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Publicação
Analysis and performance evaluation of high efficiency amplifiers for 5G and Wi-Fi waveforms
| Nome: | Descrição: | Tamanho: | Formato: | |
|---|---|---|---|---|
| 9.88 MB | Adobe PDF |
Orientador(es)
Resumo(s)
The trend of wireless and mobile networks is to increase the capacity in terms of the
number of users connected to the mobile network and the capacity in terms of bit rate.
The main goal of 5G is to provide ultra-reliable, fast, and low-latency communications.
The field of applications of 5G entails, for example, IoT, smart cities, and virtual reality. To
achieve this level of massification, the mobile handsets have to be the most low-cost and
compact and the base stations need to be the most power-efficient possible.
In order to achieve higher data rates and higher spectral efficiency, modulation schemes
with high envelope fluctuations must be employed. Given this signal envelope fluctuation,
state-of-the-art PA’s are working at a point where it only outputs 10 W of 100 W. Now
given the complexity and the number of base stations a mobile operator has, it is not hard
to imagine the energy costs. With this scenario in hand, a new technique called Quantized
Digital Amplifier (QDA) with promising efficiency results is exposed.
Moreover, the focus of the thesis leans on understanding the factors that condition the
development of a power amplifier. With the development of an innovative design kit, the
reader will understand the ins and outs of a class E power amplifier including a theoretical
analysis of the losses due to real components. Based on this theoretical analysis and using
a 130 nm CMOS technology, a class E cascode topology will be designed for four distinct
output power levels. Namely, for a 12 mW output power level, a PAE of 46% was achieved.
A tendência das redes sem fios e móveis é aumentar a capacidade em termos de número de usuários conectados à rede móvel e capacidade em termos de ritmo binário. O principal objetivo do 5G é fornecer comunicações confiávies, rápidas e de baixa latência. O campo de aplicações do 5G envolve, por exemplo, IoT, cidades inteligentes e realidade virtual. Para atingir esse nível de massificação, os telemóveis devem ser os mais baratos e compactos e as estações base precisam ser mais eficientes em termos energéticos. Para alcançar ritmos binário cada vez mais altos e uma maior eficiência espectral, es- quemas de modulação com altas flutuações da envolvente complexa devem ser empregues. Dada essa flutuação de envolvente, os amplificadores de potencia de última geração estão a operar num ponto de eficiência em produzem apenas 10 W de 100 W. Agora, dada a complexidade e o número de estações base que uma operadora móvel possui, não é difícil imaginar os custos de energia. Com este cenário em mãos, uma nova técnica chamada Quantized Digital Amplifier (QDA) com resultados promissores de eficiência é exposta. Além disso, o foco da tese vai também passar pela compreensão de fatores que condicionam o desenvolvimento de um amplificador de potência. Com o desenvolvimento de um kit de design inovador, o leitor entenderá os prós e contras do design de um amplificador de potência em classe E, incluindo uma análise teórica das perdas devido a componentes reais. Com base nesta análise teórica e usando uma tecnologia CMOS de 130 nm, uma topologia de cascode classe E será projetada para quatro níveis de potência de saída distintos. Nomeadamente, para um nível de potência de saída de 12 mW, um PAE de 46% foi alcançado.
A tendência das redes sem fios e móveis é aumentar a capacidade em termos de número de usuários conectados à rede móvel e capacidade em termos de ritmo binário. O principal objetivo do 5G é fornecer comunicações confiávies, rápidas e de baixa latência. O campo de aplicações do 5G envolve, por exemplo, IoT, cidades inteligentes e realidade virtual. Para atingir esse nível de massificação, os telemóveis devem ser os mais baratos e compactos e as estações base precisam ser mais eficientes em termos energéticos. Para alcançar ritmos binário cada vez mais altos e uma maior eficiência espectral, es- quemas de modulação com altas flutuações da envolvente complexa devem ser empregues. Dada essa flutuação de envolvente, os amplificadores de potencia de última geração estão a operar num ponto de eficiência em produzem apenas 10 W de 100 W. Agora, dada a complexidade e o número de estações base que uma operadora móvel possui, não é difícil imaginar os custos de energia. Com este cenário em mãos, uma nova técnica chamada Quantized Digital Amplifier (QDA) com resultados promissores de eficiência é exposta. Além disso, o foco da tese vai também passar pela compreensão de fatores que condicionam o desenvolvimento de um amplificador de potência. Com o desenvolvimento de um kit de design inovador, o leitor entenderá os prós e contras do design de um amplificador de potência em classe E, incluindo uma análise teórica das perdas devido a componentes reais. Com base nesta análise teórica e usando uma tecnologia CMOS de 130 nm, uma topologia de cascode classe E será projetada para quatro níveis de potência de saída distintos. Nomeadamente, para um nível de potência de saída de 12 mW, um PAE de 46% foi alcançado.
Descrição
Palavras-chave
OFDM QDA Mobile Networks Class E PA 5G Wi-Fi