Efficient non-linear ISI compensation techniques for commercial receivers - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2014

Efficient non-linear ISI compensation techniques for commercial receivers

Techniques efficaces de compensation d'interférence inter-symbole non-linéaires pour récepteurs commerciaux

Résumé

The aim of this Thesis is to study how the impairments induced by the Power Amplifier (PA) non-linearity over digital communication systems can be mitigated. These impairments are the spectral spreading and the non-linear inter-symbol interference (ISI). Both adverse effects can be easily compensated at the transmitter side by implementing pre-distortion techniques. The implementation of pre-distorters is not a mandatory characteristic in transmitters. Hence, it is convenient to compensate for the non-linear inter-symbol interference at receiver. This technique is known as post-distortion. The most effective post-distortion technique introduced in the literature is the Volterra Canceller, which estimates and eliminates the non-linear ISI from the received symbols. An optimal mitigation of the non- linear ISI is reached when the Volterra Canceller works with error-free symbols. This work proposes an original post-distortion technique based on the linearization of the transmitter PA at receiver side. The most relevant challenge associated with this technique is the blind estimation of the inverse of the PA transfer function from noisy information. The linearizer is carried out from orthogonal polynomial regression. In terms of ability to mitigate the non-linear ISI and complexity, the most efficient linearizer is obtained from Hermite polynomials. Then, the optimal behaviour of the Volterra Canceller working with error-free symbols can be reached by combining the Hermite polynomial linerizer with an actual Volterra Canceller. This behaviour is verified by computer simulations. These simulations are done from a satellite TV system model based on the Digital Video Broadcast Satellite 2 (DVB-S2) standard, which is the application case of this Thesis. The performance of the receiver compensating for the non-linear ISI is stated in terms of gain of ES/N0 with respect to the uncompensated case. Simulation results show that the ability to mitigate the non-linear ISI shown by the combined technique is near that of an ideal Volterra Canceller. A digital implementation for the Hermite polynomial linearizer and the Volterra Canceller is then presented. This implementation is optimised for commercial DVB-S2 receivers. The combined compensation technique and the DVB-S2 receiver are embedded into an FPGA Altera STRATIX IV. This implementation is tested in a Test-Bench emulating a DVB-S2 chain considering a DVB-S2 transmitter, a Gaussian channel noise (AWGN) and the receiver. The results obtained from the Test-Bench are correlated with simulation results. It is shown that the Hermite polynomial linearizer improves in 60% the gain of a stand-alone Volterra Canceller. This gain is achieved with only 40% of additional complexity. Hence, the combined technique is effective in terms of performance and complexity.
L'objectif de cette Thèse est d'étudier différentes méthodes de compensation de dégradations induites par un amplificateur de puissance (AP) non-linéaire sur des systèmes de communications numériques. Il existe deux effets adverses induits par un AP non-linéaire: l'étalement spectral et l'interférence inter-symbole (IIS) non-linéaire. Ces dégradations peuvent être corrigées au niveau du transmetteur avec une méthode de pré-distorsion. Malgré son efficacité, la pré-distorsion n'est pas implantée dans tous les APs. Il est par conséquent important de compenser l'IIS non-linéaire au niveau du récepteur. Cette technique est nommée post-distorsion. A ce jour, la méthode de post-distorsion la plus efficace est le Volterra Canceller. Une telle technique estime et élimine l'IIS non-linéaire associée aux symboles reçus. Une compensation optimale peut être faite à partir d'un Volterra Canceller travaillant avec des symboles idéaux, ce qui n'est en pratique jamais possible. Cette Thèse propose une méthode innovante de post-distorsion plus efficace que le Volterra Canceller. Elle est basée sur la linéarisation du canal non-linéaire. La principale difficulté liée à l'implantation de cette technique est l'estimation aveugle de la fonction de transfert inverse du canal. De plus, cette estimation est faite à partir de données bruitées, ce qui complique la tâche. La linéarisation est basée sur une régression polynômiale d'Hermite. La compensation optimale caractérisant le Volterra Canceller idéal est atteinte par la combinaison de cette linéarisation polynomiale et d'un Volterra Canceller. Ce comportement a été vérifié par simulations faites à partir du modèle mathématique d'un système de TV numérique satellite Digital Video Broadcasting Satellite 2 (DVB-S2), cas d'application de cette Thèse. Les performances du récepteur qui compensent l'IIS non-linéaire sont établies en termes du gain de ES/N0 par rapport à un récepteur sans compensation. L'architecture est optimisée pour un récepteur commercial DVB-S2. La méthode proposée a été implantée sur FPGA dans un récepteur DVB-S2 et testée. Le récepteur a ensuite été inclus dans une chaîne de transmission émulant un système DVB-S2. Les résultats obtenus sont corrélés avec les résultats des simulations. Par rapport à un Volterra Canceller seul, la méthode proposée améliore le gain de 60% pour une complexité ajoutée de 40%. Ceci confirme l'efficacité de cette compensation en termes de performance et de complexité.
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Identifiants

  • HAL Id : tel-01191522 , version 1

Citer

Esteban Gabriel Cabanillas. Efficient non-linear ISI compensation techniques for commercial receivers. Networking and Internet Architecture [cs.NI]. Télécom Bretagne; Université de Bretagne Occidentale, 2014. English. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-01191522⟩
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