数字域上进行处理和消除，如图2所示，它可用于缩小一个传输信号的动态范围，以便用于传输该信号的放大器能够在运行时减少回退。在典型的无线系统中，CFR一般会搭配数字预失真(DPD)组合使用，或者后端直接挂APD芯片。目前CFR算法有PW-CFR、NS-CFR和PC-CFR，常用的还是PC-CFR，其削峰能力最佳，本文就针对PC-CFR算法，在智多晶 AD9365射频开发板上进行测试和实现。

FPGA实现

PC-CFR的基本原理是提取出超过门限的信号值，再经过脉冲成型滤波，得到与输入信号频谱相匹配的谱状脉冲，之后与原始输入高PAPR信号进行抵消，得到一个被“削掉”峰值的低PAPR信号。我们把PC-CFR算法用框图拆解，可以参考图4所示：

这里主要用到乘法器、开平方根、除法器等IP，其中乘法&除法器已经集成到HqFPGA编译工具里，开平方根IP之后也会集成进去供用户直接调用，目前是以源码形式在工程里实现。在C_pulse_top里实现了8个峰值的抵消能力，为了实现更好的削峰效果，我们级联了2个算法模块，可以达到深度削峰。

CFR测试

用keysight信号源开启FDD-LTE 20M带宽，频点944MHz，设置一定的削峰门限值并在综测仪上观测CCDF曲线图。

可以看到0.01%的峰值在CFR前是9.68dB，CFR之后降到7.72dB，抵消差不多2dB，EVM测试后恶化大概2.5%左右。需要注意，削峰算法是直接从时域上改变了信号的相位，因此抵消越多，EVM会变得越差，实际应用需要取一个折中。经过CFR模块的信号，PAPR降低了，再输出给后端DPD模块或者APD芯片，组合起来可以显著提高功放效率。

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全部评论（2）

大熊猫 Lv4. 资深工程师 2021-01-10

有没有评估过用你们这个FPGA做萧峰的一个资源
用户69995512 Lv2. 工程师 2020-11-20

有代码吗

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