Các bộ khuếch đại sử dụng trong các hệ thống thông tin liên lạc có đặc tính phi tuyến nằm ở đầu cuối phạm vi hoạt động của hệ thống. Đặc tính phi tuyến này tạo ra sự mở rộng phổ gây can nhiễu kênh lân cận cho các hệ thống bên cạnh tần số phát. Đồng thời nó cũng gây ra méo trong tần số phát và làm giảm chất lượng tín hiệu. Để giảm đặc tính phi tuyến, bộ khuếch đại cần hoạt động ở mức năng lượng thấp, tuy nhiên, điều này đem lại hiệu suất thấp, thường là thấp hơn 10%. Với trên 90% năng lượng điện một chiều bị mất và biến thành nhiệt, hiệu suất của bộ khuếch đại, độ tin cậy và chi phí hoạt động đều kém hiệu quả.
Một phương án khác để điều hành các bộ khuếch đại dưới công suất tối đa của nó là để tuyến tính hóa bằng cách sử dụng các kỹ thuật hồi tiếp, truyền thẳng, và tiền méo số (DPD). Các chỉ số hiệu suất điển hình của các kỹ thuật tuyến tính hóa cơ bản được minh họa trong bảng sau:
Bảng 5. So sánh các kỹ thuật tuyến tính hóa
Trong số những kỹ thuật tuyến tính, DPD là một trong những kỹ thuật có hiệu suất nhất. So với kỹ thuật hồi tiếp và truyền thẳng thì DPD có nhiều ưu điểm: khả năng tuyến tính hóa tốt, bảo toàn hiệu suất khuếch đại công suất, và khả năng sử dụng bộ vi xử lý tín hiệu kỹ thuật số và các bộ chuyển đổi hiện nay. Các nguyên lý của DPD thể hiện trong hình 51 là thêm một mạch số làm méo trước trong dải tần cơ bản để tạo ra một thành phần phi tuyến thêm vào đến đặc tính nén của bộ khuếch đại công suất. Bằng cách tăng các mạch số làm méo với hệ số nén khuếch đại công suất, ta có kết quả sau chèn méo là tín hiệu trở nên tuyến tính. Bộ khuếch đại công
suất có thể được sử dụng lên đến điểm bão hòa trong khi vẫn duy trì tín hiệu tuyến tính tốt, do đó làm tăng đáng kể hiệu quả của nó.
Hình 51. Nguyên lý tiền méo số
Đầu ra DPD là vd(t) và công suất khuếch đại đầu ra được biểu diễn bằng:
Khuếch đại công suất được tuyến tính hóa khi:
Có hai loại DPD, mô hình không có bộ nhớ và mô hình có bộ nhớ. Loại không có bộ nhớ được sử dụng cho các bộ khuếch đại công suất có một phi tuyến không nhớ, tức là, đầu ra chỉ phụ thuộc vào đầu vào thông qua một cơ chế phi tuyến. Phi tuyến tức thời này thường được đặc trưng bởi AM/PM và AM/PM đáp ứng của các bộ khuếch đại công suất, trong đó biên độ tín hiệu đầu ra và độ lệch pha của đầu ra bộ khuếch đại công suất là một hàm của biên độ của đầu vào. Cả hai thuật toán đa thức và bảng tra cứu (LUT) được sử dụng cho các mô hình không nhớ.
Khi băng thông tín hiệu rất rộng, bộ khuếch đại công suất bắt đầu thể hiện tính năng nhớ. Điều này đặc biệt đúng đối với các bộ khuếch đại công suất lớn được sử dụng trong eNB. Nguyên nhân của hiệu ứng bộ nhớ có thể được gán cho các hằng số nhiệt của các thành phần trong mạng khử méo phụ thuộc vào tần số. Kết quả là đầu ra của bộ khuếch đại công suất không phụ thuộc vào bộ nhớ. Đối với mỗi bộ khuếch đại công suất, méo không bộ nhớ có thể đạt được chỉ với mức tuyến tính
Thuật toán quan trọng nhất cho các mô hình với bộ nhớ cho DPD là chuỗi Volterra và các đạo hàm của nó. Tuy nhiên, có quá nhiều hệ số của chuỗi Volterra làm cho chuỗi không được sử dụng cho các ứng dụng thực tế, do đó người ta sử dụng các mô hình đa thức để thay thế. Đa thức bộ nhớ được xem như là một trường hợp đặc biệt của mô hình tổng quát Hammerstein và hơn thế nữa là chi tiết hóa bằng cách kết hợp với mô hình Wiener.
Có hai cách tiếp cận để xây dựng mạch tiền méo số với cấu trúc bộ nhớ. Cách tiếp cận đầu tiên là xác định trực tiếp nghịch đảo của đáp ứng khuếch đại công suất. Cách tiếp cận này được gọi là kiến trúc học tập trực tiếp (DLA). Tuy nhiên, có được nghịch đảo của một hệ thống phi tuyến với bộ nhớ nói chung là một nhiệm vụ khó khăn. Phương pháp thứ hai là sử dụng kiến trúc học tập gián tiếp (IDLA) để thiết kế các mạch tiền méo. Ưu điểm của IDLA là giúp loại bỏ một số yêu cầu cho mô hình và tham số ước tính của bộ khuếch đại công suất.
Hình 52 minh họa IDLA, trong đó sử dụng kỹ thuật tiền méo. Đường hồi tiếp có nhãn " Đào tạo tiền méo" (khối A) có tín hiệu đầu vào y(n)/G, trong đó G là khuếch đại tín hiệu nhỏ đầu vào và 𝑧̂(n) là tín hiệu đầu ra. Các mạch tiền méo thực tế là bản sao chính xác của đường hồi tiếp (bản sao của A); nó có tín hiệu đầu vào x(n) và tín hiệu đầu ra 𝑧̂(n). Lý tưởng nhất, y(n) = Gx(n), điều này làm cho z(n) =
𝑧̂(n) và sai số e(n) = 0. Với y(n) và z(n) cho trước, cấu trúc này cho phép tìm trực tiếp thông số của khối A. Thuật toán hội tụ khi năng lượng lỗi ||e(n)||2 được giảm thiểu.