Joint CFR and DPD optimization for 5G Digital Front Ends
(2023) In Master's Theses in Mathematical Sciences FMAM05 20231Mathematics (Faculty of Engineering)
- Abstract
- This thesis project investigates the topic of joint optimization for crest factor reduction and digital predistortion blocks, which are used for digital correction of analogue impairments in digital radio front ends. The work first investigates the effects of joint parameter variation of the above blocks on the global performance and computational cost of the digital chain, given reference CFR and DPD algorithms. Then it proposes a method for joint optimization of said CFR and DPD parameters, based on a constrained optimization of a composite target function. The constraints of this optimization problem ensure that the solution meets the requirements on out-of-band emissions and signal quality, while the target function values solutions... (More)
- This thesis project investigates the topic of joint optimization for crest factor reduction and digital predistortion blocks, which are used for digital correction of analogue impairments in digital radio front ends. The work first investigates the effects of joint parameter variation of the above blocks on the global performance and computational cost of the digital chain, given reference CFR and DPD algorithms. Then it proposes a method for joint optimization of said CFR and DPD parameters, based on a constrained optimization of a composite target function. The constraints of this optimization problem ensure that the solution meets the requirements on out-of-band emissions and signal quality, while the target function values solutions that outperform these requirements and are computationally cheaper to implement. The solutions of such an optimization problem are determined with the help of simulations. The simulations provide estimated performance metrics on signal quality and out-of-band emissions as well as estimated computational cost for a given parameter configuration. The results show that the proposed optimization can guide the selection of parameters for multiple blocks of the DFE while ensuring applicability in different use-cases via an easily configurable target function. (Less)
- Popular Abstract (Swedish)
- Tänk om man kunde titta ut genom sitt fönster och se det osynliga som gör vårt moderna liv möjligt.
Blipp!, bussbiljettens utgångsdatum är om elva dagar, grön signal. Swish!, saldo minus 29 kr, betalningen går igenom i glasskiosken. Pling!, "-Ring mig när du kan, jag har något roligt att berätta!".
Varje ögonblick färdas oräkneligt många signaler i ljusets hastighet mitt framför näsan på oss utan att vi
märker något. Allt som skedde utanför fönstret möjligjordes genom att elektromagnetiska vågor färdades
mellan mobiltelefoner och sändare i master.
När en mast sänder ut en signal måste den förstärkas för att den ska nå mottagaren. Problemet
är att förstärkare ofta beter sig oberäkneligt och förvränger signalen. Ju högre spänning
... (More) - Tänk om man kunde titta ut genom sitt fönster och se det osynliga som gör vårt moderna liv möjligt.
Blipp!, bussbiljettens utgångsdatum är om elva dagar, grön signal. Swish!, saldo minus 29 kr, betalningen går igenom i glasskiosken. Pling!, "-Ring mig när du kan, jag har något roligt att berätta!".
Varje ögonblick färdas oräkneligt många signaler i ljusets hastighet mitt framför näsan på oss utan att vi
märker något. Allt som skedde utanför fönstret möjligjordes genom att elektromagnetiska vågor färdades
mellan mobiltelefoner och sändare i master.
När en mast sänder ut en signal måste den förstärkas för att den ska nå mottagaren. Problemet
är att förstärkare ofta beter sig oberäkneligt och förvränger signalen. Ju högre spänning
förstärkarens insignal har desto värre blir dessa förvrängningar. Om man har otur försämras
signalens kvalité till den grad att datan den bär på blir oläslig. Bruset den orsakar kan
även störa signaler i grannkanaler, därför måste utsignalen uppfylla kvalitétskrav som bestäms av myndigheter.
Man skulle kunna undvika detta genom att mata förstärkaren med en svagare signal, men då försämras
förstärkarens verkningsgrad och räckvidd väsentligt. För att kringå denna avvägning mellan signalkvalité och verkningsgrad kan man manipulera signalen på ett sätt som kompenserar för förstärkarens brister. Det finns många metoder att göra detta på och detta examensarbete har undersökt kombinerad digital förförvrängning och klippfiltrering.
Klippfiltrering sätter ett tröskelvärde och klipper bort den delen av insignalen vars spänning överskrider det. Dessa spänningstoppar som klipptes bort var den delen av signalen som orsakade mest förvrängnining och brus i förstärkaren. Klippandet i sig orsakar också brus men denna bruskällan undgås genom att man filtrerar den avklippta delen av signalen och subtraherar den från den ursprungliga.
Ju lägre tröskelvärde, desto högre spänning kan man mata förstärkaren med, men är det för lågt så kan signalen förändras så mycket att dess data förstörs.
Digital förförvrängning gör en modell av förstärkarens oberäkneliga beteende och använder den för att förvränga insignalen på ett sådant sätt att den får en linjär, förutsägbar förstärkning när den skickas ut i nätet. Sambandet mellan parametrarna i dessa metoder och olika mått på signalkvalité och brus är komplext vilket gör det svårt att kalibrera dem.
I denna undersökning utforskades olika digital förförvrängnings- och klippfiltrerings parametrar systematiskt genom simuleringar på en virituell förstärkare. Ett mångsidigt optimeringsverktyg skapades för att kalibrera parametrarna till dess optimala värde. Optimeringsverktyget rangordnar lösningar baserat på dess signalkvalité och brusutsläpp samt hur mycket datorkraft det kostar att implementera dem.
-Gustav Olsson (Less)
Please use this url to cite or link to this publication:
http://lup.lub.lu.se/student-papers/record/9122310
- author
- Olsson, Gustav LU
- supervisor
- organization
- course
- FMAM05 20231
- year
- 2023
- type
- H2 - Master's Degree (Two Years)
- subject
- keywords
- Crest Factor Reduction, Digital Pre-Distortion, Power Amplifier, Parameter Optimization, 5G, Base Station, Memory Polynomial
- publication/series
- Master's Theses in Mathematical Sciences
- report number
- LUTFMA-3509-2023
- ISSN
- 1404-6342
- other publication id
- 2023:E34
- language
- English
- id
- 9122310
- date added to LUP
- 2023-06-19 11:45:59
- date last changed
- 2023-06-19 11:45:59
@misc{9122310,
abstract = {{This thesis project investigates the topic of joint optimization for crest factor reduction and digital predistortion blocks, which are used for digital correction of analogue impairments in digital radio front ends. The work first investigates the effects of joint parameter variation of the above blocks on the global performance and computational cost of the digital chain, given reference CFR and DPD algorithms. Then it proposes a method for joint optimization of said CFR and DPD parameters, based on a constrained optimization of a composite target function. The constraints of this optimization problem ensure that the solution meets the requirements on out-of-band emissions and signal quality, while the target function values solutions that outperform these requirements and are computationally cheaper to implement. The solutions of such an optimization problem are determined with the help of simulations. The simulations provide estimated performance metrics on signal quality and out-of-band emissions as well as estimated computational cost for a given parameter configuration. The results show that the proposed optimization can guide the selection of parameters for multiple blocks of the DFE while ensuring applicability in different use-cases via an easily configurable target function.}},
author = {{Olsson, Gustav}},
issn = {{1404-6342}},
language = {{eng}},
note = {{Student Paper}},
series = {{Master's Theses in Mathematical Sciences}},
title = {{Joint CFR and DPD optimization for 5G Digital Front Ends}},
year = {{2023}},
}