University of Oulu

Compensation of transmitter nonlinearities using predistortion techniques : case studies of envelope tracking amplifiers and radio-over-fibre links

Saved in:
Author: Hekkala, Atso
Organizations: University of Oulu, Faculty of Technology, Department of Communications Engineering
Format: eBook
Online Access: PDF Full Text (PDF, 4.5 MB)
Persistent link: http://urn.fi/urn:isbn:9789513881184
Language: English
Published: Espoo : VTT Technical Research Centre of Finland, 2014
Publish Date: 2014-03-25
Thesis type: Doctoral Dissertation
Defence Note: Thesis for the degree of Doctor of Science to be presented with due permission for public examination and criticism in Auditorium YB210, at University of Oulu, on the 4 April at 12 noon.
Tutor: Professor Marcos Katz
Reviewer: Professor Thomas Brazil
Opponent: Professor Mikko Valkama
Kustos: Professor Marcos Katz
Description:

Abstract

This thesis studies compensation of nonlinear distortions introduced in the transmitters of wireless communication systems. In particular, adaptive predistortion of the envelope tracking (ET) amplifier and the radio-over-fibre (RoF) link is considered. The main goal is to develop compensation algorithms and architectures for predistortion.

By providing a low attenuation and broadband solution, the RoF technology enables using cost-efficient and energy-efficient distributed antenna systems (DASs). Using highly efficient power amplifier (PA) structures, such as the ET amplifiers, energy efficiency of the transmitters is increased. Unfortunately, the RoF links and the ET amplifiers are inherently nonlinear. The results of this thesis indicate that these nonlinearities have to be taken into account when designing wireless communication systems. The nonlinearities can be compensated using the low complex adaptive predistortion techniques proposed in this thesis.

In this thesis, a general architecture for the predistortion of the ET amplifier is proposed. Using the architecture, the performance of predistortion is demonstrated. In addition, new time misalignment compensation methods are studied.

For the compensation of the RoF link, an extension to the conventional least mean square (LMS) algorithm for the memory polynomial-based predistortion is presented. In addition, different combinations of adaptive algorithms for predistortion are considered. From the compensation architecture point of view, the joint compensation of the RoF link and PA connected in series in the presence of nonlinear feedback is studied. Finally, feasibility of the adaptive predistortion concept is demonstrated by the measurements.

The results presented in this thesis can be applied to any wireless communications systems. The performance studies demonstrate that distortions of the RoF link and the ET amplifier can be considerably diminished using a low-complexity design. To get even better results in terms of linearity and energy efficiency, the proposed predistortion techniques can be implemented together with other techniques, such as the peak-to-average power ratio (PAPR) reduction methods.


Tiivistelmä

Tässä työssä tutkitaan lähettimen aiheuttamien epälineaaristen vääristymien kompensointia langattomissa tietoliikennejärjestelmissä. Erityisesti tarkastellaan verhokäyräseuraajavahvistimen (envelope tracking, ET) ja kuituoptisen radiolinkin (radio-overfibre, RoF) adaptiivista esivääristystä. Päätavoitteena on kehittää esivääristysalgoritmeja ja -arkkitehtuureja.

Laajakaistaisena ja vähän vaimentavana ratkaisuna RoF-teknologia mahdollistaa kustannus- ja energiatehokkaan hajautetun antennijärjestelmän (distributed antenna system, DAS) käytön. Lähettimen energiatehokkuutta voidaan lisätä käyttämällä suuren hyötysuhteen tehovahvistinarkkitehtuureja, kuten ET-vahvistimia. Valitettavasti RoF-linkit ja ET-vahvistimet ovat epälineaarisia. Tämän työn tulokset indikoivat, että langattomien tietoliikennejärjestelmien suunnittelussa nämä epälineaarisuudet täytyy ottaa huomioon. Epälineaarisuuksia voidaan kompensoida käyttämällä tässä työssä ehdotettuja yksinkertaisia adaptiivisia esivääristystekniikoita.

Tässä työssä kuvataan ehdotus yleiseksi ET-vahvistimen esivääristysarkkitehtuuriksi. Esivääristyksen suorituskykyä demonstroidaan kyseistä arkkitehtuuria käyttäen. Lisäksi tutkitaan uusia tulosignaalien ajoitusvirheen kompensointimenetelmiä.

Lisäksi tässä työssä esitetään tavanomaisen LMS-algoritmin laajennus muistipolynomiesivääristimelle. Työssä käsitellään myös erilaisia adaptiivisten algoritmien kombinaatioita RoF-linkin kompensointia varten. Sarjaan kytkettyjen RoF-linkin ja tehovahvistimen kompensointia tutkitaan tilanteessa, jossa myös takaisinkytkentä on epälineaarinen. Lopuksi adaptiivisen esivääristyksen konseptin toteutettavuus demonstroidaan mittauksilla.

Tämän työn tuloksia voidaan soveltaa missä tahansa langattomassa tietoliikennejärjestelmässä. Suorituskykytarkastelut osoittavat, että RoF-linkin ja ET-vahvistimen aiheuttamia häiriöitä voidaan merkittävästi vähentää käyttäen yksinkertaisia kompensointimenetelmiä. Lineaarisuutta ja energiatehokkuutta voidaan parantaa implementoimalla tässä työssä ehdotettuja esivääristystekniikoita yhdessä muiden tekniikoiden, kuten huippu- ja keskiarvotehojen suhteen (peak-to-average power ratio, PAPR) pienentämisen, kanssa.


Series: VTT Science
ISSN: 2242-119X
ISSN-E: 2242-1203
ISSN-L: 2242-119X
ISBN: 978-951-38-8118-4
ISBN Print: 978-951-38-8117-7
Issue: 53
Subjects:
LMS
RLS
LMS
RLS
Copyright information: This publication is copyrighted. You may download, display and print it for your own personal use. Commercial use is prohibited.