Dispositivo de linealización para amplificador de potencia.

Dispositivo de linealización para amplificador (10) de potencia mediante predistorsión digital adaptativa en banda base que comprende un bloque (21) pre-inverso que recibe una señal de entrada discretizada compleja xe(n) y que restaura en la entrada del amplificador (10) de potencia una señal predistorsionada compleja xp(n),

caracterizado porque el bloque pre-inverso comprende un primer módulo (211) y un segundo módulo (212) que recibe en la entrada el módulo de la señal de entrada compleja |xe(n)| cuyo valor está comprendido en un intervalo de amplitudes que varían entre dos mínima y máxima Amin y Amax, descomponiéndose el intervalo de la amplitud en una pluralidad de segmentos, comprendiendo el primer módulo (211) una tabla de correspondencia que asocia cada valor del módulo de la señal de entrada compleja |xe (n)| contenida en un segmento dado, a un juego predefinido de una pluralidad de parámetros que definen un modelo paramétrico realizado en el segundo módulo (212) a través de una función Fj, restaurando el segundo módulo un valor Fj(|xe(n)|), resultante la señal predistorsionada compleja de la multiplicación de la señal de entrada compleja xe(n) por el valor Fj(|xe(n)|), basándose la identificación del bloque (21) pre-inverso en una arquitectura indirecta formada por un bloque (22) de identificación dispuesto en paralelo con el amplificador (10) de potencia, identificando el bloque (22) de identificación los juegos de parámetros para cada segmento del intervalo de la amplitud del módulo de la señal de entrada compleja |xe(n)| que minimiza el error entre la señal de entrada xp(n) y la señal de salida y(n) del amplificador (10) de potencia en al menos una iteración.

Dispositivo de linealización para amplificador de potencia La presente invención se refiere a un dispositivo de linealización para amplificador de potencia. Se aplica particularmente al campo de los amplificadores de potencia utilizados en las cadenas de emisión de sistemas de radiocomunicación.

En el campo de las radiocomunicaciones, la emisión de las señales requiere la utilización de amplificadores de potencia, indispensables en las cadenas de emisión. Los amplificadores de potencia utilizados en radiocomunicaciones son de forma general, no lineales; los fenómenos de no linealidad están tanto más presentes cuanto los amplificadores de potencia actuales funcionan en unas zonas próximas a su saturación, en un intento de optimización de su rendimiento, cuanto más importante es la dinámica de entradas y cuanto son cada vez más utilizadas unas señales de envolvente variable. El comportamiento no lineal de los amplificadores de potencia genera particularmente sobre las señales emitidas unas distorsiones de fase y de amplitud, que generan principalmente unos crecimientos espectrales fuera del canal de la señal útil. Tales crecimientos espectrales son indeseables: por un lado las exigencias aplicadas a los dispositivos de radiocomunicación, en términos de eficacia espectral, son cada vez más severas, al ser cada vez mayor la diversidad de dispositivos que comunican de modo inalámbrico. Algunas normas definen unas exigencias precisas en este sentido. Por otro lado, los crecimientos espectrales tienen una influencia negativa sobre el buen funcionamiento de los dispositivos situados en la proximidad del sistema que comprende un amplificador de potencia. En efecto, un vehículo, por ejemplo, puede estar equipado con un gran número de sistemas que funcionen en intervalos de frecuencia relativamente próximos. Las distorsiones pueden caracterizarse por ejemplo por la relación entre la potencia de la señal en el canal útil y la potencia de la señal generada por las distorsiones en los canales adyacentes, siendo esta relación designada comúnmente bajo la sigla de ACPR, que corresponde la terminología inglesa “Adjacent Channel Power Ratio”; pueden utilizarse igualmente otros valores característicos, tales como la magnitud del vector de error, designada comúnmente bajo la sigla EVM según la terminología inglesa “Error Vector Magnitude”.

La linealización de los amplificadores de potencia es una solución preferida para reducir los fenómenos de distorsiones no lineales en las cadenas de transmisión de los emisores e incrementar su rendimiento. Existen diferentes técnicas de linealización de los amplificadores de potencia conocidas en el estado de la técnica. Entre las diversas técnicas conocidas de linealización, la predistorsión digital adaptativa en banda base es una de las más eficaces en términos de rentabilidad, gracias a la realización digital, que ofrece precisión y flexibilidad. Esta técnica permite obtener muy buenos rendimientos de linealidad, que pueden alcanzarse con mejores rendimientos en potencia, así como una complejidad y coste reducidos con relación a las técnicas analógicas existentes. De una manera general, las técnicas de predistorsión consisten en transformar las señales aguas arriba del amplificador de potencia, con el fin de que la combinación con el amplificador de potencia convierta al sistema global en lineal. De ese modo, si un circuito efectúa esta transformación, es realizable en teoría una linealización perfecta, colocando éste aguas arriba del amplificador de potencia. Un circuito de ese tipo se califica de “pre-inversa” y se denomina normalmente “precompensador” o incluso “predistorsionador”.

Se puede encontrar un ejemplo en el documento de patente WO 2004/086607.

Existen diversas técnicas de realizaciones de la predistorsión digital adaptativa en banda base. Cada una de entre ellas consiste en trasponer en la banda base la señal de transmisión de radiofrecuencia en la salida del amplificador de potencia, y digitalizar sus componentes en fase y en cuadratura mediante un convertidor analógico-digital. Las muestras en la banda base son procesadas entonces en un procesador digital especializado, con un algoritmo de identificación que las compara con las muestras correspondientes en la señal de entrada de referencia. El proceso de identificación de los parámetros del precompensador se ejecuta en digital, y busca minimizar el error entre la entrada y la salida del amplificador de potencia. Después de un tiempo de convergencia característico del algoritmo de identificación, el precompensador puede funcionar como la pre-inversa exacta del modelo equivalente en banda base del amplificador de potencia. El algoritmo puede realizarse por ejemplo en un circuito integrado específico del tipo “ASIC” según el acrónimo correspondiente a la terminología inglesa “Application-Specific Integrated Circuit”, o bien en un circuito programable del tipo “FPGA” según las siglas correspondientes a la terminología inglesa “Field Programmable Gate Array”, o incluso en un procesador de tratamiento digital, designado comúnmente por las siglas “DSP” según la terminología inglesa “Digital Signal Processor”.

Más particularmente, entre las técnicas conocidas de predistorsión digital adaptativa en banda base, es posible citar dos categorías, que se basan en dos enfoques de realización del precompensador:

-la realización mediante unas tablas de correspondencia o “TC”, almacenadas en unas memorias designadas

comúnmente como “LUT” siguiendo el acrónimo correspondiente a la terminología inglesa “Look-Up Table”. Esta categoría está particularmente adaptada a los amplificadores cuyos efectos de memoria son despreciables, -la realización mediante unos modelos paramétricos. La gama de modelos paramétricos en este tipo de aplicación es vasta: los modelos paramétricos pueden ser desde unos modelos polinómicos simples sin memoria, hasta unos modelos netamente más complejos, tales como unos modelos en series de Volterra y unos modelos de redes neuronales.

El precompensador es por ejemplo un procesador digital que trata la envolvente compleja de la señal de entrada, representada generalmente por sus componentes en fase y en cuadratura designadas respectivamente por las letras I y Q, y muestreadas a una frecuencia determinada; de ese modo, la muestra que se presenta en la entrada del precompensador en un instante dado es de valor complejo. Con el fin de corregir simultáneamente las distorsiones de amplitud y de fase del amplificador de potencia, se ajustan la amplitud y la fase, o las partes real e imaginaria de cada valor complejo correspondiente a una muestra en la entrada.

La técnica de las tablas de correspondencia ofrece la ventaja de ser simple de realizar; sin embargo esta técnica presenta el inconveniente de un tiempo de convergencia relativamente largo. Además, puede requerirse el uso de tablas de dimensiones importantes, precisando unas memorias de almacenamiento que pueden ser difíciles de realizar.

La realización de modelos paramétricos incrementa considerablemente la complejidad del sistema, y puede engendrar unos problemas de inestabilidad cuando los órdenes de los polinomios empleados son elevados, incluso unos problemas de no convergencia de los algoritmos.

Un objeto de la presente invención es paliar al menos los inconvenientes antes citados, proponiendo un dispositivo de linealización de un amplificador de potencia basado en la técnica de predistorsión digital adaptativa en banda base, que realiza unos cálculos que ofrecen unos tiempos de convergencia cortos, y que no presentan problemas de inestabilidad, incluso cuando se utilizan unos modelos matemáticos complejos.

Otra ventaja de la presente invención es que no requiere la utilización de memorias de gran capacidad.

Con este fin, la invención tiene por objeto un dispositivo de linealización para amplificador de potencia mediante predistorsión digital adaptativa en banda base que comprende un bloque pre-inverso que recibe una señal de entrada discretizada compleja x̃e (n) y que restaura en la entrada del amplificador de potencia una señal predistorsionada compleja x̃p (n) , caracterizada porque el bloque pre-inverso comprende un primer módulo y un segundo módulo que recibe en la entrada el módulo de la señal de entrada compleja |x̃e (n) | cuyo valor está comprendido en un intervalo de amplitudes que varían entre dos valores mínimo y máximo, siendo descompuesto el intervalo de la amplitud en una pluralidad de segmentos, comprendiendo el primer módulo una tabla de... [Seguir leyendo]

1. Dispositivo de linealización para amplificador (10) de potencia mediante predistorsión digital adaptativa en banda base que comprende un bloque (21) pre-inverso que recibe una señal de entrada discretizada compleja x̃e (n) y que restaura en la entrada del amplificador (10) de potencia una señal predistorsionada compleja x̃p (n) , caracterizado porque el bloque pre-inverso comprende un primer módulo (211) y un segundo módulo (212) que recibe en la entrada el módulo de la señal de entrada compleja |x̃e (n) | cuyo valor está comprendido en un intervalo de amplitudes que varían entre dos mínima y máxima Amin y Amax, descomponiéndose el intervalo de la amplitud en una pluralidad de segmentos, comprendiendo el primer módulo (211) una tabla de correspondencia que asocia cada valor del módulo de la señal de entrada compleja |x̃e (n) | contenida en un segmento dado, a un juego predefinido de una pluralidad de parámetros que definen un modelo paramétrico realizado en el segundo módulo (212) a través de una función Fj, restaurando el segundo módulo un valor Fj (|x̃e (n) |) , resultante la señal predistorsionada compleja de la multiplicación de la señal de entrada compleja xẽ (n) por el valor Fj (|xẽ (n) |) , basándose la identificación del bloque (21) pre-inverso en una arquitectura indirecta formada por un bloque (22) de identificación dispuesto en paralelo con el amplificador (10) de potencia, identificando el bloque (22) de identificación los juegos de parámetros para cada segmento del intervalo de la amplitud del módulo de la señal de entrada compleja |x̃e (n) | que minimiza el error entre la señal de entrada xp̃ (n) y la señal de salida ỹ (n) del amplificador (10) de potencia en al menos una iteración.

2. Dispositivo de linealización para amplificador (10) de potencia según la reivindicación 1, caracterizado porque cada uno de dichos juegos de parámetros predefinidos para un segmento k dado define los coeficientes complejos de un polinomio de orden Pk.

3. Dispositivo de linealización para amplificador (10) de potencia según la reivindicación 2, caracterizado porque al ser nula la amplitud mínima Amin, el intervalo de la amplitud se descompone en un número NTCP de segmentos de igual longitud Lseg igual a la relación de la amplitud máxima del intervalo de la amplitud al número de segmentos Amax/NTCP, siendo entonces los segmentos del intervalo de la amplitud unos intervalos