Efficient baseband digital predistortion techniques for linearizing power amplifier by taking into account nonlinear memory effect
Techniques efficaces en bande de base pour linéariser un amplificateur de puissance avec effet mémoire
Résumé
Baseband digital predistortion (DPD) techniques for linearizing
power amplifiers (PA) with memory effects are
investigated in this thesis. Firstly, the relevant elements
concerning PA linearization are introduced, such as PA
nonlinearity behavior, its influence on the communication
systems, its modeling and characterization... Then
some existing linearization techniques are presented,
such as power backoff, feedforward, feedback, linear
amplification with nonlinear components and DPD.
DPD is the most promising linearization technique. After
that, the implementation architecture and identification
algorithms of DPD are described. In this thesis,
four DPD methods are proposed. The first method
(MP/LUT DPD) is to combine a memory polynomial
(MP) model and a simple non-interpolated LUT. Both
the amplitude and phase of the predistorted signal are
calculated by LUT. The second method is to add linear
interpolation technique to MP/LUT DPD. The third
method improves the second one by using a quadratic
interpolation technique to MP/LUT DPD. The fourth
method is to combine MP DPD and feed forward neural
network. The principal innovation is that the training
samples of the neural networks are the predistorded
signal obtained by MP DPD. Finally, simulation results
and experimental results are given and analyzed. The
proposed methods provide different trade-off between
the linearization performance, time efficiency and complexity.
Les techniques de pré-distorsion numérique (DPD) en
bande de base permettant de linéariser un amplificateur
de puissance (PA) avec effets mémoires non linéaires
sont étudiées. Des éléments de base liés à la
linéarisation du PA sont introduits, tels que le comportement
non-linéaire du PA, son influence sur les systèmes
de communication, sa modélisation et caractérisation...
Puis certaines techniques de linéarisation
existantes sont décrites, telles que le recul de puissance,
le feedforward, la boucle de retour, l’amplification
linéaire avec des composants non linéaires et la
DPD. La DPD est la technique de linéarisation la plus
prometteuse. L’architecture d’implémentation et les algorithmes
d’identification de la DPD sont décrits. Dans
cette thèse, quatre méthodes originales de DPD sont
proposées. La première méthode (MP/LUT DPD) combine
un modèle polynomial à mémoire (MP) avec une
simple LUT. L’amplitude et la phase du signal prédistordu
sont calculées par cette LUT. La deuxième
méthode consiste à ajouter une interpolation linéaire à
cette méthode. La troisième méthode consiste à améliorer
la technique d’interpolation par une interpolation
quadratique. La quatrième méthode exploite conjointement
la MP DPD et un réseau de neurones. L’innovation
principale dans cette dernière, réside dans l’apprentissage
du réseau de neurones avec les échantillons
du signal pré-distordu par la MP DPD. Enfin,
les résultats de simulation et expérimentaux en termes
de linéarisation, d’amélioration spectrale, de rotation
de constellation et de temps de calculs sont fournis.
Les méthodes proposées permettent différents compromis
entre les performances de linéarisation et la
complexité.
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