Orientador : Prof. Dr. Eduardo Gonçalves de Lima / Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica. Defesa: Curitiba, 06/03/2015 / Inclui referências / Área de concentração: Telecomunicações / Resumo: Este trabalho se utiliza das redes neurais artificiais (RNAs) não recursivas, com a topologia perceptron de múltiplas camadas (MLP - Multi Layer Perceptron), como ferramenta para a modelagem comportamental das características de transferência direta e inversa de amplificadores de potência (PAs - Power Amplifiers) para sistemas de comunicação sem fio. São propostas duas estruturas MLP, uma para a modelagem comportamental e outra para a extração do inverso do comportamento do PA, usando um pósdistorçor (PoD - Post-Distorter). Ambos novos modelos apresentaram melhor desempenho computacional e menores erros de modelagem que abordagens anteriores. Sobre o teste do modelo comportamental baseado em 2 redes MLP com 1 saída cada, dois resultados importantes foram obtidos: primeiro, com um número semelhante de números de coeficientes, foi observado que o erro quadrático médio normalizado (NMSE - normalized mean square error) diminui de 1,3 dB com a utilização do modelo proposto em comparação com a abordagem tradicional que utiliza 1 rede MLP com 2 saídas; segundo, em uma situação onde os dois modelos alcançaram um NMSE=-40 dB, observou-se que o número de coeficientes de rede do modelo proposto diminuiu em 40% em relação ao modelo tradicional (de 62 para 38 coeficientes de valores reais). No teste dos resultados do modelo PoD proposto, em comparação com a abordagem tradicional em um cenário de mesma quantidade de coeficientes, foram alcançadas melhorias nas métricas NMSE e na relação de potência do erro no canal adjacente (ACEPR - adjacent channel error power ratio) de 21 dB. / Abstract: This work addresses non recursive multi layer perceptron (MLP) artificial neural networks (ANNs) as a tool for the behavioral modeling of the forward and inverse transfer characteristics of power amplifiers (PAs) for wireless communication systems. Two MLP structures are proposed, one for the PA behavioral modeling and another for the extraction of the PA inverse behavior, using a post-distorter (PoD). Both novel approaches have better performance, in terms of modeling accuracy and computational complexity, than previous approaches. Concerning the MLP-based behavioral modeling test, two important results are obtained. First, in case of similar number of network parameters, it is observed that the proposed RNA-based model can reduce the normalized mean-square error (NMSE) by up to 1.3 dB; second, in a situation of comparable modeling accuracy (NMSE = -40 dB), it is observed that the proposed RNA-based model can reduce the number of network parameters by up to 40% (from 62 to 38 real-valued parameters). Concerning the MLP-based PoD test results, in a scenario of similar number of model coefficients, improvements in NMSE and adjacent channel error power ratio (ACEPR) metrics up to 21 dB are achieved by the use of the proposed MLP-based PoD model.

[pt] Este trabalho descreve o desenvolvimento completo de um Amplificador de Potência de RF para Transceptores Multibanda. Em sua etapa inicial mostra um apanhado geral da teoria de todos os parâmetros relevantes para a medida de desempenho desses dispositivos, como potência, ganho e parâmetros de não linearidades. Em seguida são expostas as teorias básicas para o entendimento dos mecanismos para extração da máxima potência de um transistor, focando nos transistores de efeito de campo FET, incluindo a caracterização para regimes de alta potência. São apresentados os modos de operação de um amplificador de potência, focando nos chamados modos clássicos, dado que esses modos são convenientes para operação em banda larga. Para a correta operação de qualquer dispositivo que apresente ganho, a análise de estabilidade é apresentada com o procedimento de estabilização de transistores. A partir de todo o apanhado teórico, é desenvolvida uma metodologia de projeto de amplificadores de potência utilizando a ferramenta de simulação computacional Advanced Design System. Então, após toda a modelagem do amplificador, a construção e medidas são realizadas e boa concordância com a simulação foi obtida. / [en] This work describes the full development of a RF Power Amplifier for Multiband Transceivers. In its initial stage shows an overview of the theory of all relevant parameters to measure the performance of these devices, like power, gain and nonlinearity parameters. Then it exposes the basic theories for the understanding of the mechanisms for extracting the maximum power of a transistor, focusing on field effect transistors FET, including characterization for regimes of high power. It presents the modes of operation of a power amplifier, focusing on so-called classical modes, since these modes are suitable for broadband operation. For proper operation of any device that presents gain, the stability analysis is presented with the stabilization procedure of transistors. From all theoretical basis, is developed a design methodology of power amplifiers using the computational simulation tool Advanced Design System. So after all the amp modeling, construction and measurements are performed and good agreement was obtained with the simulation.