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MODELAGEM COMPORTAMENTAL DE ... - · PDF filesinais nos padrões 3GPP WCDMA e LTE OFDMA nas frequências de 1,0 e 2,5 GHz ... FIGURA 7: ESQUEMA DE PRÉ-DISTORÇÃO EM TRANSMISSOR BANDA

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  • UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARAN

    OTVIO AUGUSTO DA PAIXO RIBA

    MODELAGEM COMPORTAMENTAL DE AMPLIFICADORES DE POTNCIA DE

    BANDA DUPLA BASEADA EM APROXIMAES BI-DIMENSIONAIS E

    PRODUTO DE TABELAS DE BUSCA

    CURITIBA

    2017

  • OTVIO AUGUSTO DA PAIXO RIBA

    MODELAGEM COMPORTAMENTAL DE AMPLIFICADORES DE POTNCIA DE

    BANDA DUPLA BASEADA EM APROXIMAES BI-DIMENSIONAIS E

    PRODUTO DE TABELAS DE BUSCA

    CURITIBA

    2017

    Trabalho de Concluso de Curso apresentado ao Curso de Engenharia Eltrica da Universidade Federal do Paran como requisito parcial obteno do ttulo de Engenheiro Eletricista.

    Orientador: Prof. Dr. Eduardo Gonalves de Lima

  • TERMO DE APROVAO

    OTVIO AUGUSTO DA PAIXO RIBA

    MODELAGEM COMPORTAMENTAL DE AMPLIFICADORES DE POTNCIA DE

    BANDA DUPLA BASEADA EM APROXIMAES BI-DIMENSIONAIS E

    PRODUTO DE TABELAS DE BUSCA

    Trabalho de Concluso de Curso aprovado como requisito parcial obteno do

    ttulo de Engenheiro Eletricista no Curso de Engenharia Eltrica da Universidade

    Federal do Paran pela seguinte banca examinadora:

    _____________________________________

    Orientador: Prof. Dr. Eduardo Gonalves de Lima

    Departamento de Engenharia Eltrica, UFPR

    _____________________________________

    Prof. Ph.D. Horcio Tertuliano Filho

    Departamento de Engenharia Eltrica, UFPR

    _____________________________________

    Prof. Dr. Ivan Eidt Colling

    Departamento de Engenharia Eltrica, UFPR

    Curitiba, 27 de Junho de 2017

  • AGRADECIMENTOS

    Agradeo primeiramente a Deus, por ter guiado minhas decises e permitido

    que eu chegasse at onde estou.

    Agradeo meus pais, Marisa e Pedro, pelo amor incondicional, pelo grande

    esforo em me proporcionar uma educao de qualidade e por sempre terem

    acreditado na minha capacidade. A eles o meu muito obrigado.

    Agradeo a minha namorada Vanessa, pelo companheirismo, pacincia e

    pelos belos momentos vividos durante os ltimos 6 anos.

    Ao meu orientador, Prof. Dr. Eduardo Lima, pelo grande empenho em

    contribuir para minha formao e pelas constantes palavras de incentivo.

    A todos os colegas de trabalho do setor de engenharia de projetos da Denso

    do Brasil, pelos conhecimentos repassados e pela amizade durante o perodo de

    estgio.

    Enfim, agradeo tambm a todos os colegas e professores do curso de

    Engenharia Eltrica da UFPR que fizeram parte desta importante fase da minha

    vida.

  • Esvazie a sua mente... seja disforme. Sem formas. Como a gua. Se voc coloca

    gua em um copo, ela se torna o copo. Se voc coloca gua em uma garrafa, ela se

    torna a garrafa. Se voc a coloca em uma chaleira, ela se torna a chaleira. A gua

    pode fluir, ou pode colidir. Seja gua, meu amigo.

    Bruce Lee

  • RESUMO

    O crescente avano e diversificao da tecnologia em comunicaes mveis

    juntamente com o aumento no nmero de usurios requer alta eficincia espectral e

    energtica no transmissor. O PA (Power Amplifier), por sua vez, apresenta

    comportamento no linear na sua regio mais eficiente do ponto de vista energtico,

    de forma que se torna necessrio lineariz-lo para ser possvel oper-lo de maneira

    eficiente sem o nus da degradao do sinal. Este trabalho tem foco no estudo dos

    modelos MPs (Memory Polynomials) e sua aplicao como DPD (Digital Pre-

    Distorter) para linearizao de PAs que operam em sistemas de comunicao sem

    fio de banda dupla. Mais especificamente, o trabalho visa propor trs MPs com

    propriedades diferentes e verificar seus desempenhos na linearizao de um PA RF

    de banda dupla. Em uma primeira abordagem, os trs modelos propostos foram

    aplicados na modelagem da curva inversa de um PA excitado por dois pacotes de

    sinais nos padres 3GPP WCDMA e LTE OFDMA nas frequncias de 1,0 e 2,5 GHz

    respectivamente, obtendo NMSEs (Normalized Mean Square Errors) de at -35 dB

    para ambas as bandas de sinais. Em seguida, os MPs foram utilizados como

    topologia para DPD, e nesta aplicao foi possvel observar na recepo dos sinais,

    redues de at 21 dB na ACPR (Adjacent Channel Power Ratio) em comparao

    com o caso do PA no linearizado. Por ltimo, foi feita uma anlise de aplicao dos

    modelos propostos utilizando LUTs (Look-up Tables) e foi verificado que so

    necessrias 18 LUTs para a aplicao do modelo que teve melhores resultados na

    linearizao do PA.

    Palavras chave: PA RF. Comunicaes Mveis. No Linear.

  • ABSTRACT

    The increasing progress and diversification of the technology in mobile

    communications and the increase in the number of users requires high spectral and

    energetic efficiency in the transmitter. The PA (Power Amplifier), in turn, shows a

    nonlinear behavior in its most energy-efficient region, so that it becomes necessary

    to linearize the PA in order to be able to operate it efficiently without the burden of

    signal degradation. This work focuses on the study of the MP (Memory Polynomial)

    models and their application as DPD (Digital Pre-Distorter) for the linearization of

    wireless communication systems PAs. More specifically, the work intends to propose

    three MPs with different properties and to verify their performances in the

    linearization of a dual band RF PA. The three proposed models were applied in the

    inverse transfer characteristics modeling of a PA excited by two signal packages of

    3GPP WCDMA and LTE OFDMA standards respectively, obtaining NMSEs

    (Normalized Mean Square Errors) of up to -35 dB for both signal bands. After that,

    the MPs were used as a DPD topology, and in this approach it was possible to notice

    decreases up to 21 dB in the ACPR (Adjacent Channel Power Ratio) at the receiver

    compared to the case of unlinearized PA. Finally, the application of the proposed

    models with LUTs (Look-up Tables) was analysed and It was verified that 18 LUTs

    are required for the application of the model that had better results in the PA

    linearization.

    Keywords: RF PA. Mobile Communications. Nonlinear.

  • LISTA DE FIGURAS

    FIGURA 1: REPRESENTAO BSICA DE UM PA. .............................................. 16

    FIGURA 2: COMPORTAMENTO REAL E IDEAL DE UM PA. .................................. 17

    FIGURA 3: ESPECTRO DE INTERMODULAO PARA UM SINAL RF LIMITADO

    EM BANDA. ............................................................................................................... 18

    FIGURA 4: ESPECTRO DE POTNCIA DE UM SINAL (a) NA ENTRADA E (b) NA

    SADA DE UM TRANSMISSOR DE BANDA DUPLA. ............................................... 19

    FIGURA 5: PRINCPIO DE FUNCIONAMENTO DA TCNICA DE PR-

    DISTORO. ............................................................................................................ 21

    FIGURA 6: DIAGRAMA DE BLOCOS DO ALGORITMO INDIRECT LEARNING. .... 22

    FIGURA 7: ESQUEMA DE PR-DISTORO EM TRANSMISSOR BANDA DUPLA.

    .................................................................................................................................. 24

    FIGURA 8: TRANSMISSOR BANDA DUPLA UTILIZADO NAS SIMULAES. ...... 31

    FIGURA 9: ESQUEMA DE MODULADOR EM QUADRATURA. .............................. 32

    FIGURA 10: MODELO DE PA UTILIZADO. .............................................................. 32

    FIGURA 11: ESQUEMA DO FILTRO DE BANDA DUPLA UTILIZADO. ................... 32

    FIGURA 12: FUNO ARCO-TANGENTE PLOTADA POR MEIO DO SOFTWARE

    MATLAB. ................................................................................................................... 33

    FIGURA 13: ESQUEMA DO RECEPTOR UTILIZADO. ............................................ 34

    FIGURA 14: ESQUEMA DO DEMODULADOR EM QUADRATURA. ....................... 34

    FIGURA 15: SISTEMA COMPLETO PARA AQUISIO DOS DADOS. .................. 35

    FIGURA 16: DEFINIES PARA O CLCULO DAS INTEGRAIS NA FRMULA DA

    ACPR. ....................................................................................................................... 37

    FIGURA 17: NMSE EM FUNO DO NMERO DE COEFICIENTES NA

    MODELAGEM DA CURVA INVERSA DO PA PARA BANDA INFERIOR. ................ 39

    FIGURA 18: NMSE EM FUNO DO NMERO DE COEFICIENTES NA

    MODELAGEM DA CURVA INVERSA DO PA PARA BANDA SUPERIOR. .............. 39

    FIGURA 19: MODELAGEM DA CURVA INVERSA DO PA PELO MODELO 2D-SMP.

    .................................................................................................................................. 42

  • FIGURA 20: MODELAGEM DA FASE DOS SINAIS PELO MODELO 2D-SMP. ...... 42

    FIGURA 21: MODELAGEM DA CURVA INVERSA DO PA PELO MODELO 2D-IMP.

    .................................................................................................................................. 43

    FIGURA 22: MODELAGEM DA FASE DOS SINAIS PELO MODELO 2D-IMP. ........ 43

    FIGURA 23: MODELAGEM DA CURVA INVERSA DO PA PELO MODELO 2D-NMP.

    .................................................................................................................................. 44

    FIGURA 24: MODELAGEM DA FASE DOS SINAIS PELO MODELO 2D-NMP. ...... 45

    FIGURA 25: DENSIDADE ESPECTRAL DE POTNCIA DO ERRO. ....................... 45

    FIGURA 26: DENSIDADE ESPECTRAL DE POTNCIA DO ERRO ........................ 46

    FIGURA 27: ESQUEMA DE TRANSMISSOR COM PR-DISTORCEDOR

    INSERIDO. .......................................................................................

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