Mở đầu Kết quả của luận văn này cũng đóng góp một phần vào lĩnh vực mô hình hoá mạch khuếch đại siêu cao tần nhằm hỗ trợ cho việc thiết kế cũng như tính toán mạch PA cao tần, hỗ trợ và phát triển những hàm (hay mạch) bù méo thật chính xác để mạch PA có ngõ ra tuyến tính. Với tính khả thi của giải pháp đặt ra, tác giả đề nghị khảo sát tiếp 2 vấn đề sau: - Khảo sát mô hình với tín hiệu vào là CDMA được test lại với tín hiệu vào 2-tone. - Mở rộng đáp tuyến biên độ tín hiệu vào. Cách trình bày luận văn: Luận văn này được trình bày gồm 4 chương; các chương cụ thể trình bày các nội dung sau: - Chương 1 trình bày sơ lược về lịch sử phát triển của việc mô hình hóa cho một đối tượng, sự cần thiết của việc mô hình hoá cho mạch PA.
Từ đó, nêu vấn đề đặt ra và phương hướng giải quyết vấn đề của tác giả. - Chương 2 trình bày các lý thuyết cơ sở đã sử dụng trong đề tài, bao gồm: giới thiệu tóm tắt về các kiểu mô hình hành vi, về mô hình hoá cho mạch khuếch đại siêu cao tần, giới thiệu về mạng neural networks; trình bày các mô hình PA ở mức độ hệ thống và đồng thời đưa ra các nghiên cứu trước đó có liên quan đến đề tài. - Chương 3 sẽ giới thiệu về phần mềm mô phỏng ADS (Advanced Design Systems), thiết kế mạch PA trên nền ADS lần lượt với các tín hiệu vào là tín hiệu 2-tone và tín hiệu W-CDMA để lấy dữ liệu vào/ra và xây dưng mô hình PA sử dụng neural networks. - Chương 4 trình bày các kết quả mô phỏng dựa trên mô hình đã lập trong các điều kiện với tín hiệu vào là 2-tone và W-CDMA, cùng với các nhận xét và lời bàn ứng với mỗi kết quả.
Thd: TS Lương Vinh Quốc Danh Trang 10 Hvth: Nguyễn Thị Trâm Chương 1 - Mở đầu - Chương 5 tóm tắt kết quả, kết luận và nêu hướng nghiên cứu tiếp theo của đề tài. Nội dung luận văn có một số thuật ngữ không có từ tương đương trong tiếng Việt nên tác giả sử dụng từ gốc tiếng Anh. Một số thuật ngữ tác giả dịch sang tiếng Việt, tuy nhiên để tránh hiểu sai nghĩa, tác giả có ghi thêm từ gốc bằng tiếng Anh trong ngoặc đơn liền theo thuật ngữ đã dịch. Các từ viết tắt trong luận văn đã liệt kê sau phần mục lục.
Dù vậy, ở đầu mỗi chương hoặc các tiểu mục có sử dụng từ viết tắt nhiều lần, tác giả có ghi lại từ gốc tiếng Anh trong ngoặc đơn ở lần đề cập đầu tiên. Thd: TS Lương Vinh Quốc Danh Trang 11 Hvth: Nguyễn Thị Trâm Chương 2 - Cơ sở lý thuyết Chương 2 - CƠ SỞ LÝ THUYẾT Chương 2 sẽ tóm lược cơ sở lý thuyết liên quan đến đề tài, bao gồm các nội dung: - Giới thiệu về mô hình hành vi – Behavioral Modeling. - Giới thiệu về các kiểu mô hình hành vi cho mạch khuếch đại siêu cao tần. - Giới thiệu mô hình hoá mạch khuếch đại ở mức độ hệ thống; lý do chọn lựa mô hình TDNN – Time Delay Neural Networks.
- Giới thiệu sơ lược về mạng Neural Networks. Mô hình hành vi: 2.Giới thiệu: Trong những năm gần đây, sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ thông tin, công nghệ vi mạch điện tử và viễn thông, đặc biệt trong lĩnh vực vô tuyến đã cho ra đời nhiều ứng dụng mới. Mà ở đó, mạch khếch đại công suất có một ý nghĩa quan trọng trong hệ thống thông tin không dây, điều này đã được minh chứng là có một số lượng lớn các nghiên cứu đã thực hiện để tìm hiểu về những hạn chế cũng như sự thực thi tối ưu của mạch khuếch đại công suất. Thd: TS Lương Vinh Quốc Danh Trang 12 Hvth: Nguyễn Thị Trâm Chương 2 - Cơ sở lý thuyết Hình 2.
1: Sơ đồ khối của hệ thống truyền thông không dây Bộ khuếch đại là một thiết bị được thiết kế dùng để khuếch đại công suất tín hiệu. Chủ yếu có hai loại bộ khuếch đại trong mạch đầu cuối RF (front end circuits radio frequency) đó là bộ khuếch đại công suất (PA-Power Amplifiers) và bộ khuếch đại nhiễu thấp (LNA – Low Noise Amplifier). PA chủ yếu hiện diện trong máy phát và được thiết kế để tăng mức công suất của tín hiệu trước khi đưa tới anten để phát. Sự tăng công suất này là rất quan trọng chủ yếu để thu được tỷ số tín hiệu nhiễu như mong muốn tại máy thu.
2: Sơ đồ mạch khuếch đại tại bộ phận phát. Thd: TS Lương Vinh Quốc Danh Trang 13 Hvth: Nguyễn Thị Trâm Chương 2 - Cơ sở lý thuyết Hình 2. 3: Sơ đồ khối mạch khuếch đại tại bộ phận thu. Mục đích của bộ khuếch đại cao tần là khuếch đại tín hiệu vô tuyến để có độ lợi đạt đến mức công suất cần thiết đưa đến máy thu, trong khi đó thì độ méo (distortion), tức nhiễu thêm vào so với tín hiệu càng ít càng tốt.
Đối với máy phát di động nhỏ thường có một yếu tố khác không kém phần quan trọng đó là hiệu suất công suất vì những thiết bị này thường sử dụng pin. Thật không may là trong quan điểm thiết kế mạch nếu tăng hiệu suất công suất thì cũng đồng nghĩa dẫn tới việc thiết bị càng ngày càng rơi vào vùng phi tuyến đồng thời méo phi tuyến cũng tăng. Các vấn đề của sự phi tuyến là không quá nghiêm trọng cho các ứng dụng mà ở đó thông tin được đặt trong tín hiệu pha của sóng mang. Tuy nhiên, với những khó khăn hiện tại trong băng tần, những qui định mới đã đề ra những băng tần chính xác mà các bộ biến điệu chỉ có thể làm việc trên băng tần đó, trong khi tại cùng một thời điểm tốc độ dữ liệu cần phải đạt được cao hơn, do đó, nó là hợp lý để di chuyển đến khối biến điệu mà thông tin sóng mang gồm cả biên độ và pha.
Nếu biên độ mang thông tin rồi sau đó không thể đảo sự méo bao hình sẽ ảnh hưởng đến chất lượng tín hiệu nhận được và sẽ tăng tốc độ bit lỗi ở tín hiệu nhận được. Vì vậy, trong mô hình PA cho những ứng dụng băng rộng, khía cạnh quan trọng nhất để cần sự mô hình hoá của thiết bị là sự phi tuyến của hệ thống. Thd: TS Lương Vinh Quốc Danh Trang 14 Hvth: Nguyễn Thị Trâm Chương 2 - Cơ sở lý thuyết Hình 2. 4: Sơ đồ khối của mạch khuếch đại siêu cao tần phi tuyến.
Do chế độ vận hành ở mức độ công suất cao và độ phi tuyến lớn, bộ khuếch đại công suất (PA) đóng vai trò quan trọng trong chất lượng tín hiệu thực của hệ thống viễn thông. Do đó, không ngạc nhiên khi PA là đối tượng quan tâm của nhiều nhà nghiên cứu để tìm hiểu những giới hạn của nó và sau đó tối ưu hoá nó một cách hiểu quả. Mặc dù những nghiên cứu trước đó chỉ đơn giản là bao gồm những quan sát thực nghiệm của hành vi tín hiệu vào/ra nhưng đã tạo tiền đề cho những nghiên cứu tiếp theo dẫn đến đưa ra lý thuyết mô hình hành vi đầu tiên cho mạch PA. Nhìn từ bối cảnh tổng quát hơn của hệ thống nhận dạng, mô hình PA có thể được chia thành hai nhóm chính dựa vào loại dữ liệu cần thiết cho nhu cầu: mô hình vật lý và mô hình thực nghiệm.
Mô hình vật lý: Mô hình vật lý đòi hỏi kiến thức của những thành phần mà những thành phần này bao gồm hệ thống thực, những quan hệ về cấu tạo của nó và mô tả những nguyên tắc lý thuyết có mối liên quan tương tác lẫn nhau của các linh kiện điện tử tạo thành PA. Mô hình vật lý của PA sử dụng các thành phần thụ động hay tích cực phi tuyến ( bản thân mô hình này có thể có tính vật lý hay thực nghiệm) để hình thành nên tập các phương trình phi tuyến liên quan đến ngõ vào ra của điện thế và dòng điện. Việc sử dụng mô hình mạch tương đương (thường có tính chất thực nghiệm) của PA là thích hợp để mô phỏng mạch và cung cấp một kết quả chính xác, có nghĩa là với mô hình này thì tính hiệu quả của nó phụ thuộc chất lượng của mô hình linh kiện tích cực. Như vậy muốn có độ chính xác cao đòi hỏi phải tốn nhiều thời gian cũng như phải mô tả thật chi tiết cấu trúc nội của PA.
Thd: TS Lương Vinh Quốc Danh Trang 15 Hvth: Nguyễn Thị Trâm Chương 2 - Cơ sở lý thuyết 2. Mô hình hành vi (BM-Behavioral Model): Khi mạch tương đương của PA là không có sẵn, nên muốn mô phỏng mạch hoàn toàn ở mức độ hệ thống thì mô hình hành vi là thích hợp nhất. Mô hình hành vi còn gọi là hộp đen (back –box) Vì mô hình này hoàn toàn dựa vào sự quan sát tín hiệu vào/ra ( gọi là hành vi – behavioral) cho nên độ chính xác của dữ liệu vào/ra rất nhạy để cho ra cấu trúc mô hình được chính xác và sự xử lý lựa chọn tham số cho mô hình để rút ngắn thời gian là vấn đề mà mô hình hành vi quan tâm. Vì vậy, không có gì ngạc nhiên khi những cấu trúc mô hình khác biệt và tập dữ liệu quan sát khác nhau có thể dẫn đến sự khác biệt lớn trong ứng dụng mô hình và kết quả mô phỏng.
Mặc dù phương pháp mô hình hoá hành vi có thể đảm bảo tái tạo gần chính xác tập dữ liệu được sử dụng cho tính toán hoặc một vài bộ dữ liệu khác gắn liền với cùng bộ dữ liệu tác động và nó cũng có thể sử dụng tập dữ liệu khác cho mô hình PA cùng loại hoặc mô hình PA có cùng kỹ thuật hoàn toàn khác. Nghĩa là trái ngược với mô hình vật lý, khái quát khả năng dự đoán của mô hình hành vi nên luôn được xem xét một cách thận trọng. Mô hình hoá vi mạch khuếch đại siêu cao tần: 2. Giới thiệu: Mô hình hành vi còn được gọi là mô hình hộp đen (black box), nó không yêu cầu kiến thức về vật lý của hệ thống mà cấu trúc bên trong của nó chỉ dựa vào sự đo đạc tín hiệu vào/ra.
Tham số của mô hình hành vi được xác định từ dữ liệu tính toán ngõ vào/ra. Vì vậy, kỹ thuật tính toán và chất lượng của dữ liệu ảnh hưởng đến độ chính xác của mô hình này. Sự hữu dụng của mô phỏng bị giới hạn trong nhiều trường hợp thực tế bởi những tính chất của những mô hình thành phần mà nó sử dụng.
