تاثیر عدم خطیانس در زنجیره های فرستنده و گیرنده بر محدودیت های ظرفیت

ظرفیت سیستم های ارتباطی اساساً با عوامل مختلف محدود است، از جمله عدم وجود در زنجیره های فرستنده و گیرنده. درک این عدم خطی ها برای طراحی سیستم هایی که به عملکرد بهینه نزدیک می شوند، در ارتباطات بی سیم مدرن و سیم، تحریف غیر خطی به عنوان یک تنگنای که مانع دستیابی به ظرفیت نظری شانون می شود، به ویژه به عنوان پهنای باند سیگنال و سفارشات افزایش این مقاله، این توانایی خاص را در مورد استفاده از آنها در مورد استفاده از آنها، و اثرات خاص مهندسی خاص، به عنوان یک اثر آنها را کاهش می دهد.

اصول عدم شفافیت در زنجیره های ارتباطی

عدم خطی بودن در یک مدار یا جزء به این معنی است که سیگنال خروجی تابع خطی ورودی نیست.برای یک سیستم خطی، اصل ابرفرم نگه می دارد: پاسخ به یک مجموع ورودی برابر با مجموع پاسخ های فردی است که سیستم های غیر خطیری این اصل را نقض می کنند، تولید هارمونیک، محصولات متقابل و تحریف طیفی، این تحریف ها به ویژه در زنجیره های ارتباطی نوری مشکل دارند و یا هر لینک های ارتباطی را منتقل می کنند.

عدم خطیانس می تواند با استفاده از گسترش مدل سازی شده (سریال) مدل سازی شود: شرایط حتی سفارش (a2، a4، ...) در درجه اول جبران های DC و تحریف دوم آسیب پذیری را تولید می کند، در حالی که اصطلاحات عجیب (a3، a5، ...) مسئول تحریف و intermodulation هستند که به طور مستقیم بر کیفیت سیگنال برای نقطه فشرده سازی معمول (1) و مقیاس غیر نمونه (3) تأثیر می گذارند.

عدم وجود در زنجیره های فرستنده

قدرت تقویت کننده Distortion

تقویت کننده قدرت (PA) عنصر غالب غیر خطی در اکثر فرستنده ها است. برای دستیابی به کارایی بالا، PA ها اغلب در نزدیکی منطقه اشباع خود عمل می کنند که تبدیل قابل توجه AM-AM و AM-PM را معرفی می کند.ام-AM به تنوع دامنه خروجی با دامنه ورودی اشاره می کند، در حالی که AM-PM به تغییر ناخواسته به دلیل تغییرات دامنه اشاره می کند.

به عنوان مثال، یک سیگنال 64QAM modulated از طریق یک PA غیر خطی عبور می کند، نیاز به جنگ صورت فلکی و افزایش اندازه گیرنده خطا (EVM) مانند GPP را مشخص می کند و نسبت نشت کانال مجاور (ACLR) برای محدود کردن تاثیر فرستنده غیر خطی بر کاربران دیگر.

دانلود بازی Mixer and Local s Nonlinearities

در میکسرهای upconversion ، nonlinearities منجر به جذب محصولات میکسری شدید (به عنوان مثال ، 2LO ± IF ، 3LO ± 2IF) می شود که می تواند در داخل گروه انتقال قرار گیرد. علاوه بر این ، صدای فاز از نوسانگرهای محلی با سیگنال و تحریفات ، به ویژه تحت تنظیم گسترده باند ، این اثرات اغلب به عنوان مدل سازی شده اند اما دارای یک جزء غیر خطی قوی هستند.

سایر اجزای فرستنده

مبدل های دیجیتال بهآنالوگ (DACs) نویز و عدم خط سازی را در قالب غیر خطیت (DNL) و غیر خطی جدایی ناپذیر (INL) مراحل پیش از رانندگی و فیلترهای نیز به شخصیت کلی غیر خطی کمک می کنند. آبشار این اجزای سیستم غیر خطی سازی را ایجاد می کند که یک کامپوزیت پیچیده است که باید به عنوان یک کل جبران شود و به عنوان یک کل جبران شود.

عدم وجود در زنجیره های گیرنده

تقویت کننده نویز پایین (LNA) و اجزای Front- End

در گیرنده ها، LNA اولین جزء فعال پس از آنتن است.باید به اندازه کافی در هنگام اضافه کردن نویز حداقل، اما همچنین عدم خطیر را معرفی می کند زمانی که سیگنال ورودی قوی است. محصولات Intermodulation تولید شده در LNA می تواند در بالای سیگنال های ضعیف قرار گیرد، به طور موثر افزایش کف سر و صدا، این به ویژه در گیرنده های پهنای باند که باید همزمان حامل های متعدد مانند سیستم های کامل یا سیستم های پیچیده را اداره کنند، بسیار مهم است.

شبیه سازی به دیجیتال مبدل (ADC) Distortion

ADC یکی دیگر از منابع عمده عدم خطی بودن در زنجیره گیرنده است. سر و صدا Quantization ذاتی است، اما کلیپ زمانی رخ می دهد که سیگنال ورودی از محدوده کامل فراتر رود. اثر ترکیبی کلیپ و quantization می تواند برخی از اثرات سیگنال به تجزیه و تحلیل و تحریف (SINAD) را کاهش دهد.

رد تصویر و تعادل I/Q Im

گیرنده ها با استفاده از معماری های تبدیل مستقیم (Zero-IF) از عدم تعادل I/Q رنج می برند – عدم تطابق فاز بین شاخه های درون فاز و چهار مرحله – که به عنوان یک اثر غیر خطی که باعث ایجاد متقابل بین کانال های I و Q می شود، این قابلیت SNR را کاهش می دهد و می تواند حداکثر سفارش را که می تواند به طور قابل اعتماد تخریب شود، محدود کند.

تاثیر بر ظرفیت شانون

قضیه شانون هنری به ظرفیت کانال به عنوان می دهد، جایی که B پهنای باند و SNR نسبت سیگنال به بی نظیری است.بی.ان.ان.ان.ان.ان.ان.ان.د.ان.د.د.د.ان.ان.ان.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک

برای فرستنده ای که دارای عدم حق است، SNR موثر می شود (FLT:2) که P _{غیر خطیست} شامل قدرت متقابل و آسیب پذیری است، زیرا PLT:2dist [FLT3] سریعتر از P _{[FIST] [FIST] رشد می کند؛ بنابراین قدرت غیر عادی برای کاهش می یابد.}

محققانی مانند Shammo et al. (2020] نشان داده اند که برای تنظیم های با سفارش بالا (به عنوان مثال، 256-QAM، 1024-QAM)، تخریب به دلیل عدم خطی بودن گیرنده می تواند ظرفیت را 20٪ یا بیشتر در مقایسه با کانال ایده آل به طور مشابه، در سیستم های عظیم MIMO، به طور کلی، به دست آوردن بسیاری از تخریب به عنوان جلوگیری از پرتو به عنوان یک نوار مستقیم از کاهش.

استراتژی های Mitigate Nonlinearities

طراحی های جزئی-Level Design

انتخاب PA های خطی با عملکرد بالاتر عقب، باعث کاهش اعوجاج می شود، اما بهره وری را پایین می آورد. فن آوری هایی مانند GaN و LDMOS ارائه می دهند خطی بودن در قدرت های بالا در مقایسه با دستگاه های قدیمی SiGe یا GaAs برای گیرنده ها، استفاده از LNA ها با IP3 بالاتر و ADC با SFDR بهتر (محدود آزاد) می تواند ظرفیت قوی در محیط های مداخله را بهبود بخشد.

پیش داوری دیجیتال (DPD)

DPD به طور گسترده ای از تکنیک های بی سیم مدرن برای خطی کردن PA. با پیش بینی سیگنال پایه باند با استفاده از یک مدل معکوس از پاسخ غیر خطی PA است، DPD می تواند IMD را تا 20 تا 30 دسی بل کاهش دهد. مدل های حافظه، مدل های خطی قطعه ای، و رویکردهای شبکه عصبی برای ضبط رفتار پویا از PAPD استاندارد 4G و در حال حاضر در ایستگاه های 5G ظاهر می شود.

اصلاحات پیشرفته و Coding

طرح های اصلاحی که به طور ذاتی قوی تر از غیر خطی بودن هستند، مانند تنظیم های ثابت ثابت ثابت (به عنوان مثال، MSK، GMSK) یا نسبت قدرت کم-به طور متوسط) فرم موج (به عنوان مثال، تک اتومبیل FDMA)، می تواند شدت اثرات غیر خطی را کاهش دهد.

گیرنده خطی

تکنیک های خطی سازی آنالوگ برای LNAs (به عنوان مثال، سوپرفرایند مشتق شده، خوراک به جلو) می تواند IP3 را بدون افزایش سر و صدا به طور قابل توجهی بهبود بخشد.در سمت دیجیتال، الگوریتم های آنی مانند برآورد کانال مشترک و جبران غیر خطی می تواند سیگنال دریافت شده را پاک کند.

بهینه سازی سیستم-Level Optimization

استراتژی های تخصیص منابع همچنین می توانند کمک کنند: کاهش قدرت انتقال برای کاربران نزدیک به کاهش سازگاری، استفاده از دسترسی چندگانه ارتوپدی برای جلوگیری از مداخله و استفاده از یک تنظیم انطباق و کد نویسی (AMC) که پس از سفارش صورت فلکی زمانی که غیر خطی شناسایی می شود.در سیستم های چند ملیتی، پرتو می تواند بهینه سازی شود تا نسبت به حداکثر سرعت به سرعت به هر زنجیره قدرت به طور متوسط.

نتیجه گیری

محدودیت های فرستنده و گیرنده موانع اساسی برای دستیابی به ظرفیت نظریHz سیستم های ارتباطی است.از تقویت کننده های قدرت به ADCs، هر جزء به تحریف کمک می کند که SNR موثر را تجزیه می کند و محدودیت های ظرفیت قابل دستیابی را در درک منابع و مدل های این غیر خطی، مهندسان می توانند ترکیبی از انتخاب، پیش داوری، و روش های بهینه سازی موج را برای سرعت بیشتر از سیستم های کاربردی (به عنوان منابع و پایه ای از سیستم های غیر مهندسی) به عنوان توسعه می دهند.