Limitador seguido de filtro linear para redução do fator de crista em sistemas de comunicação sem fio

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Silva, Leandro Dias da
Data de Publicação: 2016
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: por
Título da fonte: Repositório Institucional da UFPR
Texto Completo: https://hdl.handle.net/1884/52201
Resumo: Orientador: Prof. Dr. Eduardo Gonçalves de Lima
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spelling Universidade Federal do Paraná. Setor de Tecnologia. Programa de Pós-Graduação em Engenharia ElétricaLima, Eduardo Gonçalves de, 1980-Silva, Leandro Dias da2024-04-25T18:51:42Z2024-04-25T18:51:42Z2016https://hdl.handle.net/1884/52201Orientador: Prof. Dr. Eduardo Gonçalves de LimaDissertação (mestrado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica. Defesa: Curitiba, 30/08/2016Inclui referências : f. 46-47Resumo: Sistemas modernos de comunicação sem fio são projetados para oferecer a comunicação entre um grande número de usuários, com taxa de dados extremamente alta, excelente qualidade e consumindo uma pequena quantidade de energia. O amplificador de potência (PA) afeta significativamente o comportamento de tais sistemas. De fato, a transmissão de dados sem fio requer uma grande quantidade de energia e o PA é o circuito responsável por entregar a energia necessária para ser irradiada pela antena. Um caminho de operação eficiente do PA, prevenindo os problemas associados às distorções não lineares, é a implementação de técnicas de modulação que não alteram a amplitude da portadora do sinal de radiofrequência (RF). Contudo, esse tipo de modulação reduz drasticamente a taxa de dados. O problema é mais acentuado porque a largura de banda disponível para esses sistemas é muito limitada. Diante disso, é indispensável o uso de esquemas de modulação que sejam espectralmente mais eficientes, modulando uma portadora em fase e amplitude. Um exemplo é a modulação WCDMA (Wideband Code Division Multiple Access), a qual consiste em vários sinais CDMA derivados de diversos usuários. Essa característica aliada à amplitude variável do sinal acarreta em um alto valor da PAPR (Razão das Potências de Pico e Média) do sinal, o que é indesejado, pois implica na operação do PA de maneira ineficiente. Para reduzir a PAPR do sinal, diversos métodos são estudados, em particular, há um grande interesse dos pesquisadores na técnica de CFR (Redução do Fator de Crista). Especialmente, o método mais comum de implementar a CFR é através do limitador hard-clipping seguido por filtro. Este trabalho pretende propor novas abordagens para o projeto dos filtros e limitadores e investigar qual combinação promove uma maior redução da PAPR do sinal teste. Uma das estratégias propostas neste trabalho para a implementação do bloco de filtragem é a utilização de filtros no domínio da frequência cujo sinal teste é multiplicado pela resposta em frequência do filtro projetado. Outra abordagem é através da comparação da utilização de um filtro de resposta ao impulso finita (FIR) genérico e o filtro FIR de formatação de pulso do tipo raiz de cosseno levantado (RRC), bem como a implementação do bloco do limitador através de duas técnicas: a primeira é composta por uma reta com inclinação negativa e a outra é realizada através de aproximações polinomiais genéricas. Por fim, para identificar os parâmetros da técnica de CFR são realizadas otimizações não lineares em ambiente MATLAB. Como resultado, verifica-se que, ao aplicar os diferentes métodos aos blocos da CFR, foi possível obter uma redução significativa em termos de PAPR e, consequentemente, um aumento na eficiência dos PAs, principalmente através da utilização do limitador com aproximações polinomiais de terceira ordem e valores reais.Abstract: Modern wireless communication systems are designed to offer the communication among a great number of users, at extremely high data rates, with excellent quality and consuming as few as possible energy. The power amplifier (PA) significantly affects the behavior of such systems. In fact, the data transmission through an air interface channel requires a great amount of energy and the PA is the circuit responsible for delivering the necessary energy to be irradiated by the antenna. One way of efficiently operating the PA, and avoiding the problems associated to nonlinear distortions, is the adoption of a modulation technique that does not change the amplitude of the radio frequency (RF) carrier signal. However, this type of modulation decreases drastically the data rates. The problem is further accentuated because the available bandwidth is very narrow. Before that, it is essential the use of modulation schemes that are spectrally more efficient, modulating the carrier in phase and amplitude. One example is the WCDMA (Wideband Code Division Multiple Access), modulation, which consists in various CDMA signals derived from different users. These characteristics allied to the variable amplitude signal leads to a high PAPR (Peak-to-Average Power Ratio) signal value, which is not desired, because it implies on the PA operation in an inefficient way. To reduce the PAPR of a signal, different methods are studied. In particular, there is a huge interest of the researchers in the CFR (Crest Factor Reduction) technique. Especially, the most common method to implement the CFR is through a hard-clipping limiter followed by a filter. The development of this work proposes new approaches for the filter and limiter designs and explores which combination provides greater reductions of the PAPR of the test signal. One of the strategies proposed on this work for the implementation of the filtering block is the use of filters in frequency domain where the test signal is multiplied by the frequency response of the designed filter. Another approach is through comparing the use of a generic finite impulse response (FIR) filter and the root raised cosine (RRC) FIR filter, as well as the implementation of the limiter block through two techniques: the first one is composed by a line with a negative slope and the other through a general polynomial approximation. To identify the parameters of the CFR technique, non-linear optimizations in MATLAB are performed. As a result, it was verified that when different methods are applied to CFR blocks, it was possible to obtain a significant reduction in PAPR value, and, consequently, an increase on the efficiency of the PAs, especially through of implementing the limiter by a general polynomial approximation.47 f. : gráfs., tabs.application/pdfDisponível em formato digitalEngenharia elétricaSistemas de comunicação sem fioRadiofrequenciaFiltros elétricos digitaisLimitador seguido de filtro linear para redução do fator de crista em sistemas de comunicação sem fioinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisporreponame:Repositório Institucional da UFPRinstname:Universidade Federal do Paraná (UFPR)instacron:UFPRinfo:eu-repo/semantics/openAccessORIGINALR - D - LEANDRO DIAS DA SILVA.pdfapplication/pdf1058037https://acervodigital.ufpr.br/bitstream/1884/52201/1/R%20-%20D%20-%20LEANDRO%20DIAS%20DA%20SILVA.pdfd654b221ed74b9da7be739e66df87365MD51open access1884/522012024-04-25 15:51:42.634open accessoai:acervodigital.ufpr.br:1884/52201Repositório de PublicaçõesPUBhttp://acervodigital.ufpr.br/oai/requestopendoar:3082024-04-25T18:51:42Repositório Institucional da UFPR - Universidade Federal do Paraná (UFPR)false
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