היכולת של מערכות תקשורת מוגבלת ביסודן על ידי גורמים שונים, כולל הלא-לינאריות הקיימות בשרשרת משדרים ומקבלי מקלט.הבנת הלא-לינאריות הללו חיונית לתכנון מערכות שמשגות ביצועים אופטימליים.בתקשורת אלחוטית וחוטבת מודרנית, עיוותים לא לינאריים פועלים כצוואר בקבוק המונע השגת יכולת שאנון התיאורטית, במיוחד כאות רוחב פסים והוראות מודולציה גדלות.

יסודות של אי-לינאריות בשרשרת התקשורת

אי-לינאריות במעגל או במרכיב פירושה שסימן הפלט אינו פונקציה ליניארית של הקלט.עבור מערכת ליניארית, העיקרון העל-פוזיציה מחזיק: התגובה לסכום של קלטות שווה את סכום התגובות האישיות.מערכות לא לינאריות מפרות עיקרון זה, ייצור הרמוניות, מוצרי התאמות ו-spectral Reregrowth.

אי-לינאריות ניתן מודל באמצעות הרחבה פולינומית (סדרת טיולר): (FLT:0) המונחים המסדרים (a2, A4, ראשית לייצר DC offsets ועיוות הרמוני-שני, בעוד תנאים מוזרים מסדר (a3, A5, a5), אחראים לעיוותים בפס ו- intermodulation המשפיעים ישירות על האיכות.

אי-לינאריות ב-Transmitter chains

כוח מגביר את המשמעת

המגבר הכוח (PA) הוא האלמנט הלא ליניארי הדומיננטי ברוב המדרים.כדי להשיג יעילות גבוהה, הרש"פ מופעלות לעיתים קרובות בסמוך לאזור השכור שלהם, המציג שינוי משמעותי AM-AM ו AM-PM. AM-AM מתייחס לריאציות של תפוקה amplitude עם אות קלט, בעוד AM-PM מתייחס להחלפה בלתי מאומתית עקב שינוי חד-משמעי זה (מצמצם את התדרים) לתוך עיוותים יעילים של להקות פיזור חשמל (מסוג) התנגשויות).

לדוגמה, אות מודולרית 64-QAM העוברת דרך הרשות הלא ליניארית יחוו סטינגרופיות לוחמת וגודל וטעייה מוגברת (EVM) תקנים כמו FLT:0GPPIRLT:1 מציין EVM נוקשה ויחס דליפת ערוצים צמוד (ACLR) כדי להגביל את ההשפעה של שידור לא ליניאריות על משתמשים אחרים.

מיקסר ו-Oscillator Nonlinearities

במיקסרים מורכבים, לא לינאריות מובילות למוצרים מבעיתים (למשל, 2LO ±F, 3LO ± 2IF) שיכולים ליפול בתוך להקת השידור.בנוסף, רעש בשלב מoscillators המקומי אינטראקציה עם האות ומחמיר עיוות, במיוחד תחת מודולציה רחבה.אפקטים אלה הם לעתים קרובות מודל כמו רעש אבל לשאת מרכיב לא ליניארי חזק.

עבריינים נוספים

ממירים דיגיטליים-לונלוג (DACs) מציגים רעש קוונטי ואי-לינימיות בצורת אי-לינאריות שונה (DNL) ולא-לינאריות אינטגרלית (INL) שלבי נהיגה ופילטרים תורמים גם לאופי הלא-לינארי הכולל.הקסקי של רכיבים אלה הופך את הלא-לינימיות של מערכת-דרג מערכת-דרגתיות מורכבת שיש לאפיין ולהפצה כמכלול.

עמותות ב-Getr chains

מגבר נמוך (LNA) ו- Front-End Components

במקבלים, LNA הוא הרכיב הפעיל הראשון לאחר האנטנה.זה חייב לספק רווח מספיק תוך הוספת רעש מינימלי, אבל זה גם מציג לא ליניאריות כאשר אות קלט חזק. מוצרי אינטרמודציה המיוצרים ב- LNA יכול ליפול על גבי אותות חלשים הרצויים, ביעילות העלאת רצפת הרעש.זה קריטי במיוחד במקלטים רחב כי יש לטפל במספר רב של ספקים בו זמנית, כגון במערכות שליחה או מסובכת מלאה.

Analog-to-Digital Converter (ADC) Distortion

ADC הוא מקור מרכזי נוסף של אי-לינאריות בשרשרת המקלט.רעש Quantization הוא טבועה, אבל קידוד מתרחש כאשר אות הקלט עולה על הטווח המלא של היקף.האפקט המשולב של קידוד ו קוונטיזציה מפחית את יחס האות-ל-אין ועיוות (SINAD) עבור רזולוציה גבוהה ADCs, לא לינאריות (IN) יכול לגרום לעיוותים הרמוניים כי לתוך הלהקה הזאת יכול להפחית לחלוטין.

צילום: I / Q Imמאזן

מקבלים באמצעות המרה ישירה (אפס-IF) אדריכלות סובלים מחוסר איזון I / Q -gain ו-שלב פגום בין הענפים הלא-phase ו quadrature - אשר מתבטא כאפקט לא ליניארי שיוצר צולב בין ערוצי I ו- Q. זה מקטין את ה-SNR האפשרי ויכול להגביל את הסדר הקונסטלציה המקסימלי שניתן להדגמה באופן אמין.

השפעה על שאנון

משפט שאנון-Hartley נותן את יכולת הערוץ כ-FLT:1, שבו B הוא רוחב הפס ו-SNR הוא יחס אות-לכאורה. עיוות לא ליניארי מפחית ביעילות את ה-SNR הנתל על ידי הצגת מונח הפרעה שאינו רעש גאוסאני. במקרים רבים, ניתן להסיק את העיוות כקומה רעשית תוספת שסולפת עם האות, המוביל לקיום יכולת ⁇ של כוחות אלה הוא "לא ידוע"מגביל גבוה".

(ב) ל[[המאה ה-20]], [[1924]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]], [[1924]], [[1924]]]], [[1924]]]]]]]]]], [[1924]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]], [[1924]]]]]]]], [[1924]]]]]]]] [[[[[[1924]]]]]]

חוקרים כגון FLT:0 shammo et al. (2020)ראה כי עבור מודולים מסדר גבוה (למשל 256-QAM, 1024-QAM), ההשפלה בשל המקלט LNA אי לינאריות יכול להפחית את היכולת ב-20% או יותר בהשוואה לערוץ הליני האידיאלי באופן דומה, במערכות מסיביות, אי-ליני של רבים יש לשקול הידרדרות קולקטיבית כדי למנוע ניתוק.

אסטרטגיות ל- Mitigate Nonlinearities

עיצוב levent-Level Design

בחירת הרשאות ליניאריות עם ניתוח גיבוי גבוה יותר מפחית עיוות אבל מוריד את היעילות.טכנולוגיות כמו GaN ו LDMOS מציעים לינאריות משופרת בעוצמות גבוהות בהשוואה לתקני SiGe או GaAs מבוגרים יותר. עבור מקלטים, באמצעות LNAs עם IP3 גבוה ו- ADCs עם SF טובה יותר (טווח דינמי ללא תשלום) יכול לשפר באופן משמעותי את היכולת באינטראקציה חזקה.

Digital Predistortion (DPD)

DPD היא הטכניקה הנפוצה ביותר בתשתיות אלחוטיות מודרניות כדי לינארי את הרש"פ.על ידי מניעת אות הבסיס באמצעות מודל הפוך של התגובה הלא לינארית של הרש"פ, DPD יכול להפחית את IMD עד 20-30 dB. Memory Polynomial מודלים, מודלים לינאריים , וגישות רשת עצביות משמשים כדי ללכוד את ההתנהגות הדינמית של PA.DPD הוא סטנדרטי ב -4G תחנות בסיס 5G ועכשיו הוא משדר היטב.

שינוי מתקדם וקידוד

תוכניות שינוי כי הם חזקים יותר לא ליניאריות, כגון מודולוציות קבוע-envelope (למשל, MSK, GMSK) או נמוך-PAPR (יחס כוח נמוך לממוצע) גלפורפורפורמות (למשל, יחיד-קר FDMA), יכול להפחית את חומרת ההשפעות הלא לינאריות.

המונחים: Linearization

טכניקות לינאריזציה אנליסט ל-LNAs (למשל, סופרפוזיציה נגזרת, הזנה קדימה) יכולות לשפר את ה- IP3 ללא הגדלת מספר הרעש באופן משמעותי. בצד הדיגיטלי, אלגוריתמים הרציונל כגון estimation ערוצים משותפים ותגמול לא לינאריות יכולים לנקות את האות המתקבל. עבור ADCs, שליטה אוטומטית (AGC) שומר את קלט בטווח ליניארי ולהימנע מפס.

אופטימיזציה של מערכת-Level

אסטרטגיות הקצאת משאבים יכולות גם לעזור: הורדת כוח השידור עבור משתמשים קרובים כדי להפחית את המודולציה, באמצעות גישה מרובות אוטגונית להימנע מהתערבות, והפעלה של מודולציה הסתגלות וקידוד (AMC) שמגבה את הסדר הקונסטלציה כאשר אי-לינימיות מזוהה. במערכות מרובות-אנטנה, beamforming יכול להיות מותאם כדי להפחית את יחס הכוח ל אנטנה גבוהה לרמה לשרשרת.

מסקנה

אי-לינאריות בשרשרת השידור והמקבל הן מכשולים יסודיים להשגת היכולת התיאורטית של מערכות תקשורת.מממגברי כוח ל- ADCs, כל רכיב תורם לעיוות המקטין את ה-SNR האפקטיבי ומגביל את קצב הנתונים הניתן על ידי הבנת המקורות והמודלים של אלה שאינם לינאריות, מהנדסים יכולים ליישם שילוב של בחירת רכיב, מניעת, אופטימיזציה ברמת המערכת לכדי לקדם את ההשפעות הגמישות של רופאים ופתרונות מורכבים (כמוניקודמים) לשיטות מורכבות יותר, כמו גם כלפי מטה, כמו גם כלפי מטהרבנים).