Digital Baseband Modeling and Correction of Radio Frequency Power Amplifiers

Sammanfattning: 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).