Search

This paper presents a hardware implementation of a digital predistorter (DPD) for linearizing RF power amplifiers (PAs) for wideband applications. The proposed predistortion linearizer is based on a nonlinear auto-regressive moving average (NARMA) structure, which can be derived from the NARMA PA behavioral model and then mapped into a set of scalable lookup tables (LUTs). The linearizer takes advantage of its recursive nature to relax the LUT count needed to compensate memory effects in PAs. Experimental support is provided by the implementation of the proposed NARMA DPD in a field-programmable gate-array device to linearize a 170-W peak power PA, validating the recursive DPD NARMA structure for W-CDMA signals and flexible transmission bandwidth scenarios. To the best of the authors’ knowledge, it is the first time that a recursive structure is experimentally validated for DPD purposes. In addition to the results on PA efficiency and linearity, this paper addresses many practical implementation issues related to the use of FPGA in DPD applications, giving an original insight on actual prototyping scenarios. Finally, this study discusses the possibility of further enhancing the overall efficiency by degrading the PA operation mode, provided that DPD may be unavoidable due to the impact of memory effects.

A Doherty power amplifier (DPA) is an effective structure born in 1936 which, after a scarce revival around year 2000), had been strengthened from 2005 because its capability to combine linear amplification with power efficiency. Despite the conceptual simplicity of its basic operation, a lot of practical drawbacks shrink the theoretical behavior, thus leading a significant number of research works to overcome them. The main objective in DPA research is to increase efficiency while maintaining linearity and filling the specified bandwidth. This paper presents a survey of the state of the art of DPA advanced design aspects. After a short review of the DPA operation principles, aspects regarding improvements for linearity, power efficiency and amplification bandwidth are introduced. Besides, some alternative structures and technologies, as well as practical design aspects and some trade-offs which the designer usually has to face are also presented.

This paper describes a microcomputer-based algorithm used to control a dc separately excited motor for electric vehicle drive. The control programme consists essentially of two secondary programmes which perform respectively the command, and the output decision making tasks. The algorithm simulation on a Hewlett-Packard Model 64000 Logic Development System showed that it was possible to achieve an average execution time of 1 millisecond which is very short when compared to the mechanical time constant of the motor.

The use of digital predistortion for linearizing a millimeter-wave power amplifier (PA) is investigated. A PA operating at 38 GHz is designed using an accurate non-quasi-static transistor model, taking into account both short- and long-term memory effects. A realistic test signal is then used for the identification of a nonlinear auto-regressive moving average (NARMA) behavioral model of the PA. The NARMA-based digital predistorter is then derived and formulated in terms of basic predistortion cells, especially suitable for efficient implementation in an FPGA. The performance of the predistortion solution is preliminarily assessed by means of computer simulations.

The proliferation of UAVs has led to their use and abuse. Uses include automation of complex or dedicated tasks, entertainment or leisure applications - such as video recording - and defensive actions in the military. Abuses include human security, surveillance of espionage areas, terrorist attacks, transport of explosives to clear targets, or interference with air traffic. To solve this problem, commercial products have appeared mainly aimed at detecting UAVs. In this final project, different techniques and methodologies for detecting and canceling UAVs are collected and presented. Initially, research was carried out on the current regulations for UAVs and their different classifications. The following are the different methods for detecting and later identifying a UAV. Finally, problems arising from the confusion of UAVs with other objects with similar characteristics, such as birds, are discussed. La proliferació dels UAVs ha propiciat usos i abusos d’aquests. Entre els primers hi ha l’automatització de tasques complexes o de gran dedicació, aplicacions d’entreteniment o oci - com pot ser l’enregistrament de vídeos - i accions defensives en l’àmbit militar. Entre els segons hi ha la seguretat de les persones, la vigilància de zones per a l’espionatge, atacs terroristes, transport d’explosius per liquidar objectius, o la interferència en el trànsit aeri. Per resoldre aquest problema han aparegut productes comercials orientats principalment a detectar UAVs. En aquest projecte final es recullen i presenten diferents tècniques i metodologies de detecció i d’anul·lació de UAVs. Inicialment, s’ha realitzat un treball de recerca de la normativa actual dels UAVs i les seves diferents classificacions. Seguidament, es presenten els diferents mètodes de detecció i posterior identificació d’un UAV. Finalment, es comenten problemàtiques derivades de la confusió dels UAVs amb altres objectes de característiques similars, com els ocells.

The popularity of UAVs has increased during the last years due to the many applications in which such vehicles can get involved and yield benefits. Such uses often require specific behaviours and performances on the part of the aircraft, which can be achieved through guidance and navigation techniques. Nowadays, the trajectory planning of multirotors is an explored topic involving not only trajectory generation but optimization and collision avoidance. The control field is even more scrutinized than the latter, providing multiple solutions towards governing the non-linear dynamics of a drone. In this thesis, two different approaches have been considered regarding the trajectory planning strategy. Dubins curves are presented as the alternative to straight-lined paths, together with a trapezoidal velocity profile as a reference for linear velocities. With Bézier curves, it is intended to go one step further. In this second case, the derivative of the position is used to generate the heading references and the velocity profiles as well. A comparison of the two trajectory planners designed is done throughout Model-in-the-Loop simulation (MILP) in MATLAB. To do so, two simple controllers have been designed: a PID and a Linear Quadratic Regulator (LQR). The mathematical model of the vehicle is obtained from the equations of movement of aircraft assuming some simplifications. Subsequently, a linearization of the model is performed for later generation of the LQR. A brief description of the elements that comprise the real platform on which this project is based is given. Also, the possibility of performing Software-in-the-Loop (SITL) simulation is explained theoretically, as the autopilot mounted on the quadrotor enables the said process. Also, some experimental tests have been conducted in order to obtain the moments of inertia of the existing prototype. This involves the previous construction of a pendulum and the use of a motion capture sensor to record the oscillations during the experiments. Once the model has been presented, the design of controllers is addressed. Quadrotor dynamics tend to be separated into two categories: slow dynamics, regarding position; and fast dynamics, alluding to the attitude. This differentiation is used to build a PID-based cascade controller in which the inner loop controls the attitude and the outer loop is in charge of the position control. Altitude control is handled separately. On the other hand, the LQR created in this project encompasses the whole state making no such difference. Eventually, different flight patterns with increasing difficulty in terms of changes in the states are proposed and the references are produced by both trajectory planners. A comparison between the four combinations of trajectory design and control strategy is provided. Simulations are conducted with the controllers introduced beforehand. The PID presents satisfactory results with both trajectory concepts, even though the attitude control is slow and presents some overshoot. On the other side, the responses obtained with the LQR show oscillations when the heading reference contains changes in such variable. However, when no variation is considered in the heading of the vehicle, the LQR presents a faster response in attitude and a reasonable response in position. Future work of this project involve the improvement of the controllers and the consequent Software-in-the-Loop testing (SITL). Once such process is concluded, it's desired to proceed with Processor-in-the-Loop testing deploying the generated code of the control into the target device, being one step closer to experimental flight tests. Outgoing

According to recent research conducted by professor Haithem E. Taha and Ahmed M. Hasan, there is a loss in the control capabilities of the ailerons when flying at stall regime. Not only the sensitivity of this control surface decreases in its ability to generate roll moment but it produces the opposite effect, making the aircraft unpredictable. In order to overcome this situation, an unconventional method, called LIBRA, has been devised, involving geometric nonlinear control tools such as Lie brackets. In the numerical simulations, this mechanism would generate up to 4 times more rolling moment than the conventional procedure. The first stage of the experimental research on the LIBRA mechanism consists of finding out the aerodynamic characteristics of a small-scaled aircraft model in which the mechanism will be implemented as well as determining if there really exists a loss in the control capabilities when flying at stall. This experiments will be performed in a wind tunnel and both the forces and moments acting on an aircraft will have to be measured. Currently there exist in the market multi-axis load cells that can measure moments and forces in all directions. However, they have fixed capacities and they are very expensive and delicate. One of the main goals of this thesis will be the design and manufacturing of a modular load cell system able to measure forces and moments in four different axis. Besides, the unconventional method will be thoroughly described from a differential geometry perspective. Finally, by means of the 4-axis load cell system, forces and moments will be measured in different control configurations at stall, in order to test the rolling generating capabilities of the ailerons. Segons un estudi recent dut a terme pel professor Haithem E. Taha i Ahmed M. Hasan, es perd la capacitat de control en els alerons quan l’avió entra en règim de pèrdues. No només la sensibilitat d’aquesta superfície de control decreix en la seva habilitat de generar moment de balanç sinó que a més arriba a produir l’efecte contrari al desitjat, convertint el comportament de l’aeronau en impredictible. Per tal de fer front a aquest problema, un mètode nou, anomenat LIBRA, ha estat ideat, utilitzant eines del control geomètric no lineal com el producte de Lie. En les simulacions numèriques, aquest mecanisme genera fins a 4 cops més moment de balanç que el procediment convencional. La primera fase de la recerca experimental del mètode LIBRA consisteix a trobar les característiques aerodinàmiques d’un model d’aeronau a petita escala en el qual s’implementarà el mecanisme, així com determinar si realment hi ha una pèrdua en el control. L’experiment es farà en un túnel de vent i tant les forces com els moments que actuen en una aeronau hauran de ser mesurats. Actualment, existeixen en el mercat galgues extensiomètriques multi-axials capaces de mesurar forces i moments en totes direccions. Tanmateix, tenen capacitats fixades i són molt cares i delicades. Un dels principals objectius d’aquest treball és dissenyar i fabricar un sistema de sensors que pugui mesurar forces i moments en quatre eixos diferents. A més, el nou mètode serà descrit en detall des de la perspectiva de la geometria diferencial. Finalment, fent ús del sistema de galgues extensiomètriques, es mesuraran les diferents forces i moments en diferents configuracions de control en un avió volant en pèrdues, per tal d’avaluar la capacitat de generar moment de balanç dels alerons. Outgoing

In this project, a study will be carried out of the main characteristics that HAPs systems currently have, the main developments, regularizations, applications and the future of these pseudo satellites. In the first section, we will introduce the HAPs concept and briefly explain the different types of HAPs that we can find and enumerate some projects that are actives. Once the concept of HAPs has been introduced, we are going to enumerate the limitations that we must consider when performing HAPs platform deployments, the limitations we find are in the area of telecommunications and in the area of aeronautics. Next, we are going to list the possible scenarios where the HAPs technology could be deployed, at the user level and at gateway level, and some possible scenarios in the future. Next, the technical aspects required for the proper functioning of the HAPs links will be listed the antennas used, the difficulties that we will find in the transmission channel, the source of energy that we will use, ... We will mention the applications that HAPs platforms can offer us and their current state. We will introduce HAPs applications for broadband services, also mentioning possible future 3D, using drones, and 5G applications. We will also explain the use of HAPs for Earth observation and remote sensing applications. Finally, we will enumerate the advantages and disadvantages that we would obtain with the implementation of HAP systems today, mentioning the WRC-19 meeting that will be held from October 28, which can significantly influence the future of HAPs. We will also make a small introduction of the market in HAPs systems.

The use of Unmanned Aerial Vehicles and their applications are increasing every day. Those vehicles are in certain way autonomous, so they need to have a well studied and defined autopilot. In order to study autopilots it is necessary to have a dynamic model that represents how would be the behaviour of the aircarft in a real situation. However, there is a high dispersion on the use of these models. Usually, papers and articles about autopilots' studies can be found in the literature, but all of them use an own model that have been defined exclusively for the corresponding UAV they are using. Due to that, this project has the aim to construct a reference model that could be used in studies of autopilots and control techniques, non-depending on the considered UAV. Evidently, there are a lot of types of different UAVs, so it would have no sense to try to construct a model useful for a multirotor and a fixed wing aircraft at the same time. By the way, the scope of the project has been reduced to fixed wing UAVs of about 3 meters of wingspan. Moreover, regarding the three types of stability that can be differentiated in an aircraft (longitudinal, lateral and directional), only the longitudinal stability has been considered. It is the one that has more presence in the literature and it might be the more representative concerning the whole behaviour of the UAV. The goal of the project is to take into account different fixed wing unmanned aerial vehicles and compute an averaged model of all of them. Those individual models have been achieved from two different sources of information. On the one hand, articles, papers, books and other written documents have been consulted obtaining models already defined. On the other hand, some models have been created purposely for the project with the help of Digital Datcom. Due to the existing dispersion in the variables the found models use and the different ways in which they have been constructed, the most feasible way to average all of them has been considering their pole-zero diagrams. Finally, using the reference model created, it has been done a study to find out what are the structural parameters that more affect the stability of the UAV. This study joined to the reference model can be useful to make lighter the process of constructing a model before starting any study of autopilots. In addition, when designing the aircraft, they can be even useful to decide how each parameter should be in terms of stability.

In land based aircraft, wheel locking can be prevented by the usage of closed-loop anti- lock braking systems (ABS). Wheel deceleration and wheel longitudinal slip are usually considered as regulation for such systems. Wheel deceleration can be simply measured with simple and low-cost sensors, but the dynamics of this regulation loop must be fitted to the road conditions, which are difficult to predict. A regulation loop based on wheel slip is simpler and more robust for ABS applications; however, wheel slip measurement is difficult and also, noise sensitivity is a non-trivial issue. An innovative control technique, called Mixed Slip-Deceleration is simulated and assessed in this work; such technique, provides a combination of both the other control strategies and it benefits from all their attractive aspects such as, the dynamical properties of slip control and low sensitivity to noise.

Power amplifiers (PAs) are one of the most crucial elements in wireless standards becasue they are the most power hungry subsystems. These elements have to face an important issue, which is the power efficiency, a fact related with the output back-off (OBO). But the OBO depends on the kind of modulated signal, in proportion to the modulated signal peak-to-average power ratio (PAPR). The higuer is the data rate, the higer is the OBO, and consequently the lower is the efficiency. A low efficiency of PAs causes the waste of energy as heat. Furthermore, the trade-off between linearity and efficiency in PAs is another major issue. To cope with the undesired circumstances producing efficiency degradation, the Doherty power amplifier (DPA) is one of the useful techniques which provide high efficiency for high PAPR of modern communication signals. Nevertheless, the limited bandwidth (BW) of this kind of PAs (about 10% of fractional bandwidth) and its importance (in modern wireless systems such as LTE, WiMAX, Wi-Fi and satellite systems) have encouraged the researchers to improve this drawback in recent years. Some typical BW limiting factors effect on the performance of DPAs: i) quarter-wave length transformers, ii) phase compensation networks in/output matching circuits, iii) offset lines and device non-idealities; The quarter-wave length transformers performs as an inverter impedance in the load modulation technique of DPAs. The future objective in designing DPAs is to decrease the impact of these issues. In this context, this PhD-thesis is focused on improving fractional bandwidth of DPAs using the new methods that are related to impedance transformers instead of impedance inverters in the load modulation technique. This study is twofold. First, it is presented a novel DPA where a wideband GaN DPA in the 2.5 GHz band with an asymmetrical Wilkinson splitter. The impedance transformer of the proposed architecture is based on a matching network including a tapered line with multi-section transformer in the main stage. The BW of this DPA has ranged from 1.8 to 2.7 GHz. Plus, the obtained power efficiency (drain) is higher than 33% in the whole BW at both maximum and OBO power levels. Second, based on the benefits of the Klopfenstein taper, a promising DPA design is proposed where a Klopfenstein taper replaces the tapered line. In fact, this substitution results on reducing the reflection coefficient of the transformer. From a practical prototype realization of this novel Doherty-like PA in the 2.25 GHz band, this modification has demonstrated that the resulting DPA BW is increased in comparison to the conventional topology while keeping the efficiency figures. Moreover, this study also shows that the Klopfenstein taper based design allows an easy tuning of the group delay through the output reactance of the taper, resulting in a more straightforward adjustments than other recently published designs where the quarter-wave transformer is replaced by multi-section transmission lines (hybrid or similar). Experimental results have shown 43-54% of drain efficiency at 42 dBm output power, in the range of 1.7 to 2.75 GHz. Concretely, the results presented in this novel Doherty-like PA implies an specific load modulation technique that uses the mixed Klopfenstein tapered line together with a multi-section transformer in order to obtain high bandwidth with the usual efficiency in DPAs., Los amplificadores de potencia (PAs) son uno de los elementos más importantes para los transmisores inalámbricos desde el punto de vista del consumo energético. Un aspecto muy importante es su eficiencia energética, un concepto relacionado con el back-off de salida (OBO), que a su vez viene condicionadpo por el PAPR de la señal modulada a amplificar. Una baja eficiencia de los PA hace que la pérdida de energía se manifieste en forma de calor. De hecho, esta cuestión conduce al incremento de los costes y tamaño, esto último por los radiadores. Además, el compromiso entre la linealidad y la eficiencia en los PA es otro problema importante. Para hacer frente a las circunstancias que producen la degradación de la eficiencia, el amplificador de potencia tipo Doherty (DPA) es una de las técnicas más útiles que proporcionan una buena eficiencia incluso para los altos PAPR comunes en señales de comunicación modernos. Sin embargo, el limitado ancho de banda (BW) de este tipo de PA (alrededor del 10% del ancho de banda fraccional) y su importancia (en los sistemas inalámbricos modernos, tales como LTE, WiMAX, Wi-Fi y sistemas de satélites) han animado a los investigadores para mejorar este inconveniente en los últimos años. Algunos aspectos típicos que limitan el BW en los DPA son: i) transformadores de longitud de cuarto de onda, ii) redes de compensación de fase y circuitos de adaptación de salida, iii) compensación de las líneas y los dispositivos no ideales. Los transformadores de cuarto de onda actuan como un inversor de impedancia en la técnica de modulación de carga de la DPA "("load modulation"). Concretamente, el objetivo futuro de diseño de DPA es disminuir el impacto de estos problemas. En este contexto, esta tesis doctoral se centra en mejorar el ancho de banda fraccional de DPA utilizando los nuevos métodos que están relacionados con el uso de transformadores de impedancias en vez de inversores en el subcircuito de modulación de carga. Este estudio tiene dos niveles. En primer lugar, se presenta una novedosa estructura del DPA de banda ancha usándose dispositivos de GaN en la banda de 2,5 GHz con un divisor Wilkinson asimétrico. El transformador de impedancias de la arquitectura propuesta se basa en una red de adaptación, incluyendo una línea cónica con múltiples secciones del transformador en la etapa principal. El BW de este DPA ha sido de 1,8 a 2,7 GHz. Además, se obtiene una eficiencia de drenador de más del 33% en todo el BW, tanto a nivel de potencia máxima como a nivel del OBO. En segundo lugar, aprovechando los beneficios de un adaptador de Klopfenstein, se propone un nuevo diseño del DPA. Con la sustitución de la lina conica por el Klopfenstein se reduce el coeficiente de reflexión de transformador de impedancias. Sobre un prototipo práctico de esta nueva estructura del Doherty, en la banda de 2,25 GHz, se ha demostrado que el BW resultante se incrementa en comparación con la topología convencional mientras se mantienen las cifras de eficiencia. Por otra parte, en este estudio se demuestra que el diseño basado en el Klopfenstein permite una afinación fácil del retardo de grupo a través de la reactancia de salida del taper, lo que resulta en un ajuste más sencillo que otros diseños publicados recientemente en el que el transformador de cuarto de onda se sustituye por multi-líneas de transmisión de la sección (híbridos o similar). Los resultados experimentales han mostrado un 43-54% de eficiencia de drenador sobre 42 dBm de potencia de salida, en el intervalo de 1,7 a 2,75 GHz. Concretamente, los resultados presentados en esta nueva estructura tipo-Doherty implican una técnica de modulación de carga que utiliza una combinación de un Klopfenstein junto con un transformador de múltiples secciones con el fin de obtener un alto ancho de banda con la eficiencia habitual en DPAs., Els amplificadors de potència (PA) són un dels elements més importants per els sistemes ràdio ja que sone ls principals consumidors d'energía. Un aspecte molt important és l'eficiència de l'amplificador, aspecte relacionat amb el back-off de sortida (OBO) que a la seva vegada ve condicionat pel PAPR del senyal modulat. Una baixa eficiència dels PA fa que la pèrdua d'energia en manifesti en forma de calor. De fet, aquesta qüestió porta a l'increment dels costos i grandària, degut als dissipadors de calor. A més, el compromís entre la linealitat i l'eficiència en els PA es un altre problema important. Per fer front a les circumstàncies que porten a la degradació de l'eficiència, l'amplificador de potència Doherty (DPA) és una de les tècniques més útils i que proporcionen una bona eficiència per als alts PAPR comuns en senyals de comunicació moderns. No obstant això, l'ample de banda limitat (BW) d'aquest tipus de PA (al voltant del 10% de l'ample de banda fraccional) i la seva importància (en els sistemes moderns, com ara LTE, WiMAX, Wi-Fi i sistemes de satèl·lits) han animat els investigadors per millorar aquest inconvenient en els últims anys. Alguns aspectes tipicament limitadors del BW en els DPA son: i) transformadors de longitud d'quart d'ona, ii) xarxes de compensació de fase en circuits / adaptacions de sortida, iii) compensació de les línies i els dispositius no ideals. Els transformadors de quart d'ona s'utilitzen com a inversors d'impedàncies en la tècnica de modulació de càrrega del DPA ("load modulation"). Concretament, l'objectiu futur de disseny d'DPA és disminuir l'impacte d'aquests problemes. En aquest context, aquesta tesi doctoral es centra en millorar l'ample de banda fraccional dels DPA utilitzant nous mètodes que estan relacionats amb l'ús de transformadors d'impedàncies, en comptes d'inversors, en el subcircuit de modulació de càrrega. Aquest treball té dos nivells. En primer lloc, es presenta un DPA novedós que fa servir dispositus GaN DPA a la banda de 2,5 GHz amb un divisor Wilkinson asimètric. El transformador d'impedàncies de l'arquitectura proposada es basa en una xarxa d'adaptació, incloent una línia cònica amb múltiples seccions del transformador en l'etapa principal. El BW d'aquest DPA ha mostrat ser d'1,8 a a 2,7 GHz. A més, s'obté una eficiència de drenador de més del 33% en tot el BW, tant a nivell de potència màxima com de OBO. En segon lloc, sobre la base dels beneficis del adaptador de Klopfenstein, un proposa un nou disseny on un Klopfenstein substitueix la anterior línia cònica. Aquesta substitució repercuteix en la reducció del coeficient de reflexió de transformador d'impedàncies.Des d'una realització pràctica (prototipus) d'aquest nou amplificador tipus Doherty a la banda de 2,25 GHz, s'ha demostrat que el BW resultant s'incrementa en comparació amb la topologia convencional mentre es mantenen les xifres d'eficiència. D'altra banda, en aquest estudi es demostra que el disseny basat en el Klopfenstein permet una afinació fàcil del retard de grup a través de la reactància de sortida de la forma cònica, el que resulta en un ajust més senzill que altres dissenys publicats recentment en què el transformador de quart d'ona es substitueix per multi-línies de transmissió de la secció (híbrids o similar). Els resultats experimentals han mostrat un 43-54% d'eficiència de drenador en 42 dBm de potència de sortida, en l'interval de 1,7-2,75 GHz. Concretament, els resultats presentats en aquest nou amplificador tipus Doherty impliquen una tècnica de modulació de càrrega específic que utilitza una combinació del Klopfenstein juntament amb un transformador de múltiples seccions per tal d'obtenir un alt ample de banda amb la usual eficiència en DPAs.

Unmanned Aerial Vehicles (UAVs) are currently very interesting due to the numerous applications and possibilities that they make possible, and consequently, they have a significant presence in the research community. They have to deal with an important limitation, which is their autonomy. UAVs are usually vehicles of reduced dimensions and weight, consisting of different electronic subsystems, like the autopilot subsystem, the communication equipment, the servos and actuators or the propulsion subsystem. All of this required energy is provided for the on-board batteries. There is a trade-off between boarded equipment weight and its total consumption. This compromise is finally reflexed in the autonomy of the vehicle. In this project we will focus on the auto-pilot system consumption. Despite the relevance of the auto-pilot power consumption is relative to the whole consumption, it will be more critical for small UAVs. This problem can be considered from different points of view. In this project we will analyse what is the influence of the control strategy over the final power consumption. It is desired a reduction of the power keeping a correct control of the vehicle. In the assessment of the selected control strategies different type of UAVs will be considered. For the control application it will be needed mathematical models of the UAVs. Considering four different groups of UAVs, which are fixed-wing, flexible-wing, quad-rotors and helicopters, we will elaborate one unique and representative model for each group of UAVs. Regarding the control techniques, we will consider optimal control, PID control and adaptive control. The fact of introduce them in UAVs will allows us to study what is their influence on the power consumption. Finally, once the techniques will have been applied, it will be seen the advantages that Adaptive control has over the rest of strategies. This technique will show the best results regarding the power consumption, providing important reductions respect the initial subsystem power consumption.

Es tracta de dissenyar i muntar un amplificador de dos vies amb modulació de carrega (Doherty), a una banda propera las 2 GHz. Pel rist tecnologic del TFC, pot ser que s'acabi a nivell de simulació i muntatge del circuit imprés, o de a nivelll de mesures totals. Requereix polaritzar transistors en classe AB, B i C (per definir, simular amb ADS i fer els circuits impressos microstrip.

disenyar i muntar un amplificar classe D de baixa frequència (fina a l'audio, 20 KHz), amb un sistema adaptatiu analogic per compensar desequilibtis de càrrega.

Aquesta Tesi Doctoral se centra en el disseny d'un nou linealitzador de Predistorsió Digital (Digital Predistortion - DPD) capaç de compensar la dinàmica i els efectes no lineals introduïts pels Amplificadors de Potència (Power Amplifiers - PAs). Un dels trets més rellevants d'aquest nou predistorsionador digital i adaptatiu consisteix en ser deduïble a partir d'un model de PA anomenat Nonlinear Auto-Regressive Moving Average (NARMA). A més, la seva arquitectura multi-LUT (multi-Taula) permet la implementació en un dispositiu Field Programmable Gate Array (FPGA).La funció de predistorsió es realitza en banda base, per tant, és independent de la banda freqüencial on es durà a terme l'amplificació del senyal de RF, el que pot resultar útil si tenim en compte escenaris multibanda o reconfigurables. D'altra banda, el fet que aquest DPD tingui en compte els efectes de memòria introduïts pel PA, representa una clara millora de les prestacions aconseguides per un simple DPD sense memòria. En comparació amb d'altres DPDs basats en models més computacionalment complexos, com és el cas de les xarxes neuronals amb memòria (Time-Delayed Neural Networks - TDNN), la estructura recursiva del DPD proposat permet reduir el nombre de LUTs necessàries per compensar els efectes de memòria del PA. A més, la seva estructura multi-LUT permet l'escalabilitat, és a dir, activar or desactivar les LUTs que formen el DPD en funció de la dinàmica que presenti el PA.En una primera aproximació al disseny del DPD, és necessari identificar el model NARMA del PA. Un dels majors avantatges que presenta el model NARMA és la seva capacitat per trobar un compromís entre la fidelitat en l'estimació del PA i la complexitat computacional introduïda. Per reforçar aquest compromís, l' ús d'algoritmes heurístics de cerca, com són el Simulated Annealing o els Genetic Algorithms, s'utilitzen per trobar els retards que millor caracteritzen la memòria del PA i per tant, permeten la reducció del nombre de coeficients necessaris per caracteritzar-la. Tot i així, la naturalesa recursiva del model NARMA comporta que, de cara a garantir l'estabilitat final del DPD, cal dur a terme un estudi previ sobre l'estabilitat del model.Una vegada s'ha obtingut el model NARMA del PA i s'ha verificat l'estabilitat d'aquest, es procedeix a l'obtenció de la funció de predistorsió a través del mètode d'identificació predictiu. Aquest mètode es basa en la continua identificació del model NARMA del PA i posteriorment, a partir del model obtingut, es força al PA perquè es comporti de manera lineal. Per poder implementar la funció de predistorsió en la FPGA, cal primer expressar-la en forma de combinacions en paral·lel i cascada de les anomenades Cel·les Bàsiques de Predistorsió (BPCs), que són les unitats fonamentals que composen el DPD. Una BPC està formada per un multiplicador complex, un port RAM dual que actua com a LUT (taula de registres) i un calculador d'adreces. Les LUTs s'omplen tenint en compte una distribució uniforme dels continguts i l'indexat d'aquestes es duu a terme mitjançant el mòdul de l'envoltant del senyal. Finalment, l'adaptació del DPD consisteix en monitoritzar els senyals d'entrada i sortida del PA i anar duent a terme actualitzacions periòdiques del contingut de les LUTs que formen les BPCs. El procés d'adaptació del contingut de les LUTs es pot dur a terme en la mateixa FPGA encarregada de fer la funció de predistorsió, o de manera alternativa, pot ser duta a terme per un dispositiu extern (com per exemple un DSP - Digital Signal Processor) en una escala de temps més relaxada. Per validar l'exposició teòrica i provar el bon funcionalment del DPD proposat en aquesta Tesi, es proporcionen resultats tant de simulació com experimentals que reflecteixen els objectius assolits en la linealització del PA. A més, certes qüestions derivades de la implementació pràctica, tals com el consum de potència o la eficiència del PA, són també tractades amb detall., This Ph.D. thesis addresses the design of a new Digital Predistortion (DPD) linearizer capable to compensate the unwanted nonlinear and dynamic behavior of power amplifiers (PAs). The distinctive characteristic of this new adaptive DPD is its deduction from a Nonlinear Auto Regressive Moving Average (NARMA) PA behavioral model and its particular multi look-up table (LUT) architecture that allows its implementation in a Field Programmable Gate Array (FPGA) device.The DPD linearizer presented in this thesis operates at baseband, thus becoming independent on the final RF frequency band and making it suitable for multiband or reconfigurable scenarios. Moreover, the proposed DPD takes into account PA memory effects compensation which representsan step forward in overcoming classical limitations of memoryless predistorters. Compared to more computational complex DPDs with dynamic compensation, such Time-Delayed Neural Networks (TDNN), this new DPD takes advantage of the recursive nature of the NARMA structure to relax the number of LUTs required to compensate memory effects in PAs. Furthermore, its parallel multi-LUT architecture is scalable, that is, permits enabling or disabling the contribution of specific LUTs depending on the dynamics presented by a particular PA.In a first approach, it is necessary to identify a NARMA PA behavioral model. The extraction of PA behavioral models for DPD linearization purposes is carried out by means of input and output complex envelope signal observations. One of the major advantages of the NARMA structure regards its capacity to deal with the existing trade-off between computational complexity and accuracy in PA behavioral modeling. To reinforce this compromise, heuristic search algorithms such the Simulated Annealing or Genetic Algorithms are utilized to find the best sparse delays that permit accurately reproducing the PA nonlinear dynamic behavior. However, due to the recursive nature of the NARMA model, an stability test becomes a previous requisite before advancing towards DPD linearization.Once the PA model is identified and its stability verified, the DPD function is extracted applying a predictive predistortion method. This identification method relies just on the PA NARMA model and consists in adaptively forcing the PA to behave as a linear device. Focusing in the DPD implementation, it is possible to map the predistortion function in a FPGA, but to fulfill this objective it is first necessary to express the predistortion function as a combined set of LUTs.In order to store the DPD function into a FPGA, it has to be stated in terms of parallel and cascade Basic Predistortion Cells (BPCs), which are the fundamental building blocks of the NARMA based DPD. A BPC is formed by a complex multiplier, a dual port RAM memory block acting as LUT and an address calculator. The LUT contents are filled following an uniform spacing procedure and its indexing is performed with the amplitude (modulus) of the signal's envelope.Finally, the DPD adaptation consists in monitoring the input-output data and performing frequent updates of the LUT contents that conform the BPCs. This adaptation process can be carried out in the same FPGA in charge of performing the DPD function, or alternatively can be performed by an external device (i.e. a DSP device) in a different time-scale than real-time operation.To support all the theoretical design and to prove the linearization performance achieved by this new DPD, simulation and experimental results are provided. Moreover, some issues derived from practical experimentation, such as power consumption and efficiency, are also reported and discussed within this thesis.

En el treball s’analitzen diferents mètodes de clipping (retall del senyal) per a un sistema amb transmissió OFDM (Hiperlan type 2), considerant diferents nivells de soroll al canal. L’objectiu del clipping és disminuir efectes deguts a la no-linealitat de l’amplificador de potencia sense necessitat de treballar en excés a la zona lineal (back-off elevat) i així poder estalviar energia i fer que la bateria dels diferents sistemes que utilitzen la modulació especificada duri més. Per a cada una de les simulacions esmentades es monitoritzarà la qualitat de l’enllaç, la disminució de la variança i el comportament del ACPR (Adjacent Channel Power Ratio). Aquests seran els paràmetres de referència per argumentar la utilitat dels sistemes de clipping. Cada una de les simulacions treballarà amb diferents nivells d’IBO per tal de veure la seva resposta en funció de la zona de treball, ja sigui lineal o de saturació. Els resultats mostren que els sistemes de clipping permet disminuir el nivell d’IBO fins al límit de la zona lineal i augmentar el nivell d’ACPR de la transmissió. Aquest fet és impossible d’aconseguir sense l’ús d’aquesta eina disposat que si l’amplificador se satura i crea soroll fora de banda, no el podrem filtrar.

Hace más de 6 años se empezó a gestar el IEEE802.16, un estándar para una nueva tecnología inalámbrica de banda ancha. El primer capítulo consiste en una introducción sobre este estándar, su evolución, las diferentes versiones que han ido apareciendo y las características principales de cada una de ellas, seguido de un pequeño comentario sobre su faceta comercial, WiMAX. El IEEE802.16 está empezando a tener relevancia, de modo que se decidió realizar un amplificador capaz de funcionar bajo la versión IEEE802.16a, que trabaja debajo de 11 GHZ con anchos de banda de hasta 28 MHz. En el segundo capítulo se explica como diseñar un amplificador. Encontramos un resumen de los pasos básicos que hay que seguir, como por ejemplo, determinar las especificaciones, decidir su función dentro del sistema global, la clase, escoger un transistor y punto de trabajo adecuados, diseñar la red de polarización, estudiar la estabilidad, diseñar las redes de adaptación de entrada y salida, desacoplar la señal de RF de la continua y por último diseñar, si es necesario, un filtro adecuado para obtener el ancho de banda deseado. En posteriores apartados se explican detalladamente cada uno de estos pasos, caracterizados para nuestro objetivo, diseñar un amplificador de potencia para un sistema de transmisión, que sea de de clase A, trabaje en la banda de 4GHz con una ganancia del orden de 15dB y un ancho de banda de 28MHz. Aunque finalmente este último punto se ha visto modificado por un ancho de banda de, aproximadamente, 400MHz, capaz de amplificar 10 canales teniendo en cuenta que entre cada canal habrá un margen de guarda. Para realizar el diseño se han utilizado diferentes herramientas como WinSmith y Puff, utilizados para diseñar las redes de adaptación. ADS (Advanced Design System), por su parte, ha permitido diseñar, por ejemplo, el filtro paso banda, optimizar las redes de adaptación y realizar diferentes simulaciones durante el diseño y su posterior análisis. El tercer capítulo consiste en el análisis del amplificador diseñado, se han simulado las características más relevantes, comentadas anteriormente, de manera que el amplificador ha quedado completamente caracterizado. Finalmente en el último capítulo se explica como realizar el montaje, los pasos que hay que seguir y como se ha realizado el layout de nuestro diseño, utilizando el programa ORCAD.

Esta tesis trata de la aplicación del control adaptativo con modelo de referencia en paralelo para la linealización de un amplificador de potencia y del uso de la propiedad de la pasividad (hiperestabilidad) en el diseño de la ley de adaptación correspondiente. Como resultado de nuestra investigación diseñamos un linealizador de complejidad comparable o inferior a la de otros esquemas de linealización actualmente en uso que está en grado de reducir la distorsión AM/AM y AM/PM con una prestación comparable o superior.Si bien el concepto de pasividad ha sido estudiado en el campo de la Teoría de Control, no había sido realizado hasta ahora un estudio en detalle para su aplicación concreta en la linealización de amplificadores de potencia en radiofrecuencias (RF), considerando tanto la distorsión de fase como la de amplitud.Nuestra aportación es, ciertamente, haber aplicado la teoría del control adaptativo y el concepto de la pasividad en forma Cartesiana a la solución del problema de la linealización de amplificadores de potencia operando en RF, asunto en el que tal aplicación resulta inédita, y haber obtenido un linealizador novedoso con unas prestaciones elevadas en comparación con otras técnicas de linealización bien afianzadas.Esta tesis está dividida en 7 capítulos. En el primer capítulo se presenta una perspectiva general del problema y se establecen los objetivos general y específicos de la investigación.En el capítulo 2 caracterizamos formalmente las señales de entrada y salida del amplificador de potencia, describimos los formatos de modulación digital que conciernen al problema y tratamos el asunto del modelo de las alinealidades de un amplificador de potencia. En el capítulo 3 presentamos los antecedentes del problema: describimos en modo suscinto las diferentes técnicas de linealización que han sido desarrolladas hasta la fecha: anticipativo (feedforward), predistorsión, realimentación (feedback), EE&R, LINC y CALLUM.En el capítulo 4 desarrollamos los conceptos teóricos relativos a los sistemas analógicos disipativos, y al subconjunto de sistemas pasivos, sin pérdidas (hiperestables) y estrictamente pasivos (asintóticamente hiperestables). Definimos, también, el problema de los sistemas de control adaptativo con modelo de referencia.En el capítulo 5 aplicamos los conceptos teóricos presentados en el capítulo 4 y diseñamos un linealizador para amplificadores de potencia. En este capítulo probamos con diferentes combinaciones de leyes de adaptación para linealizar un amplificador de potencia que presenta distorsión de amplitud y, luego, distorsión de fase. Finalmente proponemos varias estructuras para la implementación física del linealizador. De entre estas estructura una es analizada en detalle.En el capítulo 6, usando como banco de pruebas (benchmark) los datos experimentales de un amplificador de potencia para aplicaciones en 28 GHz, sometemos a prueba nuestro linealizador y lo contrastamos con otros esquemas de linealización (cartesian feedback} y feedforward), en el mismo escenario, y comprobamos que el rendimiento del linealizador diseñado es superior. En el capítulo 7, finalmente, presentamos nuestras conclusiones y ofrecemos algunas alternativas para futuras investigaciones en esta área., This thesis deals with the use of the parallel model reference adaptive control to the RF power amplifier's linearization problem, by exploiting the use of the passivity (hyperstability) property in the design of the corresponding adaptation law.As a result of our investigation, we obtain a linearizer structure with comparable or inferior complexity to that of other linearization techniques currently in use, and which is capable of reducing the AM/AM and AM/PM distortion with a comparable or superior performance.Although the concept of passivity has been studied in the field of the Control Theory, up to now it had not been carried out a detailed study for its application to the linearization of power amplifiers (PA) at radio frequencies (RF), considering both the phase and the amplitude distortions.Our contribution is the study of the application of the Adaptive Control Theory and the concept of the Passivity in Cartesian form to the solution of the RF power amplifier linearization problem, matter up to day unpublished, and the proposal of a novel linearizer with high performance in comparison with other well consolidated linearization techniques.This thesis is divided in 7 Chapters. In the first Chapter it is presented a general perspective of the problem, and both the global and the specific objectives of the investigation are settled down.In Chapter 2 we characterize the power amplifier input and output signals formally, we describe the digital modulation formats that concern to the problem and we treat the matter of the PA nonlinearities modelling.In Chapter 3 we present the problem antecedents: we describe in concise way some different linearization techniques that have been developed so far: feedforward, predistortion, feedback, EE&R, LINC and CALLUM.In the chapter 4 we develop the theoretical concepts relative to analog dissipative systems, and to the subset of passive systems, lossless (hyperstables) and strictly passive (asymptotically hyperstables). We define, also, the problem of the model reference adaptive control systems.In Chapter 5 we apply the theoretical concepts presented in Chapter 4 and we design a power amplifier linearizer. In this chapter we prove different adaptation laws combinations for linearizing a PA that exhibits amplitude distortion and, moreover, phase distortion. Finally, we propose several structures for the physical implementation of the linearizer. Among these structures one is analyzed in detail.In Chapter 6, using as benchmark the experimental data of a power amplifier for applications at 28 GHz, we test our linearizer and we contrast it with other linearization schemes (Cartesian feedback and feedforward), at the same scenario, and we check theperformance of the designed linearizer. In Chapter 7, finally, we present our conclusions and we offer some alternatives for future investigations in this area.

En esta Tesis se tratan varios aspectos relacionados con la linealización de sistemas no lineales. Las dificultades inherentes al empleo de técnicas de análisis, modelado y control de sistemas no lineales, son debidas en gran parte a lo poco sistemáticas que son. Además, respecto a los métodos de linealización basados en técnicas de control cabe decir que los que usan realimentación de estado, en general, son difíciles de realizar en la práctica ya que el diseño de observadores de estado no lineales es problemático. Asimismo, también lo es el diseño y realización de controladores no lineales. El método de linealización propuesto en esta Tesis consiste en determinar el tipo de realimentación a aplicar a un sistema no lineal, de modo que, según un cierto criterio de medida, el efecto de las no linealidades se reduzca frente al de las linealidades. El sistema no lineal se descompondrá en dos bloques, uno lineal y otro no lineal. El bloque lineal será el que caracterizará el funcionamiento deseado, es decir el funcionamiento linealizado, y es por esto que se considera un sistema modelo. Este sistema modelo se le denominará modelo de referencia, y será la guía de cual es el funcionamiento deseado. Una de las alternativas para descomponer el sistema no lineal en los dos bloques comentados es haciendo uso del desarrollo en serie de Volterra del mismo, de modo que el primer término de la expansión, término lineal, se corresponderá con el modelo de referencia a seguir.Haciendo uso del modelo matemático del sistema no lineal y del modelo de referencia se obtendrá la caracterización de un sistema error, que modela las diferencias de funcionamiento entre el sistema no lineal y el lineal deseado. De este modo, el objetivo consiste en conseguir que la salida del sistema error sea nula, o en su defecto que sea lo menor posible. Esta reducción del sistema error se plantea como un problema de atenuación de perturbaciones vía realimentación, de acuerdo a un criterio óptimo medido con la norma H-infinita: se buscará la minimización de la norma H-infinita de la parte lineal del sistema error, pero vigilando al mismo tiempo la estabilidad del sistema global en lazo cerrado. Para ello el criterio de estabilidad empleado es el de la pequeña ganancia., In this Thesis some aspects related to the linearization of nonlinear systems are considered. When working with nonlinear systems it is difficult the analysis, modelling and control of such kind of systems. Moreover the linearization methods based on control theory using state feedback are difficult to use, in a practical point of view, due to the difficult to design nonlinear state observers.The linearization method proposed in this Thesis consist in determining what kind of linear feedback must be applied to a nonlinear system in order to reduce the error, according to a certain norm, between nonlinear and linear terms. The nonlinear systems will be decomposed in two blocks, one linear and the other nonlinear. The linear part corresponds to the desired behaviour: it can be considered as a model. This model system is called reference model. One option, proposed in this work, for doing this decomposition is by using a Volterra series decomposition, being the first Volterra kernel the desired linear part.By using the mathematical model of the nonlinear system and the reference model it can be obtained an error model, able for describing the error between nonlinear and model (linear) systems. So, the goal to achieve is the reduction of this error. It consists in a problem of optimization (minimization) of the H-infinity norm by using output feedback. Moreover, the overall stability of the closed loop system must be accomplished and tested by means of the small gain stability theory.

Disseny d'un amplificador a la banda de 2-3 Ghz, (BW=20 MHz). Validació amb el software ADS, muntatge i verificació experimental.

The objective of this project is to publicize the different existing public aids that aim to help and facilitate, with greater or lesser success, research, development and technological innovation in this country. In this way, it is intended to analyze the public financial fabric oriented to the creation of new and innovative companies that cause a high impact on the market, with the aim of creating new jobs. It also analyzes the different grants and public subsidies for companies that aim to develop new projects to avoid the failure or closure of companies, as well as the creation of new jobs. The grants and subsidies that will be dealt with throughout the project will be only and exclusively of a public nature, including regional (Catalonia), national or European, depending on the phase in which the company is located and its innovative nature. In this way, it is intended to analyze the viability and the real impact that the investments made by the Government have on the creation of companies and visualize if it is possible or not, to create and develop a company successfully. Likewise, it is intended to facilitate access to all the talent that exists in universities, access to public financing that exists for the creation of a company. Currently, a university is one of the greatest sources of talent that a country has, because it brings together talent, the knowledge of students, researchers and professors, which can lead to the creation of a large number of companies, becoming This project is one more work tool for all members of the university with the aim of facilitating the creation of companies.

1.- Simulació (Simulink) de estandards de comunicacions que utilitzin tècniques CDMA i altres amb OFDM (p.e, LTE, WiMAX, ...). 2.- Simulació (Matlab o Simulink) de diferents modulacions: BPSK, QPSK, QAM) 3.- Estudis creuats de les tecniques d'accés del pas 1 amb les modulacions del pas 2, a fi de avaluar el PAPR (o tambe anomenat PAR) en cada combinació. Objectiu: coneixer les millors combinacions de cara al disseny de transmisssors dels nous sistemes de "cognitive radio". (El PAPR es crític de cara a combinar la no emissió fora de banda amb l'eficiencia energètica)

Diseny i muntatge en circuit imprés d'un amplificador commutat classe D. Disseny i testeig dels subsistemes i muntatge i verificació final. Permet treballar amb electrònica analògica i amb commutada, i amb dispositius de potencia mitjana. Potencia de sortida (aprox): 5 - 10 W.