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Écrêtage Inversible pour l’Amplification Non-Linéaire des Signaux OFDM dans les Terminaux Mobiles PowerPoint PPT Presentation


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Écrêtage Inversible pour l’Amplification Non-Linéaire des Signaux OFDM dans les Terminaux Mobiles. Salvatore RAGUSA. Plan. Contexte et Problématique L’OFDM Principe, avantages et inconvénients Les Fluctuations d’Enveloppe et le PAPR Les Non-Linéarités L’ACPR et le N_ACPR

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Écrêtage Inversible pour l’Amplification Non-Linéaire des Signaux OFDM dans les Terminaux Mobiles

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Presentation Transcript


Cr tage inversible pour l amplification non lin aire des signaux ofdm dans les terminaux mobiles l.jpg

Écrêtage Inversible pour l’Amplification Non-Linéaire des Signaux OFDM dans les Terminaux Mobiles

Salvatore RAGUSA


Slide2 l.jpg

Plan

  • Contexte et Problématique

  • L’OFDM

    • Principe, avantages et inconvénients

  • Les Fluctuations d’Enveloppe et le PAPR

  • Les Non-Linéarités

    • L’ACPR et le N_ACPR

  • Rappels sur les Méthodes de Réduction du PAPR

  • L’Écrêtage Classique plus Filtrage

  • L’Écrêtage Inversible

  • Performances de la Chaîne de Transmission

  • Comparaison Écrêtage Classique et Inversible

  • Résultats Finaux

  • Conclusions et Perspectives


Slide3 l.jpg

Plan

  • Contexte et Problématique

  • L’OFDM

    • Principe, avantages et inconvénients

  • Les Fluctuations d’Enveloppe et le PAPR

  • Les Non-Linéarités

    • L’ACPR et le N_ACPR

  • Rappels sur les Méthodes de Réduction du PAPR

  • L’Écrêtage Classique plus Filtrage

  • L’Écrêtage Inversible

  • Performances de la Chaîne de Transmission

  • Comparaison Écrêtage Classique et Inversible

  • Résultats Finaux

  • Conclusions et Perspectives


Contexte et probl matique l.jpg

B3G

Débit Th.

+ Wi-Fi, Wi-Max

# qq Mbps

Voix + Données

+ Vidéo + Internet

UMTS, HSDPA

# 100 Kbps

Voix + Données

GSM, GPRS, EDGE

qq Kbps

Voix

1G

2G

3G

Contexte et Problématique

  • Évolution des Réseaux de Télécommunication

    • Augmentation du débit de transfert pour un système universel intégrant les différents standards existants


Contexte et probl matique5 l.jpg

Contexte et Problématique

  • Applications Haut-Débits Multimédia  Large Bande  Modulation à Efficacité Spectrale Élevée et Robuste aux Canaux Multitrajet

  • Utilisation du Procédé de Modulation dit OFDM

  • Modulation à Enveloppe non-constante avec Fortes Fluctuations en Amplitude

  • Dynamique du PA en Émission Élevée  Éloignement de sa Zone de Saturation  Rendement Médiocre

  • Augmentation de la Consommation  Incompatibilité avec les Terminaux Mobiles  Recherche de Rendement Optimal


Contexte et probl matique6 l.jpg

Contexte et Problématique

  • Applications Haut-Débits Multimédia Large Bande  Modulation à Efficacité Spectrale Élevée et Robuste aux Canaux Multitrajet

  • Utilisation du Procédé de Modulation dit OFDM

  • Modulation à Enveloppe non-constante avec Fortes Fluctuations en Amplitude

  • Dynamique du PA en Émission Élevée  Éloignement de sa Zone de Saturation  Rendement Médiocre

  • Augmentation de la Consommation  Incompatibilité avec les Terminaux Mobiles  Recherche de Rendement Optimal


Contexte et probl matique7 l.jpg

Contexte et Problématique

  • Applications Haut-Débits Multimédia  Large Bande  Modulation à Efficacité Spectrale Élevée et Robuste aux Canaux Multitrajet

  • Utilisation du Procédé de Modulation dit OFDM

  • Modulation à Enveloppe non-constante avec Fortes Fluctuations en Amplitude

  • Dynamique du PA en Émission Élevée  Éloignement de sa Zone de Saturation  Rendement Médiocre

  • Augmentation de la Consommation  Incompatibilité avec les Terminaux Mobiles  Recherche de Rendement Optimal


Contexte et probl matique8 l.jpg

Contexte et Problématique

  • Applications Haut-Débits Multimédia  Large Bande  Modulation à Efficacité Spectrale Élevée et Robuste aux Canaux Multitrajet

  • Utilisation du Procédé de Modulation dit OFDM

  • Modulation à Enveloppe non-constante avec FortesFluctuations en Amplitude

  • Dynamique du PA en Émission Élevée  Éloignement de sa Zone de Saturation  Rendement Médiocre

  • Augmentation de la Consommation  Incompatibilité avec les Terminaux Mobiles  Recherche de Rendement Optimal


Contexte et probl matique9 l.jpg

Contexte et Problématique

  • Applications Haut-Débits Multimédia  Large Bande  Modulation à Efficacité Spectrale Élevée et Robuste aux Canaux Multitrajet

  • Utilisation du Procédé de Modulation dit OFDM

  • Modulation à Enveloppe non-constante avec FortesFluctuations en Amplitude

  • Dynamique du PA en Émission Élevée  Éloignement de sa Zone de Saturation  Rendement Médiocre

  • Augmentation de la Consommation  Incompatibilité avec les Terminaux Mobiles  Recherche de Rendement Optimal


Contexte et probl matique10 l.jpg

Contexte et Problématique

  • Applications Haut-Débits Multimédia  Large Bande  Modulation à Efficacité Spectrale Élevée et Robuste aux Canaux Multitrajet

  • Utilisation du Procédé de Modulation dit OFDM

  • Modulation à Enveloppe non-constante avec FortesFluctuations en Amplitude

  • Dynamique du PA en Émission Élevée  Éloignement de sa Zone de Saturation  Rendement Médiocre

  • Augmentation de la Consommation  Incompatibilité avec les Terminaux Mobiles  Recherche de Rendement Optimal


Contexte et probl matique11 l.jpg

Contexte et Problématique

  • Applications Haut-Débits Multimédia  Large Bande  Modulation à Efficacité Spectrale Élevée et Robuste aux Canaux Multitrajet

  • Utilisation du Procédé de Modulation dit OFDM

  • Modulation à Enveloppe non-constante avec FortesFluctuations en Amplitude

  • Dynamique du PA en Émission Élevée  Éloignement de sa Zone de Saturation  Rendement Médiocre

  • Augmentation de la Consommation  Incompatibilité avec les Terminaux Mobiles  Recherche de Rendement Optimal


Contexte et probl matique12 l.jpg

Contexte et Problématique

  • Techniques Basées sur l’Électronique (PA) ou sur le Traitement du Signal

  • Techniques Appliquées sur le Signal d’Entrée

    • Objectif : Réduction des Fluctuations d’Enveloppe

    • Saturation du Signal d’Entrée  Choix de la Méthode d’Écrêtage plus Filtrage


Contexte et probl matique13 l.jpg

Contexte et Problématique

  • Techniques Basées sur l’Électronique (PA) ou sur le Traitement du Signal

  • Techniques Appliquées sur le Signal d’Entrée

    • Objectif : Réduction des Fluctuations d’Enveloppe

    • Saturation du Signal d’Entrée  Choix de la Méthode d’Écrêtage plus Filtrage


Contexte et probl matique14 l.jpg

Contexte et Problématique

  • Techniques Basées sur l’Électronique (PA) ou sur le Traitement du Signal

  • Techniques Appliquées sur le Signal d’Entrée

    • Objectif : Réduction des Fluctuations d’Enveloppe

    • Saturation du Signal d’Entrée  Choix de la Méthode d’Écrêtage plus Filtrage


Contexte et probl matique15 l.jpg

Contexte et Problématique

  • Techniques Basées sur l’Électronique (PA) ou sur le Traitement du Signal

  • Techniques Appliquées sur le Signal d’Entrée

    • Objectif : Réduction des Fluctuations d’Enveloppe

    • Saturation du Signal d’Entrée  Choix de la Méthode d’Écrêtage plus Filtrage


Contexte et probl matique16 l.jpg

Contexte et Problématique

  • Techniques Basées sur l’Électronique (PA) ou sur le Traitement du Signal

  • Techniques Appliquées sur le Signal d’Entrée

    • Objectif : Réduction des Fluctuations d’Enveloppe

    • Saturation du Signal d’Entrée  Choix de la Méthode d’Écrêtage plus Filtrage(Point de Départ)


Slide17 l.jpg

Plan

  • Contexte et Problématique

  • L’OFDM

    • Principe, avantages et inconvénients

  • Les Fluctuations d’Enveloppe et le PAPR

  • Les Non-Linéarités

    • L’ACPR et le N_ACPR

  • Rappels sur les Méthodes de Réduction du PAPR

  • L’Écrêtage Classique plus Filtrage

  • L’Écrêtage Inversible

  • Performances de la Chaîne de Transmission

  • Comparaison Écrêtage Classique et Inversible

  • Résultats Finaux

  • Conclusions et Perspectives


L ofdm l.jpg

L’OFDM

  • Né dans les années 50-60, seulement dans les années 80 on prend conscience de son intérêt

    • Évolution des technologies existantes : numérique, FFT, …

    • Applications : DAB, DVB, HyperLAN II, 802.11a/g/n, Wi-Max, Wi-Media

  • Un flux de données bas débit est parallélisé sur N sous-porteuses orthogonales entre elles


L ofdm19 l.jpg

L’OFDM

  • Équation du Signal OFDM émis :

  • Base Orthogonale en Fréquence :


L ofdm20 l.jpg

IFFT

Tampon

Table corresp.

Banc de N sous porteuses

c1

c1

c0

ck-1

c1

e2 j f0t

ck-1

…………………..

…………………..

b0 ,b1 , …

c0 ,c1 , …, ck-1

B/Q-PSK

M-QAM

………………….

e2 j( f0+ 1/ TU )t

Éléments binaires

TB

Symboles numériques

TC

Symbole OFDM

TU

c0

ck-1

c0

e2 j( f0+ 1/ TU [N-1])t

L’OFDM

  • Le Principe :


L ofdm21 l.jpg

L’OFDM

  • Avantages

    • Interférence Entre Symboles (IES) Faible

    • Encombrement Spectral Optimal

    • Canal Invariant Localement

    • Codage


L ofdm22 l.jpg

TU

TU

t

Tsi - 1

Tsi

L’OFDM

  • Avantages

    • Interférence Entre Symboles (IES) Faible :

      Ajout d'un intervalle de garde Delta  Robustesse du signal OFDM aux trajets multiples  En réception IES acceptable [Ziemer-1997]


L ofdm23 l.jpg

N sous-porteuses

B2

L’OFDM

  • Avantages

    • Encombrement Spectral Optimal :

      Orthogonalité entre les sous-porteuses  Chevauchement des spectres  Optimisation de l'occupation spectrale [Chang-1966]

N sous-porteuses

B1


L ofdm24 l.jpg

N sous-porteuses

Réponse du Canal

Bande passante OFDM

L’OFDM

  • Avantages

    • Canal Invariant Localement :

      Bande passante de chaque sous-porteuses petite devant la totalité de la bande passante du signal OFDM  Réponse fréquentielle du canal plate au niveau de chaque sous-porteuses : évanouissement lent


L ofdm25 l.jpg

L’OFDM

  • Avantages

    • Codage :

      Codage convolutif des bits transmis, Entrelacement temporel, Entrelacement fréquentiel  OFDM Codé (COFDM)  Indépendance du canal, Meilleure résistance au bruit


L ofdm26 l.jpg

L’OFDM

  • Inconvénients

    • Sensibilité à la Désynchronisation Émetteur / Récepteur

    • Fluctuations d’Enveloppe Importantes


L ofdm27 l.jpg

L’OFDM

  • Inconvénients

    • Sensibilité à la Désynchronisation Émetteur / Récepteur :

      Offsets en fréquence entre les Oscillateurs Locaux RF  Translation fréquentielle perturbant l'orthogonalité des N sous-porteuses [Keller-2001]


L ofdm28 l.jpg

L’OFDM

  • Inconvénients

    • Fluctuations d’Enveloppe Importantes :

      Fortes fluctuations d'enveloppe [Dinur-2001]  Grande linéarité du PA  Rendement médiocre (linéarité et rendement divergent)  Consommation  Incompatibilité avec une application mobile


Slide29 l.jpg

Plan

  • Contexte et Problématique

  • L’OFDM

    • Principe, avantages et inconvénients

  • Les Fluctuations d’Enveloppe et le PAPR

  • Les Non-Linéarités

    • L’ACPR et le N_ACPR

  • Rappels sur les Méthodes de Réduction du PAPR

  • L’Écrêtage Classique plus Filtrage

  • L’Écrêtage Inversible

  • Performances de la Chaîne de Transmission

  • Comparaison Écrêtage Classique et Inversible

  • Résultats Finaux

  • Conclusions et Perspectives


Les fluctuations d enveloppe et le papr l.jpg

Les Fluctuations d’Enveloppe et le PAPR

  • Les excursions en amplitude et donc en puissance, sont caractérisées par la métrique dite Peak-to-Average Power Ratio (PAPR)

  • Le PAPR peut être défini en Bande de Base (BdB) ou en RadioFréquences (RF)

  • De façon générale, le PAPR est défini comme le rapport entre la puissance maximale et la puissance moyenne du signal sur un intervalle de temps T


Les fluctuations d enveloppe et le papr31 l.jpg

Les Fluctuations d’Enveloppe et le PAPR

  • Définition du PAPR en RF :

avec


Les fluctuations d enveloppe et le papr32 l.jpg

Les Fluctuations d’Enveloppe et le PAPR

  • Définition du PAPR en BdB (cas OFDM)

    • Supposons que T = NSYM x TS où NSYM et TS représentent le nombre de symboles OFDM et leur durée respectivement

avec

  • Dépendance du PAPR de NSYM :


Les fluctuations d enveloppe et le papr33 l.jpg

Les Fluctuations d’Enveloppe et le PAPR

  • Relation entre le PAPR en RF et le PAPR en BdB :

  • L’identité est atteinte lorsque les puissances instantanées RF et BdB ont le même MAX au même instant t. Dans les télécommunications c’est souvent le cas car fc >> 1/TS


Slide34 l.jpg

Plan

  • Contexte et Problématique

  • L’OFDM

    • Principe, avantages et inconvénients

  • Les Fluctuations d’Enveloppe et le PAPR

  • Les Non-Linéarités

    • L’ACPR et le N_ACPR

  • Rappels sur les Méthodes de Réduction du PAPR

  • L’Écrêtage Classique plus Filtrage

  • L’Écrêtage Inversible

  • Performances de la Chaîne de Transmission

  • Comparaison Écrêtage Classique et Inversible

  • Résultats Finaux

  • Conclusions et Perspectives


Les non lin arit s l acpr et le n acpr l.jpg

Produits

d’Intermodulation

(IMn)

Les Non-Linéarités, l’ACPR et le N_ACPR

  • Effets des Non-Linéarités sur le Signal de Sortie et Solutions

    • Caractéristique non-linéaire polynomiale de transfert

      (Écrêtage, PA, …) :


Les non lin arit s l acpr et le n acpr36 l.jpg

Les Non-Linéarités, l’ACPR et le N_ACPR

  • Adjacent Channel Power Ratio (ACPR) : Définition

    • Rapport entre la puissance du canal adjacent PBA (lower ou upper) et la puissance du canal principal PBU

    • Remontée spectrale due au IMn


Les non lin arit s l acpr et le n acpr37 l.jpg

Les Non-Linéarités, l’ACPR et le N_ACPR

  • Adjacent Channel Power Ratio (ACPR) : N = 2

    • Supposons que ve(t) soit un signal à 2 tons. L’amplitude réelle A est normalisée  PBU = C, IMn  f(N, A) IMn = f(N)

    • Caractéristique non-linéaire polynomiale (sans mémoire) de 3ème ordre impair : n pairs loin de la bande utile et n > 3 négligeables

    • L’expression de l’ACPR = f(a1, a3, A) est la suivante :


Les non lin arit s l acpr et le n acpr38 l.jpg

Les Non-Linéarités, l’ACPR et le N_ACPR

  • Adjacent Channel Power Ratio (ACPR) : N quelconque

    • Signal multiporteuse générique

    • Caractéristique non-linéaire polynomiale (sans mémoire) de 3ème ordre impair : n pairs loin de la bande utile et n > 3 négligeables

    • L’expression du signal de sortie est alors la suivante :


Les non lin arit s l acpr et le n acpr39 l.jpg

Les Non-Linéarités, l’ACPR et le N_ACPR

  • Adjacent Channel Power Ratio (ACPR) : N quelconque

    • Puissance du canal principal

    • Puissance du canal adjacent

    • Calcul de l’ACPR = f(a1, a3, A, N)


Les non lin arit s l acpr et le n acpr40 l.jpg

Les Non-Linéarités, l’ACPR et le N_ACPR

  • Adjacent Channel Power Ratio (ACPR) : N quelconque

    • Validation par simulation du modèle théorique : les deux résultats sont identiques


Les non lin arit s l acpr et le n acpr41 l.jpg

Les Non-Linéarités, l’ACPR et le N_ACPR

  • Adjacent Channel Power Ratio (ACPR) : N quelconque

    • Formule d’inversion pour un ACPR donné  Déduction du rapport |a1/a3|  Possibilité de limiter le choix parmi différents dispositifs (par ex. amplificateurs de puissance)


Les non lin arit s l acpr et le n acpr42 l.jpg

Les Non-Linéarités, l’ACPR et le N_ACPR

  • Le Nouveau Adjacent Channel Power Ratio (N_ACPR)

    • La puissance du canal principal ne tient pas en compte les IMn qui peuvent devenir prépondérants sur le signal utile  Le N_ACPR caractérise la remontée spectrale réelle


Les non lin arit s l acpr et le n acpr43 l.jpg

Les Non-Linéarités, l’ACPR et le N_ACPR

  • Le Nouveau Adjacent Channel Power Ratio (N_ACPR)

    • Calcul du N_ACPR = f(a1, a3, A, N)

      N = 2N quelconque

  • Validation par simulation du modèle théorique : les deux résultats sont identiques

  • Formule d’inversion


Les non lin arit s l acpr et le n acpr44 l.jpg

=0dB

N=256

=1dB

N=512

=3dB

N=1000

Les Non-Linéarités, l’ACPR et le N_ACPR

  • Comparaison entre ACPR et N_ACPR

    • Pour N  256  ACPR = N_ACPR

  • N_ACPR > ACPR pour N qui croit  Il prend mieux en compte la remontée spectrale due aux IMn

=N_ACPR-ACPR


Slide45 l.jpg

Plan

  • Contexte et Problématique

  • L’OFDM

    • Principe, avantages et inconvénients

  • Les Fluctuations d’Enveloppe et le PAPR

  • Les Non-Linéarités

    • L’ACPR et le N_ACPR

  • Rappels sur les Méthodes de Réduction du PAPR

  • L’Écrêtage Classique plus Filtrage

  • L’Écrêtage Inversible

  • Performances de la Chaîne de Transmission

  • Comparaison Écrêtage Classique et Inversible

  • Résultats Finaux

  • Conclusions et Perspectives


Rappels sur les m thodes de r duction du papr l.jpg

Rappels sur les Méthodes de Réduction du PAPR

  • Il existe différentes techniques :

    • Selective Mapping

    • Codage Reed-Muller

    • Tone Reservation

    • Écrêtage (Classique)

      plus Filtrage


Rappels sur les m thodes de r duction du papr47 l.jpg

Rappels sur les Méthodes de Réduction du PAPR

  • Il existe différentes techniques :

    • Selective Mapping :

    • Codage Reed-Muller

    • Tone Reservation

    • Écrêtage (Classique)

      plus Filtrage

Choix du mapping à PAPR plus faible


Rappels sur les m thodes de r duction du papr48 l.jpg

Rappels sur les Méthodes de Réduction du PAPR

  • Il existe différentes techniques :

    • Selective Mapping :

    • Codage Reed-Muller :

    • Tone Reservation

    • Écrêtage (Classique)

      plus Filtrage

Choix du mapping à PAPR plus faible

Utilisation du codage pour fixer le PAPR à 3 dB


Rappels sur les m thodes de r duction du papr49 l.jpg

Rappels sur les Méthodes de Réduction du PAPR

  • Il existe différentes techniques :

    • Selective Mapping :

    • Codage Reed-Muller :

    • Tone Reservation :

    • Écrêtage (Classique)

      plus Filtrage

Choix du mapping à PAPR plus faible

Utilisation du codage pour fixer le PAPR à 3 dB

Ajout de signal afin de diminuer son PAPR


Rappels sur les m thodes de r duction du papr50 l.jpg

Rappels sur les Méthodes de Réduction du PAPR

  • Il existe différentes techniques :

    • Selective Mapping :

    • Codage Reed-Muller :

    • Tone Reservation :

    • Écrêtage (Classique)

      plus Filtrage :

Choix du mapping à PAPR plus faible

Utilisation du codage pour fixer le PAPR à 3 dB

Ajout de signal afin de diminuer son PAPR

Saturation du signal


Rappels sur les m thodes de r duction du papr51 l.jpg

Rappels sur les Méthodes de Réduction du PAPR

  • Il existe différentes techniques :

    • Selective Mapping :

    • Codage Reed-Muller :

    • Tone Reservation :

    • Écrêtage (Classique)

      plus Filtrage :

  • Critère de choix : pas de traitement supplémentaire du côté récepteur et simplicité à mettre en œuvre  Écrêtage (Classique) plus Filtrage réalisé par le filtre de canal de la norme (IEEE 802.11a)

Choix du mapping à PAPR plus faible

Utilisation du codage pour fixer le PAPR à 3 dB

Ajout de signal afin de diminuer son PAPR

Saturation du signal


Slide52 l.jpg

Plan

  • Contexte et Problématique

  • L’OFDM

    • Principe, avantages et inconvénients

  • Les Fluctuations d’Enveloppe et le PAPR

  • Les Non-Linéarités

    • L’ACPR et le N_ACPR

  • Rappels sur les Méthodes de Réduction du PAPR

  • L’Écrêtage Classique plus Filtrage

  • L’Écrêtage Inversible

  • Performances de la Chaîne de Transmission

  • Comparaison Écrêtage Classique et Inversible

  • Résultats Finaux

  • Conclusions et Perspectives


L cr tage classique plus filtrage l.jpg

Niveau d’écrêtage

Valeur quadratique moyenne du

signal OFDM avant écrêtage

L’Écrêtage Classique plus Filtrage

  • Principe

    • Saturation du signal selon la loi :


L cr tage classique plus filtrage54 l.jpg

L’Écrêtage Classique plus Filtrage

  • Principe

    • Saturation du signal selon la loi :


L cr tage classique plus filtrage55 l.jpg

L’Écrêtage Classique plus Filtrage

  • Avantages

    • Simplicité de mise en œuvre.

    • Si en bande de base  Fonctions en numérique  Système encore moins complexe

    • Filtrage réalisé par le filtre de canal (Nyquist) de la norme (IEEE 802.11a)

  • Inconvénients

    • Génération de produits d’intermodulation (IMn)  Bruit d’intermodulation (Bruit PI)

    • Interférence Entre Symboles Non-Linéaire (IES NL)

      • Point critique : Dégradation du BER

  • Amélioration de la méthode par élimination de ces dégradations  Techniques Itératives (Bruit PI) et d’Inversion (IES NL)


Slide56 l.jpg

Plan

  • Contexte et Problématique

  • L’OFDM

    • Principe, avantages et inconvénients

  • Les Fluctuations d’Enveloppe et le PAPR

  • Les Non-Linéarités

    • L’ACPR et le N_ACPR

  • Rappels sur les Méthodes de Réduction du PAPR

  • L’Écrêtage Classique plus Filtrage

  • L’Écrêtage Inversible

  • Performances de la Chaîne de Transmission

  • Comparaison Écrêtage Classique et Inversible

  • Résultats Finaux

  • Conclusions et Perspectives


L cr tage inversible l.jpg

L’Écrêtage Inversible

  • Principe

    • Le système d’écrêtage inversible se compose de 3 fonctions :

      • Fonction d’écrêtage softy = f(x) saturant le signal à ysat pour x(t) = xsat

      • Fonction de filtrage pour un ACPR acceptable. Filtre de Nyquist de la norme IEEE 802.11a

      • Fonction d’inversionf-1(x) compensant les effets de l’écrêtage soft (IES NL)


L cr tage inversible58 l.jpg

L’Écrêtage Inversible

  • Principe

    • Cette méthode de Réduction du PAPR permet de masquer une non-linéarité (PA) par une autre plus forte. L’inversion à la réception garantit une IES NL acceptable


L cr tage inversible59 l.jpg

L’Écrêtage Inversible

  • Principe

    • Cette méthode de Réduction du PAPR permet de masquer une non-linéarité (PA) par une autre plus forte. L’inversion à la réception garantit une IES NL acceptable


L cr tage inversible60 l.jpg

L’Écrêtage Inversible

  • Positionnement

    • L’écrêtage inversible est réalisé en bande de base


L cr tage inversible61 l.jpg

Niveau de saturation

Valeur quadratique moyenne du

signal OFDM avant écrêtage

L’Écrêtage Inversible

  • Fonction d’Écrêtage

    • L’écrêtage soft est réalisé à l’aide d’une fonction polynomiale


L cr tage inversible62 l.jpg

f -1(x)

f(x)

L’Écrêtage Inversible

  • Fonction d’Écrêtage

    • L’écrêtage soft est réalisé à l’aide d’une fonction polynomiale


Slide63 l.jpg

Plan

  • Contexte et Problématique

  • L’OFDM

    • Principe, avantages et inconvénients

  • Les Fluctuations d’Enveloppe et le PAPR

  • Les Non-Linéarités

    • L’ACPR et le N_ACPR

  • Rappels sur les Méthodes de Réduction du PAPR

  • L’Écrêtage Classique plus Filtrage

  • L’Écrêtage Inversible

  • Performances de la Chaîne de Transmission

  • Comparaison Écrêtage Classique et Inversible

  • Résultats Finaux

  • Conclusions et Perspectives


Performances de la cha ne de transmission l.jpg

Filtre de Nyquist

Roll-off = 0.35

BW = 20 MHz

AM/AM

Non AM/PM

Non Effet mémoire

Pinsat = [-9:1:-4] dBm

IBO = [0:1:5] dB

Pin1dB = -12 dBm

Eb/No = [0:2:14] dB

Performances de la Chaîne de Transmission

  • Chaîne Simulée (ADS) et Conditions de Simulation


Performances de la cha ne de transmission65 l.jpg

Performances de la Chaîne de Transmission

  • Définition générale du Back-off du PA

    • IBO/OBO = Recul en entrée/sortie de la puissance moyenne du signal à amplifier par rapport à la puissance de saturation du PA


Performances de la cha ne de transmission66 l.jpg

Performances de la Chaîne de Transmission

  • Mesure par Simulation  Deux principaux cas

    • PA sans Canal bruité

    • PA avec Canal bruité

  • Masquage du PA, Gain d’inversion, Effets du bruit


Performances de la cha ne de transmission67 l.jpg

Performances de la Chaîne de Transmission

  • Mesure par Simulation  Deux principaux cas

    • PA sans Canal bruité

    • PA avec Canal bruité

  • Masquage du PA, Gain d’inversion, Effets du bruit


Performances de la cha ne de transmission68 l.jpg

Performances de la Chaîne de Transmission

  • Mesure par Simulation de l’ACPR, BER et EVM (PA sans Canal bruité)

    • Points de mesure


Performances de la cha ne de transmission69 l.jpg

Faible écrêtage

 Impact du PA

Forte écrêtage

 Indépendance du PA

Performances de la Chaîne de Transmission

  • Mesure par Simulation de l’ACPR, BER et EVM (PA sans Canal bruité)

    • ACPR après PA vs (CR, IBO)


Performances de la cha ne de transmission70 l.jpg

Faible écrêtage

 Prédominance du PA

dans les 2 cas

Forte écrêtage

 Gain d’inversion

Performances de la Chaîne de Transmission

  • Mesure par Simulation de l’ACPR, BER et EVM (PA sans Canal bruité)

    • BER avant et après Inversion vs (CR, IBO)


Performances de la cha ne de transmission71 l.jpg

Faible écrêtage

 Prédominance du PA

dans les 2 cas

Forte écrêtage

 Gain d’inversion

Performances de la Chaîne de Transmission

  • Mesure par Simulation de l’ACPR, BER et EVM (PA sans Canal bruité)

    • EVM avant et après Inversion vs (CR, IBO)


Performances de la cha ne de transmission72 l.jpg

Performances de la Chaîne de Transmission

  • Mesure par Simulation du BER et EVM (PA avec Canal bruité)

    • Points de mesure


Performances de la cha ne de transmission73 l.jpg

Fort bruit + IBO petit

 Mauvaises performances

Faible bruit + IBO grand

 Bonnes performances

Performances de la Chaîne de Transmission

  • Mesure par Simulation du BER et EVM (PA avec Canal bruité)

    • BER vs (IBO, Eb/No)


Performances de la cha ne de transmission74 l.jpg

Fort bruit + IBO petit

 Mauvaises performances

Faible bruit + IBO grand

 Bonnes performances

Performances de la Chaîne de Transmission

  • Mesure par Simulation du BER et EVM (PA avec Canal bruité)

    • EVM vs (IBO, Eb/No)


Slide75 l.jpg

Plan

  • Contexte et Problématique

  • L’OFDM

    • Principe, avantages et inconvénients

  • Les Fluctuations d’Enveloppe et le PAPR

  • Les Non-Linéarités

    • L’ACPR et le N_ACPR

  • Rappels sur les Méthodes de Réduction du PAPR

  • L’Écrêtage Classique plus Filtrage

  • L’Écrêtage Inversible

  • Performances de la Chaîne de Transmission

  • Comparaison Écrêtage Classique et Inversible

  • Résultats Finaux

  • Conclusions et Perspectives


Comparaison cr tage classique et inversible l.jpg

Soft

2 dB

Classique

5 dB

Effet de l’inversion

lorsque le bruit diminue

Comparaison Écrêtage Classique et Inversible

  • CCDF(PAPR) = Prob(PAPR>papr) et BER

  • Même si le gain en PAPR du Classique est meilleur que l’Inversible, les performances en BER sont toujours améliorées par l’inversion


Comparaison cr tage classique et inversible77 l.jpg

Linéarité croissante

de la fonction d’écrêtage

classique lorsque le

CR augmente

Comparaison Écrêtage Classique et Inversible

  • ACPR après filtre


Comparaison cr tage classique et inversible78 l.jpg

Meilleure performance

de l’écrêtage soft

Comparaison Écrêtage Classique et Inversible

  • BER en fonction du CR

  • Écrêtage Inversible : bon compromis entre la réduction du PAPR, l’ACPR et la qualité du signal


Slide79 l.jpg

Plan

  • Contexte et Problématique

  • L’OFDM

    • Principe, avantages et inconvénients

  • Les Fluctuations d’Enveloppe et le PAPR

  • Les Non-Linéarités

    • L’ACPR et le N_ACPR

  • Rappels sur les Méthodes de Réduction du PAPR

  • L’Écrêtage Classique plus Filtrage

  • L’Écrêtage Inversible

  • Performances de la Chaîne de Transmission

  • Comparaison Écrêtage Classique et Inversible

  • Résultats Finaux

  • Conclusions et Perspectives


R sultats finaux l.jpg

Résultats Finaux

  • Deux Contextes

    • Sans système d’écrêtage inversible + IBO = 6 dB

    • Avec système d’écrêtage inversible + IBO = 5 dB

IBO = 6 dB


R sultats finaux81 l.jpg

Résultats Finaux

  • Deux Contextes

    • Sans système d’écrêtage inversible + IBO = 6 dB

    • Avec système d’écrêtage inversible + IBO = 5 dB

IBO = 5 dB


R sultats finaux82 l.jpg

Résultats Finaux

  • Mesure du BER dans les 2 Cas  Résultats Identiques

  • Gain Réel en IBO = 1 dB dû à l’Écrêtage Inversible


R sultats finaux83 l.jpg

Résultats Finaux

  • Impact sur le Rendement du PA

IBO

6dB

5dB

ΔIBO

1 dB

Pmean

Psat


R sultats finaux84 l.jpg

Rendement

Résultats Finaux

  • Impact sur le Rendement du PA


R sultats finaux85 l.jpg

Rendement

Résultats Finaux

  • Impact sur le Rendement du PA

  • Réduction de la Consommation du PA  Gain de 11% @PTx


Slide86 l.jpg

Plan

  • Contexte et Problématique

  • L’OFDM

    • Principe, avantages et inconvénients

  • Les Fluctuations d’Enveloppe et le PAPR

  • Les Non-Linéarités

    • L’ACPR et le N_ACPR

  • Rappels sur les Méthodes de Réduction du PAPR

  • L’Écrêtage Classique plus Filtrage

  • L’Écrêtage Inversible

  • Performances de la Chaîne de Transmission

  • Comparaison Écrêtage Classique et Inversible

  • Résultats Finaux

  • Conclusions et Perspectives


Conclusions l.jpg

Conclusions

  • Système d’Écrêtage Inversible

    • Réduction du PAPR

    • ACPR acceptable sans complexité  Filtre de la norme IEEE 802.11a

    • Compensation de l’IES NL par inversion à la réception

  • Dynamique du signal moins importante  Gain sur l’IBO du PA  Gain sur son Rendement et sur sa Consommation (11% @PTx) pour le même BER

  • Nouveau ACPR (N_ACPR) qui prend mieux en compte la remontée spectrale due aux IMn

    • Déduction des expressions de l’ACPR et du N_ACPR en fonction de (a1, a3, A, N)

    • Validation par simulation des modèles théoriques

    • Formules d’inversion


Perspectives l.jpg

Perspectives

  • Étude sur le Bruit d’Intermodulation  Technique Itérative très prometteuse

  • Performances du Système d’Écrêtage Inversible en présence d’un canal multitrajet avec évanouissement et des signaux de blocage (« blockers ») en réception

  • Expressions théoriques de l’ACPR et du N_ACPR dans le cas à phase aléatoire

  • Validation des résultats de simulation à l’aide d’un banc de mesure (système réel)


Les non lin arit s l acpr et le n acpr89 l.jpg

Les Non-Linéarités, L’ACPR et le N_ACPR

  • Adjacent Channel Power Ratio (ACPR) : N quelconque

    • Puissance du canal principal

    • Formule de récurrence : N = 2M (pair)

    • Formule de récurrence : N = 2M-1 (impair)


Les non lin arit s l acpr et le n acpr90 l.jpg

Les Non-Linéarités, L’ACPR et le N_ACPR

  • Adjacent Channel Power Ratio (ACPR) : N quelconque

    • Puissance du canal adjacent


Les non lin arit s l acpr et le n acpr91 l.jpg

Les Non-Linéarités, L’ACPR et le N_ACPR

  • Adjacent Channel Power Ratio (ACPR) : N quelconque

    • Posons :

  • Formule d’inversion pour un ACPR donné  Possibilité de limiter le choix parmi différents dispositifs (par ex. amplificateurs de puissance)


L ofdm92 l.jpg

L’OFDM

  • Équation du Signal OFDM émis avec GI :

Symbole OFDM

GI


Acpr apr s filtre cas cr tage classique l.jpg

ACPR après Filtre : Cas Écrêtage Classique

  • Choix préalable du CR égal à 0.9


Fonctions f x cas cr tage inversible l.jpg

Fonctions f(x) : Cas Écrêtage Inversible

  • f(x) pour différents valeurs de CR


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