כיצד להדגים את כוח מגבר אי-לינאריות בדלפק-נתונים

מבוא ל Power Amplifier nonlinearities in High-Data-Rate קישורים

מערכות תקשורת אלחוטיות מודרניות - מרשתות סלולריות 5G ועד לווייני בחזרה ו-Wi-Fi 6/7 - מסתמכות על קישורים בעלי מידע גבוה כדי להתמודד עם תנועה הקלה אי פעם.בלב כל משדר הוא מגבר כוח (PA) אשר מגביר את האות המנוי לרמה המתאימה להעברת מידע על האוויר.

בעוד סטנדרטים אלחוטיים לדחוף קדימה תוכניות מודולציה סדר גבוה (למשל, 256-QAM, 1024-QAM) ופס רוחב פס רחב יותר (100 MHz ומעבר), המעטפת האות מציגה יחסי כוח שיא גדולים לממוצע (PAPR) זה הופך את הרש"פ לחוץ: זה חייב לפעול עם יעילות גבוהה כדי למזער את צריכת החשמל, אך נשאר ליניארי מספיק כדי לשמור על שלמות זה מספק מאמר זה, כולל שיטות פעולה מעשית, ובדיקה של אופטימיזציה של שיטות קצה, כדי לתקן את התקני כוח.

מימון של כוח מגביר את המשמעת

כדי להפחית את הלא-לינאריות ביעילות, עליך להבין תחילה כיצד הן מתעוררות וכיצד הן מאופיין.A PA הוא מטבעו מכשיר לא ליניארי; המאפיין העברתו (מתח ⁇ לעומת מתח קלט) משורה ישר, במיוחד ליד ריצוף. סטיה זו ניתן מודל כמו הרחבה פולינומית או סדרת וולטר מתוחכמת יותר.

(FLT:0) עיוותים הרריים (FLT:1) - מרכיבים חזקים במספרים של תדירות נושאת, אשר בדרך כלל מסונן החוצה, אך עלול לגרום להפרעה במערכות מרובות פס.
(FLT:0) עיוות בין-ממדי (IMD)FIRLT:1) - מוצרים לא רצויים נופלים בפס או בערוצים סמוכים כאשר שני או יותר גוונים (או אות פס רחב) עוברים דרך מוצרי ההתערבות של הרשות השלישית (IMD3) הם בעייתיים במיוחד כאשר הם קרובים לעתים קרובות לאות הרצויה.
(FLT:0) regrowthFLT:1) - הרחבת הספקטרום המועבר עקב צומת בין האות לתגובה הלא ליניארית של הרש"פ.זה מוביל להתערבות מקדמית ומגבלות רגולטוריות קפדניות (למשל, ACLR).
(FLT:0)AM-AM ו AM-PM המרה FIRLT:1) - אות אמפליטודה והשלב מעוותים כתפקוד של מעטפה מיידית. AM-PM עיוות מזיק במיוחד עבור אותות מתואמים בשלב (למשל, QPSK, QAM) כפי שהוא מסובב את הקונסטלציה.

מודרני אלחוטי גלפורות, כגון Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) בשימוש ב 4G/5G, יש PAPR גבוה.התנודות הגדולות דוחפות שוב ושוב את הרש"פ מהאזור ליניארי לתוך ריצוף, יצירת אפקטים זיכרון (דינמיקה ארוכת טווח וחשמלית) כי סיבוך נוסף לינאריזציה.

מפתחי Measuring PA Linearity

מהנדסים מסתמכים על מספר דמויות סטנדרטיות של ערך כדי לכמת כמה הרש"פ מעוותת אות.הבנת המדדים האלה מסייעת לך להגדיר מטרות עיצוב ולהעריך את יעילותן של טכניקות הפחתת הפחתת הזיהוי.

(FLT:0)1 נקודת דחיסה dB (P1dB)BuildFLT) 1:1 - רמת הכוח פלט שבו הרווח צנח על ידי 1 dB מהערך הקטן שלו.הפעלה טובה מתחת ל- P1dB (כוח אחורי) מבטיחה התנהגות ליניארית אך יעילות הקרב.
(ב) [ה]:0] נקודת יירוט מסדרת ה-IP3)3IRLT:1 – נקודה תיאורטית שבה כוחות ההתערבות היסודיים והשליש הופכים שווים; IP3 גבוה יותר מציין לינאריות טובה יותר.
(FLT:0) ערוץ Leakage Ratio (ACLR)FLT:1 - היחס של הכוח המועבר בערוץ שהוקצה לעוצמה הדלפה לתוך ערוצים סמוכים.
(FLT:0)Error Vector Magnitude (EVMori)FLT:1 - מדד מורכב של דיוק מודולציה שלוכד הן אמפורה והן שגיאות שלב. עבור 256-QAM, דרישות EVM טיפוסיות הן מתחת 2–3 אחוזים.
(ב) ⁇ :0) Noise Power Ratio (NPR)cioFLT:1) - המשמש לאפיין את הליניאליות של פס רחב אותות על ידי מדידה כמה אינץ 'בספקטרום מלא רעש בין-מתון.

בעת פיתוח אסטרטגיה לינאריזציה, עליך לשקול את המדדים האלה נגד יעילות כוח (PAE, יעילות מבוססת חשמל) ועלות.לעתים קרובות נקודת העיצוב האופטימלית היא הסכם סחר אשר מספק את מטרות EVM של המערכת ו- ACLR תוך השגת חיי סוללה מקובלים או עיוות תרמי.

אסטרטגיות לעוצמה מגבירות את הלא-לינאריות

טכניקה אחת רק לעתים רחוקות מספיק לדרוש קישורים ברמה גבוהה של נתונים. הפתרונות היעילים ביותר משלבים אפשרויות עיצוב-זמן (בחירת הסימון, ההטיה) עם לינאריזציה פעילה שמתאימה בזמן אמת.הסעיפים הבאים מפורטים את הגישות הנפוצות ביותר, יחד עם נקודות החוזק והיישום המעשיות שלהם.

כוח חוזר ו-Basing

השיטה הפשוטה ביותר היא להפעיל את הרש"פ עם כוח גדול בחזרה - כלומר, כדי להפחית את הכונן קלט כך שהפלט הוא גם מתחת P1dB. על ידי שהייה באזור ליניארי, הרשות מייצרת עיוותים לא ניתן להכחשה.עם זאת, זה מגיע עלות של יעילות נמוכה של בסיס כוח-הגנה (PAE) עבור מחלקה-AB PAE, PAE יכול לרדת מ 50 אחוזים ליד לחץ מיידי נמוך עד 20 אחוזים לאחור.

2.התמדה דיגיטלית (DPD)

(FLT:0) , predistortion predistortion: 1) הוא טכניקת לינאריזציה הפעילה הפופולרית ביותר בשימוש בתחנות בסיס מודרניות, לחיצות ניידות ומסופי לווינים.המושג אלגנטי: לפני שהאות מגיע לרשות, הוא עובר דרך בלוק דיגיטלי החל מודל הפוך של אי-לינאריות של הרשות.

יישום DPD כרוך בשני שלבים עיקריים: (a) מודלים של התנהגות הרש"פ, ו (ב) עדכון קידוד predistorter coefficients באופן אדפטימטיבי.מודלים של הרש"פ נע בין פולינומיסים פשוטים (התאים לסימנים צרים) לסדרת וולטררה מתוחכמת או רשתות עצביות שלוכדות את השפעות הזיכרון (חשובות עבור אותות פס רחבים).

(ה-FLT:0) ריבועים בינוניים (LMS) ,Everph:1) – מורכבות פשוטה ונמוכה, אך מתאחדת לאט לאט עבור מודלים מסדר גבוה.
(ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
(FLT:0) אדריכלות למידה עקיפה (Indirecting Architect) 1 (ה) - מבנה פופולרי שבו המודל ההפוך מאומן באמצעות הפלט של הרש"פ והקלט הרצוי.

DPD יכול להפחית את IMD ו-spectral regrowth על ידי 20 dB או יותר, ומאפשר לרש"פ לפעול הרבה יותר קרוב ל- IMD ובכך להשיג יעילות כללית גבוהה יותר.לדוגמה, Class-AB PA עם 10B DPD תיקון יכול להשיג את PAE >45 אחוזים בעת עמידה בדרישות LTE ACLR. ב 5G NR מערכות, DPD הוא חיוני כי רוחב הפס הרחב (עד 100 ), לספקי תיבות גבוהה מאוד.

אתגר אחד עם DPD הוא כי המודל צריך להיות מעודכנים לעתים קרובות כמו טמפרטורה, מתח אספקה, והזדקנות לשנות את המאפיינים של הרש"פ.בנוסף, המקלט משוב מציג ליקויים משלו; עיצוב זהיר של נתיב התצפית (למשל, באמצעות זוג, מטהר, מטה- offconverter, ו- ADC עם טווח דינמי מספיק) הוא הכרחי.למרות המורכבות, DPD נשאר העובד של מערכת ההפעלה של הרש"פ LTi ו-Flastici לראות מכשירים אלחוטיים יותר: HDD.

שלב 3.Avelope Tracking (ET)

(FLT:0) Envelope מעקב אחר ה-RFLT:1 תואמים דינמי את מתח האספקה של הרש"פ בזמן אמת כדי לעקוב אחר המעטפה המיידית של אות RF.כאשר המעטפה אמפליטודה נמוכה, ההיצע יורד, צמצום צריכת החשמל; כאשר המעטפה מגיעה לשיא, ההיצע מואץ כדי למנוע קלוש ולשמור על לינאריות.

במערכת ET, מגבר מעטפה רחב (בדרך כלל ממיר מעבר מהיר בשילוב עם הרגולטור ליניארי) מייצר את מתח ניקוז מחושים מודולים.הרש"פ מיועדת בדרך כלל ל- Class-AB או Class-J התפעול, ואת מתח האספקה יכול להתנדנדנד מ-0.5 V ל- 5 V (או יותר, בהתאם למכשיר).

(ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
(FLT:0)Bandwidthalthph 1 (מגבר המעטפה חייב להיות רוחב פס מספר פעמים רוחב הפס אות RF כדי לעקוב אחר וריאציות מהירות (למשל, 200 MHz עבור 100 MHz 5G אות).
(ב) ⁇ :0) ⁇ ⁇ 1 (החליפה ממגפת המעטפה יכולה להדליף לתוך תפוקה RF, כך נדרש סינון זהיר.

בשילוב עם DPD, מעקב אחר המעטפה יכול להניב כמה מההפוחיות הטובות ביותר - לינאריות המסחר. הרבה סמארטפונים הרש"פ (במיוחד עבור LTE/5G) להשתמש ET כדי לעמוד ביעדים של יעילות מחמירה.

התגלות ושיקום (EER) ו-Doherty Power Amplifiers

(FLT:0) ,Envelope Elimination and Revision (EER)BuildFLT) 1:1, הידוע גם בשם טכניקת כהאן, הולך צעד אחד קדימה: הוא מפריד את אות RF לסימן קבוע של שלב מהירויות וסימן קטן המאמת את אספקת הרש"פ.הרש"פ פועלת תמיד בשבחה (יעילות גבוהה), והמעטפה משוחזרת על ידי הפעלת הטיית הניקוזים קשה להטמיעה, כיוון שהיא זקוקה לסיגנלים מדויקים ביותר, כיוון שהיא זקוקה לכדי צורך בפס רחבים.

(FLT:0) כוח דוהרטי מגבר על הרש"פ 1 (Falpheral: 1) הם אדריכלות מעשית יותר שמשפרת את היעילות הממוצעת תוך שמירה על לינאריות. A קלאסית Doherty מורכבת מרש"פ עיקרי (לעתים קרובות מוטה ב Class-AB) ורש עליון (בכפוף ל- DIRC) ברמת הכוח הנמוכה, רק הרשות העיקרית פועלת, ברמות כוח גבוהות, הפסגות על פני הרשות הפלסטינית ומספקות יעילות גבוהה יותר, באופן יעיל יותר, באופן יעיל יותר, באופן יעיל יותר, באופן יעיל יותר, על בסיס גבוה יותר, ב-DIRC) ל-C.

5. Feedback Linearization

(FLT:0) שיפור לינאריזציה קדימה של 1FLT הוא טכניקה אנלוגית אשר מבטלת עיוות על ידי דגימה של הפלט הרש"פ, תוך מיצוי הקלט המקורי כדי לחלץ את השגיאה (הסתה), ואז מעצימה וזריקת השגיאה מתוך שלב עם עיוות המקורי.זה יכול להשיג לינאריות גבוהה מאוד (AC מתחת ל- 60Bc) אבל הוא רב עוצמה גבוהה, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000 מוקדם יותר, 000, היה בעיקר, 000, 000 מוקדם יותר, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000 חזק, 000 חזק, 000, 000, 000, 000, 000, 000 היה כוח ⁇ , 000 מוקדם יותר, 000 מוקדם יותר, 000 היה חזק, 000, 000 היה חזק, 000, 000 מוקדם יותר, 000, 000, 000 היה כוח ⁇ , 000 היה חזק, 000 היה קשה, 000 היה כוח ⁇ , 000 היה חזק, 000 היה חזק, 000 היה קשה היה קשה, 000 היה

(FLT:0) ,Negativevy משובFLT:1 (כולל משוב קרטסיאני) משמש לעתים רחוקות ב RF בגלל בעיות יציבות בתדרים גבוהים.עם זאת, משוב מעטפה משוב הקוטב הוכחו עבור כמה יישומים צרים.עבור קישורים רחבים של נתונים, משוב הוא בדרך כלל לא מעשי עקב מגבלות עיכוב.

טכניקות מתקדמות וזריזות

דחיפה חסרת פשרות לשיעורי נתונים גבוהים ויעילות שמניעה חדשנות לינאריזציה של הרש"פ.חלק מהכיוונים המבטיחים כוללים:

(FLT:0) Machine-learning מבוסס DPDoverLT:1) - רשתות עצביות ומודלים למידה מעמיקים יכולים ללכוד אפקטים זיכרון מורכבים יותר דיוק מאשר מודלים פולינומיים, במיוחד כאשר הרש"פ מציגה זיכרון תרמי או מלכודת חזק. הסתגלות בזמן אמת באמצעות מאיץ עצבי שבב הוא אזור מחקר פעיל.
(FLT:0Gallium Nitride (GaN) HEMTssFLT:1 - מכשירי GaN מציעים מתח התמוטטות גבוה יותר, צפיפות כוח גבוהה יותר, לינאריות טובה יותר מאשר סיליקון LDMOS או GaAs. GaN PAs יכולים לפעול במתחים אספקה גבוהה (28 V-50 V) ולהשיג יעילות גבוהה ורוחב הפס רחב, צמצום הצורך עבור לינאריזציה קיצונית הם משמשים יותר ויותר ב 5G.
(FLT:0) לואד-ממוזג מאוזנים (LMBAs)FIRLT:1 - הרשות מאוזנת עם אימפולסים מתאימים בצירוף Node יכול לשפר את היעילות לאחור דומה ל Doherty אבל עם רוחב פס רחב יותר.
(FLT:0) כוח גולגולתי מגבר על ההרחבה: מעבר לרש"פ המונעת על ידי אות דיגיטלית במהירות גבוהה ניתן לינארי באמצעות דלה-סגמה או PWM Modulation.
(הופנה מהדף LINC) משדרים של LINC LT:1 - שני מגברי ההרחבה של envelope משולבים כדי לשחזר את המודולציה של אמפולד.כאשר הם יכולים להשיג יעילות גבוהה; DPD יכול לתקן עבור חוסר איזון.

כל אחת מהטכניקות האלה מגיעה עם הפסקות מסחר המורכבות, רוחב פס וצריכת חשמל.הבחירה הטובה ביותר תלויה ביישום הספציפי: מכשיר IoT בעלות נמוכה עשוי להסתמך על חזרה, בעוד תחנת בסיס 5G ישתמש DPD + Doherty + מעקב המעטפה.

שיקולים מעשיים עבור מעצבי מערכת

כאשר יישום לינאריזציה של הרש"פ עבור קישור אלחוטי גבוה של נתונים, לשקול את הגורמים הבאים ברמת המערכת:

(FLT:0) צריכת לינאריזדר עצמו LT:1) - מנוע DPD, מגבר מעטפה, או לולאה מנקה צורכת כוח נוסף שיש לקחת בחשבון את תקציב היעילות הכולל.
(FLT:0)Bandwidth וסימן PAPRVERFIRLT:1) - רוחב פס רחב יותר מגביר את השפעות הזיכרון וביקוש מודלים DPD מסדר גבוה יותר. ET דורש מגברות מעטות גבוהות יותר שהפכו להיות פחות יעילים כמו רוחב פס גדל.
(FLT:0) אינטגרציה ועלויות LT:1 - פתרונות SoC אשר להטביע DPD על מדדם או שבב transceiver להפחית רכיבים חיצוניים. GaN PAs יקרים יותר מסיליקון אבל מציעים ביצועים מעולים עבור כוח גבוה, רחב פסווינטים.
(FLT:0) רגולציה וסטנדרטים עמידה בציות ל-FLT:1 - תקני הסלולר וה-Wi-Fi מציינים EVM, ACLR ומגבלות פליטות.פתרון הליניטיזציה שלך חייב להיות חזק מספיק כדי לשמור על הגבולות האלה על טמפרטורה, וריאציות תהליכים והזדקנות.
(ה) [ה]ההתאמת והאופיון] [ה]: המדידה המדויקת של הלא-לינאריות של הרש"פ מחייבת ניתוחי אות וקטורת, טאטאי חשמל, וסימן בדיקה מודולים (למשל, 5G-NR TM3.1) ליותר על טכניקות מדידה, ראה את ה-FLT:2Keysight Application on PAizationFLT 3.

מסקנה

הגדלת כוח מגבר לא ליניאריות הוא אתגר הנדסי רב פנים המשפיע ישירות על הביצועים של קישורים אלחוטיים ברמה גבוהה-נתונים-rate.the-incrating הביקוש ליעילות ספקטרלית וכוחות דרך כוחות הרש"פ לפעול קרוב יותר לגבולות שלהם, מה שהופך את לינאריזציה חובה.אין טכניקה אחת מספקת פתרון אוניברסלי; העיצובים החזקים ביותר משלבים בחירה זהירה, הטיה אופטימלית, אחת או אקטיבית יותר - שיטות דיגיטליות נפוצות, מעקב.

ככל שטכנולוגיות מתפתחות, אנו יכולים לצפות לראות אימוץ גדול יותר של למידת מכונה עבור הסתגלות בזמן אמת, שימוש רחב יותר של מכשירי GaN עבור הליניאריות והיעילות הגבוהה ביותר שלהם, ואדריכלות חדשניות כמו מגברות מחוסנים ועומסים על ידי הגדלות של נתונים.להישאר מעודכן לגבי ההתפתחויות האלה יעזור לך לעצב קישורים אלחוטיים העומדים במפרט הקשיח ביותר תוך שמירה על צריכת חשמל ועלות תחת שליטה.