كيف تحسين خط الاستلام نماذج مُعدَّلة

مقدمة

إن نظم الاتصالات الحديثة - التي تشمل ٥ زاي شمال رواندا، والصلات الساتلية، والتردد اللاسلكي العالي المتطور على أشكال العزل المعقدة مثل ٦١-٤-٩٤-٤-٩-٤-٩-٤-٦-٤-٩-٥٦-٤-٩-٤-٩- وحتى على مكونات الترميز ذات الحجم الفرعي العالية، وهذه المخططات تُعد أكثر من ذلك الرمز، مما يعزز كفاءة الطرازين.

وهذه المادة توفر نظرة عملية عميقة على كيفية تحسين خطية أجهزة الاستقبال في وجود أسلوب معقد، وسندرس الأسباب الجذرية للتشويه غير الخطي، ونستكشف التحديات المحددة التي تطرحها القواعد التنظيمية العالية، ثم نقدم مجموعة شاملة من الاستراتيجيات تتراوح بين اختيار العناصر والتصويب الرقمي المتقدم، والهدف هو إعطاءك أفكار عملية يمكن تطبيقها على تصميمات أجهزة الاستقبال الحديثة، سواء أكانت لديك حلاً متبايناً أم لا.

فهم خط الاستلام

ويصف التسلسل الاستلامي مدى صدقية مسار الإشارة من الهوائي إلى محول التناظر إلى محول رقمي - ينتج النموذج الموجي الجديد، ومن الناحية المثالية، ينبغي أن يكون لكل عنصر )الناموسيات، المزلاجات، الكميات، المكافآت، المرشات( وظيفة نقل خطية تماما: الناتج = مدخل ×، وفي الواقع، تظهر جميع الأجهزة النشطة وجود أوجه قصور في الإشارات، معظمها من خلال الارتداد.

القياسات الرئيسية تُحدِّد خطية أجهزة الاستلام:

• Third —order intercept point (IIP3): ] The input power level at which third —order intermodulation products equal the fundamental output power. Higher IIP3 means better linearity.
• 1 dB compression point (P1dB): ] The input power that causes the gain to drop by 1 dB. It indicates the onset of significant compression.
• Spurious —free dynamic range (SFDR): ] The range between the minimum detectable signal and the largest signal that can be processed without generating detectable spurs. It combines noise and linearity.

وبالنسبة للتعديلات المعقدة، يجب النظر في هذه القياسات معاً، وقد لا يزال جهاز استقبال مع ارتفاع معدل IIP3 ولكن ارتفاع عدد الضوضاء غير مناسب لأن حركة التقلبات الحرارية تتدهور أيضاً، وعلى العكس من ذلك، فإن جهاز استقبال منخفض جداً يضغط بسهولة سيشوّف تجمعات عالية القوة في حركة حركة السيارات، وكثيراً ما يتطلب تحقيق أداء متوازن تنازع دقيق بين الربح والضوضاء والخصم.

التحديات التي تواجه نماذج التحديث المعقدة

وتظهر إشارات عالية الجودة والبعثة عدة خصائص تختبر خطية أجهزة استقبال استقبال بطرائق فريدة:

نسبة قوة الفلاحة العالية

وقد يكون للشركة المذكورة، التي تستخدم على نطاق واسع في 4G/5G وWINFi، قدرة كبيرة على إعادة تقدير الأداء لأن العديد من الناقلين يمكن أن يضيفوا بشكل بناء، ويمكن أن تكون ذروة الإشارة الفورية 10-12 درجة مئوية فوق متوسط القوة، وإذا ضغطت مقدمة جهاز الاستقبال أثناء هذه الذروة، فإن ما ينتج عن ذلك من تداعيات وتشويهات في جميع رموز الحركة، مما يؤثر على جميع مقدميها.

الإحساس بالاختناق

وتعاني الوحدات الأعلى درجة )٦٤ كيلو مترا مربعا، ٢٥٦ كيلو مترا مربعا( من نقاط رمزية مزودة بحزم، وتتقلص المسافة الدنيا بين النقاط المتاخمة مع ارتفاع الطلب، بل إن كمية صغيرة من ضغط المكسب أو التشويه التدريجي يمكن أن تدفع رمزا مستلما إلى منطقة القرار من رمز جار، مثلا، حيث توجد ٢٥٦ - كيلو مترا، أو خطأ في الربح، أو خطأ في النطاق الزمني.

التداخل بين القنوات

وفي البيئات الكثيفة من الطيف، يمكن أن تنتج إشارات قوية ذات قنوات متاخمة منتجات التداخل من الطراز الثالث التي تقع مباشرة في القناة المرغوبة، وبالنسبة للتعديلات المعقدة، تبدو هذه المنتجات من طراز IM3 كتدخل ضوئي، ومهينة من الأشعة السينية والثنائية الارتداد، وقد يكون جهاز استقبال ذي خطية بعيدة المدى غير قابل للاستعمال حتى لو كان الأداء في النطاقات المتوسطة ممتازا.

استراتيجيات تحسين خط الاستلام

ويتطلب تحسين التسلسل نهجا متعدد الجوانب يجمع بين تصميم الدوائر واختيار العناصر وتجهيز الإشارات الرقمية، ونوضح أدناه الاستراتيجيات الأكثر فعالية، وكلها اعتبارات تنفيذية حقيقية في العالم.

1 - استخدام العناصر ذات الطابع العالي اللينة

يبدأ أساس جهاز استقبال خطي باختيار أجهزة تحافظ على التشغيل الخطي على نطاق التردد المتوقع.

أجهزة تنقية منخفضة

فالناموسيات المحلية هي المرحلة الأولى النشطة، وبالنسبة للتعديلات المعقدة، أو نظام غاما أو سيجي HBT LNA الذي يحتوي على معدل عال من IIP3 (مثلاً، صفر من الديموغرافيا) كثيراً ما يكون ضرورياً، فالعديد من الناموسيات الحديثة تتيح تحيزاً دقيقاً يمكن تكييفه من أجل زيادة التسلسل بتكلفة استهلاك أعلى بقليل من النطاقات الحالية، وبالنسبة للمستقبلين متعددي النطاقات، فإن النطاقات الترددية الألفة من الألف من الألف من الألف من الألف من الألف من الألف من الألف من الألف والنصف الثاني من الألف.

المكسِّرات

ويشترك في تصميمات عالية الأداء المزجات الراكبة (المتذبذبة) المتوازنة المزدوجة مع +10 DBm IIP3، وهي توفر خطية ممتازة، ولكنها تتطلب منظفا محليا قويا وخسارة في التحويل، وفي أجهزة استقبال ذات التردد الصفري، تؤثر خط الخلط مباشرة في منتجات الإدارة المتكاملة للشبكة، وبالتالي تستخدم مزيجا مع زاوية ضوضاء عالية من IIP3 ونقطة ضوضاء منخفضة(١)

أجهزة لتصنيف الترددات الأساسية وأجهزة تحديد الهوية

ويمكن أن يؤدي المضخمات المتباينة للكسب في سلسلة النطاقات الأساسية إلى عدم التقادم إذا لم تكن مصممة للتشويه المنخفض، فاختيار VGAs ذات الناتج المرتفع IIP3 والتشوه التناسقي المنخفض (THD < −60 dBc —) يحافظ على سلامة تكوين الشركات، وكثيرا ما تتسم خطية شركة ADC بالتنوع الدينامي الأعلى الناجع (SFDR 64).

External resource:] For a detailed application note on selecting high-linearity LNAs, see ] Analog Devices: Selecting High-Linearity LNAs for 4G/5G.

2 - تحقيق الحد الأمثل من نقاط التشغيل (الطرق السريعة والزحف)

وحتى مع العناصر الجيدة، فإن تشغيلها على مستوى التحيز أو السلطة الخاطئ يمكن أن ينتقص من التسلسل.

الطاقة الخلفية

إن خفض مستوى القدرة على الإسهامات للبقاء دون مستوى سداسي البروم ثنائي الفينيل هو طريقة بسيطة ولكنها مكلفة، وبالنسبة لكل سداسي من مستويات التخلف، فإن مؤشر IIP3 يحسن بصورة فعالة بحوالي ٢ دي بي )نظريا(، غير أن التخلف يقلل أيضا من قدرة الشبكة الوطنية للإنشاء والتعمير لأن الإشارة تقترب الآن من الحد الأدنى للضوضاء، ويجد أن المقياس الأمثل هو الموازنة بين الضبط والضوضاء.

مراقبة البازلاء

ويتيح العديد من الناموسيات والمزلاجات إجراء تعديلات على التحيز، فزيادة التجار/التدريب يرتفع عادة إلى ثلاثة، على حساب ارتفاع مستوى تذبذب السلطة، ويمكن لدوائر التحيز الإيجابي أن تشعر بمظروف الإشارة وزيادة التحيز أثناء الذروة، وتحسين التسلسل دون متوسط تيار مفرط، وهذه التقنية شائعة في تصميم أجهزة توليد الطاقة، وهي الآن تهاجر إلى أجهزة الاستقبال.

3- التحلل الرقمي في جهاز الاستلام

ويرتبط الاستنكاف الرقمي عادة بأجهزة الإرسال، ولكن يمكن أيضا تطبيقه على مسار الإشارة الاستلامية، والمفهوم هو نموذج الاستجابة غير المباشرة للمستقبل وتطبيقها على الإشارة الرقمية، وإلغائها فعليا للتشويه.

كيف يعمل

ويحقن في جهاز الاستقبال تسلسل الإشارات أو التدريب المعروف (اللوحات) ويُستولى على منحنىات التشويه - حركة تحرير تاميل إيلام والآلية المتعددة الأبعاد، وآثار الذاكرة - ويُستمد نموذج جدول متعدد المقاييس أو متابعتها، ويُطبق التصويب في الوقت الحقيقي أثناء التشغيل العادي على ناتج شركة ADC، مما يمكن أن يقلل من منتجات IM3 بمقدار 20 درونياً أو أكثر، مما يتجاوز خطية فعالة إلى حد بعيد عن عنصر الأداء الخام.

اعتبارات التنفيذ

وتتطلب إدارة شؤون الإعلام موارد رقمية هامة (موردون، ذاكرة) - بالنسبة لنظم النطاقات الضيقة، قد يكفي تعددية بسيطة لا تذكر، وبالنسبة للإشارات ذات النطاق العريض (مثل 100 ميغاهيرتز من 5 جي إن آر)، فإن آثار الذاكرة تصبح هامة وقد يلزم وجود سلسلة من فولتيرا أو نموذج للشبكة العصبية، ويطبق التصويب عادة في محطة FPGA أو DSP بعد أن تشمل عملية التحويل وأخذ العينات.

External resource:] A comprehensive overview of digital linearization techniques can be found at ]TI Application Report: Digital Predistortion for Receiver Linearization.]

4 - التغذية الرجعية وربط الأطعمة

ويمكن أن تكون أساليب التسلسل التحليلي فعالة بقدر ما تكون التقنيات الرقمية وكثيرا ما تكون أقل مرونة.

Cartesian Feedback

وفي هذا النهج، تقارن إشارات النطاق الأساسي الأول/Q الواردة بالإشارة المخففة، ويقود مضخم الخطأ إلى تصحيح تنازلي، ويمكن أن يوفر 20-30 د.ب من القمع IM3، ولكن نطاق الترددات المرتدة محدود (المعدل 10 ميغاهرتز) بسبب قيود الاستقرار، ومن الأفضل أن يكون مناسباً للصيغ المتوسطة النطاق مثل نظام إدارة السجلات والمحفوظات العامة أو واحد.

التسلسل التغذوي

ويجري أخذ عينة من المدخلات، ويتم استخراج التشوه من المضخم الرئيسي وطرحه من الناتج، وهذا الأسلوب يتفادى القيود على نطاق الترددات ويمكن أن يعمل على مئات الميغاهرتز، غير أنه يتطلب مسارين للربح، وخطا للتأخير، ومواءمة دقيقة للحجم/الدرجة، وتزيد العناصر الإضافية من التكلفة ومنطقة اللوحة، أما بالنسبة للهياكل الأساسية ذات القيمة العالية (لمراكز الرئيسية، ومعدات الاختبار)، فتستخدم.

5 - إعداد الملفات وتكييف الإشارات

وكثيرا ما تتفاقم أوجه عدم التقادم في أجهزة الاستقبال بسبب وجود إشارات قوية من خارج النطاق، ويؤدي الفرز أمام نظام تقييم الاحتياجات المحلية (التصفية الجاهزة) إلى خفض قدرة المجمّعين والقنوات المتاخمة، مما يؤدي إلى تخفيف شرط التسلسل.

صانعو الأثاث

ويمكن للمرشحات الصوتية السطحية أو الموجات الصوتية السائبة ذات الفقد العالي من حيث الكمية والدخل المنخفض أن ترفض إشارات الاتصال البعيدة المدى بواقع 50 درناً أو أكثر، وبالنسبة للمستقبلين المتعددي النطاقات، فإن مرشحات العصيان (مثلاً، باستخدام نظام الرصد المتعدد الأطراف أو الممارسين) تسمح باختيار الفرق الدينامية.

Duplexers and Triplexers

وفي نظم التضمين الترددي، يجب أن يجتاز المركّب في نفس الوقت النطاق المتلقّى بينما يرفض الفرقة المُرسلة، ويسمح ضعف العزلة بمسرّب أجهزة الإرسال إلى جهاز الاستقبال، الذي يمكن أن يضغط على نظام التلقين النيبالي ويولد منتجات IM.

ملء النطاقات الأساسية

وبعد التحول إلى أسفل، تزيل مرشحات النطاقات الأساسية (اللجوء أو النشاط RC) المتدخلات والحد من الضوضاء، ويجب أن يكون المرشح نفسه مستعملاً بشكل خطي - مشغلاً منخفضاً من التحلل (مثلاً، مع THD < - 90 dBc) يكفل عدم تلوث الإشارة الملوَّثة بالأجهزة التناسقية أو IM من مراحل التصفية.

التقنيات المتقدمة والاتجاهات الناشئة

ومع تصاعد أوامر التناوب إلى 1024 - حركة الجودة وما بعدها، تصبح المتطلبات شديدة، وتكتسب عدة تقنيات متقدمة زخماً:

إلغاء التذاكر وإلغاء التقادم

وفي جهاز استقبال له مساران من مسارات الإشارة (مثل المسار الرئيسي والطريق المساعد)، يمكن تقدير التشوه من نظام الحسابات القومية الرئيسي وطرحه، وهذا هو أساس هيكل " جهاز استقبال " مائل، مثلا، يستخدم المسار المساعد نظاما مرجعيا للحساب الإلكتروني، يرى نفس المسبب، ولكن لا توجد إشارة مرغوبة، ويُعد التشوه من الناتج العالي رقميا ويُستعان به في إنتاجه.

تعليم الآلات - قاعدة بيانات

ويجري استكشاف الشبكات العصبية لتكييف غير خطوط الاستلام النموذجية والصحيحة، ويمكنها معالجة آثار الذاكرة المعقدة والتشويهات غير المصممة على النموذج بحيث لا يمكن استخدام الأساليب المتعددة الأبعاد، وتظهر الشبكات العصبية المتكررة أو المعجلات التعليمية العميقة في الوقت الحقيقي في إطار برامجيات FPGAs وعدا، وإن كان استهلاك الطاقة لا يزال يشكل عائقا أمام الأجهزة المحمولة.

متلقية كاملة من حيث الشكل مع البلدان المتقدمة النمو ذات القدرة العالية على التأقلم

وثمة اتجاه آخر يتمثل في وضع شركة التعمير الأفريقية في مرحلة مبكرة جداً في السلسلة (بعد حد أدنى من واجهة الترددات المتوسطة الأجل) باستخدام شبكة واسعة النطاق، وشركة عالية التردد لدراسات التنمية (مثلاً، شركة ADC ذات المدار 16 ميلاً في 3 من مصادر القدرة على إحداث الاحتباس الحراري)، وتُنقل القيود المتعلقة بالاتساق إلى المجال الرقمي، ويتم التسلسل الرقمي، ويصبح هذا النهج قابلاً للتطبيق مع عمليات متقدمة في مجال أجهزة البرمجيات الرقمية (GDR)

External resource:] Read about an advanced receiver linearization implementation in ]IEE: A 0.3 -1.8 GHz Receiver with Noise —-Cancelling and DigitalAssisted Linearity Enhancement.

اعتبارات مستوى التجارة والنظام

ولا بد أن ينطوي تحسين خطية أجهزة الاستلام على المبادلات، ويجب على المهندسين أن يوازنوا الأداء مقابل التكلفة، والسلطة، والحجم، والتعقيد.

• Power consumption:[-FLT:1]] Higherlinearity components often draw more bias current. DPD and feedforward require additional active circuits and digital processing, increasing overall power. For battery-powered devices (IoT, smartphones), aggressive linearity enhancement may be prohibitive.
• Cost:] GaAs or GaN components are more expensive than silicon. Tunable filters, delay lines, and extra ADC channels add billof —materials cost. System designers must decide where the linearity bottleneck is and invest accordingly.
• Complexity:] DPD and feedforward require careful calibration and tuning. In high —volume products, calibration must be automated and stable over temperature and aging. Often a simpler approach (better component selection plus adequate back-off) yields acceptable performance with lower risk.
• Bandwidth:] Wideband signals demand linearization techniques with wide momentaneous bandwidth. Feedforward can be broad, but Cartesian feedback is limited. Digital techniques must run at high sample rates, requiring fast DSP equipment.

ويتمثل أحد النهج العملي في محاكاة مجموعة أجهزة الاستلام IIP3 ورقم الضوضاء باستخدام أدوات مثل نظام تحديد الهوية المسمى " كيصار " ، ثم تخصيص ميزانيات التسلسل لكل مرحلة، وبالنسبة للسيناريوهات النموذجية 5G NR، كثيرا ما تستهدف مجموعة IIP3 من +5 د.بم إلى +10 د.ب، مع الاحتفاظ برقم ضوضاء يقل عن 3 د.

خاتمة

ويعد التسلسل الاستلامي معياراً حاسماً لأي نظام يستخدم أشكالاً معقدة من النماذج، وتتجلى مظاهر التشويه غير الخطي في تشكيلة من الطوابق، وزيادة الإدارة البيئية، وارتفاع مستويات مقاييس الانبعاثات الناجمة عن إزالة الانبعاثات الناجمة عن إزالة الانبعاثات الناجمة عن إزالة الانبعاثات الناجمة عن إزالة الانبعاثات الناجمة عن إزالة الألغام، وزيادة عدد هذه المواد من أشكال التحلل، وتحسين أساليب الأداء الشاملة في مجال المقاييس الرقمية.

ولا توجد أي طريقة واحدة هي الرصاصة الفضية، إذ أن أفضل تصميم يجمع بين أساس متماثل صلب )الناموسيات الجيدة، والمزلاجات، والمرشحات( مع تصحيح رقمي يعوض عن التخلفات المتبقية، وبما أن متطلبات كفاءة الطيف تستمر في الدفع نحو ١٠٢٤-كامبو وما بعده، فإن التسلسل المتقن سيفصل أجهزة استقبال عالية الجودة عن أجهزة الاستديوكران، وبفهم المبادئ وتطبيق التقنيات المبينة هنا، فإن الثقهرات يمكن أن تكون أكثر تعقيدات.