Four-element phased-array beamformers and a self-interference canceling full-duplex transceiver in 130-nm sige for 5G applications at 26 GHz
26 GHz 5G uygulamaları için 130-nm sige teknolojisiyle dört-kanallı faz-dizili hüzmeleyici ve özgirişim kaldıran tam dubleks alıcı/verici geliştirilmesi
- Tez No: 558567
- Danışmanlar: PROF. DR. YAŞAR GÜRBÜZ
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2019
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Sabancı Üniversitesi
- Enstitü: Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 106
Özet
Bu tez, yeni nesil 5G iletişim sistemleri için radyo frekansı (RF) entegre ön uç devrelerinin tasarımı üzerinedir. 5G şebekelerinde yüksek veri oranları ve düşük gecikme süreleri ancak milimetrik dalgalar, masif-MIMO ve tam dubleks vb. gibi bir kaç yeni teknolojinin beraber kullanılması ile karşılanabilir. Milimetrik dalgaların kullanılması, havadaki zayıflama kayıplarını artırsa da, yüksek veri hızları için gerekli olan daha fazla bant genişliğini sağlar. Artan yol kayıplarını telafi etmek için masif-MIMO dizileri, hüzme şekillendirmek ve dizi kazancı sağlamak için kullanılır. Ayrıca, yüksek spekturum verimliliği ve düşük gecikme süresi için tam dubleks sistemler istenmektedir. Tam dubleks sistemlerin güçlüğü ise iletim (TX) ve alıcı (RX) arasındaki öz girişimdir (SI). Sirkülatörler, izolatörler, kuplörler veya iki ayrı anten kullanımı bu etkileşimi bastırmak için kullanılan geleneksel yöntemlerdir. Ancak bu yöntemler tam-entegre tam dubleks masif-MIMO dizileri için uygun değillerdir. Bu tez, 26GHz'de 5G uygulamaları için yukarıda özetlenen sorunlar hakkında SiGe teknolojisiyle devre ve sistem düzeyinde çözümler sunmaktadır. İlk olarak, masif-MIMO dizileri için ölçeklenebilir bir tam-dubleks RF ön uç mimarisi önerilmiştir. Tekli/paylaşımlı anten sistemleri özelinde, dışarıdan girdi almaksızın RF özgirişim baskılamak üzerinedir. Bu amaçla, tam dubleks ön uç mimarisini gerçeklemede kritik rolü olan yüksek çözünürlüklü bir RF vektör modülatörü geliştirilmiştir. Bu modulatör literatüden daha iyi olarak, 10-bit monotonik faz kontrolü sağlamaıştır. Bu vektör modülatörü, hassas bir öz girişim engelleme devresi gerçekleştirmek için dB-lineer değişken kazançlı yükselteçler ve zayıflatıcılarla birleştirilmiştir. Dahası, özgirişim baskılayıcının uyarlanabilir kontrolü için, bir kırmık üstü düşük güçlü IQ aşağı dönüştürücüsü entegre devreye dahil edilmiştir. Bu yapı, iletilen ve alınan sinyallerin kopyalarını korele eder ve uyarlamalı kontrol için kullanılabilecek temel bant/dc çıkışları sağlar. Çözüm, asgari ek devre maliyetine sahip olmakla birlikte, karıştırıcılar ve ADC'ler gibi RF/IF'deki kritik alıcı blokların doğrusallık gereksinimlerini önemli ölçüde kolaylaştırmaktadır. İkinci olarak, önerilen tam-dubleks ön uç mimarisini tamamlamak ve daha eksiksiz bir çözüm sağlamak için, 5-/6-b faz ve 3-/4-b genlik kontrol yetenekleri olan yüksek performanslı hüzme şekillendirici entegre devreleri tasarlanmıştır. Tek kanallı alıcı ve verici devreleri masif-MIMO uygulamaları için, dört kanallı alıcı ve verici devreleri ise faz dizinli hüzme şekillendirme uygulamaları için geliştirilmiştir. Tekli alıcı kanalında, literatürdeki tüm örneklerden daha iyi olarak, 3.3 dB'lik gürültü seviyesi elde edilmiştir.
Özet (Çeviri)
This thesis is on the design of radio-frequency (RF) integrated front-end circuits for next-generation 5G communication systems. The demand for higher data rates and lower latency in 5G networks can only be met using several new technologies including, but not limited to, mm-waves, massive-MIMO, and full-duplex. Use of mm-waves provides more bandwidth that is necessary for high data rates at the cost of increased attenuation in air. Massive-MIMO arrays are required to compensate for this increased path loss by providing beam steering and array gain. Furthermore, full-duplex operation is desirable for improved spectrum efficiency and reduced latency. The difficulty of full-duplex operation is the self-interference (SI) between transmit (TX) and receive (RX) paths. Conventional methods to suppress this interference utilize either bulky circulators, isolators, couplers or two separate antennas. These methods are not suitable for fully-integrated full-duplex massive-MIMO arrays. This thesis presents circuit and system-level solutions to the issues summarized above, in the form of SiGe integrated circuits for 5G applications at 26 GHz. First, a full-duplex RF front-end architecture is proposed that is scalable to massive-MIMO arrays. It is based on blind, RF self-interference cancellation that is applicable to single/shared antenna front-ends. A high-resolution RF vector modulator is developed, which is the key building block that empowers the full-duplex frontend architecture by achieving better than state-of-the-art 10-b monotonic phase control. This vector modulator is combined with linear-in-dB variable gain amplifiers and attenuators to realize a precision self-interference cancellation circuitry. Further, adaptive control of this SI canceler is made possible by including an on-chip low-power IQ downconverter. It correlates copies of transmitted and received signals and provides baseband/dc outputs that can be used to adaptively control the SI canceler. The solution comes at the cost of minimal additional circuitry, yet significantly eases linearity requirements of critical receiver blocks at RF/IF such as mixers and ADCs. Second, to complement the proposed full-duplex front-end architecture and to provide a more complete solution, high-performance beamformer ICs with 5-/6-b phase and 3-/4-b amplitude control capabilities are designed. Single-channel, separate transmitter and receiver beamformers are implemented targeting massive-MIMO mode of operation and their four-channel versions are developed for phased array communication systems. Better than state-of-the-art noise performance is obtained in the RX beamformer channel, with a full-channel noise figure of 3.3 dB.
Benzer Tezler
- 4x1 MIMOompact half duplex RF T / R module with high resolution in 130 nm SiGe BiCMOS for 5G applications
5G uygulamaları için 130 nm SiGe BiCMOS'da yüksek çözünürlüklü 4x1 MIMO kompakt yarım dubleks RF T / R modülü
ABDURRAHMAN BURAK
Doktora
İngilizce
2021
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiSabancı ÜniversitesiElektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. YAŞAR GÜRBÜZ
- Analitik regülarizasyon methodu optimizasyonu ile milimetrik dalga faz dizisi beslemeli geniş bant parabolik anten tasarımı
Milimetric wave phase array fed wideband parabolic antenna design with analytical regularization method optimization
MEHMET AKİF TULUM
Doktora
Türkçe
2024
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiYıldız Teknik ÜniversitesiElektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. AHMET SERDAR TÜRK
PROF. DR. PEYMAN MAHOUTİ
- High-pass and low-pass mixed element lossless two-port networks as phase shifters
Faz kaydırıcı olarak yüksek geçiren ve alçak geçiren karma elemanlı kayıpsız iki kapılı devreler
GÖKHAN ÇAKMAK
Doktora
İngilizce
2022
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiKadir Has ÜniversitesiMühendislik ve Doğa Bilimleri Ana Bilim Dalı
PROF. DR. METİN ŞENGÜL
- A low-profile wideband antenna array with wide-scan ability
Düşük profilli geniş bant geniş tarama özelliğine sahip anten dizisi
TUTKU BAKAN
Yüksek Lisans
İngilizce
2023
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. LALE ALATAN
- A monolithic phased array using RF MEMS technology
RF MEMS teknolojisi kullanılarak tek parça faz dizili anten
KAĞAN TOPALLI
Doktora
İngilizce
2007
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiElektrik ve Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ÖZLEM AYDIN ÇİVİ
PROF. DR. TAYFUN AKIN