Hårdvarubegränsad kommunikation

 

Forskningsområdesledare: Professor Thomas Eriksson

Våra forskare listas längre ner på sidan.

Om forskningsområdet Hårdvarubegränsad kommunikation

När en trådlös signal passerar genom sändare och mottagare, förvrängs och skadas den av brister i den analoga hårdvaran. Fenomenet kallas ibland ”Dirty RF”, och har fått allt större betydelse under de senaste åren, på grund av ökade krav på kapacitet och kostnadseffektiva lösningar.
 
Några av de viktigaste frågorna inom ”Dirty RF” är:
 
• Icke-linjära och ineffektiva sändare
• Fasbrus i oscillatorer
• I/Q-obalans i modulator- och demodulatorkretsarna
• Cross-talk i MIMO sändare
 
Av dessa frågor har vi arbetat under lång tid med de tre första, och har nu även startat upp forskning inom den fjärde. Nedan diskuteras våra olika forskningsområden kortfattat.

Icke-linjära och ineffektiva sändare

Alla sändare är i viss mån icke-linjära, graden varierar med förstärkarens typ och arkitektur. Icke-lineariteten står i direkt motsats till förstärkarens effektivitet, dvs. energiförbrukning. För att göra förstärkaren mer linjär kan den därför drivas i backoff, alltså med låg energiutgång. Förstärkare är dock mest effektiva när de drivs nära sin maximala nivå, med låg backoff.
 
Vi arbetar löpande med detta problem, med fokus på Digital Predistortion (DPD) och signaldesign för högeffektiv förstärkararkitektur (Doherty, Load Modulation;PWM, delta-sigma etc).

Fasbrus i oscillatorer

En perfekt oscillator svänger på en enda frekvens, men i praktiken lider alla oscillatorer mer eller mindre av fasbrus. Konsekvensen för kommunikationssystemet blir att signalen blir oförutsägbar, vilket gör det svårt att tillverka en bra mottagare.
 
I vår forskning fokuserar vi på olika sätt att analysera och kompensera kommunikationssystem som lider av fasbrus. Det sker exempelvis genom fasbrusmodellering, kapacitetskalkylering, gemensam fasbruskompensation och -detektion samt fasbruskompensation i MIMO-system.

I/Q-obalans i modulator- och demodulatorkretsarna

Modulatorns kretssystem har till uppgift att mixa kommunikationssignalen med två radiofrekvenssignaler som båda har samma nivå och 90 graders fasförskjutning.  I praktiken är det dock svårt att konstruera analoga kretsar med exakt 90 graders fasförskjutning och exakt samma förstärkning. Vi får en I/Q-obalans som leder till signalförvrängning.
 
Vi arbetar med att kompensera alla typer av I/Q-obalans, såsom frekvensberoende förstärkning, I/Q-mixning, icke-linjära effekter etc.

Cross-talk i MIMO-sändare

I en flerantennsändare (MIMO-sändare) är cross-talk (d.v.s. att sändarnas signaler stör varandra) oundvikligt. Om detta inte åtgärdas leder det till att de enskilda förstärkarna utsätts för belastning som varierar över tid vilket i sin tur orsakar signalförvrängning. Traditionellt har detta lösts genom att isolatorkretsar lagts till mellan förstärkare och antenner. Sådana lösningar är dock kostsamma i fråga om såväl material som reducerad effektivitet.
 
Vi inleder nu forskning kring att kompensera MIMO cross-talk genom signalbehandling, för att därmed undvika behovet av isolatorkretsar och maximera verkningsgraden av MIMO-sändaren.

Forskningsprojekt

> Nonlinear and inefficient power amplifiers
All power amplifiers are nonlinear to some extent, where the degree varies with the amplifier type and architecture. The nonlinearity is in direct opposition with the efficiency of the amplifier (the consumed power)... 
 
> Phase noise in oscillators
An ideal oscillator should oscillate at a single frequency, but in practice all oscillators suffers from phase noise to some degree, leading to an increased bandwidth of the device... 
 
> I/Q imbalance in the modulator and demodulator circuits
The role of the modulator circuitry is to mix the communication signal with two equal-gain RF signals having 90 degrees phase shift (the I and Q channels). In practice, however, it is difficult to construct analog circuits with exactly 90 degrees phase shift and exactly equal gain... 
 
> Cross-talk in MIMO transmitters
In a multiple-antenna (MIMO) transmitter, it is impossible to avoid some cross-talk between the transmitter chains. Such cross-talk leads to, if left unhandled, to that the separate amplifiers will see a time-varying load, which in turn leads to signal distortion...

Publicerad: fr 07 sep 2012. Ändrad: on 29 nov 2017