Caractérisation et linéarisation d’amplificateur de puissance RF par prédistorsion numérique dans un contexte d’appareils mobiles PDF Download

Author: Gabriel Nobert
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Pages : 169

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Publisher: Sami HADIJI
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Category : Science
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Pages : 45

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© 2013 - Sami HADIJI - Ingénierie des systèmes électroniques http://sami.hadiji.free.fr | [email protected] Dans une chaine d’émission radio, l'amplificateur de puissance est un élément critique et déterminant pour le bilan global de consommation d’énergie ainsi que pour les distorsions des signaux. Pour optimiser leur rendement énergétique, les amplificateurs RF sont souvent utilisés aux limites de leurs zones de linéarité. Ce fonctionnement non-linéaire génère des effets indésirables qui pourraient dégrader le signal transmis. Afin de corriger les non-linéarités des amplificateurs RF, il existe plusieurs techniques de linéarisation. Celle qui sera traitée dans ce mémoire est la linéarisation par pré-distorsion. Le premier chapitre rappelle les principales caractéristiques qui spécifient l'amplificateur de puissance. Le deuxième chapitre présente les différents effets de la non-linéarité des amplificateurs RF ainsi que les paramètres qui permettent de l'évaluer. Le troisième chapitre fait un panorama sur les différentes techniques de linéarisation utilisées et explique le concept de la pré-distorsion. Le dernier chapitre présente la mise en œuvre d'une pré-distorsion numérique polynomiale en bande de base pour un amplificateur RF CREE CGH40010 (10W). Les performances de cette pré-distorsion seront illustrées par des résultats expérimentaux. Pour conclure, nous ferons le bilan des performances obtenues par la pré-distorsion numérique en bande de base.

Author: Amadou Mbaye
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L'amplificateur de puissance est le module le plus critique dans les équipements de communication radio. Il détermine la qualité de la liaison par sa linéarité et a une contribution conséquente dans la consommation de l'émetteur ; environ 60% de l'énergie consommée est consacré à l'amplification. Il est donc crucial de le faire fonctionner avec un rendement énergétique élevé. Cependant, ces deux spécifications principales de l'amplificateur que sont la linéarité et le rendement énergétique sont antagoniques. Par conséquent, la conception d'un module d'amplification de puissance suppose de trouver un compromis entre la linéarité et le rendement. L'optimisation de ce compromis est la raison d'être des techniques de linéarisation d'amplificateurs et d'amélioration du rendement, parmi lesquelles la prédistorsion numérique (DPD) et les techniques de réduction du PAPR du signal (CFR).Le cœur de cette thèse est la linéarisation d'amplificateurs RF haute-puissance et large-bande par prédistorsion numérique (DPD). Dans ces travaux, nous abordons trois problématiques liées à la prédistorsion et qui constituent des verrous technologiques importants. Le premier aspect concerne l'implémentation de la prédistorsion numérique dans un contexte multi-bande où le signal à linéariser comporte plusieurs formes d'ondes, situées à des fréquences différentes. La seconde problématique est l'utilisation conjointe de la prédistorsion avec une technique de CFR. Dans la majorité des applications haute-puissance, les techniques de DPD et de CFR sont présentes de manière complémentaire, cependant elles sont utilisées de façon autonome et disjointe. Celles-ci gagneraient en performances de linéarisation en étant implémentées de manière plus concertée. . Le dernier thème abordé par cette thèse est l'effet des désadaptations d'impédance de l'antenne sur le mode de fonctionnement de l'amplificateur. La variation de l'impédance d'antenne entraine des réflexions de signal vers l'amplificateur qui modifient ses spécifications de linéarité et de rendement. Nous améliorons la linéarité du système DPD + AP, lorsque l'amplificateur est soumis à des variations de l'impédance à sa charge, grâce à une correction adaptative de gain.

Author: Houssam Eddine Hamoud
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Les systèmes de communication modernes convergent vers un fonctionnement multi-standard associé à des formats de modulation à fort PAPR où l'amplificateur de puissance doit être d'abord optimisé en rendement et où la linéarité sera corrigée ensuite par l'ajout d'un prédistorteur. Si cette solution semble fonctionnelle, elle parait inadaptée et peu efficace sur les systèmes 5G où les largeurs de bandes visées posent à la fois des problèmes d'architecture (complexité de la voie d'observation) etde précision des modèles comportementaux usuels basés sur une simplification de la série de Volterra dans sa forme discrète (GMP, DDR) face à des effets de mémoire exacerbés mais également d'efficacité énergétique du système linéarisé (DPD+PA). Il devient nécessaire dans ce contexte d'aller vers un modèle de prédistorteur moins dépendant des caractéristiques du signal à linéariser, notamment par le modèle TPM (Two path Memory) développé à XLIM, basé sur une simplification de la série de Volterra dans sa forme continue, s'avère indépendant des caractéristiques du signal à linéariser.Notre travail s'est attaché à évaluer les performances en linéarité des modèles classiques (GMP, DDR) et du modèle TPM sur différents amplificateurs de puissance, soit à partir de simulations ou à partir de mesures physiques du PA. Pour ce faire nous avons mis en place un environnement de simulation ainsi qu'un banc d'évaluation des modèles de prédistorsion avec le PA physique afin de quantifier les performances en ACPR suivant la variation de caractéristique du signal (puissance, fréquence, statistique). L'ensemble de ces expérimentations ont permis de vérifier d'une part la faible robustesse des approches classiques (GMP/DDR), d'autre part la stabilité des performances de l'approche TPM quel que soit le scenario envisagé. Cette étude ouvre donc la voie d'une nouvelle génération de prédistorteur qui, extrait une fois pour toute, ne nécessiterait qu'une mise à jour sur des phénomènes à dynamique lente (vieillissement) et permettrait d'envisager une architecture simplifiée de la voie d'observation du DPD ; donc une amélioration de l'efficacité énergétique globale du système linéarisé.

Author: J.L. Dawson
Publisher: Springer Science & Business Media
ISBN: 140208062X
Category : Technology & Engineering
Languages : en
Pages : 144

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Improving the performance of the power amplifier is the most pressing problem facing designers of modern radio-frequency (RF) transceivers. Linearity and power efficiency of the transmit path are of utmost importance, and the power amplifier has proven to be the bottleneck for both. High linearity enables transmission at the highest data rates for a given channel bandwidth, and power efficiency prolongs battery lifetime in portable units and reduces heat dissipation in high-power transmitters. Cartesian feedback is a power amplifier linearization technique that acts to soften the tradeoff between power efficiency and linearity in power amplifiers. Despite its compelling, fundamental advantages, the technique has not enjoyed widespread acceptance because of certain implementation difficulties. Feedback Linearization of RF Power Amplifiers introduces new techniques for overcoming the challenges faced by the designer of a Cartesian feedback system. The theory of the new techniques are described and analyzed in detail. The book culminates with the results of the first known fully integrated Cartesian feedback power amplifier system, whose design was enabled by the techniques described. Feedback Linearization of RF Power Amplifiers is a valuable reference work for engineers in the telecommunications industry, industry researchers, academic researchers.

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Languages : fr
Pages : 282

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L'antagonisme entre la capacité d'émission d'informations haut débit (linéarité) et le rendement énergétique, dans le contexte des émetteurs radio, est l'axe des travaux de cette thèse. Nous proposons une architecture matérielle basé sur circuits FPGA1 pour l'implémentation de fonctionnalités de prédistorsion numérique (DPD) pour la linéarisation d'amplificateurs RF. Nous articulons nos approches μa partir de la séparation entre les processus de prédistorsion et d'adaptation. Ainsi, nous pouvons proposer une structure matérielle (le BPC2 ou Cellule Basique de Prédistorsion) bien adaptée pour l'implémentation du module de prédistorsion. Le module de prédistorsion basé sur BPC peut être reconfigurable au besoin, et, en plus, il reste indépendant de la méthodologie particulière de dérivation de la fonction de prédistorsion. Afin d'effectuer des validations, deux prototypes permet tant de tester des stratégies de prédistorsion performantes et novatrices ont été mis en oeuvre. Dans un premier temps, nous avons implémenté un système DPD basé sur la théorie des systèmes hyperstables sur une plateforme mixte FPGA/DSP3. En complément des résultats expérimentaux, nous rentrons dans le détail des fonctions complémentaires μa la prédistorsion et l'adaptation nécessaires pour produire la prédistorsion. Le deuxième prototype adresse la linéarisation et la compensation des effets mémoire de l'amplificateur RF. Nous présentons et validons expérimentalement une structure de prédistorsion du type NARMA4, implémentée au moyen d'un réseau de cellules BPC. Au passage, nous étudions la consommation de la prédistorsion et son impact sur le rendement. Si l'utilisation de la prédistorsion s'avère inévitable pour contrer les effets mémoire, nous proposons de dégrader la Classe de l'amplificateur, dans le but d'obtenir un émetteur aussi linéaire mais plus performant énergétiquement. Finalement, au delμa de la prédistorsion seule, nous proposons, analysons et validons expérimentalement un système de prédistorsion + commande dynamique de l'alimentation de l'amplificateur RF. La structure de traitement du signal numérique développée, permet de : 1/ prédistordre le signal et 2/ commander des modulateurs d'amplitude lents (par rapport à la largeur de bande de l'application cible, mais ayant de forts rendements de conversion). L'inclusion de capacités de pilotage de l'alimentation autour de la prédistorsion s'avère peu côuteuse et permet d'atteindre des rendements améliorés sans perte de linéarité.

Author: Grégoire Nanfack Nkondem
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Languages : fr
Pages : 174

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Dans les nouvelles générations de systèmes de télécommunication (WCDMA, CDMA200, EDGE...) où les formats de modulation à meilleure efficacité spectrale sont utilisés, la linéarité de l’amplificateur de puissance est un point critique. Par ailleurs l’amplificateur de puissance est l’un des composants dissipant le plus d’énergie dans une chaîne de communication. Pour cela, il doit à la fois être linéaire et avoir un bon rendement en puissance ajoutée. Les amplificateurs de puissance sont très souvent utilisés avec un recul en puissance (back-off) dans le but d’obtenir un fonctionnement linéaire, la conséquence étant la perte de rendement. Une solution possible est de le faire fonctionner dans sa zone de saturation où il est fortement non linéaire et lui associer un circuit linéariseur externe. Les principaux objectifs de cette thèse sont : a) L’étude par simulation utilisant le simulateur ADS des architectures LINC, ET et EER dans le but de faire ressortir les avantages et les inconvénients dans l’amélioration conjointe de la linéarité et du rendement des amplificateurs de puissance. b) Le développement d’un banc de mesure calibré pour la caractérisation des amplificateurs de puissance excité par des signaux modulés est proposé. Ce banc est utilisé pour extraire un modèle comportemental d’amplificateur de puissance excité par des signaux modulés. c) L’exploitation du banc pour mettre en oeuvre une méthode de linéarisation d’amplificateur par prédistorsion numérique en bande de base utilisant le banc de caractérisation est proposée.

Author: Mohamad Saad El Dine
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Languages : fr
Pages : 180

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Les systèmes de communications modernes requièrent l’utilisation de formats de modulations qui génèrent des signaux hyper fréquences dont l’enveloppe est variable avec des rapports entre la puissance crête et la puissance moyenne (PAPR) très forts. Dans ces conditions, l’amplificateur de puissance de l’émetteur est très contraint par une optimisation difficile du compromis entre son rendement électrique et sa linéarité. Ainsi il apparaît clairement que le développement d’architectures d’amplificateurs visant une amélioration de rendement significative présente un intérêt majeur et on assiste à une tendance assez générale qui consiste à appliquer des techniques correctives de linéarisation aux architectures d’amplificateurs à très haut rendement. Dans ce contexte, il apparaît opportun de concevoir des outils de caractérisation qui sont capables de contribuer efficacement au développement de solutions d’amplifications linéaires et à haut rendement. C’est précisément le développement et l’exploitation d’un tel outil de caractérisation qui fait l’objet de ces travaux de thèse. Une exploitation du système de caractérisation est appliquée à un amplificateur GaN 10W pour deux types de signaux (QAM16 et OFDM). Des résultats de caractérisation de l’amplificateur et une amélioration des performances sont obtenus en appliquant successivement une technique de contrôle de polarisation de drain et une pré distorsion numérique en bande de base. Enfin une étude est également menée en présence d’un signal de contrôle de polarisation volontairement filtré pour diminuer sa bande passante et alléger les contraintes en terme de couple vitesse / puissance du modulateur de polarisation.

Author: Slim Boumaiza
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Pages : 342

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Author: Christophe Quindroit
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Pages : 211

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Ce travail de thèse concerne la modélisation comportementale et la linéarisation des amplificateurs de puissance dans les systèmes radiofréquence. L’objectif de la thèse est la mise au point d’un modèle non linéaire capable de reproduire le comportement de l’amplificateur pour une large gamme de signaux. Le modèle présenté est dérivé du modèle de Volterra modulé et permet la prise en compte de l’intégralité des phénomènes de mémoire dispersifs contenus dans les amplificateurs. L’identification du modèle repose sur des excitations simples de types mono- et multi-porteuses. Les potentialités du modèle sont évaluées à partir de comparaisons avec des simulations circuits. Le second objectif de ces travaux est la mise en oeuvre d’un prédistorteur numérique sur la base de ce nouveau modèle afin de linéariser l’amplificateur pour une large gamme de signaux. La méthode d’inversion est explicitée et les potentialités du prédistorteur sont également évaluées à partir de co-simulation circuit/système. Enfin, afin de valider les nouvelles méthodes de modélisation à partir de données expérimentales, un banc de mesure est développé. Les résultats de modélisation et de linéarisation par prédistorsion numérique permettent d’évaluer les capacités effectives de la nouvelle méthode.