Ang kapasidad ng mga sistemang pangkomunikasyon ay pangunahing nililimitahan ng iba't ibang mga salik, kabilang ang mga hindilinearities na nasa mga kadenang transmitter at receiver. ang pag-unawa sa mga hindilinearity na ito ay mahalaga sa pagdidisenyo ng mga sistemang may magandang pagganap. Sa modernong walang kawad at wireed na komunikasyon, ang hindi parlyamento ay kumikilos bilang isang bottleneck na pumipigil sa pagkakamit ng teoretikal na kakayahan ng Shan, lalo na habang ang mga signal bandwidth ay tumataas at ang mga modiment order ay lumalaki. Ang artikulong ito ay lumalawak sa kalikasan ng mga hindilinearidad na ito, ang mga tiyak na epekto nito sa kakayahan, at ang mga pamamaraan ng inhinyeriya ay ginagamit upang makwentain ang mga moti.
Mga Pundamental ng Kawalang - Kapintasan sa mga Tanikala ng Komunikasyon
Ang hindi pag-aaral sa isang sirkito o sangkap ay nangangahulugan na ang output signal ay hindi linyar na tungkulin ng input. Para sa isang sistemang linear, ang prinsipyong superposition ay may hawak: ang tugon sa isang halaga ng mga input ay katumbas ng kabuuan ng indibiduwal na mga tugon. ang mga sistemang Nonlinear ay lumalabag sa prinsipyong ito, lumilikha ng mga harmoniko, mga produktong intermodisyon, at spectral revivalth. Ang mga straksiyong ito ay partikular na problematiko sa paghahatid at tumatanggap ng mga kadena ng anumang kawing ng radyo o optikal na komunikasyon.
Ang mga nonlinearities ay maaaring imodelo gamit ang isang polynomial (Taylor series) na pagpapalawak: . Ang mga terminong ⁇ -order (a2, a4, ...) ay pangunahing lumilikha ng mga DC offset at second-harmonic na lihis, habang ang mga terminong object-order (a3, a5, ...) ay responsable sa in-band lihis at intermodiksiyon na direktang umaapekto sa signal. Ang ikatlong-order pointure (I3) at 1B ancedence ay ang karaniwang puntos na hindi kinakailangang mga pigura ng quarcuridad.
Mga Di - Kalikasan sa mga Tanikalang Transmiter
Pagsuway ng Kapangyarihan
Ang power amplifier (PA) ang nangingibabaw na elementong hindi-linear sa karamihan ng mga transmitter. Upang makamit ang mataas na kahusayan, ang mga PA ay kadalasang pinapatakbo malapit sa kanilang rehiyong pang-pundasyon, na nagpapakilala ng mahalagang AM-AM at AM-PM na transbersiyon. Ang AM-AM na pagpilipit ay tumutukoy sa iba't ibang mga transpormasyon ng output na aplatibo na may input amplusion, habang ang AM-PM ay tumutukoy sa hindi mababagong pagbabago ng phase na sanhi ng spektral na adrovision ng signal na transaksyon ng frequency na mga adultibong inter-moconduksiyon ( ⁇ ) sa loob ng mga produktong adropto-IM) na nasa loob ng mga adropsiyon ( ⁇ D.
Halimbawa, ang 64-QAM moduated signal na dumaraan sa isang hindilinear PA ay makararanas ng konstelasyong warping at tumaas na error vector magnitude (EVM). mga pamantayang katulad ng 3GP[[1] Ang tiyak na mahigpit na EVM at ang katabing channel na tumatagas na ratio (ACLR) ay humihiling na limitahan ang epekto ng transmitter nonlinearies sa ibang gumagamit.
Kombinatoryo at mga Di - Pag - aari ng mga Tagasilya
Sa mga upconversion mixer, ang mga dilinearities ay humahantong sa mga pekeng mixer products (e.g., 2LO ⁇ IF, 3LO ⁇ 2 ⁇ F) na maaaring bumagsak sa loob ng transmission band. bukod dito, ang mga phase ingay mula sa mga lokal na oscillators ay nakikipag-ugnayan sa signal at nagpapalala ng lihis, lalo na sa ilalim ng malawak na modisyon. Ang mga epektong ito ay kadalasang namomodelo bilang aditibobong ingay ngunit may malakas na hindi relater.
Iba Pang mga Komponenteng Tauhan
Ipinakilala ng Digital-to-analog converters (DACs) ang quanization na ingay at dilinearidad sa anyo ng iba't ibang dilinearidad (DNL) at mahalagang nonlinearity (INL). Ang mga yugto ng pre-driver at mga filter ay nakakatulong din sa kabuuang hindilinear na karakter. Ang pag-ikot ng mga bahaging ito ay gumagawa sa system-level nonlinearity na isang komplikadong epekto na dapat na katangiang seleksiyon at pasyppleksiyon bilang isang kabuuan.
Mga Di - Kapintasan sa Pagtanggap ng mga Kadena
Mababang Ingay Amplifier (LNA) at Harap-End Components
Sa mga receiver, ang LNA ay ang unang aktibong sangkap pagkatapos ng antena. Ito ay dapat magbigay ng sapat na pakinabang habang nagdadagdag ng kaunting ingay, ngunit ito rin ay nagpapakilala ng hindi relinearity kapag ang input signal ay malakas. Ang mga produktong intermodulasyon na nililikha sa LNA ay maaaring bumagsak sa ibabaw ng mahinang ninanais na mga signal, epektibong nagtataas ng sahig ng ingay. Ito ay partikular na kritikal sa mga spand receiver na dapat humawak ng maraming mga carrier nang sabay-sabay, tulad ng sa carrier agregregation o mga sistemang full-dulex.
Analog-to-Digatal na Tagapagkumberte (ADC) Distorsyon
Ang ADC ay isa pang pangunahing pinagmumulan ng hindi pag-uuri sa kadenang receiver. ang ingay na Quantization ay likas, ngunit ang pag-iiba ng input signal ay nangyayari kapag ang full-scale range. Ang pinagsamang epekto ng pag-utsip at quartization ay nagbabawas ng signal-to-noise at lihis na ratio (SINAD). para sa high-resolusyon ADCs, ang mahalagang hindi regulatoridad (INL) ay maaaring magdulot ng influsion na maaaring maging sanhi ng influsion na nahuhulog sa signal band. ang mga proteksyon tulad ng ilang mga epektong disper na hindi maaaring makabawas ng mga ito ng mga ito.
Pagtanggi sa Larawan at ang I/Q Imbalance
Ang mga tumatanggap na gumagamit ng direktang konbersiyon (zero-IF) na arkitektura ay dumaranas ng I/Q di balanseng ⁇ in at phase mismatches sa pagitan ng in-phase at quadragature na mga sangay na ⁇ na nagpapakita bilang isang hindilinear effect na lumilikha ng crosscursion sa pagitan ng mga channel ng I at Q.Ito ay nagbabawas ng achievable SNR at maaaring limitahan ang sukdulang order ng konstelasyon na maaaring maging hindi mababagong demoduculated.
Epekto sa Capacity ng Shannon
Ang Shannon-Hartley theorem ay nagbibigay ng kapasidad ng channel bilang , kung saan ang B ay ang bandwidth at ang SNR ay ang signal-to-noise ratio.Ang nonlinear deflict ay epektibong nagbabawas ng week na SNR sa pamamagitan ng pagpapakilala ng isang terminong interference na hindi Gaussian nic. Sa maraming kaso, ang lihis na ito ay maaaring imodelo bilang isang additive na sahig ng ingay na may lakas, na humahantong sa isang pag-upo ng mataas na kakayahan sa input. Ang adrorline compilven.
Para sa isang transmitter na may ibinigay na dilinearity, ang epektibong SNR ay nagiging , kung saan ang Pdist ay kinabibilangan ng kapangyarihan ng mga produktong intermodition at harmoniko. Dahil ang Pdista]]] ay mas mabilis na lumalago kaysa sa P[FLT:T] (bagaman ang lakas na hindi kayang gamitin ng ikatlong aktrifloidence for a under under under under under under under endence for the treadcreadcreight-Rorld for the under under end end end end ential a end for the thind.
Ang mga mananaliksik gaya ng Shammo et al. (20)[ ay nagpakita na para sa high-order modiultations (e.g., 256-QAM, 1024-QAM), ang pagkasira dahil sa receiver LNA nonlinearity ay maaaring mabawasan ang kapasidad ng 20% o higit pa kumpara sa ideyal linear channel. Sa katulad na paraan, sa mga malalaking sistemang MIMO, ang mga hindi linyaridad ng maraming transmitter ay dapat isaalang-alang-alang-alang-alang-alang-alang-alangan upang maiwasan ang pag-alangan ang pag-ayon sa pag-ayon.
Mga Estratehiya sa Di - Pagkakalikasan ng Mitigate
Kabigha-lungsod na Disenyo
Ang pagpili ng linear PAs na may mas mataas na back-off na operasyon ay nagpapagaan sa deflict ngunit mas mababa ang kakayahan. Technologies tulad ng GaN at LDMOS ay nag-aalok ng mas mabuting linearity sa mataas na kapangyarihan kumpara sa mas lumang mga aparatong SiGe o GaAs. Para sa mga receiver, gamit ang mga LNA na may mas mataas na mga IP3 at ADC na may mas mahusay na SFDR (spurous-free dynamic range) ay malakihang makapagpabuti ng kapasidad sa mga malakas na kapaligiran.
Digital Predistoryon (DPD)
Ang DPD ay ang pinaka-malawak na ginagamit na pamamaraan sa modernong walang kawad na imprastraktura upang i-link ang PA. Sa pamamagitan ng pag-distor ng baseband signal gamit ang isang inverse model ng hindilinear na tugon ng PA, ang DPD ay maaaring magbawas ng IMD sa pamamagitan ng 20–30 dB. Memory polynomial models, mga pirasong linear models, at mga neural network application application ay ginagamit upang bihagin ang dynamic na pag-uugali ng PAPD ay pamantayan sa 4G at 5G stations at ngayon ay lumilitaw sa mga transmitters.
Patiunang Pag - aayos at Pagkokokodigo
Ang mga modisyong pang-industriya na likas na mas matibay sa hindi pag-linearity, tulad ng constant-envelope moditions (e.g., MSK, GMSK) o mababang-PaPR (peak-to-average power ratition) na mga waveform (e.g., single-carrier FDMA), ay maaaring mabawasan ang kalubhaan ng mga epektong hindilinear. Channel coding na may tamang interlefleflefling ay maaari ring makatulong sa mga pagkakamaling mutamo na dulot ng mga stage.
Pag - aalsa ng Pagtanggap
Ang mga pamamaraang analog linearization para sa LNAs (e.g., hinangong superposition, feed-forward) ay maaaring magpabuti ng IP3 nang hindi lumalaki ang bilang ng ingay nang malaki. Sa digital na panig, ang mga merative algorithms tulad ng joint channel access at nonlinearity recounture ay maaaring linisin ang natanggap na signal. para sa ADCs, awtomatikong kontrol sa pagkakamit (AGC) ay nagpapanatili ng input sa loob ng linear range at umiiwas sa pag-ska-s.
Sistema-Level Optimisasyon
Ang mga proteksyong allocation strategics ay maaari ring makatulong: pagbaba ng transport power para sa mga malapit na gumagamit upang mabawasan ang intermodition, paggamit ng orthogonal multiple access upang maiwasan ang interfaction, at paggamit ng mga sistemang transistensive modition at coding (AMC) na nag-iiba ng order ng konstelasyon kapag natunton ang di-linearity. Sa multi-antenna, ang beamforming ay maaaring maging oporized upang mabawasan ang tuktok na-to-average power ratio bawat isang kadena ng antena.
Pagsasaayos
Ang mga hindi regulatoridad sa mga kadenang transmitter at receiver ay mga pundamental na hadlang sa pagkakamit ng teoretikal na kapasidad ng mga sistemang komunikasyon. Mula sa mga amplifier ng kuryente hanggang sa ADC, ang bawat sangkap ay nakakatulong sa pag-iiba na nagpapababa sa epektibong SNR at nagtatakda sa achievic data rate. Sa pag-unawa ng mga mapagkukunan at modelo ng mga hindi inearidad na ito, ang mga inhinyero ay maaaring mag-play ng kombinasyon ng mga elementong pagpili, predisstorasyon, at ang system-levelization ay magresultain ang mga instruklusibong mga insiyong solusyon na nagresultatoryo sa mga hindi-organtibong mga intibong mga intibong mga intibong mga intibong mga ential na mga intibong mga entriporidad na mga entrentrential na resource.