Vaihtelun huomioiva ryhmätason digitaalinen esivääristys vaiheistetuissa antenniryhmissä: Menetelmät ja OTA-analyysi

Energiatehokkuuden parantaminen ja hiilijalanjäljen pienentäminen ovat keskeisiä kestävän kehityksen maailmanlaajuisia tavoitteita, ja ne heijastuvat voimakkaasti myös langattoman viestinnän tutkimukseen ja kehitykseen. Radiotaajuuslähettimissä tehonvahvistimet (PA:t) muodostavat huomattavan osan kokonaisenergiankulutuksesta, minkä vuoksi niiden tehokas käyttö signaalinlaadusta tinkimättä on erityisen tärkeää.

Digitaalinen esivääristys (DPD) on tehokas menetelmä, jonka avulla tehonvahvistimia voidaan käyttää korkean hyötysuhteen alueella esikorjaamalla niiden epälineaarinen käyttäytyminen. Analogiseen ja hybridityyppiseen keilanmuodostukseen perustuvat modernit lähetinarkkitehtuurit tuovat kuitenkin haasteita, sillä useat vahvistimet on linearisoitava yhteisellä digitaalisella syötteellä. Tällöin vahvistimien käyttäytymisen vaihtelu antennijärjestelmän elementtien välillä vaikuttaa merkittävästi linearisoinnin onnistumiseen ja säteilevän särön tilatason käyttäytymiseen.

Tässä väitöskirjassa lähetinryhmän DPD:tä tarkastellaan useista näkökulmista keskittyen erityisesti PAiden ja eri antennihaarojen vaihteluiden vaikutusta ja huomioon ottamista DPDratkaisuissa, sekä tarkastelemalla säröä antenniryhmän kauko- ja lähikentässä. Lisäksi esitetään uusi havainnointivastaanottimen menetelmä yksittäisten vahvistimien vasteiden erottamiseen. Vaihtelut huomioivat menetelmät keskittyvät kehittämään robusteja linearisointistrategioita, jotka säilyttävät DPD:n suorituskyvyn vahvistimien vasteiden vaihdellessa esimerkiksi keilanmuodostuksen tai tehon seurauksena. Esitelty menetelmä kouluttaa ryhmä-DPD:n tietylle syöttöamplitudivaihtelujen jakaumalle, mikä mahdollistaa vakaat tulokset myös satunnaisten vaihtelujen vallitessa. Ratkaisujen toimivuus on osoitettu ilmateitse tehdyillä mittauksilla 28 GHz vaiheistetulla lähetinjärjestelmällä ja 5G-aaltomuodoilla.

Väitöskirjan loppuosassa tutkitaan järjestelmätason epälineaarisen särön käyttäytymistä lähikentässä DPDn kanssa. Tulokset osoittavat, että lähikentässä epälineaarinen särö riippuu sekä etäisyydestä että suunnasta, mikä johtuu eri antennipolkujen viive-eroista ja vahvistimien käyttäytymisen vaihtelusta. Nämä tekijät aiheuttavat lisämuistivaikutuksia koko järjestelmän vasteeseen. Vahvistimien vaihtelun osoitetaan määrittävän särön tilatason jakautumista myös lähikentässä. Lisäksi vaihtelun ja DPD:n yhteisvaikutukset johtavat paikallisesti kohdistettuun DPD-suorituskykyyn lähikentässä, kun taas kaukokenttään optimoitu DPD toimii siellä eri tavoin kuin lähikentässä. Esitetyt havainnot on tärkeitä ottaa huomioon tulevaisuuden DPD ratkaisujen kehittämisessä, lähettimien vaatimusmäärittelyssä sekä mittausmenetelmien standardoinnissa.