Modelagem comportamental de amplificadores de potência usando a soma de produtos entre filtros digitais de resposta ao impulso finita e tabelas de busca unidimensionais

Abstract

Resumo: A modelagem comportamental de amplificadores de potência (PAs) de rádio frequência (RF), utilizados em transmissores de sinais sem fio, é uma técnica necessária para manter o alto desempenho do sistema de transmissão sem distorcer o sinal que está sendo transmitido. Os modelos comportamentais polinomiais conhecidos como Memory Polynomial (MP) e Envelope Memory Polynomial (EMP), que são capazes de modelar tanto os efeitos de memória do PA quando as não linearidades do circuito, foram apresentados e discutidos. Com o intuito de gerar melhores resultados que estes dois modelos, outras duas propostas, baseadas em soma de produtos entre filtros digitais de resposta ao impulso finita e tabelas de buscas unidimensionais (LUTs), foram propostas por este trabalho. Além disso, uma proposta de método para identificação de valores a serem inseridos nas LUTs foi apresentada. Três estudos de caso foram realizados para a validação tanto das estruturas propostas quanto da abordagem de identificação proposta. Para os três PAs sob análise, ambas estruturas propostas apresentaram resultados melhores de modelagem. A abordagem de identificação proposta por este trabalho também resultou em ajustes de modelagem muito mais precisos do que a abordagem tradicional. Assim sendo, apesar de o desempenho das estruturas de modelagem estar relacionado com o circuito do PA que será analisado, os modelos propostos resultaram em melhores ajustes para todos os casos

Abstract: Radio frequency power amplifiers (RF PAs) are one of the components in modern telecommunications transmission systems that have the largest impact on device performance in terms of power consumption, as well as output signal distortion. One of the main concerns when minimizing power consumption and producing high-fidelity output is limiting non-linearities and memory effects that develop in the PA circuit, due mainly to the saturation point of the constituent transistors, in addition to passive components. One of the most common techniques for removing non-linearities and memory effects is the use of a Digital Pre-distortion (DPD) circuit. Use of such a technique, however, relies on accurate models for the non-linear behaviour of the PA. Here, we investigate two existing models for PA behaviour, Memory Polynomial (MP) and Envelope Memory Polynomial (EMP), in addition to proposing two new models based on these, as well as a method based on a lookup table (LUT) approach for implementing behaviour models. The models were evaluated using three different real RF PA circuits: a one-carrier GaN amplifier, a two-carrier GaN amplifier, and a LDMOS amplifier. We see that the model performance is highly dependent on the specifics of the RF PA circuit, and that there is not one model that universally outperforms the others. Despite this, the new polynomial-based methods out-perform both the MP and EMP methods for all of the studied PA circuits