Caractéristiques de compression AM/AM

Tension de sortie maximum

10,90,80,70,60,50,40,30,20,1

0

Tension d'entrée en V

0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1

Tens

ion

de s

ortie

en

V

10

Un logiciel puissant pour combattre les effets non linéaires dans les amplificateursLes normes de radiocommunication mobile modernes sont de plus en plus exigeantes en termes de bande

passante, de linéarité et de rendement des étages de sortie de terminaux mobiles et de stations de base.

Les développeurs doivent par conséquent mesurer, caractériser et optimiser les effets linéaires et non

linéaires des composants passifs et actifs, tâches pour lesquelles le logiciel de conception et de mesure

R&S®FS-K130PC constitue une aide particulièrement efficace.

Au cœur des préoccupations : l’optimisation des caractéristiques de composantsLes normes de radiocommunication mobile ont connu un développement technologique rapide au cours des der-nières années. Les procédés à une seule porteuse et à niveau constant (par exemple GSM) ont évolué vers des méthodes à variation de niveau (par exemple EDGE) et à porteuses mul-tiples (par exemple, WLAN ou WiMAX™) jusqu’à des sys-tèmes faisant appel à une combinaison de procédures à por-teuses multiples, à modulations d’ordre élevé avec une bande passante large et un duplex temporel (par exemple TDD LTE avec 20 MHz de bande passante).

Parallèlement, les impératifs de conception des amplificateurs, notamment en termes de puissance émise dans les canaux 

adjacents et de qualité du signal, se sont accrus dans les mêmes proportions. Avec l’augmentation du facteur de crête et le renforcement des exigences en termes de rendement, les objectifs de conception ambitieux sont toujours plus diffi-ciles à atteindre.

L’amélioration de la qualité du signal de sortie représente un aspect important dans le développement des étages de sor-tie pour les terminaux mobiles et les stations de base. Cette amélioration est réalisée par une linéarisation obtenue notam-ment en soumettant le signal d’entrée du convertisseur N/A à une pré-distorsion dans le domaine numérique (voir enca-dré ci-dessous). Ce procédé compense les effets linéaires et non linéaires d’un composant dans lequel le signal d’entrée est « imprégné » des caractéristiques inverses de ce même 

Combattre les non-linéaritésIdéalement, le niveau de sortie d’un amplificateur suit le signal d’entrée de façon linéaire en amplitude et en phase, avec un gain défini. En pratique cependant, la puissance de sortie commence à dévier de cette relation linéaire à partir d’un certain point et un déphasage se produit également entre le signal de sortie et le signal d’entrée. Tous ces effets non linéaires constituent les prin-cipaux point faibles des amplificateurs car ils réduisent la qualité du signal de sortie. Ils augmentent notamment la puissance émise dans les canaux adjacents et par conséquent, perturbent les com-munications dans ces canaux. En outre, le signal émis dans la bande de transmission est affecté par une augmentation desperturbations et la qualité du signal parvenant au récepteur s’en trouve détériorée.

C’est la raison pour laquelle l’un des objectifs de conception en matière de développement d’amplificateurs est d’obtenir une qua-lité du signal de sortie aussi proche que possible de celle du signal d’entrée initial, c’est-à-dire de parvenir à un comportement le plus linéaire possible. On cherche alors à exprimer mathématiquement le rapport entre le signal d’entrée et le signal de sortie (« modéli-sation », « identification du système ») et à trouver les moyens de modifier en conséquence le signal d’entrée par une pré-distorsion numérique (fig. 1). De nombreux instituts de recherche universi-taires et départements d’étude et de développement industriels travaillent dans ce domaine, de sorte que de nouvelles procédures 

de modélisation ou des procédures de modélisation améliorées sont continuellement présentées.

Avec le logiciel de conception et de mesure R&S®FS-K130PC, Rohde&Schwarz propose désormais une « Implémentation de référence » des techniques de modélisation standard, offrant la possibilité de comparer ses propres résultats.

Fig. 1  Effet de la pré-distorsion numérique (DPD). En noir : caracté-

ristique idéale ; en rouge : signal de sortie sans DPD ; en bleu : DPD ; en 

orange : caractéristique d’un amplificateur après application de la DPD.

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R&S®FS-K130PC : Flux du signal

Signal de mesure (données I/Q)

Signal de référence (données I/Q)

DUT Mesure= réponse

Référence= stimulus

Mesure sur le matériel

Signal de synchronisation(temps, phase, fréquence …)

EVM

Calcul du modèle(Volterra, polynomial …)

Modèledu DUT

Mesuremodélisée

(Données I/Q)

Mesure sur le matériel

= stimulus × gain

Réponseoptimisée

Calcul DPD(« modèle –1»))

FonctionDPD

Stimulus avecpré-distorsion DUT

composant. Les algorithmes respectifs requis dépendent de divers effets se produisant dans le composant à améliorer (amplificateurs en général) et étant donné que les objectifs de conception en termes d’augmentation de rendement éner-gétique sont de plus en plus élevés, la complexité des algo-rithmes s’intensifie d’autant. Les développeurs doivent donc disposer d’un outil d’analyse et de conception efficace et complet, avec des algorithmes à fonctionnalités étendues.

R&S®FS-K130PC : entièrement automatique sur simple pression d’une toucheIl existe désormais un outil puissant pour effectuer ces tâches complexes : le logiciel de mesure et de conception  R&S®FS-K130PC de Rohde&Schwarz (fig. 2) à installer sur un PC. Ce logiciel rationalise le flux de travail et allège la charge de l’utilisateur qui peut ainsi se consacrer davantage aux tâches mêmes de conception. Sur demande, le logiciel exé-cute automatiquement toutes les mesures nécessaires à la modélisation d’un composant et à l’amélioration du compor-tement de ses caractéristiques de sortie (fig. 3) :1.  Commande des appareils de mesure correspondants 

(générateur et analyseur de signaux).2.  Création et chargement des signaux de test définis dans 

le générateur de signaux (soit le logiciel crée lui-même les signaux de test, soit ceux-ci sont déjà définis dans des fichiers) ; à ce stade, une mesure du signal de test peut être réalisée pour compenser les effets perturbateurs du générateur.

Fig. 2  Vue d’ensemble 

du logiciel de concep-

tion et de mesure 

R&S®FS-K130PC.

Fig. 3  Le R&S®FS-K130PC peut identifier automatiquement tous les para-

mètres du modèle.

3.  Réglage du signal de sortie du composant à la puissance de sortie désirée.

4.  Synchronisation des signaux et correction des erreurs du signal (par exemple écart de fréquence ou erreur du modulateur I/Q).

ACTUALITÉS 201/10  11

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5.  Calcul du modèle et du modèle de pré-distorsion selon la procédure choisie (par exemple polynomiale ou Volterra).

6.  Création d’un signal avec pré-distorsion, chargement dans le générateur de signaux et vérification de l’amélioration par la mesure de puissance dans les canaux adjacents (fig 4).

Le processus de mesure peut être paramétré dans de nom-breux domaines d’applications. Il est par exemple possible d’arrêter complètement la commande du générateur pour réaliser des mesures avec des sources de signaux spécifiques à l’utilisateur. En outre, les paramètres de modélisation peu-vent être réglés de façon à pouvoir juger par exemple si une quantité moindre de coefficients suffit pour la caractérisation.

Interfaces flexiblesLe logiciel R&S®FS-K130PC dispose de tous les formats d’en-trée et de sortie courants qui sont habituellement utilisés dans les environnements de R&D : ❙ Les résultats peuvent être représentés sous les formes d’af-fichage graphique les plus diverses. ❙ De plus, ces résultats peuvent être exportés et affichés sous forme de tableau. ❙ Pour exporter les modèles du composant et de la DPD (Digi-tal Predistortion), une fonction MATLAB™ disponible en texte clair est créée (fig. 5), laquelle génère, outre le calcul des coefficients du modèle, une fonction avec laquelle l’utili-sateur peut directement travailler. Il est ainsi possible d’ajou-ter à tout signal la fonction du modèle ou de la DPD et d’en observer les effets sur le signal de sortie qui en résulte. ❙ Les signaux de référence et de mesure peuvent aussi bien être importés dans le logiciel sous tous les formats cou-rants (ce qui permet également de réaliser une mesure par exemple avec des données de simulation pures à par-tir d’autres outils EDA*) que réexportés (par exemple pour appliquer la pré-distorsion sur des modèles de simulation d’autres outils EDA).

ConclusionLe logiciel de conception et de mesure R&S®FS-K130PC met à la disposition des concepteurs toutes les fonctions de mesure, de caractérisation et d’optimisation des effets linéaires et non linéaires des composants passifs et actifs. Son interface utilisateur aisément configurable et intuitive, la présentation détaillée des résultats sous forme numérique et graphique ainsi que les nombreuses possibilités d’importa-tion et d’exportation permettent une parfaite intégration de ce logiciel dans le processus de développement.

Martin Weiß

Fig. 5  Modèle MATLAB™ généré par le logiciel R&S®FS-K130PC.

Fig. 4  Signal de sortie de l’amplificateur sans DPD (en bleu) et avec DPD 

(en noir). La réjection ACP est améliorée de 20 dB.

*  Electronic Design Automation (conception électronique assistée par ordinateur)

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