Skip to main content
SUPERVISOR
Shahabedin Rahmanian
شهاب الدین رحمانیان (استاد راهنما)
 
STUDENT
Saleh Attarzadeh
صالح عطارزاده

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1391
One of the important issues in modern telecommunication systems is Power Amplifier (PA) linearization. Power amplifiers are inherently nonlinear systems. PA linearization techniques have many problems such as high cost, complexity in design and implementation and bandwidth limitations. Digital predistortion is one the most efficient thecnique for the linearization of RF power amplifiers with memory effect. This thesis presents design and hardware implemntation of a digital predistorter. For this purpose, a memory polynomial structure is used for the predistorter that its coefficients are calculated by using the Recursive Least Squares (RLS) method. In the first step, the performance of the method is evaluated for linearization of a real PA model by using Matlab simulation. In the second step, a floating-point model is developed for the predistorter in the Simulink environment and then the fixed-point model is extracted from it. By simulating the fixed-point model and comparing its results to the floating point model, proper word lengths are obtaind for internal calculations and signals. In the next step, the hardware model of the predistorter is implemented and synthesized by using the System Generator tools. Then, the hardware resources requirements, maximum speed and power consumption of the design for implementation on the FPGA are estimated. The simulation results of the fixed-point predistorter hardware model in the System Generator environment (according to the eligibility criteria such as MER, ACPR and NMSE) show that by choosing the proper wordlength of input/output signals and internal calculations, the performance of the fixed-point digital predistorter is very close to the floating-point model. By analyzing the hardware model of the predistorter for implementation on Virtex-5 FPGA in the System Generator enviroment, the maximum operating frequency of the predistorter with non-modified critical path is 51.85 MHz. By modifying the critical path, the operating frequency of the predistorter increases to 130 MHz. Furthermore, By choosing the appropriate structure for the complex multipliers, the number of hardware resources is reduced. Finally the designed predistorter is implemented on the FPGA and its linearization performance is checked for a real amplifier by using a practical test setup. The implementation results show that the designed predistorter decreases the ACPR value to 5 dB and increses the MER value from 26.1 dB to 33.9 dB. Keywords: Digital Predistorter (DPD), Memory Polynomial (MP), Recursive Least Squares (RLS), Fixed Point Model, Hardware implementation.
در بسیاری از سامانه‌های مخابراتی تقویت‌کننده توان (PA) جهت تقویت و ارسال سیگنال استفاده می‌شود که ذاتاً یک مدار غیرخطی است. روش‌های مختلفی برای خطی‌سازی تقویت‌کننده توان وجود دارد که البته با مشکلاتی چون هزینه زیاد، پیچیدگی طراحی و ساخت، محدودیت عرض باند و محدودیت کارایی مواجه‌اند. یکی از کاراترین روش‌های خطی‌سازی، روش پیش‌اعوجاج دیجیتال است که قابلیت خطی‌سازی تقویت‌کننده‌های توان حافظه‌دار را نیز دارد و برای سیستم‌های با پهنای باند زیاد که در آن‌ها اعوجاج ناشی از اثر حافظه قابل ملاحظه است مناسب است. در این پایان‌نامه از یک چندجمله‌ای حافظه‌دار برای پیاده‌سازی پیش‌اعوجاج‌دهنده دیجیتال با قابلیت خطی‌سازی تقویت‌کننده‌های توان حافظه‌دار استفاده شده است که ضرایب آن با روش کمترین مربعات بازگشتی (RLS) محاسبه می‌شود. ابتدا با استفاده از شبیه‌سازی کارایی این روش برای خطی‌سازی یک تقویت‌کننده توان حافظه‌دار که مدل آن از روی یک تقویت‌کننده توان واقعی استخراج شده است، مورد بررسی قرار می‌گیرد. سپس مدل ممیز شناور پیش‌اعوجاج‌دهنده در محیط نرم‌افزار سیمولینک ایجاد شده و مدل ممیز ثابت آن از روی مدل ممیز شناور استخراج می‌شود. در مرحله بعد با شبیه‌سازی مدل ممیز ثابت و مقایسه خروجی آن با مدل ممیز شناور، طول کلمه بهینه برای محاسبات داخلی پیش‌اعوجاج‌دهنده به دست می‌آید. در ادامه مدل سخت‌افزاری پیش‌اعوجاج‌دهنده با استفاده از نرم‌افزار سیستم ژنراتور پیاده‌سازی و سنتز می‌شود و با استفاده از آن تخمینی از میزان منابع سخت‌افزاری، حداکثر سرعت و توان مصرفی پیش‌اعوجاج‌دهنده برای پیاده‌سازی بر روی FPGA به دست می‌آید. نتایج شبیه‌سازی مدل سخت‌افزاری پیش‌اعوجاج‌دهنده ممیز ثابت در محیط نرم‌افزار سیستم ژنراتور با توجه به معیارهای شایستگی MER، ACPR و NMSE نشان می‌دهد که با انتخاب طول کلمه مناسب برای سیگنال‌های ورودی/ خروجی و محاسبات داخلی، از نظر کارایی، پیش‌اعوجاج‌دهنده دیجیتال ممیز ثابت به پیش‌اعوجاج‌دهنده ممیز شناور بسیار نزدیک می‌شود. با تحلیل زمانی مدل سخت‌افزاری پیش‌اعوجاج‌دهنده برای پیاده‌سازی بر روی FPGA، Virtex5 در نرم‌افزار سیستم ژنراتور، حداکثر فرکانس کاری پیش‌اعوجاج‌دهنده در حالتی که مسیر بحرانی آن اصلاح نشده است 51.85 MHz می‌باشد که با اصلاح این مسیر به 130 MHz افزایش پیدا می‌کند. همچنین با انتخاب ساختار مناسب برای ضرب‌کننده‌های مختلط، تعداد منابع سخت‌افزاری مورد نیاز برای پیاده‌سازی سخت‌افزاری کاهش می‌یابد. درنهایت پیش‌اعوجاج‌دهنده طراحی‌شده بر روی FPGA پیاده‌سازی شده و با استفاده از یک سیستم اندازه‌گیری تست عملی، کارایی آن برای خطی سازی یک تقویت‌کننده واقعی بررسی می‌شود. نتایج پیاده‌سازی نشان می‌دهند که پیش‌اعوجاج‌دهنده طراحی‌شده در این پایان‌نامه مقدار ACPR را 5dB کاهش داده است. همچنین مقدار MER از 26.1 dB به 33.9 dB افزایش می‌یابد. کلیدواژه: پیش‌اعوجاج‌دهنده دیجیتال، چندجمله‌ای حافظه‌دار، کمترین مربعات بازگشتی، مدل ممیز ثابت، پیاده سازی سخت افزاری

ارتقاء امنیت وب با وف بومی