BÁO CÁO THỰC TẬP-Thiết kế máy phát di động cho LTE UE

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 [...]... cuối hỗ trợ công nghệ 4G LTE vẫn còn rất cao và nhu cầu người sử dụng 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... Frequency Division multiple Access): Đa truy nhập phân chia theo tần số đơn sóng mang Các tín hiệu SC-FDMA có tín hiệu PAPR tốt hơn OFDMA Đây là một trong những chính để chọn SC-FDMA cho LTE PAPR giúp mang lại hiệu quả cao trong 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. .. 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 di động toàn cầu, và tính đến nay vẫn là dịch vụ có lợi nhuận cao hơn nhiều so với lợi nhuận từ dịch vụ dữ liệu Một lí do nữa mà mạng di động 4G LTE. .. đổi AC/DC thì có thể tối ưu hóa cho mọi chế độ Kỹ thuật này ngày càng trở nên thông dụng và nó có ưu điểm là cho phép đạt được hiệu suất tối ưu đối với mọi chế độ CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN Hiện nay, với sự ra đời của nhiều thiết bị thông minh cùng với thị hiếu của người sử dụng Đòi hỏi công nghệ di 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... 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, 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... 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 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 thuộc vào dịch tần... khiển công suất tương tự cho LTE cho tất cả các trường hợp MPR Mặc dù tạp âm ngoài băng của TX xảy ra trong băng RX không là yêu cầu tường minh trong các đặc tả của 3G WCDMA, các phép đo độ nhạy tham chuẩn cũng được thực hiện khi toàn bộ 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...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 di n bởi công thức toán học sau: Với s(t) là ký tự đa sóng mang trong khoảng thời gian 0 . 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. 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. 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