Modelagem comportamental e pré-distorção em banda base com deslocamentos em frequência no entorno da portadora

Abstract

Resumo : Amplificadores de potência (PAs) são essenciais em sistemas de comunicação, mas sua natureza não linear gera distorções de amplitude e fase. Reduzir essa não linearidade é possível operando o PA com uma potência de saída abaixo da saturação, o que melhora a linearidade, mas reduz a eficiência, criando um dilema. Técnicas de linearização resolvem esse compromisso, permitindo que o PA opere próximo à saturação com boa eficiência e linearidade. Este trabalho apresenta um estudo de caso sobre a modelagem comportamental de PA em transmissores para sistemas de comunicação sem fio, focando na precisão da modelagem com variações de deslocamento para a banda base ao redor da frequência da portadora e aplicando pré-distorção digital (DPD). A modelagem usa um polinômio com memória (MP) para representar as não linearidades e efeitos de memória do PA, aplicada a sinais WCDMA-3GPP modulados em fase e quadratura (IQ) com portadora de 900 MHz. As simulações em MATLAB mostram que a precisão da modelagem direta e inversa é mantida com deslocamentos de até 10 MHz, com perdas inferiores a 1,2% e NMSE próximo do ideal na cascata. Entre 910 e 915 MHz, a modelagem direta apresenta uma perda de precisão de 3,35%, enquanto a inversa se mantém mais estável, com apenas 1,32% de perda, preservando um NMSE aceitável. Em deslocamentos de 25 MHz, a perda de precisão atinge 63,51% na modelagem direta e 41,20% na inversa, causando uma queda acentuada no NMSE da cascata. Os resultados indicam que o sistema deve operar preferencialmente com deslocamentos inferiores a 15 MHz para assegurar uma modelagem precisa e eficiente na linearização do PA

Abstract : Power amplifiers (PAs) are crucial in communication systems, but their inherent nonlinearity introduces amplitude and phase distortions. Mitigating this nonlinearity can be achieved by operating the PA at an output power level below saturation, which improves linearity but reduces efficiency, creating a trade-off. Linearization techniques address this challenge by allowing the PA to operate close to saturation while maintaining both efficiency and linearity. This work presents a case study on the behavioral modeling of PAs in wireless communication system transmitters, focusing on modeling accuracy with baseband shifts around the carrier frequency and applying digital predistortion (DPD). The model employs a memory polynomial (MP) to represent the PA's nonlinearities and memory effects, applied to WCDMA-3GPP signals modulated in-phase and quadrature (IQ) with a carrier at 900 MHz. MATLAB simulations demonstrate that direct and inverse model accuracy is retained with shifts up to 10 MHz, with losses below 1,2% and an NMSE close to ideal in the cascade. Between 910 and 915 MHz, the direct model experiences a 3,35% loss in accuracy, while the inverse remains more stable, with only a 1,32% loss, preserving an acceptable NMSE. At 25 MHz shifts, accuracy loss reaches 63,51% in the direct model and 41,20% in the inverse, leading to a sharp NMSE drop in the cascade. Results suggest that the system should ideally operate with shifts below 15 MHz to ensure accurate and efficient PA linearization