Nghiên ứu thiết kế đại tín hiệu lớp vật lý cho truyền thông vô tuyến

Cấu trúc Doherty là một cấu trúc khuếch đại công suất nhằm đạt được hiệu suất cao trong vùng hoạt động tuyến tính, thường được sử dụng trong các ứng dụng trạm gốc BTS.. Mục đích nghiên c

Trang 1

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

~~~~~  ~~~~~

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

Đề tài:

NGHIÊN CỨU KHUẾCH ĐẠI TÍN HIỆU LỚP

Học viên thực hiện: NGUYỄN TRUNG THÀNH

v Giảng iên hướng dẫn: PGS.TS NGUYỄN XUÂN QUYỀN

Hà Nộ i, 10-2018

Tai ngay!!! Ban co the xoa dong chu nay!!! 17057205254051000000

Trang 2

L Ờ I CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan toàn bộ nội dung được trình bày trong bản luận văn này là kết quả tìm kiếm và nghiên cứu của riêng tôi dưới sự hỗ trợ và chỉ bảo của người hướng dẫn Các kết quả và dữ liệu được nêu trong luận văn là hoàn toàn trung thực và rõ ràng Mọi thông tin trích dẫn đều được tuân theo luật sở hữu trí tuệ, liệt kê rõ ràng các tài liệu tham khảo Tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm với những nội dung được viết trong luận văn này

Hà Nội, ngày 26 tháng 9 năm 2018

Tác giả luận văn

Nguyễn Trung Thành

HUST | NGUYỄN TRUNG THÀNH - CB160167 1

Trang 3

L Ờ I NÓI Đ Ầ U

1 Lý do chọn đề tài

Trong một hệ thống thu phát sóng vô tuyến điện, khuếch đại công suất là một khâu rất quan trọng và ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng, tính năng kỹ thuật của sản phẩm Nhu cầu truyền thông tin tốc độ càng cao, mạch khuếch đại công suất càng phải có băng thông rộng và “đa năng“- tức là có khả năng hoạt động ở một dải tần rất rộng Ngày nay, khuếch đại công suất đã có những bước phát triển vượt bậc, từ việc phát triển các công nghê chế tạo linh kiện khuếch đại thế hệ mới đến các kỹ thuật xây dựng cấu trúc mạch khuếch đại công suất với băng thông lớn, hiệu suất cao Đi kèm với nó, là các bộ khuếch đại ngày càng có độ tuyến tính cao hơn, vì lẽ đó, càng dễ dẫn đến suy hao do bão hòa từ khuếch đại

Do đó, đề tài “Nghiên cứu khuếch đại tín hiệu lớp vật lí cho truyền thông vô tuyến” được đưa ra nhằm mục đích nghiên cứu các phương pháp làm cho một

mạch khuếch đại công suất có thể khuếch đại tín hiệu với một băng thông lớn, hiệu suất cao hơn

2 Lịch sử nghiên cứu

William H.Doherty, thuộc phòng thí nghiệm Bell, là người đầu tiên đưa racấu trúc khuếch đại Doherty vào năm 1936 Cấu trúc Doherty là một cấu trúc khuếch đại công suất nhằm đạt được hiệu suất cao trong vùng hoạt động tuyến tính, thường được sử dụng trong các ứng dụng trạm gốc BTS Thông thường ở những hệ thống khuếch đại công suất khác để đạt hiệu suất hoạt động cao nhất thì công suất đầu ra nằm gần với điểm nén 1 dB Hiện nay, cùng với sự phát triển của công nghệ số, các mô hình hóa hệ thống, mạng phối hợp được đưa lên máy tính để thực hiện mô phỏng thiết kế, giúp người thiết kế tiết kiệm được mộtkhoản chi phí cũng như tiết kiệm rất nhiều thời gian Các phần mềm mô phỏng rất mạnh hiện nay như ADS, AWR hay ANSYS đang ngày càng hoàn thiện và hiệu quả hơn, giúp thiết kế dễ dàng và thuận tiện

3 Mục đích nghiên cứu của luận văn, đối tượng, phạm vi nghiên cứu

Đề tài được nghiên cứu, khảo sát và thực hiện với mục đích áp dụng các kiến thức đã học để xây dựng, thiết kế, kế thừa và phát triển, tạo ra một sản phẩm hỗ

Trang 4

trợ nâng cao độ khuếch đại và hiệu suất hoạt động của mạch khuếch đại côngsuất cao tần.

Đối tượng nghiên cứu bao gồm: các transistor khuếch đại công suất, mạch phối hợp trở kháng và các phần mềm hỗ trợ mô phỏng mạch điện

Phạm vi nghiên cứu bao gồm: các thông số của một mạch khuếch đại công suất băng rộng, cấu trúc một hệ thông khuếch đại công suất băng rộng và các kỹ thuật phối hợp trở kháng băng rộng

4 Tóm tắt cô đọng các luận điểm cơ bản và đóng góp mới của tác giả

Trong phạm vi luận văn đã đưa ra được các lý thuyết cơ bản của một mạch khuếch đại công suất, các phương pháp khuếch đại công suất băng rộng, các phương pháp phối hợp trở kháng băng rộng và ứng dụng mô phỏng một mạch cụ thể

5 Ph ương pháp nghiên cứu

Phương pháp nghiên cứu chính thông qua các nguồn tư liệu đã xuất bản, các bài báo đăng trên các tạp chí khoa học, datasheet của linh kiện, các diễn đàn thảo luận liên quan đến nội dung cần nghiên cứu

Phương pháp tham khảo tài liệu: bằng cách thu thập thông tin từ sách, tạp chí

về điện tử, viễn thông, truy cập từ mạng internet

Phương pháp quan sát: khảo sát một số sản phẩm có sẵn hoặc gần tương đương qua mạng internet, khảo sát các cử động cơ bản của người để chọn lựa phương án thiết kế sau này

Nghiên cứu kết hợp giữa phân tích tính toán lý thuyết và mô phỏng trên một mạch cụ thể để kiểm chứng

6 Lời cảm ơn

Cùng với việc thực hiện đề tài này, tác giả xin gửi lời cảm ơn đến các thầy

cô trong Viện điện tử viễn thông, trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, đặc biệt là thầy PGS.TS Nguyễn Xuân Quyền, đã nhiệt tình chỉ dẫn các bước, hướng nghiên cứu, thực hiện cũng như yêu cầu cần có của đề tài Cuối cùng, xin bày tỏ lòng cảm ơn chân thành đến các bạn thành viên trong lab RF đã hết lòng hỗ trợ

và đóng góp ý kiến trong suốt khoảng thời gian làm thực hiện đề tài

Trang 5

Trong quá trình thực hiện đề tài, dựa theo những kết quả đạt được bước đầu,

dù đã rất cố gắng tuy nhiên không tránh khỏi những thiếu sót và hạn chế nhất định Vì vậy, tác giả rất mong nhận được sự góp ý, bổ sung của các thầy cô để đề tài được tối ưu và hoàn thiện hơn

Trang 6

TÓM TẮ T Đ Ồ ÁN

Trong đề tài trình bày tổng quan về bộ khuếch đại công suất cao tần, cấu trúc và nguyên lý hoạt động của tầng khuếch đại công suất, cách thức phối hợp trở kháng, các tham số quan trọng phải tính toán để thiết kế một bộ khuếch đại công suất như công suất ra, độ khuếch đại, hiệu suất hoạt động, hệ số phản xạ độ ,

ổn định, độ tuyến tính,… Đi sâu vào nghiên cứu nguyên lí của bộ khuếch đại công suất Doherty nhằm cải thiện hiệu suất cho bộ khuếch đại và cuối cùng là quá trình thiết kế mô phỏng mạch khuếch đại công suấtDoherty band 3 sử dụng LDMOS MRF8S18120H với vật liệu Roger5870 mô phỏng thực tế EM và đánh giá kết quả đạt được

THESIS SUMARY

This thesis show overview of the high frequency power amplifier, structure and operational principle of a state’s power amplifier, the method of impedance matching, the important parameters that to design such as Power output, Gain, Total efficiency, Resonant reflection, VSWR, Introducing operational principle of a Doherty amplifier to enhance the performance Finally, implement

to build of Doherty amplifier for band 3 It uses LDMOS MRF8S18120H with Roger5870 material to simulate real EM and evaluate accomplished results

Trang 7

M Ụ C LỤ C

LỜI CAM ĐOAN 1

LỜI NÓI ĐẦU 2

TÓM TẮT ĐỒ ÁN 5

MỤC LỤC 6

DANH MỤC HÌNH ẢNH, BẢNG BIỂU 9

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT, TIẾNG ANH 12

PHẦN MỞ ĐẦU 13

PHẦN NỘI DUNG 15

CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ KHUẾCH ĐẠI 15

1.1 Khuếch đại công suất ở tần số vô tuyến 15

1.1.1 Giới thiệu về bộ khuếch đại 15

1.1.2 Phân loại bộ khuếch đại công suất 17

1.1.2.1 Khuếch đại công suất chế A, AB, B, C 18

1.1.2.2 Khuếch đại công suất chế D, DE, E, F, F-1 19

1.1.3 Các tham số quan trọng của mạch khuếch đại công suất 21

1.1.3.1 Hiệu suất hoạt động 21

1.1.3.2 Độ lợi công suất 21

1.1.3.3 Độ đồng đều khuếch đại 21

1.1.3.4 Độ tuyến tính 21

1.1.3.5 Tính ổn định 22

1.1.3.6 Nhiễu 22

1.2 Kết luận chương 23

CHƯƠNG II HỆ THỐNG LTE VÀ BỘ KHUẾCH ĐẠI CÔNG SUẤT THÍCH NGHI 24

Trang 8

2.1 Tổng quan về LTE 24

2.1.1 Công nghệ LTE 24

2.1.1.1 Cấu trúc mạng LTE 24

2.1.1.2 Các quy tắc trong hệ thống vô tuyến LTE 26

2.1.2 Tổng quan về LTE band 3 33

2.2 Bộ khuếch đại Doherty 34

2.2.1 Khuếch đại Doherty 35

2.2.1.1 Tổng quan về Doherty 35

2.2.1.2 Cấu trúc khuếch đại Doherty 36

2.2.1.2 Chế độ hoạt động ở mức công suất thấp 40

2.2.1.3 Chế độ hoạt động ở mức công suất trung 41

2.2.1.4 Chế độ hoạt động ở mức công suất đỉnh 42

2.2.2 Ưu nhược điểm của bộ khuếch đại Doherty 43

2.3 Kết luận chương 44

CHƯƠNG III PHÂN TÍCH VÀ THIẾT KẾ 45

3.1 Giới thiệu 45

3.2 Kiến trúc thiết kế 45

3.3 Chọn transistor cao tần 46

3.4 Phối hợp trở kháng 47

3.4.1 Phối hợp trở kháng cho bộ khuếch đại chính 50

3.4.2 Phối hợp trở kháng cho bộ khuếch đại phụ 56

3.5 Bộ chia công suất đầu vào 57

3.6 Thiết kế mô phỏng mạch nguyên lý bộ khuếch đại Doherty band3 59

3.6.1 Thiết kế mạch nguyên lý bộ khuếch đại Doherty band 3 59

3.6.2.Kết quả mô phỏng 61

Trang 9

3.7.Kết luận chương 65 PHẦN KẾT LUẬN 66 TÀI LIỆU THAM KHẢO 67

Trang 10

DANH MỤC HÌNH ẢNH, BẢNG BIỂU

Hình MĐ 1 Sơ khđồ ối cơ bản c a b phát vô tuy n 13 ủ ộ ếHình 1 1 M ch khuạ ếch đại trong h th ng vô tuy n 15ệ ố ếHình 1 2 Cấu trúc cơ bản của một mạch khuếch đại 16Hình 1 3 Sơ đồ tương đương ngu n dòng c a Transitor 16ồ ủHình 1 4 D ng sóng cạ ủa dòng điện cực máng 18Hình 1 5 D ng sóng cạ ủa các lớp A, B, AB, C 19Hình 1 6 M ch khuạ ếch đại ch E 20 ế độHình 2 1 C u trúc m ng LTE 24ấ ạHình 2 2 Điều ch ếvà giải điều ch 26ếHình 2 3 Các bước điều ch 26ếHình 2 4 Mô ph ng dỏ ạng điều ch QPSK trong LTE 27ếHình 2 5 Mô hình chòm sao 27Hình 2 7 Phân b t n s FDM xen k ổ ầ ố ẽcác tần số ả ệ b o v 29Hình 2 8 Mô hình hóa tr c giao trong OFDM 29ựHình 2 9Nhi u liên kí t ễ ựgây ra sự sai khác d li u 30ữ ệHình 2 10 Chèn ti n t ề ố vòng để i b 30loạ ỏ ISIHình 2 11 Cách thêm ti n t cyclic vào m u d li u 31ề ố ẫ ữ ệHình 2 12 Mô ph ng d ng tín hi u sau khi s dỏ ạ ệ ử ụng FFT 31Hình 2 13 Tương quan mẫu gi a OFDMA và SC FDMA trong mi n t n sữ ề ầ ố 32Hình 2 14 T ng quan v LTE band 3 33ổ ềHình 2 15 Mức độ tương thích sử ụ d ng LTE v i thi t b 34ớ ế ịHình 2 16 C u trúc khuấ ếch đại Doherty 36Hình 2 17 Sơ đồ kh i b ố ộ Doherty đơn giản 37Hình 2 18 Sơ đồ ộ b khuếch đại Doherty chi ti t 38ếHình 2 19 So sánh hi u su t khuệ ấ ếch đạ ớ ệi v i h khuếch đại đơn 38Hình 2 20 Mạch tương đương nguồn dòng 39Hình 2 21 Hai trường hợp đặc bi t trong mệ ạch tương đương nguồn dòng 40Hình 2 22 Gi i thiớ ệu nhánh đường truy n vi d i 41ề ả

Trang 11

Hình 2 23 Nhánh khuếch đại chính 41Hình 2 24 Nhánh khuếch đại công su t ph nh 43 ấ ụ đỉHình 3 1 C u trúc b khuấ ộ ếch đại đơn giản 45Hình 3 2 Sơ đồ kh i m ch khuố ạ ếch đại Doherty 46Hình 3 3 Sơ đồ xác định tr kháng transistor 49ởHình 3 4 Đồ th ị Smith xác định tr kháng vào tran ởMRF8S18120H_CARRIER 49Hình 3 5 Đồ th ị Smith xác định trở kháng vào tran MRF8S18120H_PEAKING 50Hình 3 6 Pad input c a transistor 50ủHình 3 7 Sơ đồ mô phỏng pad đầu vào c a MRF8S18120H_CARRIER 51ủHình 3 8 Hệ số S11 khi có pad input MRF8S18120H_CARRIER 51Hình 3 9 Phối hợp trở kháng cửa vào của tran MRF8S18120H_CARRIER 52Hình 3 10 Mạng phối hợp trở kháng đầu vào 53Hình 3 11 Pad output 53Hình 3 12 Sơ đồ mô phỏng pad đầu vào của MRF8S18120H_CARRIER 54Hình 3 13 Hệ số S22 khi có pad output MRF8S18120H_CARRIER 54Hình 3 14 Phối hợp trở kháng cửa ra của tran MRF8S18120H_CARRIER 55Hình 3 15 Mạng phối hợp trở kháng đầu ra MRF8S18120H_CARRIER 55Hình 3 16 Ph i h p tr kháng cho mố ợ ở ạch Khuếch đại ph 56ụHình 3 17 Mạng phối hợp trở kháng đầu vào MRF8S18120H_PEAKING 56Hình 3 18 Mạng phối hợp trở kháng đầu ra MRF8S18120H_PEAKING 56Hình 3 19 Sơ đồ bộ chia trong ADS 58Hình 3 20 Hệ số truyền đạt S31 và S21 58Hình 3 21 Pha của tín hiệu ra tại cổng 2 và cổng 3 của bộ chia công suất 59Hình 3 22 Các thành phần định hướng của mạch 60Hình 3 23 Sơ đồ ạ m ch nguyên lí t ng 60ổHình 3 24 Các tham s tán x cố ạ ủa bộ khuếch đại công su t 61ấHình 3 25 H s Sệ ố 22 của bộ khuếch đại Doherty 61Hình 3 26 Độ ổn định của bộ khuếch đại công su t 62ấHình 3 27 Hiệu suất của mạch khuếch đại Doherty 62

Trang 12

Hình 3 28 M ch Layout cạ ủa bộ khuếch đại công su t Doherty 64ấ

B ng 2 1 Phân b ả ổ băng tần FDD và TDD cho E-Utra 28

B ng 3 1 Các thông s ả ốyêu cầu thi t k 46ế ế

B ng 3 2 B ng thông s hoả ả ố ạt động c a tran MRF8S18120H 47ủ

B ng 3 3 Các ch ả ế độhoạt động c a khuủ ếch đại Doherty 47

B ng 3 4 Phân lo i ph i h p tr kháng 47ả ạ ố ợ ở

B ng 3 5 B ng tr ả ả ở kháng trước và sau khi ph i h p 56ố ợ

Bảng 3 6 Bảng thông số ủa bộ chia c X3C19P2-03S dở ải tần 1.7 2.2 GHz - [9] 57

B ng 3 7 Giá tr m nén 1dB cả ị điể ủa mạch khuếch đại Doherty 63

B ng 3 8 Giá tr m nén 1dB trong Datasheet[9] 63ả ị điể

Trang 13

DANH M C CÁC T Ụ Ừ VI T TẮ Ế T, TI Ế NG ANH

1 BJT Bipolar junction transistor Transistor lưỡng cực

2 BTS Base Transceiver Station Trạm thu phát gốc

3 DPA Doherty Power Amplifier Khuếch đại công suất

doherty

4 MOSFET Metal-Oxide Semiconductor

Field Effect Transistor

Transistor hiệu ứng trường

8 VSWR Voltage Standing Wave Ratio Hệ số sóng đứng điện áp

Trang 14

PHẦ N M Ở ĐẦ U

Trong các hệ thống thông tin liên lạc hiện đại, đặc biệt hệ thống viễn thông thì công nghệ 4G đang là xu hướng cho tương lai với hai ứng viên là LTE và WiMax Hiện tại thì công nghệ 3G như WCDMA hay HSDPA đang được sử dụng rộng rãi Hình dưới mô tả sơ đồ khối của bộ phát vô tuyến bao gồm bộ tạo dao động nội, bộ trộn, bộ lọc thông dải, bộ khuếch đại công suất và ăng ten

Hình MĐ 1 Sơ đồ khối cơ bản của bộ phát vô tuyến

Khuếch đại công suất là một phần quan trọng để xây dựng một hệ thống viễn thông thành công, là khâu cuối cùng trước khi đưa tín hiệu vào anten Hiệu suất cao và độ tuyến tính cao của bộ khuếch đại công suất là điều quan trọng cơ bản trong các hệ thống liên lạc không dây Hiệu suất cao được đòi hỏi cho sự tiêu thụ năng lượng thấp, thời gian sử dụng pin dài hơn và sự quản lý nhiệt độ Sự tuyến tính cao được đòi hỏi để đảm bảo tín hiệu qua khuếch đại công suất không bị méo Trong các hệ thống thông tin không dây, có hai loại hệ thống phát là hệ thống phát trạm gốc và hệ thống phát cầm tay Tín hiệu sử dụng trong các hệ thống không dây hiện đại là tín hiệu thay đổi theo thời gian Trong các công nghệ không dây hiện đại như LTE, WiMAX, HSDPA hay WCMA thường sử dụng điều chế OFDMA hay mQAM nên có tỷ số PAR cao

Việc điều khiển công suất của bộ phát vô tuyến được đòi hỏi trong các hệ thống không dây hiện đại Trên thực tế, điều khiển công suất được sử dụng trong

Trang 15

cả bộ phát trạm gốc và những bộ phát cầm tay (điện thoại di động) Trong các bộ

phát công suất trạm gốc thì công suất đầu ra cao hơn được đòi hỏi cho việc

truyền tín hiệu tới được biên giới của vùng phủ sóng một ăng ten trạm gốc khác

Trong các bộ phát cầm tay, tín hiệu đầu ra nên được truyền với nhiều mức khác

nhau để mà các mức công suất của tín hiệu nhận được từ các trạm gốc là tương tự

nhau cho tất cả các thuê bao

Vì vậy, việc phân tích và thiết kế hệ thống khuếch đại công suất thích nghi

cho trạm gốc áp dụng vào công nghệ 4G và 3G được thực hiện trong luận văn

này Luận văn đi vào nghiên cứu và thiết kế hệ thống khuếch đại công suất sử

dụng cấu trúc Doherty để nâng cao hiệu suất so với bộ khuếch đại đơn ở tần số

làm việc là 1.8 GHz, với công suất đầu ra tại điểm nén 1dB là lớn hơn hoặc bằng

40W Transistor khuếch đại công suất được chọn sử dụng công nghệ LDMOS

phù hợp cho bộ khuếch đại công suất đối với trạm gốc

Trong khuôn khổ luận văn tốt nghiệp, cùng với việc tìm hiểu các sách báo

trong và ngoài nước, tìm hiểu các thiết kế thực tế, tác giả đã chọn nghiên cứu để

tài: “Nghiên cứu khuếch đại tín hiệu lớp vật lí cho truyền thông vô tuyến”

Luận văn được trình bày với 3 phần, mỗi phần được trình bày thành các

chương, được thực hiện theo cấu trúc như sau:

Phần mở đầu: Tổng quan về cấu trúc của đề tài

Phần nội dung: Chia làm các chương

Chương 1: Tổng quan đề tài

Chương này trình bày tổng quan về một cơ sở hạ tầng siêu cao tần để người

đọc có cái nhìn tổng quan về lớp vật lí trong truyền thông vô tuyến

Chương 2: Cơ sở lí thuyết

Chương này đưa ra các lí thuyết tổng quan về các mạch khuếch đại, tổng quan

về LTE để đi đến lựa chọn bộ khuếch đại Doherty làm chủ thể chính trong đề tài

Chương 3: Phân tích và thiết kế chi tiết

Chương này trình bày cách thức xây dựng một mạch khuếch đại công suất

băng rộng, đồng thời áp dụng một trong các công cụ phần mềm đã nêu

Phần kết luận: Đưa ra đánh giá tổng quát về cái được và chưa được trong đề

tài đồng thời nêu lên hướng phát triển để cải thiện đề tài tốt hơn

Trang 16

PHẦ N N I DUNG Ộ

1.1 Khuế ch đ ạ i công su t t ấ ở ầ n số vô tuy n ế

1.1.1 Gi ới thiệu về ộ khuế b ch đ ạ i

Khuếch đại công suất là một phần quan trọng của một thiết bị thông tin vô tuyến điện Hình 1 mô tả vị trí của mạch khuếch đại công suất trong một hệ 1thống thông tin đơn giản Khuếch đại công suất được hiểu là một mạch điện dùng

để chuyển đổi điện áp một chiều thành năng lượng sóng cao tần bằng cách khuếch đại tín hiệu cao tần đầu vào [1]

Hình 1 1 Mạch khuếch đại trong hệ thống vô tuyến

Có nhiều cách để có thể thiết kế một mạch khuếch đại công suất cao tần, tùy từng ứng dụng và yêu cầu cụ thể, người thiết kế sẽ lựa chọn một dạng mạch cụ thể

Bản chất của việc thiết kế mạch khuếch đại công suất là việc lựa chọn điểm định thiên cho transistor và thiết kế mạch phối hợp trở kháng vào và ra để đạt được yêu cầu kỹ thuật Với mỗi điểm định thiên và mạng phối hợp trở kháng, mạch khuếch đại được phân loại theo chế độ và được gán theo các chữ cái theo bảng chữ cái alphabet như A, B, AB, C, D, E, F

Hình 1.2 mô tả cấu trúc cơ bản của một mạch khuếch đại Mục đích của mạch phối hợp dùng để tìm ra trở kháng yêu cầu của transistor bằng cách sử dụng các phần tử rời rạc

Trang 17

Hình 1 2 Cấu trúc cơ bản của một mạch khuếch đại

Khi transistor hoạt động giống như nguồn dòng phụ thuộc, dạng sóng của dòng điện cực máng được xác định bởi dạng sóng của điện áp đặt vào cực cửa, điểm hoạt động của transistor và trở kháng tải Do transistor phải hoạt động trong vùng bão hòa nên điện áp cực máng VDS phải được giữ cao hơn giá trị điện áp cực máng tối thiểu VDSmin, nghĩa là VDS > VDSmin = VGS – Vth (Vth là điện áp ngưỡng của transistor) Độ lớn của dòng điện cực máng và điện áp cực máng là gần như tỷ lệ với độ lớn của điện áp cực cửa nên chế độ hoạt động này phù hợp với những khuếch đại công suất tuyến tính

Hình 1 3 Sơ đồ tương đương nguồn dòng của Transitor

Khi transitor hoạt động như một chuyển mạch, transitor hoạt động trong vùng ohmic khi đóng và trong vùng khóa khi mở Để duy trì hoạt động trong vùng ohmic, transistor đòi hỏi VDS < VGS – Vth Nếu VGS được tăng tại một trở kháng

Trang 18

tải cho trước, biên độ của VDS sẽ tăng làm cho transistor ban đầu hoạt động trong vùng bão hòa sau đó chuyển sang vùng ohmic.Trong hầu hết các ứng dụng, transistor hoạt động như một chuyển mạch được điều khiển bởi một điện áp dạng hình chữ nhật tại cực cửa Tại miền tần số cao, nơi mà rất khó để sinh ra những điện áp có dạng hình chữ nhật thì điện áp tại cực cửa dạng hình sin được sử dụng

để điều khiển một transistor hoạt động như một chuyển mạch Việc sử dụng transistor như là một chuyển mạch nhằm đạt được hiệu suất khuếch đại cao Khi transistor dẫn một dòng điện cực máng cao, điện áp cực máng là thấp, dẫn đến sự tổn hao công suất thấp

Nếu transistor được điều khiển bởi điện áp VGS dạng hình sóng sin với biên

độ cao, nó hoạt động trong vùng bão hòa khi giá trị tức thời của VGS thấp và hoạt động như một chuyển mạch khi giá trị tức thời của VGS o ca

Chức năng chính của mạng đầu ra là: chuyển đổi trở kháng, loại bỏ hài, lọc phổ tín hiệu trong băng tần sử dụng để tránh giao thoa với các tín hiệu thông tin khác với các kênh liền kề

1.1.2 Phân lo ạ i bộ khuế ch đ ạ i công su t ấ

Chương này sẽ giới thiệu vắn tắt các chế độ hoạt động của một mạch khuếch đại công suất[2]

Chế độ A, B, AB, C là các chế độ hoạt động “thông thường” Hình 1.3 chỉ ra một mô hình phân loại các chế độ dựa trên điểm phân cực của transistor Điểm chung của các chế độ hoạt động này là điện áp đầu ra có dạng hình sin và có sự xuất hiện của các tín hiệu phổ hài

Chế độ D, DE, E được biết là các chế độ chuyển mạch Lúc này transistor hoạt động giống như một khóa chuyển mạch Mạch khuếch đại chế độ chuyển mạch yêu cầu mạch phối hợp trở kháng đầu ra cần một bộ cộng hưởng do vậy không phù hợp cho mạch khuếch đại dải rộng

Chế độ F và F-1 (đảo chế độ F) là chế độ sử dụng các tín hiệu hài Chế độ khuếch đại này có hiệu suất cao hơn so với các chế độ khác Chế độ này yêu cầu một mạch phối hợp trở kháng ra phức tạp và có băng thông hoạt động nhỏ nhất trong tất cả các chế độ

Trang 19

1.1.2.1 Khu ế ch đ ạ i công su t ch A, AB, B, C ấ ế

Trong lớp A, góc dẫn 2θ là 3600, điện áp VGS phải cao hơn điện áp ngưỡng của transistor Vth, tức là VGS > Vth Điều này đạt được bằng cách chọn thành phần một chiều của VGS lớn hơn mức ngưỡng Vt phù hợp, VGS – Vgsm > Vth (Vgsm là biên độ của thành phần xoay chiều của của điện áp cực cửa Dòng điện cực máng một chiều ID phải lớn hơn biên độ của thành phần xoay chiều Im của dòng điện cực máng Khi đó transistor sẽ dẫn cả chu kỳ Dạng sóng của tín hiệu ra được biểu diễn trên hình

Hình 1 4 Dạng sóng của dòng điện cực máng

Trong lớp B, góc dẫn là 1800 Thành phần một chiều VGS bằng với điện áp ngưỡng Vt và dòng điện phân cực của cực máng ID bằng 0 Do đó, transistor sẽ dẫn một nửa chu kỳ Theo lý thuyết, hiệu suất tối đa đạt được là 78.5% Độ tuyến tính giảm xuống do transistor chỉ hoạt động ở một nửa chu kỳ tín hiệu Và cũng theo lý thuyết, chế độ B cũng đạt độ tuyến tính cao nhưng không bằng chế độ A nhưng yêu cầu đầu vào có mức biên độ tín hiệu lớn hơn Chế độ B thường được thực hiện ở mạch khuếch đại công suất kiểu đẩy kéo Kiểu khuếch đại này sử -dụng 2 transistor song song, mỗi transistor khuếch đại một nửa chu kỳ tín hiệu Ở mạch khuếch đại kiểu đẩy kéo, toàn bộ hài bậc chẵn của dòng tải được loại bỏ.-Trong lớp AB, góc dẫn nằm giữa 1800 và 3600 Thành phần một chiều VGSlớn hơn so với Vt không đáng kể và transistor được phân cực tại một nguồn dòng điện cực máng ID nhỏ Lớp AB là lớp giữa lớp A và lớp B Dạng sóng của tín hiệu ra được biểu diễn trên hình

Trong lớp C, góc dẫn của dòng điện cực máng là nhỏ hơn 1800 Điểm hoạt động nằm trong vùng cut off bởi vì V- GS < Vth Dòng điện phân cực ID là bằng 0

Trang 20

Transistor dẫn nhỏ hơn một nửa chu kỳ Dạng sóng của tín hiệu ra được biểu diễn trên hình.

Hình 1 5 Dạng sóng của các lớp A, B, AB, C

Hoạt động của lớp A, AB, và B được sử dụng trong khuếch công suất âm thanh và trong tần số vô tuyến, trái lại lớp C chỉ sử dụng trong khuếch đại công suất trong miền tần số vô tuyến

1.1.2.2 Khu ế ch đ ạ i công su t ch D, DE, E, F, F ấ ế -1

Transistor hoạt động như một chuyển mạch dùng trong lớp D, E, DE của khuếch đại công suất trong miền tần số vô tuyến Trong lớp F, transistor có thể hoạt động hoặc là một nguồn dòng phụ thuộc hoặc là một chuyển mạch

Mạch khuếch đại công suất ở dạng chuyển mạch có thể đưa ra hiệu suất cao hơn dạng hỗ dẫn Ở dạng này, transistor được điều khiển bởi một tín hiệu đầu vào lớn và transistor giống như một chuyển mạch điện tử hơn là một nguồn dòng

Sự chồng lấn giữa dòng điện non zero và điện áp non zero theo thời gian là rất - nhỏ khiến hiệu suất đạt được rất cao Theo nguyên lý, hiệu suất hoạt động lúc này có thể đạt được 100% mà không thay đổi mức công suất đầu ra Độ tuyến tính ở dạng này thấp, tuy nhiên, có một số cấu trúc bộ khuếch đại sử dụng chế độ này và sử dụng một số kỹ thuật nhằm tăng độ tuyến tính như LINC ( Linear amplification using nonlinear components – khuếch đại tuyến tính sử dụng phần

-HUST | NGUYỄN TRUNG THÀNH - CB160167 19

Trang 21

tử phi tuyến ) và EER ( envelop elimination and restoration - khử và khôi phục đường bao)

Một trong những chế độ thường gặp nhất ở dạng này là chế độ E với transistor hoạt động như một chuyển mạch bật tắt Dòng điện cực máng và điện áp không -chồng lấn nhau liên tục nên công suất tiêu tán tối thiểu và hiệu suất tối đa Một mạch khuếch đại chế độ E điển hình được chỉ ra trên hình 1.6 Đầu ra bao gồm một tụ điện nhánh C và một mạch cộng hưởng nối tiếp được mắc nối tiếp với một phần tử kháng jX và tải đầu ra RL Mạch cộng hưởng nối tiếp cộng hưởng tại tần

số đầu vào làm cho tín hiệu đầu ra sẽ có dạng hình sin Phần tử kháng jX được điều chỉnh để dịch pha giữa điện áp đầu ra trên tải và điện áp trên cực máng

Hình 1 6 Mạch khuếch đạ i ch độ E ế

Ưu điểm lớn nhất của mạch khuếch đại chế độ E là sự chuyển mạch mềm, nó giúp làm giảm tổn hao chuyển mạch và cấu trúc mạch đơn giản hơn so với mạch khuếch đại chế độ F Tuy nhiên, nhược điểm lớn nhất của mạch khuếch đại chế

độ E là có sự xuất hiện điện áp đỉnh tại cực máng khi tụ C được nạp

Có 2 cách để giải quyết vấn đề này:Phương pháp 1 là giảm điện áp đỉnh và chấp nhận giảm một chút hiệu suất Phương pháp 2 là sử dụng transistor có điện

áp chịu đựng lớn hơn

Mạch khuếch đại chế độ F sử dụng kỹ thuật “bẫy hài harmonic traps” để – làm cho hài bậc chẵn và bậc lẻ ngắn mạch và hở mạch lần lượt Kỹ thuật này làm cho tín hiệu hình vuông đầu ra bị uốn tròn và trở thành tín hiệu hình sin

Chế độ F có thể đạt hiệu suất rất cao bởi sự chồng lấn giữa điện áp và dòng điện là nhỏ nhất Chế độ hoạt động “F- đảo với tên gọi là F” -1, có cấu trúc tương

tự chế độ F nhưng hài bậc chẵn hở mạch trong khi hài bậc lẻ bị ngắn mạch

Trang 22

1.1.3 Các tham s ố quan trọng của mạch khuế ch đ ạ i công su t ấ

1 1.3.4 Độ tuyến tính

Độ tuyến tính là một thông số rất quan trọng của một hệ thống cao tần băng rộng Tín hiệu phi tuyến vào lớn có thể làm đầu ra đạt giá trị cực đại và gây hiện tượng cắt đỉnh tín hiệu Tính phi tuyến của một mạch khuếch đại gây ra méo AM-AM và méo AM PM Có nhiều cách đánh giá độ phi tuyến của một mạch -khuếch đại Cách đơn giản nhất là đo điểm nén 1dB ( P1dB) cho tín hiệu đơn tần Phương pháp thứ 2 là đo sóng đôi ( two tone), phương pháp này sẽ đưa ra thông -

Trang 23

tin về méo điều chế trong, thường dùng đo điểm cắt méo bậc 3 (third-order intermodulation distortion – IMD3)

Độ tuyến tính thường tỉ lệ nghịch với hiệu suất làm việc, như mạch khuếch đại chế độ A, độ tuyến tính rất cao nhưng hiệu suất rất thấp Các chế độ hoạt động khác như B hay AB có độ tuyến tính rấp thấp nhưng lại có hiệu suất cao

Có một số phương pháp thay đổi cấu trúc mạch sao cho vừa có hiệu suất cao, vừa có độ tuyến tính cao như : feed forward, Doherty, khử và khôi phục đường -bao và LINC ( khuếch đại tuyến tính với các phần tử phi tuyến)

1.1.3.5 Tính ổ n đ ị nh

Độ ổn định là một yêu cầu chắc chắn khi thiết kế mạch khuếch đại công suất

và có thể được đánh giá bởi ma trận tán xạ S, mạng phối hợp trở kháng Dao động bị sinh ra khi đầu vào hoặc đầu ra xuất hiện giá trị trở kháng âm Chúng xuất hiện khi |Γ|IN> 1hoặc |Γ|OUT> 1 Hệ số ổn định K thường được đánh giá và

được đưa ra bởi phương trình:

1.1.3.6 Nhi u ễ

Trong bộ khuếch đại công suất, thậm chí khi không có tín hiệu đầu vào thì vẫn xuất hiện một điện áp đầu ra, tín hiệu công suất đầu ra này được xem là công suất nhiễu khuếch đại Công suất nhiễu đầu ra khuếch đại công suất của tổng tín hiệu nhiễu đầu vào

Hệ số nhiễu F được tính theo công thức:

NF được tính theo công thức:

Nhiễu cho hệ thống ghép tầng theo công thức Fris

Trang 24

1.2 K t lu ế ận chương

Trong chương này đã trình bày các vấn đề lý thuyết cơ bản về khuếch đại công suất bao gồm: sơ đồ khối mạch khuếch đại công suất, các tham số khuếch đại công suất, các chế độ hoạt động của khuếch đại công suất, đây là nền tảng cơ

sở để xây dựng khối khuếch đại công suất thích nghi được trình bày ở chương tiếp theo

Trang 25

CHƯƠNG II H Ệ TH NG LTE VÀ B KHUẾ Ố Ộ CH Đ Ạ I

CÔNG SUẤT THÍCH NGHI 2.1 T ổ ng quan về LTE

2.1.1 Công ngh LTE ệ

Hệ thống thông tin di động 4G đã được đưa vào khai thác và sử dụng tại một

số quốc gia phát triển trên thế giới từ năm 2012 Với sự đột phá về dung lượng,

hệ thống di động 4G cung cấp những dịch vụ phục vụ sâu hơn vào đời sống sinh hoạt thường nhật, công việc cũng như có sự tác động lớn đến lối sống của chúng

ta trong tương lai gần

2.1.1.1 C ấ u trúc mạ ng LTE

Trong đề tài này, hệ thống LTE được mô phỏng với phiên bản rel 8 với khả năng cải thiện mạnh mẽ thông lượng Mục tiêu DL gấp 3 4 lần so với HSDPA -release 6 và mục tiêu UL gấp 2 tới 3 lần so với HSUPA release 6

Ngoài ra còn giảm thiểu đáng kể trễ và có tính linh hoạt cao

Hệ thống LTE được giới thiệu theo tiêu chuẩn mới nhất của 3GPP được giới thiệu theo hình sau:

Hình 2 1 Cấu trúc mạng LTE

Mạng truy nhập vô tuyến RAN (Radio Access Network): mạng truy nhập vô tuyến của LTE được gọi là E UTRAN và một trong những đặc điểm chính của -

nó là tất cả các dịch vụ, bao gồm dịch vụ thời gian thực, sẽ được hỗ trợ qua

Trang 26

những kênh gói được chia sẻ Phương pháp này sẽ tăng hiệu suất phổ, làm cho dung lượng hệ thống trở nên cao hơn Một kết quả quan trọng của việc sử dụng truy nhập gói cho tất cả các dịch vụ là sự tích hợp cao hơn giữa những dịch vụ đa phương tiện và giữa những dịch vụ cố định và không dây.

Có nhiều loại chức năng khác nhau trong mạng tế bào Dựa vào chúng, mạng

có thể được chia thành hai phần: mạng truy nhập vô tuyến và mạng lõi Những chức năng như điều chế, nén, chuyển giao thuộc về mạng truy nhập Còn những chức năng khác như tính cước hoặc quản lý di động là thành phần của mạng lõi Với LTE, mạng truy nhập là E UTRAN và mạng lõi là EPC Mục đích chính của -LTE là tối thiểu hóa số node Vì vậy, người phát triển đã chọn một cấu trúc đơn node Trạm gốc mới phức tạp hơn NodeB trong mạng truy nhập vô tuyến WCDMA/HSPA, và vì vậy được gọi là eNodeB (Enhance Node B) Những eNodeB có tất cả những chức năng cần thiết cho mạng truy nhập vô tuyến LTE,

kể cả những chức năng liên quan đến quản lý tài nguyên vô tuyến Giao diện vô tuyến sử dụng trong E UTRAN bây giờ chỉ còn là S1 và X2 Trong đó S1 là giao -diện vô tuyến kết nối giữa eNodeB và mạng lõi S1 chia làm hai loại là S1-U là giao diện giữa eNodeB và SAE –GW và S1-MME là giao diện giữa eNodeB và MME X2 là giao diện giữa các eNodeB với nhau

Mạng lõi: mạng lõi mới là sự mở rộng hoàn toàn của mạng lõi trong hệ thống 3G, và nó chỉ bao phủ miền chuyển mạch gói Vì vậy, nó có một cái tên mới: Evolved Packet Core (EPC) Cùng một mục đích như E UTRAN, số node trong -EPC đã được giảm EPC chia luồng dữ liệu người dùng thành mặt phẳng người dùng và mặt phẳng điều khiển Một node cụ thể được định nghĩa cho mỗi mặt phẳng, cộng với Gateway chung kết nối mạng LTE với internet và những hệ thống khác EPC gồm có một vài thực thể chức năng - MME (Mobility Management Entity): chịu trách nhiệm xử lý những chức năng mặt bằng điều khiển, liên quan đến quản lý thuê bao và quản lý phiên - Gateway dịch vụ (Serving Gateway): là vị trí kết nối của giao tiếp dữ liệu gói với E-UTRAN Nó còn hoạt động như một node định tuyến đến những kỹ thuật 3GPP khác - P-Gateway (Packet Data Network): là điểm đầu cuối cho những phiên hướng về mạng dữ liệu gói bên ngoài Nó cũng là Router đến mạng Internet - PCRF

Trang 27

(Policyand Charging Rules Function): điều khiển việc tạo ra bảng giá và cấu hình

hệ thống con đa phương tiện IP IMS (the IP Multimedia Subsystem) cho mỗi người dùng - HSS (Home Subscriber Server): là nơi lưu trữ dữ liệu của thuê bao cho tất cả dữ liệu của người dùng Nó là cơ sở dữ liệu chủ trung tâm trong trung tâm của nhà khai thác

2.1.1.2 Các quy t c trong h th ắ ệ ố ng vô tuyến LTE

a Điề u ch ế

Tín hiệu băng rộng không thể truyền trực tiếp tới anten do tín hiệu không thể quảng bá trên giao diện vô vô tuyến Do đó tín hiệu băng rộng hay bản tin được điều chế trước khi truyền đi trên giao diện vô tuyến Sau đó lại tiếp tục được giải điều chế ở phía bên thu

Hình 2 2 Điề u chế và giải điều chế

Theo tiêu chuẩn 3GPP , tùy theo chất lượng vô tuyến và LTE sử dụng 3 mức điều chế QAMs cả cho pha và biên độ tín hiệu Hệ thống LTE hỗ trợ cho cả UL

và DL các điều chế như: QPSK, 16QAM, 64-QAM

Hình 2 3 Các bước điề u chế

Ta có thể mô tả điều chế dựa trên mô hình chòm sao Ví dụ, QPSK là điều chế mạnh mẽ nhất Nó được mô tả theo mô hình chòm sao với :

Bán kính, R là biên độ, góc mô tả pha

Trang 28

Hình 2 4 Mô phỏng dạng điều chế QPSK trong LTE

Hình 2 5 Mô hình chòm sao

Trước khi dữ liệu được truyền trên giao diện vô tuyến, bộ phát thực hiện mã hóa để có khả năng phát hiện hoặc sửa lỗi Số lượng parity được gọi là coding rate

b Khái ni ệm cơ bả n về OFDMA

Hệ thống LTE là một mô hình có tính hiệu quả cao để truyền cả tín hiệu dữ liệu và tín hiệu điều khiển giữa một trạm gốc eNodeB mà một thiết bị di dộng người dụng LTE sử dụng một vài công nghệ mới đối với các ứng dụng di dộng Trong đó bao gồm ghép kênh tần số trực giao OFDM và công sử dụng anten MIMO để truyền dữ liệu

Mặc dù hệ thống LTE sử dụng cả hai công nghê FDD và TDD để tách biệt lưu lượng UL và DL, tuy nhiên theo trị trường thì các hệ thống được sử dụng vẫn

Trang 29

Các dải tần số FDD được ghép cho phép cố thể truyền đồng thời trên hai tần

số Giữa các dải cũng có một khoảng bảo vệ cho phép các tín hiệu truyền đi không ảnh hưởng tới hiệu suất máy thu

E-UTRAN được thiết kế để hoạt động trên các dải tần số được định nghĩa trên bảng sau:

Bảng 2 1 Phân bổ băng tần FDD và TDD cho E-Utra

Có một vài cách thường sử dụng để truyền dữ liệu qua một dải tần số để chia

sẻ tài nguyên trên một số thiết bị

TDMA: Các người dùng được phân biệt bởi các khe thời gian, cách này thường sử dụng trong GSM

CDMA: Người sử dụng được phân biệt bởi các mã xáo trộn Các người dùng này có thể nhận tín hiệu và dữ liệu trong cùng một khoảng thời gian và trên cùng một tần số Phương pháp này được sử dụng trong 3G

FDMA: Các thiết bị đầu cuối được phân biệt bởi tần số Hệ thống LTE sử dụng một phương pháp cải tiến từ FDMA , được gọi là OFDMA

Mục đích của hệ thống di động LTE làm tăng tốc độ cũng như hiệu suất sử dụng phổ, do vậy OFDMA được sử dụng để tối ưu hiêu hiệu quả sử dụng băng thông hệ thống

Trang 30

Trong FDM, các sóng mang con được phân biệt trên mỗi miền tần số để tránh gây ra nhiễu giữa các tần số lân cận.

Hình 2 6 Phân bổ tần số FDM xen kẽ các tần số bảo vệ

Tuy nhiên cách này gây lãng phí rất nhiều hiệu suất sử dụng phổ bởi vì các khoảng tần số bảo vệ không được sử dụng để truyền dữ liệu OFDM cho phép loại bỏ các khoảng tần số bảo vệ này đi Lợi ích ta đạt được là sẽ có thêm nhiều các sóng mang con hơn, điều này cho phép nhiều mẫy tín hiệu được truyền đi trong cùng một khoảng thời gian Trực giao tần số đem lại khả năng sử dụng phổ hiệu quả hơn

Trong OFDM, các tần số sóng mang phụ được chọn để các sóng mang phụ trực giao với nhau, có nghĩa rằng sự giao thoa sữa các sóng mang phụ được loại

bỏ Điều này giúp chúng ta loại bỏ được các khoảng tần bảo vệ

Trực giao yêu cầu các khoảng tần số sóng mang phụ :

Hình 2 7 Mô hình hóa trực giao trong OFDM

Trang 31

Chính vì vậy, OFDM cho phép các sóng mang có mật độ cao mà không gây

ra nhiễu liên tần số

Do các hiện tượng truyền tín hiệu, như phản xạ hoặc nhiễu xạ, một bộ thu cóthể nhận được một số phiên bản bị trì hoãn của cùng một tín hiệu Điều này tạo ra nhiễu liên kí tự

Hình 2 8 Nhiễu liên kí tự gây ra sự sai khác dữ liệu

Để loại bỏ vẫn đề này, ta chèn thêm một khoảng bảo vệ giữa mỗi mẫu Với cách này, ISI vẫn còn tồn tại, tuy nhiên phía bên thu sẽ không bị ảnh hưởng bởi nhiễu

Hình 2 9 Chèn tiền tố vòng để loại bỏ ISI

Khoảng bảo vệ này được gọi là tiền tố vòng Tiền tố vòng được tạo ra bằng cách lấy một phần mẫu ở cuối chèn lên đầu mẫu để đảm bảo tính liên tục Nó cho

Trang 32

phép tạo điều kiện cho việc giải điều chế Điều này cho phép dễ dàng điều chế hơn sau khi FFT.

Hình 2 10 Cách thêm tiền tố cyclic vào mẫu dữ liệu

Tuy nhiên khi sử dụng OFDMA cho tuyến Downlink (DL), tỉ số công suất đỉnh trên công suất trung bình (PAPR) rất lớn nên tổn hao năng lượng Do đó, tại tuyến lên ừt thiết b ị của người dùng, người ta sử dụng phương thức SC-FDMA thay thế cho OFDMA nhằm tiết kiệm năng lượng

Hình 2 11 Mô phỏng dạng tín hiệu sau khi sử dụng FFT

Trang 33

d SC- FDMA cho tuy n Uplink ế

Vấn đề hạn chế công suất trở thành ọng đtr iểm cần được quan tâm trong đường Uplink (UL) Tín hiệu với tỉ số PAPR cao sẽ hạn chế công suất phát trên đường UL và giảm độ phủ sóng

Vì vấn đề này, trên đường UpLink, LTE sử dụng một phương pháp đa truy nhập được biến đổi từ OFDMA đó là SC FDMA hay còn gọi là Single Carier- - Frequency Division Multiple Access

SC-FDMA cải thiện hệ số PARP so với OFDM Điều này sẽ giảm được chi Aphí khuếch đại công suất cho mobile ngoài ra còn giảm thiểu công suất khuếch đại back off làm tăng vùng phủ Trên DL, việc sử dụng kết hợp OFDM cùng với -một vài kĩ thuật giảm thiểu PARP như clipping and filtering, tones reservation, Còn trên đường UL, ta lựa chọn SC FDMA với các ưu điểm của OFDM và khả -năng giảm thiểu hệ số PARP.Ngoài ra SC FDMA là một sơ đồ truyền dẫn kết -hợp nhiều đặc tính cần thiết ví dụ: PARP, khả năng giải quyết sự cân bằng chất lượng cao với độ phức tạp thấp trong miền tần số, có khả năng sử dụng như phương pháp FDMA mà không cần tần số bảo vệ nên sẽ linh hoạt trong việc lựa chọn tần số Chính vì thế, trên đường uplink, SCFDMA được lựa chọn để giải quyết các vấn đề cả về hiệu suất sử dụng băng thông cũng như tính phù hợp với thiết bị di động

Với OFDM, mỗi mẫu sẽ được coi như 1 sóng mang con( kênh phẳng) Còn trên SCFDMA, mỗi mẫu được nhìn như một băng thông rông hơn( ví dụ : mx180KHz)

Ta có thể nhìn qua sự so sánh tương quan mẫu giữa OFDMA và SCFDMA qua hình sau:

Hình 2 12 Tương quan mẫ u giữa OFDMA và SC FDMA trong miền tần số

Trang 34

2.1.2 T ổ ng quan về LTE band 3

V ới dải tần1800 MHz, LTE ban 3 được ếp ào óm ăng tần trung (1700 d x v nh b– 2300 MHz) Đường Uplink từ 1710-1785 MHz và Dowlink từ 1805-1880 MHz chiếm 75 MHz băng thông, được xếp th 2 ch sau band 22 trong dải băng tần ứ ỉFDD c LTE Mủa ức h tr dowỗ ợ nload và upload đạt đến Category 18 (Cat 18)

t ng ươ đương v 1206 Mbit/s cho Downlink và 211 Mbit/s v ới ới đường Uplink Theo lý thuyết, 1800 MHz, độ khỏe của sóng sẽ hạn chế và do đó, vùng phủ của một trạm thu phát sẽ không lớn, dẫn tới số lượng trạm thu phát nhiều, đồngngh v ĩa ới chi phí triển khai mạng lưới cũng sẽ tăng lên tương đối

Tuy nhiên, theo thống kê thực tế của Hiệp hội các nhà cung cấp dịch vụ di động toàn cầu (GSA) thì 1800 MHz lại đang là phổ tần phổ biến nhất cho triển khai và thương mại hóa công nghệ 4G LTE khi có tới 246 trong tổng số 521 mạng LTE thương mại được triển khai trên băng tần này, chiếm tỉ trọng 47% Cũng theo GSA, mạng LTE sử dụng băng tần 1800 MHz hay còn gọi là LTE1800 đã được triển khai tại 110 trong tổng số 170 quốc gia trên thế giới đã thương mại hóa 4G

Hình 2 13 Tổng quan về LTE band 3

Ngoài chiếm ưu thế tuyệt đối về số mạng thương mại, 1800 MHz cũng là băng tần có số lượng thiết bị hỗ trợ người dùng lớn nhất khi có đến 3.889 trong tổng số 6.504 mẫu thiết bị hỗ trợ LTE, tương đương gần 60% có thể hoạt động

Tiêu đề	Nghiên Cứu Khuếch Đại Tín Hiệu Lớp Vật Lý Cho Truyền Thông Vô Tuyến
Tác giả	Nguyễn Trung Thành
Người hướng dẫn	PGS.TS. Nguyễn Xuân Quyền
Trường học	Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội
Chuyên ngành	Điện Tử - Viễn Thông
Thể loại	luận văn thạc sĩ
Năm xuất bản	2018
Thành phố	Hà Nội

Định dạng
Số trang	68
Dung lượng	4,98 MB