Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật: Giải pháp chuyển đổi dấu phẩy tĩnh và hiệu chỉnh sai lệch trong TI-ADC cho khối thu băng rộng

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:171

Thêm vào BST

Báo xấu

7
lượt xem 4
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật "Giải pháp chuyển đổi dấu phẩy tĩnh và hiệu chỉnh sai lệch trong TI-ADC cho khối thu băng rộng" trình bày tổng quan về TI-ADC trong khối thu băng rộng; Giải pháp hiệu chỉnh đồng thời lệch hệ số khuếch đại, thời gian lấy mẫu của TI-ADC theo nguyên tắc ANC; Phát triển giải pháp FFC và ứng dụng cho các thuật toán DSP.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật: Giải pháp chuyển đổi dấu phẩy tĩnh và hiệu chỉnh sai lệch trong TI-ADC cho khối thu băng rộng

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI ĐINH THỊ KIM PHƯỢNG GIẢI PHÁP CHUYỂN ĐỔI DẤU PHẨY TĨNH VÀ HIỆU CHỈNH SAI LỆCH TRONG TI-ADC CHO KHỐI THU BĂNG RỘNG LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ Hà Nội - 2022
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI ĐINH THỊ KIM PHƯỢNG GIẢI PHÁP CHUYỂN ĐỔI DẤU PHẨY TĨNH VÀ HIỆU CHỈNH SAI LỆCH TRONG TI-ADC CHO KHỐI THU BĂNG RỘNG LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ Ngành: Kỹ thuật điện tử Mã số: 9520203 TẬP THỂ HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS. TS. NGUYỄN ĐỨC MINH TS. PHẠM HẢI ĐĂNG Hà Nội - 2022
i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan các kết quả khoa học được trình bày trong luận án này là công trình nghiên cứu của tôi dưới sự hướng dẫn của các cán bộ hướng dẫn. Các số liệu, các kết quả trình bày trong luận án có nguồn gốc rõ ràng, hoàn toàn trung thực và chưa được công bố trong các công trình trước đây. Các dữ liệu tham khảo được trích dẫn đầy đủ. Hà Nội, ngày ...tháng.... năm 2022 TM. Tập thể hướng dẫn Tác giả luận án PGS.TS. Nguyễn Đức Minh Đinh Thị Kim Phượng TS. Phạm Hải Đăng
ii LỜI CẢM ƠN Trong quá trình nghiên cứu và hoàn thành Luận án, nghiên cứu sinh đã nhận được sự định hướng, giúp đỡ, các ý kiến đóng góp quý báu và những lời động viên của các nhà khoa học, các thầy cô giáo, đồng nghiệp và gia đình. Trước hết, nghiên cứu sinh xin bày tỏ lời cảm ơn tới các thầy PGS.TS. Nguyễn Đức Minh, TS. Phạm Hải Đăng và TS. Lê Đức Hân đã tận tình hướng dẫn và giúp đỡ trong quá trình nghiên cứu. Nghiên cứu sinh xin chân thành cảm ơn TS. Hoàng Phương Chi, TS. Phạm Nguyễn Thanh Loan và các thầy cô giáo, các nhà khoa học của Khoa Điện Tử, Trường Điện- Điện Tử, Đại Học Bách Khoa Hà Nội đã có các góp ý quý báu cho Nghiên cứu sinh trong quá trình thực hiện Luận án này. Nghiên cứu sinh xin gửi lời cảm ơn chân thành đến ThS. Hoàng Thanh Phương, các thành viên của BKIC Lab 611 thư viện Tạ Quang Bửu- Đại học Bách khoa Hà Nội và giáo sư Hiroshi Ochi cùng các thành viên của Ochi & Kuroshaki Lab, Học viện kỹ thuật Kyushu- Iizuka, Fukuoka, Nhật Bản đã hỗ trợ và cùng nghiên cứu sinh thực hiện một số thực nghiệm trong Luận án này. Xin chân thành cảm ơn TS. Tống Văn Luyên cùng các đồng nghiệp Khoa Điện Tử, Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội cùng các bạn bè đã tạo điều kiện thuận lợi để nghiên cứu sinh hoàn thành nhiệm vụ nghiên cứu. Cuối cùng nghiên cứu sinh bày tỏ lời cảm ơn sâu sắc tới gia đình hai bên và người chồng của nghiên cứu sinh đã luôn động viên, chia sẻ, ủng hộ và giúp đỡ nghiên cứu sinh vượt qua khó khăn để đạt được những kết quả nghiên cứu trong Luận án này. NCS Đinh Thị Kim Phượng
iii MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ii MỤC LỤC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . iii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT . . . . . vi DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . xi DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU . . . . . . . . . . . . . . . . . . . xiv DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT . . . . . xvii MỞ ĐẦU . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ TI-ADC TRONG KHỐI THU BĂNG RỘNG 11 1.1 Kiến trúc khối thu băng rộng và đặc điểm của TI-ADC . 11 1.1.1 Kiến trúc máy thu băng rộng sử dụng TI-ADC . . . . . . . 11 1.1.2 Nguyên tắc hoạt động của TI-ADC . . . . . . . . . . . . . 14 1.2 Mô hình hóa TI-ADC với các sai lệch . . . . . . . . . . . . . 17 1.2.1 Các sai lệch nội tại của các sub-ADC trong TI-ADC . . . 17 1.2.2 Mô hình hóa TI-ADC dưới ảnh hưởng của các sai lệch . . 19 1.2.3 Các yếu tố tác động đến hiệu năng của TI-ADC . . . . . . 28 1.3 Các vấn đề khi thiết kế bộ hiệu chỉnh sai lệch trong TI-ADC 29 1.3.1 Kỹ thuật hiệu chỉnh sai lệch trong TI-ADC . . . . . . . . . 29 1.3.2 Các vấn đề khi triển khai phần cứng . . . . . . . . . . . . . 42 1.4 Kết luận chương 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51 CHƯƠNG 2. GIẢI PHÁP HIỆU CHỈNH ĐỒNG THỜI LỆCH HỆ SỐ KHUẾCH ĐẠI, THỜI GIAN LẤY MẪU CỦA TI-ADC THEO NGUYÊN TẮC ANC 52
iv 2.1 Nguyên tắc ANC trong hiệu chỉnh đồng thời lệch hệ số khuếch đại và thời gian lấy mẫu của TI-ADC . . . . . . . . 52 2.1.1 Phân tích mô hình TI-ADC với các sai lệch . . . . . . . . . 53 2.1.2 Đề xuất nguyên tắc ANC cho hiệu chỉnh đồng thời lệch hệ số khuếch đại và thời gian lấy mẫu của TI-ADC. . . . . 56 2.1.3 Giải pháp hiệu chỉnh đồng thời lệch hệ số khuếch đại và thời gian lấy mẫu của TI-ADC theo nguyên tắc ANC thực hiện trên các băng tần Nyquist . . . . . . . . . . . . . . . . 60 2.2 Mô phỏng và đánh giá . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61 2.2.1 Thiết lập mô phỏng . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61 2.2.2 Mô phỏng với tín hiệu vào thuộc băng tần Nyquist cơ bản 62 2.2.3 Mô phỏng với tín hiệu vào thuộc các băng tần Nyquist khác nhau . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66 2.2.4 Kết quả mô phỏng và đánh giá . . . . . . . . . . . . . . . . 69 2.3 Kết luận chương 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75 CHƯƠNG 3. PHÁT TRIỂN GIẢI PHÁP FFC VÀ ỨNG DỤNG CHO CÁC THUẬT TOÁN DSP 76 3.1 Giải pháp nhóm tín hiệu trong FFC . . . . . . . . . . . . . . 76 3.1.1 Cơ sở toán học . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76 3.1.2 Kiểm chứng giải pháp nhóm tín hiệu . . . . . . . . . . . . . 80 3.1.3 Thuật toán FFC với nhóm tín hiệu . . . . . . . . . . . . . . 86 3.2 Ứng dụng FFC cho FFT đa phương thức trong thiết bị WLAN chuẩn IEEE 802.11 ax . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90 3.2.1 Vai trò của FFT đa phương thức trong thiết bị WLAN chuẩn IEEE 802.11ax . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91 3.2.2 Kiến trúc triển khai FFT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95 3.2.3 Giải pháp FFT đa phương thức . . . . . . . . . . . . . . . . 97
v 3.2.4 Hiệu quả của giải pháp FFC ứng dụng cho FFT đa phương thức trong thiết bị WLAN chuẩn IEEE 802.11ax thông qua thực nghiệm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104 3.3 Ứng dụng giải pháp FFC cho hiệu chỉnh TI-ADC ANC . 110 3.3.1 Thực hiện FFC cho hiệu chỉnh TI-ADC ANC . . . . . . . 111 3.3.2 Thực nghiệm và đánh giá . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114 3.4 Kết luận chương 3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118 KẾT LUẬN 119 CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BỐ 122 TÀI LIỆU THAM KHẢO 124 PHỤ LỤC A.MỘT SỐ CÔNG THỨC BIẾN ĐỔI CỦA FFT ĐA PHƯƠNG THỨC PL1 A.1 Công thức khai triển FFT đa phương thức . . . . . . . . . . . . . PL1 PHỤ LỤC B. MÃ NGUỒN MỘT SỐ CHƯƠNG TRÌNH CỦA THUẬT TOÁN FFC PL5 B.1 Hàm mô phỏng sim_log . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . PL5 B.2 Hàm tạo mô hình sim_log . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . PL10 .
vi DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT Viết tắt Tên tiếng Anh Tên tiếng Việt ADC Analog to Digital converter Bộ chuyển đổi tương tự số ANC Adaptive Noise canceller Lọc thích nghi loại bỏ nhiễu ASIC The Application Specific Vi mạch số thiết kế Integrated Circuit cho ứng dụng cụ thể BDF Bandpass Derivative Filter Bộ lọc đạo hàm thông dải CMOS Complementary Metal-Oxide Công nghệ chế tạo - Semiconductor mạch tích hợp DFT Discrete Fourier Transform Biến đổi Fourier rời rạc DL Downlink Đường xuống DSP Digital signal processing Xử lý số tín hiệu ENOB Effective Number of Bit Số bit hiệu dụng EO Evolutionary optimise Cải tiến tối ưu FFC Floating-point to Fixed-point Chuyển đổi dấu phẩy động Conversion sang dấu phẩy tĩnh FFT Fast Fourier Transform Biến đổi Fourier nhanh FIR Finite Impulse Response Đáp ứng xung hữu hạn FoM Figure of Merit Hệ số phẩm chất FPGA Field-Programmable Mảng logic Gate Array lập trình được FIL FPGA in the Loop Triển khai FPGA vòng kín FWL Fraction Word- Length Độ dài phần thập phân HPF High Pass Filter Bộ lọc thông cao
vii Viết tắt Tên tiếng Anh Tên tiếng Việt HT High Throughput Thông lượng cao HE-SIG A High Efficiency SIGNAL Trường tín hiệu A A field hiệu năng cao HE-SIG B High Efficiency SIGNAL Trường tín hiệu B B field hiệu năng cao HE-STF High Efficiency Short Trường huấn luyện ngắn Training Field hiệu suất cao HE-LTF High Efficiency Long Trường huấn luyện dài Training Field hiệu suất cao HE SU PPDU High Efficiency PPDU người dùng đơn Single User PPDU hiệu suất cao HE MU PPDU High Efficiency PPDU đa người dùng Multi User PPDU hiệu suất cao HE EXT SU High Efficiency Extended PPDU mở rộng phạm vi PPDU Range Single User PPDU đơn người dùng hiệu quả cao IC Integrated Circuit Mạch tích hợp IDFT Inverse Discrete Fourier Biến đổi Fourier rời rạc Transform ngược IFFT Inverse Fast Fourier Transform Biến đổi Fourier ngược IWL Integer Word-Length Độ dài phần nguyên LTE Long-Term Evolution Cải tiến dài hạn LTI Linear Time Invariant Hệ thống tuyến tính bất biến theo thời gian L-STF Legacy short Trường huấn luyện Training Field ngắn kế thừa L-SIG Legacy SIGNAL field Trường tín hiệu kế thừa
viii Viết tắt Tên tiếng Anh Tên tiếng Việt LSB Least Significant Bit Bit có trọng số thấp nhất L-LTF Legacy Long Trường huấn luyện Training Field dài kế thừa MSB Most Significant Bit Bit có trọng số cao nhất MDC-FFT Multi-Path Delay Commutator Kiến trúc FFT với bộ tính Architecture FFT toán đồng thời đa đường MUX Multiplexer Bộ ghép kênh MAC Medium Access Control Điều khiển truy nhập môi trường MMSE Minimum Mean Square Error Sai số trung bình bình phương tối thiểu MU-MIMO Multi-User Multi Input Đa người dùng, Multi Output đa đầu vào, đa đầu ra OFDM Orthogonal Frequency Ghép kênh phân chia Division Multiplexing tần số trực giao OFDMA Orthogonal Frequency Đa truy cập Division Multiple Access phân chia tần số trực giao PAG Pseudo Aliasing Genarator Bộ tạo tín hiệu Pseudo PHY Physical Layer Lớp vật lý PVT Process, Voltage, and Chu trình, điện áp Temperature và nhiệt độ PE Packet Extension field Trường mở rộng gói PPDU Physical Layer Convergence Đơn vị dữ liệu gói Protocol Packet Data Unit giao thức hội tụ lớp vật lý QCELP Qualcomm Code Excited Dự đoán tuyến tính Linear Prediction được kích bởi mã Qualcomm RAM Random Access Memory Bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên
ix Viết tắt Tên tiếng Anh Tên tiếng Việt ROM Read Only Memory Bộ nhớ chỉ đọc RLS Recursive Least Square Bình phương đệ quy tối thiểu RMS Root Mean Square Giá trị hiệu dụng RL-SIG Repeated Non-High Trường tín hiệu Throughout SIGNAL field thông lượng không cao được lặp S Sign Dấu SDR Software Defined Radio Bộ thu phát vô tuyến định nghĩa bằng phần mềm SDC-FFT Single-Path Delay Feedback Kiến trúc FFT với các đường hồi tiếp đơn SFDR Spurious Free Dynamic Range Dải động không bị làm giả SINAD Signal to Noise And Distortion Tỷ số tín hiệu trên nhiễu và méo SNDR Signal to Noise and Tỷ số tín hiệu trên Distortion Ratio nhiễu và méo SNR Signal to Noise Ratio Tỷ số tín hiệu trên nhiễu Sub-ADC Sub Analog to Digital Conversion ADC con S& H Sample and Hold Mạch lấy mẫu và giữ mẫu TI-ADC Time- Interleaved Analog Bộ chuyển đổi tương tự số to Digital Converter lấy mẫu xen thời gian THD Total Harmonic Distortion Tổng các méo hài Tw Twiddle Factor Nhân tố Twiddle UL Uplink Đường lên VDL Variable Delay Line Đường trễ có thể thay đổi VHT Very High Throughput Thông lượng rất cao
x Viết tắt Tên tiếng Anh Tên tiếng Việt WL Word-length Độ dài từ mã VHDL Very High Speed Integrated Ngôn ngữ mô tả phần cứng Circuit Hardware Description cho vi mạch tích hợp tốc độ Language rất cao WLO Word-Length Optimization Tối ưu độ dài từ mã WLAN Wireless Local Access Network Mạng cục bộ không dây WSS Wide Sense Stationary Quá trình ngẫu nhiên dừng mở rộng
xi DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1 Máy thu trực tiếp RF sử dụng bộ thu vô tuyến cấu hình mềm (SDR). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 Hình 1.2 Mô hình TI-ADC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 Hình 1.3 Công suất tiêu thụ và tần số lấy mẫu của ADC đơn và TI-ADC [35]. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 Hình 1.4 Kiến trúc sub-ADC với các sai lệch nội tại [114]. . . . . . . . 18 Hình 1.5 Kiến trúc TI-ADC và các sai lệch của các sub-ADC [114] . . 20 Hình 1.6 Kỹ thuật hiệu chỉnh sai lệch của Vogel trong [116] . . . . . . 35 Hình 1.7 Kỹ thuật hiệu chỉnh sai lệch của Matsuno trong [73] . . . . . 36 Hình 1.8 Kỹ thuật hiệu chỉnh sai lệch của TI-ADC (a) Hiệu chỉnh có hồi tiếp (b) Hiệu chỉnh không hồi tiếp . . . . . . . . . . . . . . . . 40 Hình 1.9 Thứ tự hiệu chỉnh các sai lệch trong TI-ADC [60] . . . . . . 41 Hình 1.10 Mô hình hệ thống DSP dạng đồ thị. . . . . . . . . . . . . . . 44 Hình 1.11 Tự động chuyển FFC bằng ngôn ngữ C [57] . . . . . . . . . . 48 Hình 2.1 Mô hình TI-ADC M kênh với lệch hệ số khuếch đại và thời gian lấy mẫu [116]. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54 Hình 2.2 Ước lượng dựa trên nguyên tắc lọc thích nghi loại bỏ nhiễu (ANC). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57 Hình 2.3 Kỹ thuật hiệu chỉnh sai lệch đề xuất. . . . . . . . . . . . . . 60 Hình 2.4 Bộ lọc BDF. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61 Hình 2.5 SNDR và SFDR với bậc của FIR: (a) SNDR. (b) SFDR. . . 62 Hình 2.6 Phổ tín hiệu ra của TI-ADC cho tín hiệu vào đơn tần fin = 0, 45 × fs : (a) Khi chưa hiệu chỉnh (b) Sau khi hiệu chỉnh lệch hệ số khuếch đại và thời gian lấy mẫu . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
xii Hình 2.7 Thời gian hội tụ: (a). sai số lệch hệ số khuếch đại cg ; (b). Sai số lệch thời gian lấy mẫu cr . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63 Hình 2.8 Liên hệ giữa các giá trị SNDR và SFDR với giá trị RMS của lệch thời gian lấy mẫu σt thay đổi từ 0 → 10 ps; còn giá trị RMS của lệch hệ số khuếch đại không đổi σg = 0, 01: (a) SNDR; (b) SFDR. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64 Hình 2.9 Phổ đầu ra của tín hiệu thông dải thuộc dải tần [0, 1fs , 0, 45fs ]: (a)Trước hiệu chỉnh; (b)Sau hiệu chỉnh. . . . . . . . . . . . . . . . 65 Hình 2.10 Phổ tín hiệu ra TI-ADC của tín hiệu có băng tần 10 MHz điều chế 16-QAM với tần số sóng mang là 0, 29fs : (a) trước hiệu chỉnh, và (b) sau hiệu chỉnh. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65 Hình 2.11 Phổ đầu ra của tín hiệu băng thông 100 MHz được điều chế 16-QAM với tần số sóng mang 0, 29fs và : (a) trước hiệu chỉnh, (b) sau hiệu chỉnh. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66 Hình 2.12 Phổ đầu ra của TI-ADC 4 kênh với tần số tín hiệu vào fin = 0, 45 × fs + fs thuộc băng tần Nyquist 3, do TI-ADC sub- sampling, fin ánh xạ thành 0, 45 × fs trong băng tần cơ sở). . . . . 66 Hình 2.13 Phổ của tín hiệu 256-QAM, sóng mang 0, 45fs + fs trước và sau khi hiệu chỉnh lệch hệ số khuếch đại và thời gian lấy mẫu. . . 67 Hình 2.14 Giá trị SNDR/SFDR của TI-ADC cho các tín hiệu đơn tần thuộc 4 băng tần Nyquist đầu tiên trước và sau hiệu chỉnh lệch hệ số khuếch đại và thời gian lấy mẫu (a)SNDR (b) SFDR . . . . 68 Hình 2.15 Sự hội tụ SNDR trong quá trình hiệu chỉnh TI-ADC cho các tín hiệu thuộc 4 băng tần Nyquist đầu tiên. . . . . . . . . . . . 68 Hình 2.16 Quá trình hội tụ : (a) của hệ số lệch hệ số khuếch đại (cg ), (b) của hệ số lệch thời gian lấy mẫu (cr ) trong quá trình hiệu chỉnh. 68 Hình 2.17 Phổ ra của tín hiệu đa tần qua TI-ADC trước hiệu chỉnh (a) và sau hiệu chỉnh (b) lệch hệ số khuếch đại và thời gian lấy mẫu. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69
xiii Hình 2.18 Giá trị SNDR/SFDR trước và sau hiệu chỉnh đồng thời lệch hệ số khuếch đại và thời gian lấy mẫu của TI-ADC ANC với tín hiệu thuộc băng tần Nyquist thứ 2. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70 Hình 2.19 Thời gian hội tụ trong quá trình hiệu chỉnh. . . . . . . . . . 71 Hình 2.20 So sánh hiệu năng của TI-ADC tín hiệu vào đơn tần, tần số 0, 45fs , giá trị RMS của lệch thời gian lấy mẫu σt thay đổi từ 0 → 2ps còn giá trị RMS của lệch hệ số khuếch đại cố định σg = 0, 01 (a) SNDR; (b) SFDR. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73 Hình 3.1 Nhóm tín hiệu dựa trên công suất kỳ vọng của tín hiệu và hàm truyền đạt của khối . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81 Hình 3.2 Nhóm các khối chức năng . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81 Hình 3.3 Mô hình FFC áp dụng cho FFT đa phương thức . . . . . . . 91 Hình 3.4 Kiến trúc bộ thu OFDM băng tần cơ sở [125] . . . . . . . . . 92 Hình 3.5 Định dạng khung dữ liệu HE-PHY của 802.11ax [100] . . . . 92 Hình 3.6 Giải pháp thiết kế FFT đa phương thức . . . . . . . . . . . 99 Hình 3.7 Kiến trúc PU4: (a). PU4 chưa tối ưu (b). PU4 đã tối ưu hệ số nhân . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103 Hình 3.8 Sai số trung bình bình phương và độ dài từ của FFT đa phương thức dùng cho thiết bị WLAN chuẩn IEEE 802.11ax. . . . 106 Hình 3.9 Bộ FFT đa phương thức dạng dấu phẩy tĩnh trong thiết bị WLAN chuẩn IEEE 802.11ax. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107 Hình 3.10 Mô hình FFC áp dụng cho hiệu chỉnh TI-ADC ANC . . . . 111 Hình 3.11 SNDR/SFDR và độ dài từ của các tín hiệu ra TI-ADC ANC: (a) SNDR. (b) SFDR. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112 Hình 3.12 Kiến trúc phần cứng của bộ hiệu chỉnh đồng thời lệch hệ số khuếch đại và thời gian lấy mẫu của TI-ADC ANC dạng dấu phẩy tĩnh. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113 Hình 3.13 Thử nghiệm TI-ADC ANC trên FPGA Kintex 7, XC7K325T.115
xiv Hình 3.14 Phổ tín hiệu TI-ADC trước và sau hiệu chỉnh với bộ hiệu chỉnh đề xuất dạng dấu phẩy động (a) trước hiệu chỉnh (b)sau hiệu chỉnh. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 116 Hình 3.15 Phổ tín hiệu sau bộ hiệu chỉnh TI-ADC ANC dạng dấu phẩy tĩnh . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 116
xv DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 Các trường biểu diễn dữ liệu dấu phẩy động IEEE 754 [85] 43 Bảng 2.1 So sánh hiệu năng SNDR và SFDR của TI-ADC với tín hiệu vào ở băng tần Nyquist 3, 4. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71 Bảng 2.2 So sánh hiệu năng SNDR và SFDR của kỹ thuật đề xuất với [73, 110]. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72 Bảng 2.3 So sánh kết quả thực thi với các kỹ thuật hiệu chỉnh khác. . 74 Bảng 3.1 Công suất kỳ vọng của tín hiệu vào và tín hiệu ra của các khối cộng, trừ và nhân. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85 Bảng 3.2 Giá trị của n, k trong kiến trúc FFT . . . . . . . . . . . . . 97 Bảng 3.3 Tính toán các hệ số Tw trong hệ tọa tọa độ khác nhau . . . 101 Bảng 3.4 Số các Tw cho Radix-2 MDC . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101 Bảng 3.5 Thời gian chuyển đổi FFC của bộ FFT đa phương thức khi áp dụng và không áp dụng kỹ thuật FFC . . . . . . . . . . . . . . 106 Bảng 3.6 So sánh số các khối . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108 Bảng 3.7 Tổng hợp kết quả FPGA cho bộ FFT đa phương thức dùng trong thiết bị WLAN chuẩn 802.11ax triển khai trên FPGA Stratix IV. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108 Bảng 3.8 Trễ và thông lượng của các kiến trúc FFT . . . . . . . . . . 109 Bảng 3.9 Tổng hợp công suất tiêu thụ trong FFT đa phương thức . . 110 Bảng 3.10 Tổng hợp diện tích mạch của FFT đa phương thức . . . . . 110 Bảng 3.11 Tổng hợp các cổng logic trong FFT đa phương thức . . . . . 110 Bảng 3.12 Thời gian thực hiện FFC của bộ hiệu chỉnh TI-ADC ANC có áp dụng và không áp dụng kỹ thuật nhóm tín hiệu . . . . . . . 114 Bảng 3.13 Kết quả triển khai bộ hiệu chỉnh TI-ADC ANC trên FPGA. 116
xvi Bảng 3.14 Tổng hợp công suất tiêu thụ trong bộ hiệu chỉnh TI-ADC ANC trên công cụ Genus 162 PDK XFab SOI CMOS 180nm . . 117 Bảng 3.15 Tổng hợp diện tích mạch của bộ hiệu chỉnh TI-ADC ANC . 117 Bảng 3.16 Tổng hợp các cổng logic trong bộ hiệu chỉnh TI-ADC ANC trên công cụ Genus 162 PDK XFab SOI CMOS 180nm . . . . . . 118 Bảng A.1 Giá trị của n, k trong kiến trúc FFT . . . . . . . . . . . . . PL1
xvii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU TOÁN HỌC Ký hiệu Ý nghĩa ϵ Hàm nhỏ không đáng kể ∂{.} ∂{..} Đạo hàm theo biến {..} của hàm {.} nhiều biến δ(.) Hàm diract α Hằng số đại diện công suất tiêu thụ của mạch a Ký hiệu một véc-tơ A Ký hiệu một ma trận AT Chuyển vị của ma trận Ain Biên độ tín hiệu vào fs Tần số lấy mẫu Ts Chu kỳ lấy mẫu Tov Overhead Time fin Tần số tín hiệu vào fc i Tần số cắt kênh thứ i BW Băng thông tín hiệu M Số kênh của TI-ADC N Độ phân giải (số bit) của ADC P Công suất tiêu thụ µ Kích thước bước trong thuật toán LMS ωs Tần số góc của xung lấy mẫu ωin Tần số góc của tín hiệu vào x(t) Tín hiệu tương tự đầu vào yi (t) Tín hiệu đầu ra kênh thứ i của TI-ADC trong miền thời gian
xviii Ký hiệu Ý nghĩa y(t) Tín hiệu đầu ra TI-ADC trong miền thời gian yi (k) Tín hiệu số đầu ra của kênh thứ i tại mẫu thứ k y[n] Tín hiệu số đầu ra của TI-ADC X(jω) Tín hiệu đầu vào của TI-ADC trong miền tần số Y (jω) Tín hiệu đầu ra của TI-ADC trong miền tần số τi Hằng số thời gian của bộ lọc thông thấp tương đương kênh thứ i ∆Oi Lệch offset của kênh thứ i so với ADC lý tưởng ∆gi Lệch hệ số khuếch đại của kênh thứ i so với ADC lý tưởng ∆ti Lệch thời gian lấy mẫu của kênh thứ i so với thời gian lấy mẫu lý tưởng ˆ {.} Tín hiệu ước lượng của {.} σo Giá trị RMS của sai lệch offset của TI-ADC σg Giá trị RMS của sai lệch hệ số khuếch đại của TI-ADC σt Giá trị RMS của sai lệch thời gian lấy mẫu của TI-ADC σu2 Năng lượng tín hiệu vào hd [n] đáp ứng bộ lọc vi phân lý tưởng hbd [n] đáp ứng bộ lọc vi phân thông dải lý tưởng cg Vec-tơ chứa sai lệch hệ số khuếch đại ct Vec-tơ chứa sai lệch thời gian lấy mẫu E{.} Phép lấy trung bình ΦP∆o Phổ tín hiệu chứa sai lệch offset ΦP∆g Phổ tín hiệu chứa sai lệch hệ số khuếch đại ΦP∆t Phổ tín hiệu chứa sai lệch thời gian lấy mẫu R∆o [n] Hàm hiệp phương sai của sai lệch offset R∆g [n] Hàm hiệp phương sai của lệch hệ số khuếch đại R∆t [n] Hàm hiệp phương sai của lệch thời gian lấy mẫu VDD Điện áp nguồn cấp cho mạch