במערכות תקשורת אלחוטיות מודרניות כגון 4G ו-5G, איכות אותות המועברים היא רבת ערך עבור קישוריות אמינה ושיעורי נתונים גבוהים.אחד האתגרים המרכזיים העומדים בפני מהנדסי RF הוא ניהול ההשפעות של עיוות לא ליניארי בתדר רדיו (RF) מגברי קשר לא ליניאריים מספק איכות אותות על ידי הצגת פליטות לא לינאריות, דחיסת האות, ומייצרת מוצרים בין-מתיים שמפריעים בשני ערוצי העיוותים מתקדמים, כמו גם להורדת יעילות מערכת יעילה יותר ויותר, כמו שיפור לחץ על ידי שיפור יעיל של יעילות מערכת יעילה יותר ויותר.

מה זה חוסר ציות לינארי?

עיוות לא ליניארי מתרחש כאשר מגבר RF אינו מגיב באופן יחסי לאותת קלט.במקום, הגוון האופייני של המגבר מן הליניטי, יצירת רכיבים לא רצויים כגון הרמוניות ומוצרים בין-מודולציה (IMPs) באופן אידיאלי, מגבר צריך להניב העתקה בקנה מידה של הקלט; עם זאת, מכשירים מעשיים מראים רווח, עיוות (AM / PM), ואפקטים של זיכרון מושחת.

שורש שורש הוא בהתנהגות הלא ליניארית הטבועה של רכיבים פעילים - טרנזירים (LDMOS, GaN, GaAs) ואת רשתות ההטיה בשימוש בעיצוב מגבר.כאשר אות קלט מניע את המגבר קרוב לאזור השכור שלה, הפלט הופך להיות מוקרן או סימטרית אותות פסטה, זה עשוי להופיע כתוכן הרמוני במגרשים במספר רב של ספקים (התתתתת"ל) ו- 4Gated) של תאים (מתאים שונים).

מתמטיקה של מערכות לא לינאריות

דרך נפוצה לדגום מגבר לא ליניארית היא באמצעות התרחבות סדרת חשמל, אם מתח הקלט הוא (FLT:0vFLT:1 in, מתח התפוקה ניתן לבטא כ:

(ב) ויקרא י"ד): "[ה]:2 [ה]:2 [ה]:2 [ה] ויקרא ויקרא:2] ויקרא ויקרא ויקרא:2] ויקרא ויקרא יט':" (בראשית כ"ד:2,2,2,2, ויקרא י"ד:2, ויקרא י"ד:5 ויקרא י"ד:2, ויקרא י"ד:2, ויקרא י"ד:2, ויקרא י"ד:2, ויקרא י"ד ויקרא י"ד ויקרא י"ד ויקרא י"ד:2, ויקרא י"ד:2, פסוק י"ד:2, ויקרא י"ד:2,ד:2,ד:2,ד:

(ב) [17] ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

בגלימות מרובות-קרייר מודרניות כמו שלDM (שימוש ב- 4G LTE) ובמיוחד ב-QAM Modulations מסדר גבוה יותר ב-5G, יחס הכוח של שיא-ל-הממוצע (PAPR) גבוה. פסגות מיידיות מניעות את המגבר אל האזור הלא-לינארי שלו לעתים קרובות יותר, מה שמחריף את עיוות.

מקורות של דיסטורציה לא ליניארית ב-RF Amplifiers

עיוות לא ליניארי נובע ממנגנונים פנימיים רבים בתוך המגבר.הבנת מקורות אלה היא קריטית לבחירת אסטרטגיות מייגציה מתאימות.

קבל הדבקה ו Saturation

לכל מגבר יש גבול פלט מקסימלי הידוע בשם ההרחבה:0 (P1dB PointFLT:1 (1 נקודה דחיסה dB) מעבר לנקודה זו, הרווח טיפות כמו המכשיר סורקים. הפעלה מעבר P1dB מוביל לסינון של המעטפה האות, המציג עיוות הרמוני ובינלאומי.

AM/PM Conversion

מגברי לא ליניארי גם גורמים לעיוות בשלב כפונקציה של mplitude.זה AM/PM מסובבת נקודות הקונסטלציה של אותות QAM, מה שהופך אותם קשה יותר להרוס נכון.בסדר גבוה QAM (למשל, 256-QAM ב LTE ו 1024-QAM ב 5G), אפילו שגיאות שלב קטנות יכולות לדחוף סמל מעבר לגבולות, הגדלת השגיאה הווקטור (M).

השפעות זיכרון

מגברים מציגים אפקטים ארוכי טווח וקצר טווח של זיכרון.אלה נגרמים על ידי דינמיקות תרמיות (שינויים זמניים משפיעים על התנהגות טרנסיסטאור) וזיכרון חשמלי (הההבאה של רשת מונעת ועצימות רוח פרציטיים) (אפקטים זיכרון גורמים עיוות סימטרי - ביצועים על הצדדים השמאליים והימין של רוחב הפס המנויטורלציה עשויים להיות שונים - אשר מסבך את הנטיות ואת מאמצי הליניזציה.

צלב-Modulation

כאשר מספר רב של ספקים או אותות של משתמשים שונים עוברים דרך מגבר משותף, הם חוצים אחד את השני.זה בעייתי במיוחד במערכות MIMO מסיבי 5G, שבו נתיבי אנטנה מרובים עשויים לשתף אחד הרש"פ או שבו beamforming דיגיטלית דורש הרש"פ ליניארית גבוהה מאוד כדי למנוע התערבות בין-אנטנה. קרוס-מודולציה ישירות מדגימה את יחס אות-לא-מסוגל-לא-אין-מסוגל (SINAD).

המונחים: key metrics

מהנדסים משתמשים במספר מדדים סטנדרטיים למדידה ולקבוע עיוות לא ליניארי.בחירה של מדד תלויה בארכיטקטורה של המערכת ובסוג העיוות שנצפה.

Adjacent Channel Power Ratio (ACPR)

ACPR הוא היחס של הכוח בערוצים הסמוכים (מוצרים לחיקוי) לכוח הערוץ הראשי.זה מפרט משותף למגברי חשמל בתשתיות סלולריות. ACPR נמוך (בדרך כלל −45 dBc או טוב יותר לתחנות בסיס 4G/5G) מבטיח כי שידור לא מפריע ללהקות תדירות שכנות.

טעות וקטור מגניטד (EVM)

EVM מודד את הסטייה של קבוצת אותות מבוזרת נקודות התייחסות אידיאליות.עבור LTE 4G עם 64-QAM, דרישות EVM הן סביב 8%.עבור 5G NR עם 256-QAM, EVM חייב להיות מתחת 3.5%, וכדי להגיע 1024-QAM, זה עשוי לרדת מתחת ל-2%. עיוות לא ליניארי עולה ישירות EVM על ידי דחיסה וסיבוב של קבוצת הכוכבים הגבוהה.

Noise Power Ratio (NPR)

NPR משמש כדי להעריך עיוות במערכות מרובותcarrier.זה מודד את היחס של כוח בנץ (ערוץ שקט) לכוח בערוץ תפוס הסמוך. A גבוה NPR מציין כי המגבר הוא ליניארי מספיק כדי למנוע אנרגיה לא רצויה מדליפה לתוך תת-קרקעית ריקות - קריטי עבור תוכניות גישה DMA.

דיסטורציה (IMD)

IMD מאופיין לעתים קרובות באמצעות מבחן שני טון.נקודת היירוט השלישית (IP3) הוא דמות של ערך החיזוי רמת מוצרי IM3. IP3 גבוה יותר מציין לינאריות טובה יותר עבור 5G הרש"פ, השגת IP3 גבוה תוך שמירה על יעילות היא אתגר עיצוב משמעותי.

השפעה על איכות 4G ו-5G

ההשפעות של עיוות לא ליניארי הם לא אחידים לאורך דורות. 4G LTE מסתמכת בעיקר על תיקון מחזורי של DM (CP-OFDM), אשר חזק יחסית לא ליניאריות בשל תקופת הסמל הארוכה שלה וסידור subcarrier קבוע ספאקינג. עם זאת, כמו הוראות מודולציה עלה (64-QAM, 256-QAM), רגישות לעיוות גדל.

  • (FLT:0) הוראות מודולציה גבוהה יותר: FLT:1G תומך 256-QAM והוא צפוי לנוע לעבר 1024-QAM, מה שהופך EVM פרמטר מערכת קריטי.
  • (FLT:0)Bandwidth aggregation:cioFLT:1 ; 5G משתמש ב-Aggregation המוביל על פני טווחי תדר מרובים (FR1, FR2), שבו כל רכיב יכול לחוות רמות עיוות שונות מרש"פ משותף.
  • (FLT:0) מחשוב MIMO: פיזור 1:1 (העברה) מ-Nority הרש"פ עלולה לגרום להפרעה בין-beam, הגבלת הרווח המכפלה המרחבית.
  • (FLT:0) גבוה יותר הרש"פ גלפורציות: 1FIRLT:1 ; 5G השימוש של CP-OFDM (הופנה מהדף) ו- DFT-s-OFDM (uplink) עדיין מניב גבוה PAPR, במיוחד עם מודולציה גבוהה ואבני משאבים מרובות.הרשות במקרים קיצוניים יכול לעלות על 12B, דוחפת את הרש"פ ללעתים קרובות יותר.

ב- 4G ו-5G, עיוות לא ליניארי מתבטא כדלקמן:

  • שיעור השגיאה הקטן (ER) / חסימת שגיאות (Bler): פיזור 1 (Bler): ניכוי 1 מקטין את ה-SNR האפקטיבי, הדורש יותר ניתוק והורדת באמצעות חישוב.
  • (ב) ,0) אזורי כיסוי מורחבים: FLT:1 כפי ש EVM מחמיר, היכולת של המקלט לפענח אותות חלשים פוחתת, רדיוס תאים מתכווץ.
  • (FLT:0) פליטות מחוץ לפס: ההרחבה 1 (FLT:1) מפרה דרישות מסיכה רגולטוריות ועלולה להפריע למפעילים אחרים או במערכות מכ"ם.
  • (FLT:0) קיבולת רשת: FLT:1IR) לפצות על עיוות, מפעילי לעתים קרובות להוריד את כוח השיא או להפחית את סדר המודולציה, להקריב יעילות ספקטרלית.

דוגמה אמיתית: מערכת LTE 4G

שקול תחנת בסיס 4G LTE מאקרוcell טיפוסית עם 40 W PA. אם הרש"פ פועלת בנקודה דחיסה 1 dB שלה, ACPR עשוי לדרג ל- −35 dBc, מה שגורם להפרעה ל- LTE הסמוך. מפעילי רשת כוחות אלה כדי להפחית את כוח התפוקה (הופנה מהדף סיקור הפסד) או להוסיף מסנני חלל חיצוניים (עלויות והפסדים דיגיטליים) עם מניעת הריון (DDP), ניתן לשפר את יכולת ה-Creative to Meetdcation) כדי לאפשר התאמה מלאה.

דוגמה אמיתית: 5G NR mmWave

ב-5G mmWave (n260, N261), הרש"פ בשלב בשימוש עם beamforming. כל אלמנט במערך יש הרש"פ שלו עיוות לא ליניארית אחד יכול לגרום לתסמינים של בידוד ורמות שלב מעבר לדבורה, יצירת צדבים כי קורנים לכיוונים לא רק פסולת אנרגיה, אבל גם מגבירים את ההתערבות למשתמשים אחרים.

טכניקות מתקדמות של

מהנדסים פיתחו חבילת טכניקות כדי להפחית עיוותים לא ליניאריים.הבחירה תלויה בעלות, תקציב חשמל ומורכבות מערכת.

Digital Predistortion (DPD)

DPD הוא שיטת לינאריזציה הפרוטסטנטית ביותר.המשדר כולל בלוק דיגיטלי כי לפני-distorts את אות הבסיס באמצעות מודל הפוך של התנהגות לא ליניארית של הרש"פ.הטר מתייחס amplitude ותיקוןים שלב כי ביטול עיוות של המערכת DPD המודרנית להשתמש במודלים של וולטרה, מודלים פולינומיים, או גישות עצביות מבוססות רשת ל-D2, כדי ללכוד מעבדים דיגיטליים, 2G2, יש צורך מאוד, 000 רחב.

Envelope Tracking (ET) ו-Avelope Elimination andשיקום (EER)

באופן דינמי מתאמת את מתח האספקה של הרש"פ בהתבסס על המעטפה של האות המנוי.על ידי מעקב אחר המעטפה, הרשות הפלסטינית תמיד פועלת קרוב לאזור יעילות השיא שלה ללא היסוס.זה מקטין את הדחיסה של הרווח ומשפר את ACPR (טכניקה Kahn) מפריד את המעטפה ואת רכיבי שלב, ומאפשרת לרש לפעול בשבחות (יעילות גבוהה) בעוד המעטפה משוחזרת לאחר מעבר - טכניקה ניידת, שימוש בחלק מתחנות בסיס מיוחדות.

כוח דוהרטי מגביר

האדריכלות הדורטית היא עמוד השדרה של תחנת הבסיס המודרנית PAs.It משתמשת במגבר הראשי (class AB) במקביל עם מגבר שיא (class C) בעוצמה נמוכה, רק הרשות העיקרית פועלת; בעוצמה גבוהה, הרש"פ הפסגות פונה לספק רווח נוסף לינאריות.

המונחים: Linearization

Feedקדימה היא טכניקה אנלוגית שמדגימה את הפלט של הרש"פ, מטביעה אות עיוות, ולאחר מכן מחזירה גרסה מתוקנת.זה יכול להשיג לינאריות גבוהה מאוד (AC עדיף מ-55 dBc) אבל סובל מאי יעילות ומורכבות.זה משמש לעתים נדירות בעיצובים חדשים בשל הדומיננטיות של טכניקות דיגיטליות, אך הוא נשאר בחלק ממערכות ומועברים.

גישות מערכתיות

  • (FLT:0)PRPA Reductioneur: FLT:1 טכניקות כמו קידוד, סינון, מיפוי נבחר (SLM), או הרחבה פעילה של קבוצת כוכבים (ACE) להפחית את הרש"פ לפני הרש"פ התחתון פירושו פחות גיבוי נדרש ועיוות נמוך יותר.
  • (FLT:0)Beam-Specific Linearization: OVAFLT:1 ב-MIMO מסיבי, כל נתיב RF יכול להיות ליניארי בנפרד או באמצעות מודל DPD משותף הדבק בכל האלמנטים.מחקר עדכני חוקר לינאריזציה היברידית המהווה את ההפיכה המרחבית.
  • (FLT:0) שימוש במכשירי קוארנטיות גבוהים יותר: ההרחבה 1 (Gallium Nitride) מציע תנופה גבוהה יותר של פלטה לינאריות טובה יותר מאשר LDMOS בתדרים גבוהים, מה שהופך אותו חומר של בחירה עבור 5G PAs. GaN רחב יותר של gap גם מפחית את השפעות הזיכרון בשל צומת נמוך יותר.

איזון קוארמיות ויציבות

אין דיון על עיוות לא ליניארי להשלים ללא התייחסות לסחר בין לינאריות ויעילות כוח. תחנות בסיס לצרוך אנרגיה משמעותית, ומפעילים מבקשים למזער את העלות הכוללת של הבעלות על ידי מיקסום יעילות הרש"פ, האזור ליניארי ביותר (ניתוח עמוק A) מניב יעילות נמוכה מאוד (< 10%) עיצובים מודרניים להשיג יעילות הרש"פ של 50-70% באמצעות מעמד, דורטי, ו-ET, אבל התצורה הזו אינהרנטגן לייצר עיוותים גבוהים יותר (D) בעוד שעדיין מאפשר תמיכה גבוהה יותר ב-AP) בטווח הקצר (10%) ב-D.

מגמות עתידיות: 6G ומעבר

בעוד התעשייה מתחילה להגדיר 6G (התרחבה עד 2030), אתגרים עיוות לא ליניאריים יתגברו. 6G ככל הנראה ישתמשו בתדרים תת-THz (100 GHz - 300 GHz) שבו אי-לינאריות למכשירים חמורים יותר בשל מגבלות חומריות.בנוסף, שילוב של חישה ותקשורת אלחוטית (ISAC) ידרוש לינאריות התומכת הן ברמה גבוהה של נתונים והן בפומבינציה מכ"ם דמוי-MRI כמו גם כן, כמו חומרים מתקדמים, כמו DMO, כמו DIS) עשוי להיות יעיל יותר, כמו סימולציה סטנדרטיים מתקדמים יותר, כמו DRMD2DRM, עשוי להיות יעיל יותר, כמו גם כן, 000, 000.

מסקנה

(העיוותים הלא ליניאריים) במניפסט RF הוא גורם מרכזי המדרג את איכות האותות במערכות 4G ו-5G, המתבטאות כאפקטים ספקטרליים, מוצרי EVM, מוצרי בינתחומיים, וצמצום היכולת.על ידי הבנת המקורות - דחיסה, AM/PM, ומפרטים של זיכרון - מסייע ליישם שילוב של DPD, ארכיטקטורציות קפדניות, מעקב, והפחתה של דרישות אבטחה גבוהה יותר: