Écrêtage inversible pour l'amplification non-linéaire des signaux OFDM dans les terminaux mobiles

Invertible clipping for non-linear amplification of OFDM signals into mobile terminals

• Auteur / Autrice : Salvatore Ragusa
• Direction : Emil Novakov
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Optique et radiofréquence
• Date : Soutenance en 2006
• Etablissement(s) : Université Joseph Fourier (Grenoble ; 1971-2015)
• Jury : Président / Présidente : Jean-Michel Fournier
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Marylin Arndt, Christian Lereau, Jacques Palicot
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Ghaïs El Zein, Marin Hristov Hristov

Mots clés

Mots clés libres

Back-off

Ecrêtage inversible

Enveloppe non-constante

Ofdm

Papr

Rendement

N_acpr

Résumé

L'OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) garantit un compromis optimal entre la transmission haut débit et la robustesse vis-à-vis des canaux multitrajet avec évanouissement. Ce procédé de modulation présente une forte fluctuation de l'amplitude de son enveloppe complexe avec une augmentation du PAPR (Peak-to-Average Power Ratio). En émission, un PAPR élevé oblige l'amplificateur de puissance (PA) à travailler loin de sa zone de saturation afin que le signal d'entrée ne soit pas trop distordu. Par conséquence, le rendement du PA décroît avec une augmentation de sa consommation. Dans un contexte de portabilité (ressource énergétique limitée), l'utilisation de modulations multiporteuses nécessite d'un traitement afin de minimiser cette consommation. La thèse s'insère alors dans ce contexte d'optimisation de la consommation tout en gardant une très bonne qualité du signal reçu. La méthode de réduction du PAPR dite d'écrêtage plus filtrage a été améliorée en donnant lieu à la nouvelle méthode d'écrêtage inversible. Ce système se compose de l'écrêtage " soft " pour la réduction du PAPR, du filtrage pour une ACPR (Adjacent Channel Power Ratio) acceptable et de l'inversion pour compenser les distorsions dues à l'écrêtage. En présence du canal bruité, l'écrêtage inversible a un gain sur le back-off du PA et donc sur son rendement. Ainsi le gain en consommation a été quantifié à 11% pour les mêmes performances en BER (Bit Error Rate). En outre, une analyse plus approfondie a été réalisée pour l'ACPR et un nouveau paramètre (le N_ACPR) permet de mieux prendre en compte la remontée spectrale des lobes secondaires du spectre de sortie.

The OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) allows a high bit rate with a robustness of transmission in multi-path fading channels. The main drawback is the very important amplitude fluctuation of its complex envelope which generates a high PAPR (Peak-to-Average Power Ratio). On the transmitter side, a high PAPR moves the working point of the power amplifier (PA) far from its saturation region so that the input signal is not well saturated. Consequently, PA power efficiency decreases with an increase of its power consumption. In the context of mobility, the energy resources are limited and the employment of multi-carrier modulations needs a signal processing in order to reduce the PA power consumption. The purpose of this work is the optimization of the PA power consumption without degradation of the received signal quality. The PAPR reduction method named clipping and filtering has been improved generating a new technique called invertible clipping. This system comprises: the soft clipping for the PAPR reduction, the filtering for an acceptable ACPR (Adjacent Channel Power Ratio) value, and the inversion to compensate the distortions due to the clipping. In presence of an AWGN (Additive White Gaussian Noise) channel, the invertible clipping system allows to obtain a gain on the PA back-off and, consequently, an improvement of its power efficiency. The invertible clipping reduces the PA power consumption of 11% maintaining the same BER (Bit Error Rate) performance. Moreover, in-depth analysis of the ACPR has been realized and a new parameter has been introduced (N_ACPR) which allows a better evaluation of spectral regrowth on the output spectrum.