Linearização de Amplificadores de Potência de RF com Pré-Distorção Digital Ortogonal e Realimentação Escalar.

Abstract

Sistemas de comunicação sem fio empregam amplificadores de potência de RF, que são dispositivos intrinsecamente não-lineares. A não-linearidade distorce o sinal, gerando produtos de intermodulação que interferem tanto no próprio sinal a ser transmitido, quanto nas frequências adjacentes. Sistemas de linearização com pré-distorção digital são empregados para reduzir a intermodulação na saída de um transmissor. Tradicionalmente, os algoritmos de linearização são baseados em regressão linear e tem como critério de otimização minimizar o erro entre sinais no domínio do tempo. Essa solução apresenta alta complexidade e desempenho limitado. Este trabalho propõe um sistema de pré-distorção inovador em que a métrica a ser otimizada é uma medida custo escalar, proporcional à característica do sinal de saída do amplificador que deseja-se minimizar, como por exemplo, a intermodulação no domínio da frequência. A não-linearidade produzida pela pré-distorção é representada por meio de um modelo comportamental matemático contendo um conjunto de coeficientes. Assim, o algoritmo de linearização é feito ajustando-se cada coeficiente com o objetivo de minimizar a métrica escolhida. Um novo algoritmo de ortogonalização dos coeficientes remove a interação entre a intermodulação de diferentes ordens, resultando em uma convergência mais rápida e uma menor variação de potência na saída do amplificador ao longo das iterações. A identificação dos coeficientes a partir da medida custo é tratada como um problema de otimização numérica, genérico, em que qualquer método iterativo pode ser empregado. Devido à ortogonalização, o problema de otimização é simplificado, uma vez que o ajuste de um dado coeficiente não afeta os demais. A técnica proposta foi simulada computacionalmente, implementada em FPGA e testada com um amplificador de RF Doherty, comprovando seu funcionamento e eficácia. Além de demonstrar estes resultados, o trabalho também traz a fundamentação teórica da linearização através da pré-distorção digital, possibilitando ao leitor uma compreensão mais abrangente do assunto, incluindo sua implementação em tempo real. Esta técnica inovadora pode ser empregada em qualquer amplificador, cujo sinal a ser amplificado apresenta envoltória variante no tempo, o que engloba a grande maioria dos sistemas de comunicação sem fio.