Geri Dön

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

PDF İndir

  1. Tez No: 680355
  2. Yazar: ABDURRAHMAN BURAK
  3. Danışmanlar: PROF. DR. YAŞAR GÜRBÜZ
  4. Tez Türü: Doktora
  5. Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2021
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: Sabancı Üniversitesi
  10. Enstitü: Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Elektrik Elektronik Mühendisliği Bilim Dalı
  13. Sayfa Sayısı: 122

Özet

Bu tez, yeni nesil 5G iletişimi için radyo frekansında (RF) entegre gönderme/alma (T/R) modülünün tasarımı ve gerçeklenmesi üzerinedir. 5G iletişiminde yer alan yüksek veri hızı ve düşük gecikme süresi gibi performans gereksinimlerine ulaşmak için çoklu giriş ve çoklu çıkış (MIMO), milimetre dalga (mm dalga) gibi yeni metodolojilere ihtiyaç vardır. Düşük güç kaybı ve düşük alan da sistemin maliyetini düşürmek için yeni nesil iletişim için önemli performans gereksinimlerindendir. 5G'nin gereksinimlerinden biri, 25 Gb/sn'ye kadar veri hızıdır. Bu gereksinimi karşılamak için, mm dalga devresi ile mümkün olan iletişimin bant genişliği arttırılmalıdır. Bununla birlikte, atmosferde daha yüksek bir zayıflama mm-dalga frekansında meydana gelir. Bu zayıflamayı telafi etmek için, istenen kazançlı bir ışın yönlendirmesi oluşturmak için MIMO yarı çift yönlü faz dizileri gerçekleştirilebilir. Bu tez, MIMO tabanlı sistemler için bir huzme oluşturucu oluşturmak için dört elemanlı TX/RX devreleri ve tek kanallı TRX devrelerini sunar. Her iki tasarım da 26 GHz'de 5G uygulamaları için SiGe entegre devreleri şeklinde tasarlanmıştır. Tezde ilk olarak, mm dalga frekanslarında bir 5G iletişim şeması oluşturmak için iki ayrı dört kanallı TX ve RX tasarımları gerçekleştirilmiştir. Bu dört kanallı elemanlar alt bloklara dayanmaktadır: düşük gürültülü kuvvetlendirici (LNA), güç kuvvetlendiric (PA), faz kaydırıcı (PS), zayıflatıcı (ATT), değişken kazançlı kuvvetlendirici (VGA), Wilkinson birleştirici ve seri çevresel arabirim (SPI). Tasarlanan devre, 6-b faz kontrolü ve 4-b genlik kontrolü sağlamıştır. Yazarların bildiği kadarıyla, tasarlanan modül, literatürdeki en yüksek genlik aralığı ve en düşük RMS genlik hatası ile birlikte en yüksek faz ve genlik çözünürlüğünü elde etmiştir. Ayrıca tasarlanan modül, son teknolojiye göre kabul edilebilir performanslar olan 15.5 dB RX kazancı, 25.5 dB TX kazancı, 4.5 dB NF, 9.5 dBm OP1dB ve 50 mW güç tüketimi elde etmiştir. Tezde ikinci olarak, dört elementli TX ve RX kanallarını gerçekleştirdikten sonra güç tüketimi ve alan gibi parametrelerin iyileştirilebileceğini fark ettik. Bu iyileştirmeler, faz dizileri sistemi oluştururken büyük bir avantaj yaratacaktır. Ayrıca faz ve genlik çözünürlüğünü artırarak ve kanalın çalışıp çalışmadığını kontrol etmek için kendi kendine yerleşik bir test ekleyerek modülün işlevselliğini artırabileceğimizi fark ettik. Bu doğrultuda, tek kanallı TRX, daha yüksek faz ve genlik çözünürlüğü ve daha düşük çip alanı ve güç tüketimi ile gerçekleştirilmiştir. Yukarıda belirtilen performansları elde etmek için iki yeni teknik uygulandı. İlk olarak, çalışma moduna karar vermek için geleneksel anahtar topolojisi, asimetrik anahtarlar ve anahtarsız LNA ve PA ile gerçekleştirildi. İkinci olarak, faz ve genlik literatürde ilk defa tek blok ile ayarlanacaktır. Akım yönlendirme tekniği, tek bir blokta hem faz hem de genlik çözünürlüğü için kullanılacaktır. Asimetrik anahtar ve anahtarsız topoloji daha düşük ekleme-kayıp performansları ile daha az alan tükettiğinden ve vektör modülatörü faz ve genlik ayarlarını tek blok ile yaptığından, tüm modülün alanı ve güç tüketimi azalacaktır. Ölçüm sonuçlarına göre tasarlanan devrede literatürdeki en yüksek faz ve genlik çözünürlüğüne karşılık gelen 7 bit faz ve 6 bit genlik çözünürlüğü elde edilmiştir. En yüksek faz ve genlik çözünürlüğü elde edilirken, en düşük RMS faz ve genlik hatası da tek bir blok ile elde edilmiştir. Ayrıca tasarlanan devrede RX modunda 19 dB kazanç, TX modunda 20 dB kazanç, 5 dB NF ve 11.5 dBm OP1dB de elde edilmiş olup, bunlar 5G iletişim şeması oluşturmak için yeterlidir.

Özet (Çeviri)

This thesis focuses on the design and implementation of a radio frequency (RF) integrated transmit/receive (T/R) module for the next-generation 5G communication. To achieve the performance requirements of the 5G communication, such as high data rate and low latency, new design methodologies are needed such as multiple-input and multiple-output (MIMO), and millimeter-wave (mm-wave) based circuits. Moreover, low power dissipation and low area are also essential performance requirements for the next-generation communication to decrease the cost of the system. One of the requirements of 5G is a data rate up to 25 Gb/s. In order to meet this requirement, the bandwidth of communication must be increased, which is possible with mm-wave circuitry. However, a higher attenuation in the atmosphere occurs in mm-wave frequency. In order to compensate for this attenuation, MIMO half-duplex phased arrays can be realized to create a beam-steering with a desired gain. This thesis presents four-element TX/RX circuits and a single-channel TRX for creating a beamformer for MIMO-based systems. Both ICs designed with SiGe BiCMOS technology for 5G applications specifically for 26 GHz. First, four-element TX and RX channels are realized to create a 5G communication scheme at the mm-wave frequencies. These four-channel elements are based on sub-blocks: low noise amplifier (LNA), power amplifier (PA), phase shifter (PS), attenuator (ATT), variable gain amplifier (VGA), Wilkinson combiner, and serial peripheral interface (SPI). The designed circuitry achieved a 6-b phase control and 4-b amplitude control. To the best of the authors' knowledge, the designed module achieved the highest phase and amplitude resolution, along with the highest amplitude range, and the lowest RMS amplitude error in the literature. Moreover, the designed module achieved 15.5 dB RX gain, 25.5 dB TX gain, 4.5 dB NF, 9.5 dBm OP1dB, and 50 mW power consumption which are acceptable performances with respect to the state-of-the-art. Second, after realizing the four-element TX and RX channels, we realized that parameters such as, power consumption and area can be improved. These improvements will create a massive advantage while creating a phased array system. Also, we realized that we can increase the module's functionality by increasing the phase and amplitude resolution and adding a self built-in test to check whether the channel is working or not. Single-channel TRX is implemented with higher phase and amplitude resolution and lower chip area and power consumption. To achieve the aforementioned performance, two new techniques were performed. First, to decide the mode of operation, conventional switch topology, asymmetric switches, and switchless LNA and PA are realized. Second, phase and amplitude will be adjusted with a single block for the first time. The current steering technique will be used for both phase and amplitude resolution in a single block. Since the asymmetric switch and switchless topology consume less area with lower insertion-loss performances and the vector modulator performs the phase and amplitude settings with the single block, the area and the power consumption of the overall module will be reduced. Based on the measurement results, the designed circuitry achieved 7-bit phase and 6-bit amplitude resolution, which corresponds to the highest phase and amplitude resolution in the literature. While achieving the highest phase and amplitude resolution, the lowest RMS phase and amplitude error are also achieved with a single block. Moreover, the designed circuitry achieved 19 dB gain in RX mode, 20 dB gain in TX mode, 5 dB NF, and 11.5 dBm OP1dB are also achieved, which are enough to create a 5G communication scheme.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    611305

    Visible light communication system using 4x1 WDM

    4x1 WDM kullanan görünür ışık iletişim sistemi

    MUSTAFA IHSAN MUSTAFA

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2019

    Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve KontrolAltınbaş Üniversitesi

    Elektrik ve Bilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. OSMAN NURİ UÇAN

  2. Tez No

    824322

    System implementation of a 4x1 mimo T/R module and Ka-band low noise amplifiers for 5G applications

    4x1 mimo alıcı verici modüllerinin sistem entegrasyonu ve 5G uygulamaları için Ka bant düşük gürültülü yükselticiler

    ŞERAFETTİN SERHAN ÖZBOZ

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2023

    Elektrik ve Elektronik MühendisliğiSabancı Üniversitesi

    Mühendislik ve Doğa Bilimleri Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. YAŞAR GÜRBÜZ

  3. Tez No

    383022

    Rate-based modeling of steam ethane cracker

    Reaksiyon hızı temelli buharla etan parçalama ünitesinin modelleme çalışması

    SELİN GÜNDÜR

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2015

    Kimya MühendisliğiOrta Doğu Teknik Üniversitesi

    Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. CANAN ÖZGEN

    PROF. DR. ERDOĞAN ALPER

  4. Tez No

    657922

    Ülkemiz için yeni kayısı çeşitlerinin adaptasyonu

    Adaptation of new apricot varieties for our country

    ALİMCAN KİPÇAK

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2021

    ZiraatÇukurova Üniversitesi

    Bahçe Bitkileri Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. BURHANETTİN İMRAK

  5. Tez No

    174478

    Bronş astması olgularının tedavisinde serum theophylline düzeyi

    Başlık çevirisi yok

    YURDANUR ERDOĞAN

    Tıpta Uzmanlık

    Türkçe

    Türkçe

    1983

    Göğüs HastalıklarıAnkara Üniversitesi

    Göğüs Hastalıkları Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. NEZİHE ENACAR

Geri Dön