Transmissor de comunicações móveis híbrido Doherty-outphasing

Abstract

O elevado crescimento da indústria de telecomunicações móveis tem apresentado alguns desafios, nomeadamente no que diz respeito à utilização de recursos. Por um lado, pretendem-se sistemas capazes de proporcionar elevadas taxas de transmissão, contudo sacrificando o menos possível a largura de banda ocupada. Por outro, pretendem-se sistemas eficientes do ponto de vista do consumo energético. O tipo de modulação usada atualmente nos sinais de comunicações móveis, aumentam de facto, a taxa de transmissão para a mesma largura de banda. No entanto, estas modulações têm um PAPR elevado, o que causa uma enorme perda de eficiência nos amplificadores de potência. Acresce a isso o facto de que o PA é a maior fonte de nãolinearidade do sistema, tendo isso impacto tanto na ocupação espetral como na qualidade da receção do sinal. É, portanto, extremamente importante e desejável, que o amplificador de potência seja o mais linear e eficiente possível. O amplificador Doherty, assim como o amplificador Outphasing são duas soluções que conseguem de alguma forma dar resposta a estas questões, sendo o amplificador Doherty o mais usado atualmente em estações base. No entanto, ambos têm as suas vantagens e desvantagens. Foi no sentido de juntar o melhor que cada uma das arquiteturas oferece, que começaram a surgir os híbridos Doherty-Outphasing, e que têm sido alvo de interesse e investigação nos últimos anos. Nesta Dissertação, foi feito um estudo destes amplificadores e híbridos, assim como a implementação e caracterização de um transmissor híbrido Doherty-Outphasing, onde se comprovou que, de facto, um híbrido proporciona uma melhor eficiência. O transmissor implementado apresentou uma PAE medida superior a 50% numa gama de 8dB de PBO, PAE máxima de 70% e uma potência máxima de saída de 25W

The high growth of the mobile telecommunications industry has presented some challenges, particularly regarding the use of resources. On the one hand, it is intended systems capable of providing high transmission rates yet sacrificing as little as possible the occupied bandwidth. On the other hand, energy-efficient systems are requirable. The type of modulation currently used in mobile communication signals actually increases the transmission rate to the same bandwidth. However, they have a high PAPR, which causes a huge loss of efficiency in power amplifiers. In addition, the PA is the largest source of nonlinearity in the system, affecting both spectral occupancy and signal reception quality. It is therefore extremely important and desirable that the power amplifier be as linear and efficient as possible. The Doherty amplifier as well as the Outphasing amplifier are two solutions that somehow manage to answer these questions, being the Doherty amplifier the most commonly used in base stations. However, both have their advantages and disadvantages. It was with the goal of bringing together the best that each of the architectures offers, that led to the emergence of the Doherty-Outphasing hybrids, and which have been the subject of interest and research in recent years. In this dissertation, a study of these amplifiers and hybrids was done, as well as the implementation and characterization of a hybrid transmitter Doherty-Outphasing, where it was proven that in fact, a hybrid provides a better efficiency. The implemented transmitter had a measured PAE greater than 50% in a range of 8dB of PBO, maximum PAE of 70% and a maximum output power of 25W