Contribution à la linéarisation des amplificateurs de puissance par prédistorsion numérique adaptative en bande de base

par Roman Mars̆álek

Thèse de doctorat en Électronique et traitement du signal

Sous la direction de Geneviève Baudoin et de Vladimír Šebesta.

Soutenue en 2003

à l'Université de Marne-la-Vallée (1991-2019) .

mots clés

• Amplificateurs de puissance
• Transmission numérique
• Radiocommunications mobiles

Résumé

Les nouveaux systèmes de radiocommunications s'orientent vers l'utilisation de modulations à enveloppe non constante telles que les modulations OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplex) et vers l’application de techniques d’étalement de spectre. Les signaux modulés présentent alors une forte dynamique d’enveloppe et l'influence des non-linéarités des émetteurs n'est pas négligeable. Une solution consiste à corriger l'amplificateur en lui associant un dispositif de linéarisation de façon à ce que l'ensemble amplificateur plus linéariseur se conduise de manière quasi-linéaire jusqu'à pratiquement la puissance de saturation. Cette thèse traite de la linéarisation des amplificateurs de puissance par prédistorsion numérique adaptative en bande de base. Elle commence par l’étude de l'influence d’une non-linéarité sans mémoire sur des signaux modulés OFDM. Elle établit, sous certaines conditions, une relation analytique entre l’EVM (Error Vector Magnitude) en sortie de l’amplificateur et les caractéristiques de l’amplificateur. La principale partie du document est consacrée aux algorithmes d’adaptation des systèmes de prédistorsion numériques en bande de base. Après un état de l’art des algorithmes d’adaptation des systèmes de predistorsion, plusieurs nouvelles techniques ou améliorations de techniques existantes sont proposées et évaluées par simulation. L'influence des principales sources d’imperfections (limitation de la précision dans les conversions analogiques-numériques, déséquilibre des voies du modulateur en quadrature, synchronisation de la voie de retour) sur les performances du systèmes de prédistorsion est analysée. La thèse compare également la complexité des différentes approches : prédistorsion par LUT, prédistorsion de forme polynomiale sans mémoire ou avec mémoire. Le bilan de puissance des émetteurs utilisant la predistorsion numérique est également brièvement discuté

Titre traduit

Contributions to the power amplifer linearization using digital baseband adaptive predistortion

Résumé

Emerging communication systems are oriented toward the modulations with non-constant envelope like OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplex) and to the use of spread spectrum techniques. The modulated signals exhibit large dynamic and the influence of power amplifier nonlinearity cannot be further neglected. A solution is to correct the power amplifier nonlinearity with an additional device so that the resulting system exhibits quasi linear characteristic ideally up to saturation. This dissertation is oriented in the domain of digital predistortion for power amplifier linearization. It begins with the study of the influence of memoryless nonlinearity on the OFDM signal. A relationship between EVM (Error Vector Magnitude) at the output of the power amplifier and the amplifiers characteristics is derived. The main part of the dissertation is devoted to the algorithms for the adaptation of digital adaptive baseband predistorters. After the state of the art presentation, several adaptation methods or their modifications are proposed and evaluated using simulations. The influence of main sources of imperfections (quantization in data converters and quadrature modulator imbalance) on the adaptation algorithms was investigated as well. Submitted dissertation also compares the complexity of different approaches (LUT predistorters, memoryless polynomial predistorters, polynomial predistorter with memory) used for predistortion. The efficiency of transmitters employing digital predistortion is also briefly discussed