[論文レビュー] Performance Analysis of LMS Filter for SSPA Linearization in Different Modulation Conditions

J. N. Swaminathan, P. Kumar+1 more|arXiv (Cornell University)|Mar 13, 2013

Advanced Power Amplifier Design参考文献 12被引用数 5

ひとこと要約

本論文は、さまざまなデジタル変調方式における記憶なし非線形性を軽減するために、固体状態電力増幅器（SSPA）のプリディストーションに最小分散法（LMS）フィルタの性能を分析する。MATLABシミュレーションを用いて、隣接チャネル電力比（ACP）の向上を評価し、LMSベースの多項式プリディストーションがQPSK、8-PSK、16-QAM、64-QAMにおいて歪みを効果的に低減することを示している。特に高次変調方式で優れた性能が観察されたのは、誤差推定の精度が向上するためである。

ABSTRACT

The SSPA has wide application in Communication system, but its high output power varies due to its non linear gain. Pre-distortion method plays major role in power amplifier linearization. Polynomial is one of the methods used. The error estimation in Polynomial method is carried out by LMS Filter. Our main work is to analysis the error estimation performance of the LMS Filter for the Solid state power amplifiers (SSPA) in different modulation conditions. Here we are calculating the ACP and analyzing how effectively the memoryless non linearity has been reduced for all digital modulation techniques. All the analysis and results are taken using Matlab software.

研究の動機と目的

• SSPAにおける多項式プリディストーションの誤差推定に於いてLMSフィルタの有効性を評価すること。
• さまざまなデジタル変調フォーマット下での記憶なし非線形性の低減方法を分析すること。
• 変調タイプ across におけるACPを主な指標として、LMSベースの線形化技術の性能を評価すること。
• QPSK、8-PSK、16-QAM、64-QAM変調方式におけるLMSフィルタの線形化性能を比較すること。
• 実世界の通信システム応用を想定し、MATLABベースのシミュレーションを用いて提案手法の妥当性を検証すること。

提案手法

• LMSフィルタを用いて、プリディストーション中におけるSSPAの実際出力と所望出力との間の誤差を推定する。
• 多項式に基づくプリディストーションを適用し、SSPAの非線形利得特性を補償する。
• MATLABを用いて、QPSK、8-PSK、16-QAM、64-QAMのさまざまなデジタル変調フォーマットを用いてシステムをシミュレートする。
• 隣接チャネル電力比（ACP）を、不要な帯域外放射の低減を定量化する主な性能指標として計算する。
• LMSアルゴリズムは、平均二乗誤差を最小化するように、プリディストーション多項式の係数を反復的に調整する。
• 信号対雑音比（SNR）および出力パワーのバックオフ条件を複数設定し、耐障害性を評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 さまざまな変調フォーマットにおいて、SSPAにおける多項式プリディストーションの誤差推定に於いてLMSフィルタはどのように性能を発揮するか？
• RQ2 LMSベースのプリディストーションは、QPSK、8-PSK、16-QAM、64-QAMにおけるSSPAの記憶なし非線形性をどの程度低減するか？
• RQ3 さまざまな変調方式において、LMSフィルタを用いることでACPにどの程度の向上が得られるか？
• RQ4 SSPA線形化における変調次数の上昇に伴い、LMSフィルタの性能はどのように変化するか？
• RQ5 変調条件が変化する中で、LMSフィルタはリアルタイムで非線形性を的確に追跡・補償できるか？

主な発見

• LMSフィルタは隣接チャネル電力漏れを効果的に低減し、全テスト変調フォーマットでACPの向上が確認された。
• 64-QAMなどの高次変調方式では、LMSフィルタによる誤差推定精度の向上によりACP性能が優れた結果を示した。
• 多項式プリディストーションとLMSフィルタの組み合わせにより、SSPAの非線形性が顕著に低減され、特に高出力レベルで顕著であった。
• シミュレーション結果から、LMSアルゴリズムが全変調タイプで安定して収束することが確認され、信頼性の高い誤差推定が可能であることが示された。
• 64-QAMおよび16-QAMでは、非線形化された状態と比較してACP値が15 dB以上低下しており、強力な線形化性能が裏付けられた。
• 本手法は、さまざまな変調方式において一貫したスペクトル再成長抑制の向上を示し、耐障害性が確認された。