Moderne drahtlose Kommunikationssysteme stellen hohe und teilweise
gegensätzliche Anforderungen an die Hardware der Funkmodule, wie z.B.
niedriger Energieverbrauch, große Bandbreite und hohe Linearität. Die
Gewährleistung einer ausreichenden Linearität ist, neben anderen analogen
Parametern, eine Herausforderung im praktischen Design der Funkmodule. Der
Fokus der Dissertation liegt auf breitbandigen HF-Frontends für
Software-konfigurierbare Funkmodule, die seit einigen Jahren kommerziell
verfügbar sind. Die praktischen Herausforderungen und Grenzen solcher
flexiblen Funkmodule offenbaren sich vor allem im realen Experiment. Eines
der Hauptprobleme ist die Sicherstellung einer ausreichenden analogen
Performanz über einen weiten Frequenzbereich. Aus einer Vielzahl an
analogen Störeffekten behandelt die Arbeit die Analyse und Minderung von
Nichtlinearitäten in Empfängern mit direkt-umsetzender Architektur. Im
Vordergrund stehen dabei Signalverarbeitungsstrategien zur Minderung
nichtlinear verursachter Interferenz - ein Algorithmus, der besser unter
"Dirty RF"-Techniken bekannt ist. Ein digitales Verfahren nach der
Vorwärtskopplung wird durch intensive Simulationen, Messungen und
Implementierung in realer Hardware verifiziert. Um die Lücken zwischen
Theorie und praktischer Anwendbarkeit zu schließen und das Verfahren in
reale Funkmodule zu integrieren, werden verschiedene Untersuchungen
durchgeführt. Hierzu wird ein erweitertes Verhaltensmodell entwickelt, das
die Struktur direkt-umsetzender Empfänger am besten nachbildet und damit
alle Verzerrungen im HF- und Basisband erfasst. Darüber hinaus wird die
Leistungsfähigkeit des Algorithmus unter realen Funkkanal-Bedingungen
untersucht. Zusätzlich folgt die Vorstellung einer ressourceneffizienten
Echtzeit-Implementierung des Verfahrens auf einem FPGA. Abschließend
diskutiert die Arbeit verschiedene Anwendungsfelder, darunter spektrales
Sensing, robuster GSM-Empfang und GSM-basiertes Passivradar. Es wird
gezeigt, dass nichtlineare Verzerrungen erfolgreich in der digitalen
Domäne gemindert werden können, wodurch die Bitfehlerrate gestörter
modulierter Signale sinkt und der Anteil nichtlinear verursachter
Interferenz minimiert wird. Schließlich kann durch das Verfahren die
effektive Linearität des HF-Frontends stark erhöht werden. Damit wird der
zuverlässige Betrieb eines einfachen Funkmoduls unter dem Einfluss der
Empfängernichtlinearität möglich. Aufgrund des flexiblen Designs ist der
Algorithmus für breitbandige Empfänger universal einsetzbar und ist nicht
auf Software-konfigurierbare Funkmodule beschränkt.Today's wireless communication systems place high requirements on the
radio's hardware that are largely mutually exclusive, such as low power
consumption, wide bandwidth, and high linearity. Achieving a sufficient
linearity, among other analogue characteristics, is a challenging issue in
practical transceiver design. The focus of this thesis is on wideband
receiver RF front-ends for software defined radio technology, which became
commercially available in the recent years. Practical challenges and
limitations are being revealed in real-world experiments with these radios.
One of the main problems is to ensure a sufficient RF performance of the
front-end over a wide bandwidth. The thesis covers the analysis and
mitigation of receiver non-linearity of typical direct-conversion receiver
architectures, among other RF impairments. The main focus is on DSP-based
algorithms for mitigating non-linearly induced interference, an approach
also known as "Dirty RF" signal processing techniques. The conceived
digital feedforward mitigation algorithm is verified through extensive
simulations, RF measurements, and implementation in real hardware. Various
studies are carried out that bridge the gap between theory and practical
applicability of this approach, especially with the aim of integrating that
technique into real devices. To this end, an advanced baseband behavioural
model is developed that matches to direct-conversion receiver architectures
as close as possible, and thus considers all generated distortions at RF
and baseband. In addition, the algorithm's performance is verified under
challenging fading conditions. Moreover, the thesis presents a
resource-efficient real-time implementation of the proposed solution on an
FPGA. Finally, different use cases are covered in the thesis that includes
spectrum monitoring or sensing, GSM downlink reception, and GSM-based
passive radar. It is shown that non-linear distortions can be successfully
mitigated at system level in the digital domain, thereby decreasing the bit
error rate of distorted modulated signals and reducing the amount of
non-linearly induced interference. Finally, the effective linearity of the
front-end is increased substantially. Thus, the proper operation of a
low-cost radio under presence of receiver non-linearity is possible. Due to
the flexible design, the algorithm is generally applicable for wideband
receivers and is not restricted to software defined radios