Substrato IC - Applicazione del misuratore di potenza RF nell'analisi e soppressione PAPR

Il misuratore di potenza di picco RF è uno strumento di misura semplice, facile da usare ed economico che può essere utilizzato per misurare PAPR (rapporto di potenza picco-media) e valutare l'efficacia della tecnologia di soppressione PAPR.

Tutti sanno che la domanda di servizi mobili a banda larga è aumentata esponenzialmente. Al fine di risolvere questa domanda, una maggiore banda larga mobile (eMBB) è una delle tecnologie di base chiave per la transizione al 5G, e una maggiore velocità di dati può anche aumentare le capacità militari di comunicazione della rete di comunicazione. Per soddisfare questi requisiti, gli ingegneri stanno sviluppando tecnologie che supportano la trasmissione dei dati ad alta velocità, l'elevata mobilità e l'uso più efficiente dello spettro e delle risorse di rete esistenti. Il multiplexing (OFDM) è una delle tecnologie importanti in molti sistemi di comunicazione. Presenta vantaggi in questi campi: tra cui 4G (LTE), WLAN (IEEE 802.11a/ac/ax/g/n), tecnologia wireless digitale, trasmissione via cavo (DAB e DVB-C2) e persino accesso a banda larga in rame (ADSL)

Nei segnali OFDM, i dati digitali sono codificati su più frequenze o sotto-vettori. Ogni sub-vettore è modulato ad una bassa velocità di simbolo utilizzando uno schema di modulazione tradizionale, come la modulazione dell'ampiezza della quadratura (QAM) o la chiave dello spostamento di fase, e occupa una frequenza in una sub-banda. È diverso da altri schemi di modulazione come il multiplexing della divisione di frequenza (FDM). Le sottobande possono essere sovrapposte per migliorare l'efficienza spettrale perché ogni sottobanda è ortogonale alla sottobanda successiva. Questo metodo rende OFDM meno sensibile allo sbiadimento causato dall'interferenza co-canale a banda stretta, interferenza tra simboli e trasmissione multipath1.

Uno dei principali svantaggi dell'OFDM è che più sottovettori saranno sovrapposti l'uno all'altro per aumentare e produrre PAPR elevati (cfr. figura 1). Con l'esigenza di una maggiore velocità di trasmissione dei dati, il numero di sub-vettori deve continuare ad aumentare per soddisfare la domanda, il che aumenterà il PAPR. La figura 2 mostra la relazione tra PAPR e il numero di sottocarri (N)2.L'importanza del PAPR

Un alto PAPR può causare molti problemi nell'amplificatore. Se la potenza di picco non è impostata correttamente, una volta che il segnale entra nell'area di lavoro non lineare dell'amplificatore, causerà distorsione del segnale e espansione dello spettro o rigenerazione dello spettro. D'altra parte, se la potenza in ingresso è ridotta (solitamente indicata come back-off della potenza in ingresso (IBO)), causerà una diminuzione dell'efficienza operativa dell'amplificatore. Nella figura 3, il segnale di ingresso dell'amplificatore è sostenuto rispettivamente da 6 decibel e 8 decibel; si può vedere che il ritorno del segnale in ingresso di 6 decibel porta a una rigenerazione spettrale più elevata rispetto al ritorno di 8 decibel. La rigenerazione dello spettro causerà interferenze reciproche tra i sub-vettori, con conseguente aumento del tasso di errore del bit (BER); Tuttavia, se la potenza di uscita dell'amplificatore è ridotta, il rapporto segnale-rumore (SNR) sarà ridotto, il che porterà anche ad un aumento del tasso di errore bit. Se lo scopo principale è quello di aumentare ciecamente il tasso di trasmissione dei dati, il tasso di errore del bit scarso lo renderà controproducente.

L'efficienza è molto importante in molte applicazioni. Per i telefoni cellulari, l'efficienza dei loro amplificatori avrà un impatto sulla durata della batteria. Per gli operatori di rete, l'efficienza delle stazioni base inciderà sulle loro spese operative. Gli amplificatori di solito funzionano in modo più efficiente vicino alla saturazione. Per illustrare questo punto. Ridurre il PAPR è l'unico modo per ridurre il tasso di rigenerazione dello spettro e mantenere alta l'efficienza. Secondo questo principio, nei sistemi basati su OFDM, molti studi hanno sviluppato tecniche per ridurre il PAPR per ridurre la compressione dell'amplificatore riducendo al minimo l'IBO necessario. Rahmatallah e Mohan2 hanno eseguito un'eccellente revisione e pesatura di diverse tecnologie, e i loro risultati sono riassunti nella Tabella 1. Taglio e filtraggio sono i più comunemente utilizzati nei prodotti commerciali PCB a causa della loro semplicità e facilità di implementazione.