Radio kognitywne

1 RADIO KOGNITYWNE Prof. Stanisław Kuta AGH  Katedra Elektroniki KIERUNKI ROZWOJU RADIOELEKTRONIKI    PLAN   Przykłady układów nadawczo-odbiorczych we współczesnych  systemach bezprzewodowych   Wielosystemowość   Uniwersalne radio SDR   Wielostandardowe radio kognitywne COGUR   Analogowe układy RF  w submikronowych  technologiach  CMOS Radio  kognitywne  i  wszechogarniająca  bezprzewodowość  znalazły  się  wśród 10 wschodzących technologii , które będą miały duże znaczenie dla  rozwoju społeczeństw. 2 Architektura typowego odbiornika radiowego w systemach  radiokomunikacji ruchomej  Z  anteny  sygnał  zostaje  podany  na  BFP  –  filtr  pasmowo  przepustowy,  następnie  wzmocniony  w    LNA  –  wzmacniaczu  niskoszumnym.  Po  przemianie  częstotliwości  w  mieszaczu  z  programowanym  syntezerem  częstotliwości  (najczęściej  stosowana  jest  podwójna  przemiana  częstotliwości),  po  wzmocnieniu  w  układzie  ARW  ,  następuje  demodulacja  do  pasma  podstawowego  z  wydzieleniem  składowej  synfazowej  (I)  i  kwadraturowej  (Q).  Sygnały  obu  składowych  są  następnie  próbkowane  i  przetworzone  na  postać cyfrową. Dalsze przetwarzanie w systemach radiokomunikacyjnych jest możliwe za  pomocą  układów  cyfrowego  przetwarzania  sygnałów  DSP,  z  wykorzystaniem  procesorów  sygnałowych lub układów ASIC.  Cyfrowo dokonuje się korekcji charakterystyki kanału,  dekodowania kanałowego, deszyfracji danych i dekodowanie źródła. Opisane rozwiązanie może być co najwyżej jednosystemowym. Zanim  przejdziemy  do  koncepcji  radia  SDR  -  „software-defined  radio”,  rozpatrzymy  architekturę  typowego  odbiornika  radiowego  w  systemach  radiokomunikacji  ruchomej. 3 Rys. 2.2. Architektura „front-end” nowoczesnego superheterodynowego radia z  podwójną przemianą, z niską częstotliwością pośrednią I(t) – Tor synfazowy Q(t) – Tor kwadraturowy Stosowane bloki: Wzmacniacze w. cz.  regulowanym wzmocnieniu, filtr sygnału  lustrzanego, mieszacze, oscylatory , filtry pośredniej  częstotliwości, wzmacniacz pośredniej częstotliwości  4 Rys. 2. 3. Architektura odbiornika z bezpośrednią przemianą częstotliwości, z  zerową lub niską częstotliwością pośrednią, dla wielo-pasmowego i wielo- standardowego zastosowania w systemach telefonii komórkowej     Szerokopasmowy  generator VCO dla  systemów wielo- standardowych z  kwadraturowymi dzielnikami  częstotliwości przez 2 i  przez 4 są wykorzystywane  do generacji 

(…)

…
modelowania
wewnętrznych charakterystyk DC i AC
tranzystora,
konieczne
jest
jeszcze
zamodelowanie
jego
zewnętrznych
elementów pasożytniczych, ponieważ będą
one miały istotne znaczenie w projekcie
układu RF. Należy również podkreślić, że w
zaawansowanych technologiach CMOS,
wraz ze skalowaniem (skracaniem) długości
kanału
następuje
obniżanie
napięcia
zasilającego.
Częstotliwość fT i maksymalne napięcie…
… „krótkiego kanału” na prąd drenu koniecznym było,
zgodnie z regułami skalowanie, obniżenie napięcia zasilania
układu. W poprzednim slajdzie na rysunku pokazano zależność
częstotliwości jednostkowego wzmocnienia fT i maksymalnej
wartości napięcia zasilania w technologii CMOS, zależnie od
długości kanału tranzystora.
20
Analogowe układy RF w submikronowych
technologiach CMOS
Zakres dynamiczny układu jest proporcjonalny do kwadratu napięcia zasilającego i
dla analogowego układu z dyskretnym czasem może być określony zależnością:
2
VDD
DR ∝
kT C
Dla zachowania stałej wartości DR i przy zmniejszeniu VDD, należy zwiększyć z
kwadratem pojemność próbkującą C.
To z kolei wymaga zwiększenia z kwadratem wartości prądu drenu, dla
zachowania tego samego pola wzmocnienia ωT:
ωT ∝
gm
C
g m ∝ I Vdsat
Należy przypomnieć…
… częstotliwości
generatora VCO przez 4.
 Przy takich częstotliwościach lokalnych
oscylatorów, częstotliwość sygnału
lustrzanego wynosi 4GHz, czyli odstęp
pomiędzy częstotliwością sygnału
odbieranego i lustrzanego wynosi 1,6 GHz,
co pozwala na implementację filtru
tłumiącego sygnały lustrzane w układzie
scalonym. Układ z rys. 2.4b wymaga
przestrajania generatora VCO w zakresie
3,2 ÷ 3,3 GHz.
Rys. 2.4…
… się koncepcja radia
SDR - „software-defined radio” (prof. Fred Harris) lub radia w całości cyfrowego i w
pełni programowalnego. W takim radiu całkowity sygnał o widmie zawartym w
szerokości pasma anteny jest przetwarzany na postać cyfrową przez
przetwornik o ekstremalnie-wysokiej rozdzielczości, a dalsze przetwarzanie
dokonywane jest przez komputer lub specjalizowany cyfrowy procesor
sygnałowy.
Koncepcja…
… według różnych standardów
będzie dokonywana za pomocą pewnego minimalnego oprogramowania.
W trakcie nawiązywania połączenia zostanie zdefiniowany koder sygnału
mowy (np. VSELP z kwantyzacją wektorową), rodzaj użytej modulacji, zasada
szyfracji danych, szerokości pasma i specyficzne cechy realizowanej usługi
oraz związanych z nimi protokołów.
Ponieważ wyszczególnione działania będą realizowane programowo…
…. Architektury odbiorników dla zastosowań w systemach WLAN w paśmie ISM 2,4 GHz,
z szerokopasmową przemianą częstotliwości; a) z bezpośrednią przemianą częstotliwości, b) z
podwójną przemianą częstotliwości
5
Typowy przerzutnik stosowany w
technice cyfrowej DFF (Digital
Flip-Flop),
Architektura powszechnie
stosowanego podzielnika przez 2
(N = 2) zrealizowanego w logice ze
sprzężonymi źródłami SCFL
(Source…
... zobacz całą notatkę