Nghiên cứu, triển khai thuật toán bù méo cho bộ khuếch đại công suất

Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt Từ ngữ viết tắt Viết đầy đủ Ý nghĩa ACPR Adjaction Channel Power Ratio Tỷ số công suất trong băng và cận băng ADC Analog to Digital Converter Bộ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

-

DƯƠNG ĐỨC THANH

NGHIÊN CỨU, TRIỂN KHAI THUẬT TOÁN BÙ MÉO

CHO BỘ KHUẾCH ĐẠI CÔNG SUẤT

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Chuyên ngành: Kỹ thuật điện tử

Hà Nội - 2017

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

-

DƯƠNG ĐỨC THANH

NGHIÊN CỨU, TRIỂN KHAI THUẬT TOÁN BÙ MÉO

CHO BỘ KHUẾCH ĐẠI CÔNG SUẤT

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Chuyên ngành: Kỹ thuật điện tử

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS TS NGUYỄN ĐỨC MINH

Hà Nội - 2017

MỤC LỤC

Trang phụ bìa 2

Lời cam đoan 4

Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt 5

Danh mục các hình vẽ, đồ thị 6

MỞ ĐẦU 7

Chương 1 - TỔNG QUAN 9

1.1 Lý thuyết tổng quan 9

1.1.1 Power amplifier, RF Power amplifier là gì? 9

1.1.2 Chức năng của RF Power amplifier (PA) là gì? 9

1.1.3 Một số chỉ tiêu kỹ thuật quan trọng của PA 9

1.1.4 Méo (Distortion) trong PA là gì? Tại sao lại có méo? 10

1.1.5 Méo xuyên điều chế ảnh hưởng gì? 13

1.2 Các kỹ thuật tuyến tính hoá bộ khuếch đại công suất 14

1.2.1 Các phương pháp tuyến tính hoá phổ biến 15

1.2.2 Bù méo (Predistortion) [3,8] 19

Chương 2 - DIGITAL PRE-DISTORTION 23

2.1 Lựa chọn thuật toán 23

2.2 Nội dung thuật toán 24

2.2.1 Mô hình hoá PA 24

2.2.2 Kỹ thuật bù méo 29

Chương 3 - KẾT QUẢ MÔ PHỎNG VÀ ĐÁNH GIÁ 33

3.1 Méo trước khi áp dụng DPD 35

3.2 Mô hình hoá 36

3.3 Kết quả khi áp dụng DPD và đánh giá 37

KẾT LUẬN 43

TÀI LIỆU THAM KHẢO 44

PHỤ LỤC 45

Lời cam đoan

Tôi đã đọc và hiểu về các hành vi vi phạm sự trung thực trong học thuật Tôi cam kết bằng danh dự cá nhân rằng nghiên cứu này do tôi tự thực hiện và

không vi phạm yêu cầu về sự trung thực trong học thuật

Tôi xin cam đoan luận văn: “NGHIÊN CỨU, TRIỂN KHAI THUẬT

TOÁN BÙ MÉO CHO BỘ KHUẾCH ĐẠI CÔNG SUẤT” là nghiên cứu của

tôi, các số liệu và kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác

Tác giả luận văn

Dương Đức Thanh

Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt

Từ ngữ

viết tắt Viết đầy đủ Ý nghĩa

ACPR Adjaction Channel Power Ratio Tỷ số công suất trong băng và cận

băng ADC Analog to Digital Converter Bộ biến đổi tương tự sang số

DPD Digital Pre-distortion Bù méo bằng phương pháp số DSP Digital Signal Processor Bộ xử lý tín hiệu số

IMD Inter-modulation distortion Méo xuyên điều chế

LPF Lowpass Filter Bộ lọc thông thấp

LS Least Square Phương pháp bình phương nhỏ

nhất LTE Long-Term Evolution Tín hiệu LTE

PA Power Amplifier Bộ khuếch đại công suất

RF Radio Frequency Tần số vô tuyến (hay sóng vô

tuyến) SDR Software Defined Radio Vô tuyến định nghĩa bằng phần

mềm

Danh mục các hình vẽ, đồ thị

Hình 1.1 Sơ đồ khối hệ thống máy vô tuyến SDR và vị trí của PA 9

Hình 1.2 Các chỉ tiêu phần phát chính của một máy thông tin vô tuyến 10

Hình 1.3 Đặc tuyến của bộ khuếch đại công suất tại các điểm làm việc 11

Hình 1.4 Khuếch đại công suất chế độ A 12

Hình 1.5 Khuếch đại công suất chế độ B và AB 12

Hình 1.6 Tín hiệu điều chế 2 tones khi qua bộ KĐCS phi tuyến 13

Hình 1.7 Tín hiệu trải phổ khi qua bộ KĐCS phi tuyến 14

Hình 1.8 Giới hạn tín hiệu đầu vào theo phương pháp Power back-off 15

Hình 1.9 Sơ đồ khối hệ thống phương pháp hồi tiếp 16

Hình 1.10 Sơ đồ khối hệ thống envelope feedback 16

Hình 1.11 Sơ đồ khối hệ thống Cartesian feedback 17

Hình 1.12 Sơ đồ khối hệ thống Feedforward 17

Hình 1.13 Sơ đồ khối hệ thống LINC 18

Hình 1.14 Sơ đồ khối hệ thống EER 18

Hình 1.15 Nguyên tắc hoạt động của hệ thống bù méo 19

Hình 1.16 Đặc tuyến làm việc của PA và nguyên lý bù méo 19

Hình 1.17 Đặc tuyến làm việc tổng hợp 20

Hình 1.18 Sơ đồ khối hệ thống bù méo ở RF/IF 21

Hình 1.19 Sơ đồ khối hệ thống bù méo bằng phương pháp số 22

Hình 2.1 Sơ đồ các khối trong quá trình mô hình hoá 25

Hình 2.2 Các bước mô hình hoá 28

Hình 2.3 Sơ đồ khối hệ thống bù méo 29

Hình 3.1 Giả lập đối tượng sử dụng để mô phỏng 33

Hình 3.2 Mô hình bộ khuếch đại công suất 33

Hình 3.3 Cấu hình bộ khuếch đại công suất 34

Hình 3.4 IMD 2 tones 35

Hình 3.5 Phổ với tín hiệu đầu vào LTE 36

Hình 3.6 IMD 2 tones khi sử dụng DPD 37

Hình 3.7 Phổ với tín hiệu đầu vào LTE khi sử dụng DPD (so sánh N) 38

Hình 3.8 Phổ với tín hiệu đầu vào LTE khi sử dụng DPD (so sánh M) 39

Hình 3.9 Phổ với tín hiệu đầu vào trải phổ 10MHz 41

MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài

Trong thời đại công nghệ thông tin bùng nổ như hiện nay, thì yêu cầu về việc truyền dữ liệu tốc độ cao ngày càng tăng, các dạng điều chế ngày càng phức tạp, băng thông tín hiệu ngày càng được mở rộng Để đáp ứng các dạng điều chế phức tạp băng thông rộng đó thì yêu cầu về tính tuyến tính của bộ khuếch đại công suất ngày càng cao và trở thành yêu cầu cấp bách Trong khi đó, do giới hạn của phần cứng, giới hạn của linh kiện mà các kỹ thuật tuyến tính hoá bằng phần cứng dần bị giới hạn

Sự phát triển của lĩnh vực xử lý tín hiệu số đã giúp có thể thực hiện những

kỹ thuật tuyến tính hoá mới dựa trên môi trường số, đặc biệt, nhiều kỹ thuật bù méo (làm méo trước tín hiệu) bằng phương pháp số đã được nghiên cứu, giới thiệu cho khả năng tuyến tính hoá bộ khuếch đại công suất một cách đáng kể Hơn thế nữa, bù méo bằng phương pháp số với ưu điểm tiết kiệm chi phí hơn rất nhiều so với các kỹ thuật tuyến tính hoá bằng phần cứng nên có thể nói DPD đang trở thành xu thế trong lĩnh vực tuyến tính hoá bộ khuếch đại công suất

Cá nhân tác giả là một kỹ sư thiết kế phần cứng cao tần, việc lựa chọn đề tài này là một cơ hội nghiên cứu, mở mang thêm kiến thức, đồng thời hiểu sâu thêm về cao tần

2 Mục đích nghiên cứu của luận văn

Trên cơ sở nội dung nghiên cứu, mục đích của luận văn bao gồm:

 Nắm và hiểu bản chất phi tuyến của bộ khuếch đại công suất, ý nghĩa của việc cần có bộ khuếch đại công suất tuyến tính

 Tìm hiểu, so sánh các kỹ thuật tuyến tính hoá bộ khuếch đại công suất đã được nghiên cứu và công bố

 Nghiên cứu, tìm hiểu một kỹ thuật/thuật toán tuyến tính hoá bộ khuếch đại

 Triển khai kỹ thuật/thuật toán đó, mô phỏng và đánh giá

3 Đối tƣợng, phạm vi nghiên cứu

 Đối tượng nghiên cứu là tính phi tuyến của bộ khuếch đại công suất và kỹ thuật tuyến tính hoá

 Phạm vi nghiên cứu là tìm hiểu các thuật toán đã được công bố, từ đó vận dụng mô phỏng kiểm thử

 Chương 2 - Digital Pre-distortion: trình bày nội dung các bước của một kỹ thuật tuyến tính hoá bộ khuếch đại công suất

 Chương 3 - Kết quả và bàn luận: trình bày các kết quả mô phỏng và đánh giá

Chương 1 - TỔNG QUAN

1.1 Lý thuyết tổng quan

1.1.1 Power amplifier, RF Power amplifier là gì?

Power amplifier: hiểu một cách đơn giản là bộ khuếch đại tín hiệu từ công suất thấp lên công suất cao hơn

RF Power amplifier: là bộ khuếch đại công suất với tín hiệu là cao tần

1.1.2 Chức năng của RF Power amplifier (PA) là gì?

Trong thời đại công nghệ thông tin bùng nổ như hiện nay thì các máy thông tin vô tuyến (từ các hệ thống thông tin vệ tinh - mặt đất, các đài rada, các máy thông tin trong quân sự, đến các sản phẩm dân sự như điện thoại, đài radio, wifi…) ngày càng trở nên quan trọng và phổ biến

PA là một thành phần rất quan trọng trong tuyến phát của các máy thông tin

vô tuyến Chức năng là khuếch đại tín hiệu từ công suất thấp (sau điều chế) lên công suất cao để đảm bảo truyền được đi xa

LO

A D

DSP

UI

RF

Hình 1.1 Sơ đồ khối hệ thống máy vô tuyến SDR và vị trí của PA

1.1.3 Một số chỉ tiêu kỹ thuật quan trọng của PA

- Dải tần hoạt động

- Công suất phát

- Công suất đầu vào

- Méo xuyên điều chế (IMD)

- Méo hài

- Hiệu suất (dòng tiêu thụ)

Dưới đây là ví dụ bảng chỉ tiêu kỹ thuật phần phát của chiếc máy Micom-2 HF-SSB Mobile/Fixed Digital Signal Processing Radio của Motorola:

Hình 1.2 Các chỉ tiêu phần phát chính của một máy thông tin vô tuyến

Đối với một bộ khuếch đại công suất 125W thì chỉ tiêu méo xuyên điều chế như trên của chiếc Micom-2 là một chỉ tiêu rất cao và khó đạt Như vậy có thể thấy méo xuyên điều chế là một trong những chỉ tiêu quan trọng của một bộ khuếch đại công suất có sử dụng các dạng điều chế số ngày nay

1.1.4 Méo (Distortion) trong PA là gì? Tại sao lại có méo?

Méo là hiện tượng sinh ra khi tín hiệu đi qua một thành phần phi tuyến Ở đây, PA là một thành phần phi tuyến về mặt biên độ, tức là đáp ứng của PA với những tín hiệu có mức biên độ khác nhau là khác nhau

Có 2 loại méo trong PA: méo hài (Harmonic Distortion) và méo xuyên điều chế (Inter-modulation Distortion), bản chất đều do một nguồn gốc sinh ra

- Méo hài là méo tín hiệu cao tần Xét một tín hiệu hình sine là xoay chiều,

biên độ tín hiệu thay đổi khi đi qua PA (có đáp ứng không tuyến tính theo

mức điện áp tín hiệu) sẽ bị méo (không còn là hình sine chuẩn như ban

đầu nữa), phân tích phổ của tín hiệu đầu ra thì được các hài bậc 2, 3, 4, 5…

Hình 1.3 Đặc tuyến của bộ khuếch đại công suất tại các điểm làm việc

- Méo xuyên điều chế sinh ra khi tín hiệu sử dụng là các tín hiệu được điều chế về mặt biên độ (AM, QAM, OFDM, QPSK…) Do hệ số khuếch đại của PA đối với các mức công suất đầu vào là không tuyến tính Cụ thể, thành phần chính của PA là các transistor công suất, xét các chế độ làm việc thông dụng là A, AB, B (class C, D, E, F chỉ được sử dụng khi cần hiệu suất mà không quan tâm đến độ tuyến tính) Trong đó chế độ A tuyến tính với các mức biên độ thấp nhưng phi tuyến với các mức biên độ cao Trong khi đó chế độ B, AB phi tuyến với mức biên độ rất nhỏ và mức

biên độ lớn Nói chung cả 3 chế độ thì khi tín hiệu đầu vào lớn thì vẫn gây

ra méo tín hiệu đầu ra [8] như các đồ thị dưới:

Hình 1.4 Khuếch đại công suất chế độ A

Hình 1.5 Khuếch đại công suất chế độ B và AB

Méo hài có thể lọc được một cách đơn giản bằng các bộ lọc thông thấp, luận văn này sẽ chủ yếu nói đến méo xuyên điều chế (không thể lọc bằng bất cứ

bộ lọc nào)

1.1.5 Méo xuyên điều chế ảnh hưởng gì?

- Khi phân tích phổ tín hiệu điều chế đơn giản, ví dụ 2 tones:

Hình 1.6 Tín hiệu điều chế 2 tones khi qua bộ KĐCS phi tuyến

Với tín hiệu 2 tones (f1, f2) khi qua bộ khuếch đại công suất phi tuyến sẽ sinh

ra các méo xuyên điều chế IM2, IM3, IM4, IM5… Trong đó các thành phần méo xuyên điều chế là trộn giữa các tần số và hài với nhau:

- Khi phân tích phổ tín hiệu điều chế phức tạp hơn, ví dụ tín hiệu điều chế trải phổ như OFDM, QAM-64, QAM-256, LTE…

PA

Hình 1.7 Tín hiệu trải phổ khi qua bộ KĐCS phi tuyến

Đối với tín hiệu là trải phổ thì khi qua bộ khuếch đại công suất và phân tích phổ sẽ thấy sinh ra phổ nhiễu 2 bên cận băng, và nếu nhìn kỹ vùng phổ trong băng

sẽ còn thấy phổ trong băng đã bị thay đổi so với phổ tín hiệu gốc, bản chất cũng chính là do méo xuyên điều chế giữa các tones như 2 tones ở trên Việc làm méo tín hiệu như vậy sẽ làm cho quá trình giải điều chế bị sai bit, không chính xác Dạng điều chế càng phức tạp thì mức độ giải điều chế sai bit càng cao

Công nghệ thông tin phát triển kéo theo việc truyền dữ liệu tốc độ cao ngày càng được quan tâm, khi đó phải sử dụng đến các dạng điều chế phức tạp hơn QAM-64, QAM-256… Waveform càng phức tạp thì yêu cầu độ tuyến tính của PA càng phải cao

1.2 Các kỹ thuật tuyến tính hoá bộ khuếch đại công suất

Qua trình bày ở trên có thể thấy được ảnh hưởng của méo nói chung và méo xuyên điều chế nói riêng đến chất lượng tín hiệu như thế nào Từ đó yêu cầu đặt ra là phải tuyến tín hoá bộ khuếch đại công suất ngày càng cao, đặc biệt là với các dạng điều chế số phức tạp trải phổ băng rộng (do ảnh hưởng của méo đến chất lượng tín hiệu càng lớn)

Có nhiều phương pháp để làm tuyến tính một bộ khuếch đại công suất phi tuyến, mỗi phương pháp có những ưu, nhược điểm riêng Phần đầu tiên của mục này sẽ giới thiệu về một số phương pháp tuyến tính hoá phổ biến, phần sau sẽ giới thiệu chi tiết về phương pháp bù méo (Predistortion)

PA

1.2.1 Các phương pháp tuyến tính hoá phổ biến

Có nhiều phương pháp tuyến tính hóa khác nhau, dưới đây là các phương pháp phổ biến nhất:

a Power back-off [3]

- Nguyên lý: phân cực cho transistor khuếch đại công suất hoạt động ở vùng tuyến tính (class A) và giới hạn công suất tín hiệu đầu vào không quá lớn để không rơi vào vùng bão hoà

Hình 1.8 Giới hạn tín hiệu đầu vào theo phương pháp Power back-off

- Ưu điểm: rất dễ thực hiện, dải rộng

- Nhược điểm: nhược điểm lớn nhất là làm giảm hiệu suất, và phải sử dụng những transistor có độ tuyến tính cao, đắt tiền nếu không phương pháp không có nhiều hiệu quả Bên cạnh đó, việc phân cực cho transistor công suất hoạt động ở class A với hệ số khuếch đại lớn sẽ làm hệ thống dễ bị tự kích (oscillation) kém

ổn định

b Phương pháp hồi tiếp (feedback) [3, 8]

PA+

Suy hao

Hình 1.9 Sơ đồ khối hệ thống phương pháp hồi tiếp

- Nguyên lý: méo của tín hiệu đầu ra được suy hao và bù trừ vào tín hiệu đầu vào

để giảm méo

- Ưu điểm: đơn giản

- Nhược điểm: dải hẹp (do trễ của vòng hồi tiếp), chỉ phù hợp với tần số thấp, với tần số cao thì hệ thống quá đơn giản, trễ của vòng hổi tiếp dễ làm lệch pha dẫn đến mất ổn định, và nhược điểm nữa là không cải thiện được nhiều (khả năng tuyến tính hoá chưa cao)

Để nâng cao hiệu quả hoạt động thì phương pháp này được cải tiến thành

các dạng bên dưới (c, d):

c Envelope feedback [8]

PA

Envelop detector

Envelop detector

x

+

-Các bộ tách đường bao tín hiệu

Hình 1.10 Sơ đồ khối hệ thống envelope feedback

Envelope feedback được ứng dụng cho các khuếch đại sử dụng ống điện tử, hay khuếch đại rắn Nguyên lý là dựa trên sự khác nhau giữa đường bao tín hiệu đầu vào và đường bao tín hiệu đầu ra để hiệu chỉnh trạng thái Bằng phương pháp này có thể cải thiện khoảng 10dB IMD

d Cartesian feedback [8]

Hình 1.11 Sơ đồ khối hệ thống Cartesian feedback

Một phương pháp hồi tiếp khác là Cartesian feedback, sử dụng với tín hiệu dạng I/Q, và thường được sử dụng trong các thành phần xử lý ở băng cơ sở

- Ưu điểm: khả năng cải thiện tốt (30dB IMD), hiệu suất tốt

- Nhược điểm: khó thiết kế để hoạt động ổn định trong ứng dụng dải rộng (do phải xử lý lệch pha), và yêu cầu các bộ trộn tần (mixer) phải rất tốt

e Feedforward [3,8]

Delay

Auxiliary Amplifier -

-RF in

Hình 1.12 Sơ đồ khối hệ thống Feedforward

Một phương pháp khác là hệ thống feedforward, bằng cách so sánh sự khác nhau giữa tín hiệu đầu vào và tín hiệu đầu ra PA giống như hệ thống feedback, nhưng thay vì cho tín hiệu sai khác quay lại đầu phát thì ở đây ta lại trừ tín hiệu đầu ra PA với tín hiệu sai khác để được tín hiệu mong muốn Hệ thống có thể cải thiện khoảng 15 dB IMD

- Nhược điểm: của hệ thống này là tính phức tạp do phải xử lý lệch pha rất chính xác và không kinh tế đồng thời hiệu suất không tốt do phải sử dụng thêm một PA tương tự (Auxiliary Amplifier) nữa

f LINC (Linear amplification with Nonlinear Components) [3,8]

Hình 1.13 Sơ đồ khối hệ thống LINC

Phương pháp tuyến tính hóa sử dụng những thành phần phi tuyến hoạt động bằng cách phân chia giá trị đầu vào thành hai tín hiệu Việc giảm biên độ đầu vào cũng giúp cho PA hoạt động ở trạng thái tuyến tính hơn và sau khi từng tín hiệu được khuếch đại chúng lại được cộng lại để ra được tín hiệu đã được tuyến tính hóa Nguyên lý hệ thống tuy đơn giản nhưng lại khó thực hiện ở phần cứng với tín hiệu tương tự Ngày nay với sự phát triển của công nghệ mạch điện tử thì LINC đã có thể thực hiện được, cải thiện được khoảng 20dB

g EER (Envelope Elimination and Restoration) [3,6,8]

PA

Vin

Vout

Bộ tách biên độ/

pha

Gain

Amp

Phase

Hình 1.14 Sơ đồ khối hệ thống EER

Hệ thống EER hoạt động cũng dựa trên nguyên tắc gần giống như LINC

tức là nó phân chia tín hiệu đầu vào thành 2 tín hiệu thành phần, nhưng ở đây là biên độ và pha Sau đó, thành phần pha không tuyến tính khi đi qua PA được

điều khiển hệ số gain bằng thành phần biên độ thì sẽ cho ra tín hiệu tuyến tính hơn EER có thể cải thiện khoảng 10dB IMD

h Phương pháp bù méo (phương pháp này được trình bày kỹ hơn ở mục bên

Hình 1.15 Nguyên tắc hoạt động của hệ thống bù méo

Nguyên tắc của bù méo là làm méo trước tín hiệu theo cách ngược lại đặc tính làm việc của PA, tín hiệu sau đó qua PA được làm méo một lần nữa và trở nên tuyến tính

Mô hình hóa bằng toán học [1] thì đơn giản là:

( ) ( ) Trong đó là hàm truyền đạt của khối bù méo (Predistortor) và là hàm truyền đạt của khối khuếch đại PA Ví dụ như các đặc tuyến làm việc dưới đây:

Input

Đặc tuyến PA Đường đặc tuyến

mong muốn

Vin (thực tế)

Vout (thực tế) Vout (mong muốn)

Vin (bù méo)

Dựa trên đặc tính làm việc của khuếch đại PA mà khối bù méo có đặc tính làm việc đảo ngược lại Kết quả là đặc tính làm việc tổng hợp được tuyến tính hóa

Input Đặc tuyến PA

Đường đặc tuyến gain trung bình

Đường đặc tuyến gain lớn nhất

Đường đặc tuyến gain bão hoà

Hình 1.17 Đặc tuyến làm việc tổng hợp

Có 3 phương pháp chính để thực hiện bù méo, tùy theo vị trí đặt khối bù méo ở đâu trong hệ thống, đó là RF/IF Predistortion, Baseband Predistortion và Digital Predistortion

a Bù méo ở RF/IF (RF/IF Predistortion) [8]

Đơn giản nhất là bù méo ở RF/IF, phương pháp này sử dụng các phần tử bán dẫn diode và transistor RF như là thành phần làm méo

PA RF out

Control

ΔɸΔA

RF in

feedback feedforward

(a) Hệ thống bù méo ở RF

PA RF out

Control

ΔɸΔA

RF in

feedback feedforward

LO

(b) Hệ thống bù méo ở IF

Hình 1.18 Sơ đồ khối hệ thống bù méo ở RF/IF

Tín hiệu điều khiển được dựa trên sai khác giữa tín hiệu RF feedback và RF

in

- Ưu điểm của phương pháp này là không phụ thuộc vào đặc điểm của PA và hoạt động ở băng cơ sở do đó có thể triển khai thành các IC/chíp bù méo chuyên dụng, và hoạt động không quan tâm gì đến quá trình điều chế/giải điều chế tín hiệu

- Nhược điểm của phương pháp này là hạn chế của thành phần mạch tương tự và vấn đề trễ do sai lệch tần số gây ra

b Bù méo ở băng cơ sở (Baseband Predistortion) [8]

Cũng giống như bù méo ở RF/IF thì bù méo ở băng cơ sở không phụ thuộc vào quá trình điều chế/giải điều chế tín hiệu, tín hiệu được xử lý là tín hiệu I/Q, nhưng được xử lí ở băng cơ sở Nhược điểm của phương pháp này vẫn là hạn chế của thành phần mạch tương tự

c Bù méo bằng phương pháp số (Digital Predistortion - DPD) [8]

PA PA out+

distortion fucntion

Hình 1.19 Sơ đồ khối hệ thống bù méo bằng phương pháp số

Bù méo bằng phương pháp số cũng là phương pháp xử lý ở băng cơ sở (tuy nhiên phân biệt với phương pháp bù méo ở băng cở sở là dùng các mạch điện tương tự để xử lý), tín hiệu tương tự feedback từ PA được ADC chuyển đổi thành tín hiệu số để sử dụng cho việc điều khiển khối bù méo Từ sự sai khác giữa tín hiệu đầu vào và tín hiệu feedback, ta cập nhật bảng Look Up Table (LUT) để điều chỉnh lại hệ số méo phù hợp với từng mức biên độ khác nhau

- Ưu điểm của phương pháp này là có thể áp dụng nhiều thuật toán khác nhau trên DSP để có thể đạt được kết quả bù méo tốt nhất, sử dụng những bảng LUT đơn giản, DSP tốc độ không cần cao vẫn đạt được kết quả tốt

- Nhược điểm của phương pháp này là đối với trường hợp khuếch đại phi tuyến

do có nhớ thì thuật toán sẽ rất phức tạp, thời gian hội tụ sẽ rất chậm, không phù hợp với sự thay đổi nhanh của PA

Chương 2 - DIGITAL PRE-DISTORTION

2.1 Lựa chọn thuật toán

Vấn đề của DPD (Digital Pre-distortion):

Trong thời đại công nghệ thông tin bùng nổ như hiện nay, thì yêu cầu về việc truyền dữ liệu tốc độ cao ngày càng tăng, các dạng điều chế ngày càng phức tạp, băng thông (BW) tín hiệu ngày càng được mở rộng Khi băng thông tín hiệu lớn sẽ kéo theo băng thông tín hiệu đầu ra bộ khuếch đại công suất khi tính đến méo xuyên điều chế cũng phải tăng lên Cụ thể băng thông khi xét méo xuyên điều chế bậc 3 (IM3) phải bằng 3BW, xét đến méo xuyên điều chế bậc 5 (IM5)

là 5BW Khi đó muốn sử dụng được DPD và bù được đến méo bậc 5 thì cần phải

có ADC lấy mẫu ở tốc độ ít nhất bằng 2 * 5 lần băng thông tín hiệu (theo Nyquyst)

Xét băng thông của sóng điện thoại, băng thông được mở rộng qua các thế hệ: từ thế hệ 1G với BW lên đến 30KHz, thế hệ 2G với BW lên đến 200KHz, thế

hệ 3G với BW lên đến 5MHz, thế hệ 4G (đang bắt đầu được áp dụng ở Việt Nam) với BW lên đến 20MHz, thế hệ LTE (long term evolution) với BW lên đến 100MHz (tối đa 5 sóng mang 4G) và đến ngày nay thế hệ 5G đang được nghiên cứu phát triển băng thông hứa hẹn sẽ còn được mở rộng thêm nữa

Như vậy giả sử nếu muốn sử dụng DPD cho tín hiệu 5 sóng mang - LTE và

bù được đến méo bậc 5 (IM5) thì phải có ADC lấy ở ở tốc độ ít nhất là 1Gsps, chi phí phần cứng sẽ rất tốn kém

Thuật toán bù méo về cơ bản không quá phức tạp, vấn đề lớn nhất khi sử dụng DPD ngày nay là ở tốc độ lấy mẫu của ADC như phân tích ở trên Đã có nhiều nghiên cứu về việc làm cách nào để giảm tốc độ lấy mẫu của ADC mà vẫn

sử dụng được DPD ví dụ như: sử dụng thêm một bộ lọc thông dải ở đầu ra PA

“Band-Limited Volterra Series-based” [9] để giới hạn băng thông tín hiệu, hay thay vì sử dụng một bộ lọc thông dải ở đầu ra thì có thể đặt bộ lọc trên đường