prédistorsion numérique

La prédistorsion numérique, ou DPD, est une technique de traitement du signal en temps réel qui déforme délibérément un signal d'entrée avant qu'il n'entre dans un amplificateur de puissance, afin d'annuler les propres distorsions non linéaires de l'amplificateur sur la sortie. Le signal prédistorsionné et la réponse de l'amplificateur se combinent pour produire une sortie globale plus propre et plus linéaire que ce que l'amplificateur seul pourrait fournir. Ceci est essentiel dans les systèmes sans fil et à large bande modernes où la pureté spectrale et l'efficacité doivent coexister.

Les amplificateurs de puissance, en particulier à des niveaux de sortie élevés, compressent le gain aux niveaux de signal de crête, génèrent des harmoniques et provoquent une distorsion d'intermodulation entre plusieurs composantes de fréquence. Ces non-linéarités entraînent une repousse du signal en dehors du canal prévu et une dégradation de la qualité de la modulation. Plutôt que de réduire la puissance de sortie pour rester linéaire, la DPD applique une fonction de transfert inverse au signal numérique en bande de base avant le convertisseur N/A et la conversion RF. Lorsque l'amplificateur déforme ce signal déjà déformé, les deux effets s'annulent partiellement.

Mise en œuvre et boucles de rétroaction

La DPD fonctionne en boucle de rétroaction. Un coupleur ou un élément directionnel à la sortie de l'amplificateur capture le signal de sortie réel, qui est déconverti, numérisé et comparé à la sortie idéale attendue. Un processeur numérique mesure en continu la relation entrée-sortie réelle de l'amplificateur et met à jour une table de correspondance ou un modèle polynomial. Ce modèle est inversé et appliqué aux futurs échantillons d'entrée. La boucle fonctionne en continu car les caractéristiques de l'amplificateur varient avec la température, l'impédance de charge et le vieillissement.

Les modèles DPD courants utilisent des représentations polynomiales ou polynomiales à mémoire, capturant à la fois la non-linéarité sans mémoire et les effets de mémoire dynamiques causés par les réseaux de polarisation et l'échauffement des dispositifs. Les coefficients sont généralement mis à jour toutes les millisecondes à plusieurs millisecondes. Les implémentations modernes fonctionnent sur des cœurs DSP ou des FPGA intégrés dans le sous-système RF, maintenant une latence suffisamment faible pour que la rétroaction reste valide.

La DPD est standard dans les stations de base cellulaires, les transpondeurs satellites et les systèmes LTE (Long-Term Evolution) et 5G où l'efficacité énergétique et la conformité au masque spectral sont obligatoires. Sans elle, les amplificateurs doivent fonctionner avec un recul de 6 à 10 décibels par rapport à leur point de saturation, gaspillant de l'énergie et générant de la chaleur. Avec la DPD, les amplificateurs peuvent fonctionner plus près de la saturation tout en maintenant le rapport de fuite de canal adjacent (ACLR) dans les limites réglementaires. Le compromis est une complexité, une latence et une charge de calcul accrues.