Epälineaarinen vahvistussärö yhteistoiminnallisissa OFDM-järjestelmissä

Abstract

OFDM (Orthogonal frequency division multiplexing) on lupaava langattoman tietoliikenteen teknologia johtuen sen hyvästä suorituskyvystä monitieympäristössä. Yhteistoiminnallisen tiedonvälityksen tekniikka on nykyisin jatkuvan tutkimuksen kohteena. Se hyödyntää muiden päätteiden antenneja virtuaalisen moniantennijärjestelmän luomiseen mahdollistaen moniantennijärjestelmille ominaisia kapasiteettihyötyjä.

Tässä diplomityössä tutkitaan epälineaarista vahvistussäröä, kun näitä molempia tekniikoita käytetään yhdessä. Ensimmäiset kappaleet käsittelevät OFDM-järjestelmien ja epälineaaristen OFDM-järjestelmien särön sekä yhteistoiminnallisen tiedonvälityksen taustoja. Yhteistoiminnallisten OFDM-järjestelmien suorituskykyä mitataan simulaatioiden avulla epälineaarisen särön vaikuttaessa. Suorituskykyä mitataan bittivirhesuhteena käyttäen epäyhteistoiminnallista ja lineaarista yhteistoiminnallista järjestelmää vertailukohteena. Lisäksi särötermi myös analysoidaan. Systeemimalli sisältää epälineaarisen vahvistuksen välittimessä, jota mallinnetaan elektronisella tehovahvistimella.

Lopuksi esitellään ja testataan tekniikka järjestelmän suorituskyvyn parantamiseen optimoimalla maksimisuhdeyhdistintä. Se optimoidaan mallintamalla vahvistussäröä normaalijakaumalla. Lisäksi esitellään ja testataan yhteistoiminnallisille järjestelmille sopiva tehovahvistimen epälineaarisuuden poistotekniikan muunnelma, jolla saadaan lähellä lineaarista tapausta olevia tuloksia.

Orthogonal frequency division multiplexing (OFDM) is a promising technique for wireless communications because of its good performance under multipath environments. The concept of cooperative communications is currently under constant research. It uses antennas of other terminals to create virtual multiple input multiple output (MIMO) systems, providing capacity gains similar to those of MIMO systems.

This thesis studies the issue of nonlinear amplifier distortion when these two techniques are used together. The first chapters give a background on OFDM systems, nonlinear distortion in OFDM systems, and Cooperative Communications. The performance of OFDM cooperative systems under nonlinear distortion are measured by simulations. The performance is measured in terms of BER using a non-cooperative system and a linear cooperative system as references. In addition, the distortion term is also analysed. The system model includes a non-linear amplifier at the relay, modelled as a solid state power amplifier (SSPA).

A technique for improving the performance of the system, by optimising the maximum ratio combiner (MRC), is introduced and tested. The MRC is optimised by modelling the distortion noise as Gaussian. Also, a modification to the power amplifier nonlinearity cancellation (PANC) technique, suitable to cooperative systems, is introduced and tested, showing results close to the linear case.