predistorsión digital

La predistorsión digital, o DPD, es una técnica de procesamiento de señal en tiempo real que distorsiona deliberadamente una señal de entrada antes de que entre en un amplificador de potencia, con el fin de cancelar las propias distorsiones no lineales del amplificador en la salida. La señal predistorsionada y la respuesta del amplificador se combinan para producir una salida general más limpia y lineal de lo que el amplificador por sí solo podría ofrecer. Esto es esencial en los sistemas inalámbricos y de banda ancha modernos, donde la pureza espectral y la eficiencia deben coexistir.

Los amplificadores de potencia, especialmente a altos niveles de salida, comprimen la ganancia en los niveles máximos de señal, generan armónicos y causan distorsión por intermodulación entre múltiples componentes de frecuencia. Estas no linealidades provocan el recrecimiento de la señal fuera del canal previsto y la degradación de la calidad de la modulación. En lugar de reducir la potencia de salida para mantenerse lineal, la DPD aplica una función de transferencia inversa a la señal digital de banda base antes del convertidor D/A y la conversión ascendente de RF. Cuando el amplificador distorsiona esta señal ya distorsionada, los dos efectos se cancelan parcialmente.

Implementación y bucles de retroalimentación

La DPD opera en un bucle de retroalimentación. Un acoplador o elemento direccional en la salida del amplificador captura la señal de salida real, que se convierte a una frecuencia inferior, se digitaliza y se compara con la salida ideal esperada. Un procesador digital mide continuamente la relación real de entrada a salida del amplificador y actualiza una tabla de consulta o un modelo polinómico. Este modelo se invierte y se aplica a futuras muestras de entrada. El bucle funciona continuamente porque las características del amplificador varían con la temperatura, la impedancia de carga y el envejecimiento.

Los modelos DPD comunes utilizan representaciones polinómicas o polinómicas con memoria, capturando tanto la no linealidad sin memoria como los efectos de memoria dinámicos causados por las redes de polarización y el calentamiento del dispositivo. Los coeficientes se actualizan típicamente cada milisegundo a varios milisegundos. Las implementaciones modernas se ejecutan en núcleos DSP o FPGAs integrados en el subsistema de RF, manteniendo la latencia lo suficientemente baja como para que la retroalimentación siga siendo válida.

La DPD es estándar en estaciones base celulares, transpondedores satelitales y sistemas de evolución a largo plazo (LTE) y 5G, donde la eficiencia energética y el cumplimiento de la máscara espectral son obligatorios. Sin ella, los amplificadores deben operar con 6 a 10 decibelios de retroceso desde su punto de saturación, desperdiciando energía y generando calor. Con DPD, los amplificadores pueden funcionar más cerca de la saturación mientras mantienen la relación de fuga de canal adyacente (ACLR) dentro de los límites regulatorios. La desventaja es la complejidad, la latencia y la carga computacional añadidas.