송신기 및 수신기 체인의 비선형 영향

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통신 체인의 비선형성

회로 또는 구성 요소의 비선형성은 출력 신호가 입력의 선형 기능이 아닙니다. 선형 시스템을 위해, 감독 원리는 다음과 같습니다. 입력의 합에 대한 응답은 개별 응답의 합과 동일합니다. 비선형 시스템은이 원리를 위반하고, 조화, 상호 보완 제품 및 스펙트럼 재성장을 생성합니다. 이러한 왜곡은 특히 전달에 문제가 있으며 모든 라디오 또는 광학 통신 링크의 체인을받습니다.

비선형은 다항식 (테일러 시리즈) 확장을 사용하여 모델링 할 수 있습니다 : [[FLT : 0]]]. 균일 한 조건 (a2, a4, ...) 주로 DC 오프셋 및 두 번째 - 하류 왜곡을 생성, 확률 - 주문 조건 (a3, a5, ...)은 직접 신호 품질에 영향을 미치는 인 밴드 왜곡 및 상호 변조에 대한 책임입니다. 세 번째 - 주문 상호 인클로저 포인트 (IP3) 및 1dB의 일반적인 비선형은 비선형의 일반적인 비선형성에 사용됩니다.

송신기 체인의 비선형

전력 증폭기 Distortion

A-AM-AM-PM 변환은 일반적으로 사용되는 캘리포니아의 주요 요소입니다. A-AM-PM 변환은 일반적으로 사용되는 캘리포니아의 주요 요소입니다. A-AM-AM-PM 변환은 캘리포니아의 주요 요소입니다. A-PM-PM은 캘리포니아의 주요 요소 중 하나이며, A-PM은 캘리포니아의 주요 요소입니다. A-PM-PM 변환은 캘리포니아의 주요 요소 중 하나이며, A-PM-PM 변환은 캘리니아의 주요 요소입니다.

예를 들어, 비선형 PA를 통과하는 64QAM 변조 신호는 별자리를 경고하고 과도한 오류 벡터 크기 (EVM) 경험할 것입니다. ]3GPP와 같은 표준은 엄격한 EVM 및 인접한 채널 누설 비율 (ACLR) 다른 사용자의 송신기 비선형의 영향을 제한하는 요구 사항을 지정합니다.

믹서 및 로컬 진동자 비선형

Upconversion 믹서에서는, 비선형성은 전송 밴드 안쪽에 떨어지는 수 있는 2LO ± IF, 3LO ± 2IF)를 spurious 믹서 제품 (예를들면, 2LO ± IF, 3LO ± 2IF)에 지도합니다. 게다가, 국부적으로 진동자에서 단계 소음은 신호와 exacerbates 왜곡, 특히 광대역 변조의 밑에 상호 작용합니다. 이 효력은 수시로 첨가물 소음으로 모델링되고 강한 비선형 성분을 나릅니다.

기타 전송기 부품

디지털로나로 변환기(DACs)는 비선형 비선형성(DNL) 및 비선형성(INL) 형태로 정량화 소음과 비선형성을 소개합니다. 프리 드라이브 단계와 필터는 전체 비선형 특성에 기여합니다. 이러한 구성 요소의 캐스케이드는 전체적으로 특징적이고 보상되어야 하는 복잡한 복합 효과를 만듭니다.

수신기 체인의 비선형

저소음 증폭기 (LNA) 및 프런트 엔드 구성 요소

LNA는 안테나가 끝난 후 첫 번째 활성 구성 요소입니다. 그것은 최소한의 소음을 추가하면서 충분한 이익을 제공해야하지만 입력 신호가 강할 때 비선형성을 소개합니다. LNA에서 생성 된 상호 보완 제품은 약한 원시 신호를 떨어 뜨릴 수 있으며 소음 바닥을 효과적으로 올리는 데 사용됩니다. 이것은 캐리어 집계 또는 풀 듀플렉스 시스템과 같은 여러 캐리어를 동시에 처리해야하는 광대역 수신기에서 특히 중요합니다.

아날로그-to-Digital 변환기 (ADC) Distortion

ADC는 수신기 사슬에 있는 비선형성의 또 다른 중요한 근원입니다. Quantization 소음은 inherent, 그러나 입출력 신호가 전체 가늠자 범위를 초과할 때 클립을 냅니다. 클립과 quantization의 결합한 효력은 신호에 소음과 찡그림 비율 (SINAD)를 감소시킵니다. 고해상도 ADCs를 위해, 완전한 비선형성 (INL)는 신호 밴드로 떨어지는 고조파 왜곡을 일으킬 수 있습니다. 기술 기술자는 이 효력을 완전히 삭제할 수 없습니다 그러나 이기 위하여 이기 위하여 이기 위하여 기술을 감소시킬 수 없습니다.

이미지 거절과 I/Q 불균형

직접 변환 (zero-IF) 아키텍처를 사용하여 수신기는 I / Q imbalance-gain과 단계 mismatches에서 고통 받고 상반과 사분면 분지 사이에 I 및 Q 채널 사이에 크로스토를 생성하는 비선형 효과로 나타낸다. 이것은 성취 가능한 SNR을 감소시키고 철거 될 수있는 최대 별자리 주문을 제한 할 수 있습니다.

Shannon 수용량에 충격

Shannon-Hartley theorem은 대역폭과 SNR이 신호에 대한 비율 인 [FLT : 1]로 채널 용량을 제공합니다. 비선형 왜곡은 가우스 소음이 아닌 간섭 용어를 도입하여 사용 가능한 SNR을 효과적으로 감소시킵니다. 많은 경우, 왜곡은 신호 전력으로 스케일을 가리키는 첨가제 소음 바닥으로 모델링 할 수 있으며, 높은 온라인 입력 파워의 용량에 대한 포화로 이끌어 낼 수 있습니다. 이 제한은 "Shanon-Hartley theorem"로 알려져 있습니다.

주어진 비선형성으로 송신기의 경우 효과적인 SNR가 _{], P_dist]는 상호modulation 제품 및 조화의 힘을 포함합니다. P_dist는 P_]sig보다 더 빠르게 성장합니다. (일반적으로 3의 힘으로, 따라서 특정 전력을 증가시키고, 특정 전력을 증가시키는 능력이 증가합니다.)}

Shammo et al. (2020)]는 하이-주문 변조 (예: 256-QAM, 1024-QAM)에 대한 평가를 받고, 수신기 LNA 비선형성으로 인해 등급이 20% 이상 이상으로 감소할 수 있음을 보여주었습니다. 마찬가지로, 대규모 MIMO 시스템에서 많은 송신기의 비선형은 공동으로 증착되기 위해 고려되어야 합니다.

Mitigate Nonlinearities에 전략

구성 요소 수준 디자인

선형 PA를 더 높은 백 오프 가동으로 감열하는 것은 왜곡을 감소시키고 효율성을 낮춥니다. GaN와 LDMOS 같이 기술은 이전 SiGe 또는 GaAs 장치에 비해 고성능에 선형성을 개량했습니다. 수신기를 위해, 더 높은 IP3를 가진 LNAs를 사용하여 ADCs 및 더 나은 SFDR (지갑 자유로운 동적인 범위)는 강한 방해 환경에 있는 수용량을 두드러지게 개량할 수 있습니다.

디지털 사전검출(DPD)

DPD는 PA를 선형화하기 위하여 현대 무선 인프라에 있는 가장 널리 이용되는 기술입니다. PA의 비선형 응답의 반전 모형을 사용하여 기본 대역폭 신호를 전방해서, DPD는 20–30 dB에 의하여 IMD를 감소시킬 수 있습니다. 기억 다항식 모형, 현명한 선형 모형 및 신경 네트워크 접근은 PA의 동적인 행동을 붙잡기 위하여 이용됩니다. DPD는 4G와 5G 기지국에 표준이고 지금 손세트 전송기에서 나타날 것입니다.

고급 변조 및 코딩

일정한 봉투 조음 (예: MSK, GMSK) 또는 저 PAPR (peak-to-average power ratio) 파형 (예: 단일 카리어 FDMA)와 같은 비선형성에 더 튼튼한 조음 계획은 비선형 효력의 심각도를 감소시킬 수 있습니다. 적당한 interleaving도 수로 기호화로 할 수 있습니다. 감속 피크에 기인한 mitigate 파열 오류를 도울 수 있습니다.

수신기 선형화

LNA(예: 유도체 수퍼위치, 피드-forward)의 아날로그 선형화 기술은 소음 수치를 크게 늘리지 않고 IP3를 향상시킬 수 있습니다. 디지털 측에서, 이식 알고리즘은 공동 채널 추정과 비선형 보상과 같은 수신 신호를 청소할 수 있습니다. ADCs의 자동 이득 제어(AGC)는 선형 범위 내에서 입력을 유지하고 클립을 방지합니다.

시스템 수준 최적화

자원 할당 전략은 또한 도울 수 있습니다: 상호 보완을 줄이기 위해 상호 보완을 줄이기 위해, 상호 간섭을 방지하기 위해 정형외선을 사용하여, 그리고 비선명이 검출될 때 constellation 순서를 뒤집는 적응성 조음 및 기호화 (AMC)를 고용하는, 간섭을 감소시키기 위하여 전달 힘을 낮추기 위하여. 다중 안테나 사슬 당 첨단 전력 비율을 감소시키기 위하여, 광속 형성은 낙관될 수 있습니다.