Adaptive pre-distortion for nonlinear high power amplifiers in OFDM systems
El acelerado crecimiento de las comunicaciones a través de plataformas de transmisión en banda ancha por vía alámbrica e inalámbrica, sumado al uso cada vez más extenso de modulaciones de amplitud no constante que, debido a su alta eficiencia espectral y bajo coste de implementación, han sido adopta...
| Autor: | |
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| Tipo de recurso: | tesis doctoral |
| Fecha de publicación: | 2004 |
| País: | España |
| Institución: | Universitat Politècnica de Catalunya (UPC) |
| Repositorio: | UPCommons. Portal del coneixement obert de la UPC |
| Idioma: | inglés |
| OAI Identifier: | oai:upcommons.upc.edu:2117/94197 |
| Acceso en línea: | https://hdl.handle.net/2117/94197 https://dx.doi.org/10.5821/dissertation-2117-94197 |
| Access Level: | acceso abierto |
| Palabra clave: | HPA (high power amplifier) communications predistortion OFDM (orthogonal frequency division multiplexing) nonlinear 3325. Tecnologia de les comunicacions Comunicacions òptiques Àrees temàtiques de la UPC::Enginyeria de la telecomunicació |
| Sumario: | El acelerado crecimiento de las comunicaciones a través de plataformas de transmisión en banda ancha por vía alámbrica e inalámbrica, sumado al uso cada vez más extenso de modulaciones de amplitud no constante que, debido a su alta eficiencia espectral y bajo coste de implementación, han sido adoptadas en el marco de desarrollo de diversos estándares de transmisión, son aspectos que han servido de soporte y motivación fundamental para el presente trabajo de investigación en el campo de la compensación de distorsiones no lineales en sistemas de comunicación. El estudio de los efectos de la distorsión no lineal y su compensación ha sido desde hace ya muchos años objeto de atención para investigadores de diversas áreas. Hoy, en particular, este estudio sigue siendo fundamental ya que se encuentra directamente implicado en el desarrollo de tecnologías de última generación en el área de las comunicaciones. Los nuevos sistemas de transmisión digital, en especial aquellos basados en OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing), son capaces de ofrecer altos niveles de eficiencia espectral utilizando modulaciones lineales multinivel sobre un numeroso conjunto de subportadoras que, al ser (idealmente) ortogonales en frecuencia, pueden ser ubicadas en un ancho de banda muy reducido permitiendo así transmitir elevadas tasas de información por segundo y por ancho de banda. Sin embargo, y a consecuencia de esto, problemas como las interferencias por canal adyacente o la presencia de una distorsión no lineal en la cadena de transmisión afectan de manera crítica las prestaciones de estos sistemas imponiendo severos límites a su viabilidad. De hecho, en el campo de las comunicaciones móviles y satelitales, existen actualmente diversas aplicaciones donde estos esquemas de modulación y multicanalización están ya operativos. En estos casos, la eficiencia de potencia en transmisión resulta primordial para, entre otras razones, lograr una máxima autonomía del equipamiento. En este contexto, el comportamiento no lineal de los amplificadores de alta potencia utilizados en transmisión de radiofrecuencia, constituye el principal obstáculo (desde el punto de vista de la distorsión no lineal) para el buen funcionamiento de los sistemas de comunicación digital basados en OFDM. Afortunadamente, este nocivo efecto puede ser compensado mediante diversas técnicas clásicas de linealización cuyas variantes -ad-hoc' han sido propuestas y ampliamente investigadas, existiendo al día de hoy una nutrida literatura parte de la cual referimos a lo largo de este trabajo. Entre dichas técnicas, la pre-distorsión digital ofrece óptimas condiciones para el diseño de linealizadores adaptativos ya que puede ser implementada a muy bajo coste sobre la información discreta de las señales de banda base. El objetivo que se persigue, en general, es el de proveer las condiciones de linealidad necesarias para explotar las capacidades propias de las modulaciones de alta eficiencia espectral, y al mismo tiempo alcanzar un máximo aprovechamiento de la potencia disponible. En este trabajo de investigación, efectuamos inicialmente una revisión sintetizada de algunas importantes técnicas de linealización para luego dar paso a una revisión más detallada de dos modelos relevantes utilizados para caracterizar el comportamiento no lineal de los amplificadores de alta potencia (modelo se Series de Volterra y modelo de Saleh para amplificadores nolineales sin memoria). Junto con ello se examinan algunas interesantes propiedades estadísticas asociadas al fenómeno de la distorsión no lineal que han dado pie a considerar durante la investigación posibles nuevas aplicaciones en estrategias de pre-distorsión. Se ha querido también incluir la descripción, a nivel de sistema y modelo de señal, de un esquema de transmisión OFDM genérico incluyendo caracterizaciones analíticas detalladas del efecto no lineal a objeto de formalizar en propiedad un modelo discreto exacto que otorgue una visión más profunda para la comprensión del fenómeno estudiado. Finalmente se presenta el diseño y evaluación de un esquema de pre-distorsión basado en un algoritmo iterativo que considera, como principal aporte, la optimización bidimensional de un reducido número de coeficientes de interpolación que identifican de manera adaptativa la característica inversa de ganancia compleja de un amplificador, tanto en función de la particular morfología no lineal de dicha curva, como también de la distribución de probabilidad de las señales de entrada en banda base. |
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