Tài liệu Bài báo cáo thu phát vô tuyến

Học Viện Công Nghệ Bưu Chính Viễn Thông Khoa Viễn Thông I ------------------------------ BÀI BÁO CÁO THU PHÁT VÔ TUYẾN Giảng viên hướng dẫn: Tên đề tài: Nhóm: Các thành viên: Lớp: THS. NGUYỄN VIẾT MINH Thiết kế máy phát di động cho LTE UE 10 Nguyễn Hải Nam Nguyễn Việt Anh Lê Minh Tuấn D10VT3 1 LỜI NÓI ĐẦU Công nghệ LTE đang được nghiên cứu và phát triển rộng rãi trên thế giới, LTE cung cấp cho người dùng tốc độ truy nhập dữ liệu nhanh, cho phép phát triển thêm nhiều dịch vụ truy cập sóng vô tuyến mới dựa trên nền tảng hoàn toàn IP, có thể đáp ứng được nhu cầu truy cập dữ liệu, âm thanh, hình ảnh với tốc độ cao, băng thông rộng của người dùng. Để chuẩn bị tiến tới công cuộc 4G/LTE trong thời gian tới với hạ tầng của các nhà mạng Việt Nam không ngừng thay đổi và phát triển, thay đổi về công nghễ lẫn mô hình cấu trúc thì việc tìm hiểu về kiến trúc và việc thiết kế máy phát di động cho LTE UE phù hợp với hệ thống hạ tầng viễn thông là mối quan tâm hàng đầu của các hãng sản xuất điện thoại di động. Việc thiết kế máy phát di động cho UE LTE sẽ bao gồm các vấn đề chính như sau: o Chương I: Sơ đồ máy phát của UE LTE o Chương II: Các vấn đề chung khi thiết kế máy phát 4G LTE UE o Chương III: Các vấn đề thiết kế máy phát 4G LTE UE 2 MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU............................................................................................II MỤC LỤC.................................................................................................III DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ BẢNG BIỂU.............................................IV CHƯƠNG 1: SƠ ĐỒ MÁY PHÁT UE LTE.............................................1 1.1. KIẾN TRÚC MÁY PHÁT KIỂU MẪU:................................................................1 1.2. SƠ ĐỒ KHỐI MỘT MÁY PHÁT UE LTE...........................................................1 CHƯƠNG 2: CÁC VẤN ĐỀ CHUNG KHI THIẾT KẾ 4G LTE UE LIÊN QUAN ĐẾN MÁY PHÁT........................................................................4 2.1. HỖ TRỢ ĐA CHẾ ĐỘ VÀ ĐA BĂNG.................................................................4 2.2. CÁC THÁCH THỨC ĐỒNG TỒN TẠI VÔ TUYẾN MỚI.......................................5 CHƯƠNG 3: CÁC VẤN ĐỀ THIẾT KẾ MÁY PHÁT LTE UE............7 3.1. CÂN ĐỐI GIỮA TỈ LỆ RÒ KÊNH LÂN CẬN VÀ TIÊU THỤ CÔNG SUẤT..............7 3.1.1. Một số khái niệm cơ bản........................................................................7 3.1.2. So sánh các yêu cầu phần vô tuyến LTE UE với WCDMA/HSPA.......8 3.2. ĐỘ CHÍNH XÁC ĐIỀU CHẾ CỦA MÁY PHÁT LTE, EVM...............................10 3.2.1. Định nghĩa EVM..................................................................................10 3.2.2. Yêu cầu EVM đối với máy phát LTE UE............................................10 3.3. BỘ KHUẾCH ĐẠI CÔNG SUẤT ĐA CHẾ ĐỘ....................................................11 CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN........................................................................13 TÀI LIỆU THAM KHẢO........................................................................14 3 DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ BẢNG BIỂU Hình 1.1 Kiến trúc kiểu mẫu của một máy phát.....................................................1 Hình 1.2 Sơ đồ khối một máy phát UE LTE đa băng đa chuẩn.............................2 Hình 2.1 Ảnh hưởng giảm độ nhạy do rò tạp âm từ TX nhiễu và RX nạn nhân...6 Hình 3.1 Kĩ thuật SC-FDMA trong 4G-LTE..........................................................8 Hình 3.2 Phổ của 24dBm WCDMA và 23dBm LTE 5MHz QPSK.......................9 Hình 3.3 Trình bày hình học khái niệm EVM......................................................10 Bảng 3.1 Yêu cầu EVM.........................................................................................11 Bảng 3.2 Sơ đồ điều chế và công suất ra cực đại cho các cấu hình băng đối với PA đa chế độ...................................................................................................................12 4 CHƯƠNG 1: SƠ ĐỒ MÁY PHÁT UE LTE Giới thiệu chương: nhằm mục đích giới thiệu những gì sẽ trình bày trong chương 1.1. Kiến trúc máy phát kiểu mẫu: Hình 1.1 Kiến trúc kiểu mẫu của một máy phát Từ hình vẽ 1.1, chúng ta có thể thấy được các khối cơ bản của một máy phát bao gồm:  DAC: bộ biến đối số thành tương tự.  Bộ khuếch đại: (High Amplifier): Nâng tần số .  Bộ lọc thông thấp (Low Pass Filter): Bộ lọc chỉ cho thành phần tần số thấp hơn tần số cắt đi qua, thành phần tần số cao bị loại bỏ.  Bộ trộn hạ tầng: Biến đổi tín hiệu từ trung tần lên cao tần.  Bộ khuếch đại công suất (Power Amplifier): Khuyếch đại công suất phát.  Bộ lọc song công: Lọc tín hiệu trước phát cũng như khi thu tín hiệu, loại bỏ các thành phần không mong muốn. 1.2. Sơ đồ khối một máy phát UE LTE Hình 1.2 Sơ đồ khối một máy phát UE LTE đa băng đa chuẩn Quan sát từ hình 1.2, một máy phát UE LTE bao gồm các khối: - SPxT: Các bộ chuyển mạch tương tự. - LB: Băng thấp; HB: băng cao. - MMPA: bộ khuếch đại công suất đa chế độ. - DVGA: Bộ khuếch đại khả biến số. - FE CTL: Điều khiển đầu vô tuyến. - DCXO: Bộ dao động tinh thể số. - TXVLCO: Bộ dao động tinh thể điều khiển bằng điện áp. - ĐHDB: Đồng bộ đồng hộ. - DSP: Bộ xử lý tín hiệu số. - DAC: Bộ biến đổi số thành tương tự. - PGA: Bộ khuếch đại khả lập trình. CHƯƠNG 2: CÁC VẤN ĐỀ CHUNG KHI THIẾT KẾ 4G LTE UE LIÊN QUAN ĐẾN MÁY PHÁT 2.1. Hỗ trợ đa chế độ và đa băng Thiết bị LTE có nhiệm vụ đảm bảo kết nối đến các giao diện vô tuyến chuẩn để cung cấp khả năng chuyển mạng của khách hàng trong các vùng chưa thể triển khai các trạm gốc LTE. Mấu chốt để có thể tiếp nhận công nghệ mới là đảm bảo được tính liên tục trong việc cung cấp dịch vụ cho người sử dụng. Thiết bị cũng phải hỗ trợ được các yêu cầu theo vùng vả chuyển mạng của các nhà khai thác khác nhau và vì thế phải hỗ trợ được nhiều băng tần. Để có thể đưa ra thành công một công nghệ mới, hiệu năng của UE phải có khả năng cạnh tranh với các công nghệ hiện có xét về các tiêu chí chủ chốt như giá thành, kích thước và tiêu thụ năng lượng. Quy định chia các băng tần 3GPP đã được tổng kết trong bảng 6.1 của tài liệu tham khảo (1). Mặc dù có thể thiết kế các khối vô tuyến và vòng khóa pha (PLL: Phase Locked Loop) của một may thu phát (TRX), nhà thiết kế vẫn phải quyết định sẽ hỗ trợ bao nhiêu băng tần đồng thời trong một đầu cuối để tối ưu phần vô tuyên. Điều này dẫn đến số lượng và dải tần số của các bộ khuếch đại tạp âm nhỏ (LNA: Low Noise Amplifier) và các bộ đệm phát. Các xem xét tương tự cũng cần tiến hành đối với các phần tử đầu vô tuyến (FE: Front-End) liên quan đến số lượng và các tổ hợp các bộ khếch đại công suất (PA), các bộ lọc và số các cửa chuyển mạch anten. Tương tự cũng cần quyết định số các băng được hỗ trợ cần thiết trong đường truyền phân tập. Việc phải hỗ trợ nhiều băng và đa chế độ dẫn đến phải đưa ra các cấu trúc phân hệ vô tuyến tối ưu hóa sử dụng lại phần cứng nhất là trong FE khi mà kích thước và số lượng các phần tử trở thành vấn đề. Cải thiện trong lĩch vực này được tiến hành trên cơ sở các quá trình tối ưu hóa đã thực hiện trong các đầu cuôi EGPRS/WCDMA đồng thời mở rộng chúng để đáp ứng chức năng LTE. Như vậy không chỉ làm cho chức năng LTE phù hợp với chương trình khung kiến trúc được sử dụng cho 2G và 3G mà còn tìm ra các cơ hội để sử dụng lại phần cứng:  Phải đạt được hiệu năng LTE mà không sử dụng thêm các bộ lọc ngoài: giữa LNA và bộ trộn cũng như giữa máy phát và PA vì lọc đã được thực hiện trong một số thiết kế của WCDMA. Điều này không chỉ loại bỏ được hai bộ lọc trên một băng tần mà còn đơn giản hóa thiết kế TRX IC đa băng. Điều này tối quan trọng đối với chế độ FDD khi mà các băng sử dụng băng thông kênh lớn và khoảng cách song công nhỏ.  Tái sử dụng cùng một tuyến RF FE cho mọi băng tần không phụ thuộc vào chế độ khai thác. Điều này bao hàm việc sử dụng:  Dùng chung băng: sử dụng lại cùng bộ lọc thu cho mọi chế độ đặc EGPRS (bán song công) sử dụng lại bộ lọc song công cho chế độ FDD  Khuếch đại công suất đa chế độ: tái sử dụng cùng một PA cho mọi chế độ và băng tần. 2.2. Các thách thức đồng tồn tại vô tuyến mới Trong ngữ cảnh UE đa chế độ có nhiều hệ thống vô tuyến và nhiều modem (bộ điều chế và giải điều chế) đồng tồn tại như BT, vô tuyến FM, GPS, WLAN và DVBH, thì băng thông rộng hơn, sơ đồ điều chế mới và nhiều băng mới được đưa vào LTE sẽ tạo nên các thách thức đồng tồn tại mới. Tổng quan, các vấn đề đồng tồn tại do tín hiệu phát (TX) của một hệ thống (kẻ gây nhiễu) ảnh hưởng xấu lên hiệu năng máy thu (RX) của một hệ thống khác (nạn nhân) và nhất là độ nhạy của máy thu này. Có hai khía cạnh cần xem xét: tăng trực tiếp sàn tạp âm của nạn nhân do tạp âm ngoài băng của máy phát gây nhiễu xảy ra trong băng thu và giảm cấp hiệu năng máy thu do các cơ chế chặn. Tổng tạp âm máy thu do rò tạp ậm TX gây nhiễu vào máy thu nạn nhân được xác định phương trình như sau: N0 = Nintrinsic0 + NTxOOB0 = Nintrinsic0 + PTx max Loob0.Lisol = NintrinsicDTxoob trong đó No là tổng mật độ phổ công suất tạp âm; N intrinsic0 =kTNF là mật độ phổ công suất tạp âm bản năng máy thu (không có rò tạp âm từ máy phát) với k=1,38.l0-23 WHz-1K-1 là hằng số Boltzmann, T=290K và NF là hệ số tạp âm máy thu; PTxmax là công suất phát cực đại của máy phát gây nhiễu; Liso là cách ly giữa máy phát gây nhiễu và máy thu nạn nhân; L00B0[dBcHz-1] là suy hao ngoài băng lọc phát tương đối so với công suất phát trên một HZ ;DTXOOB là giảm độ nhạy do rò tạp âm phát. Hay theo dB DTxOOB[dB]=101g(l0Nintrinsic0/10 + 10Ptxmax - L00B0 – Lisol ) trong đó Nintrinsic0 = -174dBm.Hz-1+NF. Giảm độ nhạy do rò tạp âm từ TX gây nhiễu và máy thu nạn nhân đuợc mô tả trên hình 2.1. Hình 2.1 Ảnh hưởng giảm độ nhạy do rò tạp âm từ TX nhiễu và RX nạn nhân CHƯƠNG 3: CÁC VẤN ĐỀ THIẾT KẾ MÁY PHÁT LTE UE 3.1. Cân đối giữa tỉ lệ rò kênh lân cận và tiêu thụ công suất 3.1.1. Một số khái niệm cơ bản 3.1.1.1. PAPR (Peak to Average Power Ratio): Tỷ số công suất đỉnh trên công suất trung bình. Được biểu diễn bởi công thức toán học sau: Với s(t) là ký tự đa sóng mang trong khoảng thời gian 0 - Xem thêm -