Laajakaistaisen tehovahvistimen digitaalinen epälineaarisuuden korjaus

Abstract

Langatonta tiedonsiirtoa tehdään ilmaa pitkin käyttäen radiotaajuussignaaleita. Signaalit tosin vaimenevat suhteessa etäisyyden neliöön, joten lähetettävää signaalia pitää vahvistaa. Signaaleja vahvistetaan käyttämällä tehovahvistinta, joka ei todellisuudessa vahvista signaalia lineaarisesti. Reaalimaailmassa tehovahvistimilla on siis epälineaarinen siirtofunktio, joka vääristää signaalia.

Tehovahvistimen epälineaarisuutta pitää mallintaa, jotta sitä voi korjata. Mallinnusta on mahdollista tehdä yksinkertaisella potenssisarjalla. Potenssisarjamallia tutkimalla havaitaan, että tehovahvistimen epälineaarisuus aiheuttaa pääasiassa kolmea merkittävää vääristymää. Ensinnäkin tehovahvistimen epälineaarisuus aiheuttaa harmonisten komponenttien muodostumista, joka hukkaa tehoa ja häiritsee muita kaistoja. Toiseksi epälineaarisuus aiheuttaa keskeismodulaatiota, josta syntyy spektrin uudelleenkasvua. Tämä häiritsee mahdollisesti naapurikaistoja ja myös oman kaistan lähetystä. Kolmanneksi epälineaarisuus aiheuttaa fundamentaalin signaali-komponentin amplitudin ja vaiheen vääristymistä. Vääristymien lisäksi tehovahvistimella on myös muistia, eli tehovahvistimen ulostulosignaali ei riipu vain välittömästä sisääntulosignaalista.

Epälineaarisuutta voidaan korjata eli tehovahvistinta voidaan linearisoida käyttämällä esivääristintä. Esivääristys voidaan toteuttaa käänteisellä tehovahvistimen mallilla, joka muuttaa sisääntulosignaalia siten, että se on alkuperäisen signaalin muotoinen tehovahvistimesta ulostullessaan. Esivääristyksen implementointi on yksinkertaista käyttämällä digitaalista esivääristystä. Digitaalisessa esivääristyksessä mallien estimointi ja esivääristyksen toteutus voidaan tehdä digitaalisesti. Mallien estimointi toteutetaan käytännössä mittaamalla tehovahvistimen sisääntulo- ja ulostulosignaaleja, ja selvittämällä mallien parametrit. Digitaaliset esivääristysmetodit vähentävät tutkitusti vääristymää huomattavasti verrattuna tehovahvistimeen ilman linearisointia.