Title: Digital pre-distortion algorithms for envelope tracking power amplifiers
Language: English
Authors: Zehetmayer, Stefan 
Qualification level: Diploma
Keywords: Leistungsverstärker; Vorverzerrung; Volterra reihe; nichtlineare modelle; envelope tracking
power amplifiers; digital predistortion; Volterra series; behavioral models; envelope tracking
Advisor: Rupp, Markus 
Assisting Advisor: Dallinger, Robert
Issue Date: 2013
Number of Pages: 84
Qualification level: Diploma
Um den immer weiter steigenden Ansprüchen von Telekommunikationssystemen gerecht zu werden, sind spektral höchst effiziente Modulationsverfahren unerlässlich. Diese Modulationsverfahren sind jedoch sehr anfällig auf nichtlineare Verzerrungen, welche vermehrt durch den Leistungsverstärker verursacht werden. Mittels digitaler Vorverzerrung kann dieses nichtlineare und dispersive Verhalten des Leistungsverstärkers kompensiert werden. Da außerdem die Wirtschaftlichkeit und der ökologische Betrieb von Basisstationen und die Akkulaufzeit portabler Geräte eine übergeordnete Rolle spielen, sind Methoden zur Effizienzsteigerung des Leistungsverstärkers unabdingbar.
Mit Hilfe des Envelope Tracking Leistungsverstärkers wird eine merkliche Effizienzsteigerung erzielt. Hierbei wird die Versorgungsspannung des Leistungsverstärkers an die Einhüllende des Sendesignals angepasst, sodass der Leistungsverstärker permanent mit hohem Wirkungsgrad betrieben werden kann. Diese Effizienzsteigung geht jedoch auf Kosten der Linearität. Im Vergleich zu Leistungsverstärkern mit konstanter Versorgungsspannung, zeigt der Envelope Tracking Leistungsverstärker ein stark abweichendes Verhalten, sodass konventionelle Vorverzerrungsalgorithmen schwer im Stande sind dieses nichtlineare Verhalten ausreichend zu kompensieren.
In dieser Arbeit werden zwei aktuelle Methoden aus der Literatur zur Vorverzerrung von Envelope Tracking Leistungsverstärkern erörtert und verglichen. Das decomposed piecewise Volterra Modell und das vector-switched Modell. Beide Modelle verwenden mehrere Sub-Modelle die Polynome zur Beschreibung des Verhaltens verwenden. Der Vorverzerralgorithmus ist implementiert in Matlab und ausgelegt für einen 47W 2.14GHz Envelope Tracking Leistungsverstärker. Beide Algorithmen linearisierten erfolgreich das Verhalten des Envelope Tracking Leistungsverstärkers, für ein WCDMA Eingangssignal mit 10MHz Bandbreite und 7.5dB PAPR. Weiters zeigten die Messergebnisse, dass beide Algorithmen konventionellen Vorverzerrmethoden bezüglich Genauigkeit überlegen sind und dass sie das nichtlineare Verhalten und Gedächtnis des Envelope Tracking Leistungsverstärker erfolgreich kompensieren.

Modern wireless communication systems have evolved to provide high data-rates to an increasing number of customers. As a part of this evolution, highly spectrally efficient modulation schemes are employed to achieve the desired capacity within the limited radio frequency resource. Unfortunately, these modulation schemes are sensitive to nonlinear distortions introduced by the transmitter. Digital pre-distortion (DPD) is one of the most cost effective solutions to compensate the nonlinear and dispersive behavior. Moreover, operating costs, transceiver portability, and environmental issues apparently impose a need for employing highly efficient power amplifier (PA) designs. The envelope tracking power amplifier (ETPA) is one promising efficiency enhancement technique. Its basic idea is to adapt the PA supply voltage according to the input signal envelope, thus allowing continuous optimal efficiency operation at the expense of linearity. In other words, due to the dynamic supply voltage changes the ETPA exhibits a rather different nonlinear behavior compared to stand-alone PAs.
Therefore, conventional DPD techniques have troubles dealing with the nonlinear distortions introduced by the ETPA.
In this thesis, two in literature proposed DPD methods to mitigate the detrimental effects of the ETPA are discussed and compared: The decomposed piecewise Volterra model and the vector-switched model. Both models are based on several polynomial sub-models. The DPD algorithm based on the two proposed models is implemented in Matlab for an 47W 2.14GHz ETPA system. Both algorithms have shown to successfully linearize the ETPA for a WCDMA signal with 10MHz bandwidth and 7.5dB PAPR. Experimental results show that the nonlinear behavior and memory effects are effectively compensated and both DPD methods outperform classical models in terms of accuracy.
URI: https://resolver.obvsg.at/urn:nbn:at:at-ubtuw:1-57797
Library ID: AC07815766
Organisation: E389 - Institute of Telecommunications 
Publication Type: Thesis
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