Optimisation conjointe de méthodes de linéarisation de l'émetteur pour des modulations multi-porteuses

Joint optimization of transmitter linearization methods in multi-carrier modulations context

• Auteur / Autrice : Mathilde Brandon
• Direction : Jean-Luc Gautier, Inbar Fijalkow
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : STIC (sciences et technologies de l'information et de la communication) - Cergy
• Date : Soutenance le 08/11/2012
• Etablissement(s) : Cergy-Pontoise
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Equipes Traitement de l'Information et Systèmes (Cergy-Pontoise, Val d'Oise)
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jean-Luc Gautier, Inbar Fijalkow, Geneviève Baudoin, Yide Wang, Myriam Ariaudo, Sylvain Traverso
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Yves Louët, Christophe Gaquière

Mots clés

Mots clés libres

Ofdm

Predistorsion numérique

Envelope tracking

Papr

Linéarisation

Rendement

Ofdm

Digital predistortion

Envelope tracking

Papr

Linearization

Efficiency

Résumé

Les modulations multiporteuses apparaissent aujourd'hui comme une technologie éprouvée pour la transmission de données à haut-débits sur des canaux pouvant être très perturbés. L'OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) a d'ailleurs été choisie dans plusieurs normes de télécommunications (ADSL, Wi-Max, IEEE 802.11a/g/n, LTE, DVB,...). Cependant un des inconvénients de ce type de modulation est la forte variation de la puissance instantanée à transmettre. Cette propriété rend ces modulations très sensibles aux non-linéarités des composants analogiques, en particulier celles de l'amplificateur de puissance à l'émission. Or l'amplificateur de puissance est un élément déterminant dans une chaîne de communication dans la mesure où il a une influence prépondérante sur le bilan global de la transmission en termes de puissance, de rendement et de distorsion. Plus l'on souhaite que l'impact de ses non linéarités soit faible et plus son rendement est faible, et inversement. Il est donc nécessaire d'effectuer un compromis linéarité/rendement.L'objectif de la thèse est d'éviter cette détérioration du rendement tout en conservant de bonnes performances de linéarité, de surcroit pour des signaux OFDM. Pour ce faire nous proposons d'utiliser conjointement des méthodes de linéarisation (prédistorsion numérique en bande de base) et d'amélioration du rendement (envelope tracking) de l'amplificateur de puissance ainsi qu'une méthode de réduction de la dynamique du signal (active constellation extension). La prédistorsion numérique classique échouant aux fortes puissances, nous proposons une méthode d'amélioration de cette technique à ces puissances. Nos résultats sont validés par des mesures sur un amplificateur de puissance 50W. Nous proposons également une association des méthodes permettant d'améliorer simultanément les performances en terme de linéarité hors bande et de rendement en minimisant les dégradations des performances de taux d'erreur binaire.

Multi-carrier modulations appear as a well-tried technology for high-speed data transmission on potentially disrupted channels. OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) has been chosen for that matter in several telecommunication standards (ADSL, Wi-Max, IEEE 802.11a/g/n, LTE, DVB,...). However one of the drawbacks of this modulation type is its high variation of the instantaneous power to transmit. This property makes these modulations very sensitive to the non-linearities of analog components, especially those related to power amplifiers. Yet the power amplifiers are critical elements in the communication chain as they have a major influence on the global assessment in terms of power, efficiency and distortion. More we want its non linearity impact is weak, more its efficiency is weak too. It is therefore necessary to make a trade-off between linearity and efficiency.The purpose of the thesis is to avoid this efficiency damage keeping at the same time the good linearity performance, moreover for OFDM signals. In this way we propose to jointly use a linearization technique (the base band digital predistortion) and a technique of efficiency improvement (the envelope tracking) for the power amplifier, together with a technique of signal dynamic reduction (the active constellation extension). The classic predistortion failing for high powers, we propose an improvement of this technique for these powers. Our results are validated by measurements on a 50W power amplifier. We also propose an association of the techniques allowing an improvement of the performance in terms of out-of-band linearity and efficiency, with smallbit error rate damages.