Four-element phased-array beamformers and a self-interference canceling full-duplex transceiver in 130-nm sige for 5G applications at 26 GHz

Bu tez, yeni nesil 5G iletişim sistemleri için radyo frekansı (RF) entegre ön uç devrelerinin tasarımı üzerinedir. 5G şebekelerinde yüksek veri oranları ve düşük gecikme süreleri ancak milimetrik dalgalar, masif-MIMO ve tam dubleks vb. gibi bir kaç yeni teknolojinin beraber kullanılması ile karşılanabilir. Milimetrik dalgaların kullanılması, havadaki zayıflama kayıplarını artırsa da, yüksek veri hızları için gerekli olan daha fazla bant genişliğini sağlar. Artan yol kayıplarını telafi etmek için masif-MIMO dizileri, hüzme şekillendirmek ve dizi kazancı sağlamak için kullanılır. Ayrıca, yüksek spekturum verimliliği ve düşük gecikme süresi için tam dubleks sistemler istenmektedir. Tam dubleks sistemlerin güçlüğü ise iletim (TX) ve alıcı (RX) arasındaki öz girişimdir (SI). Sirkülatörler, izolatörler, kuplörler veya iki ayrı anten kullanımı bu etkileşimi bastırmak için kullanılan geleneksel yöntemlerdir. Ancak bu yöntemler tam-entegre tam dubleks masif-MIMO dizileri için uygun değillerdir. Bu tez, 26GHz'de 5G uygulamaları için yukarıda özetlenen sorunlar hakkında SiGe teknolojisiyle devre ve sistem düzeyinde çözümler sunmaktadır. İlk olarak, masif-MIMO dizileri için ölçeklenebilir bir tam-dubleks RF ön uç mimarisi önerilmiştir. Tekli/paylaşımlı anten sistemleri özelinde, dışarıdan girdi almaksızın RF özgirişim baskılamak üzerinedir. Bu amaçla, tam dubleks ön uç mimarisini gerçeklemede kritik rolü olan yüksek çözünürlüklü bir RF vektör modülatörü geliştirilmiştir. Bu modulatör literatüden daha iyi olarak, 10-bit monotonik faz kontrolü sağlamaıştır. Bu vektör modülatörü, hassas bir öz girişim engelleme devresi gerçekleştirmek için dB-lineer değişken kazançlı yükselteçler ve zayıflatıcılarla birleştirilmiştir. Dahası, özgirişim baskılayıcının uyarlanabilir kontrolü için, bir kırmık üstü düşük güçlü IQ aşağı dönüştürücüsü entegre devreye dahil edilmiştir. Bu yapı, iletilen ve alınan sinyallerin kopyalarını korele eder ve uyarlamalı kontrol için kullanılabilecek temel bant/dc çıkışları sağlar. Çözüm, asgari ek devre maliyetine sahip olmakla birlikte, karıştırıcılar ve ADC'ler gibi RF/IF'deki kritik alıcı blokların doğrusallık gereksinimlerini önemli ölçüde kolaylaştırmaktadır. İkinci olarak, önerilen tam-dubleks ön uç mimarisini tamamlamak ve daha eksiksiz bir çözüm sağlamak için, 5-/6-b faz ve 3-/4-b genlik kontrol yetenekleri olan yüksek performanslı hüzme şekillendirici entegre devreleri tasarlanmıştır. Tek kanallı alıcı ve verici devreleri masif-MIMO uygulamaları için, dört kanallı alıcı ve verici devreleri ise faz dizinli hüzme şekillendirme uygulamaları için geliştirilmiştir. Tekli alıcı kanalında, literatürdeki tüm örneklerden daha iyi olarak, 3.3 dB'lik gürültü seviyesi elde edilmiştir.