[논문 리뷰] Performance Analysis of LMS Filter for SSPA Linearization in Different Modulation Conditions

J. N. Swaminathan, P. Kumar외 1명|arXiv (Cornell University)|2013. 03. 13.

Advanced Power Amplifier Design참고 문헌 12인용 수 5

한 줄 요약

이 논문은 다양한 디지털 변조 방식에서 메모리리스 비선형성을 완화하기 위해 고체상 전력 증폭기(SSPAs)의 전역화에 최소 제곱법(LMS) 필터의 성능을 분석한다. MATLAB 시뮬레이션을 통해 인접 대역 전력 비율(ACP) 향상을 평가하였으며, QPSK, 8-PSK, 16-QAM 및 64-QAM에서 LMS 기반 다항식 전역화가 왜곡을 효과적으로 감소시킴을 입증하였다. 특히 고차원 변조에서 더 나은 오차 추정 성능로 인해 우수한 성능을 보였다.

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.

연구 동기 및 목표

• SSPA에서 다항식 전역화를 위한 오차 추정에 LMS 필터의 효과성을 평가하는 것.
• 다양한 디지털 변조 형식 하에서 메모리리스 비선형성이 어떻게 감소하는지 분석하는 것.
• 다양한 변조 유형 간 ACP를 핵심 지표로 하여 LMS 기반 선형화 기법의 성능을 평가하는 것.
• QPSK, 8-PSK, 16-QAM 및 64-QAM 변조 방식 간 LMS 필터의 선형화 성능를 비교하는 것.
• 실세계 통신 시스템 적용을 위해 MATLAB 기반 시뮬레이션을 통해 제안된 방법을 검증하는 것.

제안 방법

• LMS 필터는 전역화 과정에서 SSPA의 실제 출력과 목표 출력 간 오차를 추정하는 데 사용된다.
• 다항식 기반 전역화가 SSPA의 비선형 이득 특성을 보완하기 위해 적용된다.
• 시스템은 QPSK, 8-PSK, 16-QAM 및 64-QAM를 포함한 다양한 디지털 변조 형식을 사용하여 MATLAB에서 시뮬레이션된다.
• 인접 대역 전력 비율(ACP)은 대역 외부 방출 감소를 정량화하기 위한 주요 성능 지표로 계산된다.
• LMS 알고리즘은 평균 제곱 오차를 최소화하기 위해 전역화 다항식의 계수를 반복적으로 조정한다.
• 신호 대 잡음비(SNR) 및 전력 백오프 조건을 여러 가지로 설정하여 안정성 평가를 수행한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 다양한 변조 형식에서 SSPA의 다항식 전역화를 위한 오차 추정에 LMS 필터가 어떻게 성능을 발휘하는가?
• RQ2 LMS 기반 전역화가 QPSK, 8-PSK, 16-QAM 및 64-QAM에서 SSPA의 메모리리스 비선형성을 어느 정도 감소시키는가?
• RQ3 다양한 변조 방식에서 LMS 필터를 사용할 경우 ACP 향상 수준은 어떠한가?
• RQ4 SSPA 선형화에서 변조 차수 증가에 따라 LMS 필터의 성능은 어떻게 변화하는가?
• RQ5 다양한 변조 조건 하에서 LMS 필터가 실시간으로 비선형성을 효과적으로 추적하고 보정할 수 있는가?

주요 결과

• LMS 필터는 인접 대역 전력 누설을 효과적으로 감소시켰으며, 모든 테스트된 변조 형식에서 ACP 향상을 관찰하였다.
• 64-QAM과 같은 고차원 변조에서는 LMS 필터의 오차 추정 정확도 향상으로 인해 더 우수한 ACP 성능를 보였다.
• 다항식 전역화 방법과 LMS 필터링을 조합함으로써 SSPA의 비선형성이 특히 고출력 수준에서 크게 감소하였다.
• 시뮬레이션 결과 LMS 알고리즘이 모든 변조 유형에서 안정적으로 수렴함을 확인하여 신뢰할 수 있는 오차 추정이 가능함을 입증하였다.
• 64-QAM 및 16-QAM에서 비선형화된 경우 대비 ACP 값이 15 dB 이상 감소하여 강력한 선형화 성능을 보였다.
• 다양한 변조 방식에서 일관된 스펙트럼 재성장 억제 향상으로 인해 이론적 우수성이 입증되었다.