Đánh giá ảnh hưởng của phần cứng không lý tưởng lên hệ thống thông tin vô tuyến mmWave

Bài viết mô hình hóa và đánh giá ảnh hưởng của các thành phần phần cứng không lý tưởng lên hiệu năng của hệ thống. Xây dựng biểu thức toán học thể hiện sự phụ thuộc của hiệu suất sử dụng phổ lên các tham số phần cứng không lý tưởng như số bit lượng tử hóa, phương sai tạp âm pha. Mời các bạn cùng tham khảo!
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Đánh giá ảnh hưởng của phần cứng không lý tưởng lên hệ thống thông tin vô tuyến mmWave Đánh giá ảnh hưởng của phần cứng không lý tưởng lên hệ thống thông tin vô tuyến mmWave Nguyễn Đình Ngọc∗† và Trương Trung Kiên† ∗ Khoa Vô tuyến Điện tử Đại học Lê Quý Đôn † Phòng thí nghiệm Hệ thống Vô tuyến và Ứng dụng Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông Email: nguyendinhngoc@tcu.edu.vn, kientruong@utexas.edu Tóm tắt—Dải sóng mili-mét ứng với dải tần số 30-300 đến các thuê bao khác. Tính định hướng cao của dàn GHz cho phép tăng dung lượng, tốc độ truyền dẫn, đáp ăng-ten cũng cho phép hệ thống tăng độ lợi mảng giúp ứng được nhu cầu ngày càng tăng của các hệ thống vô khắc phục được suy hao truyền dẫn sóng vô tuyến lớn tuyến. Đồng thời, bước sóng nhỏ cũng cho phép các mảng khi hoạt động ở dải tần số cao. Vì vậy, hệ thống thông ăng-ten với số lượng phần tử lớn được tích hợp trên một kích thước vật lý nhỏ giúp khắc phục ảnh hưởng suy hao tin MIMO (multiple-input multiple-output) hoạt động ở truyền dẫn ở tần số cao. Do đó kết hợp giữa việc hoạt động dải sóng mili-mét (mmWave MIMO) đã được đề xuất ở dải tần số ứng với bước sóng mili-mét và việc sử dụng ứng dụng cho mạng thông tin di động 5G. rất nhiều ăng-ten tại máy phát và/hoặc máy thu MIMO Mỗi ăng-ten trong hệ thống MIMO thông thường hiện là xu hướng được ứng dụng cho hệ thống di động thế hệ nay yêu cầu một chuỗi cao tần (RF - Radio Frequency) thứ 5 (5G). Tuy nhiên hệ thống MIMO khi hoạt động ở trong đó bao gồm các bộ khuếch đại công suất/bộ dải tần mili-mét cũng gặp phải khó khăn so với hệ thống MIMO thông thường đó là: công suất tiêu thụ và sự hoạt khuếch đại tạp âm thấp (PA/LNA - power amplifier/low- động không lý tưởng do giới hạn chế tạo của các thành noise amplifier), bộ chuyển đổi tương tự-số/số-tương phần phần cứng. Trong bài báo này, nhóm tác giả sẽ mô tự (ADC/DAC - analog-to-digital converter/digital-to- hình hóa và đánh giá ảnh hưởng của các thành phần phần analog converter) độ phân giải cao... Do đó, hệ thống cứng không lý tưởng lên hiệu năng của hệ thống. Xây dựng MIMO khi hoạt động ở dải sóng mili-mét với số lượng biểu thức toán học thể hiện sự phụ thuộc của hiệu suất ăng-ten lớn sẽ làm tăng công suất tiêu thụ và giá thành sử dụng phổ lên các tham số phần cứng không lý tưởng như số bit lượng tử hóa, phương sai tạp âm pha. phần cứng. Cụ thể, công suất tiêu thụ của chuỗi RF tại Từ khóa—Phần cứng không lý tưởng, hệ thống thông dải tần mili-mét là 250 mW lớn hơn rất nhiều so với 30 tin mmWave, tạp âm pha. mW ở dải tần thông thường (dưới 6 GHz). Nếu trạm gốc (BS - Base Station) có 256 ăng-ten sẽ cần 256 nhánh I. GIỚI THIỆU RF, như vậy công suất tiêu thụ khoảng 64 W lớn hơn rất Với nhu cầu phát triển tốc độ, băng thông, dải sóng nhiều so với công suất tiêu thụ của BS trong hệ thống mili-mét đang được quan tâm nghiên cứu để sử dụng di động thứ 4 (4G) hiện nay [2]. Giải pháp để khắc cho hệ thống thông tin di động [1]. Các hệ thống thông phục vấn đề này đó là sử dụng kỹ thuật tiền mã hóa/kết tin vô tuyến hoạt động ở dải tần số ứng với bước sóng hợp lai (HP - Hybrid precoding/combining) [3], [4]. Ý mili-mét cho phép tạo mảng ăng-ten với số lượng phần tưởng cơ bản của kỹ thuật HP đó là chia bộ tiền mã hóa tử ăng-ten lớn trong khi vẫn thoả mãn điều kiện các phần số kích thước lớn thông thường thành hai phần: i) tiền tử ăng-ten cách nhau ít nhất một nửa bước sóng và thoả mã hóa tương tự có kích thước lớn để vẫn đạt được độ mãn giới hạn về kích thước vật lý của mảng khi triển lợi anten và ii) tiền mã hóa số kích thước nhỏ để giảm khai trên thiết bị. Việc sử dụng nhiều ăng-ten tại máy số RF yêu cầu và giảm công suất tiêu thụ mà vẫn loại phát và/hoặc tại máy thu cùng với việc thiết kế búp sóng bỏ được nhiễu. Phần tiền mã hóa tương tự có thể được phù hợp sẽ cho phép tạo ra búp sóng rất hẹp (có tính thực hiện bằng các bộ dịch pha (phase shifters) hoặc định hướng cao và độ lợi truyền dẫn rất lớn) ở máy phát các chuyển mạch (switches) hoặc các ống kính (lens). và/hoặc máy thu. Đặc tính búp sóng hẹp này cho phép Trong đó các bộ dịch pha thường được sử dụng vì cho tập trung năng lượng tín hiệu mong muốn đến thuê bao phép loại bỏ nhiễu dư giữa các luồng. cần phục vụ đồng thời giảm nhiễu không mong muốn Ngoài ra, trong các thành phần tiêu thụ công suất thì 163 ADC/DAC có công suất tiêu thụ lớn, tỷ lệ với tần số thường. Tại phía phát (Tx) gồm NRF nhánh RF và Nt lấy mẫu và độ phân giải. Do đó một kỹ thuật khác có ăng-ten phát. Tại phía thu (Rx) gồm NRF nhánh RF và thể giảm công suất tiêu thụ của hệ thống đó là sử dụng Nr ăng-ten thu. Trường hợp mỗi nhánh RF được kết nối ADC/DAC có độ phân giải thấp [5], [6]. Tuy nhiên, khi với tất cả các ăng-ten, kiến trúc này gọi là mảng được sử dụng các bộ DAC/ADC có độ phân giải thấp sẽ xuất kết nối đầy đủ (full-array connected). Các tài liệu [3], hiện tạp âm lượng tử ảnh hưởng đến hiệu suất sử dụng [4] đã xem xét kiến trúc này với phần cứng phía phát phổ của hệ thống. ...