Анализ комбинационного спектра высокомощных усилителей систем беспроводной коммуникации

В настоящее время передача информации является неотъемлемой частью технологий, активно развивающихся в рамках процесса, называемого Четвертой промышленной революцией. В этом всё большую роль играют спутнико-космические, спутниковые и другие подвижные системы беспроводной коммуникации. Почти все они включают в себя множественный доступ (multiple access), под которым понимается способ разделения общего ресурса канала связи между абонентами (каждая мобильная станция имеет возможность пользоваться ретранслятором спутника или базовой станцией подвижной системы беспроводной коммуникации для передачи своих сигналов независимо от работы другой станции). Связные системы с множественным доступом используются для цифрового радио- и телевещания в высокоскоростных линиях связи, в беспроводных локальных сетях, для передачи данных в СВЧ-диапазоне, а также для связи с различными подвижными партнерами. В радиопередающих и радиоприемных трактах связных систем с множественным доступом используются множественные сигналы (сумма мощностей сигналов абонентов) с весьма сложными видами цифровой модуляции огибающей, поэтому в них применяют широкие рабочие полосы. С повышением качества передачи информации в подвижных системах беспроводной коммуникации имеют место особые требования к мощным усилительным системам (МУС) приемо-передающих трактов, которые должны обладать высоким КПД и большой выходной мощностью, требуемыми широкополосностью, емкостью сети и линейностью каналов передачи сообщений. Для достижения максимальной эффективности в МУС рабочая точка его усилительного элемента должна находиться вблизи области насыщения, на основной криволинейности передаточной характеристики. Когда множественные сигналы вводятся одновременно в МУС, он генерирует нефильтруемые гармоники интермодуляции (intermodulation harmonics; англ. IH). Гармоники интермодуляции образуются вследствие нелинейности амплитудных характеристик и неравномерности фазо-амплитудных характеристик и необходимости работать с наиболее высоким КПД МУС, что и требует сдвига рабочей точки к порогам насыщения их усилительных элементов. Это в свою очередь и вызывает появление IH. Поскольку гармонические колебания IH фактически представляют собой шум для соседних каналов связи и теоретически не фильтруемы, необходим выравниватель (иначе оптимизатор) характеристик для уменьшения уровня этих помех в выходном (комбинационном) спектре МУС.

системы связи, групповые сигналы, амплитудные характеристики, адаптивные математические модели, моделирование, гармоники интермодуляции, коррекция характеристик нелинейных систем

1. Денисевич В.Н., Цуников А.Ю., Аветисов А.С., Кутлубаева Ю.И., Нефедов В.И., Марков А.А. Исследование спектра выходного сигнала нелинейных усилителей мощности. Материалы Междунар. научно-практической конференции, 14–17 ноября 2011 г. INTERMATIC – 2011. Фундаментальные проблемы радиоэлектронного приборостроения. М.: МИРЭА, 2011. Т. 11. № 4. С. 201–205.

2. Нефедов В.И. Метод линеаризации характеристик усилителей // Наукоемкие технологии. 2006. Т. 7. № 10. С. 53–54.

3. Касымов А.Ш., Касымов Ш.И. Квазистатические методы оценки влияния комплексной нелинейности ретранслятора широкозонных, региональных и локальных дифференциальных спутниковых систем радионавигации, управления и связи // Успехи современной радиоэлектроники. 2005. № 6.C. 58–70.

4. Heutmakeг M., Welch J., Wu E. Using Digital Modulation to Measure and Model RF Amplifier Distortion // Applied Micгowave & Wiгeless.1997. Maгch/Apгil. P. 34–39.

5. Басик И.В. Метод определения компонент тока при воздействии на нелинейную систему суммы синусоидальных напряжений. Сборник научных трудов. ЦНИИС, 1948. С. 69–91.

6. Ватсон Г.Н. Теория бесселевых функций: пер. с англ. В.С. Бермана. В 2-х ч. М.: Изд-во иностранной литературы, 1949. 798 с.

7. Прохоров С.А., Газетова Я.В. О некоторых свойствах бесселевых цилиндрических функций первого рода. Вестник Северного (Арктического) федерального университета. 2011. № 1. С. 118–121.

8. Забалканский Э.С., Левин М.Е. Преобразование спектра сигналов в усилителях с комплексной нелинейностью // Радиотехника. 1993. № 2-3. С. 15–18.

9. Нефедов В.И., Трефилов Д.А., Дементьев А.Н., Ветрова В.В., Колесников С.М., Шпак А.В. Интегральные уравнения для моделирования цилиндрических зеркальных антенн // Российский технологический журнал. 2017. Т. 5. № 3. С. 3–8. https://doi.org/10.32362/2500-316X-2017-5-3-124-129

10. Artem’ev K.V., Batanov G.M., Berezhetskaya N.K., Davydov A.M., Kossyi I.A., Nefedov V.I., Sarksyan K.A., Kharchev N.K. Subthreshold self-sustained discharge initiated by a microwave beam in a large volume of high-pressure gas // Journal of Physics: Conference Series. 2017. V. 907 (1). article № 012022. https://doi.org/10.1088/1742-6596/907/1/012022

11. Luchnikov P.A., Nefedov V.I., Trefilov H.A., Dementiev A.N., Surzhikov A.P. Modeling of radiative – Conductive heat transfer in compositing materials. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. V. 168, Iss. 1, February 2017, Article № 012097. 12th International Conference Radiation-Thermal Effects and Processes in Inorganic Materials; Tomsk; Russian Federation; through 12 September 2016; Code 126532 (Scopus). https://doi.org/10.1088/1757-899X/168/1/012097

12. Krylov V.I., Rukhadze A.A., Nefedov V.I. On a partial solution of the diffusion equation // Bulletin of the Lebedev Physics Institute. 2017. V. 44(2). Р. 36–39. http://dx.doi.org/10.3103/S1068335617020038

13. Касымов А.И., Борисов В.А., Когновицкий Л.В., Рубцов Д.В., Касымов А.А. Влияние спутника-ретранслятора с нелинейными АМ/АМ-, АМ/ФМ-преобразованиями на энергетические показатели каналов передачи данных широкозонных дифференциальных подсистем спутниковых систем радионавигации, посадки ВС, УВД и связи // Вопросы теории устойчивости и безопасности систем. 2004. Вып. 6. C. 75–84.

14. Нефедов В.И., Сигов А С. Общая теория связи: учебник для академического бакалавриата и магистратуры. М.: Юрайт, 2019. 495 c.

15. Бабенко В.П., Битюков В.К., Кузнецов В.В., Симачков Д.С. Моделирование статических и динамических потерь в MOSFET-ключах // Российский технологический журнал. 2018. Т. 6. № 1. С. 20–39. https://doi.org/10.32362/2500-316X-2018-6-1-20-39