تحقیق الگوریتم پیش اعوجاج دیجیتالی در حذف اثر غیر خطی تقویت کننده توان

چکیده

خطی سازی تقویت کننده های قدرت در ماهواره، تاثیر بسزایی در کاهش توان ارسالی و افزایش راندمان دارد. در این گزارش خصوصیات غیر خطی تقویت TWTA در ماهواره و همچنین انواع اغتشاشات ایجاد شده توسط این نوع تقویت کننده ها مورد بررسی قرار می گیرد. غیر خطی بودن تقویت کننده دو نوع اغتشاش در سیگنالهای خطی ایجاد می کند. اولین نوع اغتشاش، اغتشاش در مسیر سیگنال می باشد. دومین نوع اغتشاش، پهن شدن طیف سیگنال است که باعث ایجاد تداخل در کانالهای مجاور می شود. روشهای مختلفی برای خطی کردن تقویت کننده بکار می رود که عبارت است از: Feed Forward، Feed back و خطی ساز پیش اعوجاج. خطی ساز پیش اعوجاج به علت سادگی در پیاده سازی، قابلیت افزوده شدن به سیستم های ارسال سیگنال به صورت یک بلوک جداگانه و پهنای موثر بالا مورد توجه می باشد. خطی سازهای PD یک مشخصه غیر خطی تولید می کنند که برعکس مشخصه انتقال تقویت کننده هم در دامنه و هم در فاز می باشد. در این خطی سازها، خطی ساز به عنوان یک تولیدکننده IMD در نظر گرفته می شود. اگر IMD های تولیدی به وسیله خطی ساز در دامنه برابر و دارای 180 درجه اختلاف فاز با IMD های تولیدی توسط تقویت کننده داشته باشند، IMD کلا حذف خواهد شد. این شرایط وقتی اتفاق میافتد که گین و فاز تقویت کننده خطی شده با تغییر در سطح توان خروجی ثابت بماند. روشهای مختلف خطی سازی به خصوص روش پیش اعوجاج در تقویت کننده های TWTA ماهواره، جهت ارتقای کیفیت سرویس در مدولاسیون های QAM مرتبه بالا مانند 32 و 64 مورد استفاده قرار می گیرد. به منظور دست یافتن به دانش کافی برای پیاده سازی خطی ساز پیش اعوجاج انواع پیاده سازیها و شبیه سازیها انجام شده در سالها اخیر مورد بررسی قرار می گیرد.

فهرست سرفصل مطالب

چکیده

مقدمه

فصل -1 خصوصیات غیر خطی تقویت کننده توان R

فصل -2 روشهای مختلف خطی سازی

فصل 3 - خطی سازی پیش اعوجاج دیجیتالی

فصل 4 - شبیه سازیها و پیاده سازیهای انجام شده در زمینه خطی ساز پیش اعوجاج

فصل 5 - نتیجه گیری

مراجع

چکیده لاتین

فهرست شکلها

فهرست جداول

**********************

خصوصیات غیر خطی تقویت کننده توان

مقدمه

توان و پهنای باند به عنوان دو فاکتور مهم در ارتباطات ماهواره ای مطرح می باشند. افزایش درخواست برای دریافت سرویسهای مختلف مخابراتی ما را بر آن داشته است که به فکر بهره گیری موثرتر از پهنای باند توان و پهنای باند به عنوان دو فاکتور مهم در ارتباطات ماهوارهای مطرح می باشند . افزایش درخواست برای دریافت سرویسهای مختلف مخابراتی ما را بر آن داشته است که به فکر بهره گیری موثرتر از پهنای باند باشیم. استفاده از مدولاسیون سطوح بالای QAM می تواند روشی برای بهره برداری بهتر از پهنای باند باشد. مدولاسیون QAM برای مدوله کردن سیگنال ارسالی در فرستنده های RCS-DVB بکار گرفته می شود. یک فرستنده RCS-DVB از تقویت کننده TWTA به عنوان تقویت کننده توان استفاده می کند

با بهبود کارایی این نوع تقویت کننده میتوان مصرف توان، وزن و در نتیجه هزینه پرتاب ماهواره را به صورت قابل ملاحظه ای کاهش داد . همانطور که میدانیم تقویت کننده TWTA در بیشتر موارد یک تقویت کننده غیر خطی می باشد. همانطور که شکل 1-1 نشان می دهد، تقویت کننده TWTA تنها به ازای توانهای ورودی کم، خطی می باشد. از طرفی کار با سطح توان پایین کارایی تقویت کننده را کاهش میدهد. بنابراین برای داشتن کارایی مطلوب در تقویت کننده TWTA باید نقطه کار تقویت کننده در نزدیکی ناحیه اشباع قرار گیرد. کار در نزدیکی ناحیه اشباع باعث عملکرد غیر خطی تقویت کننده شده و این عملکرد غیر خطی باعث بروز اغتشاش در خروجی خواهد شد. خاصیت غیر خطی تقویت کننده توان بالای TWTA به عنوان یک مشکل اصلی در دستیابی به نرخ ارسال داده بالا و داشتن طیف مطلوب در خروجی می باشد. در تقویت کننده غیر خطی به علت بروز اثرات غیر خطی، طیف خروجی پهن شده و باعث کاهش کارایی پهنای باند در مدولاسیونهای QAM-M می شود. به منظور افزایش راندمان در بکارگیری پهنای باند می توان از مدولاسیونهای با نرخ داده بالا مانند QAM-32 و 64QAM استفاده کرد.

برای رفع مشکلات حاصل از غیر خطی بودن تقویت کننده و اغتشاشات حاصل از آن میتوان از تکنیک پیش اعوجاج (distortion-pre) استفاده نمود. ...

روشهای مختلف خطی سازی

روشهای مختلفی برای خطی کردن مشخصه تقویت کننده توان بالا وجود دارد. معمولاً برای خطی سازی یک سری ادوات در طراحی به تقویت کنندها اضافه می گردد. خطی سازی به تقویت کننده امکان کارکرد در سطوح بالاتر توان با سطح اغتشاش تعیین شده را میدهد .

روش Feed Forward

روش Forward Feed به صورت وسیع در تقویت کننده های SSPA و به صورت موردی در TWTA و کلایسترون ها استفاده می شود.اما این روش در پیاده سازی بسیار پیچیده می باشد و به راحتی نمی توان آنرا به تقویت کننده های موجود افزود. یک بلوک دیاگرام اولیه از سیستم forward feed در شکل 1 -2 نشان داده شده است. این سیستم شامل دو حلقه می باشد در . اولین حلقه به منظور بدست آوردن ها نمونه ی اغتشاش یافته توسط تقویت کنن هد اصلی ، نمونههای ورودی با یک تاخیر مشخص از ها نمونه ی خروجی تقویت کنندتقویت کننده کم میشوند. ...

روش خطی سازی پیش اعوجاج دیجیتالی

یک سیستم پیش اعوجاج ساده، از نظر ریاضی تابع معکوس مشخصه تقویت کننده توان می باشد. خطی ساز پیش اعوجاج و تقویت کننده توان بالا به صورت رنجیره وار بهم متصل می شوند شمایی از این خطی ساز به همراه تقویت کننده در شکل 1 -3 آورد شده است د. ر برخی موارد برای ایجاد تطبیق پذیری در واحد پیش اعوجاج با تغییرات ایجاد شده در مشخصه تقویت کننده توان از فیدبک استفاده می شود که این نوع پیش اعوجاج به پیش اعوجاج تطبیق پذیر معروف است که در بخشهای بعدی توضیح داده خواهد شد. تحقیقات نشان می دهد که امروزه در روشهای مختلف خطی سازی، روش پیش اعوجاج بیشتر از سایر روشها مورد استفاده قرار می گیرد

یک سیستم پیش اعوجاج ، داده های ورودی تقویت کننده توان بالا را طوری به هم می ریزد که پس از عبور داده ها از تقویت کننده غا ، تشاش ناشی از غیر خطی بودن تقویت کننده را جبران نماید و مشخصه کل خطی شود. با استفاده از خطی ساز پیش اعوجاج، تقویت کننده توان میتواند در نزدیکی ناحیه اشباع خود کار کند و از همه مهمتر نیاز به توان اضافی برای خطی سازی وجود ندارد. ولی عملکرد خطی ساز به صورت وسیع توسط PAR سیگنال محدود می شود .

دو روش برای پیاده سازی خطی سازی پیش اعوجاج وجود دارد. اولین روش ، پیاده سازی آنالوگ خطی ساز با استفاده از ادوات غیر خطی می باشد و دومین روش که متداولتر نیز هست، استفاده از سخت افزارهای پردازشگر دیجیتال سیگنال (DSP) می باشد. سیستم خطی سازی پیش اعوجاج دیجیتال (DPD) به علت قدرت پردازشگرهای جدید DSP تبدیل به یک روش موثر در خطی سازی شده است ...

شبیه سازیها و پیاده سازهای انجام شده برای خطی ساز پیش اعوجاج

فعالیتهای انجام شده در زمینه شبیه سازی و پیاده سازی خطی ساز پیش اعوجاج به منظور جبران اثرات غیر خطی و اغتشاشات حاصل از تقویت کننده توان بدون حافظه را میتوان به چند دسته تقسیم کرد .

1) در این دسته از تحقیقات با فرض مشخص بودن مشخصه AM/AM و PM/AM تقویت کننده توان به پیاده سازی خطی ساز پیش اعوجاج پرداخته شده که از روشهای مختلفی استفاده شده است . در ادامه به چند مورد فعالیت که در سالهای اخیر انجام شده اشاره می شود.

در یک روش جدید خطی سازی پیش اعوجاج برای کاهش اثرات غیر خطی در تقویت کننده TWTA در باند Ka طراحی شده است. مشخصه غیر خطی TWTA با استفاده از CCPS11 تحلیل شده است.

استفاده از CCPS معکوس برای طراحی خطی سازی TWTA در این تحقیق پیشنهاد شده است. با استفاده از diode schottky و خط انتقال با ترمینالهای مقاومتی تابع مشخصه خطی سازی PD پیاده سازی شده است. مشخصه های AM-AM و PM-AM تقویت کننده توان TWTA در باند Ka به ترتیب از 8.5dB و 37.3⁰ و 0.8dB به 6.7⁰ با خطی سازی پیشنهادی تغییر کرده اند

در خطی ساز پیش اعوجاج طراحی شده به یک تقویت کننده غیر خطی TWTA که در ارتباطات ماهواره ای بکار میرود، اعمال شده است. خطی ساز پیش اعوجاج به عنوان یک واحد پیش پردازش غیر خطی به منظور جبران اثر غیر خطی تقویت کننده توان TWTA بکار می رود. تا حدودی میتوان با پیاده سازی خطی ساز پیش اعوجاج توسط شبیه ساز خواص غیر خطی اضافی که در اندازه گیری و کنترل شناسایی می شوند را نیز به حساب آورد. کاهش intermodulation در جه سه به اندازه dB 30 در این شبیه سازی بدست آمده است.

...