La prédistorsion

Les techniques de prédistorsion visent à modifier le signal RF à amplifier de telle sorte que le résultat en sortie du système complet soit linéaire tant en phase qu'en amplitude. Il s’agit de techniques non tributaires de la bande passante et du type de modulation. Elles sont adaptées aux signaux larges bandes et multiporteuses [29].

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Le principe général consiste à modéliser la caractéristique de l'amplificateur pour créer un dispositif dont les distorsions en amplitude et en phase sont l’inverse de celles créées par l'amplificateur. Ce système est appelé « pré-distordeur » ou « pré-compensateur ». Selon la position du « pré-distordeur », la prédistorsion est dite RF, FI ou bande de base.

Figure 2.18 : Illustration de la prédistorsion

Le système résultant de la mise en série du « pré-distordeur » et de l’amplificateur présente peu ou pas de distorsion en sortie. Le domaine de correction est évidemment limité au domaine où l'amplificateur présente un gain encore acceptable (dans la pratique jusqu'à 3 dB de compression environ [41]). La difficulté de cette technique réside dans la complexité à mettre en œuvre un circuit qui produise de manière précise l’inverse en amplitude et phase de la caractéristique de l’AP. Ceci implique que la caractéristique à pré-distordre doit être parfaitement connue. La simplicité de cette technique se prête bien à l’intégration avec un faible impact sur la complexité et la taille du circuit.

2.2.2.1. Prédistorsion analogique

 Prédistorsion RF

Les systèmes de prédistorsion en RF sont utilisés en général pour corriger des amplificateurs pour lesquels les conditions de linéarité ne sont pas draconiennes, ou si la fonction de non-linéarité est simple [42]. Généralement la prédistorsion RF est utilisée pour réduire les produits d’intermodulation d’ordre 3 (IMD3). La chaîne RF est précédée d'un correcteur à bas niveau dont le principe consiste à extraire les produits d’intermodulation d’ordre 3 d'un élément non linéaire et à les ajouter en opposition de phase au signal d'entrée,

créant ainsi une non-linéarité compensatrice des distorsions de l'amplificateur de puissance. L'élément non linéaire est choisi comme modélisant le mieux possible les non-linéarités de l'amplificateur de sortie. Cet élément peut être aussi bien une diode ou un amplificateur utilisé dans sa zone de compression [42].

Figure 2.19 : Circuit de prédistorsion avec une diode série  Prédistorsion FI

La prédistorsion est choisie en FI dans des systèmes à modulation analogique lorsqu’il y a besoin de maîtriser des fonctions complexes de non-linéarité. Elle est plus souple à mettre en œuvre qu’en RF car la fréquence étant plus basse, les éléments parasites ont moins d’importance. En général, les dispositifs performants reproduisent le modèle grâce à différents éléments non linéaires [41] (par exemple, des diodes pour corriger les produits AM/AM, et des varicaps pour corriger les produits AM/PM) qui modélisent une plage donnée de la variation AM/AM du signal. Chaque élément est paramétrable en position et en amplitude, si bien que le modèle peut être approché par la somme de ces contributions élémentaires. La modélisation de la non-linéarité de l’amplificateur de puissance doit inclure les variations en fonction de la thermique, et utiliser une information de température de l’étage de puissance à corriger. La principale difficulté provient du fait que la bande passante FI doit

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englober les produits d’intermodulation d’ordres impairs (au moins ceux d’ordre 3) et que ce n’est pas toujours possible.

On trouve dans la littérature des systèmes de prédistorsion utilisant des diodes en série avec l'amplificateur [29] , ou en parallèle avec des transistors [42]. Les niveaux de linéarisation atteignables au moyen de la prédistorsion analogique restent modestes, sous peine d’augmenter la complexité du circuit à mettre en œuvre.

Le principal désavantage de la prédistorsion FI est qu’elle ne traite pas de la possible dégradation introduite par le processus de modulation [42].

La prédistorsion en bande de base n’avait aucun avantage sur la prédistorsion en FI [29] avant l’avènement des circuits numériques de traitements de signaux de plus en plus performants tels que les DSPs et les FPGAs. Aujourd’hui, c’est la méthode de prédistorsion la plus répandue et qui présente le meilleur rapport coût/complexité de mise en œuvre.

2.2.2.2. Prédistorsion numérique adaptative bande de base

Dans un système basique de prédistorsion, les performances sont sensibles à des variations de température ou le vieillissement des transistors. L’ajout d’une action adaptative est nécessaire pour suivre et corriger si besoin ces variations. Selon ce nouveau critère, la technique de prédistorsion peut être « adaptative ».

La Figure 2.20 illustre le principe de fonctionnement d’une prédistorsion adaptative. Elle consiste à comparer la sortie attendue à la sortie obtenue et adapter la prédistorsion en fonction de l’erreur observée grâce à l’algorithme d’adaptation. La boucle d’adaptation permet respectivement de suivre les variations de puissance du signal d’entrée et de suivre l’évolution des composants. Lorsque la fonction de prédistorsion est réalisée entièrement de manière numérique et que la prédistorsion s’effectue sur les signaux bande de base auquel s’ajoute une action adaptive pour corriger les variations du système, on parle de prédistorsion numérique adaptative en bande de base.

 implémentation par tables de correspondance

 implémentation par modèles paramétriques : cette approche regroupe des modèles simples tels que le modèle polynomial ou des modèles beaucoup plus complexes comme les séries de Voltera ou des modèles basés sur les réseaux de neurones.

Figure 2.20 : Illustration de la prédistorsion adaptative