Modélisation et linéarisation des amplificateurs de radiocommunications dans un contexte de reconfigurabilité

par Tayeb Habib Chawki Bouazza

Thèse de doctorat en Électronique, microélectronique, nanoélectronique et micro-ondes

Sous la direction de Smaïl Bachir et de Claude Duvanaud.

Soutenue le 24-03-2021

à Poitiers , dans le cadre de École doctorale Sciences et Ingénierie des Systèmes, Mathématiques, Informatique (Limoges ; 2018-2022) , en partenariat avec XLIM (laboratoire) , Université de Poitiers. UFR des sciences fondamentales et appliquées (faculte) et de XLIM / XLIM (laboratoire) .

Le président du jury était Yide Wang.

Le jury était composé de Smaïl Bachir, Claude Duvanaud.

Les rapporteurs étaient Yves Louët, Daniel Roviras.

mots clés

• Amplificateur de puissance
• Reconfigurabilité
• Modélisation
• Linéarisation
• Prédistorsion numérique
• Modèle Feedback-Wiener
• Identification paramétrique
• Algorithmes hors-Ligne et en-Ligne
• Amplificateurs de puissance
• Linéarisation (électronique)
• Modélisation comportementale
• Reconfigurabilité (Électronique)
• Prédistorsion

Résumé

L’efficacité énergétique est un enjeu important dans les nouvelles normes de transmission, et l’amplificateur de puissance (PA) joue un rôle majeur dans le bilan de puissance des émetteurs sans-fil. Pour améliorer son rendement, le PA doit être utilisé à proximité de sa zone de saturation. Cela entraîne des distorsions du signal transmis dans les domaines temporel et fréquentiel. De plus, avec l'évolution des systèmes de transmission sans-fil, différents standards et normes sont apparus. Afin de garantir la portabilité entre ces différents réseaux, des systèmes RF multistandards ont été développés pour supporter plusieurs normes à la fois. La mise en œuvre de modules reconfigurables, y compris des amplificateurs, est une solution pour garantir la transition d'un standard à un autre. Pour de telles applications, étant donné le comportement variable du PA par rapport aux différentes conditions de fonctionnement, la modélisation de son comportement ou de son dispositif de linéarisation devient plus complexe.Dans le cadre de nos travaux, nous avons mené une étude sur la modélisation et la linéarisation des PA reconfigurables, et plus précisément sur leur comportement non-linéaire, qui est variables selon la forme d’onde. La méthode la plus classique consiste à mettre en parallèle plusieurs modèles qui correspondent aux différentes conditions de fonctionnement, avec comme inconvénient majeur la complexité et la taille du modèle. Une autre méthode consiste en la décomposition du modèle en un mode commun, qui représente le comportement nominal du PA, et un mode différentiel variable en fonction de l'application visée. Dans ce contexte, nous présentons un nouveau modèle en blocs appelé FWMP (Feedback-Wiener Memory Polynomial model) qui permet l’application de cette approche. Nous présentons également la procédure d'estimation paramétrique associée à ce modèle.Le modèle proposé est validé, par des simulations et expérimentations, en utilisant différents PA et formes d'onde issues d’applications civiles et aéronautiques. Les résultats obtenus montrent que le modèle FWMP a de bonnes performances comparables à l'état de l'art en matière de modélisation et de linéarisation des amplificateurs de radiocommunications.

mots clés

• Power amplifier
• Reconfigurability
• Modeling
• Linearization
• Digital predistortion
• Feedback-Wiener model
• Parameter identification
• Off-Line and on-Line algorithms

Titre traduit

Modeling and linearization of radio communication amplifiers in a context of reconfigurability

Résumé

Power efficiency is an important factor in new communication standards, and the power amplifier (PA) plays a major role in the energy efficiency of wireless transmitters. To improve its efficiency, the PA must be used close to its saturation region. This leads to distortions of the transmitted signal in time and frequency domains. In addition, with the evolution of wireless transmission systems, different RF standards have emerged. In order to ensure portability between these different networks, multi-standard RF systems have been developed to support several standards at the same time. The implementation of reconfigurable modules, including amplifiers, is a solution to guarantee the transition from one standard to another. For such applications, given the variable behavior of the PA in relation to different operating conditions, the modelling of its behavior or its linearization system becomes more complex.In our work, we studied the modelling and linearization of reconfigurable PAs, and more precisely, on their non-linear behavior, which is variable according to the waveform. The most classical method consists in parallelizing several models that correspond to the different operating conditions, with the major drawbacks of the high complexity and size of the model. Another method consists on decomposing the model into a common mode, which represents the nominal behavior of the PA, and a differential mode depending on the application. In this context, we present a new block model called FWMP (Feedback-Wiener Memory Polynomial model) which allows the application of this approach. We also present the parameter estimation method associated with this model.The proposed model is validated, through simulations and experiments, using different PAs and waveforms from civil and aeronautical applications. The obtained results show that the FWMP model has performances comparable to the state of the art in terms of modeling and linearization of radio communication power amplifiers.