Analytical anaysis of in-band and out-of-band distorsions for multicarrier signals : Impact of non-linear amplification, memory effects and predistorsion

par Ali Cheaito

Thèse de doctorat en Electronique et Télécommunications

Sous la direction de Jean-François Hélard.

Le président du jury était Raymond Quéré.

Le jury était composé de Jean-François Hélard, Raymond Quéré, Inbar Fijalkow, Laurent Ros, Geneviève Baudouin, Yves Louët, Matthieu Crussière.

Les rapporteurs étaient Inbar Fijalkow, Laurent Ros.

  • Titre traduit

    Analyse théorique des distorsions dans la bande et en dehors de la bande de transmission pour les signaux à porteuses multiples : Impact conjoint des non-linéarités de l'amplificateur de puissance et effets de mémoire et prédistorsion


  • Résumé

    Les techniques multiporteuses de type OFDM sont aujourd'hui largement déployées dans tous les systèmes de communication sans fils notamment dans les réseaux cellulaires (L TE), les réseaux de diffusion (DVB) ou encore les réseaux WiFi. Cependant, les modulations multiporteuses se caractérisent par une très grande dynamique mesurée par le Peak to Average Power Ratio (PAPR), ce qui empêche d'alimenter l'amplificateur de puissance non linéaire (utilisé avant l'émission des signaux) à son point optimal et ainsi conduit à diminuer son efficacité énergétique. Des techniques de réduction du PAPR peuvent alors être mises en oeuvre pour réduire le PAPR du signal et des techniques de prédistorsion peuvent alors être utilisées pour compenser les non-linéarités de l'amplificateur de puissance. L'approche développée dans le cadre de cette thèse a pour objectif d'étudier une solution intelligente pour les implémentations futures pour contrôler la réduction du PAPR et les étapes de linéa risation de manière flexible en fonction de certains paramètres prédéfinis afin qu'ils deviennent adaptatifs et auto-configurables. Plus précisément, notre travail a principalement porté sur l'analyse des différentes distorsions dans la bande (in-band distortions)mesurées par I'EVM ou Error Vector Magnitude et en dehors de la bande de transmission (out-of-band distortions) mesurées par I'ACPR ou Adjacent Channel Power Ratio de signaux à porteuses multiples. En particulier de nombreux résultats analytiques complétés par des résultats de simulation permettant d'évaluer I'EVM et I'ACPR en fonction des caractéristiques de l'amplification nonlinéaire en prenant en compte ou pas l'effet mémoire de l'amplificateur et la mise en oeuvre de techniques d'écrêtage et de pré-distorsion ont été obtenus. Ces résultats constituent une étape importante dans l'optimisation globale de la complexité, de la linéarité et de l'efficacité énergétique des émetteurs aussi bien pour la diffusion de la télévision numérique que pour les réseaux cellulaires de 4 ème génération (L TE) ou de 5""' génération.


  • Résumé

    OFDM multicarrier techniques are now widely deployed in most wireless communication systems, in particular in cellularnetworks (L TE), broadcast networks (DVB) and WiFi networks. However, multi-carrier modulations are characterized by avery large dynamic amplitude measured by the Peak to Average Power Ratio (PAPR). which prevents radio frequencydesigners to feed the signal at the optimal point of the Power Amplifier (PA) which reduces the PA energy efficiency. Inliterature, the PAPR reduction and linearization techniques are the main approaches to solve the PAPR problem, the PAnonlinearities problem. as well as the low PA efficiency problem.The approach developed in this thesis was to study an intelligent solution for future implementations to control thereduction of PAPR and the linearization steps in a flexible way according to some predefined parameters so that theybecome adaptive and self-configurable. More specifically, our work focused on the analytical analysis of in-band measureby the Error Vector Magnitude (EVM) and out-of-band distortions measured by the Adjacent Chanel Power Ratio (ACPR)for clipped multicarrier signals taking into account the impact of non-linear amplification, memory effects and predistortion.In particular. many analytical results complemented by simulation results to evaluate the EVM and ACPR are proposed.These analytical expressions depend on the PA characteristics taking into account or not the PA memory effects and theuse of clipping and pre-distortion techniques. lt is worthwhile to note that our proposed theoretical analyses could be veryuseful for optimizing future transmitter efficiency and linearity in the field of broadcasting applications for the deployment oDVB-T2 transmitters as well as for L TE cellular networks.


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