Bài báo cáo thu phát vô tuyến

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 1 Giảng viên hướng dẫn: THS. NGUYỄN VIẾT MINH Tên đề tài: Thiết kế máy phát di động cho LTE UE Nhóm: 10 Các thành viên: Nguyễn Hải Nam Nguyễn Việt Anh Lê Minh Tuấn Lớp: D10VT3 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 3 DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ BẢNG BIỂU 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 DVB- H, 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: N 0 = N intrinsic0 + N TxOOB0 = N intrinsic0 + max 0. PTx Loob Lisol = N intrinsic D Txoob 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 -1 K -1 là hằng số Boltzmann, T=290K và NF là hệ số tạp âm máy thu; P Txmax là công suất phát cực đại của máy phát gây nhiễu; L iso là cách ly giữa máy phát gây nhiễu và máy thu nạn nhân; L 00B0 [dBcHz -1 ] là suy hao ngoài băng lọc phát tương đối so với công suất phát trên một HZ ;D TXOOB là giảm độ nhạy do rò tạp âm phát. Hay theo dB D TxOOB [dB]=101g(l0 Nintrinsic0/10 + 10 Ptxmax - L00B0 – Lisol ) trong đó N intrinsic0 = -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 [...]... chưa lớn Trong bài báo cáo này, chúng em chi đưa ra sơ đồ một trạm máy phát 4G LTE và các vấn đề khi thiết kế một máy phát 4G LTE UE để chúng ta có thể hiểu rõ hơn một trạm máy phát 4G LTE UE hoạt động như thế nào và thách thức khi thiết kế một trạm máy phát TÀI LIỆU THAM KHẢO 1 TS Nguyễn Phạm Anh Dũng, Thu phát vô tuyến 2 TS Nguyễn Phạm Anh Dũng, Lý thuyết trải phổ và đa truy nhập vô tuyến 3 http://doc.edu.vn/tai-lieu/luan-van-cac-phuong-phap-giam-ty-so-congsuat-dinh-tren-trung-binh-trong-ofdm-51125/... việc thiết kế các bộ khuếch đại công suất UE Các máy phát trong hệ thống SC-FDMA cũng sử dụng các tần số trực giao khác nhau để phát đi các ký hiệu thông tin và chúng được phát đi lần lượt Các sắp xếp này làm giảm đáng kể sự thăng giáng của đường bao tín hiệu của dạng sóng phát Hình 3.1 Kĩ thu t SC-FDMA trong 4G-LTE 3.1.2 So sánh các yêu cầu phần vô tuyến LTE UE với WCDMA/HSPA Quy định cửa sổ công suất... được định nghĩa bởi các phương trình đặc tả lớp vật lý) và tín thiệu thực tế đựơc phát (được chuẩn hóa theo biên độ của tín hiệu dự kiển) Biểu diễn hỉnh học được thể hiện trên hình 1.1 EVM thiết lập SNR cho phép cực đại của đường truyền vô tuyến khi không có tạp âm, nhiễu, tổn hao đường truyền và các dạng méo khác do kênh vô tuyến gây ra Vì thế nó được sử dụng để xác định bậc điều chế và tỷ lệ mã hữu dụng... lọc 3.2 Độ chính xác điều chế của máy phát LTE, EVM 3.2.1 Định nghĩa EVM Chất lượng của tín hiệu vô tuyến được phát phải thực hiện một số yêu cầu nhất định Thông sổ chính được sử dụng để đo chât lượng này lả EVM (Error Vector Magnitude: Biên độ vectơ lỗi) EVM là số đo méo do các không hoàn thiện của phần vô tuyến gây ra trong thực hiện thực tế Nó được định nghĩa là biên độ hiệu sổ giữa tín hiệu tham chụẩn... bộ khuếch đại phải cần độ tuyến tính cao hoặc phải làm việc hoặc mật độ lùi khá lớn Do đó yêu cầu giảm PAPR trong hệ thống OFDM là cần thiết 3.1.1.2 ACLR (Adjacent Channal Leakage Ratio): Tỷ số dò kênh lân cận là suy hao công suất phát rò rỉ vào các kênh lân cận ACLR được định nghĩa là tỷ số giữa công suất phát trung bình có tâm tại tần số kênh được ấn định trên công suất phát trung bình có tâm tại... đến tính tuyến tính của máy thu Điều này đặc biệt quan trọng đối với băng thông 10MHz trong các băng tần 700 MHz vì khoảng cách song công chỉ là 30MHz và ở đây các sản phẩm điều chế giao thoa của TX chồng lấn lên kênh RX Dải điều khiển công suất LTE từ -30dBm đến +23dBm Các máy phát WCDMA đảm bảo dải điều khiển công suất (TPC) từ -50dBm đến 23dBm với độ phân giải 1dB Có thể áp dụng các kỹ thu t điều... công suất phát được phát Để đáp ứng độ nhạy tham chuẩn, mức rò tạp âm TX phải thấp hơn sàn tạp âm nhiệt Các nỗ lực gần đây trong kiến trúc TX đã cho phép bỏ bộ lọc giữa TRX IC và PA Các bộ lọc giữa các tầng đã từng được sử dụng để làm sạch tạp âm phát trước khi khuếch đại tiếp Việc thiết kế cẩn thận các nguồn tạp âm trong RF TRX IC cho phép loại bỏ bộ lọc 3.2 Độ chính xác điều chế của máy phát LTE,... đường tải cho mọi chế độ Có thể đạt được kỹ thu t này đối với một tập nhỏ các trở kháng và kỹ thu t này thường dẫn đến phối kháng đầu ra I-Q thấp hơn  Điều chỉnh nguồn nuôi PA: trong trường hợp này khả năng công suất bão hòa tỷ lệ với bình phương điện áp nguồn nuôi Nếu thay đổi nguồn nuôi bằng cách sử dụng bộ biến đổi AC/DC thì có thể tối ưu hóa cho mọi chế độ Kỹ thu t này ngày càng trở nên thông dụng... động các trạm thu phát phải được nâng cao Với những lợi ích của mạng di động 4G LTE đem lại thì công nghệ này sớm sẽ được đưa vào sử dụng Tuy nhiên LTE không tương thích để kế thừa dịch vụ thoại trên nền chuyển mạch của mạng di động 2G/3G Điều này trở thành một cản trở quan trọng đối với các nhà cung cấp dịch vụ vì nó ảnh hưởng đến 2 dịch vụ thoại + tin nhắn SMS mà mang lại hơn 80% doanh thu dịch vụ... trung bình có tâm tại tần số kênh được ấn định trên công suất phát trung bình có tâm tại tần số kênh lân cận và được đo bằng dBc ACLR cho thấy đại lượng nhiễu mà một máy phát có thể gây ra tại một máy thu làm việc tại kênh lân cận ACLR phụ thu c vào dịch tần so với tần số trung tâm của kênh được ấn định 3.1.1.3 SC-FDMA (Single Carrier Frequency Division multiple Access): Đa truy nhập phân chia theo tần . Bưu Chính Viễn Thông Khoa Viễn Thông I BÀI BÁO CÁO THU PHÁT VÔ TUYẾN 1 Giảng viên hướng dẫn: THS. NGUYỄN VIẾT MINH Tên đề tài: Thiết kế máy phát di động cho LTE UE Nhóm: 10 Các thành viên:. khi thiết kế một trạm máy phát. TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. TS. Nguyễn Phạm Anh Dũng, Thu phát vô tuyến. 2. TS Nguyễn Phạm Anh Dũng, Lý thuyết trải phổ và đa truy nhập vô tuyến. 3. http://doc.edu.vn/tai-lieu/luan-van-cac-phuong-phap-giam-ty-so-cong- suat-dinh-tren-trung-binh-trong-ofdm-51125/. chưa lớn. Trong bài báo cáo này, chúng em chi đưa ra sơ đồ một trạm máy phát 4G LTE và các vấn đề khi thiết kế một máy phát 4G LTE UE để chúng ta có thể hiểu rõ hơn một trạm máy phát 4G LTE UE