信号峰均比PAR（Peak-to-AverageRatio）

信号峰均比PAR（Peak-to-AverageRatio）

 

 

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。

 

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)。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。

 

        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。

 

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。

 

        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。