Giriş Giriş Giriş

Modern iletişim sistemleri – 5G NR, uydu bağlantıları ve yüksek kodlu kablosuz backhaul – 16-QAM, 64QAM, 256-QAM, ve hatta yüksek sipariş altta modülasyon modülasyonları ile birlikte, yüksek çözünürlükte daha fazla sayıda hata hızı (EVM) için dramatik bir şekilde yükseltilir.

Bu makale, karmaşık modulation'ın varlığında alıcı lineerliğini nasıl geliştireceğine dair derin, pratik bir bakış sunar.Uzgun olmayan bir bozulmanın kök nedenlerini inceleyeceğiz, yüksek sipariş modları tarafından ortaya konan belirli zorlukları keşfedin ve sonra gelişmiş dijital düzeltmeye kadar değişen kapsamlı bir strateji seti sunuyoruz.

Alıcı Linearity Anlamak

Alıcı lineerliği, sinyal yolundan nasıl sadık olduğunu açıklar - analog-dijital dönüştürücü (ADC) - gelen dalgaformunu ortaya koyar. İdeal olarak, her bileşen (LNA, mixer, blok, filtre) mükemmel bir lineer transfer işlevine sahip olmalıdır: çıktı = × giriş. Gerçekte, tüm aktif cihazlar transistör olmayan sıkıştırma ve saturasyondan en yaygın olarak.Bu nonlineeritylar harmonikler ve intermodülasyon ürünleri üretir ve sinyal bandına girerler.

Anahtar ölçümler alıcı lineerliğini ölçmek:

  • [[Dönetici:0)Üçüncü siparişin (IIP3):[[Dönetici:0) Üçüncü sipariş sipariş verme ürünleri temel çıktı gücü eşit şekildedir.
  • [FONT:0]1 dB sıkıştırma noktası (P1dB): ), 1 dB tarafından düşme şansına neden olan giriş gücü.
  • [FONT:0]Spurious-free dynamic aralığı (SFDR): ), algılamalı sinyal ve tespit edilebilir düzleme olmadan işlenebilir olan en büyük sinyal arasındaki aralığı birleştirir.

Karmaşık modulation için, bu ölçümler birlikte düşünülmelidir. Yüksek IIP3 ile bir alıcı, yüksek gürültü rakamlarını hala uygun şekilde yerine getirebilir, çünkü EVM aynı zamanda termal gürültü tarafından da bozuluyor. Conversely, çok düşük bir alıcı yüksek güç QAM takımlarını sıkıştırır.

Kompleks Modulation Formats ile mücadele

Yüksek sipariş QAM ve OFDM sinyalleri, alıcı lineerliği eşsiz şekillerde test eden birkaç özellik sunar:

Yüksek Peaktototoverage Power Oran (PA-PR)

4G/5G ve Wi-Fi'de yaygın olarak kullanılan, büyük bir PAPR'ye sahiptir, çünkü birçok altkarrier yapıcı eklenebilir. anlık sinyal topları ortalama güçten 10-12 dB olabilir. Eğer alıcı ön uçları bu zirvelerde sıkıştırırsa, ortaya çıkan klipler ve intermodülasyon sembolü, tüm altkarrierleri etkileyebilir. Benzer şekilde, tek tek bir ses telan QAM, puleratör şekillendirme ile 10-12 dB olabilir.

Hassasiyet

Yüksek sipariş takımyıldızları (64-QAM, 256-QAM) yoğun bir şekilde paketlenmiş sembolü puanlara sahiptir.Bir dB, varsayılan puanlar arasındaki mesafe, alıcının doğrusallığı veya bozulmasında bile bir sembolün karar bölgesine götürebilir. Örneğin 256-QAM ile, bir 1 dB hata veya 1° hata kazanır.

Adjacent Channel Interference

Yoğun ⁇ ortamlarda, güçlü bitişik kanal sinyalleri, istenen kanala doğrudan düşen ürünlere üçüncü sipariş verme aracı üretebilir. karmaşık modulation için, bu IM3 ürünler gürültü benzeri müdahale olarak görünür, EVM ve BER. En fakir bant lineer olmayan bir alıcı mükemmel olsa bile.

Alıcı Linearity'yi Geliştirmek için Stratejiler

Lineerliği geliştirmek, devre tasarımını, bileşeni seçimi ve dijital sinyal işlemeyi birleştiren çok yönlü bir yaklaşım gerektirir. Aşağıda, gerçek dünya uygulamaları dikkate alınarak her biri.

1. YüksekLinearity Bileşenlerinin Kullanımı

Lineer bir alıcının temeli, beklenen sinyal amplitüd aralığı üzerinde lineer işlemi koruyan cihazlarla başlar.

Low-Noise Amplifiers (LNAs)

LNAs, karmaşık modulation için, yüksek çözünürlükte yüksek bir IIP3 (örneğin, 600 MHz-6 GHz) ile yüksek doğrusallık için programlanmış bir önyargı sunar.

⁇

Çiftlik +10 dBm IIP3 ile aktif karışımlar yüksek performanslı tasarımlarda yaygındır. Pasif karıştırıcılar (switch-f based) mükemmel lineerity sunar ancak güçlü bir yerel osilatör gerektirir ve dönüşüm kaybı gerektirir. sıfır-IF alıcılarda, mixer lineer doğrudan etkiler doğrudan yüksek IIP3 ve düşük 1 / 1 /f köşesi ile bir mixer kullanarak.

Baseband Ampirasyonlar ve ADCs

Değişken yükselteçleri (VGAs) temel bant zincirinde düşük bozulma için tasarlanmamışlarsa doğrusal olmayanlığı tanıtabilir. VGAs'ı yüksek çıktı IIP3 ve düşük harmonik bozulma (THD < dBc) yükselteçleri bütünlük sağlar. ADC'nin lineerliği genellikle yüksek dinamik aralığı (SFDR) 64-QAM veya daha yüksek bir ADC için 80 dB veya daha fazla önerilir.

[FONT:0)Dön kaynağı: [Dönderlik LNA'ları seçme konusunda ayrıntılı bir uygulama notu için, bkz.Dönetici:2}Analog Cihazları: 4G/5G için Yüksek Seviyeli LNAs'ları seçin).

2. Optimizing İşletim Noktaları (Back-Off and Biasing)

İyi bileşenlerle bile, onları yanlış önyargı veya güç seviyesinde işletmek doğrusallığı bozabilir.

Power BackOff---

P1dB'nin altında iyi kalmak için giriş gücünü azaltmak basit ama pahalı bir yöntemdir. Her bir dB geri çekilme için tasarlanmış bir alıcı, PAPR'yi ağırlamak için 1 dB (in teorisi) tarafından tekrarlanabilir.

Bias Control

Birçok LNAs ve karıştırıcılar önyargı ayarlamalarına izin verir. Mevcut koleksiyoncu /drain akım genellikle IIP3'ü yüksek güç dağılımı pahasına yükseltir. Adaptif önyargı devreleri sinyal zarfını ve üst akım boyunca önyargıyı artırabilir.Bu teknik güç yükselteçli tasarımda yaygıntır ve şimdi alıcı ön uçlara kaybolmaktadır.

3. Alıcıda Dijital Predistortion (DPD)

Dijital predistortion genellikle vericilerle ilişkilendirilir, ancak alıcı sinyal yolunda da uygulanabilir. Konsept, alıcının doğrusal olmayan cevabının tersine modellemek ve sayısallaştırma işlemine başvurmaktır.

Nasıl çalışır

Bilinen (pilot) sinyal veya eğitim dizisi alıcıya enjekte edilir. Depresyon özellikleri -AM-AM ve AM-ce eğriler, hafıza etkileri - ele geçirildi. polinom veya göz atın masası modeli, normal işlem sırasında, düzeltme gerçek zamanlı olarak ADC çıktısına uygulanır.

Uygulamayı Değerlendirme

DPD önemli dijital kaynaklar gerektirir (multipliers, hafıza). dar bant sistemleri için, basit bir hafızasız polinom ve örnekleme için.Bazı transband sinyalleri (örneğin, 5G NR), hafıza etkileri önemli hale gelir ve bir Volterra serisi veya sinir ağı modeli gerekebilir.

[FONT:0)Dönem kaynağı: [Dönetici:0) [Dönetici:0))[Dönetici))[Döneticisel doğrusallaştırma tekniklerinin kapsamlı bir genel bakışı (UTD:2)TI Application Report: Dijital Predistortion for Alıcı Linearization).

4. Geri bildirim ve Feed forward Linearization

Analog doğrusallaştırma yöntemleri dijital teknikler kadar etkili olabilir ve genellikle daha düşük gecikme vardır.

Kartesian Feedback

Bu yaklaşımda, alınan bazband I/Q sinyalleri, stabilite kısıtlamaları nedeniyle karşılaştırılır. Bir hata yükseltici düzeltmesi sağlar.I3 baskının 20-30 dB'sini sağlayabilir, ancak geri bildirim döngüsü bant genişliği sınırlıdır (tipik olarak < 10 MHz) çünkü GSM veya tek bir hata yükselticisi, QrrierAM gibi en uygun şekildedir.

Feed forward Linearization

Giriş örneği alınır ve ana yükselticiden gelen bozulmalar alınır ve çıktıktan çıkarılır.Bu yöntem geri bildirimin bantlarından kaçınır ve yüzlerce megahertz üzerinde çalışabilirsiniz. Ancak, iki kazanç yolu gerektirir, gecikme hattı ve kesin amplimal / faz hizası gerekir.

5. Filtreleme ve İşaret Şergeme

Alıcılarda doğrusal olmayanlar genellikle LNA'dan önce güçlü bant sinyalleri tarafından bastırılırlar. Filtreleme (preselect filter) blokerlerin ve bitişik kanalların gücünü azaltır, lineerliği gereksinimini azaltır.

Preselect Filtre

Yüzey akustik dalga (SAW) veya yüksek Q ve düşük ekleme kaybı ile akustik dalga (BAW) yüksek Q ve düşük ekleme kaybı ile filtreler, 50 dB veya daha fazlası tarafından reddedilebilir.For multi-band alıcılar, tunable filtreler (örneğin, MEMS veya varıcılar kullanarak) dinamik grup seçimine izin verir.

Duplexers ve Triplexers

FDD sistemlerinde, duplexer, bu aradaki grubu reddederek alınan grubu aynı anda geçmelidir. Zavallı duplexer izolasyon, verici sızıntıyı alıcıya sıkıştırabilir ve IM ürünlerini üretebilir. Yüksek çözünürlükte bir dubleks ( > 60 dB izolasyon) tam olarak lineerliği korumak için gereklidir.

Bazband Filtreleme

Reconversiyondan sonra, bazband filtreleri (tipik olarak analog veya aktif RC) müdahale edenleri ve limit gürültüyü ortadan kaldırmak gerekir. Filtre kendisi lineer olmalıdır - düşük notlar (örneğin THD < ile), -90 dBc) filtrelenen sinyalin harmoniklerle veya IM filtre aşamalarından dolayı ankete uğratılmasını sağlar.

Gelişmiş teknikler ve Gelişen Trendler

Modulation emirleri 1024-QAM'a ve ötesinde tırmanmak gibi, gereksinimler aşırı derecede arttı. Birkaç gelişmiş teknik yol kazanıyor:

Gürültü İptal ve doğrusal olmayanlık İptal ve

İki sinyal yolu olan bir alıcıda (örneğin, yardımcı bir yol ve yardımcı bir yol), ana LNA'dan gelen bozulma tahmin edilebilir ve çıkartılabilir. Bu teknik, son derece yüksek çözünürlükte olan SFDR'nin temelini oluşturur.

Makine Öğrenmek Tabanlı DPD

Neural ağları modellemek ve doğru alıcıları uyumlu hale getirmek için araştırılıyor. Karmaşık hafıza etkilerini ve polinom yöntemlerinin başarısız olduğunu modellemek için karmaşık bir başarısızlıkla başa çıkabilirler. Recurrent sinir ağları (RNNs) veya gerçek zamanlı derin öğrenme hızlandırıcıları FPGA'lerde, güç tüketimi mobil cihazlar için bir engel olmaya devam ediyor.

Yüksek Çözünürlük ADCs ile Full Digital Alıcılar

Bir başka trend ADC'nin zincirde çok erken olduğu (en az RF ön uçtan sonra) geniş bir bant kullanarak, yüksek teknoloji ADC (e.g., 16-bit ADC 3 GSPS), analog lineerlik kısıtlamaları dijital alana kadar değişiyor. Tüm lineerizasyon dijital olarak yapılır ve yazılım tanımlı radyolarda (SDRs) 5G test ekipmanı için kullanılabilir.

[FONT=0)Dönemli kaynak:[Dönetici:0) [Dönetici:0)Dönetici: [Dönetici:0)))[Dönetici: 0,8-1.8 GHz Gürültü ile Alıcı ve Dijital Olarak İncelenmesi[Dönetici Geliştirme)[Dönetici).

Trade-offs and System Level Thinkations

Alıcı lineerliğini geliştirmek kaçınılmaz olarak ticaret-offları içerir. Mühendisler maliyet, güç, boyut ve karmaşıklığa karşı performans dengelenmelidir.

  • DPD:0)Power tüketimi:[DDÜT:1) Daha fazla önyargılı mevcut. DPD ve besleme, genel güç artışı için batarya destekli cihazlar için (IoT, telefonlar) agresif doğrusallık geliştirmesi yasaklanabilir.
  • [FONT:0)Cost: [Dönetici: [Döntme: 0,0)[[Döntme:0)) GaAs veya GaN bileşenleri silikondan daha pahalı. Tunable filtreler, gecikme hatları ve ekstra ADC kanalları, fatura-malzemelerin maliyetine ek olarak, Sistem tasarımcılarının uygun olarak nereye yatırım yaptığını karar vermelidir.
  • [FONT:0)Complexity:[DDÜDÜDÜDÜDÜDÜŞÜN ve beslemesi, yüksek hacimli ürünlerde, kalibrasyonun otomatik ve sıcaklık ve yaşlanmanın üzerinde stabil olması gerekir (daha basit bir yaklaşım) daha düşük riskle kabul edilebilir performans sağlar.
  • [FONT:0)Band genişlik: [DFLT:1] Geniş bant sinyalleri, geniş anlık bant genişliği ile lineerizasyon tekniklerini talep eder. Feed forward geniş olabilir, ancak Kartesian geri bildirimler sınırlı. Dijital teknikler yüksek örnek oranlarında çalıştırmak zorundadır, hızlı DSP donanım gerektirir.

Bir pragmatik yaklaşım, alıcı zincirinin cascaded IIP3 ve gürültü rakamlarını Anahtarsal ADS gibi kullanarak, o zaman tüm doğrusal bütçeleri her aşamaya ayırmaktadır. Tipik 5G NR senaryoları için, +5 dBm'in bir cascaded IIP3'ü genellikle hedeflenirken, 3 dB'nin altındaki bir gürültü rakamını korurken.

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

Alıcı lineerliği, karmaşık modülasyon formatlarını kullanan herhangi bir sistem için kritik bir parametredir. Lineer olmayan bozulma, EVM ve yüksek BER - modulation emirleri arttıkça daha ciddi hale gelen stratejiler - yüksek doğrusallık bileşenleri ve önyargı puanlarını seçmekten, analog ve dijital doğrusallaştırma tekniklerini ortaya koyar - performans için kapsamlı bir araçta bir araçta bir araçta ortaya koyar.

Tek bir yöntem gümüş mermidir. En iyi tasarım sağlam bir analog temeli birleştirir (iyi LNAs, karıştırıcılar, filtreler) burada belirtilen teknikleri anlamak için, mühendisler güvene sahip ve yarının ötesindeki karmaşık sinyalleri inşa edebilir.