Change search
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf
Digital Baseband Modeling and Correction of Radio Frequency Power Amplifiers
KTH, School of Electrical Engineering (EES), Signal Processing.
2012 (English)Doctoral thesis, monograph (Other academic)
Abstract [en]

Aspects related to behavioral modeling and correction of distortions for radio frequency (RF) power amplifiers (PAs) are treated in the thesis.   

When evaluating the performance of a behavioral model it is important to, first of all, use an evaluation criterion, and second, make sure that the criterion actually tells something about the behavior one wishes to describe. This is used in the weighted error spectral power ratio (WESPR) criterion by means of a frequency dependent weighting function. When the parameters of the models are estimated a suitable error criterion should likewise be used. The frequency weighting function in the WESPR is used in the extraction of the parameters. It is shown on two types of PAs that the model performance measured as WESPR can be improved while the model complexity is reduced compared to the standard frequency neutral criterion.   

When building a model of a system it is advantageous to take account of the physical structure and incorporate this knowledge into the model. It can improve model performance and possibly reduce the number of parameters. By starting from a physically motivated nonlinear model of a RF PA, the commonly used memory polynomial (MP) models are derived. Additionally, three novel MP model structures are derived. Using data measured on a PA it is found that two of these model structures have lower model errors while using fewer parameters than models previously published in the literature.   

Methods to increase the power efficiency and the linearity of RF PAs have been investigated. One of these methods is digital predistortion (DPD) which improves the linearity, thus facilitating operation at higher power levels which improves power efficiency. The other method is a signal shaping method that makes the signal more favorable to the PA by reducing the highest peaks to lower values. It is experimentally shown that the combination of DPD and signal shaping results in an increase of power efficiency in the order of 2-4 times. An instability in the feedback loop that updates the parameters of the DPD was also identified and two solutions were proposed. One solution changes the parameters of the DPD in such a way that the instability is avoided and the other changes the signal to avoid high amplitudes.   

The nonlinear effects of class-D outphasing amplifiers are considered. Four model structures are proposed and evaluated on data measured from two amplifiers. In order to reduce the distortions in the output signal from the amplifiers an algorithm using constant envelope amplitude (purely phase-modulated) signals is proposed. The DPD is evaluated and found to reduce the distortions in a state-of-the-art 32 dBm class-D outphasing PA to make it fulfill the linearity requirements for downlink signals used in the universal mobile telecommunications system (UMTS).

Abstract [sv]

Denna avhandling behandlar ett antal aspekter av digital beteendemodellering och korrektion av effektförstärkare för radiofrekvensapplikationer.   

När prestandan hos en beteendemodell skall bedömas är det för det första viktigt att ha ett utvärderingskriterium och för det andra är det viktigt att detta kriterium fokuserar på de relevanta delarna av beteendet man är intresserad av. Detta används i kriteriet weighted error spectral power ratio (WESPR) genom att en viktning införs. Denna viktning används för att fokusera på de aspekter av beteendet som är viktiga att beskriva. På samma sätt är det viktigt att fokusera på att minimera de relevanta delarna av modellfelet. Genom att använda viktningen från WESPR när parametrarna i beteendemodellen skall estimeras visas det på två olika typer av PA att modellprestandan kan förbättras och modellkomplexiteten reduceras när ett relevant felkriterium används.   

När en modell av ett system byggs är det fördelaktigt att använda den kunskap man har om det fysikaliska systemet. Det kan förbättra modellprestandan samtidigt som antalet parametrar kan reduceras. Genom att börja med en fysikaliskt motiverad modell av en effektförstärkare och införa antaganden härleds de populära minnespolynomen. Dessa har tidigare inte haft någon fysikalisk förklaring. Dessutom härleds tre nya minnespolynom. Av dessa visar två av strukturerna lägre modellfel samtidigt som färre parametrar används än i de tidigare publicerade minnespolynomen.   

Metoder för att förbättra energieffektiviteten och linjariteten i effektförstärkare har undersökts. En av dessa metoder är digital predistorsion (DPD) vilken förbättrar linjariteten och möjliggör på så vis högre uteffekter, vilket i sin tur förbättrar energieffektiviteten. Den andra testade metoden går ut på att förändra signalen genom att reducera effekttopparna så att signalen blir lämpligare för förstärkaren. Det visas experimentellt att kombinationen av dessa metoder kan resultera i förbättringar av energieffektiviteten på 2-4 gånger. En instabilitet i återkopplingsslingan för parameteruppdateringen av DPD identifieras och två förslag på lösningar ges. Det första förslaget modifierar parametrarna så att instabiliteten undviks. Det andra förslaget förändrar signalen så att de höga amplituderna undviks och systemet stabiliseras på detta sätt.   

Slutligen studeras de ickelinjära effekterna i klass-D utfasningsförstärkare. Tre modellstrukturer föreslås och utvärderas på uppmätta data från två olika förstärkare. För att reducera störningarna i utsignalen från förstärkarna föreslås en DPD-algoritm som använder signaler med konstant amplitud (rent fasmodulerade signaler). Denna DPD utvärderas och det visas att den kan reducera störningar i utsignalen hos en modern 32 dBm klass-D utfasande förstärkare så att den uppfyller linjaritetskraven för signaler som används i nedlänken (från basstation till mobil enhet) i telekommunikationssystemet universal mobile telecommunications system (UMTS).

Place, publisher, year, edition, pages
Stockholm: KTH Royal Institute of Technology, 2012. , xiii, 197 p.
Series
Trita-EE, ISSN 1653-5146 ; 2012:013
National Category
Telecommunications Signal Processing
Identifiers
URN: urn:nbn:se:kth:diva-94762ISBN: 978-91-7501-303-9 (print)OAI: oai:DiVA.org:kth-94762DiVA: diva2:526062
Public defence
2012-06-07, 33:202, Högskolan i Gävle, Kungsbäcksvägen 47, Gävle, 13:00 (English)
Opponent
Supervisors
Note
QC 20120514Available from: 2012-05-14 Created: 2012-05-10 Last updated: 2012-05-14Bibliographically approved

Open Access in DiVA

PhD_thesis_Per_Landin(6081 kB)937 downloads
File information
File name FULLTEXT01.pdfFile size 6081 kBChecksum SHA-512
cebb6b5851d202c4f5b7d1f6eec927f4691ea82c6928b58f6d4d6a73a03d51e11e4b2618f6e67a022161f019af3f98a4f23ecc32984f704205e8f01849dc3cb7
Type fulltextMimetype application/pdf

Search in DiVA

By author/editor
Landin, Per
By organisation
Signal Processing
TelecommunicationsSignal Processing

Search outside of DiVA

GoogleGoogle Scholar
Total: 937 downloads
The number of downloads is the sum of all downloads of full texts. It may include eg previous versions that are now no longer available

isbn
urn-nbn

Altmetric score

isbn
urn-nbn
Total: 2114 hits
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf