תפקיד ה-Power Amplifiers בהכנת הביצועים של רשתות רדיו קוגניטיביות

מבוא: התפקיד הקריטי של Power Amplifiers in Cognitive Radio Networks

רשתות רדיו קוגניטיביות (CRN) מייצגות שינוי פרדיגמטי בתקשורת אלחוטית, שנועדו להתגבר על המחסור בספקטרום מורשה על ידי מתן גישה לספקטרום דינמי, משתמשים משניים מזהים ותופסים באופן זמני להקות תדרים מבלי לגרום להפרעות מזיקות למשתמשים העיקריים.מערכת כולה מסתמכת על גירויים מתאימים שיכולים לחוש את הסביבה, לקבל החלטות, ולקבוע מחדש פרמטרים בזמן אמתי של תפקוד זה - בתנאי הגנה יעילה על כל אמצעי התקשורתי (R) על רמת ההשפעה של כוח חיובי על מנת לשפר את רמת ההשפעה של המערכת של המערכת על מנת לשפר את רמת ההשפעה של המערכת עצמה.

הבנה של כוח Amplifier in the Context of Cognitive Radio

פונקציות בסיסיות ופרמטרים מרכזיים

מגבר כוח מקבל אות RF בעוצמה נמוכה מן המנטרול של transceiver ומגביר את רמת הכוח שלו לפני השידור דרך האנטנה.בכל מערכת תקשורת, הרש"פ מאופיינות במספר פרמטרים קריטיים: רווח, כוח פלט, רוחב פס, לינאריות, יעילות ורעש.עבור CRN, פרמטרים אלה לוקחים על משמעות נוספת כי המשדר חייב לפעול בטווח רחב של תדר והתאמה של כוח כדי למנוע תקנות דינמית.

• (FLT:0)Gain: FigFLT:1 יחס של כוח תפוקה לעוצמה קלט, בדרך כלל בא לידי ביטוי ב decibels (dB) CRN PAs צריך רווח גבוה לפצות על הפסדים בדרך ולתמוך בקישורים מרחוק משתנים.
• (FLT:0) קוויאריות: 1.10LT) היכולת לשחזר את האמפליטו של אות הקלט ואת השלב ללא עיוות.לא לינאריות לייצר הרמוניות ומוצרים בין-מודולציה שיכולים לצלול לתוך ערוצים סמוכים, ובכך להפר את ה"ללא התערבות" של פעולה קוגניטיבית.
• (FLT:0) יעילות: יחס של כוח תפוקה RF לכוח DC נצרך.
• (FLT:0)Bandwidth:FLT:1, טווח התדרים שעליהם הרשות יכולה לפעול עם ביצועים מקובלים.רדיו קוגניטיביים לעתים קרובות צריך פס רחב או רב-band הרש"פ כדי להתחבר להזדמנויות ספקטרום מגוונות.

כיצד דרישות CRN מתפרות ממערכות מסורתיות

ברשתות אלחוטיות קונבנציונליות (למשל, סלולרי או Wi-Fi), המשדר משתמש בדרך כלל בלהקות תדר קבוע ורמת כוח צפויה.רדיו קוגניטיביים, עם זאת, חייב לחוש את הספקטרום, לזהות חורים, ולתאים את עוצמת התדירות והתפוקה על בסיס חד-חבילה.זה מטיל התאמה ייחודית על הרש"פ: הוא חייב לתמוך בתדירות מיידית, לשמור על לינאריות על טווח רחב של כוח דינמי (לאפס) ולהוביל את דרישות מהירות של זמן כדי לטפל בספקטרום של פליטות) על פני טווח מוקדם יותר מאשר על פני טווח הראייה של תרופות מהירות, כלומר, לאפסה של זמן קצר יותר מאשר לספקטרום של המערכת החיסונית.

השפעה של כוח Amplifier CRN

שטח כיסוי והתרחבות טווח

התרומה הברורה ביותר של הרש"פ היא הגדלת הכוח המועבר, אשר מרחיב ישירות את טווח התקשורת.ב CRNs, שבו משתמשים משניים עשויים להתפשט על פני אזורים גיאוגרפיים גדולים, היכולת להשיג תקשורת אמינה על פני כמה קילומטרים יכול לעשות את ההבדל בין רשת קיימא לבין אחד כושל.עם זאת, מגבלות רגולטוריות על כוח המועבר המקסימלי (למשל, FCC חלק 15) עדיין צריך להיות מכובד.

איכות אותות וקצב שגיאה

איכות אותות ב CRN נמדדת על ידי גודל וקטור השגיאה (EVM) וקצב שגיאות מעט (BER) הרש"פ ליניארית משמרת את דיוק המודולציה, ומבטיחה כי המקלט יכול לפענוח כראוי את הסמלים המועברים אפילו בתנאים נמוכים של יחס אות לרעש (לא לינארי) התנהגות של מערכת חיסון-לכאורה אינה מקובלת יותר, כמו CRQ-AM-D) ו-AM-PTS-AM-AM-PTD (AM) אשר משמשים יותר ויותר להפרעות מתקדמות יותר ויותר ל-PTQ-PTI-PTI-AM-AM-AM-AM) ו-PTI-AM-AM-PTIUMD.

ניהול השוואתי וספקטרום Sensing

אחד העקרונות הבסיסיים של רדיו קוגניטיבי הוא "לא להזיק" למשתמשים ראשוניים.הרש"פ חייבת להיות מיועדת למזער את פליטות ה-band שיכול ליפול ללהקות מורשות צמודות.זה מוגדר על ידי יחס כוח הערוץ הסמוך (ACPR) A PA עם זיהוי לקוי מייצר גלאי ספקטרלי שיכול להעלות את רצפת הרעש עבור מקלטים ראשוניים הממוקם ליד משדר CRNN, בנוסף, במהלך אותות דלקתיים של חישה נמוכה, אם הוא יכול להאזנה עצמית, אם הוא יכול להעלות את הפחתת זמן קצר לפני הדלפות).

אנרגיה ותוחלת חיים

הרש"פ היא בדרך כלל המרכיב החזק ביותר בתחום השידור האלחוטי; היא יכולה לצרוך 30% עד 70% מכוח המכשיר הכולל בפעולה רוויה. ב-CRNs, שבו מכשירים עשויים להיות חיישנים מופעלים סוללות, בלוטות IoT, או לחיצות ניידות, שיפור יעילות הרש"פ ישירות חיים תפעוליים ומפחיתה את דרישות קירור מודרניות עבור רדיו קוגניטיביים לעתים קרובות להפעיל מעקב (ET) או אדריכלות דוהרנטית לשמירה על יעילות גבוהה יותר על פני חשמל, אך אין השפעה נמוכה יותר על פני מערכת פחמן.

סוגים של Power Amplifiers בשימוש ברשתות רדיו קוגניטיביות

דרגה A Amplifier

Class A PAs הם העיצוב ליניארי והפשוט ביותר - transistor פועל הנוכחי עבור כל מחזור 360 מעלות של אות קלט. זה מניב ליניאריות מעולה אבל יעילות נמוכה מאוד (בדרך כלל 50% מקסימום, כמעט 10-20%) ב יישומי CRN, Class A משמש רק כאשר אות הוא רב ערך וצריכת חשמל אינה מעצימה גדולה, כגון ציוד מעבדה או גבוהה של שידורים קוגניטיביים.

דרגה B ו- Class AB Amplifiers

Class B PAs לבצע חצי מחזור (180 מעלות), הכפלת יעילות תיאורטית ל-78.5%, אבל התצורה של דחיפה-פוחת שלהם מציגה עיוות חוצה ברמות אותות נמוכות. ClassAB מייצגת פשרה - הטרנסיסטור פועל עבור יותר מ-180 מעלות אבל פחות מ- 360 מעלות, צמצום עיוותי מעבר תוך השגת יעילות בינונית (30–60%) אלה משמשים באופן נרחב ביישומים סלולריים ו-Wi-Fi, רדיו קוגניטיבי הרבה יותר מאשר רמות יעילות של סיווגיות (D) עם יעילות בינונית (Crelimate) עם יעילות בינונית (Cretor) עם יעילות בינונית (Creitor) עם יעילות בינונית (Cretor-Perfectation) עם יעילות גבוהה (Cenance) עם יעילות גבוהה) עם יעילות בינונית (D-Perfectation) עם יעילות בינונית (Cenpine-Fi-Fi) עם יעילות בינונית (D-Fi) עם יעילות בינונית (D-Fi-Fi-Perfectation) עם יעילות בינונית (Dorderdulation) עם יעילות בינונית (pine-Perfectulation) עם יעילות גבוהה (D-Perfectance) עם יעילות בינונית (p) עם יעילות בינונית (p) עם יעילות בינונית (p) עם יעילות גבוהה (p) עם

דרגה C Amplifier

C PAS התנהגות של פחות מ-180 מעלות של מחזור, השגת יעילות עד 90% אבל עם אי-לינאריות חמורה. הם משמשים לעתים רחוקות ישירות במעברי CRN כי העיוות גבוה מדי עבור יישומים הדורשים עד 64-QAM. עם זאת, הם מוצאים שימוש היקפי במעגלי אונרטור או בשלבים גבוהים שבהם מודולציה קבועה (למשל GMSK), משמשת כאמצעי חיישן פשוט.

המונחים:

האדריכלות הדורטית משלבת מגבר עיקרי (class AB) ומגברה (class C) מגברה (בכוח נמוך), רק המגבר הראשי פועל, השגת יעילות גבוהה.בכוח שיא, המגבר המגבר המעלה הפסגות מופעל, מגביר את התפוקה תוך שמירה על יעילות גבוהה של ד'רטי) בתחנות הבסיס התאיביות, והוא מאומצ יותר ויותר בתשתיות רדיו קוגניטיביות, כי הוא שומר על יעילות של 6BN) על רמת הכוח בדיוק כאשר הוא חייב להיות מסוגל להשיג את רמת הכוח של כוח-R2.

Envelope Tracking Amplifiers

מעקב Envelope משתמש ב- DC-DC להמיר את מתח האספקה של הרש"פ באופן דינמי עם המעטפה של אות RF.זה שומר על הטרנזיטור שפועל ליד אזור השכור שלו, שבו היעילות גבוהה ביותר, גם כאשר האות amplitude אינו בשיאו. - מעקב אחר LTE יכול לספק רמות יעילות יריבות Doty עיצובים על פני רוחב פס רחב יותר, והוא מאוד מתאים לסימנים רבים של מערכת ההפעלה של שבבים מתקדמים (pG) כגון SDGV) כמו גם עם רמות רחבות (יחסי תיבות של מערכת ההפעלה CRGPA).

טכנולוגיות מתפתחות: GaN, LDMOS ו- Digital Predistortion

גליום ניטרד (GaN) כוח טרנזיס מציעים מתח התמוטטות גבוה יותר, רוחב פס רחב יותר ויעילות טובה יותר מאשר סיליקון LDMOS או GaAs מכשירים. GaN PAs הם אטרקטיביים במיוחד עבור CRNs כי הם יכולים לפעול על פני רוחב פס רב-קטבה תוך שמירה על רמות גבוהות של CRBDPRS (מערכת מתכת מבוזרת משולבת) נשאר דומיננטית גבוהה בשל אמינות גבוהה כי הוא שלילי של אבטחה גבוהה של אבטחה גבוהה של אבטחה גבוהה יותר (ד אבטחה גבוהה של PD) אבל לא גבוהה של אבטחה גבוהה של PDDSTDSTDSTDSTDSTDSTDSTDSTDSTDSTDSTDSTDSTDSTDSTS (מערכת גבוהה יותר (מערכת גבוהה יותר LDFICDSTDSTDSTDSTDSTDSTDSTDSTDSTDSTDSTDSTDSTDSTDSTDSTDSTDSTDSTDSTDSTD.

אתגרים בעיצוב כוח Amplifier for CRNs

ניהול ארס

הרש"פ בעוצמה גבוהה מתפורר חום משמעותי, במיוחד כאשר פועל ביעילות נמוכה.ב CRNs, המשדר עשוי להיות נדרש לעבור בין רמות כוח במהירות או להישאר במצב כוח גבוה לתקופות מורחבות במהלך התפרצויות נתונים. עיצוב תרמי עני יכול להוביל לטמפרטורות צומת יותר ממגבלות בטוחות, צמצום חיי טרנסטור ולגרום לסחף ביצועים מתקדמים.

קוהרנטיות לעומת אי-יעילות המסחר-off

זהו האתגר הרב-שנתי של עיצוב הרש"פ: יעילות גוברת לעתים קרובות מפחיתה לינאריות ולהיפך.רדיו קוגניטיביים הדורשים יעילות ספקטרלית גבוהה (מזמין גבוה QAM) וצריכת חשמל נמוכה חייבת למצוא איזון.טכניקות כמו DPD, מעקב, ו-Doit מסייע לדחוף את הגבול Pareto, אך הם מוסיפים מורכבות ועלויות.

ההרחבה Multiband and Multiband Operation

CRNs צפויים לפעול על פני להקות תדר שונות, מ VHF / UHF למיקרוגל (למשל, 2.4 GHz ISM, חללי טלוויזיה לבנים, להקות מכ"ם) עיצוב הרש"פ אחת שמחזיקה רווח, יעילות, ואת לינאריות על רוחב פס רב-קטבה הוא קשה מאוד.

מינימום למכשירים ניידים

יישומים רבים CRN כרוכים בלבוש, חסום, או כלי רכב אוויריים בלתי מאוישים (UAVs) שבו גודל ומשקל נמצאים בקרן.רש"פ, יחד עם כיור חום ואספקת חשמל, לעתים קרובות תופסת טביעת רגל גדולה. integraing the PA לתוך שבב (למשל, CMOS או SiGe BiCMOS) היא מטרה, אבל רמות הכוח הנדרשות (עשרות למאות מילימטרים) לתהליכים סיליקון טוב יותר טוב יותר טוב יותר, אבל הם סיליקון (מתאים יותר טוב יותר טוב יותר) אבל סיליקון) הם סיליקון סיליקון סיליקון סיליקון סיליקון CMAPTOS או SiGe BCMAPTOS (מתאים יותר טוב יותר טוב יותר טוב יותר טוב יותר) הם מטרה, אבל סיליקון) הם מטרה, אבל CMGe BCMGe BCMOS) הם מטרה, אבל הם מטרה, אבל יותר טוב יותר טוב יותר טוב יותר, אבל סיליקון פונקציות יעילות יותר עם סיליקון) אבל סיליקון (מתאים יותר טוב יותר טוב יותר טוב יותר טוב יותר טוב יותר טוב יותר, אבל סיליקון) הם מטרה, אבל CMGe BCMGe BCMGe BCMGe BCMGe BCM

המונחים: noise Floor

במהלך שלב החישה, מקלט הרדיו הקוגניטיבי חייב לזהות אותות ראשוניים שעשויים להיות נמוכים כמו -100 dBm. כל רעש שנוצר על ידי הרש"פ (או בשל מספר הרעש שלו או באמצעות דליפת שרשרת השידור) יכול להעלות את רצפת הרעש של המקלט ולגרום לאבחון החמצמצוע או אזעקה כוזבת.

כיוונים עתידיים: מגבר חכם יותר עבור רדיו קוגניטיבי

עיבוד Basing ו- Load Modulation

הרש"פ העתידי תכלול הטיה הסתגלות בזמן אמת, אשר משנה את נקודת התפעול של טרנזיטור המבוססת על המעטפה של אות מיידית או כוח הפלט הנדרש.זה יכול לשפר את היעילות ברמות האחוריות ללא יתר של טכניקות מעקב המעטפה.

למידת מכונות עבור הרש"פ ואופטימיזציה

אלגוריתמי למידת מכונות – במיוחד רשתות עצביות עמוקות ולמידה חיזוקית – מוחלים על התנהגות של הרש"פ וייעלות את התקני DPD בזמן אמת. ב-CRN, שם הערוץ ותנאי התפעול משתנים במהירות, לינאריזייזר מבוסס ML יכול להתאים מהר יותר מאשר גישות מסורתיות סגורות-פרלופ.יתר על ידי כך, למידה חיזוק יכולה לעזור לרדיו הקוגניטיבי להחליט על התצורה הטובה ביותר של הרש"פ.

תכונות קוגניטיביות (Self-Aware PAs)

מושג מתפתח הוא "מגבר קוגניטיבי" החושב את מדינתו - טמפרטורה, כוח פלט, לינאריות - ומתאים את הפרמטרים הפנימיים שלו באופן אוטונומי.זה יכול להיות מושג על ידי הטמעת חיישנים ומיקרו-בקר קטן בתוך המודול הרש"פ. הרש"פ כזו מודעת עצמית יהיה בעל ערך במיוחד בקמפון פרס בסביבות קשות שבהן כוונון ידני הוא בלתי אפשרי גם לדווח על מצבם לרשת של מנהלי אופטימיזציה גלובלית.

אינטגרציה עם רדיו מבוסס תוכנה (SDR)

המגמה כלפי עבריינים דיגיטליים מלאים, שבו רוב עיבוד האותות מתרחש בתחום הדיגיטלי, מציבה פרמיה על הרש"פ כמרכיב האנלוגי האחרון.עתיד CRNs מבוסס SDR ידרוש הרש"פ שניתן לשלוט בו דיגיטלית - למשל, באמצעות ממשקי SPI או MIPI אשר מציבים רווח, הטיה ואפילו מודטים עקפים.

אנרגיה קצירת אנרגיה ועצמים-מגבר

עבור חיישנים אולטרה-נמוך CRN, קציר אנרגיה ממתח (סולם, תרמי, RF) יכול לכפות את כל הצומת, כולל הרש"פ, בעוד רמות הכוח מציר הן בדרך כלל נמוך (מיקרווואט למילימטרים), התקדמות בעיצובים בעלי יעילות גבוהה של הרש"פ (למשל, E/F מעבר מגברות) להבטיח להפוך את עצמם לרדיו קוגניטיביים בלתי-מיושבים עבור אזורים מוגבלים אלה.

מסקנה

מגברי חשמל אינם רק מרכיב תומך ברשתות רדיו קוגניטיביות; הם מנוף הקובע את האפשרות, הביצועים, ויעילות האנרגיה של המערכת כולה.מרחיבים כיסוי לניהול התערבות, ממתן אפשרות למודולציה גבוהה לקידום חיי סוללה ראויים, המאפיינים של הרשות הפלסטינית לעמוד באפקטיבי של ניתוח CRN.הבחירה של מחלקה, לינאריזציה, וטכנולוגיה סמיבית חייבת להיות יעילה לפיתוח של מערכת אבטחה, כמו גם דרישות אבטחה גבוהה של מערכת ההפעלה של המערכת.

[ה] [ה]] [ה] [ה]] [ה]] [ה]] [ה]]] [ה'] [ה']'[ה]']'[ה']'[ב]']'[ה']'[ה']'[ה']'[ה']'[ה']']'''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''